Техника фотографии

ЭВОЛЮЦИЯ ФОТОЗАТВОРОВ

Развитие современных фотокамер непосредственно связано с конструктивными изменениями одного из основных узлов аппарата — затвора. Поэтому, продолжая по просьбе читателей рассказ об истории аппаратостроения, редакция не может обойти и такую важную тему, как эволюция фотозатворов.

Развитие современных затворов направлено на улучшение их эксплуатационных характеристик: на расширение диапазона выдержек, повышение точности и максимальную автоматизацию съемочного процесса. С этими направлениями связана и вся история развития затвора. Известно, что из-за малой чувствительности фотоматериалов и светосилы объектива первые затворы представляли собой крышку, которая вручную снималась и надевалась на объектив, или заслонку, расположенную перед объективом, как показано на рис. 1. В репродукционной и бытовой фотографии простая крышка, применяемая в качестве затвора, сохранилась до настоящих дней (камеры типа «ФК»).

Появление броможелатиновых пластинок, имеющих более высокую чувствительность, и объективов с повышенной светосилой позволило пользоваться более короткими выдержками, что способствовало развитию затворов для моментальной съемки.

Из большого числа различных типов затворов основное распространение получили центральные или линзовые затворы, расположенные возле объектива, и шторные затворы, помещенные вблизи фокальной плоскости объектива (рис. 2).

Рис. 1. Заслонка перед объективом	Рис. 2. Схема расположения затворов в камере

Широкое практическое применение шторные затворы получили с 1888 года в результате работ Оттомара Аншютца, предложившего использовать щель переменной ширины. При помощи этого затвора можно было получать выдержки до 1/1000 с.

Примерно в это время стали применяться два типа центральных затворов: автоматический и заводной. В автоматическом затворе натяжение пружинного двигателя и последующий спуск осуществлялись при нажатии на спусковой рычаг, в то время как заводной затвор перед каждой съемкой взводили с помощью особого рычага. Очень долго предельной выдержкой для автоматического затвора была 1/150 с, а для заводного — 1/300 с.

Центральные затворы в меньшей степени влияли на конструкцию камеры, чем шторные, что и определило их специализированное производство. В 1912 году фирма «Деккель» выпустила принципиально новый затвор «Компур» (рис. 3), в котором в качестве временного устройства был применен анкерный регулятор, обеспечивающий выдержки от 1/25 до 1/125 с. С тех пор этот принцип торможения используется в фотозатворах до настоящего времени.

В 1930 году фирма Готье выпустила первый затвор с встроенным автоспуском «Пронто».

В 1934 году за счет предельного уменьшения моментов инерции подвижных звеньев и использования более сильных пружин в 5-лепестковом затворе «Компур-Рапид» со световым отверстием 17,8 мм минимальную выдержку удалось довести до 1/500 с. За последние полстолетия быстродействие центральных затворов практически не возросло. Незначительное повышение быстроты действия было достигнуто благодаря разработке новых кинематических схем.

Эти ограничения объясняются, с одной стороны, недостаточной прочностью лепестков, испытывающих в процессе срабатывания затвора большие динамические нагрузки, а с другой стороны, — предельными величинами взводящих моментов.

Рекордно короткие выдержки в лепестковых затворах вплоть до 1/2000 с удалось достигнуть в затворах-диафрагмах. Однако это не явилось большим техническим достижением, поскольку при этом неполностью используется светосила объектива. (Более подробно затворы-диафрагмы рассмотрены в журнале «Советское фото» № 8, 1973, стр. 38—39.)

В шторных затворах особое распространение благодаря исключительно удачной конструкции и сравнительно высоким эксплуатационным характеристикам получила схема затвора камеры «Лейка». На протяжении более полстолетия эта схема применялась в многочисленных зарубежных камерах и ряде моделей отечественных фотоаппаратов («ФЭД», «Зенит»). Она (рис. 4) находит применение до настоящего времени. Затвор имеет две матерчатые прорезиненные шторки, которые движутся независимо вдоль длинной стороны кадра. Затвор обеспечивает диапазон выдержек от 1 до 1/1000 с, полное открытие кадра на 1/30 с.

Рис. 3. Затвор с анкерным регулятором	Рис. 4. Принципиальная схема затвора камеры «Лейка»

К его недостаткам следует отнести зависимость работы матерчатых шторок от температурных и климатических условий и наличие поворачивающейся при срабатывании головки выдержек.

