Valokuvaussuljin on laite, jolla säädellään valotusaikaa , eli valolle altistuksen kestoa valokuvamateriaalissa tai kameramatriisissa [1] . Toinen kahdesta pääaltistuksen hallinnasta . Filmikamerassa suljin toimii sulkimena .
Levyjen valoherkkyys varhaisimmassa valokuvausdagerrotyyppiprosessissa oli erittäin alhainen, mikä vaati pitkiä minuuteissa mitattuja valotuksia. Myöhempi kollodioprosessi mahdollisti altistuksen pienentämisen muutamaan sekuntiin, mutta se ei silti vaatinut laitteita, mikä mahdollisti keston mittaamisen tavanomaisella sekuntikellolla [2] . Sulkimen roolia suoritti tässä tapauksessa linssin suojus [3] . Erittäin herkän gelatiini -hopeakuvausprosessin myötä vaaditut suljinajat pienenivät sekunnin kymmenesosiin, sadasosiin ja jopa tuhannesosiin, mikä mahdollisti nopeasti liikkuvien kohteiden kuvaamisen [4] . Tällaisia otteita on mahdotonta toteuttaa manuaalisesti, joten niiden laatimiseen vaadittiin tarkka automaattinen mekanismi. Ranskalaiset fyysikot Fizeau ja Foucault suunnittelivat ensimmäisen valokuvaportin vuonna 1845 auringon kuvaamiseen [5] . Tällainen kirkas kohde vaati jopa 1/60 sekunnin suljinnopeuden dagerrotyypin kuvaamiseen [6]
Valoportin massakäyttö alkoi kuitenkin myöhemmin, 1880 -luvun alussa . Ensimmäisissä suoran katselukameroissa sulkimia pidettiin lisävarusteena, ei osana kameran suunnittelua, ja siksi ne tehtiin irrotettaviksi, useimmiten kiinnitettyinä objektiiviin edestä. Myöhemmin keskikaihtimia alettiin valmistaa yhdeksi yksiköksi iiriskalvolla ja linssin piippulla . Automaattinen "hetkellinen" valotus oli usein ainoa, ja sen lisäksi suljin pystyi toimimaan vain manuaalisesti. Tällaisen sulkimen tilojen vaihtaminen koostui välittömän tai manuaalisen suljinnopeuden valitsemisesta. Myöhemmissä malleissa oli mahdollista säätää hetkellistä suljinnopeutta pneumaattisella mekanismilla, jonka Arthur Newman patentoi ensimmäisen kerran vuonna 1886 [5] . 1900-luvun alussa mekaaniset ankkurihidastimet yleistyivät . Nykyaikaiset sulkimet mahdollistavat laajan valikoiman hetkellisiä valotuksia, ja manuaalinen valotus on luonteeltaan apuväline, ja sitä käytetään vain ammattivalokuvauksessa. Valoporttien suunnittelun nopein kehitys saavutettiin ensimmäisen maailmansodan jälkeen, samanaikaisesti ilmakuvaustekniikan kehityksen kanssa [7] .
Suljin on olennainen osa kaikissa filmi- ja digitaalikameroissa. Jälkimmäisessä suljinta käytetään poistamaan valokuvauslaitteiden yleisimmille CMOS -matriiseille ominaisia artefakteja, jotka johtuvat tietojen rivi riviltä lukemisesta. Jotkut peilittömät kamerat tukevat valotuksen harjoittelua säätämällä anturin latausten lukemisaikaa, mikä ei vaadi mekaanista suljinta. Vuonna 2014 Sony [8] ja vuonna 2016 Panasonic [9] [10] ja Canon ilmoittivat julkaisevansa CMOS-anturit, joissa koko kuva luetaan samanaikaisesti käyttämällä niin kutsuttua "globaalia suljinta". Nämä anturit pystyvät säätämään valotusta ilman, että mikään laite estää valovirtaa [11] . Viime aikoihin asti vain CCD :illä oli sellaisia ominaisuuksia , joita käytettiin valokuvaustekniikassa rajoitetusti useiden puutteiden vuoksi. Sulkimen puuttuminen lisää dramaattisesti kameroiden resursseja ja saa kuvia nopeasti liikkuvista kohteista, joissa ei ole vääristymiä [12] .
