Fotografická závěrka je zařízení pro regulaci rychlosti závěrky , tedy doby expozice světlu na fotografickém materiálu nebo matrici fotoaparátu [1] . Jeden ze dvou hlavních ovladačů expozice . U filmové kamery funguje závěrka jako závěrka .
Světelná citlivost desek pro nejranější fotografický daguerrotypní proces byla velmi nízká, což vyžadovalo dlouhé expozice měřené v minutách. Pozdější kolodiový proces umožnil snížit expozici na několik sekund, ale stále nevyžadoval žádná zařízení, což umožnilo měřit dobu trvání běžnými stopkami [2] . Roli závěrky v tomto případě plnila krytka objektivu [3] . S příchodem vysoce citlivého želatinově -stříbrného fotografického procesu byly požadované rychlosti závěrky sníženy na desetiny, setiny a dokonce tisíciny sekundy, což umožnilo zachytit rychle se pohybující objekty [4] . Je nemožné implementovat takové úryvky ručně, takže k jejich zpracování byl vyžadován přesný automatický mechanismus. Vůbec první fotobránu navrhli v roce 1845 francouzští fyzikové Fizeau a Foucault k fotografování Slunce [5] . Tak jasný objekt dokonce vyžadoval rychlost závěrky 1/60 sekundy k nafocení daguerrotypie [6]
Masové používání fotobrány však začalo později, na počátku 80. let 19. století . U prvních kamer s přímým pohledem byly závěrky považovány za doplněk, nikoli za součást designu fotoaparátu, a proto byly vyrobeny odnímatelné, nejčastěji nasazované na objektiv zepředu. Později se centrální závěrky začaly vyrábět v jedné jednotce s irisovou clonou a tubusem objektivu . Automatická „okamžitá“ expozice byla často jediná a kromě ní mohla závěrka vycházet pouze manuálně. Přepínání režimů takové závěrky spočívalo ve výběru okamžité nebo manuální rychlosti závěrky. V pozdějších návrzích bylo možné nastavit okamžitou rychlost závěrky pomocí pneumatického mechanismu, který si poprvé patentoval v roce 1886 Arthur Newman [5] . Na počátku 20. století se rozšířily mechanické zpomalovače kotvení . Moderní závěrky zpracovávají široký rozsah okamžitých expozic a manuální expozice má pomocný charakter a používá se pouze v profesionální fotografii. Nejrychlejšího rozvoje designu fotobrán se dočkala po první světové válce souběžně s rozvojem technologie leteckého snímkování [7] .
Závěrka je základním prvkem všech filmových a digitálních fotoaparátů. V druhém případě se závěrka používá k eliminaci artefaktů, které jsou vlastní nejběžnějším maticím CMOS ve fotografických zařízeních kvůli řádkovému čtení dat. Některé bezzrcadlovky podporují zjišťování expozice úpravou času pro přečtení nabití snímače, což nevyžaduje mechanickou závěrku. V roce 2014 Sony [8] a v roce 2016 Panasonic [9] [10] a Canon oznámily uvedení CMOS snímačů se současným čtením celého obrazu pomocí takzvané „globální závěrky“. Tyto senzory jsou schopny upravit expozici bez blokování světelného toku jakýmkoliv zařízením [11] . Takové vlastnosti měly donedávna pouze CCD , které se ve fotografické technice pro řadu nedostatků využívaly v omezené míře. Absence závěrky dramaticky zvýší zdroje kamer a získá snímky rychle se pohybujících objektů bez jakéhokoli zkreslení [12] .
S výjimkou elektronických fotomaticových závěrek , které nemají žádné mechanismy, se všechny ostatní typy závěrek skládají z pohonu a závěrek (záclon nebo lístků) blokujících světlo [1] . Pohony bran se dělí na mechanické a elektromechanické . V prvním jsou rychlosti závěrky zpracovány úpravou šířky mezery mezi závěsy a rychlostí jejich pohybu zpožďovacími mechanismy - kotvovými , pneumatickými nebo jinými.
