Mechanische of elektronische sluiter?

Redactie How to Video opnames

De sluiter is het onderdeel van de foto- en videocamera dat de duur van de belichting in delen van of hele seconden regelt. Samen met de toegepaste diafragmaopening bepaalt de sluitertijd de hoeveelheid licht die per geschoten beeldje op de camerasensor valt. Iedereen kent wel de mechanische sluiter voor de camerasensor(en) maar er zijn tegenwoordig ook elektronische sluiters die op de lichtgevoelige sensor zelf werken.

Al vanaf de analoge gaatjescamera beschikt het fototoestel over een vorm van een sluiter. Heden ten dage zijn fotocamera’s voorzien van een hoogwaardig mechanisch gordijn- of centraalsluiter bestaande uit lamellen die in het beeldframe voor de sensor bewogen worden. Zij gaan gedurende de ingestelde sluitertijd open en vervolgens weer dicht. Het type met sluitergordijnen loopt horizontaal of verticaal af in de camerabody. Sluiters_5De centraalsluiter werkt met de diafragmalamellen in het objectief zelf. Aan de mechanische sluiter kleven een aantal belangrijke nadelen. Zij zijn gevoelig voor slijtage, duur bij de fabricage, het mechanisme neemt nogal wat ruimte in beslag en de sluiter maakt geluid. Is het dan in het digitale tijdperk niet handiger en goedkoper om een elektronische sluiter in de foto- of videocamera te monteren?

De mechanische sluiter
Bij een mechanische sluiter dekken metalen lamellen de lichtgevoelige sensor af tot er op de ontspan- of recordknop gedrukt wordt. Bij de fotografie razen de lamellen in een fractie van een seconde in verticale of horizontale richting langs. Zo staat de sluiter een zeer korte of langere tijd open waardoor de achterliggende camerasensor licht en daarmee beeldinformatie ontvangt. Bijvoorbeeld 1/250 seconde bij een fotocamera en 1/50 of 1/25 seconde bij een videocamera gaat de sluiter weer dicht en kan de beeldinformatie uit de foto- of videosensor gelezen worden. Bij de gewone 1-opname fotografie blijft het bij de eenmalige sluiteractie tot de ontspanknop opnieuw wordt ingedrukt. Bij een burst shot maakt de fotocamera kortstondig meerdere beelden op dezelfde sluitertijd achter elkaar. En bij video beweegt de sluiter op de gekozen sluitertijd net zo lang heen en weer als het videoshot duurt. Een complicerende factor bij video is nog dat de beelden in twee halve frames (= tweemaal de helft van de hoeveelheid beeldlijnen per sluitertijd) of in hele frames (= Progressive het gehele beeld in dezelfde sluitertijd) worden uitgelezen.Sluiters_extra_Diafragma
De mechanische sluiter is in hoge mate geperfectioneerd, duurzaam en tot in de extremen van 1/4000 seconde tot meerdere seconden instelbaar. Mechanisch betekent echter wel: onderhevig aan slijtage, kost energie en een extra constructie in de camerabody.

Elektronische sluiter
Op zich is een elektronische sluiter (shutter) een logisch idee. Waarom een extra mechanische sluiter inbouwen als de lichtgevoelige sensor technisch gezien ook de duur van de belichting (sluitertijd) zelf kan regelen? Dat regelen van de elektronische sluitertijd doet een CMOS-sensor door het aanpassen van de snelheid waarin deze de lijnen met beeldinformatie uitleest. Dat kan snel of langzaam per beeldje en daardoor kan dit uitleesproces voor de beeldinformatie ook zelf als sluiter(tijd) functioneren.Sluiters_14
Zo simpel is het echter allemaal niet. De lichtgevoelige plekken (photosites) op de beeldsensoren zijn opgebouwd uit lichtgevoelige fotodiodes en spanningsondersteunende en corrigerende transistoren. De fotodiode krijgt een bepaalde spanning die daalt als deze door opvallend licht getroffen wordt. De aldus ontstane spanningsverschillen worden uitgelezen, gedigitaliseerd en in het bekende foto/video-pixelbeeld omgezet.Sluiters_shutterspeed

De klassieke elektronische rolling shutter werkt beeldlijn voor beeldlijn waarbij de photosites eerst onder spanning gezet worden, deze vervolgens door het opvallend licht verlaagd en daarna uitgelezen worden. Een nadeel is dat er lijn voor lijn wordt uitgelezen en daardoor, ondanks snelheden tot 70.000 beeldlijnen per seconde, bij bewegende objecten onscherpte en artefacten kunnen ontstaan. Wel komt elke uitgelezen beeldlijn vrijwel meteen weer vrij voor een volgende belichting. In het algemeen geschikt voor de eenvoudiger digitale camera’s.Sluiters_8

Bij de zogenaamde ‘triggered global shutter’ wordt het beeld in zijn geheel in plaats van lijn voor lijn uitgelezen. Deze techniek heeft geen last van bewegingsartefacten. Als nadeel geldt meteen dat er pas van een volgende belichting sprake kan zijn als alle beeldlijnen zijn uitgelezen. Dat valt weer te compenseren met een pijplijn-architectuur (= de nieuwe informatie gaat in de pijplijn voor verdere verwerking) waarbij opnieuw invallend licht gemixt wordt met eerdere opgeslagen ladingen.
Momenteel zitten de belangrijkste beperkingen in de omvangrijke mini-elektronica die om de photosites zit. Kleine netwerkjes van ondersteunende niet lichtgevoelige transitoren waardoor de totale lichtgevoeligheid van de sensor terugloopt. Al die elektronica zit gewoon in de lichtweg en stoort elkaar bij kleine sensorontwerpen ook nog eens waardoor beeldruis kan ontstaan. Om de lichtsterkte weer te verhogen worden dan weer architecturen met backlighted (= licht dat van achteren opvalt) sensoren toegepast. Allemaal redenen waarom de elektronische sluiters nog niet algemeen in camera’s worden opgenomen. Niettemin er wordt vooruitgang geboekt en naast puur elektronische ontwerpen worden er ook hybride constructies met een mechanische en een elektronische sluiter toegepast.Sluiters_extra_Schneider150mm

Conclusie
Samenvattend leven de mechanische en elektronische sluiter momenteel vredig naast elkaar. Bij een hogere lichtgevoeligheid, het samenwerken met een elektronenflitser, highspeed en andere extreme sluitertijden heeft de mechanische sluiter nog de voorkeur. Bij een compacte camerabouw en geringere kosten de elektronische. Een aantal camera’s biedt beiden. Als de techniek voor elektronische sluiters verder verbetert, zal deze mogelijk de mechanische sluiter gaan verdringen.

Ulco Schuurmans

Archief: Video Emotion 99 (juni/juli 2012)

One Comment

Leave a Reply

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Check Also
RØDE iXY stereomicrofoon voor de iPhone
Dat de Apple iPhone veel hoogwaardige kwaliteit voor video en audio in zijn mars heeft ...