Механический затвор фотоаппарата
Подобный процесс протекает моментально в зависимости от выдержки, которая в большинстве случаев равна сотым долям секунды. Однако современные зеркальные и беззеркальные фотоаппараты обладают возможностью экспонировать всего лишь на протяжении 1/8000 секунды или же держать затвор открытым 30 секунд по предустановке, а с помощью тросика и режима BULB – сколь угодно долго.
Устройство хотя и кажется простым, состоящим из двух основных частей, все же остается достаточно хрупким. Наверно нет в фотоаппарате других более подверженных постоянному движению частей. Представьте себе хотя бы свадебного фотографа и использование им серийной съемки. За одну свадьбу фотограф приносит с собой до пары тысяч снимков. А каков же ресурс современного устройства? Для фотоаппаратов начального класса он составляет около 50 000 снимков, для полупрофессионального сегмента – 100 000 кадров, для профессиональной линейки фотоаппаратов – 200 000 снимков. Далее затвор, конечно, работает, и не дает видимых дефектов, но никаких гарантий обещанного ранее результата производитель не дает.
Что делать, когда устройство вышло из строя? Стоимость нового не мала, работа по его замене трудоемка и связана с разбором мелких деталей. Именно поэтому сервисы выставляют ценники от 7000 рублей за любительские фотоаппраты и до 35000 рублей за профессиональные. А это значит, что поменять затвор стоит около 25% от цены самой тушки. Так что удовольствие не из дешевых, но весьма обязательных. Затвор фотоаппарата может работать и более заявленного ресурса, а может сломаться и уйти в отказ. После работ по замене часто требуется юстировка, так как бывают случаи, что он не срабатывает на некоторых выдержках, на которых по техническим данным должен работать.
Затвор фотоаппарата
Что такое затвор фотоаппарата? Для чего нужен затвор фотоаппарата?
Затвор фотоаппарата играет одну из важнейших ролей в захвате изображения на пленку или цифровую матрицу. Главная задача затвора — это регулирования продолжительности прохождения светового потока через оптическую систему камеры на светочувствительный элемент фотоаппарата.
Если вам знакомо слово «выдержка» (время захвата изображение фотокамерой), то затвор фотоаппарата — это главное устройство, которое позволяет контролировать это время.
Что происходит в момент съемки с затвором?
Затвор фотоаппарата — это механическое устройство. Затвор представляет собой в большинстве случаев шторки (вертикальные или горизонтальные). Нужно понимать, что существует минимальное время, за которое эти шторки успеют открыться и закрыться, позволив свету пройти на пленку или матрицу, проэкспонировав кадр.
Так выглядит механизм затвора фотокамеры:
Так выглядит затвор на плёночной камере при открытии крышки сзади:
Так как же работает затвор фотоаппарата в том случае, если выдержки становятся сверхкороткими (1/5000 или 1/7000). В этом случае в цифровых фотоаппаратах предусмотрен цифровой затвор, регулируемый электроникой и матрицей. Физический затвор фотоаппарата при сверхкоротких выдержках успевает открыться и закрыться на своей максимальной скорости, в момент чего, на матрицу поступает цифровой сигнал для начала захвата изображения и через мгновение сигнал о прекращении реагирования на световой поток.
Вы спросите: зачем тогда вообще нужны шторки в фотоаппарате (затвор фотоаппарата). Так вот в современных цифровых фотоаппаратах в большинстве случаев затвор играет роль защиты матрицы от попадания на нее пыли и грязи, что может навсегда вывести ее из строя. А матрица фотоаппарата — это самый дорогостоящий элемент цифровой фотокамеры.
Так выглядит матрица цифровой камеры, когда поднято зеркало и открыта шторка затвора:
Матрица или пленка не видна, так как полностью закрыта зеркалом, которое позволяет видеть в видоискателе точную картинку из объектива:
Применение затворов в современных фотоаппаратах[править | править код]
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 пленочных камерах взведение затвора обычно объединено с перемоткой пленки на следующий кадр, однако в некоторых старых и дешевых моделях (например, в советской «Смене») для этого использовался отдельный рычажок. Спуск (открытие) затвора происходит по команде фотографа при нажатии на «главную» (а во многих любительских камерах и единственную) кнопку или с помощью программного механизма — например, автоспуска. В современных автоматических камерах кнопка спуска не имеет механической связи с затвором и инициирует целый пакет различных автоматических процессов, включая измерение освещенности, наведение на резкость и т. п. В дешевых 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 некоторых наиболее примитивных моделях современных цифровых камер 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 съемки. В кинокамерах затвор является частью обтюраторного механизма.