Pro provoz potřebují elektromechanické závěrky zdroj energie , bez kterého se vypočítá pouze jeden (méně často dva) časy závěrky [* 1] . Zbytek rozsahu rychlosti závěrky je realizován úpravou doby přidržení druhé závěrky pomocí elektromagnetu . Levné elektromechanické závěrky základních fotoaparátů (například Nikon FE10 ) jsou bez baterií obecně nefunkční [13] . Jinými slovy, plnohodnotná elektromechanická závěrka může fungovat pouze s bateriemi, zatímco mechanická závisí pouze na energii pružin nashromážděných při natahování. Je známo pouze několik fotoaparátů vybavených hybridními závěrkami, které mohou pracovat v plném nebo částečném rozsahu rychlostí závěrky s bateriemi i bez nich: Canon New F-1 , Pentax LX a Nikon FM3A . Přesnost elektromechanických uzávěrů je přitom mnohem vyšší než u pružinových [* 2] . V digitálních fotoaparátech jsou instalovány pouze elektromechanické závěrky, protože jejich stálost v tomto typu zařízení, které je nefunkční bez napájení, nemá praktický význam.
Různé typy clon se liší především provedením a umístěním clon, které blokují světelný tok. Závěrky mohou být umístěny v blízkosti clony nebo ohniskových rovin a na tomto základě se závěrky dělí na clonu a ohniskovou vzdálenost . V první polovině 20. století se pro tyto typy okenic častěji používaly názvy okvětní lístek a záclona , které odrážely konstrukci tlumičů. Existují kamery (například Bronica , Mamiya 645D , Hasselblad 2000FC) vybavené dvěma závěrkami obou typů [15] [16] . Takové zařízení, které je typické pro tiskové fotoaparáty a středoformátové zrcadlovky, umožňuje zvolit nejvhodnější typ závěrky v závislosti na snímací situaci [17] . Současně nemohou fungovat obě závěrky současně: když je závěrka s ohniskovou clonou zapnutá, je fixována v otevřené poloze. Zapnutím závěrky clony se fokální závěrka přepne do režimu závěrky s ochranou proti světlu. Existují výměnné objektivy s centrální závěrkou určené pro fotoaparáty se standardní ohniskovou vzdáleností, například "Leitz Summicron 2.0 / 50" pro fotografování s doplňkovým bleskem se zařízeními Leica . V tomto případě probíhá koordinace s hlavní ohniskovou závěrkou, která je v režimu manuální závěrky , pomocí speciálního připevněného mechanismu.
Tento typ závěrky je umístěn mezi čočkami objektivu v rovině poblíž aperturní clony , a proto dostal své jméno. Charakteristickým rysem takových závěrek je současná a rovnoměrná expozice celé plochy rámu, která nezávisí na přesnosti nastavení mechanismu. Rovněž jsou vyloučeny deformace ve tvaru rychle se pohybujících objektů. Stejná skupina může být podmíněně označena jako závěrky umístěné v blízkosti zadní čočky objektivu a mající podobné konstrukce. Rané velkoformátové fotoaparáty 19. století měly přední závěrky umístěné přímo před objektivem. Podle jejich vlastností se blížily objektivům a byly snadno instalovány na téměř jakýkoli fotoaparát té doby a fungovaly jako další příslušenství. V moderním vybavení je přítomnost závěrky povinná a její odnímatelné provedení ztratilo svůj praktický význam. Kvůli konstrukčním prvkům je většina clonových závěrek zabudována do tubusů objektivu a ve velkém formátu se nepovažují za příslušenství fotoaparátu. Je známo několik významných výrobců specializujících se na výrobu centrálních ventilů, kteří vytvořili nejmasivnější typy, jako je " Compur " a "Prontor" [3] .
Výhody clonových závěrek :
Nevýhody clonových závěrek :
Podle principu činnosti lze clony rozdělit na štěrbinové, středové a žaluzie [21] . Závěrky se štěrbinovou aperturou se často označují jako obturátory . Nejznámějším příkladem štěrbinové clony je klapka, která se skládá z kovového sektoru s otvorem otáčejícím se v ose, který je poháněn pružinou spojenou s uvolňovací pákou.
