Затвор фотографічний - пристрій, що використовується для перекриття світлового потоку, що проектується об'єктивом на фотоматеріал (наприклад, фотоплівку. Фотопластинку) або фотоматрицю (в цифровій фотографії). Затвор дозує кількість світла, що падає на чутливу поверхню, шляхом відкриття на певний час (час витримки), завдяки цьому регулюється експозиція.
На початку фотографії фотоматеріали мали низьку чутливість і витримка вимірювалася годинами, пізніше - хвилинами і секундами, тому не було необхідності в спеціальному механізмі затвора. Його роль виконувала кришка об'єктива, а час, на яке вона знімалася для експонування фотопластинки, відраховував фотограф за звичайними годинах або в розумі. З розвитком фотографії витримки скоротилися до десятих, сотих і тисячних часток секунди, тому виникла необхідність в точному автоматичному механізмі.
Затвори класифікуються за розміщення в камері (апертурная. Міжлінзові, залінзові, фронтальні; фокальні) і по конструкції (дискові; пелюсткові; шторкові; затвори-жалюзі і інші).
1. Характеристики фотографічного затвора
Затвор характеризується:
- ККД (ККД), який виражає відношення кількості світла, що пройшло за час роботи затвора, до кількості світла, що пройшло за той же період через "ідеальний затвор", чим більше значення цього коефіцієнта наближається до одиниці (а при процентному вираженні - до 100%) , тим досконаліше працює затвор;
- точністю і діапазоном витримок;
- ступенем спотворення зображення
- надійністю роботи затвора в різних умовах зйомки.
2. Типи фотографічних затворів
2.1. Дисковий секторний затвор
Дисковий секторний затвор складається з обертового на осі металевого сектора з отвором, який приводиться в дію пружиною, пов'язаної зі спусковим важелем.
Затвори цього типу відрізняються найменшим числом деталей, що визначає найменшу вартість, підвищену надійність і зменшення вимог до точності виготовлення.
Однак їх істотні недоліки - громіздкість (радіус диска не менше перекривається отвори) і обмежений діапазон витримок привели до обмеженого застосування, в основному в камерах початкового рівня.
Дисковий затвор має конструктивне схожість з обтюратором кінокамер.
2.2. Затвори-жалюзі
Затвори-жалюзі застосовуються вкрай рідко, оскільки потребують значного простору між лінзами об'єктива, проте представляють практичний інтерес, володіючи деякими перевагами. Поле, перекривається, складається з набору вузьких пластинок-ламелей, одночасно повертаються навколо осей. При відкритому затворі пластинки спрямовані уздовж оптичної осі. Для закриття затвора досить повернути все пластинки на 90. Завдяки невеликій масі кожної окремої платівки інерційність затвора невелика і механізм, який приводить його в дію, відрізняється простотою. Радіальний затвор-жалюзі, крім основного завдання дозування експозиції, виконує роль оттенітеля - компенсатора падіння освітленості від центру кадру до країв; надлишкова освітленість в центрі гаситься центральною частиною затвора.
Коефіцієнт корисної дії затворів-жалюзі близький до ККД центральних затворів.
2.3. центральний затвор
Центральний затвор, як правило, встановлюється між лінзами об'єктива або безпосередньо за задньою лінзою. Він являє собою ряд тонких сегментів, що приводяться в дію системою пружин і важелів. При експонуванні сегменти відкривають отвір об'єктива симетрично відносно її центра і, отже, відразу висвітлюють поверхню світлочутливого елемента.
Затвор-діафрагма, діафрагмовий затвор - центральний затвор, максимальний ступінь розкриття пелюсток якої регулюється, за рахунок чого затвор одночасно виконує роль діафрагми.
ККД центрального затвора складає від 0,3 до 0,5, а мінімальна витримка, як правило, не коротше 1/500 с (затвор-діафрагма при малих відносних отворах може забезпечити і більш короткі витримки, наприклад 1/800 з в радянському "ФЕД -Мікрон ").
Як датчик часу в центральних затворах частіше використовується самий часовий анкерний механізм, а на коротких витримках час відкриття затвора регулюється силою натягу пружин. Останні моделі центральних затворів мають електронний дозатор витримки. У цих затворах пелюстки утримуються у відкритому стані електромагнітами.
Переваги центрального затвора
- Чи не спотворюють фотографічне зображення ефектами тимчасового паралакса, тому що весь кадр експонується одночасно.
- Стійко працюють на морозі, на відміну від тканинних шторних затворів (див. Нижче).
- Завдяки відкриттю від центру до країв ефективний розподіл світла в світловому пучку виходить нерівномірним по радіусу, і при цьому центральна частина пучка відкрита протягом більшого часу, ніж краю. В результаті характер боке виявляється ближчий до "математично правильного" розподілу Гаусса. Особливо це помітно на затворах-діафрагмах.
Недоліки центрального затвора
- Відносна складність пристрою (крім найпростіших затворів з одним витримкою).
- Складність отримання коротких витягів. Це пов'язано з тим, що тонкі пелюстки затвора піддаються великим навантаженням (за дуже короткий час вони повинні розігнатися до швидкості кілька метрів в секунду і більше, а потім зупинитися без відскоків і деформації). На практиці затвори з витягами коротше 1/250 c ставлять тільки в дорогі камери.
