Fotografische Verschlüsse

06.2018 - Mit dem Verschluss wird die Belichtungsdauer von Film oder Sensor zeitlich begrenzt, d.h. die Zeit, die für die Belichtung des Bildfensters oder Sensors freigegeben wird, um eine Aufnahme zu machen. Grundsätzlich wird dabei unterschieden zwischen Zentral- und Schlitzverschluss sowie bei Digitalkameras dem electronic Shutter, der ohne mechanisch bewegte Teile auskommt. Daneben gibt es auch Hybridlösungen, die bei CMOS-Sensoren eingesetzt werden. Dabei wird die Belichtung des Sensors bei geöffnetem Verschluss gestartet und mit dem zweiten Verschlussvorhang wird die Belichtung des Sensors beendet.

Bei den ersten Kameras, deren lichtempfindliche Schicht noch eine längere Belichtungszeit benötigte, genügte vielfach der Objektivdeckel, um die Belichtungszeit durch Abnehmen und Aufsetzen zu steuern. Mit zunehmender Empfindlichkeit der Aufnahmematerialien kamen die ersten mechanischen Verschlüsse zum Einsatz. In der digitalen Fotografie wird eine Dunkelphase zum Auslesen des Sensors und für das Erstellen einer Rauschreferenz benötigt.


Begrifflichkeiten und Kategorien zum besseren Verständnis
• Mechanische Zentralverschlüsse (Copal 0/1/3)
• Elektro-magnetische Zentralverschlüsse (Sinar/Leica eShutter 125, eShutter 250, H-Objektive, gewisse Phase-One-Objektive)
• Elektronische Verschlüsse (sensorbasierte "rolling shutter", wie aktuell im IQ3 100/Trichromatic und Hasselblad H6D-Rückteile; Blitzen nicht möglich)
• Globale Verschlüsse (sensorbasierte "global shutter" sind aktuell für grossformatige Sensoren noch nicht verfügbar, Blitzen wäre hier möglich)


LINK
Übersicht über fotografische Verschlüsse im ALPA-System (EN)



Von links nach rechts: Copal 0, ALPA HR Alpagon 4.0/32 mm mit Sinar/Rodenstock eShutter 250 (ohne Kontroll-Box), ALPA 12 FPS mit Schlitzverschluss, Phase One IQ 3 100 mit elektronischem Verschluss (rolling shutter) durch den Sensor


Zentralverschluss
Zentralverschlüsse bestehen aus mehreren Lamellen und ähneln in Form und Aufbau einer Lamellenblende. Im Unterschied zu den üblichen Blendensystemen lässt sich der Zentralverschluss jedoch vollständig schliessen. Als Material für die Verschlusslamellen kommt klassischerweise dünn ausgewalzter Stahl zum Einsatz. Seit einigen Jahren werden auch Lamellen aus Karbon eingesetzt. Teilweise kommen auch hybride Materialmixe zum Einsatz. Diese haben sich gerade bei hohen Geschwindigkeiten für kurze Belichtungszeiten bewährt. Die meisten Zentralverschlüsse kommen als sogenannte Zwischenlinsenverschlüsse zum Einsatz. Dabei ist der Verschluss an der Stelle im Objektiv eingebaut, an welcher der Strahlengang am stärksten gebündelt ist. Dort fordert der benötigte Strahlendurchlass den jeweils kleinsten Durchmesser. Je kleiner dieser Durchmesser, desto kürzer ist der Weg, den die Verschlusslamellen beim Öffnen und Schliessen zurücklegen müssen. Mit den kleineren Lamellen kann die bewegte Masse kleiner gehalten werden und eine höhere Geschwindigkeit der Verschlusslamellen erzielt werden. Je höher die Verschlussgeschwindigkeit, desto kürzer ist letztlich die realisierbare Verschlusszeit.

Ein wichtiger Vorteil der Zentralverschlüsse ist ihre kurze Synchronzeit. Unter Synchronzeit versteht man die kürzeste Verschlusszeit, in der ein Verschluss das gesamte Bildfeld zur Belichtung freigibt. Ein Blitzsystem, dass in diesem Zeitfenster ausgelöst wird, ermöglicht eine gleichmässige Ausleuchtung über das gesamte Bild.

Die Synchronzeit erreicht beispielsweise bei aktuellen Zentralverschlüssen von Phase One und Hasselblad Zeiten von 1/1600 oder 1/2000 Sekunde. Heute kommen Zentralverschlüsse im Bereich der bildmässigen Fotografie in der Hauptsache bei Grossbild- und Mittelformatkamerasystemen zum Einsatz. Darüber hinaus werden Zentralverschlüsse auch in Kompaktkameras wie der Fujifilm X100F eingebaut. Hier wirkt sich der Nachteil, dass ein Zentralverschluss als Zwischenlinsenverschluss in jedem einzelnen Objektiv eingebaut werden muss, in der Praxis nicht aus, da das Objektiv nicht wechselbar ist. Die kürzeste synchrone Verschlusszeit liegt bei der X100F bei 1/4000 Sekunde.