Vrata tohoto typu se vyznačují nejmenším počtem dílů, což určuje nízkou cenu, zvýšenou spolehlivost a nízké požadavky na přesnost výroby. Avšak značné nevýhody - objemnost (poloměr disku je mnohem větší než otvor, který má být zablokován) a obtížnost nastavení rychlosti závěrky umožňují použití, zejména v fotoaparátech základní úrovně a ve specializovaných zařízeních, jako jsou letecké kamery .
Centrální závěrka je druh clonové závěrky, jejíž závěrky po aktivaci otevírají otvor objektivu od středu k jeho okrajům a zavírají jej v opačném pořadí [22] [23] . Tyto závěrky se obvykle montují mezi čočky objektivu nebo přímo za zadní čočku. Spolu s centrálními uzávěry je známá obvodová uzávěrka , která otevírá otvor od okrajů ke středu a uzavírá jej v opačném pořadí [23] . Centrální uzávěry se dělí na uzávěrky přímé (rotační) a zpětné (vratné) [21] . První typ se pro svou objemnost rozšířil pouze ve speciálních fotografických zařízeních, například v leteckých fotoaparátech. V univerzálních fotografických zařízeních se používají pouze centrální vratné závěrky.
Mechanismus takového uzávěru se skládá z několika otočných kovových uzávěrů upevněných na osách podél okrajů kulatého rámu. Kvůli podobnosti ve tvaru těchto okenic s okvětními lístky byly až do 60. let 20. století centrální okenice častěji označovány jako „listové okenice“. Vratný rotační pohyb okvětních lístků, které otvor otevírají a zavírají, je prováděn soustavou pružin a pák [24] . Plátky při expozici otevírají aktivní clonu čočky osově symetricky od středu k okrajům a uzavírají se v opačném směru [25] . Pokud jsou okvětní lístky umístěny v rovině clony, mění se současně intenzita světla po celé ploše fotocitlivého prvku. V tomto případě je činnost centrální clony podobná irisové cloně: s otevřením světla se osvětlení celé plochy fotocitlivého prvku rovnoměrně zvyšuje a když je zavřeno, klesá na nulu [26 ] .
Použití centrální závěrky je typické pro velkoformátové fotoaparáty a levné amatérské fotoaparáty s pevným objektivem. Centrální závěrka je navíc běžně používána téměř u všech dvoučokových zrcadlovek [* 3] . Výměnné objektivy u některých jednookých zrcadlovek jsou vybaveny i centrálními závěrkami, často v celém optickém rozsahu [28] . V moderních digitálních zařízeních jsou takové závěrky instalovány v kompaktních a pseudozrcadlových kamerách .
Nevýhody centrálních zpětných ventilů :
V rotačních centrálních závěrkách se okvětní lístky nevracejí, ale kontinuální rotační pohyb, což umožňuje získat vyšší účinnost a krátké časy závěrky. Uspořádání takových bran (například „Rapidin“ nebo sovětské „ZBS“) je však mnohem složitější než u vratných, což předurčilo jejich úzkou specializaci [30] . Rychlost závěrky při zpětném pohybu okvětních lístků lze snížit pouze v případě, že nejsou zcela otevřeny. Například centrální závěrka fotoaparátu Minolta V2 mohla dosáhnout rychlosti záznamu 1/2000 sekundy, ale s relativní clonou ne větší než f/8 [31] [32] . Při plném otevření, což odpovídá maximální cloně f / 2,0, byla maximální dostupná rychlost závěrky 1/500. Účinnost jakéhokoli typu centrální závěrky nepřesahuje 80 % [33] .
