Затвор (фотоаппарат)

Шторковий затвор

Затвор фотографический - устройство, используемое для перекрытия светового потока, проектируемого объективом на фотоматериал (например, фотопленку, фотопластинку) или фотоматрицуцифровой фотографии). Затвор дозирует количество света, падающего на чувствительную поверхность, путем открытия на определенное время ( время выдержки), благодаря этому регулируется экспозиция.

В начале фотографии фотоматериалы имели низкую чувствительность и выдержка измерялась часами, позже - минутами и секундами, поэтому не было необходимости в специальном механизме затвора. Его роль выполняла крышка объектива, а время, на которое она снималась для экспонирования фотопластинки, отсчитывал фотограф по обычным часам или в уме. С развитием фотографии выдержки сократились до десятых, сотых и тысячных долей секунды, поэтому возникла необходимость в точном автоматическом механизме.

Затворы классифицируются по размещению в камере ( апертурная : мижлинзови, залинзови, фронтальные; фокальные) и по конструкции (дисковые; лепестковые; шторочные; затворы-жалюзи и другие).



1. Характеристики фотографического затвора

Фотографический затвор характеризуется:

  • КПД (КПД), который выражает отношение количества света, прошедшего за время работы затвора, к количеству света, прошедшего за тот же период через "идеальный затвор", чем больше значение этого коэффициента приближается к единице (а при процентном выражении - до 100%), тем совершеннее работает затвор;
  • точностью и диапазоном выдержек;
  • степенью искажения изображения
  • надежностью работы затвора в различных условиях съемки.



2. Типы фотографических затворов

2.1. 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, определяющий наименьшую стоимость, повышенную надежность и уменьшение требований к точности изготовления.

Однако их существенные недостатки - громоздкость (радиус диска не менее перекрывается отверстия) и ограниченный диапазон выдержек привели к ограниченного применения, в основном в камерах начального уровня.

Дисковый затвор имеет конструктивное сходство с обтюратором кинокамер.



2.2. Затворы-жалюзи

Затворы-жалюзи применяются крайне редко, поскольку требуют значительного пространства между линзами объектива, однако представляют практический интерес, обладая некоторыми преимуществами. Поле, перекрывается, состоит из набора узких пластинок-ламелей, одновременно поворачиваются 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 небольшая и механизм, который приводит его в действие, отличается простотой. Радиальный затвор-жалюзи, помимо основной задачи дозирования экспозиции, выполняет роль оттенителя - компенсатора падения освещенности от центра кадра к краям; избыточная освещенность в центре гасится центральной частью затвора.

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



2.3. Центральный затвор

Центральный затвор, как правило, устанавливается между линзами объектива или непосредственно за задней линзой. Он представляет собой ряд тонких сегментов, приводимых в действие системой пружин и рычагов. При экспонировании сегменты открывают отверстие объектива симметрично относительно его центра и, следовательно, сразу освещают поверхность светочувствительного элемента.

Затвор-диафрагма, диафрагменный затвор - центральный затвор, максимальная степень раскрытия лепестков которой регулируется, за счет чего затвор одновременно выполняет роль диафрагмы.

КПД центрального затвора составляет от 0,3 до 0,5, а минимальная выдержка, как правило, не короче 1/500 с (затвор-диафрагма при малых относительных отверстиях может обеспечить и более короткие выдержки, например 1/800 с в советском "ФЭД -Микрон ").

Как датчик времени в центральных затворах чаще используется самый 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.

Преимущества центрального затвора

  • Не искажают фотографическое изображение эффектами временного параллакса, потому что весь кадр экспонируется одновременно.
  • Устойчиво работают на морозе, в отличие от тканевых шторных затворов (см. ниже).
  • Благодаря открытию от центра к краям эффективное распределение света в световом пучке получается неравномерным по радиусу, и при этом центральная часть пучка открыта в течение большего времени, чем края. В результате характер боке оказывается более близкий к "математически правильного" распределения Гаусса. Особенно это заметно на затворах-диафрагмах.

Недостатки центрального затвора

  • Относительная сложность устройства (кроме простейших затворов с другом выдержкой).
  • Сложность получения коротких выдержек. Это связано с тем, что тонкие лепестки затвора подвергаются большим нагрузкам (за очень короткое время они должны разогнаться до скорости несколько метров в секунду и более, а затем остановиться без отскоков и деформации). На практике затворы с выдержками короче 1/250 c ставят только в дорогие камеры.
  • Сложность применения в зеркальных камерах - для визирования затвор приходится держать открытым, а кадровое окно на это время закрывать от света другим механизмом (Bessamatic, "Зенит-4").

Оптически выгодное место для размещения центрального затвора - между линзами объектива. Для использования сменных объективов или приходится применять залинзовий затвор, или сильно удорожать объективы, встраивая затвор в каждый из них (Hasselblad 500 C / M [1]).