В профессиональных и полупрофессиональных камерах обычно 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 нее). Как правило, это необходимо для обеспечения длительных выдержек (секунды, минуты, часы), камера при этом устанавливается на штативе, чтобы избежать шевеленки.
NT1201: Цифровая фотография
Затвор фотоаппарата — это специальный механизм, который нужен для пропускания света на матрицу фотоаппарата в течение нужного промежутка времени (выдержки).
Конструкции затворов многочисленны и разнообразны. Наиболее распространен шторный затвор, состоящий из двух тканевых или металлических шторок, которые в момент съемки образуют между собой щель разной ширины (в зависимости от величины выдержки), которая “бежит” вдоль кадра, давая нужному количеству света попасть на матрицу.
Работа затвора пленочного фотоаппарата
Работа затвора цифрового фотоаппарата
Выдержка — это время, в течение которого матрица фотоаппарата подвергается воздействию света, проходящего через объектив.
Пример работы затвора фотоаппарата
Выдержка обозначается в секундах, при этом они обозначаются числом с двойным штрихом (») вместо десятичной запятой, символизирующим секунду (2»5, 0»8), либо, гораздо чаще, в долях секунды, причем указывется только знаменатель, а числитель принимается равным 1, то есть выдержка 60 означает время 1/60 секунды. Символ “В” (от английского слова “Bulb”) означает, что матрица фотоаппарата будет открыта для попадания света неограниченое время. Когда фотограф нажимает кнопку спуска, затвор открывается. Когда кнопка нажимается второй раз, затвор закрывается. С помощью этой функции можно получить выдержку в несколько часов, что может пригодиться при фотографировании звездного неба.
Затворный лаг
Или лаг затвора. Так называется задержка перед срабатыванием затвора. Лагом может называться как конкретная задержка после нажатия кнопки спуска, так и время ожидания до следующего спуска затвора во время скоростной съемки.
В основном проблема задержки после назатия кнопки спуска присуща младшим/древним моделям цифровых зеркальных камер, а также различного рода мыльницам и камерофонам. Эффект задержки связан с медленной скоростью обработки данных процессором устройства, или скоростью реакции механизмов в целом (например, автофокуса).
Примеры
У пленочной Canon EOS Kiss 300 скорость съемки ограничена скоростью перемотки пленки, и лагом затвора можно назвать время ожидания до окончания протяжки пленки на следующий кадр во время непрерывной съемки. В таблице отображен интервал между срабатываниями в непрерывной съемке некоторых камер Canon (зеленая колонка):
Лаг затвора у старших моделей ЦЗК может проявляться во время переполнения буфера камеры необработанными данными, тогда время лага затвора упирается в скорость записи на карту. У Canon EOS 1Ds буфер заполняется быстро, и из-за медленной скорости записи на карту, последующий лаг затвора может достигать 10-15 секунд.
Как с этим теперь жить
Основной задачей затвора является работа в паре с диафрагмой. В этой паре затвор отвечает за выдержку, которой дозируется свет на матрицу, или пленку фотоаппарата. Из всего выше написанного можно уяснить, что ламельные фокальные затворы современных цифровых зеркальных камер имеют потрясающую надежность, но при этом менее ремонтопригодны, по сравнению со своими старшими братьями, шторными затворами.
Кстати, у шторных затворов помимо дешевизны и ремонтопригодности было еще одно преимущество — они издавали меньше шума и вибраций во время фотосъемки. И это преимущество со временем снизошло на нет.
Одним из основных механизмов цифровых фотоаппаратов является затвор, его функциональное предназначение — пропуск, при нажатии на кнопку, световых лучей к матрице , которая является светочувствительным элементом. Световые лучи пропускаются в течение определенного периода времени. Этот период времени, во время которого открывается затвор, носит название «выдержка
». Особенностью цифровых аппаратов является установка затворов, которые могут закрываться и открываться с очень большой скоростью, благодаря этому время выдержки (засветки матрицы) регулируется с высокой точностью
Для специалистов очень важно, чтобы фотооборудование обладало такой точностью, а также большим диапазоном. При большой выдержке на матрицу попадает и большее количество света
Затвор современных цифровых фотоаппаратов, особенно для профессионального использования, может качественно управлять выдержкой. В тоже время этот элемент защищает матрицу от засветки, которая может происходить при считывании изображения, в самом начале экспозиции .
