Затвор - наиболее сложный узел фотоаппарата. Современный фотозатвор представляет собой электромеханическое устройство, при помощи которого осуществляется экспонирование светочувствительного слоя. Как правило, он состоит из механизмов световых заслонок, двигателя затвора, механизма выдержек, автоспуска и синхроконтакта.
В настоящее время разработан ряд затворов, которые могут быть встроены как в простые, так и в сложные фотоаппараты, обеспечивая различную степень автоматизации (полуавтоматические, автоматические). Затворы отличаются типом, механизмами световых заслонок и двигателя; связью электронного временного устройства с указанными механизмами.
Кроме того, фотозатворы можно разделить в зависимости от их расположения (апертурный, фокальный, фронтальный, межлинзовый, залинзовый); способа открывания и закрывания светового отверстия (центральный, периферийный); вида световых заслонок и характера их движения (шторный, дисковый, реверсивный, ротативный); по материалу световых засланок: прорезиненная ткань, металлическая шторка (цельная или наборная), металлические ламели (лепестки), металло-пластмассовые ламели, расположенные поочередно. Эта конструкция позволяет увеличить скорость движения световых заслонок за счет уменьшения их массы и улучшения условий работы путем автоматической смазки, уменьшить износ ламелей.
Основными характеристиками затвора являются:
диапазон выдержек;
нестабильность фактических эффективных выдержек затвора при повторном срабатывании на одной установке;
допускаемые предельные значения эффективных выдержек . и отклонения их от расчетных значений;
отношение фактических эффективных выдержек на соседних установках;
коэффициент полезного действия затвора;
неравномерность выдержки по полю кадра и др.
Кроме того, затвор характеризуется такими показателями, как возможность синхронизации с импульсным фотоосветителем, светонепроницаемость световых заслонок, способность работать при низких температурах, уровень шума и др.
Затворы подразделяются на апертурные и фокальные.
Апертурные затворы* располагают вблизи апертурной диафрагмы объектива (между линзами) или за объективом. Как правило, световыми заслонками апертурного затвора (например, центрального) является группа из трех-пяти металлических лепестков, совершающих возвратно-вращательное движение. Лепестковая группа приводится в действие с помощью пружины. Время полного открытия достигает 1 - 2 мс.
Апертурные затворы обеспечивают диапазон номинальных выдержек от 1 до 1/500 с и «В». Известны затворы, имеющие минимальную выдержку, равную 1/1000 с. Однако получение таких выдержек сопряжено с большими конструктивными трудностями, вызываемыми действием сил инерции. Отметим, что была даже получена выдержка, равная 1/2000 с, но максимальное относительное отверстие при этом составляло только 1:8.
Достоинством апертурных затворов является равномерная шкала выдержек. В 50 - 60-х гг. эти затворы использовали в полуавтоматических фотоаппаратах.
Особый интерес представляют программные апертурные фотозатворы, в которых для упрощения выбора пары «диафрагма - выдержка» имеется постоянно связанная установка указанных параметров. Эту связь (экспозиционное число - комбинация «диафрагма - выдержка») используют для серии установок, т. е. отпадает необходимость выбора комбинаций при каждой установке. Каждая установка представляет собой сочетание наиболее часто применяемых выдержек и диафрагм для данной экспозиции.
В зеркальных фотоаппаратах (за исключением двухобъективных) апертурные затворы не применяют, так как с ними нельзя использовать сменные объективы. Применение сменных объективов со встроенными апертурными затворами неэкономично.
Фокальные затворы располагают вблизи фокальной плоскости объектива («Зенит-11», «Киев-88»). В этих затворах дозирование света производится посредством щели, перемещающейся относительно фотоматериала вдоль или поперек кадра. Щель может быть постоянной или переменной ширины. Скорость перемещения щели регулируется механическими (шестерни, анкер) или электронными средствами.
