Фотозатвор
Фотозатворы предназначены для ограничения продолжительности воздействия светового излучения на фотоматериал. Обычно затвор состоит из механизмов световых заслонок, двигателя затвора, механизма выдержек, автоспуска и синхроконтакта. Числовые значения расчётных выдержек определяют по формуле Т=2–х, где х – любое положит. или отрицательное число. Например, t может быть равным 32, 16, 8..., 1/512, 1/1024, 1/2048 с. Числовые значения округлённых эффективных выдержек выбирают из ряда «Т», «В», 30, 15, 8..., 1/500, 1/1000, 1/2000 с. Основные параметры затвора, характеризующие его класс (стандарт предусматривает три класса): диапазон выдержек, отклонение выдержки от расчётного значения, нестабильность выдержки, неравномерность выдержки, отношение двух соседних выдержек, коэффициента полезного действия.
Классификация затворов
Затворы фотоаппаратов общего назначения разделяют в зависимости от их оптико-механических свойств и конструктивных особенностей. В зависимости от расположения относительно объектива затворы делятся на апертурные и фокальные. Разделяют затворы по степени автоматизации (неавтоматические, полуавтоматические, автоматические) и по способу отработки выдержки. При механической отработке они подразделяются на затворы с использованием инерционного барабана, анкерного регулятора, зубчатых колёс или их комбинаций; при электронной отработке – с цепочкой RC без фотоприёмника и цепочкой RC с фотоприёмником. Исходя из конструктивных особенностей затворы различают по связи с фотоаппаратом. (для шкально-дальномерных, зеркальных); по возможности постоянного визирования (в зеркальном фотоаппарате); по наличию различных устройств и механизмов (автоспуск, синхроконтакт и др.); по особенностям взвода (ручной, пружинный, электропривод).
У апертурного затвора исполнительный механизм располагается внутри объектива (межлинзовый затвор) либо в непосредственной близости от объектива (фронтальный). Световые заслонки этого затвора представляют собой группу из 3–5 металлических лепестков, которые формируют световое отверстие, открываясь от центра к периферии и закрываясь в обратном направлении (центральный затвор). Двигателем служит пружина. Апертурные затворы подразделяются на затворы прямого действия, возвратного действия, ротативные и комбинированные. Выпускаются как встроенными в объектив (фотоаппарат), так и в виде отдельного устройства. Диапазон выдержек от 1 до 1/500 с и «В». Достоинства центрального затвора: обеспечение им равномерной освещённости кадрового окна, возможность работы с импульсным фотоосветителем во всём диапазоне выдержек, возможность поставки в виде отдельных узлов, более простая кинематическая связь между установкой экспозиционных параметров и экспонометрическим устройством фотоаппарата. Недостатки: сложность получения выдержек короче 1/500 с, ограничение светосилы объектива, сложность расчёта объектива, поскольку необходимо обеспечить свободное пространство для размещения световых заслонок; сложность точной установки и центрирования оптических компонентов объектива; необходимость обеспечения светонепроницаемости набора заслонок; неэкономичность использования со сменными объективами.
Затвор-диафрагма представляет собой устройство, у которого функции затвора и диафрагмы объединены в одном механизме, регулирующем апертуру и время открытия светового отверстия. Используется в однопрограммных автоматических фотоаппаратах.
В программном затворе выдержка устанавливается не произвольно, а по одной или нескольким жёстким (изменяемым в определённых пределах) программам, связывающим наиболее употребимые сочетания «выдержка – диафрагма», исходя из световых условий съёмки. О распространённости программных затворов свидетельствует тот факт, что из 83 компактных малоформатных фотоаппаратов японского производства 1975–1985 гг. 59 имели электронно-управляемый программный затвор.
Электронный затвор для получения необходимой выдержки вместо механического управляющего устройства использует электронное устройство, служащее для формирования электрических сигналов.