Шторно-щелевые фокальные затворы
Фокальный затвор находится очень близко к поверхности пленки (фокальной плоскости), от того и название. Шторно-щелевой потому, что обычно затвор состоит из двух шторок, которые во время движения создают между собой щель, через которую происходит засветка кадра. Существует два распространенных типа фокальных затворов малоформатной фототехники:
Фокальный затвор горизонтального хода
«Горизонтальный ход» означает, что затвор работает по длинной стороне (шторки ходят вдоль) кадра. Самые распространенные «шторные» фокальные затворы горизонтального хода использовались в малоформатных фотоаппаратах практически повсеместно от первой культовой «Лейки» Оскара Барнака, и до начала двухтысячных годов (дольше всего использовалось в фотоаппаратах СССР).
Главный недостаток затвора с горизонтальным ходом в его скоростной синхронизации для съемки с электронной вспышкой, для которой часто является предел в 1/60 — 1/90 секунды, а также невозможность стабильной работы на высоких скоростях (от 1/1000 сек.).
Думаю, именно поэтому большая часть шторных затворов, которыми оснащались советские зеркальные фотоаппараты, не имели скорости выше 1/500 сек.
Шторный затвор фотоаппарата Зенит-ЕТ
Чтобы использовать электронную вспышку, затвор выставляется на так называемую «выдержку синхронизации» (на диске управления скоростью затвора обозначается как X, или может иметь приписку в виде скорости синхронизации, например X/60), которая обеспечивает минимальное время задержки при экспонировании, и одновременно позволяет вспышке засветить кадр именно в тот момент, когда затвор полностью открыт.
При любом другом раскладе будет неравномерный засвет кадра.
Фокальный затвор вертикального хода
В фокальном затворе вертикального хода шторки ходят по короткой стороне (поперек) кадра. Эти затворы сложнее в конструкции, но рабочие характеристики их более стабильны, в том числе и на больших скоростях. Современные затворы в цифровых зеркальных камерах — ламельные, вертикального хода, с электронным управлением.
Причем, скорость срабатывания и начальный импульс задает электродвигатель, а выдержка уже управляется электромагнитами. Отсюда вытекает увеличенное энергопотребление системы на длинных выдержках.
Для синхронизации вспышки на высоких скоростях используется так называемая, предвспышка, или стробоскопическая вспышка. Она генерирует несколько импульсов за один проход шторок затвора, решая тем самым, проблему синхронизации. Обычно даже самые недорогие современные электронные вспышки поддерживают эти режимы.
Электронный затвор
Постепенно механические затворы вытесняются более надежными, дешевыми и перспективными электронными. В некоторых случаях в фотоаппаратах уже встраивают оба вида. Что такое электронный затвор и в чем его плюсы? Это не устройство, а способ регулировки выдержки с помощью электронных алгоритмов. Специальные сигналы дают матрице команды на получение информации от света и на обнуление. Например, матрице может быть сообщено, что считывать «картинку» необходимо 1/500 секунды. Далее полученная информация поступит в процессор на обработку, а матрица, обнулившись, будет ждать новых команд. Таким образом регулировка количества света, который получает матрица происходит без механических шторок и движущихся механизмов. Что это дает? Какие горизонты открывает?
У электронных затворов есть и специфические недостатки. Это и искажения изображения из-за построчного считывания, и ореолы, вызванные спецификой применяемых полупроводников (понятие блуминга), также матрица менее защищена.
Фотографический затвор
Длительность выдержки регулируется затвором фотоаппарата.
В современных цифровых камерах используют электронный и фокальный затворы.
Электронный затвор
Под электронным затвором понимают не отдельный механизм, а принцип дозирования экспозиции цифровой матрицей. Выдержка определяется временем между обнулением матрицы и моментом считывания информации с нее. Такой принцип позволяет достичь более коротких выдержек (в том числе и выдержки синхронизации со вспышкой) без использования дорогостоящих высокоскоростных механических затворов. Данный принцип использован и в компактных цифровых камерах.
