Фотографический затвор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Затво́р фотографи́ческий — устройство, используемое для перекрытия светового потока, проецируемого объективом на фотоматериал (например, фотоплёнку) или фотоматрицуцифровой фотографии). Путем открытия затвора на определенное время выдержки дозируется количество света, попадающего на чувствительную поверхность и тем самым регулируется экспозиция.

На заре фотографии фотоматериалы имели низкую чувствительность, выдержка измерялась часами, позднее — минутами и секундами, поэтому специальный механизм затвора камерам не требовался — его роль выполняла крышка объектива, а время, на которое она снималась для экспонирования фотопластинки, отсчитывалось фотографом по обычным часам или в уме. В дальнейшем требуемые выдержки сократились до десятых, сотых и тысячных долей секунды, поэтому для управления затвором потребовался достаточно точный автоматический механизм.

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

Современный фокальный шторно-щелевой затвор с металлическими ламелями

Характеристики фотографического затвора[править | править вики-текст]

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 значение этого коэффициента приближается к единице (а при процентном выражении — к 100 %), тем совершеннее работает затвор;
  • точностью и диапазоном выдержек;
  • степенью искажения изображения;
  • надёжностью работы затвора в различных условиях фотографирования.

Типы фотографических затворов[править | править вики-текст]

Дисковый секторный затвор фотоаппарата «Brownie»

Дисковый секторный затвор[править | править вики-текст]

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 надёжность 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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Затвор-диафрагма

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 действующее отверстие объектива симметрично относительно его центра и, следовательно, сразу освещают поверхность светочувствительного элемента.

Затвор-диафрагма, диафрагменный затвор — центральный затвор, максимальная степень раскрытия лепестков которого регулируется, за счёт 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»).

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.

Преимущества центрального затвора:

  • Не искажают фотографическое изображение эффектами временно́го параллакса, так как весь кадр экспонируется одновременно.
  • Возможность использования фотовспышки на любых выдержках.
  • 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, нежели края. В результате характер боке оказывается более близок к «математически правильному» распределению Гаусса. Особенно это заметно на затворах-диафрагмах.

Недостатки центрального затвора:

  • Относительная сложность устройства (кроме простейших затворов с одной 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 с ставят только в дорогие камеры.
  • Сложность применения в однообъективных зеркальных камерах — для визирования затвор приходится держать открытым, а кадровое окно на это время закрывать от света другим механизмом (Bessamatic, «Зенит-4»).
  • Оптически наивыгоднейшее место для расположения центрального затвора — между линзами объектива. Для использования сменных объективов либо приходится применять залинзовый затвор, либо сильно удорожать объективы, встраивая затвор в каждый из них (Hasselblad 500 C/M[1]).
  • Центральный затвор во время открывания и закрывания дополнительно диафрагмирует объектив, что при короткой выдержке и открытой диафрагме может сказаться на характере изображения.

Фокальный затвор[править | править вики-текст]

Матерчатые шторки разобранного фокального затвора фотоаппарата «Зоркий»

Фокальный затвор, как явствует из названия, располагается вблизи фокальной плоскости, то есть непосредственно перед светочувствительным материалом. По принципу действия фокальные затворы обычно относятся к шторным (шторно-щелевым). Такой затвор представляет собой пару непрозрачных шторок из прорезиненной ткани (Leica, «Зенит») или гибкой титановой фольги (Nikon F3, Canon F-1)[2]. В некоторых типах камер используются гибкие металлические шторки типа «жалюзи» из соединённых между собой тонких полос (Contax, «Киев-4») или из гофрированной нержавеющей стали («Салют»). Также существуют веерные («Киев-15») и обтюраторные (Olympus Pen F) затворы[3]. Затвор приводится в действие системой пружин или электромагнитом.

Мгновенный затвор разработал и построил витебский фотограф С. А. Юрковский в 1882[4] году, описание которого опубликовал в журнале «Фотограф» (№ 4 за 1883 год) и демонстрировал на Московском съезде фотографов[5]. Выпуск усовершенствованной конструкции, получившей название шторно-щелевого затвора, с согласия Юрковского был налажен в Англии, а затем, с небольшими изменениями, в Германии.

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 вторая шторка начинает движение еще до того, как первая полностью откроет кадровое окно. Щель, образующаяся между шторками, пробегает вдоль кадрового окна, последовательно освещая его. Длительность выдержки определяется шириной щели. Перед началом съемки следующего кадра затвор взводится заново, при этом шторки возвращаются в исходное положение таким образом, что щель между ними не образуется.

Фокальный затвор типа Copal Square с металлическими ламелями

Затвор может быть с вертикальным или горизонтальным ходом штор. Горизонтальный ход, как правило имеют затворы с прорезиненными шторками, вертикальный — с ламелями. В современной аппаратуре наибольшее распространение получили так называемые ламельные затворы с металлическими или пластмассовыми шторками, каждая из которых состоит из нескольких (обычно 3—4) ламелей. Впервые такой затвор под названием Copal Square выпущен в Японии в 1960 году[3][6]. Конструкция позволяет сохранить компактность фотоаппарата при вертикальном движении экспонирующей щели. 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 полное открытие кадрового окна происходит при ширине экспонирующей щели 24, а не 36 миллиметров. Кратчайшие выдержки синхронизации таких затворов могут достигать 1/500 секунды (Nikon D1).

КПД шторного затвора доходит до 0,95, а минимальная выдержка достигает 1/16000 с (Nikon D1).

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 съёмке. Это явление называется временной параллакс.

На морозе шторный затвор из прорезиненной ткани может работать недостаточно точно и даже полностью отказывать, так как шторки теряют эластичность.

