Механизм управления выдержкой в камерах

Фокальный затвор в камере: принцип работы, устройство с двумя шторами. Контроль выдержки, фототехника, Leica. Узнайте больше о механизме экспозиции!

20 мин чтения

100%

Источник: Focal-plane shutter — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Механизм, управляющий выдержкой в камерах.

В конструкции камеры затвор центрального типа (FPS) — это тип фотографического затвора, расположенный непосредственно перед фокальной плоскостью камеры, то есть прямо перед фотопленкой или матрицей.

Двухзавесные жалюзи

Традиционный тип затвора центрального типа в 35-мм камерах, впервые разработанный компанией Leitz для использования в камерах Leica, использует две шторы затвора из непрозрачной резиновой ткани, которые перемещаются горизонтально по плоскости пленки. Для более медленных выдержек первая штора открывается (обычно) справа налево, и после выдержки вторая штора закрывает отверстие в том же направлении. При взведении затвора шторы возвращаются в исходное положение, готовые к срабатыванию.

Опускатель фокусной плоскости при низкой скорости

Рисунок 1: Черный прямоугольник обозначает апертуру кадра, через которую производится экспонирование. В данный момент она закрыта первым затвором, показанным красным цветом. Второй затвор, показанный зеленым, находится справа. Рисунок 2: Первый затвор полностью перемещается влево, открывая апертуру для экспонирования. В этот момент, если к камере подключена и готова к работе вспышка, она срабатывает. Рисунок 3: После завершения необходимого времени экспонирования второй затвор перемещается влево, закрывая апертуру кадра. При взводе затвора затворы возвращаются в исходное положение справа, готовясь к следующему кадру. Это лишь графическая иллюстрация; фактические механизмы гораздо сложнее. Например, затворы наматываются и разматываются на катушки по обе стороны от апертуры кадра, чтобы занимать как можно меньше места. Более высокие выдержки достигаются за счет закрытия второго затвора до полного открытия первого; это создает вертикальную щель, перемещающуюся горизонтально по пленке. Для достижения еще более высоких выдержек требуется просто более узкая щель, поскольку скорость движения затворов обычно не изменяется.

Опускатель фокусной плоскости при высокой скорости

Рисунок 1: Черный прямоугольник представляет собой апертуру кадра, через которую осуществляется экспонирование. В данный момент она закрыта первым затвором, показанным красным цветом. Второй затвор, показанный зеленым цветом, находится справа. Рисунок 2: Первый затвор начинает двигаться влево, открывая апертуру для экспонирования. Поскольку для экспонирования требуется очень короткая выдержка, второй затвор начинает двигаться вслед за первым на определенном расстоянии. Рисунок 3: Первый затвор продолжает перемещаться через апертуру кадра, за ним следует второй затвор. Использовать электронную вспышку при такой выдержке нецелесообразно, так как короткий импульс вспышки осветит лишь небольшую часть кадра, а остальная часть будет закрыта первым или вторым затвором. Рисунок 4: Первый затвор завершает движение, за ним немедленно следует второй затвор, который теперь полностью закрывает апертуру кадра. После взвода затвора оба затвора возвращаются в исходное положение справа, готовые к следующему экспонированию.

Окна с вертикальными проходами

Большинство современных 35-мм и цифровых зеркальных камер теперь используют вертикально перемещающиеся металлические затворы. Они работают по тому же принципу, что и горизонтально перемещающиеся затворы, но из-за меньшего расстояния, которое должны пройти лезвия затвора (24 мм против 36 мм), лезвия затвора пересекают плоскость пленки за меньшее время. Это может обеспечить более высокие скорости синхронизации со вспышкой, чем это возможно с горизонтально перемещающимся затвором, и позволяет затвору надежно работать на более высоких скоростях (до 1/12000 секунды).

Преимущества

Одно из преимуществ затворов с фокальной плоскостью заключается в том, что их можно встроить в корпус камеры со сменными объективами, что избавляет от необходимости оснащать каждый объектив собственным центральным затвором. Другое преимущество затворов с фокальной плоскостью – их очень высокие минимальные выдержки: 1/4000 секунды, 1/8000 секунды и даже 1/12000 секунды. (См. Затвор с фокальной плоскостью квадратного типа с металлическими лезвиями и Стремление к более высокой скорости, ниже.)