Lukuun ottamatta elektronisia fotomatriisisulkimia , joissa ei ole mekanismeja, kaikki muut ikkunaluukut koostuvat käyttölaitteesta ja valon peittävistä ikkunaluukkuista (verhoista tai terälehdistä) [1] . Porttikäytöt jaetaan mekaanisiin ja sähkömekaanisiin . Ensimmäisessä suljinajat määritetään säätämällä verhojen välisen raon leveyttä ja niiden liikenopeutta viivemekanismeilla - ankkuri- , pneumaattisilla tai muilla.
Sähkömekaaniset sulkimet tarvitsevat toimintaa varten virtalähteen , jota ilman vain yksi (harvemmin kaksi) suljinaikaa saadaan aikaan [* 1] . Loput suljinnopeusalueesta toteutetaan säätämällä toisen sulkimen pitoaikaa sähkömagneetilla . Aloitustason kameroiden (esim. Nikon FE10 ) halvat sähkömekaaniset sulkimet eivät yleensä toimi ilman paristoja [13] . Toisin sanoen täysimittainen sähkömekaaninen suljin voi toimia vain, jos siinä on paristoja, kun taas mekaaninen riippuu vain virityksen aikana kertyneiden jousien energiasta. Tunnetaan vain muutamia kameroita, jotka on varustettu hybridisulkimilla, jotka voivat toimia täydellä tai osittaisella suljinnopeudella sekä paristoilla että ilman: Canon New F-1 , Pentax LX ja Nikon FM3A . Samaan aikaan sähkömekaanisten ikkunaluukkujen tarkkuus on paljon suurempi kuin jousiverhojen [* 2] . Digikameroihin asennetaan vain sähkömekaaniset sulkimet, koska niiden haihtumattomuus tämäntyyppisissä laitteissa, jotka eivät toimi ilman virtaa, ei ole käytännön merkitystä.
Eri tyyppiset ikkunaluukut eroavat pääasiassa valovirran estävien ikkunaluukkujen suunnittelusta ja sijainnista. Sälekaihtimet voivat sijaita lähellä aukkoa tai polttotasoja , ja tämän perusteella sulkimet jaetaan aukkoon ja polttopisteeseen . 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla tämän tyyppisille ikkunaluukkuille käytettiin useammin nimiä terälehti ja verho , mikä heijastaa vaimentimien suunnittelua. On olemassa kameroita (esim. Bronica , Mamiya 645D , Hasselblad 2000FC ), jotka on varustettu kahdella molemmilla tyypeillä [15] [16] . Tällainen laite, joka on tyypillinen painokameroille ja keskikokoisille refleksilaitteistoille, mahdollistaa sopivimman suljintyypin valitsemisen kuvaustilanteesta riippuen [17] . Samanaikaisesti molemmat sulkimet eivät voi toimia samanaikaisesti: kun polttovälin suljin kytketään päälle, se kiinnittyy auki-asentoon. Aukon sulkimen kytkeminen päälle asettaa polttosulkimen valosuojasuljintilaan. Vaihdettavia objektiiveja, joissa on keskisuljin, on suunniteltu vakiopolttovälin kameroille, esimerkiksi "Leitz Summicron 2.0 / 50" täytesalamalla kuvaamiseen Leica -laitteilla . Tässä tapauksessa koordinointi pääpolttosulkimen kanssa, joka on manuaalisessa suljintilassa , tapahtuu käyttämällä erityistä kiinnitettyä mekanismia.