- Складність застосування в дзеркальних камерах - для візування затвор доводиться тримати відкритим, а кадрове вікно на цей час закривати від світла іншим механізмом (Bessamatic, "Зеніт-4").
Оптично вигідне місце для розміщення центрального затвора - між лінзами об'єктива. Для використання змінних об'єктивів або доводиться застосовувати залінзовій затвор, або сильно здорожувати об'єктиви, вставляють затвор в кожен з них (Hasselblad 500 C / M [1]).
Центральний затвор при відкритті і закритті додатково діафрагмуе об'єктив при короткій витримці і відкритої діафрагми може позначитися на характері зображення.
2.4. фокальний затвор
Фокальний затвор, як показує назва, розташовується поблизу фокальної площини, тобто безпосередньо перед світлочутливим матеріалом. За принципом дії фокальні затвори зазвичай ставляться до шторковимі (шторковимі-щілинний). Такий затвор являє собою пару шторок (з прогумованої тканини або тонких металевих ламелей). Затвор наводиться в дію системою пружин або електродвигуном.
У зведеному стані фотоматеріал перекрити першу шторкою. При спуску затвора вона зсувається під дією пружини, відкриваючи шлях світловому потоку. Після закінчення встановленого часу експозиції світловий потік перекривається другою шторкою. На коротких витягах другою шторкою починає рух ще до того, як перша повністю відкриє кадрове вікно. Щілина, що утворюється між шторками, пробігає вздовж кадрового вікна, послідовно висвітлюючи його. Тривалість витримки визначається шириною щілини. Перед початком зйомки наступного кадру затвор зводиться заново, при цьому шторки повертаються в початкове положення таким чином, що щілина між ними не утворюється.
Затвор може бути з вертикальним або горизонтальним ходом штор. Горизонтальний хід, як правило мають затвори з прогумованими шторками, вертикальний - з ламелями. У разі 35-мм фотокамер затвор з вертикальним ходом дозволяє при рівній лінійної швидкості руху шторок отримати в 1,5 рази більше коротку витримку синхронізації (див. Нижче), оскільки прохідний шторами шлях в 1,5 рази коротше (24 мм замість 36 мм в затворів з горизонтальним ходом).
При зйомці швидко рухомих об'єктів шторковимі затвор спотворює їх зображення. Зображення, в залежності від напрямку руху об'єкта по відношенню до фотоапарата, трохи звужується по ширині, або верхні частини зображення трохи зміщуються по відношенню до нижніх. Такі спотворення слабо помітні і не грають ролі при звичайному фотографуванні. Але їх потрібно враховувати при технічній або науковій зйомці. Це явище називається тимчасової паралакс.
На морозі шторковимі затвор з прогумованої тканини може працювати недостатньо точно і навіть повністю відмовляти, тому що шторки втрачають еластичність.
Шторковимі затвор вимагає ретельного регулювання, так як рівномірність експозиції по площі кадру безпосередньо залежить від рівномірності і узгодженості ходу шторок. Конструкція ж шторковимі затвора може бути відносно простий, як, наприклад, класичний затвор А. Барнаком, широко застосовувався на камерах Leica і багатьох інших в усьому світі, включаючи радянські ФЕД. "Зоркий", "Зеніт" і "Ленінград".
У старих камерах взвод шторного затвора здійснювався спеціальним маховичком або важелем (курком) разом з перемотуванням плівки. У сучасних апаратах обидва ці процеси виконують електродвигуни. У механічних версіях затворів цього типу витримки відпрацьовуються механічно (натяг пружин і т.п.). В електромеханічних, як правило, механічно відпрацьовується тільки одна (рідше дві [3]) найкраща витримка. Весь діапазон інших витягів реалізується за рахунок притримування другою шторкою електромагнітом. Іншими словами, повноцінно електромеханічний затвор може працювати тільки на працездатних елементах живлення, в той час як механічний від них незалежний.
2.4.1. Особливості роботи зі спалахом
Як зазначено вище, на коротких витримках експонування фотоматеріалу відбувається не одночасно. У кожен окремий момент часу світло потрапляє тільки на частину кадру, яка визначається шириною щілини. Через цю особливість роботи шторковимі затвора на коротких витримках використовувати фотоспалах можна тільки на такій витримці, при якій вся площа кадру відкрита світу одночасно (тобто ширина щілини між шторками дорівнює розміру кадрового вікна). Мінімальна витримка, при якій ця умова виконується, називається витримкою синхронізації. Застосування спалаху на більш коротких витримках призведе до того, що їй буде освітлена тільки частина кадру у вигляді світлої смуги.