Недостатки

Основным недостатком затвора центрального типа является то, что долговечный и надежный затвор – сложное (и часто дорогостоящее) устройство. Хотя концепция передвижного щелевого затвора проста, современный затвор центрального типа – это компьютеризированный таймер с микросекундной точностью, управляющий субграммовыми массами экзотических материалов, подвергаемый ускорению в сотни g, движущийся с точностью до микрона и синхронизированный с другими системами камеры для более 100 000 циклов. Именно поэтому затворы центрального типа редко встречаются в компактных или недорогих камерах. Кроме того, типичный затвор центрального типа имеет скорости синхронизации со вспышкой, которые медленнее, чем у типичного затвора с лепестками – 1/500 с, поскольку первая шторка должна полностью открыться, а вторая не должна начать закрываться до срабатывания вспышки. Иными словами, очень узкие щели на высоких скоростях не будут должным образом освещены вспышкой. Традиционно, максимальная скорость синхронизации X на 35-мм камере составляет 1/60 с для горизонтальных затворов типа Leica и 1/125 с для вертикальных затворов типа Square. Современные затворы центрального типа увеличили скорость синхронизации X до 1/300 с за счет использования экзотических сверхпрочных материалов и компьютерного управления, а до 1/8000 с – благодаря электронным ухищрениям. (См. раздел «Поиск более высокой скорости» и «Преодоление барьера синхронизации X» ниже.) Затворы центрального типа также могут вызывать искажение изображения быстро движущихся объектов или при быстром панорамировании, как описано в статье «Rolling shutter». Большая относительная разница между медленной скоростью движения шторки и узкой щелью приводит к карикатурному искажению, поскольку одна сторона кадра экспонируется заметно позже, чем другая, и промежуточное движение объекта отображается. Для горизонтального затвора типа Leica изображение растягивается, если объект движется в том же направлении, что и шторки затвора, и сжимается, если движется в противоположном направлении. Для вертикального затвора типа Square, работающего сверху вниз, верхняя часть изображения наклоняется вперед. Фактически, использование наклона для создания впечатления скорости в иллюстрациях является карикатурой на искажение, вызванное медленным движением шторки вертикальных затворов центрального типа в больших форматах камер первой половины 20-го века.

The main disadvantage of the focal plane shutter is that a durable and reliable one is a complex (and often expensive) device. While the concept of a travelling slit shutter is simple, a modern FP shutter is a computerised microsecond accurate timer, governing sub gram masses of exotic materials, subjected to hundreds of gs acceleration, moving with micron precision, choreographed with other camera systems for 100,000+ cycles. This is why FP shutters are seldom seen in compact or point and shoot cameras. In addition, the typical focal plane shutter has flash synchronization speeds that are slower than the typical leaf shutter's 1/500 s, because the first curtain has to open fully and the second curtain must not start to close until the flash has fired. In other words, the very narrow slits of fast speeds will not be properly flash exposed. The fastest X sync speed on a 35 mm camera is traditionally 1/60 s for horizontal Leica type FP shutters and 1/125 s for vertical Square type FP shutters. Modern FP shutters have increased X sync to 1/300 s with the use of exotic ultra strong materials and computer control, and 1/8000 s through electronic sleight of hand. (See The quest for higher speed and Breaking the X sync barrier, below.) Focal plane shutters may also produce image distortion of very fast moving objects or when panned rapidly, as described in the Rolling shutter article. A large relative difference between a slow wipe speed and a narrow curtain slit results in cartoonish distortion, because one side of the frame is exposed at a noticeably later instant than the other and the object's interim movement is imaged. For a horizontal Leica type FP shutter, the image is stretched if the object moves in the same direction as the shutter curtains, and compressed if travelling in the opposite direction of them. For a downward firing vertical Square type FP shutter, the top of the image leans forward. In fact, the use of leaning to give the impression of speed in illustration is a caricature of the distortion caused by the slow wiping vertical FP shutters of large format cameras from the first half of the 20th century.

Электрооптические жалюзи

Вместо использования относительно медленно движущихся механических шторных затворов, в качестве затворов могут быть использованы электрооптические устройства, такие как ячейки Покельса. Хотя они не получили широкого распространения, они полностью исключают проблемы, связанные с движущимися шторными затворами, такие как ограничения синхронизации со вспышкой и искажения изображения при движении объекта. Такие затворы значительно дороже механических.

Ротационная опорная плоскость

Помимо горизонтальных затворов Leica и вертикальных Square FP, существуют и другие типы затворов FP. Наиболее распространенным является роторный или секторный затвор FP. Роторные затворы часто используются в пленочных кинокамерах, но редко встречаются в фотокамерах. Они вращают круглую металлическую пластину с секторным вырезом перед пленкой. Теоретически, роторные затворы могут регулировать скорость, изменяя ширину сектора выреза (используя две перекрывающиеся пластины и изменяя степень перекрытия) и/или вращая пластину быстрее или медленнее. Однако, для простоты, большинство роторных затворов в фотокамерах имеют фиксированные вырезы и изменяют скорость вращения. Полукадровые 35-мм зеркальные камеры Olympus Pen F и Pen FT (1963 и 1966 годов выпуска, обе из Японии) вращали полукруглую титановую пластину до скорости 1/500 секунды.