Tämäntyyppinen suljin sijaitsee objektiivin linssien välissä tasossa lähellä aukon kalvoa , mistä syystä se sai nimensä. Tällaisten ikkunaluukkujen ominaisuus on koko kehysalueen samanaikainen ja tasainen valotus, joka ei riipu mekanismin asetuksen tarkkuudesta. Nopeasti liikkuvien kohteiden muodon vääristymät ovat myös poissuljettuja. Samaa ryhmää voidaan kutsua ehdollisesti objektiivin takalinssin lähellä sijaitseviin sulkimiin, joilla on samanlainen malli. Varhaisissa 1800-luvun suurikokoisissa kameroissa oli etuikkunat suoraan objektiivin edessä. Ominaisuuksiensa mukaan ne olivat lähellä linssejä, ja ne oli helppo asentaa lähes kaikkiin noiden vuosien kameroihin, toimien lisävarusteena. Nykyaikaisissa laitteissa sulkimen läsnäolo on pakollinen ja sen irrotettava muotoilu on menettänyt käytännön merkityksensä. Suunnitteluominaisuuksista johtuen useimmat aukkosulkimet on sisäänrakennettu objektiivin koteloihin , eikä niitä suuressa muodossa pidetä kameran lisävarusteina. Tunnetaan useita suuria keskusventtiilien valmistukseen erikoistuneita valmistajia, jotka loivat massiivisimpia tyyppejä, kuten " Compur " ja "Prontor" [3] .
Aukkoluukkujen edut :
Aukon ikkunaluukkujen huonot puolet :
Toimintaperiaatteen mukaan aukkoikkunaluukut voidaan jakaa ura-, keski- ja kaihtimiin [21] . Urareikäisiä sulkimia kutsutaan usein obturaattoreiksi . Tunnetuin esimerkki uritetusta aukkosulkimesta on läppäventtiili, joka koostuu metallisektorista , jossa on akselin ympäri pyörivä reikä, jota ohjaa vapautusvipuun liitetty jousi.
Tämän tyyppisille porteille on ominaista pienin osien määrä, mikä määrittää alhaiset kustannukset, lisääntynyt luotettavuus ja alhaiset vaatimukset valmistustarkkuudelle. Kuitenkin merkittävät haitat - tilavuus (levyn säde on paljon suurempi kuin suljettava reikä) ja vaikeus säätää suljinaikaa mahdollistavat käytön, pääasiassa lähtötason kameroissa ja erikoislaitteissa, kuten ilmakameroissa .
Keskisuljin on eräänlainen aukkosuljin, jonka sulkimet avaavat linssin aukon keskeltä sen reunoille ja sulkevat sen päinvastaisessa järjestyksessä [22] [23] . Nämä sulkimet asennetaan yleensä objektiivilinssien väliin tai suoraan takalinssin taakse. Keskiluukkujen ohella tunnetaan reunasuljin , joka avaa reiän reunoista keskelle ja sulkee sen päinvastaisessa järjestyksessä [23] . Keskikaihtimet on jaettu suoratoimisiksi (kierto) ja paluutoimisiksi (käännettäväksi) [21] . Ensimmäinen tyyppi on sen tilavuuden vuoksi yleistynyt vain erikoisvalokuvauslaitteissa, esimerkiksi ilmakameroissa. Yleiskäyttöisissä valokuvauslaitteissa käytetään vain keskimmäisiä käännettyjä sulkimia.
Tällaisen sulkimen mekanismi koostuu useista pyörivistä metallisista ikkunaluukkuista, jotka on kiinnitetty akseleille pyöreän kehyksen reunoja pitkin. Koska nämä ikkunaluukut muistuttivat muotoaan kukkien terälehtiä , 1960-luvulle asti keskusikkunaluukkuja kutsuttiin yleisemmin "lehtiverhoiksi". Reiän avaavien ja sulkevien terälehtien edestakainen pyörimisliike suoritetaan jousi- ja vipujärjestelmällä [24] . Kun terälehdet paljastuvat, ne avaavat linssin aktiivisen aukon aksiaalisesti symmetrisesti keskeltä reunoihin ja sulkeutuvat vastakkaiseen suuntaan [25] . Jos terälehdet sijaitsevat aukkotasossa, valon voimakkuus muuttuu samanaikaisesti valoherkän elementin koko pinnalla. Tässä tapauksessa keskussulkimen toiminta on samanlainen kuin iiriskalvo: kun valo avataan, valoherkän elementin koko alueen valaistus lisääntyy tasaisesti, ja kun se suljetaan, se laskee nollaan [26 ] .
