Waarom heeft een digitale reflex een electromechanische sluiter?

en in bijlage:

Waarom heeft een compact-toestel òòk een sluiter?

dus: waarom hebben alle fototoestellen een sluiter?
De werking en het effekt van de focal plane sluiter
(de electromechanische sluiter bij een reflex) kan u hier lezen.

Index sluiters

Historische redenen

Wie heeft de eerste "digitale reflextoestellen" niet meegemaakt? Het was een soort cassette dat je in je klassieke 24-36 reflextoestel plaatste en de plaats innam van de traditionele filmrol. Door de hoge prijs was een dergelijke digitale cassette enkel weggelegd voor de professionele fotograaf. Zelf heb ik er helaas nooit mee gewerkt, maar er werd mij verteld dat de fotokwaliteit erbarmelijk was; daarom kreeg de digitale fotografie zo'n slechte naam bij beroepsfotografen.

De eerste digitale reflextoestellen waren eigenlijk gewone film-reflextoestellen met een digitale rug. Deze reflextoestellen hadden dus altijd een sluiter in de vorm van een focal plane sluiter (ook gordijnsluiter genoemd), want film kon uiteraard niet in- en uitgeschakeld worden. Samen met deze eerste digitale reflextoestellen zijn de eerste compact-toestellen op de markt gekomen; deze digitale compact-toestellen hadden enkel een diafragma dat ook dienst deed als bescherming als het toestel uitgeschakeld was.

Nu had men heel vroeg ontdekt dat men een hogere beeldkwaliteit kon bekomen door geen electronische sluiter in de sensor in te bouwen (minder electronika = meer plaats voor de effektieve sensor), en enkel te werken met de mechanische sluiter. De frame transfer sensoren (de sensoren met de beste beeldkwaliteit) moeten gebruikt worden met een externe sluiter. Een tweede voordeel is dat men heel gemakkelijk de ruis van ieder pixel kon aftrekken door een foto te nemen met gesloten sluiter. Een fototoestel dat een minimale kwaliteit wilt bieden moet minstens een mechanische sluitersysteem bevatten, al wordt het niet gebruikt voor het bepalen van de belichtingstijd.

Overigens was de bekende Canon 20D ook een tijdje leverbaar als Canon 20Da, speciaal gebouwd voor astrofotografie, waarbij live preview wèl mogelijk is (toestel kan dus werken zonder sluiter). Deze camera was ook uitgerust met een aangepast infra-rood-filter om meer infra-rood licht van hemellichamen door te laten. De blurfilter werd weggelaten om de maximale beeldscherpte te bekomen (hemellichamen dragen doorgaans geen hemden met een ruitjespatroon). Zonder extra infra-rood filter is deze camera niet bruikbaar bij normaal licht. Dus in theorie is het wel mogelijk toestellen te bouwen die geen electromechanische sluiter nodig hebben: het is zelfs mogelijk bestaande toestellen aan te passen! Canon gebruikt CMOS sensoren, en die kunnen zonder sluiter werken. Het gebruik van een electromechanische sluiter heeft als gevolg dat de (aanwezige) electronische sluiter niet gebruikt hoeft te worden: minder warmteproduktie in de sensor tijdens een intensieve shooting, en dus ook minder ruis.

Nadelen van de mechanische sluiter

Focal plane shutters gaan maar een beperkt aantal foto's mee: naargelang de gebruiksomstandigheden kunnen er tot 100.000 foto's genomen worden, en dan moet het sluitersysteem vervangen worden. Maar de techniek van de mechanische sluiter is nu volledig op punt en men kan sluitertijden tot 1/10.000 bekomen.

Bij een reflextoestel moet, vòòr dat de gordijnen in beweging komen, de spiegel omgeklapt worden om het licht door te laten tot de sensor (de zoeker krijgt op dit ogenblik geen licht), zie hiervoor de werking van een SLR-camera. Dit maakt de construktie wel heel ingewikkeld.

Waarom is een dergelijk mechanisch systeem nog nodig?