Полукруглые роторные затворы также обладают преимуществом неограниченной скорости синхронизации с импульсной вспышкой, но все роторные затворы FP имеют недостаток – большой размер, необходимый для вращения пластины. Камера Univex Mercury (1938, США), полукадровая 35-мм камера, имела очень большой купол, выступающий из верхней части корпуса, чтобы разместить ее роторный затвор на 1/1000 секунды. Они также создают очень необычные искажения на высоких скоростях из-за углового движения щели экспонирования. Размер можно уменьшить, заменив пластину на систему лопастей, но тогда роторный затвор FP по сути превращается в обычный щелевой затвор FP.

Окончательная ограда для вращающейся барабанной фокусной плоскости

Роторный барабан – необычный затвор FP, который использовался в нескольких специализированных панорамных камерах, таких как Panon Widelux (1959, Япония) и KMZ Horizont (1968, Советский Союз). Вместо использования объектива с чрезвычайно коротким фокусным расстоянием (широкоугольного) для достижения сверхширокого угла обзора, эти камеры оснащены среднеширокоугольным объективом, помещенным в барабан с продольной вертикальной щелью. Поскольку весь барабан горизонтально вращается вокруг задней оптической точки объектива, щель проецирует изображение сверхширокого формата на пленку, прижатую к изогнутой фокальной плоскости. Widelux создавал изображение шириной 140° в кадре 24×59 мм на пленке 135 с объективом Lux 26 мм f/2.8 и регулируемой скоростью затвора, изменяемой за счет изменения скорости вращения при фиксированной ширине щели. В камерах Kodak Cirkut (1907, США) и Globus Globuscope (1981, США) вращались вся камера и объектив, в то время как пленка протягивалась мимо щели в противоположном направлении. Globuscope создавал изображение с углом обзора 360° в кадре 24×160 мм на пленке 135 с объективом 25 мм, с регулируемой шириной щели и постоянной скоростью вращения. Вращающиеся затворы FP создают изображения с необычными искажениями: центр изображения кажется выпяченным в сторону зрителя, а периферия – изогнутой наружу, поскольку поле зрения объектива меняется при его вращении. Эти искажения исчезают, если фотография смонтирована на циркулярно изогнутой подложке и рассматривается глазом, находящимся в центре. Вращающиеся затворы также должны вращаться плавно, иначе неравномерная экспозиция приведет к появлению нежелательных вертикальных полос на изображении. Поскольку вращение может занимать несколько секунд, независимо от установленной скорости затвора, камера должна быть установлена на штатив. По той же причине использование вспышки с этими камерами невозможно. Эти камеры часто применяются для групповых портретов (например, "школьных" фотографий). Для этого объекты располагаются в укороченном полукруге с камерой в центре, чтобы все объекты находились на одинаковом расстоянии от камеры и смотрели в ее сторону. После экспонирования и проявки панорамный отпечаток показывает всех людей, выстроенными в одну линию и смотрящими в одном направлении. Искажения на заднем плане выдают использованную технику.

The revolving drum is an unusual FP shutter that has been used in several specialised panoramic cameras such as the Panon Widelux (1959, Japan) and KMZ Horizont (1968, Soviet Union). Instead of using an extremely short focal length (wide angle) lens to achieve an extra wide field of view, these cameras have a medium wide lens encapsulated in a drum with a rear vertical slit. As the entire drum is horizontally pivoted on the lens's rear nodal point, the slit wipes an extra wide aspect image onto film held against a curved focal plane. The Widelux produced a 140° wide image in a 24×59 mm frame on 135 film with a Lux 26 mm f/2.8 lens and controlled shutter speed by varying rotation speed on a fixed slit width. In the Kodak Cirkut (1907, US) and Globus Globuscope (1981, US) cameras, the entire camera and lens revolved as the film was pulled past the slit in the opposite direction. The Globuscope produced a 360° angle of view image in a 24×160 mm frame on 135 film with a 25 mm lens and had adjustable slit width with a constant rotation speed. Revolving FP shutters produce images with unusual distortion where the image center seems to bulge toward the viewer, while the periphery appears to curve away because the lens's field of view changes as it swivels. This distortion will disappear if the photograph is mounted on a circularly curved support and viewed with the eye at the center. Revolving shutters must also rotate smoothly; otherwise, uneven exposure will result in ugly vertical banding in the image. Since the rotation may take several seconds to complete, no matter the shutter speed, the camera should be tripod mounted. For the same reason, flash cannot be used with these cameras. These cameras are often used for photographing large groups of people (e. g. the 'school' photograph). For this purpose, the subjects are arranged in a shortened semicircle with the camera at the centre such that all the subjects are the same distance from the camera and facing the camera. Once the exposure is made and processed, the panoramic print shows everyone in a straight line facing in the same direction. The distortion present in the background betrays the technique.