COPAL Spezifikation

Manual No. 0/1
Alle Angaben ohne Gewähr.

Wichtige Pflegehinweise für Copal-Verschlüsse
• Zeiten nur in ungespanntem Zustand verstellen und nie, wen der Verschluss schon gespannt wurde (Abnutzung, Beschädigung Hemmwerk möglich
• Es können nur ganze Zeitstufen eingstellt werden; niemals versuchen Zwischenzeiten (z.b. 1/45 Sekunde) einzustellen.
• Heutige Hochleistungsoptiken sind NICHT dafür ausgelegt, dass Verschlüsse frei ausgetauscht werden und Vorder- und Hinterlinsenglied ein- und ausgeschraubt werden.


Wer hat Zentralverschlüsse gefertigt
Mechanische Zentralverschlüsse wurden in Europa von Deckel/Compur/Prontor sowie bis in die 1990er-Jahre von Gitzo in Frankreich hergestellt. In Japan waren Nidec Copal und Seiko/Seikosha die wichtigsten Hersteller von Zentralverschlüssen. Der letzte unabhängige Hersteller von rein mechanischen Zentralverschlüssen war Nidec Copal. Die Fertigung der klassischen mechanischen Zentralverschlüsse wurde inzwischen eingestellt. Eine Übernahme der Fertigung durch Dritte scheiterte am Zustand der Werkzeuge. Mechanische Zentralverschlüsse werden heute nicht mehr produziert. Restbestände sind jedoch noch im Handel erhältlich.

Die heute in Objektiven für Mittelformatkameras eingebauten Zentralverschlüsse stammen jeweils aus Exklusivproduktionen für die jeweiligen Hersteller. Sinar produziert den eShutter mit einer kürzesten Verschlussgeschwindigkeit von 1/125 Sekunde und den eShutter 250 mit einer kürzesten Verschlussgeschwindigkeit von 1/250 Sekunde , die auch von Rodenstock unter eigenem Namen in Rodenstock-Objektiven verbaut werden. Für seine elekromagnetischen eShutter bietet Sinar das Steuergerät eControl an, mit welchem der Einsatz des eShutters ortsunabhängig und ohne Computer möglich ist. Das erleichtert den Einsatz ausserhalb des Studios. Der Sinar eControl ist der Nachfolger des eShutter Control, der 2012 eingeführt wurde. Die Stromversorgung erfolgt über einen aufladbaren und austauschbaren Lithium-Ionen-Akku. Das Steuergerät kann im Gegensatz zum Verschluss problemlos zwischen verschiedenen Objektiven gewechselt werden. Das jeweilige Objektiv wird vom eControl automatisch erkannt und auf dem Display angezeigt. Die gewünschte Blende und die Belichtungszeit lassen sich über ein multifunktionales Rad durch Drehen und Klicken einstellen. ALPA wird 2018 eine eigentständige Lösung einführen.


Schlitzverschluss
Eine technische Alternative zum Zentralverschluss ist der sogenannte Schlitzverschluss. Er wird nicht in das Objektiv, sondern in das Kameragehäuse eingebaut. Daher kam seine grosse Zeit mit dem Aufkommen der Kamerasysteme mit Wechselobjektiven. Die ersten Schlitzverschlüsse waren sogenannte Tuchverschlüsse, wie sie heute noch in den analogen Leica-M-Kameras eingesetzt werden. Hier wird ein textiles Rollo aus zwei Verschlussvorhängen horizontal bewegt. Die Synchronzeit ist auch in diesem Fall exakt die Zeit, in welcher der Verschluss vollständig geöffnet ist. Bei kürzeren Verschlusszeiten wird jeweils nur ein Spalt zwischen den beiden Verschlussvorhängen freigegeben. Bei jüngeren Schlitzverschlussmodellen wurde das Textil durch dünne Metallfolien ersetzt. Später wurden Metalllamellen anstelle der Rollos eingesetzt.

Bei den inzwischen hauptsächlich eingesetzten Metall-Lamellen-Schlitzverschlüssen und ihrem geringeren Platzbedarf wechselte die Ablaufrichtung der Verschlusselemente von horizontal zu vertikal. Bei den meist rechtwinkligen Bildformaten verkürzte sich damit auch der von den Verschlussvorhängen zurückzulegende Weg. Seiko gibt als kürzeste Verschlusszeit für seine KB-Verschlüsse 1/8.000 Sekunde an. Durch die kürzeren Wege konnte auch die Synchronzeit verkürzt werden. Bei Kameras im Kleinbildformat sind heute serienmässig Synchronzeiten von 1/320 Sekunde realisierbar.

Bei Mittelformatkameras mit ihren deutlich grösseren Bildfenstern sind die von den Verschlussvorhängen zurückzulegenden Wege und die zu beschleunigenden Massen deutlich grösser. Daraus resultieren bei den Schlitzverschlüssen deutlich im Vergleich zu den Zentralverschlüssen deutlich längere Synchronzeiten. Da dies sich bei Grossformatkameras noch stärker auswirken würde, kommen dort aus diesem Grund keine Schlitzverschlüsse zum Einsatz.


