domenica 14 luglio 2013

Il test dell'otturatore

L'otturatore di un apparecchio fotografico regola la durata dell'esposizione.

Tale durata può essere impostata tramite una ghiera, scegliendo tra un insieme di valori convenzionali (1,2,4,...1000) il cui reciproco è il tempo di esposizione (ad esempio: 125 indica 1/125 di secondo, ovvero 8 millisecondi).

 

È importante, ai fini di una corretta esposizione, che il tempo effettivo di apertura dell'otturatore corrisponda a quello impostato.
È quindi utile poter verificare la precisione dell'otturatore, soprattutto nel caso di vecchie fotocamere meccaniche.

Esistono diversi metodi per testare gli otturatori, come si può facilmente verificare cercando in rete "shutter tester".
Uno particolarmente interessante utilizza un semplice circuito elettronico basato su un fotodiodo che intercetta un raggio di luce passante per l'otturatore.
In questo modo, la misura del tempo di esposizione è ricondotta alla misura di una grandezza elettrica.

Tale misura può essere fatta con un oscilloscopio o, più semplicemente, attraverso la scheda audio del proprio PC.

 Lo schema dello shutter tester è abbastanza classico e in rete ne esistono diversi. Io ho utilizzato il seguente:


Il funzionamento è semplice: quando il fotodiodo è illuminato inizia a condurre. Ciò determina una caduta di tensione ai terminali del resistore. Se non vi fosse il condensatore, avremmo in uscita un impulso rettangolare, di durata pari all'intervallo di tempo in cui il fotodiodo viene illuminato.


La presenza del condensatore determina un taglio delle basse frequenze (filtro passa alto), pertanto il segnale in uscita sarà costituito da due impulsi che decadono esponenzialmente.

* * *

Vediamo cosa succede nella pratica.

Ho utilizzato per il test una Nikon FE2.
Il segnale emesso dal circuito è stato campionato e visualizzato mediante Audacity, un software gratuito per l'editing di segnali audio.

Selezionando l'intervallo con il cursore, è possibile avere una misura in campioni.

Riporto di seguito 3 casi significativi.

Test a 1 s
L'intervallo comprende 44160 campioni, che, alla frequenza di cammpionamento di 44100 Hz, corrispondono a 44160/44100 = 1.001s.
Niente male, per una macchina di 30 anni fa, peraltro mai revisionata!

I due impulsi determinati dall'apertura e dalla chiusura dell'otturatore decadono esponenzialmente in base alla costante RC del filtro.
Notare la leggera saturazione, dovuta al fatto che l'ampiezza degli impulsi va oltre la dinamica di ingresso della scheda audio.


Test a 1/125 s:
I 361 campioni dell'intervallo corrispondono a 361/44100 = 1/122 s.
Anche in questo caso la precisione è ottima!
Il filtro non ha praticamente effetto, essendo la sua costante di tempo molto superiore rispetto al tempo di apertura dell'otturatore.


Test a 1/500 s
La curva non ha più l'aspetto di un gradino, ma presenta dei tempi di salita e di discesa abbastanza evidenti, dovuti probabilmente alla capacità di ingresso della scheda audio (passa basso).
La misura della durata del gradino viene pertanto fatto con una certa approssimazione, come mostrato in figura.


I 75 campioni misurati corrispondono a 75/44100 = 1.7 ms. Rispetto ai 2ms attesi, l'errore è del tutto accettabile (circa 0.2 stop).

* * *

Tolleranze consentite

La norma DIN 19015 fissa gli errori massimi consentiti per i vari tempi di otturazione.
Pur non avendo accesso a tale documento, ho trovato i valori su un vecchio service manual della Zeiss, che ho trovato in rete.

Tale manuale riporta le massime tolleranze ammesse dalla norma DIN 190015:
  •  + 0.3 stop per i tempi fino a 1/125 s
  •  + 0.45 stop per i tempi uguali o più brevi di 1/250 s
I manuale riporta inoltre le tolleranze fissate dalla Zeiss, che sono addirittura più strette rispetto a quelle DIN (rispettivamente + 0.2 e + 0.26).