История и техническое развитие

Самые ранние дагерротипные (изобретенные в 1839 году) фотокамеры не имели затворов, поскольку недостаточная чувствительность процесса и малые диафрагмы доступных объективов означали, что время экспозиции измерялось минутами. Фотограф мог легко контролировать время экспозиции, просто снимая и надевая крышку или заглушку объектива. Однако в течение XIX века, с заменой одного более чувствительного процесса другим и появлением объективов с большей светосилой, время экспозиции сократилось до секунд, а затем и до долей секунды. Механизмы управления временем экспозиции стали необходимым аксессуаром, а затем и стандартной функцией камеры.

Окончательная опорная плоскость с одной занавеской

Самым ранним изготовленным затвором был капельный затвор 1870-х годов. Это было вспомогательное устройство, похожее на гильотину – деревянная панель с прорезью, установленная на направляющих перед объективом камеры, которая под действием силы тяжести опускалась с контролируемой скоростью. Когда прорезь проходила перед объективом, она "проводила" экспонирование на фотопластинку. К 1880-м годам стали доступны навесные затворы, устанавливаемые перед объективом, содержащие резиново-шелковое полотно (также называемое шторкой) с одним или несколькими прорезами различной ширины, намотанными на два параллельных барабана и приводимыми в движение пружинами, перетягивающими прорезь с одного барабана на другой. Эти затворы предлагали широкий диапазон выдержек путем регулировки натяжения пружины и выбора ширины прорези. В 1883 году Оттомар Аншюц (Германия) запатентовал камеру с внутренним механизмом роликовой шторки, расположенным непосредственно перед фотопластиной. Таким образом, плоскостной затвор в современном узнаваемом виде был создан. Компания Goerz изготовила камеру Anschütz (Германия) как первую серийную камеру с плоскостным затвором в 1890 году. Фрэнсис Блейк к 1889 году изобрел тип камеры с плоскостным затвором, который достигал выдержки 1/2000 секунды и демонстрировал множество фотографий с эффектом остановки движения. Механизм, подобный капельному затвору, с регулируемой прорезью был использован в фокальной плоскости камеры Уильяма Ингланда в 1861 году, и это считается первым плоскостным затвором любого типа. Однако эти ранние плоскостные затворы экспонировали снимок довольно медленно, даже при максимальном натяжении пружины, поскольку деликатная шторка была слишком хрупкой, чтобы выдержать необходимые ускорения для более быстрой работы. Большая относительная разница между медленной скоростью движения шторки и узкой прорезью приводила к карикатурному искажению быстро движущихся объектов вместо их реальной заморозки. (См. Раздел 4: "Недостатки", выше.) Folmer and Schwing (США) были наиболее известными сторонниками плоскостных затворов с одной шторкой, их камеры Graflex с однообъективным зеркальным видоискателем и Graphic для листовой пленки большого формата использовали их с 1905 по 1973 год. Их наиболее распространенные затворы для формата 4x5 дюйма имели четыре ширины прорези от 1 1/2 до 1/8 дюйма и до шести степеней натяжения пружины, обеспечивая диапазон выдержек от 1/10 до 1/1000 секунды.

The earliest manufactured shutter was the drop shutter of the 1870s. This was an accessory guillotine like device – a wooden panel with slit cutout mounted on rails in front of the camera lens that gravity dropped at a controlled rate. As the slit passed the lens, it "wiped" the exposure onto the photographic plate. By the 1880s, lens front mounted accessory shutter boxes were available, containing a rubberised silk cloth curtain (also called a blind) with one or more width slit cutouts wound around two parallel drums and using springs to pull a slit from one drum to the other. These shutters offered a wide range of shutter speeds by adjusting the spring tension and selecting a slit width. In 1883, Ottomar Anschütz (Germany) patented a camera with an internal roller blind shutter mechanism, just in front of the photographic plate. Thus the focal plane shutter in modern recognizable form was born. Goerz manufactured the Anschütz Camera (Germany) as the first production FP shutter camera in 1890. Francis Blake invented a type of focal plane shutter camera by 1889 that achieved shutter speeds of 1/2000 second, and exhibited numerous stop action photographs. A drop shutter like mechanism with adjustable slit was used at the focal plane of an apparently one off William England camera in 1861 and this is considered the first FP shutter of any kind. However, these older focal plane shutters wiped the exposure fairly slowly, even under the highest available spring tension, because the delicate curtain was too fragile to survive the necessary accelerative shocks to move faster. The large relative difference between a slow downward wipe speed and a narrow curtain slit resulted in cartoonish distortion of very fast moving objects instead of truly freezing their motion. (See Section 4: "Disadvantages", above.) Folmer and Schwing (US) was the most famous proponent of single curtain FP shutters, with their large format sheet film Graflex single lens reflex and Graphic press cameras using them from 1905 to 1973. Their most common 4×5 inch shutters had four slit widths ranging from 1 1/2 to 1/8 inch and up to six spring tensions for a speed range of 1/10 to 1/1000 second.