Clona závěrky , clona - centrální závěrka, jejíž stupeň otevření okvětních lístků je nastavitelný, díky čemuž současně působí jako clona . Clona je široce používána u maloformátových fotoaparátů s nejjednodušší expoziční automatikou , určených především pro začínající amatérské fotografy (" LOMO Compact-Avtomat ", " Elikon-35S ", " FED-35 ", " Argus C-3 " , atd.) [ 34] , stejně jako v levných modelech bez expozimetru, jako je „ Agat-18 “, „ Elikon-535 “. Kvůli konstrukčním prvkům takové závěrky jsou kombinace rychlosti závěrky a clony obvykle pevně spojeny. Například u fotoaparátu Agat-18 je relativní clona f/2,8 dosažitelná pouze při rychlosti závěrky 1/60 a clona f/16 je dosažitelná pouze při hodnotě 1/250. Díky kratšímu zdvihu okvětních lístků může být minimální rychlost závěrky-apertura (například v sovětském „ FED-Mikronu “) kratší než obvyklá centrální závěrka a může dosáhnout 1/800 sekundy s minimálními relativními clonami .
Závěrky tohoto typu jsou umístěny mezi čočkami objektivu a používají se extrémně zřídka, protože vyžadují dostatečný prostor uvnitř čočky [35] . Rozšířily se v automatických fototiskárnách a fotoaparátech pro speciální druhy focení [1] . U leteckých kamer se používá závěrka typu „žaluzie“ s optikou s vysokou aperturou [36] .
Světlo je blokováno sadou úzkých lamelových desek , které se současně otáčejí kolem os. Když je závěrka otevřená, jsou desky nasměrovány podél optické osy a procházejí světlo. K uzavření uzávěru stačí otočit destičky o 90°. Vzhledem k malé hmotnosti každé jednotlivé desky je setrvačnost závěrky malá a mechanismus pohonu je jednoduchý. Účinnost žaluziových clon je blízká účinnosti centrálních reverzních clon a nepřesahuje 0,6, protože nedochází k fázi úplného otevření [37] .
Závěrka ohniskové roviny, jak název napovídá, se nachází v blízkosti ohniskové roviny , tedy přímo před fotocitlivým materiálem [38] . Celkové rozměry takové závěrky proto nemohou být menší než formát rámečku a jeho konstrukce určuje design celého fotoaparátu, na rozdíl od clonových závěrek, které jsou vyrobeny jako samostatný celek nebo zabudované do tubusu objektivu . . Světelné závěrky většiny ohniskových závěrek až do 2. poloviny 20. století byly vyráběny ve formě ohebných závěrek, a proto se v těchto letech častěji používal název „závěs“.
Výhody závěrky s ohniskovou rovinou :
Nevýhody ohniskové závěrky :
U většiny záclonových rolet se záclony pohybují před rámem okna konstantní rychlostí a rychlost závěrky je řízena šířkou mezery mezi nimi. První a druhá clona se pohybují nezávisle na sobě působením pružin nastavených tak, aby se rychlosti závěrky shodovaly [41] . Štěrbina proměnné šířky je tvořena mechanismem, který nastavuje moment uvolnění zámku druhé clony. Před natáčením dalšího snímku se závěrka opět natáhne, zatímco závěrky se vrátí do původní polohy bez vytvoření mezery [42] . Účinnost clonové závěrky dosahuje až 95 % [33] a minimální rychlost závěrky může dosáhnout 1/16000 s ( Canon EOS-1D , Nikon D1 ) [43] .
Závěrka může být vertikální nebo horizontální expoziční štěrbina. Horizontální pojezd mají zpravidla závěrky typu Leica s elastickými závěrkami navinutými na bubnech. Vertikální pohyb je u takových rolet vzácný a je typičtější pro lamelové rolety, které se rozšířily v moderním vybavení. Každá závěrka takové závěrky se skládá z několika (obvykle 3-4) tuhých kovových lamel pohybujících se na sklopném pákovém pohonu rovnoběžně s ohniskovou rovinou. Při otevření se lamely složí do úzkého stohu a při zavření se rozvinou a vytvoří široký závěs.
