Digitální zrcadlovka , DSLR ( ang. Digital single-lens mirror camera ) je digitální fotoaparát postavený na principu jednooké zrcadlovky používané ve filmové fotografii . Koncept digitální zrcadlovky předpokládá jednočočkové schéma, protože dvoučočkové schéma nenašlo široké uplatnění v digitální fotografii .
Snahy o vytvoření přenosných elektronických zařízení pro záznam statického obrazu začaly bezprostředně po vynálezu zařízení s nábojovou vazbou Willardem Boylem a Georgem Smithem v roce 1969 [1] . Nicméně, první SLR videokamery ( angl. Still Video Camera ), jako Sony Mavica z roku 1981 , Canon RC-701 a Nikon Still Video Camera 1, které se objevily v roce 1986, nebyly digitální , protože byly založeny na analogovém záznamu obrazu . v jednom ze standardů barevné televize [2] [3] .
Za první digitální zrcadlovku lze považovat hybridní elektrooptický fotoaparát navržený společností Kodak Electronics Division pro americkou vládu s použitím profesionálního fotoaparátu Canon New F-1 [4] [5] . Základem bylo černobílé CCD M1 vytvořené společností Kodak , jehož rozlišení poprvé přesáhlo 1 megapixel [6] . Byl umístěn v bloku namontovaném na odnímatelném zadním krytu fotoaparátu, jehož jediná kopie byla vydána v roce 1988 a byla provozována armádou. V budoucnu byly vytvořeny další dvě podobné Taktické kamery pro obranné úkoly [4] .
Výsledné hybridy se ukázaly být příliš objemné a nepohodlné a dalším krokem o rok později byl vývoj projektů IRIS pro fotoreportéry a Hawkeye II pro armádu [7] . Oba prototypy vycházely z zrcadlovky Nikon F3 , ale černobílý IRIS nenašel na trhu zpravodajské fotografie poptávku. Část vojenských konzol byla vybavena novou matricí M3 s Bayerovým filtrem , která se stala první barevnou matricí s rozlišením větším než 1 megapixel [6] . Stala se také základem pro první komerčně úspěšný a sériově vyráběný digitální hybrid Kodak DCS 100 , sestavený rovněž kolem fotoaparátu Nikon F3 HP. Hybrid, vydaný v roce 1991 , sestával z CCD digitálních zad připojených kabelem k externí jednotce nošené na rameni [6] . Externí blok DSU ( anglicky Digital Storage Unit ) obsahoval 3,5palcový pevný disk s kapacitou 200 MB , na který se zaznamenávaly snímky vzniklé připojením ke kameře. V tomto případě bylo možné zadní stranu vyjmout a fotoaparát se opět stal vhodným pro natáčení na film. Zařízení bylo první, které se zaměřilo na spolupráci s počítačem , a ne s videorekordérem , jak tomu bylo u většiny předchozích vývojů od jiných výrobců [8] .
Uvedené hybridy byly vytvořeny civilními ( Professional Photography Division ) a obrannými ( Federal Systems Division ) divizemi společnosti Kodak bez ohledu na Nikon, která společně s NASA vydala digitální Nikon F4 ESC NASA se zadní stranou vybavenou černo-a -bílá matice 1 megapixel [6] . Další vývoj se soustředil ve společnostech Fujifilm , Sony a civilním sektoru společnosti Kodak, která v letech 1994 až 1998 vydala kompaktnější zařízení řady DCS, kompatibilní s fotoaparáty Nikon F801, Nikon F90 a Canon EOS-1N [9] . Celý tento vývoj se stal mezistupněm před vznikem plnohodnotných jednodílných digitálních zrcadlovek. Na počátku 21. století vytvořily Canon a Nikon profesionální řadu fotoaparátů Canon EOS-1D a Nikon D1 na základě předchozích zkušeností s hybridními fotoaparáty. Možnost nahradit film digitální zadní stranou s matricí zůstala pouze u středoformátových zrcadlovek určených pro studiové snímání.
Vznik spotřebitelských digitálních zrcadlovek lze připsat konci roku 2003 , kdy začal masový prodej Canon EOS 300D , jehož náklady byly poprvé pod symbolickou hranicí 1 000 $ [10] [11 ] . Všechny předchozí vzorky, které zpočátku stojí v rozmezí 5 až 20 tisíc dolarů, lze připsat pouze profesionálnímu segmentu trhu. Se zahájením prodeje široké veřejnosti se digitální zrcadlovky začaly rychle rozvíjet, zvyšovalo se rozlišení matric, jejich velikost a rychlost zpracování dat. Postupně se ukázalo, že kvalita digitální fotografie je srovnatelná s klasickou filmovou fotografií a osobní počítače se staly dostupnými pro masového kupce. Od poloviny roku 2000 digitální zařízení téměř úplně nahradilo filmové protějšky, především v oblasti fotožurnalistiky, tradičně zaměřené na reflexní hledáček. V amatérské fotografii se od počátku roku 2010 začaly zrcadlovky nahrazovat bezzrcadlovkami s výměnnými objektivy a také fotoaparáty [12] [13] . Pokud se tedy v roce 2012 na světě prodalo více než 16 milionů digitálních zrcadlovek, do roku 2017 se toto číslo snížilo o více než polovinu, a to 7,5 milionu [14] .