Двухзавесная опорная жалюзи типа Leica

В 1925 году была представлена 35-мм камера Leica A (Германия) с затвором, использующим двойную тканевую занавеску, горизонтальный прорезь и плоскостной механизм. Затвор с двойной занавеской не имеет предварительно вырезанных прорезей, и натяжение пружины не регулируется. Экспонирующая щель формируется открытием первой занавески на один барабан, а затем закрытием второй занавески с другого барабана после задержки, определяемой часовым механизмом (представьте себе два перекрывающихся рулонных штора), и движется с постоянной скоростью (технически занавески все еще немного ускоряются) через кадровое окно. Более высокие выдержки достигаются за счет своевременного закрытия второй занавески после открытия первой и сужения щели, проходящей по пленке (см. схематические изображения выше). Затворы с двойной занавеской самозакрывающиеся: занавески сконструированы так, чтобы перекрываться при взведении затвора, предотвращая двойную экспозицию. Хотя самозакрывающиеся затворы с двойной занавеской появились еще в конце XIX века, конструкция Leica сделала их популярными, и практически все плоскостные затворы, представленные после 1925 года, являются моделями с двойной занавеской. В усовершенствованной в 1954 году Leica M3 (Западная Германия) типичный горизонтальный плоскостной затвор Leica для 35-мм камер предварительно натянут для прохождения по 36-миллиметровому кадровому окну за 18 миллисекунд (при 2 метрах в секунду) и поддерживает ширину щели для диапазона выдержек от 1 до 1/1000 с. Минимальная ширина щели 2 мм обеспечивает максимальную эффективную выдержку 1/1000 с. Этот затвор значительно повысил эффективность по сравнению с типичным затвором Leica, используя более прочные металлические лопасти, которые "разворачивались" намного быстрее, вертикально вдоль меньшей оси кадра 24×36 мм. В усовершенствованной в 1965 году Copal, щель Copal Square проходила через 24-мм высокое кадровое окно за 7 мс (3,4 м/с). Это удвоило скорость синхронизации со вспышкой до 1/125 с. Кроме того, минимальная ширина щели 1,7 мм удвоила максимальную выдержку до 1/2000 с. Следует отметить, что большинство Square были снижены до 1/1000 с в целях повышения надежности. Металлические лопасти Square также были невосприимчивы к высыханию, гниению и образованию проколов, которым могли подвергаться тканевые затворы с возрастом. Кроме того, Square поставлялись поставщиком в виде готовых модулей, что позволяло конструкторам камер сосредоточиться на конструкции камеры и передать разработку затвора специализированным субподрядчикам. Это ранее было преимуществом затворов с лепестками. Затворы Square изначально были громоздкими и шумными, что ограничивало их популярность в 1960-х годах среди конструкторов камер и фотографов. В 1970-х годах были представлены новые компактные и тихие конструкции Square с более простой конструкцией и большей надежностью. Наиболее заметными были Copal Compact Shutter (CCS), представленный Konica Autoreflex TC (1976), и Seiko Metal Focal Plane Compact (MFC), впервые использованный в Pentax ME (1977; все из Японии). Вертикальный тип лопасти вытеснил горизонтальный тканевый тип в качестве доминирующего типа плоскостного затвора в 1980-х годах. Даже Leica Camera (первоначально E. Leitz), долгое время отстаивавшая тишину горизонтального тканевого плоскостного затвора, в 2006 году перешла на вертикальный металлический плоскостной затвор для своей первой цифровой дальномерной (RF) камеры Leica M8 (Германия). 35-мм дальномерная камера Contax (Германия) 1932 года имела вертикальный плоскостной затвор с двойными латунными жалюзи с регулируемым натяжением пружины и шириной щели, а также максимальной выдержкой 1/1000 с (Contax II 1936 года заявляла о максимальной выдержке 1/1250 с), но он был крайне ненадежным и не является предшественником современного Square-затвора.