Преимущество фокальных затворов перед другими в том, что они обеспечивают получение очень коротких выдержек (1/4000 с), что позволяет вести съемку быстро движущихся объектов.
Отечественный стандарт рекомендует следующий ряд округленных эффективных выдержек: 30, 15, 8, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, 1/1000, 1/2000 с. Исходным для него является ряд эффективных выдержек, представляющий геометрическую прогрессию со знаменателем 1/2.
Важное преимущество фокальных затворов - возможность использования их в фотоаппаратах, оснащенных набором сменных объективов.
К недостаткам фокальных затворов относят: неравномерность выдержек по полю кадра (заметим, что фокальные затворы с независимым движением шторок вдоль короткой стороны кадра позволяют получить лучшую равномерность выдержек. Кроме того, они обеспечивают полное открытие кадра на более коротких выдержках - 1/250 с); невозможность синхронизации с ЭЛВ на всех выдержках; искажение изображения движущихся объектов (временной параллакс). Величина искажения зависит от скорости и направления движения шторок. Минимальное искажение получается при перемещении щели в направлении движущегося объекта и при высокой скорости движения шторок.
К фокальным затворам относят шторные и ламельные затворы. Первые («Киев-60TTL», «Зенит-10») известны давно и достаточно подробно рассмотрены в литературе.
Назовем основные направления дальнейшего совершенствования шторных затворов:
использование металлической шторки (титановый сплав);
обеспечение возможности работы с механическим, электронным и комбинированным управлением. Последнее предусматривает сочетание электронного управления с рядом выдержек, управляемых механически;
автоматизация средств управления затвором;
разработка блочных конструкций.
Ламельные затворы получили широкое распространение («Киев-19», «Зенит-19» и др.). Особенностью этих затворов является их блочность, т. е. возможность специализированного производства затворов с последующей постановкой в корпус фотоаппарата. В отличие от шторных затворов, в которых, как правило, используется одна кинематическая схема, ламельные затворы имеют несколько схем. Остановимся подробнее на принципе работы, особенностях и возможностях использования ламельных затворов в зеркальных фотоаппаратах.
Первый фокальноплоскостной блочный ламельный затвор был разработан в 1960 г. Он состоял из узла световых заслонок (ламелей), механизма двигателя, механизма выдержек. Затвор представлял собой устройство с независимым движением шторок, каждая из которых состояла из двух ламелей, перемещавшихся вдоль короткой стороны кадра. Ламели шторок работали таким образом, что когда одна их пара складывалась, то вторая пара, наоборот, раскрывалась. Затем появились затворы, у которых каждая шторка состояла из трех-пяти и, наконец, семи ламелей. Увеличение количества ламелей позволило улучшить стабильность и равномерность экспонирования по полю кадра, смягчить удар ламелей за счет уменьшения приведенного момента инерции, уменьшить габариты. Группы ламелей затвора «Копал Сквер С» приводились в движение с помощью рычагов, которые образовывали четырехзвенник. В зависимости от требуемого значения выдержек регулировка производилась посредством либо инерционного барабана, либо анкерного регулятора. В качестве регулирующих элементов могут быть использованы и другие устройства. Так, в затворе, изготовленном народным предприятием «Пентакон» (ГДР), выдержки 1 - 1/15 с обеспечиваются с помощью анкерного регулятора; 1/30 - 1/125 с - зубчатой парой; 1/250 - 1/500 с - инерционным регулятором; 1/1000 с за счет скорости свободного движения щели.
Механический затвор фотоаппарата «Киев-19» имеет две шторки, каждая из которых состоит из двух ламелей. Приводятся ламели в движение энергией пружины кручения. Непосредственно приводом служат четырехзвенник и кулиса, обеспечивающие одной из пластин ламелей сложное, а второй возвратно-поступательное движение.
