CAMERAFUNCTIES

Elektronische sluiter versus mechanische sluiter

Sommige camera's hebben zowel een elektronische sluiter als een traditionele mechanische sluiter. Maar wat is nou eigenlijk het verschil? Hoe werken ze en hoe weet je wanneer je welke sluiter moet gebruiken? Hier lees je alles wat je moet weten over deze twee soorten sluiters.

De sluiter van een camera bepaalt hoelang de sensor wordt blootgesteld aan licht om een beeld vast te leggen. De belichtingstijd wordt bepaald door de sluitersnelheid.

Alle Canon EOS-camera's hebben een mechanische sluiter en sommige hebben ook een elektronische versie, zoals de EOS 90D en de EOS-1D X Mark III. Alle EOS R-systeemcamera's hebben beide soorten sluiters. Hier lees je wat het verschil is tussen elektronische en mechanische sluiters, hoe ze werken en de voor- en nadelen van elk type.

Wat is het verschil tussen een elektronische en mechanische sluiter?

In een moderne spiegelreflex- of systeemcamera heeft de mechanische sluiter twee 'gordijnen' met elk meerdere lamellen. Deze lamellen gaan open om licht op de sensor te laten vallen en sluiten zodra de ingestelde belichtingstijd voorbij is. Er worden twee gordijnen gebruikt zodat de volledige sensor hetzelfde wordt belicht. Met één gordijn zou je een effect krijgen zoals bij het openen en weer sluiten van een rolluik: het eerste deel van de sensor dat wordt belicht is ook het laatste deel dat wordt belicht. Dit zorgt voor een ongelijke belichting. In plaats daarvan begint het proces met het voorste gordijn gesloten en het achterste gordijn open. Het voorste gordijn gaat open en de belichting begint. Zodra de ingestelde belichtingstijd voorbij is, gaat het achterste gordijn dicht om de belichting te stoppen. Beide gordijnen bewegen in dezelfde richting (bijvoorbeeld van boven naar beneden), zodat alle delen van de sensor even lang worden belicht. Het gebruik van twee gordijnen betekent dat de belichtingstijd wordt bepaald door het tijdsinterval tussen het openen van het eerste gordijn en het sluiten van het tweede gordijn. Met twee gordijnen kan dit heel nauwkeurig worden ingesteld.

In tegenstelling tot een mechanische sluiter, heeft een elektronische sluiter geen bewegende onderdelen. De beeldinformatie wordt via de sensor verzameld tijdens de ingestelde belichtingstijd, die veel korter kan zijn dan mechanische onderdelen kunnen realiseren. Maar er is ook een keerzijde. Om technische redenen zoals elektronische bandbreedte, kunnen de sensorgegevens niet allemaal in één keer worden opgeslagen. In plaats daarvan moeten de pixels regel voor regel (of met enkele regels tegelijkertijd) worden uitgelezen, vergelijkbaar met hoe een flatbedscanner een scan uitvoert. De sluitersnelheid, oftewel de belichtingstijd, kan daardoor veel sneller zijn, maar de uitleessnelheid kan daarentegen voor beperkingen en problemen zorgen.

Een illustratie van een rijdende trein die wordt vastgelegd op de sensor. In de eerste afbeelding is het volledige beeld vastgelegd, gevolgd door een afbeelding met een strook aan de bovenkant, en daarna een strook aan de onderkant van het beeld. In de laatste afbeelding zien we een vertekend beeld door de beweging van de trein tussen de twee middelste stappen.

Met een mechanische sluiter wordt in principe de volledige sensor belicht, waarbij er zeer weinig tijd zit tussen het eerste en tweede sluitergordijn, zodat het volledige frame op dat moment wordt vastgelegd (links). Met een elektronische sluiter (twee middelste afbeeldingen) worden de sensorgegevens echter regel voor regel van boven naar beneden gelezen. Dit is langzamer dan de snelheid van de gordijnbewegingen van de mechanische sluiter en in de tussentijd kan een zeer snel bewegend object van positie zijn veranderd. Het resultaat is dat het bewegende object er vertekend uitziet in het vastgelegde beeld (rechts). Deze vertekening wordt ook wel het 'rolling shutter'-effect genoemd.

Wat zijn de voordelen van een elektronische sluiter?