Принцип действия управляющей схемы затвора основан на изменении продолжительности зарядки конденсатора, обеспечиваемой переменным резистором. При замыкании контакта одновременно с началом открывания затвора конденсатор начинает заряжаться. Значение зарядного тока зависит от сопротивления резистора, связанного с органом управления выдержками. При достижении зарядным напряжением порогового значения срабатывает электронное реле, подающее команду на закрывание затвора. Если в схему вместо переменного резистора включить фоторезистор, то схема будет автоматически регулировать значение выдержки.
В центральном затворе открывание лепестков выполняется пружиной, закрывание – с помощью электромагнита. В фокальном затворе рычаги зацепов первой и второй шторок, которые стремятся под действием пружины выйти из исходного положения, удерживаются до спуска затвора с помощью постоянных магнитов. В момент спуска затвора электрический ток поступает в обмотку электромагнита первой шторки, индуктируя в ней магнитный поток, направленный на ослабление магнитного поля. После того как усилие пружины первой шторки превысит удерживающую силу магнита, шторка начинает открывать кадровое окно. Через заданный промежуток времени то же произойдёт и со второй шторкой, края закроет кадровое окно. Обычно в фокальных затворах короткие выдержки обеспечиваются механически, длинные – электрически. Применение электронных затворов даёт возможность управлять длинными выдержками (до 40 с), увеличить рабочий диапазон выдержек, обеспечить бесступенчатую отработку выдержки, повысить стабильность и уменьшить погрешность выдержки; при этом упрощается связь механизма затвора с автоматизированным устройством управления экспонированием, повышается надёжность и долговечность.
В середине 1980-х гг. были предложены затворы с электромагнитным и пьезоэлектрическим приводами. В затворе с электромагнитным приводом (центральным) на корпусе равномерно по периметру установлены две-три пары переменных магнитов. При генерировании в их обмотках магнитного поля кольцо открывает и закрывает действующее отверстие затвора (в зависимости от установленной выдержки). Затвор обеспечивал повышенную точность отработки выдержек. В затворе с пьезоэлектрическим приводом, применённом в фотоаппарате «Минолта AF–DL», привод состоял из трех слоев: металлической пластины, помещённой между двумя керамическими пластинками с электродами на их внутренней и внешней сторонах. При подаче напряжения на внешние электроды и металлическую пластину пьезоэлемент изгибается и перемещает поворотный рычаг, управляющий световыми заслонками затвора. После отработки заданной выдержки привод автоматически отключается (цепь закорачивается от конденсатора), свободный конец пьезоэлемента возвращается в исходное положение, заслонки затвора закрываются. Использование этого привода позволило на 1/3 сократить количество механических деталей, уменьшить токопотребление, шум, габаритные размеры, массу, повысить надёжность.
У фокального затвора исполнительный элемент располагается вблизи фокальной плоскости объектива. В качестве материала для световых заслонок в затворе используются прорезиненная ткань, металлическая шторка (гладкая или гофрированная, цельная или наборная); металлические ламели; металло-пластмассовые ламели, расположенные поочерёдно; металлические лепестки. В рассматриваемых затворах (шторный, веерный, ламельный) экспонирование фотоматериала происходит через щель, образуемую исполнительным элементом. Щель перемещается прямолинейно от одной стороны кадра к противоположной, причём в зависимости от конструкции затвора либо поперёк, либо вдоль кадрового окна, при этом ширина щели является переменной, а скорость перемещения шторки постоянной либо переменными являются обе характеристики. За счёт увеличения скорости движения шторок удалось довести минимальную выдержку до 1/8000 с и уменьшить выдержку «X», при которой полностью открыто кадровое окно, до 1/250 с. Недостатки фокальных затворов: неравномерность выдержек по полю кадра, искажение изображения быстро двигающихся объектов съёмки, невозможность синхронизации во всём диапазоне выдержек.