Za hlavní výhody zrcadlovek ve srovnání s jinými typy digitálních zařízení je považována možnost použití výměnné optiky, která poskytuje stejný obraz jako na filmových protějšcích, a poměrně velká matrice, která poskytuje vysoce kvalitní digitální snímky [15] . Zlepšení technologií elektronického zaměřování minimalizuje hlavní výhodu zrcadlového schématu: přítomnost optického hledáčku bez paralaxy, který poskytuje obraz shodný s obrazem získaným v ohniskové rovině .
Hlavní výhodou zrcadlovek oproti bezzrcadlovkám je možnost využít autofokus s fázovou detekcí. Jedná se o nejrychlejší a nejpřesnější technologii ze všech, ale vyžaduje optickou cestu k nasměrování světla z objektivu na samostatný snímač. Tento princip je snadno implementován u jednookých zrcadlovek pomocí hlavního a pomocného zrcátka, ale s velkými obtížemi je spojen u bezzrcadlovek, které autofokusují přímo na obraz tvořený maticí [16] . To využívá srovnání jeho kontrastu v různých polohách čočky. Pro zlepšení rychlosti ostření bezzrcadlovek někteří výrobci integrují fázové snímače přímo do fotocitlivé matrice, ale rychlost autofokusu u zrcadlovek je stále nepřekonaná [17] [18] .
Použití varianty zrcadlového schématu s pevným průsvitným zrcadlem umožňuje aplikovat fázový princip autofokusu v režimu živého náhledu , a to i při natáčení videa, je však nutné pečlivě udržovat čistotu přídavné optické plochy, který na rozdíl od matrice není chráněn ani clonou před prachem a znečištěním [19] . Přítomnost průsvitného zrcátka navíc snižuje clonový poměr celého systému a snižuje jas obrazu v hledáčku. Podle tohoto schématu byla postavena řada fotoaparátů Sony Alpha SLT .
V roce 2015 společnost Sony představila řadu technologií, které umožňují bezzrcadlovkám implementovat rychlé hybridní automatické ostření pomocí řady speciálních mikročoček a vyhrazených pixelů podobným způsobem jako autofokus s fázovou detekcí [20] [21] .
Světlocitlivé matrice instalované v digitálních zrcadlovkách jsou z hlediska fyzických rozměrů mnohem větší než snímače kompaktních fotoaparátů [22] [23] . Velký rám umožňuje použití elementárních fotodiod větší velikosti se stejným počtem z nich, který určuje rozlišení . V důsledku toho se zvyšuje kvalita obrazu: při stejných hodnotách fotocitlivosti se snižuje šum a rozšiřuje se dynamický rozsah [24] . Snímač typické spotřebitelské DSLR je APS-C (22×15 mm), ale je zde tendence zvětšovat snímač na full frame ( Canon EOS 6D , Sony A99 ) [25] .
Matrice profesionálních fotoaparátů jsou poněkud větší - formát APS-H ( Canon řady EOS-1D ), ale mohou dosahovat velikosti "klasického" maloformátového rámečku 24 × 36 mm ( Canon EOS 5D Mark III , Canon EOS-1D X Mark II , Nikon D5 ) a dokonce jej předčí ( Leica S2 , Mamiya 645D nebo Hasselblad řady HxD ), což umožňuje dosáhnout vynikající reprodukce barev a odstupu signálu od šumu . Velikost matice kompaktních digitálních fotoaparátů zpravidla nepřesahuje 7,2 × 5,3 mm (formát 1 / 1,8 ″) a z velké části je 4,5 × 3,4 mm (formát 1 / 3,2 ″), což dává plochu 56,5krát menší. než maloformátový „plný“ rám (864, respektive 15,3 milimetrů čtverečních) [26] . Takové matice mohou poskytnout přijatelnou úroveň šumu a kvalitu obrazu pouze při minimálních hodnotách ISO a jasném osvětlení.
