Viteza obturatorului este intervalul de timp în care lumina expune o secțiune dintr-un material fotosensibil sau o matrice fotosensibilă [1] . Una dintre cele două componente ale expunerii , dintre care a doua - iluminarea - este controlată de diafragmă .
La primele camere, viteza obturatorului era reglată de capacul obiectivului : când era scos, începea viteza obturatorului, iar după ce l-am pus, se termina. În imprimarea foto, timpul de expunere este setat prin aprinderea și stingerea lămpii mașinii de mărire sau copiatoare . În tehnologia modernă fotografică și de film, viteza obturatorului este controlată folosind un obturator fotografic sau varietatea sa cinematografică - obturatorul [2] [3] . Matricele semiconductoare nu necesită o suprapunere fizică a luminii pentru a termina expunerea, astfel încât camerele video și cele mai simple camere digitale folosesc limita de timp pentru citirea încărcării de la elemente ( obturator electronic ) pentru a regla viteza obturatorului și nu au nevoie de un obturator mecanic. Cu toate acestea, pentru a preveni artefactele CMOS , camerele digitale și unele camere de cinema digitale sunt echipate cu un obturator mecanic care blochează fizic lumina.
Obturatoarele camerelor moderne folosesc o scară standard a vitezei de expunere în fracțiuni de secundă , iar pentru viteze scurte de expunere (mai puțin de 1 secundă), numărătorul este omis, iar viteza obturatorului este descrisă de numitor:
…
Această construcție a scalei a înlocuit-o pe cea anterioară, în care au fost utilizate fracții care erau multipli de 100. De exemplu, 1/25, 1/50, 1/100 - toate camerele din URSS aveau o astfel de scară înainte de introducerea scalei. GOST nou 3268-57. Construirea unei serii de fragmente corespunde standardului internațional adoptat în 1957 la conferința de la Stockholm ISO TK42 [5] . Puteți găsi camere cu același model de ani diferiți de producție înainte și după adoptarea standardului, ale căror scale sunt calibrate în sisteme diferite. Indiferent de numerele folosite, scara vitezei de expunere este construită după principiul logaritmic atunci când fiecare valoare diferă de vecină cu un factor de doi. Camerele moderne cu viteze de declanșare electronice au valori fracționale pe „scara” electronică, indicând viteze intermediare ale obturatorului între cele standard. De exemplu, între 1/30 și 1/60 pot exista 1/40 și 1/50, ceea ce corespunde unei schimbări de 1/3 stop a expunerii. În plus, există astfel de valori pe scalele vitezei de expunere [2] :
Cu cât viteza obturatorului este mai mare, cu atât expunerea este mai mică la un raport de deschidere fix și cu atât fotografia va fi mai întunecată. Pentru a menține expunerea la fel, creșteți sensibilitatea sau deschideți diafragma .
Pe lângă expunere, viteza obturatorului afectează fixarea obiectelor în mișcare: vitezele mici de expunere (de obicei mai mari de 1/30 s) vă permit să obțineți efectul de „ mișcare vizibilă ”, în care obiectul se transformă în dungi neclare. Vitezele rapide ale obturatorului (de obicei mai scurte de 1/500 s) dau un „îngheț cadru”, fixând clar subiectul. Dacă puterea radiației în timpul expunerii este variabilă, atunci se disting expunerea completă și expunerea efectivă. Viteza efectivă a obturatorului este adesea mai mică decât viteza maximă a obturatorului și exprimă cantitatea reală de lumină transmisă de obturator , ținând cont de toate modificările intensității acestuia în acest timp. Dacă schimbarea iluminării pe strat este legată de particularitățile funcționării obturatorului aplicat, atunci raportul dintre expunerea efectivă și expunerea completă reflectă eficiența obturatorului.
Produsul dintre viteza obturatorului și lumină se numește expunere sau cantitate de iluminare. Aceeași expunere poate produce efecte fotografice ușor diferite în funcție de viteza obturatorului. Un fenomen fotochimic similar se numește abatere de la legea reciprocității sau efectul Schwarzschild . În cea mai mare măsură, acest efect se manifestă la expuneri lungi și poate duce la o încălcare a echilibrului de culoare al filmelor fotografice multistrat din cauza manifestării inegale a efectului în diferite straturi. Matricele semiconductoare sunt supuse efectului Schwarzschild într-o măsură mai mică decât emulsia fotografică.