Elektronische sluiters hebben verschillende voordelen, maar het meest bekende voordeel is dat ze snellere sluitertijden (kortere belichtingen) bieden dan mechanische sluiters. Zo is de snelste sluitersnelheid van de EOS R3 bijvoorbeeld 1/8000 sec met de mechanische sluiter, maar 1/64000 sec met de elektronische sluiter. Fotografen kunnen zo snelle actie en vluchtige momenten nauwkeuriger vastleggen.

Elektronische sluiters kunnen ook de maximale continue opnamesnelheid verhogen. De framerate in de EOS R5 en EOS R6 is bijvoorbeeld 12 fps (frames per seconde) bij de mechanische sluiter en 20 fps bij de elektronische sluiter. In de EOS R3 is het verschil zelfs nog indrukwekkender: 12 fps voor de mechanische sluiter en tot wel 195 fps voor de elektronische sluiter.* 

Een elektronische sluiter werkt bovendien compleet geruisloos, omdat er geen bewegende onderdelen zijn. Dit biedt kansen voor fotografen om te werken op plekken die voorheen niet mogelijk waren. Zo gelden er bij bepaalde sportwedstrijden, zoals tennis-, snooker- en golftoernooien, bijvoorbeeld strikte regels om te voorkomen dat spelers op cruciale momenten worden afgeleid door camerageluiden. Met een elektronische sluiter is dit geen probleem. Met een stille sluiter kunnen fotografen ook foto's maken tijdens een theatervoorstelling of een klassiek concert, zonder de ervaring van het publiek te verstoren. Stil fotograferen kan een voordeel zijn in vele verschillende genres, van het maken van babyportretten tot het vastleggen van huwelijksceremonies, speeches en evenementen.

Een groot voordeel van een systeemcamera ten opzichte van een spiegelreflex is dat de systeemcamera geen spiegel heeft die zorgt voor trillingen bij het maken van de foto. Een elektronische sluiter gaat nog een stap verder: omdat er geen bewegende onderdelen zijn, hebben fotografen ook geen last van de relatief kleine cameratrilling door de bewegende sluiter ('shutter shock').

Wat zijn de nadelen van elektronische sluiters?

Het grootste probleem van elektronische sluiters is het 'rolling shutter'-effect dat kan optreden. Omdat de beeldinformatie van de sensorpixels regel voor regel wordt uitgelezen, kan een razendsnel onderwerp zich verplaatsen in de tijd die nodig is om de hele sensor uit te lezen. Dit leidt tot vertekening van het onderwerp in de uiteindelijke foto. Een snelle trein bevindt zich misschien pas halverwege het frame als de bovenste regel pixels wordt uitgelezen, maar bij het uitlezen van de onderste regel heeft de trein de rand van het frame al bereikt. Het gevolg: de trein op de foto ziet er vertekend uit. De sluitersnelheid (of beter gezegd, de belichtingstijd) is nog steeds 1/8000 sec of welke instelling je ook gebruikt. Het probleem is dat het ene stukje 1/8000e van een seconde net iets anders is dan het andere stukje 1/8000e van een seconde.

Door ontwikkelingen in de sensortechnologie, zoals het gelaagde ontwerp van de CMOS-chip met achtergrondverlichting in de EOS R3, zijn de uitleestijden aanzienlijk sneller geworden. Dit voorkomt in belangrijke mate de vertekening door het 'rolling shutter'-effect. Een andere nieuwe technologie is de global shutter (of total shutter) waarmee in één keer informatie van de hele sensor wordt uitgelezen, in plaats van regel voor regel. Deze technologie is echter zeer complex en kostbaar en leidt tot beeldruis. De resultaten zijn vooralsnog dan ook niet van de beste kwaliteit. De technologie wordt al wel gebruikt in sommige videotoepassingen, maar is nog niet praktisch voor video's of foto's waarbij beeldkwaliteit de belangrijkste vereiste is.

Bepaalde knipperende lichtbronnen, zoals fluorescerend en led-licht, kan bij gebruik van een elektronische sluiter bovendien streepvorming veroorzaken. Dit komt doordat de helderheid en de kleur van de scène veranderen terwijl de sensor wordt uitgelezen. Op een vergelijkbare manier kan het moeilijk zijn om een flits te synchroniseren met een elektronische sluiter omdat de meeste flitsers fel maar heel kort licht produceren. Dit betekent dat de intensiteit van de verlichting niet kan worden behouden terwijl de sensor wordt uitgelezen. Deze problemen kunnen in bepaalde omstandigheden echter ook optreden bij mechanische sluiters. De nieuwe technologieën voor elektronische sluiters in de EOS R3 bieden knipperdetectie bij hoge frequenties en ook flitssynchronisatie. Deze functie werkt bij sluitersnelheden tot wel 1/180 sec (niet veel minder dan de 1/200 sec die mogelijk is met de mechanische sluiter) en met Canon Speedlites of andere merken flitsers.