Interline transfer sensoren en CMOS sensoren hebben in theorie geen sluiter nodig. (Meer info over de sensortechnologie is hier te vinden). Toch wordt vaak een mechanische sluiter gebruikt:

De electronische sluiter verbruikt meer stroom dan alle andere componenten op de sensor: om de photodiode te blokkeren is een werkspanning van 40V nodig. Door de hogere warmte-produktie ontstaat er ook meer ruis. De temperatuur zal niet oplopen als er maar af en toe een foto genomen wordt. Reflextoestellen worden echter voornamelijk voor beroepsdoeleinden gebruikt, en het is dan gebruikelijk dat er honderden foto's genomen worden in een kort tijdsbestek (bijvoorbeeld bij een mode-defilé). De sensor met electronische sluiter zou geen 5 foto's per seconde kunnen nemen (zoals een klassieke 20D). Een fototoestel met electromechanische sluiter haalt daardoor een hogere werkingssnelheid en produceert minder ruis. In feite is een Canon spiegelreflex tien maal meer lichtgevoelig dan een compact-toestel (ISO-waarden van 3200 terwijl een compact met moeite (en veel ruis!) 400 haalt).
Om de ruis nog verder te onderdrukken wordt er een tweede foto genomen met gesloten sluiter (deze foto bevat enkel ruis). Door de ruis-foto af te trekken van de eerste foto bekomt men een foto met minder ruis.

Gated CCD exposure control

Maar de algemene trend gaat naar het elimineren van de mechanische sluiter: de eerste stap is al gezet: Nikon-toestellen gebruiken de electronische sluiter van de sensor bij hoge sluitersnelheden. Overigens halen de Nikon-toestellen niet de verwerkingssnelheid van een Canon-toestel (aantal megapixel maal aantal foto's per seconde).


gated CCD exposure control	shutter exposure control

Sommige dSLR gebruiken hetzelfde principe als bij compact digitale fototoestellen, namelijk de sensor zelf in- en uitschakelen. Er wordt nog een sluiter gebruikt, maar die heeft een veel lagere maximale snelheid, bijvoorbeeld 1/200. Bij lage sluitertijden wordt de belichtingstijd electromechanisch bepaald via de sluiter, bij hoge sluitertijd wordt de belichtingstijd enkel electronisch bepaald door de sensor slechts een korte tijd aktief te maken.

Deze werkwijze wordt bijvoorbeeld gebruikt in de goedkope Nikon D40. Omdat de mechanische sluiter minder snel moet werken, kan ie ook goedkoper gemaakt worden.

Een pluspunt is dat er bij fill-in flitsen (flitsen bij hogere sluitersnelheid) er geen speciale focal plane flitser nodig is (zoals bij een centraalsluiter is de volledige sensor aktief).
Een minpunt is dat de sensor ook licht ontvangt terwijl het niet aktief is, en dit resulteert in een heel speciaal flou-effekt; de heldere delen "lekken" als het ware hun helderheid naar naburige beeldelementen. Dit effekt is overigens enkel zichtbaar op zeer heldere delen van het beeld (zoals in dit geval, de zon door de bomen).

Compact-toestellen gebruiken altijd een electronische sluiter. Met een electronische sluiter kan je theoretisch een kortere sluitertijd bekomen dan met het mechanisch equivalent en je kan ook flitsen met een zeer korte sluitertijd (wat niet mogelijk is met een focal plane shutter zonder aangepaste flitser). Maar de nadelen van de electronische sluiter zijn hier nog meer zichtbaar door de beeldverwerking van de gebruikte (CCD) sensor: vertikale witte strepen op plaatsen waar er zeer heldere punten zijn en meer ruis, omdat de electronika voor het in- en uitschakelen van de sensor plaats inneemt en veel warmte produceert.

Waarom ook een sluiter op compact-toestellen?

De sluiter is nodig om de sensor te beschermen tegen overmatig licht. De sluiter is eigenlijk het diafragma (opening) dat volledig gesloten kan worden. De lenzen focuseren namelijk het licht op de sensor, en de geconcentreerde warmtestralen van een gewone lamp kunnen de sensor na een paar seconden verbranden zou er geen sluiter voorzien zijn. Als technieker heb ik deze verbranding één keer meegemaakt met een videocamera: het diafragma was geblokkeerd in open stand en de camera stond gedurende een tijd gericht op een gloeilamp. Bij de volgende opnames was de gloeidraad van de lamp goed zichtbaar als een donkere spookbeeld.

Bij de betere compact-toestellen wordt er automatisch een foto genomen met gesloten sluiter om de ruis van ieder pixel te compenseren (dark current noise). Een diafragma werkt enkel trager dan een sluiter.