Va inoltre notato che il valore nominale su cui vengono tarati gli otturatori non corrisponde esattamente al tempo impostato sulla ghiera, ma è in realtà un elemento della serie

1 / 2^n

con n intero positivo.

Il problema dei tempi veloci con gli otturatori a tendina

Nel caso degli otturatori a tendina, quando sono impostati dei tempi più brevi del sincro flash, l'esposizione ha luogo attraverso una fessura rettangolare che scorre velocemente lungo l'area del fotogramma.

La larghezza di tale fessura è pari a

s = v * ΔT

ossia è tanto più stretta quanto più breve è il tempo impostato.

La velocità v può essere facilmente determinata una volta noto il tempo di sincro flash e la corsa delle tendine.

Ad esempio, nel caso della FE2, il sincro flash è pari a 1/250 s, mentre la corsa delle tendine (a scorrimento verticale) è pari all'altezza del fotogramma del fotogramma, ossia 24 mm.

Pertanto:

v = 24 / (1/250) = 6 m/s

Quindi la larghezza della fessura è pari a:
  • 6 mm a 1/1000 s
  • 3 mm a 1/2000 s
  • 1.5 mm a 1/4000 s
Il fatto che il fotodiodo abbia un'area recettiva di circa 5mm di diametro, rende problematica la misura dei tempi più brevi di 1/500 s.

È pertanto consigliabile coprire il fotodiodo con un "tappo" di plastica (es. ricavato dal contenitore di un film 35mm) sul quale verrà praticato un forellino di 1mm.

Una volta posizionato lungo il percorso del raggio di luce, il tappo avrà l'effetto di mascherare parte dell'area sensibile del fotodiodo. In questo modo è possibile misurare tempi fino a 1/2000 s.

L'accorgimento sopra descritto va utilizzato solo con gli otturatori a tendina. Poichè la sensibilità del fotodiodo ne risulta notevolmente ridotta, è consigliabile effettuare la misura senza obiettivo.

Note costruttive

Ho realizzato un semplice supporto su cui alloggiare in modo stabile la fotocamera.

Da un lato è fissata una piccola torcia, dall'altro un contenitore che ospita al suo interno l'elettronica.

Attraverso un foro si affaccia il fotodiodo, in modo che risulti allineato al fascio di luce inviato dalla torcia.


Il contenitore è fissato ad una barra di legno, che scorre liberamente tra due barre fissate al supporto.

In questo modo è possibile regolare la distanza tra la torcia e il fotodiodo in funzione delle dimensioni della fotocamera.


La figura seguente mostra l'utilizzo del supporto per la misura dei tempi di esposizione di una reflex 35mm.
La reflex è stata appoggiata su un rialzo, in modo da avere il fascio di luce allineato con l'asse dell'obiettivo.

L'obiettivo potrebbe essere tranquillamente rimosso ai fini della misura, in quanto l'otturatore è nel corpo macchina.

Qualora si decida di lasciare l'obiettivo, è opportuno impostarlo sul diaframma più aperto.


La figura che segue mostra invece l'utilizzo del supporto con un obiettivo per il grande formato (tenuto in posizine da un morsetto).

Notare il fotodiodo che fuoriesce dal contenitore.


Per tenere una traccia dei risultati dei test ho predisposto un semplice foglio elettronico, in cui riporto (colonna "Measured Samples")  il numero di campioni rilevati per ciascuna misura.

Noto il sampling rate (cella B4), il foglio calcola automaticamente i tempi misurati e l'errore (in EV).

Nell'esempio riportato, l'errore riscontrato in corrispondenza del tempo di 1/5 s comporta una sovraesposizione di oltre 1 stop.

Ulteriori letture

2 commenti:

  1. Ciao Maurizio,ti faccio i complimenti,aspetto sempre con piacere i tuoi articoli.

    Mario

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  2. Mi accodo ai complimenti, davvero un articolo interessante. Grazie !

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