Keskussulkimen käyttö on tyypillistä suurikokoisille kameroille ja halvoille amatöörikameroille, joissa on kiinteä linssi. Lisäksi keskussuljinta käytetään säännöllisesti lähes kaikissa kaksilinssisissa refleksikameroissa [* 3] . Joidenkin yksilinssisten refleksikameroiden vaihdettavat objektiivit on myös varustettu keskussulkimilla, usein koko optisen alueen sisällä [28] . Nykyaikaisissa digitaalisissa laitteissa tällaiset ikkunaluukut asennetaan pienikokoisiin ja pseudopeilikameroihin .
Keskipalautusventtiilien haitat :
Pyöritävissä keskikaihtimissa terälehdet eivät palaa, vaan jatkuva pyörimisliike, jonka avulla saat paremman tehokkuuden ja lyhyet suljinajat. Tällaisten porttien (esimerkiksi "Rapidin" tai Neuvostoliiton "ZBS") järjestely on kuitenkin paljon monimutkaisempi kuin palautettavien porttien, mikä määräsi ennalta niiden kapean erikoistumisen [30] . Suljinaikaa terälehtien paluuliikkeen aikana voidaan lyhentää vain, jos ne eivät ole täysin auki. Esimerkiksi Minolta V2 -kameran keskisuljin voisi saavuttaa ennätysnopeuden 1/2000 sekuntia, mutta suhteellisella aukolla enintään f/8 [31] [32] . Täysin auki, mikä vastaa suurinta aukkoa f / 2,0, suurin käytettävissä oleva suljinaika oli 1/500. Minkään tyyppisten keskussulkimien hyötysuhde ei ylitä 80 % [33] .
Suljin-aukko , kalvosuljin - keskussuljin, jonka terälehtien avautumisaste on säädettävissä, minkä vuoksi se toimii samanaikaisesti kalvona . Suljinaukkoa käytetään laajalti pienikokoisissa kameroissa , joissa on yksinkertaisin valotusautomaatio ja jotka on tarkoitettu pääasiassa aloitteleville amatöörivalokuvaajille (" LOMO Compact-Avtomat ", " Elikon-35S ", " FED-35 ", " Argus C-3 " , jne.) [ 34] , sekä edullisissa malleissa ilman valomittaria, kuten " Agat-18 ", " Elikon-535 ". Tällaisen sulkimen suunnitteluominaisuuksien vuoksi suljinnopeus-aukkoyhdistelmät ovat yleensä tiiviisti kytkettyjä. Esimerkiksi Agat-18-kamerassa f/2.8 suhteellinen aukko on saavutettavissa vain suljinnopeudella 1/60, ja f/16 aukko on saavutettavissa vain 1/250. Terälehtien lyhyemmän iskun ansiosta pienin suljinnopeus-aukko (esimerkiksi Neuvostoliiton " FED-Mikron ") voi olla lyhyempi kuin tavallinen keskisuljin ja saavuttaa 1/800 sekuntia pienimmällä suhteellisella aukolla .
Tämän tyyppiset sulkimet sijoitetaan objektiivin linssien väliin ja niitä käytetään erittäin harvoin, koska ne vaativat riittävästi tilaa linssin sisällä [35] . Niistä on tullut laajalle levinneitä automaattisissa valokuvatulostimissa ja -kameroissa erikoiskuvausta varten [1] . Ilmakameroissa käytetään "kaihtimet" -tyyppistä suljinta suuren aukon optiikan kanssa [36] .