Pro fotografování s bleskem je většina moderních závěrek vybavena synchronizačním kontaktem , který spouští výboj [33] . Nejjednodušší synchronizační kontakt se skládá ze dvou elektrických kontaktů v obvodu elektronického zábleskového kondenzátoru, uzavřených mechanismem závěrky v okamžiku, kdy je plně otevřena. Takový synchrokontakt se označuje latinským písmenem „X“ [44] . Bez ohledu na typ závěrky je nejlepší čas pro odpálení blesku, když je zcela otevřená. Pro fotografování s bleskem je však nejvhodnější závěrka clony, protože exponuje celou plochu snímku současně. To vám umožní použít blesk při libovolné rychlosti závěrky. Ohniskové závěrky lze synchronizovat pouze při relativně dlouhých rychlostech závěrky, což poskytuje okamžik úplného otevření okna rámu.
Doba trvání pulsu elektronického blesku je mnohem kratší než rychlost závěrky (1-5 milisekund oproti setinám sekundy). To nevadí u stacionárních objektů a když je expozice získaná nepřetržitým osvětlením mnohem menší než expozice získaná světlem blesku. Pokud se však objekt rychle pohybuje a obě expozice jsou srovnatelné, vytváří nepřetržité osvětlení rozmazaný obraz, který se překrývá s ostrostí z pulzního světla. Při synchronizaci na první lamelu se blesk spustí ihned po otevření závěrky, poté má objekt čas pohnout se v průběhu svého pohybu dopředu, než se zavře druhá lamela.
Výsledkem je neostrý obraz předmětu, tvořený nepřetržitým osvětlením, umístěný před ostrým obrazem získaným z blesku. Pohyb na fotografii tedy vizuálně vypadá opačným směrem. Tomuto efektu se lze vyhnout synchronizací na druhou lamelu, kdy se blesk odpálí těsně před začátkem zavírání okna rámu. V tomto případě je obraz předmětu nejprve vystaven nepřetržitému osvětlení a teprve poté je osvětlen bleskem, poskytujícím normální vizuální vnímání pohybu v obraze.
K tomu je většina moderních elektromechanických uzávěrů vybavena ne jedním, ale dvěma synchronními kontakty: jeden z nich se spustí po úplném otevření první clony a druhý - v okamžiku, kdy je dán příkaz k zavření druhé. Volba požadovaného synchronizačního kontaktu probíhá přes menu fotoaparátu nebo blesku, odpovídající typu spínání synchronizace. Nevýhodou synchronizace na druhou lamelu je nepředvídatelnost okamžiku záblesku, zejména při dlouhých časech závěrky.
Až do konce 20. století se vratům s elektromechanickým ovládáním [45] [18] říkalo elektronické závěrky . S rozšířením digitální fotografie se začalo nazývat elektronické zařízení pro výpočet rychlosti závěrky, založené na úpravě času čtení z matice bez jakýchkoli mechanismů blokujících světlo. Rychlost závěrky je určena dobou mezi vynulováním matice a okamžikem, kdy je z ní načtena informace. Použití elektronické závěrky umožňuje dosáhnout kratších časů závěrky (včetně rychlosti synchronizace blesku) bez použití drahých vysokorychlostních mechanických závěrek. Absence inerciálních mechanismů navíc umožňuje kontinuální střelbu vysokou frekvencí. Některé fotoaparáty umožňují volit mezi mechanickou a elektronickou závěrkou pro vysokorychlostní snímání.
Mezi výhody elektronické závěrky patří absence pohyblivých částí, které vytvářejí hluk a vibrace. Elektronická závěrka funguje tiše a nesnižuje ostrost snímků v důsledku chvění. Mezi nedostatky elektronické závěrky lze vyčlenit zkreslení obrazu způsobené jejím progresivním čtením („ rolling shutter efekt “) a také zvýšenou pravděpodobností kvetení (například když slunce vstoupí do záběru).
Kromě toho se vyrábějí matice SIMD , které mají v každém pixelu individuální elektronickou závěrku . V této volbě je pro každý pixel nastaven optimální expoziční čas v závislosti na úrovni osvětlení v dané oblasti snímku [46] . Modulátory světla bez setrvačnosti založené na Pockelsově efektu lze použít jako elektronickou závěrku .