В затворе фотоаппарата «Контакс» (рис. 5) впервые вместо прорезиненных матерчатых шторок были использованы металлические, которые хорошо работают при низких температурах, не прожигаются под действием солнечных лучей и в меньшей степени подвержены старению. Схема этого затвора была применена в фотоаппаратах с дальномером типа «Киев».

В пятидесятые годы, помимо затворов с поступательным движением, появились затворы с вращательным движением шторок. Примером может служить обтюраторный затвор фотоаппарата «Олимпус-Пэн-ф» с форматом кадра 18x24 мм (рис. 6). Затвор имеет одну шторку, выполненную в виде вращающегося сектора. Такой затвор позволяет обеспечивать выдержки от 1/500 до 1 с и «В».

Рис. 5. Затвор из металлических шторок	Рис. 6. Обтюраторный затвор

Другим примером может служить затвор фотоаппаратов «Киев-10», «Киев-15», предназначенный для формата кадра 24x36 мм и основанный на применении независимо движущихся шторок, выполненных в виде веера. Затвор имеет два слоя шторок (рис. 7), причем каждый состоит из трех металлических секторов. Основная особенность этого затвора заключается в разделении каждого слоя на складывающиеся веером секторы, что уменьшает габариты и момент инерции звеньев. Диапазон выдержек от 1/2 до 1/1000 с при полном открытии кадра на 1/60 с. В 1960 году в Японии был выпущен фокальный затвор «Копал-Сквэа», состоящий из двух независимых слоев — металлических ламелей, связанных шарнирным параллелограммов. Это позволяет ламелям складываться, что делает конструкцию компактной. Каждый слой, двигающийся вдоль короткой стороны кадра, имеет отдельный двигатель. Затвор обеспечивает выдержки от 1 до 1/1000 с и полное открытие кадра при 1/125 с (рис. 8).

Рис. 7. Веерный затвор камеры «Киев-10»	Рис. 8. Ламельный затвор

Затвор «Копал-Сквэа» стимулировал конструкторскую мысль, и были созданы новые схемы металлических ламельных затворов с движением щели вдоль короткой стороны кадра, что привело к разработке интересных затворов фотоаппаратов «Киев-17», «Практика».

В самые последние годы появились ламельные затворы с движением щели вдоль короткой стороны и у фирм «Лейтц», «Копал», «Сейко». Это действительно свидетельствует о новом этапе в развитии фокальных затворов. Их дополнительным достоинством явилось расширение возможностей применения ламп-вспышек.

Лампы-вспышки дали возможность использовать камеру при недостаточной освещенности. Однако сразу возникла задача синхронизации времени разгорания и горения этих ламп со временем срабатывания фотозатворов. Для синхронизации были более удобны линзовые затворы, так как они открывают доступ света ко всем точкам кадра одновременно.

Впервые был синхронизирован в 1938 году затвор «Пронтор», а в 1949 году в затворах «Компур» был установлен «Х»-контакт для синхронизации с импульсной лампой.

Затворы, синхронизированные со всеми типами ламп-вспышек, называются полностью синхронизированными. Современные линзовые затворы синхронизированы лишь частично и обычно имеют «Х»-контакт.

В затворах, расположенных в фокальной плоскости, время движения щели вдоль кадрового окна значительно больше действительного времени экспонирования щелью. Поэтому для этого случая используются лампы с длительным временем горения, которое перекрывает время, необходимое для перемещения щели вдоль кадрового окна.

Увеличение скорости движения шторок, а также выбор направления их движения вдоль короткой стороны кадра позволили в современных моделях полностью открывать кадр при более коротких выдержках (до 1/125 с), что значительно расширило возможности применения электронных импульсных ламп-вспышек.

Середина 60-х годов ознаменовалась новым замечательным достижением в развитии фотозатворов — автоматизацией процесса экспонирования. Первым шагом на пути автоматизации явилось создание шкал с постоянным шагом для управления механизмом выдержек и диафрагмы, которые сперва устанавливались независимо. Это обеспечило равномерность шкал. Выбранные диафрагма и выдержка определяли соответствующее световое число.

Одновременно начался выпуск экспонометров, которые встраивались в камеры и также были оснащены шкалой световых чисел. Первоначально диафрагма и выдержка, выбранные из большого числа комбинаций, устанавливались от руки.