Malé matice zároveň umožňují navrhovat kompaktnější a lehčí optiku s velkým poměrem clony . Zvětšení a clonový poměr zoomových objektivů kompaktních fotoaparátů je tedy pro optiku určenou pro maloformátovou matrici nebo filmové políčko obvykle nedosažitelné. Teleobjektivy navržené pro malé velikosti rámečků jsou také mnohem menší a rychlejší než jejich velkoformátové protějšky. Této výhody miniaturních matric využívají pseudozrcadlové digitální fotoaparáty , obvykle vybavené nevyjímatelným kompaktním „ superzoomem “ s velkým zvětšením, pokrývajícím značnou část rozsahu ohniskových vzdáleností používaných v každodenní praxi střelby [27] . Tyto fotoaparáty, které jsou levnější než zrcadlovky, zaujímají významnou část trhu s amatérským fotografickým vybavením a vytlačují obtížněji ovladatelné DSLR. Neodnímatelná konstrukce objektivu navíc eliminuje vnikání prachu a nečistot na povrch snímače, což je u zrcadlovek s výměnnými objektivy nevyhnutelné.
Navzdory důležitosti fyzikálních vlastností velkorozměrových matric je povaha obrazu vytvářeného objektivy z maloformátových fotoaparátů považována za významnější výhodu vybavení zrcadlovek . Fotoobjektivy mají v porovnání s optikou videokamer a kompaktních fotoaparátů poměrně velké ohniskové vzdálenosti . Výsledkem je, že při stejných úhlech zorného pole a relativních clonách je hloubka ostře zobrazeného prostoru výsledného obrazu mnohem menší než u miniaturních formátů, což umožňuje použití tradičních profesionálních fotografických technik ke zdůraznění hloubky prostoru. a oddělte hlavní objekt od pozadí.
Za další důležitou okolnost je považována zásadně vyšší kvalita optického obrazu , která přímo závisí na fyzické velikosti rámečku z důvodu difrakčního omezení libovolných optických systémů [24] [28] . Jinými slovy, stejně jako ve filmové fotografii, kvalita přímo souvisí s velikostí snímku, bez ohledu na rozlišení snímače. Z těchto důvodů je maximálních detailů v moderní digitální fotografii dosažitelné pouze se středoformátovými digitálními zadními stranami nebo plnoformátovými zrcadlovkami.
Zároveň vznik nové třídy bezzrcadlovek na konci 21. století zlomil monopol DSLR na snímače velkých rozměrů [29] [30] . Některé typy takových fotoaparátů jsou vybaveny Micro 4:3 a APS-C snímači a krátce po nich přišel „Sony A7“ s full-frame snímačem [16] .
Zásadním rozdílem mezi digitálními zrcadlovkami a ostatními typy digitálních fotoaparátů je zrcadlový hledáček , který je považován za nejpokročilejší ze všech optických a má takové výhody , jako je úplná absence paralaxy , schopnost vizuálně posoudit hloubku ostrosti a přesná shoda hranic rámečku se zorným polem jakýchkoli výměnných objektivů, včetně počtu zoomů [31] . Navíc se jedná o jediný typ optického zaměřovače vhodný pro střelbu přes optické přístroje, makrofotografii a použití speciální optiky včetně posuvných čoček [32] . Na rozdíl od dálkoměrných fotoaparátů není přesnost manuálního a automatického ostření u zrcadlového hledáčku závislá na ohniskové vzdálenosti objektivu [33] [34] . Ve srovnání s kompaktními digitálními fotoaparáty nabízejí DSLR rychlejší výkon a lepší kontrolu nad obrazem, viditelným bez elektronické konverze, se všemi optickými nuancemi.
Mezi nevýhody zrcadlového hledáčku patří jeho objemnost a složitost, což je patrné zejména ve srovnání s nejnovějšími bezzrcadlovkami [30] . Přítomnost pohyblivého zrcátka navíc ztěžuje konstrukci optiky s krátkým ohniskem kvůli nutnosti prodloužit zadní segment . Design retrofocus širokoúhlých objektivů pro zrcadlovky je považován za méně dokonalý než symetrický design používaný u všech ostatních typů zařízení. Rychlý pohyb zrcátka bezprostředně před fotografováním vede k vibracím, které jsou v okamžiku expozice nepřijatelné [34] . Složitost zaostřovací dráhy a přítomnost dalších vysoce přesných optických prvků, jako je pentaprisma a zaostřovací matnice , vedou ke zvýšení nákladů na celou konstrukci [30] . Vzájemné uspořádání prvků hledáčku a modulu automatického ostření vyžaduje jemné nastavení , které určuje správnost manuálního a automatického ostření. Další nevýhodou zrcadlového hledáčku je omezení maximální frekvence sériového snímání vlivem setrvačnosti zrcadla a jeho pohonů [17] .