Twee diagrammen laten zien hoe de sluiter werkt bij sluitersnelheden lager (links) en hoger (rechts) dan de snelheid van flitsersynchronisatie van de camera. In de eerste afbeelding is er een moment waarop de sensor volledig wordt belicht, maar in de tweede afbeelding is dit niet het geval en wordt de sensor slechts in stukjes belicht.

Zelfs mechanische sluiters kunnen maar tot een bepaalde sluitersnelheid synchroniseren met een flitser. Dit is de reden. Het linkerdiagram laat zien wat er gebeurt bij sluitersnelheden tot maximaal de flitsersynchronisatiesnelheid van de camera, bijvoorbeeld 1/200 sec. Licht komt de camera binnen (1) en de sluiter (2) doet het volgende. Het voorste gordijn (A) gaat open en aan het eind van de ingestelde belichtingstijd gaat het achterste gordijn (C) dicht om de belichting te stoppen. In de korte tijd ertussen wordt de sensor een moment volledig belicht (B) en kan het volledige beeld worden vastgelegd terwijl het wordt verlicht door de flitser (3B). Rechts zien we wat er gebeurt als de sluitersnelheid hoger is dan de flitsersynchronisatiesnelheid van de camera, bijvoorbeeld 1/2000 sec. Het achterste gordijn (C) gaat al dicht nog voordat het voorste gordijn (A) volledig open is. Hierdoor wordt de sensor steeds door een kleine bewegende opening belicht (B), en nooit volledig in één keer. Het beeld wordt in 'stukjes' belicht (6 A-B-C), zeer snel achter elkaar. Op geen enkel moment wordt het hele frame op hetzelfde moment belicht. Een korte flits of een knipperende kunstmatige lichtbron kan ervoor zorgen dat de helderheid en kleur in elk stukje van het beeld anders is. Dit leidt tot streepvorming in de uiteindelijke foto.

Wat zijn de voordelen van een mechanische sluiter?

Mechanische sluiters hebben jarenlang prima gewerkt voor fotografen en ze bieden nog steeds een aantal voordelen ten opzichte van elektronische sluiters. De sensor bij een mechanische sluiter wordt ook in 'stukjes' belicht bij hogere sluitersnelheden (zie afbeelding hierboven), wat ook kan leiden tot streepvorming of ongelijke belichting en verschillende kleuren bij knipperende lichtbronnen. Vergeleken met elektronische sluiters komt dit echter een stuk minder voor.

Wat daarnaast ook vaak wordt genoemd als een voordeel van een mechanische sluiter, is dat er minder vertekening optreedt door het 'rolling shutter'-effect. Het effect kan nog steeds aanwezig zijn, maar is veel minder goed waarneembaar met een mechanische sluiter dan met een elektronische sluiter op een camera met een relatief langzame uitlezing van de sensor. 

Ten slotte is de flitsersynchronisatie bij mechanische sluiters meestal aanzienlijk sneller dan bij elektrische sluiters. De snelheid is echter zelden hoger dan 1/250 sec, omdat bij hoge sluitersnelheden de sensor wordt belicht door een bewegende nauwe opening, zelfs bij mechanische sluiters. Er is daardoor geen enkel moment waarop het hele frame wordt verlicht door de flits.

Wat zijn de nadelen van mechanische sluiters?

Omdat een mechanische sluiter onderdelen heeft die nauwkeurig moeten bewegen binnen een specifieke tijd, is de maximale sluitersnelheid aanzienlijk lager dan die van een elektronische sluiter. De respons van een mechanische sluiter is ook lang niet zo snel als die van zijn elektronische tegenhanger, wat een probleem kan zijn als snelheid cruciaal is. Daarom kun je snel bewegende onderwerpen of vluchtige momenten minder nauwkeurig vastleggen met een mechanische sluiter dan met een elektronische sluiter.

Het verschuiven van de gordijnen van de mechanische sluiter produceert bovendien een geluid dat in sommige omstandigheden als zeer storend kan worden ervaren. Dit veroorzaakt bovendien een lichte trilling die tot bewegingsonscherpte kan leiden. Dit is vooral merkbaar als je teleobjectieven en relatieve lage sluitersnelheden gebruikt.