Центральный затвор при открытии и закрытии дополнительно диафрагмуе объектив при короткой выдержке и открытой диафрагме может сказаться на характере изображения.



2.4. Фокальный затвор

Фокальный затвор, как показывает название, располагается вблизи фокальной плоскости, т.е. непосредственно перед светочувствительным материалом. По принципу действия фокальные затворы обычно относятся к шторкових (шторково-щелевой). Такой затвор представляет собой пару шторок (из прорезиненной ткани или тонких металлических ламелей). Затвор приводится в действие системой пружин или электродвигателем.

Мгновенный затвор разработал и построил витебский фотограф С. А. Юрковский в 1882 [2] году, описание которого опубликовал в журнале "Фотограф" (№ 4 за 1883 год) и демонстрировал на Московском съезде фотографов. Выпуск усовершенствованной конструкции, получивший название шторково-щелевого замка, с согласия Юрковского был налажен в Англии, а затем, с небольшими изменениями, в Германии.

В взведенном состоянии фотоматериал перекрыть первую шторкой. При спуске затвора она сдвигается под действием пружины, открывая путь световому потоку. По истечении установленного времени экспозиции световой поток перекрывается второй шторке. На коротких выдержках второй шторке начинает движение еще до того, как первая полностью откроет кадровое окно. Щель, образующаяся между шторками, пробегает вдоль кадрового окна, последовательно освещая его. Продолжительность выдержки определяется шириной щели. Перед началом съемки следующего кадра затвор сводится заново, при этом шторки возвращаются в исходное положение таким образом, что щель между ними не образуется.

Затвор может быть с вертикальным или горизонтальным ходом штор. Горизонтальный ход, как правило имеют затворы с прорезиненными шторками, вертикальный - с ламелями. В случае 35-мм фотокамер затвор с вертикальным ходом позволяет при равной линейной скорости движения шторок получить в 1,5 раза более короткую выдержку синхронизации (см. ниже), поскольку проходной шторами путь в 1,5 раза короче (24 мм вместо 36 мм в затворов с горизонтальным ходом).

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

При съемке быстро движущихся объектов шторковий затвор искажает их изображения. Изображения, в зависимости от направления движения объекта по отношению к фотоаппарату, немного сужается по ширине, или верхние части изображения немного смещаются по отношению к нижним. Такие искажения слабо заметны и не играют роли при обычном фотографировании. Но их нужно учитывать при технической или научной съемке. Это явление называется временной параллакс.

На морозе шторковий затвор из прорезиненной ткани может работать недостаточно точно и даже полностью отказывать, потому что шторки теряют эластичность.

Шторковий затвор требует тщательного регулирования, так как равномерность экспозиции по площади кадра напрямую зависит от равномерности и согласованности хода шторок. Конструкция же шторкового затвора может быть относительно простой, как, например, классический затвор А. Барнаком, широко применялся на камерах Leica и многих других во всем мире, включая советские ФЭД, "Зоркий", "Зенит" и "Ленинград".

В старых камерах взвод шторного затвора осуществлялся специальным маховичком или рычагом (курком) вместе с перемоткой пленки. В современных аппаратах оба эти процессы выполняют электродвигатели. В механических версиях затворов этого типа выдержки отрабатываются механически (натяжение пружин и т.п.). В электромеханических, как правило, механически отрабатывается только одна (реже две [3]) лучшая выдержка. Весь диапазон других выдержек реализуется за счет придерживания второй шторке электромагнитом. Иными словами, полноценно электромеханический затвор может работать только на трудоспособных элементах питания, в то время как механический от них независим.



2.4.1. Особенности работы со вспышкой

Как указано выше, на коротких выдержках экспонирования фотоматериала происходит не одновременно. В каждый отдельный момент времени свет попадает только на часть кадра, которая определяется шириной щели. Из-за этой особенности работы шторкового затвора на коротких выдержках использовать фотовспышка можно только на такой выдержке, при которой вся площадь кадра открыта свету одновременно (то есть ширина щели между шторками равен размеру кадрового окна). Минимальная выдержка, при которой это условие выполняется, называется выдержкой синхронизации. Применение вспышки на более коротких выдержках приведет к тому, что ей будет освещена только часть кадра в виде светлой полосы.

На современных цифровых зеркальных фотоаппаратах среднего класса выдержка синхронизации составляет от 1/160 до 1/500 (при использовании электронно-механического затвора). Для сравнения - на многих фотоаппаратах с механическим затвором и тканевыми шторками выдержка синхронизации составляла около 1/30 с, реже 1/60 с; более короткие встречались только на дорогих моделях. 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 короткого, но яркого импульса выпускает импульс с такой же энергией, но длительный (а значит менее яркий, так как энергия импульса остается той же), что позволяет получить равномерно освещенный кадр даже на очень коротких выдержках (до 1 / 4000 - 1/8000), однако освещенность, которую создает вспышка, пропорционально уменьшается.