Самый распространенный затвор – фокальный (рис. 3). Выдержка регулируется временем, которое проходит между открытием и закрытием первой и второй шторок 2, 3. При спуске затвора первая шторка 2 сдвигается механизмом 5, открывая путь световому потоку. По окончании заданной выдержки световой поток перекрывается второй шторкой 3. На коротких выдержках вторая шторка начинает движение до того, как первая полностью откроет кадровое окно 4. Щель, образующаяся между шторками, пробегает поперек кадрового окна, последовательно освещая его. Длительность выдержки определяется шириной щели. Принцип действия фокального затвора показан на анимации 4.
Электронный затвор
Если отследить эволюцию зеркальных камер со времен пленки, то можно заметить что нижняя граница диапазона выдержек постепенно отодвигалась. В пленочной фотографии 1/2000 секунды считалась прекрасным показателем. А сейчас и значением 1/8000 секунды никого не удивишь. Собственно «одна восьмитысячная» – практический потолок для зеркалок с механическим затвором.
Механический затвор должен сталь электронно-механическим
А вот беззеркальные камеры, обладающие электронным затвором (или электронно-механическим) способны отрабатывать выдержи покороче – до 1/16000 и даже до 1/32000 секунды. С другой стороны, нижний порог чувствительности в высококлассных DSLR-камерах, как правило ниже. А при наличии ISO 100 и даже ISO 50 можно не беспокоиться об отсутствии сверхкороткой выдержки. Но все же никаких технических препятствий для реализации электронного затвора в зеркальных камерах давно нет. Шире диапазон – больше свободы творчества. И меньше потребность в дополнительных аксессуарах. Так что расширения диапазона выдержек можно ожидать в ближайшие годы.
История[править | править код]
На заре фотографии фотоматериалы имели низкую светочувствительность, выдержка измерялась часами, позднее — минутами и секундами. Время для экспонирования фотопластинки, отсчитывалось фотографом по обычным часам или в уме, а роль затовора выполняла съёмная крышечка на объективе. С развитием и совершенствованием технологий изготовления фотоматериалов, с повышением их светочувствительности, созданием «светосильных» объективов появилась возможность довести выдержки при фотографировании до десятых, сотых и тысячных долей секунды. Одновременно для управления затвором создавался сложный и точный механизм.
Разновидности затворов фотоаппарата
Электронный затвор
Его принцип работы заключается в том, что им управлением им осуществляет электронная аппаратура фотокамеры. В процессе применения этой электронно составляющей свет все время поступает на матрицу, с помощью чего картинка с нее транслируется на жидкокристаллический экран цифрового устройства.
Распознается подобная картинка за конкретное время, которое проходит между обнулением матрицы и периодом, когда распознается информация в электронном виде.
Электронный затвор работает бесшумно. Но качество изображения у устройств, оснащенных подобными элементами оставляет желать лучшего. Это связано с тем, что распознание ячеек происходит в определенной последовательности.
Чтобы добиться четкости изображения, профессиональные фотоаппараты дополнительно оснащают механическим затвором.
Механический затвор
Позволяет дополнительно защитить матрицу от мелкого мусора. Его функция также заключается в дозировании светового потока, который попадает на матрицу. Такая деталь обеспечивает более длительное сохранение технических свойств светочувствительного элемента. Подобный затвор имеет ограниченное время эксплуатации.
Механические затворы можно разделить на два вида:
- центральные выглядят как механизмы, сконструированные из тонких пластинок, они открываются к краям и закрываются в другом направлении. Его встраивают между линзами объектива. Чем скорее работают заслонки затвора, тем большей ценностью он обладает в глазах фотографа;
- шторные имеют более высокую скорость и большую моментальную выдержку. В подобном механизме применяются две детали (шторки), разделяемые щелью, в которую из объектива попадает свет. Когда происходит сработка щелевого затвора, одна из его шторок открывает кадровое окно, другая закрывает. Величина щели, образовывающейся между шторками, влияет на длительность воздействия света на фотоматериал.
Электронно-оптический затвор
Их применение возможно в цифровых фотокамерах. Они выглядят как жидкий кристалл, установленный между 2-мя поляризованными пластинками. Сквозь данный кристалл проходит поток света, который после направляется на оптический преобразователь.
Затвор фотоаппарата представляет собой немаловажную деталь, обеспечивающую нормальное функционирование любого фотооборудования. Главная функция этого элемента заключается в его открытии в момент фотосъемки, пропуске светового потока. Когда свет поступает на светочувствительную составляющую, происходит получение кадра. Далее затвор зарывается, что дает возможность начать работу над следующим фотоснимком.