Änderungen an die Anforderungen an einen Verschluss
Mit dem Ankündigung von CMOS-Sensoren für Mittelformatkameras im Januar 2014 (Hasselblad H5D-50c und Phase One IQ250) änderten sich auch die Anforderungen an die Verschlüsse. Im Gegensatz zum analogen Film und den CCD-Sensoren kann bei CMOS-Sensoren eine Aufnahme bei offenem Verschluss (Life View) gestartet werden. Wichtig ist der Verschluss hier nur, um den Lichtstrom auf den Sensor zu beenden, damit der Sensor danach vollständig ausgelesen werden kann, ohne dass er neue Informationen erhält. Zudem wird im Zustand der Nichtbelichtung die Referenz-Spannung des Sensors ermittelt, die von den Daten der Belichtung abgezogen wird, um eine korrekte Aufnahme zu erstellen.

Ein weitere Änderung bei den Verschlüssen hat sich mit der Digitalisierung der Fotografie ergeben. Konnte man zu analogen Zeiten die Vorder- und Hinterlinsenglieder eines Objektivs einfach vom Verschluss abschrauben und den Verschluss dann in einem anderen Objektiv nutzen, ist dies heute nicht mehr möglich. Ein Grund dafür ist die mangelnde Gehäusestabilität der aus der analogen Zeit stammenden Verschlüsse. Heute sind die Verschlüsse optimal an die jeweiligen Objektive angepasst und ein Verschlusswechsel würde zum Verlust der Abstimmung des Azimut und des korrekten Masses des Blendenraums führen.


Electronic Shutter
Bei den heute verfügbaren CMOS-Sensoren wird nicht für die gesamte Sensorfläche gleichzeitig ausgelesen. Man kann sich bei diesen Sensoren eine Zeile mit gleichzeitigem Start der Belichtung vorstellen, die meist zeilenweise über den Sensor wandert. Dafür benötigt sie bei aktuellen Mittelformatsensoren etwa eine halbe Sekunde. Sind Kamera und Motiv unbewegt, werden auch bei CMOS-Sensoren alle Bildpunkte an ihrer korrekten Position belichtet, unabhängig davon, wann sie im Laufe der erwähnten halben Sekunde belichtet wurden. Werden jedoch Aufnahmen eines bewegten Motivs oder mit bewegter Kamera aufgenommen werden die Objekte an ihrem jeweils momentanen Ort abgebildet, wenn die Zeilen nacheinander belichtet werden. Da die Abbildung zeilenweise erfolgt, hat sich das Objekt von einer zur nächsten Zeile schon so weit bewegt, dass bei Zusammensetzung aller Zeilen ein Objekt zur Darstellung kommt, das nicht als Ganzes auf einmal abgebildet wurde. Da die Aufnahme zeilenweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt, kann eine gerade Linie im Motiv gebogen oder verzerrt abgebildet werden. Die Verwendung von Blitzgeräten ist hiermit in der Regel nicht möglich.


Extremer Rolling Shutter-Effekt


Die electronic Shutter nutzten bislang meist das zeilenförmige Auslesen des Sensors als „Verschluss“. Der Vorteil liegt in den vermiedenen mechanischen Bauteilen, was Verschleiss und Erschütterungen vermeidet.Von der Systematik her entspricht der elektronische Verschluss dem Schlitzverschluss mit seiner bei kurzen Belichtungszeiten zeilenförmigen Belichtung. Bislang besteht bei den elektronischen Verschlüssen jedoch der Nachteil, dass bei grossen Sensoren und den somit im Vergleich grossen auszulesenden Pixelzahl, wie sie im Mittelformat üblich sind, das zeilenmässige Auslesen zur Streifenbildung bei bewegten Motiven führt (Rolling Shutter). Daher kommen electronic Shutter , wie sie beispielsweise im IQ3 100MP-Rückteil von Phase One genutzt werden können, heute in erster Linie bei statischen Motiven wie Architektur zum Einsatz. Die Gefahr von Bildverzerrrungen bei Aufnahmen mit einem electronic Shutter besteht bei kleinen Motivanteilen in der Praxis jedoch eher selten, da diese kleinen Bildanteile zumeist innerhalb innerhalb einer Gruppe gemeinsam ausgelesener Sensorzeilen liegen. Ein stabiles Stativ ist beim Einsatz eines electronic Shutters der aktuellen Generation dennoch ein sinnvolles Zubehör.


Die Zukunft
Auch wenn künftige Sensoren schneller ausgelesen werden können und somit die Möglichkeit besteht, dass electronic Shutter in der Version des Global Shutter auch im Mittelformat eingesetzt werden können, wird sehr wahrscheinlich auch weiterhin ein mechanischer Verschluss benötigt. Diese Einheit verhindert nämlich, dass der Sensor der Lichteinstrahlung ausgesetzt wird, wenn dies nicht im Zusammenhang mit einer Aufnahme beabsichtigt ist. Der Verschluss wird dann jedoch nicht mehr unbedingt zur Zeitenbildung eingesetzt und übernimmt eine neue Funktion als Schutzelement.


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