2.4.1.1. Синхронизация по первой / второй шторке

С конструкцией шторкового затвора связанные термины, описывающие специальные режимы синхронизации фотовспышки - по первой шторке, по второй шторке (сейчас эти термины применяются независимо от конкретного типа затвора). Время работы электронного 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 подвижных ' объектов. При синхронизации по первой шторке вспышка срабатывает сразу после открытия затвора (когда первая шторка займет конечное положение). Вспышка дает яркую экспозицию движущегося от возгорания.

Однако, остальные освещения сцены может оказаться достаточным для формирования изображения при заданной выдержке. При этом движущийся образует слабый смазанный следует, направлен в сторону движения объекта, экспонированные за время прошедшее после светового импульса к закрытию затвора. Объект на фотографии визуально выходит движется в обратную сторону.

При синхронизации по второй шторке вспышка срабатывает перед закрытием затвора (незадолго перед началом движения второй шторки), поэтому сначала слабо экспонируется движение без вспышки, и только потом объект полностью освещается, что соответствует визуальному восприятию движения объекта оставляет позади себя след .


2.5. Электронный затвор

Электронные затворы применяются в современной цифровой фототехнике, и представляют собой не отдельное устройство, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы 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 дорогих высокоскоростных механических затворов.

Из недостатков электронного затвора можно выделить искажение изображения, вызванное последовательным чтением из каждой ячейки матрицы, а также повышенной вероятностью возникновения блюминга (например, при попадании в кадр солнца).

Кроме того, выпускаются матрицы, имеющие индивидуальный электронный затвор в каждом пиксели. В этом варианте осуществляется настройка оптимального времени экспозиции для каждого пикселя в зависимости от уровня освещенности в данном участке кадра. [3].

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



3. Применение затворов в современных фотоаппаратах

В большинстве современных фотоаппаратов используется электронное управление затвором и высокоскоростные электроприводы, т.е. фотографу не требуется каких-либо операций с взведением затвора. В механических пленочных камерах возведения затвора обычно объединен с перемоткой пленки на следующий кадр, однако в некоторых старых и дешевых моделях (например, в фотоаппаратах "Смена") для этого использовался отдельный рычаг. В совсем простых камерах применялись затворы, которые не нуждались предварительного взвода: сжатие приводной пружины происходило при нажатии на спусковую кнопку ("юнкоров"). Спуск (открытия) затвора происходит по команде фотографа при нажатии на "главную" (а во многих любительских камерах и единственную) кнопку или с помощью автоспуска или программного механизма. В современных автоматических камерах кнопка спуска не имеет механической связи с затвором и инициирует ряд различных автоматических процессов, включая измерения освещенности, наводки на резкость и т.п. В дешевых камерах выполнения всех этих действий может занять заметное время, 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 характерно для потребительских цифровых камер.

В компактных цифровых камерах затвор отсутствует, изображение проецируется на матрицу непрерывно, а статическое изображение требуемой яркости получается в результате микропроцессорной обработки. В специальных камерах используются особые конструкции затворов, в том числе для высокоскоростной съемки. В кинокамеры затвор является частью обтюраторного механизма.

Во многих камерах предусматривается режим полностью ручного управления временем открытия затвора - так называемая выдержка "от руки" или bulb. В этом режиме затвор не только открывается, но и закрывается по команде фотографа (после отпускания кнопки спуска или повторного нажатия на нее). Как правило, это необходимо для обеспечения длительных выдержек (порядка секунд, минут, часов), камера при этом устанавливается на штативе, чтобы избежать "размытости".


См.. также


Примечания

  1. Hasselblad 500 C / M - Camerapedia.org - www.camerapedia.org/wiki/Hasselblad_500_C/M
  2. Энцыклапедыя гисторыи Беларуси: в 6 т Т. 2. - 20 000 экз. - ISBN 5-85700-142-0
  3. описание WDR камеры Pelco CCC5000 Pixim - www.armosystems.ru/news/pelco_ccc5000.ahtm
п ? в ? р Фотография
Жанры
Фото
Сроки
Производители
Agfa ? Canon ? Casio ? Eastman Kodak ? Fujifilm ? Hama ? Konica ? Konica Minolta ? Leica ? Minolta ? Nikon ? Olympus ? Panasonic Lumix ? Pentax ? Polaroid ? Ricoh ? Samsung ? Samyang ? Sigma Corporation ? Sony ? Tamron ? Tokina ? Арсенал ? ФЭД
Оборудование
Техника