Elektronický hledáček bezzrcadlovek má přitom stejné výhody jako zrcadlovka a zobrazuje budoucí obraz na displeji z tekutých krystalů . Tradiční nevýhody takového hledáčku - přehřívání fotomatice s degradací obrazu, nízké rozlišení displeje a jeho možné vystavení ostrému světlu - byly překonány počátkem roku 2010 díky výrazně zlepšeným vlastnostem fotomatic, TFT obrazovek a jejich snížení nákladů. A použití elektronického hledáčku typu okuláru zabraňuje odleskům a přibližuje technologii snímání tradiční „zrcadlové“. Zpoždění elektronického obrazu, patrné u prvních modelů kompaktních zařízení, se s nárůstem rychlosti procesorů snížilo téměř na nulu [14] . Zpoždění závěrky moderních bezzrcadlovek je přitom srovnatelné se zrcadlovkami, u kterých tento parametr navíc díky přítomnosti pohyblivého zrcátka předčí výkon dálkoměrných a měřítkových fotoaparátů. Taková výhoda optického hledáčku, jako je energetická nezávislost, je u digitálních zařízení druhotná, nicméně výrazně snižuje spotřebu energie, zejména v pohotovostním režimu.
Použití elektronického hledáčku v digitálních zrcadlovkách klasické konstrukce je nemožné vzhledem k tomu, že fotocitlivá matrice je při zaměřování uzavřena závěrkou a zrcadlem, které zajišťuje činnost optického zaměřovače. V lednu 2006 představil Olympus zrcadlovku E-330 , která poprvé implementovala možnost ořezu na snímku získaném nikoli z přídavné matice umístěné v optické dráze hledáčku, ale z hlavní [35] . K tomu se kamera přepne do režimu, který dostal obchodní název „Live View“. V tomto režimu se zaměřování provádí se zvednutým zrcátkem a otevřenou závěrkou stejným způsobem jako u všech ostatních typů digitálních zařízení. Optický hledáček v tomto případě nefunguje, protože jej zakrývá vystouplé zrcátko [* 1] . Těsně před fotografováním se závěrka zavře a poté pořídí jednu nebo více expozic v závislosti na nastaveném režimu řízení. Zrcátko zůstane sklopené, dokud nevypnete režim živého náhledu.
Přítomnost tohoto režimu umožňuje zvýšit pohodlí při pozorování, a to i pomocí otočného displeje, a činí zrcadlovku vhodnou pro natáčení videa. Kromě toho je k dispozici ještě jedna výhoda elektronického hledáčku: vzdálené sledování na obrazovce počítače [36] . Nejmodernější modely umí zobrazit obraz na obrazovce externího smartphonu připojeného přes bezdrátové protokoly [37] . Po zapnutí režimu se však prudce zvýší spotřeba energie a ohřev matrice a většina výhod optického hledáčku oproti elektronickému se ztrácí, především fázové automatické ostření. U prvních přístrojů, například Canon EOS 5D Mark II , to při zapnutém režimu autofokusu vůbec nešlo, protože při zvednutí zrcátka se světlo nedostalo na snímač. U následujících modelů byla tato nevýhoda odstraněna použitím kontrastního autofokusu, ale jeho rychlost je mnohem nižší než u fázového, který funguje ve standardních režimech fotografování. Standardní TTL expozimetr je navíc nefunkční kvůli tomu, že jeho snímač je blokován vyvýšeným zrcátkem. V tomto případě se alternativní měření zapíná přímo maticí. V současné době (2018) je přítomnost technologie „Live View“ považována za povinnou nejen ve spotřebitelských zrcadlových zařízeních, ale také v profesionálních [38] .
Možnost bez omezení používat výměnné objektivy, dostupnost makrofotografie i speciální typy snímání optickými přístroji jako je mikroskop , dalekohled nebo endoskop jsou hlavními faktory, které přispívají k oblibě digitálních jednookých zrcadlovek vhodných pro jakákoli aplikace [34] .
Vzhledem k tomu, že konstrukce většiny digitálních zrcadlovek je založena na filmových prototypech, používají se stejné objektivy a standardy uchycení objektivu s přihlédnutím k crop faktoru kvůli malé velikosti snímače . Aby se kompenzovalo konvenční „prodlužování“ ohniskové vzdálenosti, hlavní výrobci vyvinuli nové standardy, které jsou kompatibilní s předchozími: Canon například uvedl na trh novou řadu fotoaparátů a objektivů standardu EF-S , založených na Canonu . EF film . Nová montáž akceptuje starou standardní optiku bez omezení, ale zpětná kompatibilita je omezená, zejména u optiky s krátkou projekční vzdáleností kvůli její zkrácené zadní části [39] . Podobně je uspořádán standard Nikon DX , s výjimkou zadního segmentu, který zůstal nezměněn [40] . Kromě toho mohou nové objektivy obsahovat pokročilé elektronické obvody ( elektromagnetická skoková membrána , optický stabilizátor atd.), které se staršími fotoaparáty nefungují. Většina těchto optik má zmenšené zorné pole objektivu , určené pro malý snímač, a jejich montáž na full-frame fotoaparát má za následek vinětaci v rozích rámu.