In 1925, the Leica A (Germany) 35 mm camera was introduced with a dual cloth curtain, horizontal travelling slit, focal plane shutter. A dual curtain FP shutter does not have precut slits and the spring tension is not adjustable. The exposure slit is formed by drawing open the first curtain onto one drum and then pulling closed the second curtain off a second drum after a clockwork escapement timed delay (imagine two overlapping window shades) and moves at one speed (technically the curtains are still accelerating slightly) across film gate. Faster shutter speeds are provided by timing the second shutter curtain to close sooner after the first curtain opens and narrowing the slit wiping the film (see schematic figures above). Dual curtain FP shutters are self capping; the curtains are designed to overlap as the shutter is cocked to prevent double exposure. Although self capping dual curtain FP shutters date back to the late 19th century, the Leica design made them popular and virtually all FP shutters introduced since 1925 are dual curtain models. As perfected in the 1954 Leica M3 (West Germany), a typical Leica type horizontal FP shutter for 35 mm cameras is pre tensioned to traverse the 36 millimeter wide film gate in 18 milliseconds (at 2 meters per second) and supports slit widths for a speed range of 1 to 1/1000 s. A minimum 2 mm wide slit produces a maximum 1/1000 s effective shutter speed. This shutter greatly improved efficiency over the typical Leica shutter by using stronger metal blade sheaves that were "fanned" much faster, vertically along the minor axis of the 24×36 mm frame. As perfected in 1965 by Copal, the Copal Square's slit traversed the 24 mm high film gate in 7 ms (3.4 m/s). This doubled flash X sync speed to 1/125 s. In addition, a minimum 1.7 mm wide slit would double top shutter speed to a maximum 1/2000 s. Note, most Squares were derated to 1/1000 s in the interest of reliability. The Square's metal blades were also immune to the drying out, rotting and pinholing that cloth curtained shutters could suffer from as they aged. In addition, Squares came from the supplier as complete drop in modules, so camera designers could concentrate on camera design and leave shutter design to specialist subcontractors. This had previously been an advantage of leaf shutters. Square type FP shutters were originally bulky in size and noisy in operation, limiting their popularity in the 1960s among camera designers and photographers. New compact and quieter Square designs, with simpler construction and greater reliability, were introduced in the 1970s. The most notable were the Copal Compact Shutter (CCS), introduced by the Konica Autoreflex TC (1976), and the Seiko Metal Focal Plane Compact (MFC), first used in the Pentax ME (1977; all from Japan). The vertical blade type supplanted the horizontal cloth type as the dominant FP shutter type in the 1980s. Even Leica Camera (originally E. Leitz), long a champion of the horizontal cloth FP shutter for its quietness, switched to a vertical metal FP shutter in 2006 for its first digital rangefinder (RF) camera, the Leica M8 (Germany). The Contax (Germany) 35 mm RF camera of 1932 had a vertical travel FP shutter with dual brass slatted roller blinds with adjustable spring tension and slit width, and a top speed of 1/1000 s (the Contax II of 1936 had a claimed 1/1250 s top speed), but it was woefully unreliable and not an antecedent of the modern Square shutter.

Поиск большей скорости

Хотя квадратный затвор улучшил затвор FP во многих аспектах, он все еще ограничивал максимальную скорость синхронизации с вспышкой до 1/125 с (если не использовать специальные лампы FP с длительным временем горения, которые горят на протяжении всей ширины щели, делая ее размер несущественным). Любой качественный листный затвор 1960-х годов мог достигать скорости синхронизации со вспышкой не менее 1/500 с. Для увеличения максимальной скорости синхронизации FP-затвора X требовалось дополнительное усиление шторок, с использованием экзотических материалов, позволяющих им двигаться быстрее и расширять щели. Copal сотрудничал с Nippon Kogaku для улучшения компактного квадратного затвора для Nikon FM2 (Япония) 1982 года, используя титановую фольгу с сотовой структурой, более прочную и легкую, чем обычная нержавеющая сталь, для его лопастей. Это позволило сократить время перемещения шторок затвора почти вдвое до 3,6 мс (при 6,7 м/с) и достичь скорости синхронизации со вспышкой 1/200 с. Дополнительным преимуществом стала максимальная скорость без искажений 1/4000 с (с щелью 1,7 мм). Nikon FE2 (Япония), с улучшенной версией этого затвора, имел время перемещения шторок 3,3 мс (при 7,3 м/с) и увеличил скорость синхронизации X до 1/250 с в 1983 году. Максимальная скорость оставалась на уровне 1/4000 с (с щелью 1,8 мм). Самым быстрым фокальным затвором, когда-либо использовавшимся в пленочной камере, был затвор с временем перемещения шторок 1,8 мс (при 13,3 м/с), изготовленный из дюралюминия и углеродного волокна, представленный в Minolta Maxxum 9xi (называемой Dynax 9xi в Европе, α 9xi в Японии) в 1992 году. Он обеспечивал максимальную скорость 1/12 000 с (с щелью 1,1 мм) и синхронизацию со вспышкой 1/300 с. Дальнейшая улучшенная версия этого затвора, рассчитанная на 100 000 срабатываний, была использована в Minolta Maxxum 9 (называемой Dynax 9 в Европе, α 9 в Японии) в 1998 году и Minolta Maxxum 9Ti (называемой Dynax 9Ti в Европе, α 9Ti в Японии) в 1999 году.

