Фотографический затвор

Затвор 1911 года. Дисковый и диафрагменныф.

Затво́р фотографи́ческий — устройство, используемое для перекрытия светового потока, проецируемого объективом на фотоматериал (например, фотоплёнку или Фотосенсор в цифровой фотографии). Открыванием затвора на определенное время дозируют количество света, попадающего на светочувствительную поверхность.

История

На заре фотографии фотоматериалы имели низкую светочувствительность, выдержка измерялась часами, позднее — минутами и секундами. Время для экспонирования фотопластинки, отсчитывалось фотографом по обычным часам или в уме, а роль затовора выполняла съёмная крышечка на объективе. С развитием и совершенствованием технологий изготовления фотоматериалов, с повышением их светочувствительности, созданием "светосильных" объективов появилась возможность довести выдержки при фотографировании до десятых, сотых и тысячных долей секунды. Одновременно для управления затвором создавался сложный и точный механизм.

Характеристики фотографического затвора

Фотографический затвор характеризуется:

• Коэффициентом полезного действия (КПД), который выражает отношение количества света, прошедшего за время работы затвора, к количеству света, прошедшего за тот же период через «идеальный затвор». Чем больше величина этого коэффициента приближается к единице ( при процентном выражении — к 100 %), тем совершеннее работает затвор;
• Точностью и диапазоном выдержек.
• Степенью искажения изображения;
• Количеством срабатываний до первого отказа (В профессиональных фотокамерах гарантируется более ~250000 срабатываний без отказа);
• Надежностью работы затвора в различных условиях фотографирования.

Типы фотографических затворов

Затворы классифицируются по расположению в камере (апертурные: межлинзовые, залинзовые, фронтальные; фокальные) и по конструкции (дисковые; лепестковые; шторные: веерные, ламельные; затворы-жалюзи и др.).

Дисковый секторный затвор

Дисковый секторный затвор состоит из вращающегося на оси металлического сектора с отверстием, который приводится в действие пружиной, связанной со спусковым рычагом.

Затворы этого типа отличаются наименьшим числом деталей, что определяет наименьшую стоимость, повышенную надежность и уменьшение требований к точности изготовления.

Однако их существенные недостатки — громоздкость (радиус диска не менее перекрываемого отверстия) и ограниченный диапазон выдержек привели к ограниченному применению, в основном в камерах начального уровня.

Дисковый затвор имеет конструктивное сходство с обтюратором кинокамер.

Затворы-жалюзи

Затворы-жалюзи применяются крайне редко, так как требуют значительного пространства между линзами объектива, однако представляют практический интерес, обладая некоторыми преимуществами.

Перекрываемое поле состоит из набора узких пластинок-ламелей, одновременно поворачивающихся вокруг осей. При открытом затворе пластинки направлены вдоль оптической оси. Для закрытия затвора достаточно повернуть все пластинки на 90°. Благодаря небольшой массе каждой отдельной пластинки инерционность затвора невелика и приводной механизм отличается простотой. Радиальный затвор-жалюзи, кроме основной задачи дозирования экспозиции, выполняет роль оттенителя — компенсатора падения освещённости от центра кадра к краям; избыточная освещенность в центре гасится центральной частью затвора.

Коэффициент полезного действия затворов-жалюзи близок к КПД центральных затворов.

Центральный затвор

Центральный затвор, как правило, устанавливается между линзами объектива. Он представляет собой ряд тонких сегментов, приводимых в действие системой пружин и рычагов. При экспонировании сегменты открывают действующее отверстие объектива симметрично относительно его центра и, следовательно, сразу освещают поверхность светочувствительного элемента. В некоторых конструкциях степень раскрытия лепестков может регулироваться, за счет чего затвор одновременно выполняет роль диафрагмы.

КПД центрального затвора составляет от 0,3 до 0,5, а минимальная выдержка 1/500 с.