Затвор фотоаппарата «Зенит-19» имеет электронную отработку выдержек в диапазоне от 1 до 1/500 с и механическую выдержку - 1/1000 с. Наличие в электронном затворе механической выдержки обеспечивает работу фотоаппарата в случае выхода из строя источника питания.
Благодаря особенностям кинематических схем, направлению движения ламелей (вдоль короткой стороны кадра) рассматриваемые затворы отличаются меньшей кинетической энергией подвижной системы. Рабочие пружины находятся в более благоприятных условиях по сравнению с приводными пружинами, используемыми в шторных затворах. Это позволяет добиться большей скорости движения щели по кадру (4 - 6 м/с), получить полное открытие кадра на 1/250 с, довести минимальную выдержку до 1/4000 с.
Отметим, что увеличение скорости движения световых заслонок потребовало создания специальных устройств для гашения удара шторки и уменьшения вибрации фотоаппарата. Так, например, для этой цели используют воздушные демпферы шторок, представляющие собой цилиндр с поршнем.
Ламельные затворы имеют КПД выше, чем шторные. Они обеспечивают стабильность выдержек в разных температурных условиях, хорошо сочетаются с электронным блоком управления, отличаются сравнительно малыми габаритными размерами.
Затвор с электромеханическим управлением выдержками. Апертурные (центральные) затворы с электромеханическим управлением выдержками, так называемые электронные затворы, появились в 60-х гг. В этих затворах вместо механического тормоза (инерционный барабан, зубчатые колеса, анкерный регулятор) для получения требуемых значений выдержки используется электронное устройство формирования электрических сигналов. Эти сигналы управляют работой электромагнитов, удерживающих рабочие органы. Данные схемы характеризуются следующими параметрами: материал магнитопровода, токопотребление, напряжение источника питания, сила удержания, инерционность, индуктивность, габариты и др. Применение постоянных магнитов дает возможность экономить емкость источника питания.
В центральных затворах открывание лепестков производится с помощью пружин, закрывание - посредством электромагнита, контролируемого электрической цепью (рис. 8). Выключатель В, управляемый лепестками затвора, при открывании их замыкается; батарея Б через переменный резистор А начинает заряжать конденсатор С. Время, необходимое для достижения критического напряжения, зависит от значения А и емкости конденсатора. После обеспечения этого напряжения, конденсатор разряжается; работает транзисторно-триггерная цепь Т, которая освобождает электромагнит, удерживающий лепестки затвора в открытом состоянии. Значение выдержки обусловливается величиной сопротивления А. В фотоаппаратах с автоматической установкой экспозиции предпочтительно в качестве сопротивления А использовать светоприемник (фоторезистор или фотодиод), управляемый освещенностью объекта съемки.
Рис. 8. Временная цепь затвора с электромеханическим управлением выдержками
В 70-е гг. широкое распространение получили фокальные затворы с электромеханическим управлением выдержками. В этом затворе рычаги зацепов обеих шторок, стремящихся под действием пружины выйти из исходного положения, удерживаются до спуска затвора с помощью постоянных магнитов. При спуске затвора ток поступает в обмотку магнита первой шторки и индуктирует в ней магнитный поток, направленный на ослабление магнитного поля. В момент, когда усилие пружины первой шторки превысит удерживающую силу магнита, шторка откроет кадровое окно. По истечении заданного интервала времени подобная операция произойдет с магнитом второй шторки; она закроет кадровое окно.
Как правило, в фокальных затворах короткие выдержки обеспечиваются механически, длинные - электрически. Так, в фотоаппарате «Канон Ф-1» (механически - от 1/2000 до 1/125 с и «В», электрически - от 1/60 до 8 с) (рис. 9). Применение электроники для управления выдержками повышает точность экспозиции, позволяет увеличить рабочий диапазон выдержек, дает возможность лучше сочетать механизм затвора с полуавтоматическими и автоматическими устройствами регулирования экспозиции, уменьшить габаритные размеры, повысить надежность и долговечность.