Замкнутое отверстие с электронным управлением

Параллельным развитием более высоких скоростей затворов FP стал электронный контроль затвора, в рамках общей тенденции электронного управления всеми системами камер. В 1966 году VEB Pentacon Praktica electronic (Восточная Германия) стала первой зеркальной камерой с электронно-управляемым затвором FP. Она использовала электронные схемы для отсчета времени затвора вместо традиционных пружинно-рычажных механизмов. В 1971 году Asahi Pentax Electro Spotmatic (Япония; название сокращено до Asahi Pentax ES в 1972 году; в США известна как Honeywell Pentax ES) связала свой электронно-управляемый затвор со встроенным экспонометром для обеспечения автоматической экспозиции с приоритетом диафрагмы. Традиционные максимальные скорости горизонтальных и вертикальных затворов FP – 1/1000 и 1/2000 секунды – находятся на пределе механической управляемости, часто оказываясь на 1/4 ступени медленнее, даже в моделях высочайшего качества. Пружинные механизмы становятся недостаточными для надежного управления и точной отсчетки времени при более высоких ускорениях и ударных нагрузках. Например, некоторые затворы FP с высоким натяжением пружины могли страдать от "отскока шторок". Это явление проявляется следующим образом: если шторки недостаточно заторможены после прохождения через кадровое окно, они могут удариться и отскочить, повторно открывая затвор и вызывая появление полос двойной экспозиции по краям изображения. Даже ультраточный затвор Nikon F2 страдал от этой проблемы на ранних этапах производства. По мере того, как лезвия затворов FP квадратного типа двигались все быстрее и быстрее для обеспечения более коротких выдержек, потребность в более точном управлении временем их движения только возрастала. Сначала для управления выпуском второй шторки использовались электромагниты, управляемые аналоговыми таймерами на основе резисторов и конденсаторов (хотя сама шторка все еще приводилась в движение пружиной). В 1979 году Yashica Contax 139 Quartz (Япония) представила более точные цифровые пьезоэлектрические кварцевые (вскоре за ними последовали керамические) генераторные схемы (в конечном итоге под управлением цифрового микропроцессора) для отсчета времени и последовательного управления всем циклом экспозиции, включая вертикальный затвор FP. Электрические "бескорпусные" микромоторы, обладающие почти мгновенным включением/выключением и очень высокой мощностью для своих размеров, стали приводить в движение обе шторки (и другие системы камеры), полностью заменяя пружины к концу 1980-х годов. Минимизация механических движущихся частей также способствовала предотвращению проблем, связанных с инерционными вибрациями. Электронное управление также упростило отсчет времени очень длинных выдержек, хотя Kine Exakta (Германия) уже предлагала выдержку 12 секунд в 1936 году. Электронно-управляемый горизонтальный затвор FP Olympus OM 2 мог достигать 60 секунд в 1975 году, а Olympus OM 4 (обе Япония) – 240 секунд в 1983 году. Pentax LX (Япония, 1980) и Canon New F 1 (Япония, 1981) даже имели гибридные электромеханические затворы FP, которые механически отсчитывали время коротких выдержек, но использовали электронику только для расширения диапазона длинных выдержек; LX – до 125 секунд, F 1N – до скромных 8 секунд. Следует отметить, что Nikon F4 (Япония, 1989) была рассчитана на достижение выдержки 999 часов при использовании дополнительной электронной панели Multi Control Back MF 23. Теоретически, максимальная доступная выдержка ограничена только мощностью батареи, необходимой для работы электроники. Это стало неожиданностью для некоторых фотографов 1970-х годов, когда они пытались сделать очень длинные экспозиции в режиме "B" и обнаруживали, что батареи их камер разрядились в середине процесса из-за энергоемкости электроники того времени, что приводило к потере экспозиции.

A parallel development to faster speed FP shutters was electronic shutter control as part of the general trend of electronic governance of all camera systems. In 1966, the VEB Pentacon Praktica electronic (East Germany) was the first SLR with an electronically controlled FP shutter. It used electronic circuitry to time its shutter instead of the traditional spring/gear/lever clockwork mechanisms. In 1971, the Asahi Pentax Electro Spotmatic (Japan; name shortened to Asahi Pentax ES in 1972; called Honeywell Pentax ES in US) tied its electronically controlled shutter to its exposure control light meter to provide electronic aperture priority autoexposure. The traditional 1/1000 s and 1/2000 s top speeds of horizontal and vertical FP shutters are on the knife's edge of mechanical controllability – often 1/4 stop too slow, even in ultra high quality models. Spring powered geartrains become inadequate to durably control and reliably time any higher accelerations and shocks. For example, some highly tensioned FP shutters could suffer from "shutter curtain bounce". This phenomenon is exactly what it sounds like – if the curtains are not properly braked after crossing the film gate, they might crash and bounce; reopening the shutter and causing double exposure ghosting bands on the image edge. Even the Nikon F2's ultra high precision shutter suffered from this as an early production teething problem. As the Square type FP shutter's blades moved faster and faster to provide shorter and shorter shutter speeds, the need for better blade timing control only increased. At first, electromagnets controlled by analogue resistor/capacitor timers were used to govern the release of the second shutter curtain (though still operated by spring power). In 1979, the Yashica Contax 139 Quartz (Japan) introduced more precise digital piezoelectric quartz (shortly followed by ceramic) oscillator circuits (ultimately under digital microprocessor control) to time and sequence its entire exposure cycle – including its vertical FP shutter. Electric "coreless" micromotors, with near instantaneous on/off capability and very high power for their size, would drive both curtains (and other camera systems), replacing springs altogether, in the late 1980s. Minimizing mechanical moving parts also helped to prevent inertial shock vibration problems. Electronic control also made it simpler to time very long shutter speeds. although the Kine Exakta (Germany) offered 12 s in 1936. The Olympus OM 2's electronically timed horizontal FP shutter could reach 60 s in 1975 and the Olympus OM 4 (both Japan) reached 240 s in 1983. The Pentax LX (Japan, 1980) and Canon New F 1 (Japan, 1981) even had hybrid electromechanical FP shutters that timed their fast speeds mechanically, but used electronics only to extend the slow speed range; the LX to 125 s, the F 1N to a modest 8 s. Note, the Nikon F4 (Japan, 1989) was specified to reach a timed shutter speed of 999 hours with the use of the accessory electronic Multi Control Back MF 23. In theory, the longest available speed is limited only by available battery power for the electronics. This caught some 1970s photographers by surprise when they attempted very long "B" exposures and found their camera batteries had died in the middle because of the era's power hungry electronics and ruined the exposure.