Шторный затвор требует тщательной регулировки, так как равномерность экспозиции по площади кадра напрямую зависит от равномерности и согласованности хода шторок. Конструкция же шторного затвора может быть относительно простой, как, например, классический затвор О. Барнака, широко применявшийся на камерах Leica и многих других во всём мире, включая отечественные ФЭД, «Зоркий», «Зенит» и «Ленинград».

До середины 1980-х годов фотоаппараты оснащались ручным взводом шторного затвора при помощи специального маховичка или рычага (курка) вместе с перемоткой пленки. В современных аппаратах оба этих процесса выполняются встроенным моторным приводом. В механических версиях затворов этого типа выдержки отрабатываются механически за счёт анкерных механизмов задержки. В электромеханических, как правило, механически отрабатывается лишь одна (реже две выдержки)[7]. Весь остальной диапазон выдержек реализуется за счёт удерживания второй шторы электромагнитом. Дешёвые электромеханические затворы фотоаппаратов начального уровня (например, Nikon FE10) без батарей вообще неработоспособны[8]. Другими словами, полноценно электромеханический затвор может работать лишь при наличии элементов питания, в то время как механический от них независим.

Appearance of the shutter at various speeds.gif

Особенности работы со вспышкой[править | править вики-текст]

Как отмечено выше, на коротких выдержках экспонирование фотоматериала происходит не одновременно. В каждый отдельный момент времени свет попадает только на часть кадра, определяемую шириной щели.

Из-за этой особенности работы шторного затвора на коротких выдержках использовать фотовспышку можно только на такой выдержке, при которой вся площадь кадра открыта свету одновременно (то есть ширина щели между шторками равна размеру кадрового окна). Минимальная выдержка, при которой это условие выполняется, называется выдержкой синхронизации. 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 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 самых 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 испускает импульс с такой же энергией, но более продолжительный (а значит менее яркий, так как энергия импульса остаётся той же), что позволяет получить равномерно освещенный кадр даже на очень коротких выдержках (вплоть до 1/4000 — 1/8000), однако освещенность, которую создает вспышка, пропорционально уменьшается.

Синхронизация по первой/второй шторке[править | править вики-текст]

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 съёмке движущихся объектов. При синхронизации по первой шторке вспышка срабатывает сразу после открытия затвора (когда первая шторка займёт конечное положение). Вспышка дает яркую экспозицию движущегося объекта от вспышки.

Однако, остальное освещение сцены может оказаться достаточным для формирования изображения при заданной выдержке. При этом движущийся объект образует слабый смазанный след, направленный в сторону движения объекта, экспонированный за время прошедшее после светового импульса до закрытия затвора. 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.

Электронный затвор[править | править вики-текст]

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 неё.

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

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

Кроме того, выпускаются матрицы, имеющие индивидуальный электронный затвор в каждом пикселе. В этом варианте осуществляется настройка оптимального времени экспозиции для каждого пикселя в зависимости от уровня освещённости в данном участке кадра.[9].

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

Применение затворов в современных фотоаппаратах[править | править вики-текст]

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 плёночных камерах взведение затвора обычно объединено с перемоткой плёнки на следующий кадр, однако в некоторых старых и дешёвых моделях (например, в «Смене») для этого использовался отдельный рычажок. В совсем простых камерах применялись затворы, не требовавшие предварительного взвода: сжатие приводной пружины происходило при нажатии на спусковую кнопку («Юнкор»). Спуск (открытие) 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 измерение освещённости, наведение на резкость и т. п. В дешёвых 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 компактных цифровых камерах 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 съёмки. В кинокамерах затвор является частью обтюраторного механизма.

Во многих камерах 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 неё). Как правило, это необходимо для обеспечения длительных выдержек (порядка секунд, минут, часов), камера при этом устанавливается на штативе, чтобы избежать «шевелёнки».

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Hasselblad 500 C/M — Camerapedia.org
  2. Vol. 10. History of the Nikon cameras and shutter mechanisms (англ.). Legendary Nikons. Nikon. Проверено 4 июня 2013. Архивировано из первоисточника 4 июня 2013.
  3. 1 2 Эволюция фотозатворов, 1977, с. 40
  4. Энцыклапедыя гісторыі Беларусі: у 6 т / Б. I. Сачанка i інш. — Мн.: БелЭн, 1994. — Т. 2. — С. 477. — 537 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85700-142-0
  5. Советское фото, 1994, с. 41
  6. An little-known story about NIKKOREX F (англ.). NIKKOREX F. Nikon. Проверено 29 июня 2013. Архивировано из первоисточника 4 июля 2013.
  7. Например, камера Leica M7, имея электромеханический затвор, отрабатывает две механических выдержки даже при отсутствии элементов питания: 1/60 и 1/125 с
  8. Nikon FE Series - FE10 - Part I (англ.). Modern Classic SLRs Series. Photography in Malaysia. Проверено 8 июля 2013. Архивировано из первоисточника 9 июля 2013.
  9. описание WDR камеры Pelco CCC5000 Pixim

Литература[править | править вики-текст]

  • Александр Дитлов Изобретение шторно-щелевого затвора (рус.) // «Советское фото» : журнал. — 1994. — № 1. — С. 41. — ISSN 0371-4284.
  • 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.: Лёгкая индустрия, 1976
  • Кулагин, С. В. Фотографический затвор // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • Щепанский, Г. В. Затвор с электронным управлением // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • Яковлев М. Ф. Учись фотографировать. — М.: Искусство, 1977.
  • Яковлев М. Ф. Ремонт фотоаппаратов. Изд. 2-е. — М.: Искусство, 1965.

Ссылки[править | править вики-текст]