В современных автоматических фотоаппаратах одним из наиболее сложных является устройство для автоматического управления выдержками. В качестве примера рассмотрим устройство, предложенное во французском патенте. Оно состоит из вычислительного блока, блока формирования выдержек, преобразователя «аналог - код», генератора световых импульсов, сумматора и компаратора, выход которого управляет спусковым электромагнитом затвора. При автоматической установке выдержек в вычислительный блок поступают: сигнал со светоприемника, значение установленного диафрагменного числа, а также светочувствительность фотоматериала. Блок формирования значений выдержек устанавливает,к какому из ряда нормированных выдержек ближе всего значение, полученное с вычислительного блока, и переводит это значение в преобразователь «аналог - код» для преобразования в цифровую форму и подачи на вход компаратора. На другой вход компаратора подается сигнал с сумматора, на который одновременно с командой о начале выдержки приходят импульсы с генератора счетных импульсов. В тот момент, когда сигналы на обоих выходах компаратора окажутся равными, он выдает импульс, закрывающий затвор.
При работе с ЭЛВ вычислительный блок отключается, на специальный вход преобразователя поступает импульс, формирующий выдержку, которая обеспечивает полное открытие кадрового окна.
При ручном режиме управления выдержка вводится фотографом в блок формирования значений выдержек посредством специального командного блока.
Применение электронных затворов позволяет получать длительные выдержки (до 40 с), повышает стабильность (+-2%), точность +-(5 - 10) %, обеспечивает бесступенчатую отработку параметра.
Управление затвором. С внедрением электроники претерпел изменение и узел спусковой кнопки. В частности, у него появились дополнительные функции. В ряде фотоаппаратов при нажатии спусковая кнопка вначале замыкает контакты, подключающие электрическую схему к источнику питания, а затем приводит в действие механизм зеркала, который управляет спуском затвора.
Все шире применяют так называемый электромагнитный спуск. С этого устройства при нажатии на спусковую кнопку напряжение подается на обмотку постоянного электромагнита, который удерживает рычаг зеркала в нижнем положении. Создаваемое магнитное поле ослабляет своим действием удерживающую силу магнита. В результате рычаг зеркала под действием пружины перемещается в новое положение с задержкой по времени, необходимой для успокоения колебаний системы. И только затем подключается обмотка магнита первой шторки, управляющего ее спуском. Применение электромагнитного спуска уменьшает усилие на спусковой кнопке, снижает колебания системы, дает возможность использования электронного автоспуска.
Имеются особенности и при спуске фотоаппарата в случае работы с отдельными компонентами системы. Так, при съемке фотоаппаратом с пристыкованным к нему моторным приводом спуск может производиться механически или электрически, если пользоваться спусковой кнопкой, которая расположена на фотоаппарате. Если же управлять кнопкой, размещенной на приводе, то электронный сигнал преобразуется в механический посредством электромагнита.
Дистанционный спуск затвора осуществляется следующими методами и устройствами:
пневматически, посредством воздушной груши;
механически, с помощью гибкого металлического тросика;
электрически с помощью электромагнитного устройства, управляемого электрически на расстоянии;
механически, электрически, с помощью света от объекта съемки, находящегося в заданной зоне;
с помощью радио;
акустически;
с помощью устройств, работающих в инфракрасном диапазоне;
автоматически, путем спуска затвора через определенный промежуток времени (механический, электронный автоспуск с переменным значением задержки).
Известно оригинальное устройство для управления установкой выдержек затвора путем легкого нажатия на специальную кнопку, что обеспечивает переключение выдержки на соседнее значение (в направлении к короткой). Причем изменение выдержки на одну ступень индицируется звуковым сигналом. Возврат механизма переключения в положение, соответствующее начальной выдержке (длинной), происходит автоматически.
-------------------
* Принцип действия и конструкции апертурных затворов достаточно полно рассмотрены в литературе.