Dacă accesul luminii începe și se oprește simultan pe întregul câmp al imaginii (de exemplu, în cazul unui obturator cu deschidere ), întreaga imagine este expusă în același timp. Când utilizați un obturator sau un obturator cu fantă cortină cu lungime focală , lumina pătrunde în diferite puncte ale imaginii la intervale de timp diferite, deoarece expunerea are loc cu ajutorul unei fante în mișcare, care în unele cazuri este mult mai mică decât dimensiunea întregului cadru. De exemplu, în camerele „FED” , „Zorkiy” , „Zenith” se folosește un obturator cortină care, la viteze scurte de expunere (1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000) se mișcă în 1/30 de secundă o fantă de-a lungul cadrului, care este 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 și, respectiv, 1/32 din lățimea cadrului. În acest caz, partea dreaptă a cadrului este expusă mai târziu decât partea stângă cu 1/30 de secundă. Acest lucru poate duce la efectul de paralaxă temporală , care se manifestă prin distorsiunea formei obiectelor în mișcare rapidă [6] . Fenomenul de paralaxă temporală devine mai vizibil cu cât diferența dintre viteza obturatorului și timpul total de expunere este mai mare. Când fotografiați un subiect în mișcare care se mișcă în aceeași direcție cu fanta obturatorului, imaginea acestuia va fi mai lungă decât dacă ar fi staționar. În situația opusă, se va obține o imagine scurtată a aceluiași obiect care se mișcă împotriva mișcării obturatorului. La filmare, distorsiunea formei obiectelor în mișcare este cea mai vizibilă la unghiuri mici de deschidere a obturatorului, când lățimea fantei devine mai mică decât dimensiunea ferestrei cadrului.
Când fotografiați folosind bliț și tipuri de obturator cu deschidere (centrală), fotografierea poate avea loc cu orice viteză a obturatorului. Atunci când utilizați un obturator cu fantă cortină cu lungime focală, viteza minimă a obturatorului la care este posibilă sincronizarea blițului poate fi de 1/30 de secundă, deoarece unele tipuri de astfel de obturatoare la viteze de expunere mai mari expun cadrul cu o fantă cu o lățime mai mică decât fereastra cadru [7] .
În acest caz, blițul va expune doar o parte a cadrului atunci când blițul se declanșează. Viteza minimă a obturatorului la care se poate folosi blițul este una dintre cele mai importante caracteristici ale obturatoarelor, iar pe vremea fotografierii pe film, competiția producătorilor de echipamente fotografice era și pe acest parametru. Multe camere echipate cu obturatoare cu obturatoare orizontale aveau o sincronizare de 1/30 - 1/60 de secundă. Marea majoritate a obloanelor moderne cu fantă cortină au o deplasare verticală a obturatorului de-a lungul părții scurte a cadrului și o viteză minimă de sincronizare de 1/200-1/250 secunde. Obturatoarele profesionale ale camerei pot permite sincronizarea la viteze de expunere de până la 1/300 de secundă. Când lucrează în modul program, camerele moderne setează automat timpii de expunere nu mai mici de 1/250 s cu blițul pornit. Blițurile moderne sunt, de asemenea, echipate cu un așa-numit mod „puls întins” (mod FP, ing. Plan focal ), în care fotografierea cu orice viteză a obturatorului este posibilă, deoarece blițul emite lumină pe toată durata obturatorului. Cu toate acestea, în acest caz, energia luminoasă a blițului este mai mică decât în cazul unui singur impuls.
În zorii fotografiei, când sensibilitatea la lumină a emulsiilor fotografice era scăzută, s-au folosit expuneri lungi, calculate în minute . Acest lucru a forțat utilizarea trepiedelor și a dispozitivelor speciale pentru fixarea capetelor oamenilor reprezentați - kopfhalters , deoarece o persoană nu poate sta absolut nemișcată pentru o lungă perioadă de timp [8] . Cu o viteză mică a obturatorului, imaginea este neclară și se pierd detaliile. Când fotografiați o stradă aglomerată cu un trepied cu o viteză de expunere de câteva minute, aceasta va apărea complet goală în imagine. Odată cu creșterea fotosensibilității materialelor fotografice și a raportului de deschidere al lentilelor , au devenit posibile viteze instantanee ale obturatorului care nu depășesc 1/8 - 1/15 secunde [8] . Cu toate acestea, fotografierea „în mână”, adică fără a folosi un trepied, a devenit posibilă numai când au fost atinse viteze de expunere de 1/30 - 1/60 de secundă. Expunerile mai lungi de 1/30 s conduc adesea la efectul de „ agitare ”, care apare din cauza tremurului mâinilor fotografului [9] . Fotografiile sunt neclare. Când fotografiați obiecte statice, „agitarea” poate fi eliminată folosind un trepied sau, într-o anumită măsură, lentile speciale cu stabilizare a imaginii . Când fotografiați „de mână” cu o cameră și un obiectiv care nu este echipat cu stabilizatori, pentru a preveni „agitarea”, ar trebui să urmați o regulă generală: numitorul timpului de expunere trebuie să fie cel puțin valoarea numerică a distanței focale echivalente a obiectivului în milimetri, redusă la film de 35 mm. Deci, atunci când fotografiați cu un obiectiv Jupiter-37A pe un film de 35 mm cu o distanță focală de 135 mm, ar trebui să setați viteza obturatorului la cel mult 1/250 s pentru a fi sigur de rezultat. Când folosim obiectivul ZM-5A (distanță focală 500 mm) pe o cameră digitală cu matrice APS-C , obținem o distanță focală echivalentă de 750 mm și viteza obturatorului necesară nu mai mare de 1/1000 s. Aceste valori sunt medii și individuale pentru fiecare fotograf și situație de fotografiere, dar în majoritatea cazurilor corespund realității.