Затвор имеет очень большое значение в устройстве фотоаппарата. С его помощью фотограф может регулировать время, в течение которого светочувствительный слой фотокамеры подвергается воздействию света.
Все изображения в статье использованы в информационных и учебных целях, а также в целях раскрытия творческого замысла.
Характеристики фотографического затвора[править | править код]
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 величина этого коэффициента приближается к единице ( при процентном выражении — к 100 %), тем совершеннее работает затвор;
- Точностью и диапазоном выдержек.
- Степенью искажения изображения;
- Количеством срабатываний до первого отказа (В профессиональных фотокамерах гарантируется более ~250000 срабатываний без отказа);
- Надежностью работы затвора в различных условиях фотографирования.
Материал изготовления и надежность
Шторные затворы
Материалом изготовления шторных затворов в подавляющем своем большинстве была прорезиненная ткань. Не смотря на свою простоту и дешевизну, шторные матерчатые затворы имеют очень неприятные особенности:
Выгорают на солнце
Если забыть закрыть объектив фотоаппарата крышкой, то объектив будет действовать, как увеличительная линза, и вконце-концов, свойства резины меняются до такой степени, что она осыпается, «прогорает».
Элементы шторного затвора подвержены истиранию
Зачастую встречаются камеры того или иного производителя, матерчатые тяги затвора у которых попросту порваны вследствие износа.
Элементы шторного затвора отклеиваются от натяжителей
Со временем связующая составляющая клеевой основы приходит в негодность, и высыхает. Шторки отклеиваются у основания натяжителей.
Пружины натяжителей приходят в негодность
Внутри натяжителей стоят стальные пружины, которые теряют свойства со временем. Проблема устраняется путем подкручивания регулировочных винтов и не такая страшная, как перечисленные выше.
На отпечатке перечисленные неисправности могут отображаться, как недоэкспонирование одной из зон кадра, неравномерное экспонирование по всему полю кадра (шторки притормаживают), изображение кадра фиксировано рывками
Увидев такие отпечатки, стоит обратить внимание на состояние затвора
Не смотря на то, что шторные затворы имеют опасные болезни, они весьма ремонтопригодны, и чтобы произвести ремонт в «полевых» условиях, достаточно иметь прямые руки и соответствующую литературу. Максимальный срок жизни шторного затвора составляет примерно 5 тысяч срабатываний.
Ламельные затворы
Шторки таких затворов состоят из нескольких металлических ламелей. Причем, в качестве материала для ламелей может применяться не только сталь, но и нержавеющая сталь, углепластик. Ламельные затворы цифровых зеркальных камер управляются электроникой с использованием электродвигателя и электромагнитов.
Электромагниты отвечают за выдержку затвора, удерживая шторки в открытом состоянии до тех пор, пока не получат импульс от управляющей микросхемы на размыкание. На практике это все занимает, естественно, доли секунды.
Ламельный затвор Canon EOS Kiss
Ламельные затворы получили распространение в японских фотоаппаратах, где их начали применять в начале 60 годов. Ламельные затворы надежнее шторных, не выгорают на солнце
Однако, ремонтопригодность таких затворов намного меньше, чем у шторных — если замена ламелей, в принципе, еще по рукам пользователю, то последующая его настройка возможна только в стенах сервисного центра (в общем, не дешевое удовольствие, даже если кто-то и возьмется за эту работу). Поэтому ламельные затворы меняются целиком.
Из неисправностей ламельных затворов можно встретить такие:
- Залипание шторок
- Истирание ламелей шторок
- Обрыв в обмотке электромагнита
- Выпадение втулок шторок из посадочных мест
Эти неисправности в основном могут встречаются на затворах с большими пробегами, а также в какой-то мере на свежих камерах в период «обкатки». Обкатка затвора проходит примерно на первой тысяче срабатываний, после чего затвор может даже переходить свой срок службы. В таблице зеленым отмечен ресурс затвора некоторых фотоаппаратов Canon:
Максимальный срок жизни затвора варьируется. Производителем же, в зависимости от модели камеры устанавливаются ограничения от 50000 срабатываний на младших моделях камер и до 500000 на профессиональных. Зачастую встречается так, что камера успевает морально устареть, и обрести четвертого-пятого хозяина, а ресурс затвора еще не исчерпан.