Обтюратор (оптика)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Moviecam schematic animation.gif

Обтюра́тор (фр. obturateur, от лат. obturo — закрываю) — механическое устройство для периодического перекрывания светового потока. Представляет собой вращающийся секционированный диск, конус, цилиндр либо двигающуюся возвратно-поступательно шторку. Обтюраторы используются в кинопроекторах, киносъемочных, кинокопировальных аппаратах, модуляционных радиометрах инфракрасного диапазона и других оптико-механических и фотоэлектрических приборах. В инфракрасных радиометрах обтюратор также может выполнять дополнительные функции, например, в закрытом состоянии — быть источником опорного излучения.

В киносъёмочном аппарате обтюратор выполняет ту же роль, что и затвор в фотоаппарате. Подвижная часть обтюратора содержит прозрачные и непрозрачные участки, которые попеременно располагаются на пути светового потока. Работа обтюратора синхронизируется со скачковым механизмом таким образом, чтобы киноплёнка оставалась неподвижной от начала открытия обтюратора до его полного закрытия[1]. Рассинхронизация механизма, при которой киноплёнка движется при частично или полностью открытом обтюраторе, называется «тягой обтюратора».

Угол раскрытия и коэффициент обтюрации[править | править вики-текст]

Главной характеристикой обтюратора считается угол раскрытия, равный углу секторного выреза однолопастного или сумме углов всех вырезов многолопастного обтюратора[1]. Угол раскрытия \alpha_o определяет выдержку t_b при съемке. t_b=\frac{1}{\nu_c} \times \frac{\alpha_o\,z}{360^\circ}, где \nu_c — частота киносъемки, z — число лопастей обтюратора[2].

Иногда, основной характеристикой обтюратора считают коэффициент обтюрации \eta_o, то есть отношение длительности открытого состояния (выдержки) к периоду T_c смены кадра. \eta_o=\frac{t_b}{T_c}

Таким образом, в киносъемочном аппарате сочетание частоты киносъемки и угла раскрытия обтюратора определяет выдержку, которую получает светочувствительная пленка во время экспозиции. Существуют кинокамеры с изменяемым углом раскрытия обтюратора, что позволяет регулировать выдержку при съемке. Киносъемочные аппараты, оснащенные таким обтюратором, пригодны для комбинированных съемок.

При кинопроекции для того, чтобы зритель не замечал мерцания[3] от работающего обтюратора, на нем предусмотрены холостые лопасти, дополнительно перекрывающие световой поток во время неподвижного положения кинопленки в кадровом окне[4]. Это увеличивает частоту мерцаний сверх физиологического порога заметности[5]. В звуковых кинопроекторах обтюратор имеет одну холостую лопасть, что обеспечивает частоту мерцаний 48 Гц. В немых кинопроекторах, рассчитанных на частоту кинопроекции 16 к/сек., обтюратор имел две холостых лопасти[6].

Передача движения[править | править вики-текст]

Кроме выдержки, от угла раскрытия обтюратора зависит передача плавности движения на экране. Смаз быстро движущегося изображения при большом угле раскрытия, уменьшает прерывистость движения на экране[7]. В то же время, если угол раскрытия обтюратора достаточно мал, даже при съемке быстро движущихся объектов они получаются резкими, что при просмотре на экране создает неприятное ощущение дробности — стробированности изображения, особенно заметное на большом экране, когда задействуется периферическое зрение, обладающее меньшей инерционностью. Также, при уменьшении угла раскрытия, становится заметнее стробоскопический эффект. Поэтому, уменьшение угла раскрытия обтюратора применяется в основном, в сценах с неподвижными объектами или с небольшим темпом движения, главным образом, для создания кинематографических эффектов. Также уменьшение угла раскрытия обтюратора применяется при технических и специальных съемках быстропротекающих процессов.