В качестве датчика времени в центральных затворах чаще всего используется простейший часовой анкерный механизм, а на коротких выдержках время открытия затвора регулируется силой натяжения пружин. Последние модели центральных затворов имеют электронный дозатор выдержки. В этих затворах лепестки удерживаются в открытом состоянии электромагнитами.

Центральные затворы не искажают фотографическое изображение и устойчиво работают на морозе.

Шторный затвор

Шторный тканевый затвор

Шторный затвор, иногда называемый шторно-щелевым, представляет собой шторку (металлическую или из прорезиненной ткани) со щелью, регулируемой по ширине. Затвор приводится в действие системой пружин или электродвигателем.

Во взведенном состоянии фотоматериал перекрыт первой шторкой. При спуске затвора она сдвигается под воздействием пружины, открывая путь световому потоку. По окончании заданного времени экспозиции световой поток перекрывается второй шторкой. На коротких выдержках две шторки движутся вместе, а время экспозиции регулируется шириной щели между ними. Перед началом съемки следующего кадра затвор необходимо взвести, вернув шторки в исходное положение.

Шторный затвор монтируется в непосредственной близости от фотоматериала и во время выдержки по мере передвижения щели вдоль кадра последовательно освещает его.

КПД шторного затвора доходит до 0,95, а минимальная выдержка достигает 1/12000 с (Minolta 9 и 9xi).

При съёмке быстро движущихся объектов шторный затвор искажает их изображение. Оно в зависимости от направления движения объекта по отношению к фотоаппарату несколько суживается по ширине или верхние части изображения слегка смещаются по отношению к нижним. Такие искажения слабо заметны и не играют роли при обычном фотографировании. Но их надо учитывать при технической или научной съемке. Это явление называется временной параллакс.

На морозе шторный затвор из прорезиненной ткани работает недостаточно точно, так как прорезиненная шторка теряет эластичность.

Если шторный затвор плохо отрегулирован, скорость движения шторки может увеличиваться к концу экспонирования, она может двигаться рывками, поэтому экспозиция изображения может оказаться неравномерной.

В старых фотокамерах взвод шторного затвора осуществлялся специальным рычагом вместе с перемоткой пленки. В современных аппаратах оба этих процесса выполняют электродвигатели.

Особенности работы со вспышкой

Конструкция шторного затвора позволяет регулировать выдержку. Шторки пересекают кадровое окно с одинаковой скоростью не зависимо от настроенной скорости работы затвора. Установка выдержки на головке связано с настройкой величины щели образуемой шторками. При больших скоростях работы затвора щель более узкая, чем при малых. При скоростях 1/60 c и меньше первая шторка полностью открыв окно, после чего начинает двигаться вторая шторка, закрывыая окно.

Из-за этой особенности работы шторного затвора на коротких выдержках, при использовании совместно с фотовспышкой необходимо учитывать, что загорание лампы вспышки должно происходить в тот момент, когда вся поверхность светочувствительного элемента открыта свету. Минимальная выдержка, при которой это условие еще выполняется называется выдержкой синхронизации, x-sync или flash-sync. Применение вспышки на более коротких выдержках приведет к тому что ею будет освещена только часть кадра в виде светлой полосы.

На современных цифровых зеркальных фотоаппаратах среднего класса выдержка синхронизации составляет от 1/160 - 1/250 до 1/500 (при использовании электронного затвора). Для сравнения - на многих моделях фотоаппаратов Зенит выдержка синхронизации составляла 1/30 с. Короткие выдержки синхронизации позволяют использовать вспышку например в солнечный день для подсветки теней.