Схема устройства и действия шторно-щелевого затвора приведена на рис. 17. До спуска затвора первая шторка закрывает кадровое окно, а вторая намотана на барабан. Обе шторки находятся под действием пружин, помещённых в гильзах. В момент спуска первая шторка освобождается и движется вдоль кадра, открывая его и наматываясь на гильзу. При этом привод шторки освобождает вторую шторку с временным сдвигом, зависящим от значения выдержки, установленной на головке выдержек. После этого обе шторки перемещаются вместе под действием пружины.
Ламельный затвор, широко распространённый в настоящее время, в отличие от шторного использует несколько кинематических схем. Ламели шторок работают таким образом, что когда одна их группа складывается, то вторая группа, наоборот, раскрывается. При повороте относительно осей рычажный привод первой шторки под действием пружины перемещает верхние и нижние ламели посредством соответствующих штифтов. Подобным образом рычаг второй шторки связан с ламелями через штифты. При повороте спускового рычага втулка освобождает привод второй шторки. Момент спуска второй шторки зависит от угла разворота детали при установке выдержки на шкале с помощью барабана.
Освоены также затворы со шторками, состоящими из 3–5 и более ламелей, что позволило улучшить стабильность и равномерность выдержек, уменьшить приведённый момент инерции, габаритные размеры. Ламельные затворы обеспечивают более благоприятные условия для работы приводных пружин по сравнению с приводными пружинами, применяемыми в традиционных шторных затворах, имеют более высокий КПД, обеспечивают стабильность выдержек в разных температурных условиях, хорошо сочетаются с электронными блоками управления.
Синхронизация затвора с импульсными фотоосветителями (ИФО)
В фотоаппарате между моментом спуска затвора и достаточным открытием светового отверстия (апертурный затвор) или началом полного открытия кадрового окна (фокальный) существует временная задержка. От момента поджига до момента достижения фотовспышкой пикового значения светового потока проходит некоторое время (0,01–0,03 с), зависящее от типа одноразовой лампы-вспышки (ОЛВ). Всё это требует координации во времени фотовспышки с работой затвора. Имеется в виду обеспечение должного времени упреждения замыкания управляемого затвором синхроконтакта (до определённой фазы срабатывания затвора), служащего для инициации фотовспышки. Величина упреждения зависит от типа и схемы затвора, типа ИФО.
Наличие разных типов ИФО обусловило сложность синхронизации, потребовало создания различных видов синхронизации. Синхронизация вида «X» применяется для апертурных затворов при отработке любой выдержки, для фокальных – при работе с электронной лампой-вспышкой (ЭЛВ) на выдержках, обеспечивающих полное открытие кадрового окна. Синхронизация вида «М» используется для среднегорящих ОЛВ и апертурного затвора; вида «FP» – для медленногорящих и фокального затвора при работе на выдержках, не обеспечивающих полного открытия кадрового окна. Синхронизация возможна при обеспечении установленной продолжительности контактирования и соотношения времени упреждения (замыкания) синхроконтакта с фазой работы затвора. Так, например, в апертурном затворе синхронизация вида «X» реализуется при замыкании синхроконтакта в период, когда пропускание света через затвор составляет 80–100%; вида «М» – в период от момента замыкания синхроконтакта до момента, когда пропускание света через затвор соответствует 80%. В фокальном затворе синхронизация вида «X» реализуется при обеспечении замыкания синхроконтакта в момент, когда первая шторка полностью открыла кадровое окно, а вторая шторка ещё не начала закрывать его, а синхронизация вида «FP» реализуется с момента замыкания синхроконтакта до момента, когда кадровое окно начинает открываться.
Фотоаппараты прошлых лет с апертурным затвором имеют одно синхрогнездо для подключения синхроштекера ИФО и переключатель положений для синхронизации («X» или «М»). Фотоаппараты с фокальным затвором могут иметь несколько синхрогнёзд. Если фотоаппарат имеет только одно синхрогнездо и маркировка вида синхронизации не указана, то оно соответствует виду «X». В ряде случаев это синхрогнездо можно использовать для применения синхронизации других видов, например, «FP», что указывается в руководстве по эксплуатации фотоаппарата.