Разрушаем барьер синхронизации

Электроника также отвечает за увеличение скорости синхронизации с фокальной плоскостью затвора за пределы его механических ограничений. Как уже было сказано, горизонтальный затвор FP для 35-мм камер полностью открыт и пригоден для использования с вспышкой только на скоростях до 1/60 с, в то время как вертикальные затворы FP обычно ограничены 1/125 с. На более высоких скоростях обычный электронный импульс вспышки длительностью 1 миллисекунда экспонирует только ту часть кадра, которая открыта щелью затвора. (См. Разделы 4: "Недостатки" и 7.2 "Фокальный затвор с двойным полотном типа Leica" выше.) В 1986 году Olympus OM 4T (Япония) представила систему, позволяющую синхронизировать специальную вспышку Olympus F280 Full Synchro с возможностью импульсной подачи света с частотой 20 килогерц в течение до 40 мс, чтобы осветить щель горизонтального затвора FP при его перемещении по всей площади кадра – фактически имитируя длительное горение импульсных ламп FP, – что позволяло использовать вспышку на скоростях затвора до 1/2000 с. Это давало возможность использовать естественное освещение в сочетании с импульсной вспышкой практически в любых условиях. Однако это сопровождается уменьшением дальности действия вспышки. Расширенные скорости синхронизации "FP flash" начали появляться во многих высококлассных 35-мм зеркальных фотоаппаратах в середине 1990-х годов и достигли 1/12 000 с в Minolta Maxxum 9 (Япония; известна как Dynax 9 в Европе и Alpha 9 в Японии) в 1998 году. Они по-прежнему доступны в некоторых цифровых зеркальных фотоаппаратах на скоростях до 1/8000 с. Камеры с затвором-лепестком не подвержены этой проблеме – у них совершенно иные ограничения.

Окна с фокусной плоскостью сегодня

Максимальная скорость затвора фокальной плоскости достигла 1/16,000 с (и 1/500 с синхронизации X) в 1999 году с цифровой зеркальной камерой Nikon D1. D1 использовал электронную поддержку со стороны своего сенсора для достижения скорости 1/16,000 с, а его сенсор размером 15,6 × 23,7 мм ("APS-C") был меньше, чем 35-мм пленка, и, следовательно, его было легче быстро пересечь для синхронизации X на 1/500 с. Однако, ввиду очень ограниченной потребности в таких экстремально высоких скоростях, затворы фокальной плоскости вернулись к 1/8000 с в 2003 году (и 1/250 с синхронизации X в 2006 году) – даже в профессиональных камерах. Кроме того, поскольку для очень медленных скоростей не требуются специальные таймеры, минимальная выдержка обычно составляет 30 с и имеет точность ±¼ ступени от номинального значения (чаще 50 000 циклов при ±½ ступени). Современные электронно-управляемые затворы фокальной плоскости могут выдерживать 300 000 циклов и не имеют заметной погрешности скорости. В последние годы цифровые компактные камеры используют временную электронную выборку с матрицы, заменяя традиционный механический затвор с деликатными движущимися частями, подверженными износу, который использовался в пленочных компактных камерах. Подобное происходит и с более сложными цифровыми камерами, которые ранее использовали затворы фокальной плоскости. Например, цифровая камера с возможностью смены объективов Panasonic Lumix DMC G3 (2011, Япония) оснащена затвором фокальной плоскости, но в режиме серийной съемки SH Burst со скоростью 20 кадров в секунду она фиксирует свой механический затвор в открытом положении и электронно сканирует свою цифровую матрицу, хотя и с уменьшенным разрешением до 4 мегапикселей с 16 МП.