Для обхода этого ограничения шторного затвора в дополнение к нему может применяться электронный затвор. Другим способом является применение высокоскоростной синхронизации вспышки (FP/HSS). При этом вспышка вместо одного импульса испускает серию импульсов (как правило менее мощных) что позволяет получить полностью освещенный кадр даже на очень коротких выдержках (вплоть до 1/4000 - 1/8000)

Синхронизация по первой/второй шторке

С конструкцией шторного затвора связаны термины, описывающие специальные режимы синхронизации фотовспышки — по первой шторке, по второй шторке (сейчас эти термины применяются вне зависимости от конкретного типа затвора). Время работы электронной вспышки обычно значительно меньше, чем время открытия затвора (1-5 мс против сотых долей секунды), в связи с чем тот момент, в который сработает вспышка, оказывает заметное влияние на полученный результат, особенно при съемке движущихся объектов. При синхронизации по первой шторке вспышка срабатывает сразу после открытия затвора (когда первая шторка займет конечное положение). Вспышка дает яркую экспозицию движущегося объекта от вспышки и затем его слабый смазанный след, направленный в сторону движения объекта, экспонированный за время прошедшее после светового импульса. Объект на фотографии зрительно получается двигающимся в обратную сторону. При синхронизации по второй шторке вспышка срабатывает перед закрытием затвора (незадолго перед началом движения второй шторки), поэтому вначале слабо экспонируется движение без вспышки, и лишь потом объект полностью освещается, что соответствует зрительному восприятию движения объекта, оставляющего позади себя след. Как правило, возможность выбора режима синхронизации имеется только на профессиональных и полупрофессиональных камерах.

Электронный затвор

Электронные затворы применяются в цифровых фотоаппаратах, и представляют собой не отдельноe устройство, а принцип дозирования экспозиции фотосенсором. Выдержка определяется временем между обнулением фотосенсора и моментом считывания информации с нее.

Применение электронного затвора позволяет достичь более коротких выдержек (в том числе и выдержки синхронизации со вспышкой) без использования более дорогостоящих высокоскоростных механических затворов.

Примечание: термин Электронный затвор часто используется вместо термина Электронно управляемый механический затвор.

Применение затворов в современных фотоаппаратах

В большинстве современных фотоаппаратов используется электронное управление затвором и высокоскоростные электроприводы, т. е. фотографу не требуется выполнять каких-либо операций по взведению затвора. В механических пленочных камерах взведение затвора обычно объединено с перемоткой пленки на следующий кадр, однако в некоторых старых и дешевых моделях (например, в советской «Смене») для этого использовался отдельный рычажок. Спуск (открытие) затвора происходит по команде фотографа при нажатии на «главную» (а во многих любительских камерах и единственную) кнопку или с помощью программного механизма — например, автоспуска. В современных автоматических камерах кнопка спуска не имеет механической связи с затвором и инициирует целый пакет различных автоматических процессов, включая измерение освещенности, наведение на резкость и т. п. В дешевых камерах их выполнение может потребовать заметного времени, в связи с чем возникает т. н. «затворный лаг» — реальное открытие затвора происходит с задержкой, что не позволяет успешно снимать динамичные сцены. Затворный лаг особенно характерен для потребительских цифровых камер.

В некоторых наиболее примитивных моделях современных цифровых камер затвор отсутствует, изображение проецируется на матрицу непрерывно, а статическое изображение требуемой яркости получается в результате микропроцессорной обработки. В специальных фотоаппаратах используются особые конструкции затворов, в том числе для высокоскоростной съемки. В кинокамерах затвор является частью обтюраторного механизма.

В профессиональных и полупрофессиональных камерах обычно предусматривается режим полностью ручного управления временем открытия затвора — т. н. выдержка «от руки» или bulb. В этом режиме затвор не только открывается, но и закрывается по команде фотографа (после отпускания кнопки спуска или по повторному нажатию на нее). Как правило, это необходимо для обеспечения длительных выдержек (секунды, минуты, часы), камера при этом устанавливается на штативе, чтобы избежать шевеленки.

Литература

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.
• Тамицкий Э. Д., Горбатов В. А. Учебная книга по фотографии. М., «Легкая индустрия», 1976