На сучасних цифрових дзеркальних фотоапаратах середнього класу витримка синхронізації становить від 1/160 до 1/500 (при використанні електронно-механічного затвора). Для порівняння - на багатьох фотоапаратах з механічним затвором і тканинними шторками витримка синхронізації становила близько 1/30 с, рідше 1/60 с; коротші зустрічалися тільки на дорогих моделях. Короткі витримки синхронізації дозволяють використовувати спалах, наприклад, в сонячний день для підсвічування тіней. Для обходу цього обмеження шторного затвора на додаток до неї може бути застосований електронний затвор. Іншим способом є застосування високошвидкісної синхронізації спалаху (FP / HSS). При цьому спалах замість одного короткого, але яскравого імпульсу випускає імпульс з такою ж енергією, але тривалий (а значить менш яскравий, так як енергія імпульсу залишається тією ж), що дозволяє отримати рівномірно освітлений кадр навіть на дуже коротких витримках (до 1/4000 - 1/8000), однак освітленість, яку створює спалах, пропорційно зменшується.
2.4.1.1. Синхронізація по першій / другій шторці
З конструкцією шторковимі затвора пов'язані терміни, що описують спеціальні режими синхронізації фотоспалахи - по першій шторці, за другою шторкою (зараз ці терміни застосовуються незалежно від конкретного типу затвора). Час роботи електронного спалаху зазвичай значно менше, ніж час відкриття затвора (1-5 мс проти сотих часток секунди), в зв'язку з чим той момент, в який спрацює спалах, виявляє помітний вплив на отриманий результат, особливо при зйомці рухомих 'об'єктів. При синхронізації по першій шторці спалах спрацьовує відразу після відкриття затвора (коли перша шторка займе кінцеве положення). Спалах дає яскраву експозицію рухається від загоряння.
Однак, інші освітлення сцени може виявитися достатнім для формування зображення при заданій витримці. При цьому рухається утворює слабкий змащений слід, спрямований в бік руху об'єкта, експоновані за час що минув після світлового імпульсу до закриття затвора. Об'єкт на фотографії візуально виходить рухається у зворотний бік.
При синхронізації за другою шторкою спалах спрацьовує перед самим закриттям затвора (незадовго перед початком руху другої шторки), тому спочатку слабо експонується рух без спалаху, і тільки потім об'єкт повністю висвітлюється, що відповідає візуальному сприйняттю руху об'єкта залишає позаду себе слід.
2.5. Електронний затвор
Електронні затвори застосовуються в сучасній цифровій фототехніку, і являють собою не окремий пристрій, а принцип дозування експозиції цифровий матрицею. Витримка визначається часом між обнуленням матриці і моментом зчитування інформації з неї.
Застосування електронного затвора дозволяє досягти більш коротких витягів (в тому числі і витримки синхронізації із спалахом) без використання більш дорогих високошвидкісних механічних затворів.
З недоліків електронного затвора можна виділити спотворення зображення, викликане послідовним читанням з кожного осередку матриці, а також підвищеною вірогідністю виникнення блюмінга (наприклад, при попаданні в кадр сонця).
Крім того, випускаються матриці, мають індивідуальний електронний затвор в кожному пікселі. У цьому варіанті здійснюється настройка оптимального часу експозиції для кожного пікселя в залежності від рівня освітленості в даній ділянці кадру. [3].
Примітка: термін Електронний затвор часто використовується замість терміна Електронно керований механічний затвор.
3. Застосування затворів в сучасних фотоапаратах
У більшості сучасних фотоапаратів використовується електронне управління затвором і високошвидкісні електроприводи, тобто фотографу не потрібно будь-яких операцій з взведенням затвора. У механічних плівкових камерах зведення затвора зазвичай об'єднаний з перемотуванням плівки на наступний кадр, проте в деяких старих і дешевих моделях (наприклад, у фотоапаратах "Зміна") для цього використовувався окремий важіль. У зовсім простих камерах застосовувалися затвори, які не потребували попереднього взводу: стиснення приводний пружини відбувалося при натисканні на спускову кнопку ( "юнкорів"). Спуск (відкриття) затвора відбувається по команді фотографа при натисканні на "головну" (а в багатьох аматорських камерах і єдину) кнопку або за допомогою таймера або програмного механізму. В сучасних автоматичних камерах кнопка спуску не має механічного зв'язку з затвором і ініціює ряд різних автоматичних процесів, включаючи вимірювання освітленості, наведення на різкість і т.п. У дешевих камерах виконання всіх цих дій може зайняти помітне час, в зв'язку з чим виникає т.зв. "Затворний лаг" - реальне відкриття затвора відбувається із затримкою, що не дозволяє успішно знімати динамічні сцени. Затворний лаг особливо характерно для споживчих цифрових камер.
У компактних цифрових камерах затвор відсутня, зображення проектується на матрицю безперервно, а статичне зображення необхідної яскравості виходить в результаті мікропроцесорної обробки. У спеціальних камерах використовуються особливі конструкції затворів, в тому числі для високошвидкісної зйомки. У кінокамери затвор є частиною обтюраторного механізму.
У багатьох камерах передбачається режим повністю ручного управління часом відкриття затвора - так звана витримка "від руки" або bulb. В цьому режимі затвор не тільки відкривається, але і закривається по команді фотографа (після відпускання кнопки спуску або повторного натискання на неї). Як правило, це необхідно для забезпечення тривалої витримки (близько секунд, хвилин, годин), камера при цьому встановлюється на штативі, щоб уникнути "розмитості".