Valon estää sarja kapeita lamellilevyjä , jotka pyörivät samanaikaisesti akselien ympäri. Kun suljin on auki, levyt suuntautuvat optista akselia pitkin ohittaen valon. Sulkimen sulkemiseksi riittää levyjen kääntäminen 90°. Jokaisen yksittäisen levyn pienen massan vuoksi sulkimen inertia on pieni ja käyttömekanismi yksinkertainen. Sälekaihtimien hyötysuhde on lähellä keskimmäisten takakaihtimien tehoa eikä ylitä 0,6, koska täydellistä avautumisvaihetta ei ole [37] .
Polttotason suljin sijaitsee nimensä mukaisesti lähellä polttotasoa eli suoraan valoherkän materiaalin edessä [38] . Siksi tällaisen sulkimen kokonaismitat eivät voi olla pienempiä kuin kehysikkunan muoto, ja sen muotoilu määrää koko kameran suunnittelun, toisin kuin aukkosulkimet, jotka valmistetaan erillisenä yksikkönä tai sisäänrakennettuna objektiivin koteloon. . Useimpien polttokaihtimien kevyet ikkunaluukut valmistettiin 1900-luvun jälkipuoliskolle asti joustavina ikkunaluukkuina, ja siksi nimitystä "verholuukku" käytettiin useammin noina vuosina.
Polttotason sulkimen edut :
Focal sulkimen haitat :
Useimmissa verhokaihtimissa verhot liikkuvat kehysikkunan edessä tasaisella nopeudella, ja suljinaikaa säätelee niiden välisen raon leveys. Ensimmäinen ja toinen verholuukku liikkuvat toisistaan riippumatta jousien vaikutuksesta, jotka on säädetty siten, että suljinajat ovat samat [41] . Vaihteleva leveys on muodostettu mekanismilla, joka asettaa toisen verhon lukon vapautumishetken. Ennen seuraavan kuvan kuvaamista suljin viritetään uudelleen, kun taas sulkimet palaavat alkuperäiseen asentoonsa muodostamatta rakoa [42] . Verhosulkimen tehokkuus on jopa 95 % [33] , ja pienin suljinnopeus voi olla 1/16000 s ( Canon EOS-1D , Nikon D1 ) [43] .
Suljin voi olla joko pysty- tai vaakasuora valotusrako. Vaakaliikenteessä on pääsääntöisesti Leica-tyyppiset ikkunaluukut, joissa on rumpuihin kierretyt elastiset ikkunaluukut. Pystysuuntainen liike on tällaisissa ikkunaluukkuissa harvinaista ja tyypillisempi lamelliverhoille, jotka ovat yleistyneet nykyaikaisissa laitteissa. Jokainen tällaisen sulkimen suljin koostuu useista (yleensä 3-4) jäykistä metallilamelleista, jotka liikkuvat polttotason suuntaisesti saranoidulla vipukäytöllä. Avattaessa säleet taitetaan kapeaksi pinoksi ja suljettaessa ne avautuvat muodostaen leveän verhon.
Salamalla kuvaamista varten useimmat nykyaikaiset sulkimet on varustettu synkronointikoskettimella , joka laukaisee purkauksen [33] . Yksinkertaisin synkronointikosketin koostuu kahdesta sähkökoskettimesta elektronisessa salamakondensaattoripiirissä, jotka suljinmekanismi sulkee sen ollessa täysin auki. Tällaista tahdistuskontaktia merkitään latinalaisella kirjaimella "X" [44] . Suljintyypistä riippumatta paras aika laukaista salama on sen ollessa täysin auki. Aukon suljin on kuitenkin kätevin salamakuvaukseen, sillä se valottaa koko kehyksen alueen samanaikaisesti. Näin voit käyttää salamaa millä tahansa suljinnopeudella. Fokaaliset sulkimet voidaan synkronoida vain suhteellisen pitkillä suljinnopeuksilla, jolloin kehysikkuna avautuu kokonaan.
