Обтюратор (оптика)

У этого термина существуют и другие значения, см. Обтюратор.

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. Рассинхронизация механизма, при которой киноплёнка движется при частично или полностью открытом обтюраторе, называется «тягой обтюратора».

Угол раскрытия и коэффициент обтюрации

Обтюратор характеризуется углом раскрытия $\alpha_o$, который определяет выдержку $t_b$ при съемке. $t_b=\frac{1}{\nu_c}*\frac{\alpha_o\,z}{360^\circ}$, где $\nu_c$ — частота киносъемки, z — число лопастей обтюратора.

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^[1] от работающего обтюратора, на нем предусмотрены холостые^[2] лопасти, дополнительно перекрывающие световой поток во время неподвижного положения кинопленки в кадровом окне. Это увеличивает частоту^[3] мерцаний сверх физиологического порога заметности. 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.

Передача движения

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^[4]. 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

Основная статья: Сопряженный визир киносъемочного аппарата с зеркальным обтюратором

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. Поэтому при перекрытии кадрового окна обтюратором, весь световой поток от объектива направляется на плоскую матовую поверхность плоско-выпуклой коллективной линзы. Таким образом, на матовой поверхности коллектива получается изображение, идентичное тому, которое получается в кадровом окне на поверхности киноплёнки при открытом обтюраторе.
Это позволяет построить максимально эффективный видоискатель прямого визирования и производить фокусировку и кадрирование по матовому стеклу. Кроме того, такой видоискатель, как и в однообъективном зеркальном фотоаппарате позволяет визуально контролировать глубину резко изображаемого пространства.
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

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 позитива. 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»^[5], распространённой в Европе в начале XX века. В настоящее время подобная технология цветоделения применяется в цифровых кинопроекторах.

Электронный обтюратор

Современные телевизионные передающие камеры (видеокамеры), использующие в качестве преобразователя света в видеосигнал полупроводниковые приборы, 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^[6] все же оснащаются механическим обтюратором, для предотвращения появления артефактов движения, порождаемых КМОП-матрицами, нуждающимися в физическом перекрытии светового потока на момент считывания заряда.

Примечания

1. ↑ С. М. Проворнов «Кинопроекционная техника» Часть 1, стр. 10
2. ↑ С. М. Проворнов «Кинопроекционная техника» Часть 3, стр. 101
3. ↑ Е. М. Голдовский «Кинопроекция в вопросах и ответах» — 1-е изд., М., «Искусство», 1971, стр. 150.
4. ↑ Коновалов, 2007, с. 102
5. ↑ Kinemacolor. The first successful color system  (англ.). The American WideScreen Museum. Архивировано из первоисточника 9 июня 2012. Проверено 16 мая 2012.
6. ↑ Sony F65 FAQ (на английском языке). Архивировано из первоисточника 2 апреля 2012.

Литература

• Щепанский, Г. В. Обтюратор // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

• Леонид Коновалов Как разобраться в киноплёнках / Ю. Панкратов. — Москва: ВГИК, 2007. — С. 102. — 105 с.

• С. А. Саломатин, И. Б. Артишевская, О. Ф. Гребенников 1.1. Принципы устройства и функциональные элементы киносъемочного аппарата // Профессиональная киносъемочная аппаратура. — 1-е изд.. — Л.: Машиностроение, 1990. — С. 6. — 288 с. — ISBN 5-217-00900-4