Mechanische sluiters zijn fysieke onderdelen, die dus uiteindelijk slijtage zullen vertonen.

Een diagram van een camerasensor waarbij één regel pixelgegevens tegelijkertijd wordt uitgelezen. Daarnaast een tweede diagram van een sensor die wordt uitgeschakeld, ingeschakeld en weer uitgeschakeld.

Bij de elektronische sluiters die tegenwoordig worden gebruikt (1), worden de sensorgegevens regel voor regel uitgelezen. Bij een global shutter (2) wordt de sensor in één keer volledig uitgelezen. De sluiter gaat dus van volledig dicht naar volledig open en weer volledig dicht. Dit neemt veel van de tekortkomingen van elektronische sluiters weg, maar in de praktijk brengt deze technologie de nodige technische uitdagingen met zich mee. Zo moeten de sensorsnelheid en bandbreedte toereikend zijn om hoge-resolutieopnamen mogelijk te maken.

De mechanische sluiter in een EOS R3.

De mechanische sluiter in een EOS R3 is hypermodern, maar er zijn fysieke beperkingen aan de snelheid van elk mechanisme. De camera stelt een nieuwe standaard voor sluitersnelheid, snelheid van flitsersynchronisatie en knipperdetectie bij hoge frequenties. Dit is vooral te danken aan de ontwikkelingen op het gebied van sensortechnologie.

Wat is een elektronische voorgordijnsluiter?

Veel nieuwe camera's hebben een elektronische voorgordijnsluiter, ook wel bekend als EFCS (Electronic Front-Curtain Shutter of Electronic First Shutter Curtain). Dit is een combinatie van een mechanische en elektronische sluiter. Alle Canon-camera's met Live View sinds de EOS 40D (uitgebracht in 2007) hebben deze optie, die standaard is ingeschakeld als Silent LV Shooting. Als EFCS is geactiveerd, is de mechanische sluiter in eerste instantie volledig open (zodat licht op de sensor valt, wat de Live View mogelijk maakt). Bij het maken van een foto wordt de belichting gestart door de elektronische sluiter, maar gestopt door het sluiten van de mechanische sluiter (het tweede gordijn).

Dit heeft een aantal voordelen. Hoewel het systeem niet helemaal stil is, produceert het niet zo veel geluid als bij gebruik van alleen de mechanische sluiter. Door de belichting te starten met de elektronische sluiter, is de camera zeer responsief en wordt bewegingsonscherpte door een bewegende sluiter voorkomen. (Bewegingsonscherpte die wordt veroorzaakt door het tweede gordijn, wordt niet vastgelegd omdat dit gordijn de belichting stopt.) EFCS kan ook zorgen voor snellere flitsersynchronisatie ten opzichte van de mechanische of elektronische sluiter. De snelheid van de flitsersynchronisatie kan op de EOS R3 bijvoorbeeld tot wel 1/250 sec bereiken.

Een nadeel van EFCS is dat het streepvorming kan veroorzaken bij knipperende kunstmatige lichtbronnen, al is dit effect meestal niet zo sterk als bij de standaard elektronische sluiter. Bij hogere sluitersnelheden kan de bokeh bovendien een beetje te druk of 'nerveus' worden. Tot slot blijft de fps hetzelfde als bij de mechanische sluiter, omdat het proces nog steeds het tweede mechanische gordijn gebruikt.

Wanneer moet je een elektronische sluiter gebruiken en wanneer een mechanische sluiter?

Als je snelle continue opnamen en/of de hoogste sluitersnelheid nodig hebt, dan is de elektronische sluiter ideaal. Het is ook een logische keuze wanneer je geluidloos wilt fotograferen, omdat de sluiter geen enkel geluid maakt. 

Als je werkt met kunstmatig licht of een flitser, dan kan de mechanische sluiter (of EFCS, de elektronische voorgordijnsluiter) hogere sluitersnelheden bieden. Als de elektronische sluiter zorgt voor vertekening door het 'rolling shutter'-effect in foto's, dan zou het gebruik van de mechanische sluiter of EFCS dat probleem kunnen oplossen.