Elektronisen salaman pulssin kesto on paljon lyhyempi kuin suljinaika (1-5 millisekuntia sekunnin sadasosia vastaan). Tällä ei ole paljon merkitystä paikallaan oleville kohteille ja silloin, kun jatkuvalla valaistuksella saatu valotus on paljon pienempi kuin salamavalolla saatu valotus. Jos kohde kuitenkin liikkuu nopeasti ja molemmat valotukset ovat vertailukelpoisia, jatkuva valaistus tuottaa epäselvän kuvan, joka näkyy pulssivalon terävyyden päällä. Ensimmäisen verhon synkronoinnissa salama välähtää välittömästi sulkimen avautumisen jälkeen, minkä jälkeen kohteella on aikaa liikkua eteenpäin liikkeensä aikana ennen kuin toinen verho sulkeutuu.
Tuloksena on jatkuvalla valaistuksella muodostettu epäselvä kuva kohteesta, joka sijaitsee salamalla saadun terävän kuvan edessä. Siten valokuvan liike näyttää visuaalisesti vastakkaiseen suuntaan. Tämä vaikutus voidaan välttää toisen verhon synkronoinnilla, kun salama välähtää juuri ennen kehysikkunan sulkemisen alkamista. Tässä tapauksessa kohteen kuva altistetaan ensin jatkuvalle valaistukselle, ja vasta sitten se valaistaan salamalla, mikä tarjoaa normaalin visuaalisen havainnon liikkeestä kuvassa.
Tätä varten useimmat nykyaikaiset sähkömekaaniset ikkunaluukut on varustettu ei yhdellä, vaan kahdella synkrokoskettimella: yksi niistä laukeaa, kun ensimmäinen verho on avattu kokonaan, ja toinen - tällä hetkellä annetaan komento sulkea toinen. Halutun synkronointikoskettimen valinta tapahtuu kameran tai salaman valikon kautta, joka vastaa synkronoinnin kytkentätyyppiä. Toisen verhon synkronoinnin haittana on salaman välähdyshetken arvaamattomuus, erityisesti pitkillä suljinnopeuksilla.
1900-luvun loppuun asti sähkömekaanisesti ohjattuja portteja [45] [18] kutsuttiin elektronisiksi ikkunaluukkuiksi . Digitaalisen valokuvauksen leviämisen myötä he alkoivat kutsua suljinaikojen laskemiseen tarkoitettua elektronista laitetta, joka perustui lukuajan säätämiseen matriisista ilman valoa estäviä mekanismeja. Suljinaika määräytyy matriisin nollauksen ja siitä tiedon lukemisen välisestä ajasta. Elektronisen sulkimen avulla voit saavuttaa nopeammat suljinajat (mukaan lukien salamatäsmäysnopeus) ilman kalliiden nopeiden mekaanisten sulkimien käyttöä. Lisäksi inertiamekanismien puuttuminen mahdollistaa jatkuvan kuvaamisen korkealla taajuudella. Joissakin kameroissa voit valita mekaanisen tai elektronisen sulkimen välillä nopeaa kuvaamista varten.
Elektronisen sulkimen etuja ovat liikkuvien osien puuttuminen, jotka aiheuttavat melua ja tärinää. Elektroninen suljin toimii äänettömästi eikä heikennä kuvan terävyyttä tärinän vuoksi. Elektronisen sulkimen puutteista voidaan erottaa kuvan vääristymä, joka johtuu sen progressiivisesta lukemisesta (" rolling shutter effect "), sekä lisääntynyt kukinnan todennäköisyys (esimerkiksi auringon saapuessa kehykseen).
Lisäksi tuotetaan SIMD -matriiseja, joiden jokaisessa pikselissä on oma elektroninen suljin . Tässä vaihtoehdossa optimaalinen valotusaika asetetaan kullekin pikselille riippuen valaistuksen tasosta tietyllä kehyksen alueella [46] . Pockels-efektiin perustuvia inertiattomia valomodulaattoreita voidaan käyttää elektronisena sulkimena .