Fotografierea la viteze mici de expunere poate da efecte interesante în imagine. De exemplu, când fotografiați cerul nopții cu o expunere de 2-3 ore, devine vizibilă mișcarea zilnică a stelelor , care sunt obținute sub formă de segmente de arce. Expunerile lungi sunt folosite la tragerea de artificii , fântâni , cascade și alte obiecte în care se cere să fie accentuată mișcarea [10] . În cele mai multe dintre aceste cazuri, viteze de expunere de cel puțin 1/4 de secundă sunt suficiente. Efecte interesante sunt posibile cu o combinație de bliț și viteze mici de expunere. În acest caz, imaginea neclară dată de obturator și imaginea clară de la bliț sunt combinate în cadru. În astrofotografie , expunerea lungă în combinație cu un sistem automat de compensare a rotației zilnice a Pământului ( ghidare ) este utilizată pentru a înregistra obiectele cerești cu luminozitate scăzută. În 2004, Telescopul Spațial Hubble a fotografiat o secțiune a cerului ( Hubble Ultra Deep Field ) cu o expunere efectivă de aproximativ 106 secunde (11,3 zile), ceea ce a făcut posibilă continuarea studiului galaxiilor îndepărtate până în epoca formării. a primelor stele.
Vitezele obturatorului mai scurte de 1/250 de secundă sunt utilizate în filmările de reportaj atunci când este necesară o imagine clară a obiectelor în mișcare [11] . Vitezele de expunere deosebit de mari sunt necesare atunci când fotografiați sport, când trebuie să „înghețați” mișcarea. Pentru filmarea experimentelor fizice se folosesc viteze speciale ale obturatorului - pot fi mai mici de 1/1.000.000 de secundă. Cu toate acestea, obturatoarele mecanice nu pot oferi viteze atât de mari ale obturatorului, iar pentru tipuri speciale de fotografiere se folosesc blițuri speciale cu puls scurt. De asemenea, vitezele ultra-rapide ale obturatorului sunt folosite pentru filmări ultra-rapide cu o frecvență care depășește câteva mii de cadre pe secundă. Desigur, viteze mai mari ale obturatorului necesită o deschidere larg deschisă, iluminare bună și film de mare viteză.
Tipul de imagine primită de cameră depinde și de viteza obturatorului, care este controlată de unghiul de deschidere al obturatorului.
Cu o viteză mică a obturatorului, mișcarea obiectelor de pe ecranul filmului începe să pară fracționată. Acest lucru este vizibil în special datorită efectului stroboscopic crescut atunci când roțile căruciorului se rotesc în direcția opusă. Reducerea acestui efect, precum și creșterea naturaleței mișcării, se realizează prin creșterea vitezei obturatorului, care, la o rată normală de filmare de 24 de cadre pe secundă, nu trebuie să fie mai scurtă de 1/50 de secundă, care corespunde aproximativ unui unghi de deschidere a obturatorului de 170°.
Expunerea obloanelor centrale este reglată de un inel cu o scară. Obturatoarele focale au un cap special conectat la mecanismul [* 2] în același scop . În cele mai comune obturatoare focale de tip Leica din prima jumătate a secolului al XX-lea, acest cap s-a rotit împreună cu tamburele obturatorului atunci când au fost armate și declanșate. Acest design a fost cel mai simplu și mai fiabil, dar scala vitezei de expunere a rămas neuniformă, deoarece corespundea raportului dintre dimensiunea fantei de expunere la diferite viteze de expunere. La mijlocul anilor 1950, în industria globală a camerelor, a existat o tendință de automatizare a operațiunilor de fotografiere, una dintre modalitățile căreia a fost introducerea scalelor numerice de expunere inventate de designerul german Friedrich Dekel în 1954 [12] . Acest principiu, care necesită uniformitatea scalelor vitezei obturatorului, a fost implementat pentru prima dată în obturatorul central Synchro Compur, prezentat la expoziția Photokina din 1954 [13] . A permis fixarea reciprocă a inelelor și deschiderilor pentru viteza obturatorului și, de asemenea, a simplificat interfața lor mecanică cu contoare de lumină atașate , care au intrat rapid în uz [14] .
Un obturator cortină cu un cap de viteză a obturatorului care nu se rotește în timpul expunerii și o scară uniformă a fost proiectat și utilizat pentru prima dată în camerele cu telemetru Leica M3 (1954) și Nikon SP (1957) [15] [16] . Acest design a eliminat frânarea accidentală a obloanelor la atingerea capului cu degetele, făcând disponibilă interfața mecanică cu exponmetre atașate [ 17] . Capul s-a rotit doar la comutarea timpului de expunere, rămânând nemișcat în restul timpului. Acest lucru a facilitat transferul valorii vitezei de expunere setate la expometru folosind un reostat rotativ . Fără o astfel de împerechere, este imposibil să se implementeze controlul semi-automat și cu atât mai mult automat al expunerii . În URSS, un astfel de design al mecanismului de reglare a vitezei de expunere a fost folosit pentru prima dată în 1965 în camera Kiev-10 . După 2 ani, o unitate de comutare similară a fost folosită în camera Zenit -7 [18] .