Зеркальный обтюратор[править | править вики-текст]

В большинстве профессиональных, а также в некоторых любительских киносъемочных аппаратах в качестве видоискателя применяется сопряженный визир с зеркальным обтюратором. Плоскость дискового обтюратора таких аппаратов располагается под углом 45° к оптической оси объектива, причем, поверхность обтюратора, обращенная к объективу, покрывается зеркальным слоем[8]. Поэтому при перекрытии кадрового окна обтюратором, весь световой поток от объектива направляется на плоскую матовую поверхность плоско-выпуклой коллективной линзы[9]. Таким образом, на матовой поверхности коллектива получается изображение, идентичное тому, которое получается в кадровом окне на поверхности киноплёнки при открытом обтюраторе. Принцип действия визира, построенного на основе зеркального обтюратора, аналогичен зеркальному видоискателю однообъективного зеркального фотоаппарата.

Это позволяет построить максимально эффективный видоискатель прямого визирования и производить фокусировку и кадрирование по матовому стеклу. Кроме того, такой видоискатель полностью лишён параллакса и позволяет визуально контролировать глубину резко изображаемого пространства. Поле зрения, отображаемое сопряжённым визиром с зеркальным обтюратором, точно совпадает с полем зрения любого съёмочного объектива, позволяя пользоваться сменной оптикой без ограничений.

В сложных киносъёмочных аппаратах зеркальный обтюратор работает совместно с дисковым или коническим, обеспечивающими более полное перекрытие кадрового окна и предотвращающими подсветку при остановленном механизме. Кроме того, кинематическая схема с двумя обтюраторами применяется для обеспечения переменного угла раскрытия.

Цветоделение обтюратором[править | править вики-текст]

В некоторых ранних системах цветного кинематографа дисковый обтюратор применялся для цветоделения. Для этого в его прозрачные сектора монтировались цветные светофильтры. При вращении такого обтюратора, который чаще всего был двухлопастным, соседние кадры киноплёнки экспонировались через светофильтры разного цвета и были пригодны для получения цветоделённого негатива. При демонстрации полученного фильма использовался такой же обтюратор и цветоделённые кадры позитива проецировались через участок обтюратора соответствующего цвета, создавая зрительное ощущение цветного изображения. Такой принцип цветоделения использовался, например, в системе «Кинемаколор»[10], распространённой в Европе в начале XX века. В СССР этот же принцип использовался в экспериментальной технологии «Спектроколор». В настоящее время подобная технология цветоделения применяется в цифровых кинопроекторах.

Электронный обтюратор[править | править вики-текст]

Современные видеокамеры, использующие в качестве преобразователя света в видеосигнал фотоматрицы, обладают возможностью регулирования выдержки, что функционально совпадает со свойствами механического обтюратора. Некоторые производители видеокамер называют эту функцию «электронным обтюратором» (англ. Electronic shutter). Так же, как и у традиционного обтюратора, у электронного время выдержки влияет на передачу плавности движения и при малых выдержках быстрое движение передается дробно, что неприятно для зрителя. Цифровые кинокамеры, приходящие на смену пленочным, не оснащаются механическим обтюратором. Его функцию регулировки угла раскрытия выполняет электронный аналог, интегрированный в систему управления матрицей. Однако некоторые модели цифровых кинокамер[11] все же оснащаются механическим обтюратором, для предотвращения появления артефактов движения, порождаемых КМОП-матрицами, нуждающимися в физическом перекрытии светового потока на момент считывания заряда. Кроме того, использование механического зеркального обтюратора позволяет сохранить наличие оптического сквозного визира.

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Е. А. Иофис Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 214, 215. — 447 с.
  • Саломатин С. А., Артишевская, И. Б., Гребенников О. Ф. 1. Профессиональная киносъёмочная аппаратура и тенденции её развития в СССР // Профессиональная киносъёмочная аппаратура / Т. Г. Филатова. — 1-е изд. — Л.: Машиностроение, 1990. — С. 4—36. — 288 с. — ISBN 5-217-00900-4.
  • Е. М. Голдовский Кинопроекция в вопросах и ответах. — М.,: «Искусство», 1971. — 220 с.
  • О. Ф. Гребенников Глава III. Временны́е и пространственно-временны́е преобразования изображения // Основы записи и воспроизведения изображения / Н. К. Игнатьев, В. В. Раковский. — М.,: «Искусство», 1982. — С. 105—160. — 239 с.