Затвор фотографічний - пристрій, що використовується для перекриття світлового потоку, проектованого об'єктивом на фотоматеріал (наприклад, фотоплівку) або фотоматрицю (в цифровій фотографії). Шляхом відкриття затвора на певний час витримки дозується кількість світла, що потрапляє на чутливу поверхню і тим самим регулюється експозиція.
На зорі фотографії фотоматеріали мали низьку чутливість, витримка вимірювалася годинами, пізніше - хвилинами і секундами, тому спеціальний механізм затвора камерам не був потрібен - його роль виконувала кришка об'єктива, а час, на яке вона знімалася для експонування фотопластинки, відраховується фотографом за звичайними годинах або в розумі. Надалі необхідні витримки скоротилися до десятих, сотих і тисячних часток секунди, тому для управління затвором потрібен був досить точний автоматичний механізм.
Затвори класифікуються за розташуванням в камері (апертурні: міжлінзовому, залінзовие, фронтальні; фокальні) і по конструкції (дискові; пелюсткові; штор: віялові і ламельні; затвори-жалюзі та ін.).
Характеристики фотографічного затвора
Затвор характеризується:
коефіцієнтом корисної дії (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 більш досконалий працює затвор;
точністю і діапазоном витримок;
ступенем спотворення зображення;
надійністю роботи затвора в різних умовах фотографування.
Типи фотографічних затворів
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.
Затвори-жалюзі застосовуються вкрай рідко, так як вимагають значного простору між лінзами об'єктива, проте представляють практичний інтерес, володіючи деякими перевагами.
Перекривається поле 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 приводний механізм 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.
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 чинне отвір об'єктива симетрично відносно її центра і, отже, відразу висвітлюють поверхню світлочутливого елемента.
Затвор-діафрагма. діафрагмовий затвор - центральний затвор, максимальний ступінь розкриття пелюсток якого 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 найчастіше використовується найпростіший годинний 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, так як весь кадр експонується одночасно.
Можливість використання фотоспалаху на будь-яких витягах.
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 більш близький до «математично правильному» розподілу Гаусса. Особливо це помітно на затворах-діафрагмах.
Недоліки центрального затвора:
Відносна складність пристрою (крім найпростіших затворів з одного 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 з ставлять тільки в дорогі камери.
Складність застосування в однооб'єктивних дзеркальних камерах - для візування затвор доводиться тримати відкритим, а кадрове вікно на цей час закривати від світла іншим механізмом (Bessamatic, «Зеніт-4»).
Оптично найвигідніше місце для розташування центрального затвора - між лінзами об'єктива. Для використання змінних об'єктивів або доводиться застосовувати залінзовий затвор, або сильно здорожувати об'єктиви, вставляють затвор в кожен з них (Hasselblad 500 C / M [1]).
Центральний затвор під час відкривання і закривання додатково діафрагмірует об'єктив, що при короткій витримці і відкритої діафрагми може позначитися на характері зображення.
Фокальний затвор, як випливає з назви, розташовується поблизу фокальної площини, тобто безпосередньо перед світлочутливим матеріалом. За принципом дії фокальні затвори зазвичай ставляться до шторним (шторно-щілинним). Такий затвор являє собою пару шторок (з прогумованої тканини або тонких металевих ламелей). Затвор наводиться в дію системою пружин іліелектродвігателем.
У зведеному стані фотоматеріал перекритий першої шторкою. При спуску затвора вона зсувається під впливом пружини, відкриваючи шлях світловому потоку. Після закінчення заданого часу експозиції світловий потік перекривається другий шторкою. На коротких витягах друга шторка 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 у затворів з горизонтальним ходом).
При зйомці швидко рухомих об'єктів шторний затвор спотворює їх зображення. Воно, в залежності від напрямку руху об'єкта по відношенню до фотоапарата, кілька звужується по ширині, або верхні частини зображення злегка зміщуються по відношенню до нижніх. Такі спотворення слабо помітні і не грають ролі при звичайному фотографуванні. Але їх треба враховувати при технічній або науковій зйомці. Це явище називається тимчасової паралакс.
На морозі шторний затвор з прогумованої тканини може працювати недостатньо точно і навіть повністю відмовляти, так як шторки втрачають еластичність.
Шторний затвор вимагає ретельного регулювання, так як рівномірність експозиції по площі кадру безпосередньо залежить від рівномірності і узгодженості ходу шторок. Конструкція ж шторного затвора може бути відносно простий, як, наприклад, класичний затвор О. Барнака, широко застосовувався на камерах Leica і багатьох інших в усьому світі, включаючи вітчизняні ФЕД, «Зоркий», «Зеніт» і «Ленінград».
У старих фотокамерах 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 лише одна (рідше дві [3]) найліпша витримка. Весь діапазон інших витягів реалізується за рахунок притримування другий штори електромагнітом. Іншими словами, повноцінно електромеханічний затвор може працювати лише при працездатних елементах живлення, в той час як механічний від них незалежний.
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 осередків, 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. [4].