Впервые связь экспонометра и затвора была осуществлена фирмой Готье в «Пронторе». В 1955 году фирма «Компур» выпустила затвор с автоматической установкой диафрагмы, а в 1956 году — с кольцом световых значений, после чего появились одно-и многопрограммные затворы. Одновременно были созданы линзовые затворы для однообъективных зеркальных камер, сменная оправа для объективов, затворы с автоматическим указателем глубины резкости и возможностью связи с зеркалом и диафрагмой. В 1959 году были выпущены автоматические затворы, в которых после нажатия на спусковую кнопку фиксировалась стрелка гальванометра и устанавливалась пара «диафрагма-выдержка». В этот период наиболее широкое распространение получили линзовые затворы, которые имели несложную связь с автоматикой камеры и нашли применение в зеркальных камерах со сменными объективами.

Знаменательной вехой в развитии фотозатворов явилась разработка автоматических затворов с электронной схемой управления выдержкой. За истекшие полтора десятилетия электронный узел фотозатвора продолжал усложняться и усовершенствоваться. Появилась возможность возложить на него функции автоспуска, дистанционного спуска, индикации экспозиционных параметров съемки, контроля напряжения источника питания.

Применительно к затворам-диафрагмам электронная схема управления позволяет устанавливать необходимую пару «диафрагма—выдержка» и автоматически подключать электронную лампу-вспышку при недостаточной освещенности.

Имеются разработки автоматической установки выдержки, а также диафрагмы в зависимости от скорости движения объекта съемки и расстояния до него с целью исключения смазанности изображения.

Так, например, камера «Контакс РТС» буквально набита электронными компонентами. На шести печатных платах размещено почти 100 компонентов, включая гибридные и монолитные интегральные схемы, 16-элементный светодиодный индикатор, два электромагнита и множество резисторов и конденсаторов.

В камере имеется стабилизатор напряжения, аналого-цифровой преобразователь и «память» для хранения данных освещенности в интервале времени непосредственно перед подъемом зеркала. Сведения об освещенности объекта съемки, чувствительности пленки и величине диафрагмы в виде тока фотодиода поступают на предварительный усилитель и подаются на вычислительную схему. Цепь обратной связи выходного усилителя к считывающему позволяет учесть изменения световой интенсивности. Вычислительная схема рассчитывает выдержку и передает данные на выходной усилитель, связанный с матрицей фотодиодов, представляющей значение выдержки.

Ручная установка выдержки также не вызывает затруднений: для этого требуется совместить светодиодный элемент с указателями индикатора.

Большинство фотокамер с электронным управлением являются моделями с предпочтительным выбором диафрагмы и автоматической отработкой выдержки, что, по-видимому, объясняется большой простотой и совершенством устройств управления затвором. К тому же автоматическая отработка выдержки имеет преимущества перед автоматической отработкой диафрагмы в условиях малой освещенности, когда необходимо даже при полностью открытой диафрагме обеспечивать выдержки длительностью в несколько секунд.

Системы с предпочтительной установкой выдержки и автоматической установкой диафрагмы нашли свое дальнейшее развитие в связи с использованием в камерах миниатюрных электродвигателей или сервопривода, которые непосредственно управляют установкой затвора и диафрагмы.

Таким образом, сегодня только спуск фотозатвора еще не стал автоматизированным. Однако уже имеются сведения, что фирма «Хонейвел» разработала и изготовила электронное устройство автофокусировки «Визитроник», позволяющее спускать фотозатвор по сигналу «наилучшая резкость».

Эволюция затвора привела к созданию большого числа различных конструкций (которые правильнее было назвать не затвором, а затворным устройством) с использованием новейших достижений механики, оптики и электроники.

Эволюция фотозатвора привела также к стиранию четкого функционального назначения затвора, превратив его в один из исполнительных элементов сложной системы автоматики камеры. Наблюдаемое насыщение камеры электроникой и ее очевидное усложнение при дальнейшей эволюции затвора должно привести к новому этапу: замене механических светоотсекателей средой с регулируемыми оптическими характеристиками. Одним из путей решения этой задачи, возможно, окажется использование электрооптических эффектов в жидких кристаллах. Тех жидких кристаллах, которые использует такой совершенный орган живого организма, как человеческий глаз.

М. Томилин,
кандидат технических наук