Het is ook belangrijk om te weten dat op alle EOS-spiegelreflexcamera's en -systeemcamera's van Canon, met uitzondering van de EOS R3, de maximale bitdiepte daalt van 14-bit met de mechanische sluiter naar 12-bit met de elektronische. Dit betekent dat de camera bij RAW-opnamen met de elektronische sluiter de foto's opslaat met een iets kleiner kleur- en tintbereik. Bij JPEG- of HEIF-bestanden gebeurt dit niet, omdat deze bestanden van zichzelf al een lagere bitdiepte hebben.

Een golfer in een witte broek en geel poloshirt, vastgelegd direct na het slaan van de bal. De shaft van de golfclub ziet er gebogen uit.

Het 'rolling shutter'-effect is een bekend probleem van elektronische sluiters. Het vertekent zeer snel bewegende objecten zoals de shaft van deze golfclub of een draaiende ventilator of propeller, waardoor er een lichte kromming te zien is. Gefotografeerd met een Canon EOS-1D X Mark III met een Canon EF 70-200mm f/4L IS II USM-objectief, ingesteld op 1/2700 sec, f/4 en ISO800.

Dezelfde golfer in een witte broek en geel poloshirt op hetzelfde moment vastgelegd, na het slaan van de bal. De shaft van de golfclub is recht.

De nieuwe gelaagde sensor met achtergrondverlichting in de EOS R3 kan de beeldinformatie zo snel verwerken dat het 'rolling shutter'-effect zo goed als verdwenen is. Fotografen kunnen nu maximaal profiteren van de elektronische sluiter om beweging te bevriezen, bij baanbrekende snelheden tot 1/64.000 seconde, en in volledige stilte. Gefotografeerd met een Canon EOS R3 en een Canon RF 70-200mm F4L IS USM-objectief, ingesteld op 200mm, 1/2700 sec, f/4 en ISO800.

Vertekening en streepvorming door het 'rolling shutter'-effect voorkomen

Zoals gezegd komen deze problemen vaker voor bij elektronische sluiters, maar ze kunnen ook optreden bij mechanische sluiters. Overstappen op een mechanische sluiter, zoals vaak wordt aanbevolen, is dus niet altijd de oplossing.

Sommige programma's voor het bewerken van foto's en video's kunnen de vertekening door het 'rolling shutter'-effect enigszins corrigeren, maar het is raadzaam om het effect zo veel mogelijk te beperken tijdens het fotograferen. Met het verhogen van de sluitersnelheid kun je met een beetje geluk het probleem oplossen. Bij video moet je ook de framerate verhogen om de camera de sensor sneller te laten scannen.

Vertekening door het 'rolling shutter'-effect is duidelijker zichtbaar wanneer het onderwerp van de ene kant van het frame naar de andere kant beweegt, loodrecht ten opzichte van de richting waarin de sensor wordt uitgelezen. Je kunt de vertekening beperken door de opnamehoek te veranderen, zodat het onderwerp in een hoek van 45° of zelfs 90° ten opzichte van de camera beweegt.

De streepvorming in foto's die bij knipperend licht zijn gemaakt, wordt veroorzaakt door de veranderende helderheid van het licht terwijl de sensor wordt gescand. De meeste kunstmatige lichtbronnen, vooral fluorescerend en led-licht, knipperen in lijn met de netstroomtoevoer. Het aanpassen van de sluitersnelheid naar 1/50 sec (1/60 sec in de VS) of 1/100 sec (1/125 sec in de VS) kan het probleem oplossen. Zo niet, experimenteer dan met verschillende sluitersnelheden om te kijken welke snelheid past bij het knipperpatroon van de lichtbron. 

Als je camera een anti-knipperfunctie heeft, is het ook verstandig om die in te schakelen. Hiermee detecteert de camera knipperend licht en wordt de ontspanknop enigszins vertraagd om dit tijdens de belichting te vermijden. De ontwikkelingen in de sensortechnologie van Canon maken de EOS R3 tot de eerste EOS-systeemcamera met elektronische sluiter die knipperdetectie bij hoge frequenties biedt. Dit kan streepvorming voorkomen tijdens het werken met led-lichtbronnen.

*Aangepaste instelling voor continu opnemen op hoge snelheid, continu-opnamen tot 195 fps met maximaal 50 frames, beschikbaar op de EOS R3 via een firmware-update.

Geschreven door Angela Nicholson and Alex Summersby


Gerelateerde artikelen

Meld je aan voor de nieuwsbrief

Klik hier voor inspirerende verhalen en het laatste nieuws van Canon Europe Pro