Затво́р фотографі́чний — пристрій, який використовується для перекриття світлового потоку, що проектується об'єктивом на фотоматеріал (наприклад, фотоплівку, фотопластину) чи фотоматрицю (в цифровій фотографії). Затвор дозує кількість світла, що падає на чутливу поверхню, шляхом відкриття на певний час (час витримки), завдяки цьому регулюється експозиція.
На початках фотографії фотоматеріали мали низьку чутливість і витримка вимірювалась годинами, пізніше — хвилинами та секундами, тому не було необхідності у спеціальному механізмі затвора. Його роль виконувала кришка об'єктиву, а час, на який вона знімалась для експонування фотопластини, відлічував фотограф за звичайним годинником або в умі. З розвитком фотографії витримки скоротились до десятих, сотих і тисячних долей секунди, тому виникла необхідність у точному автоматичному механізмі.
Затвори класифікуються за розміщенням в камері (апертурні: міжлінзові, залінзові, фронтальні; фокальні) і за конструкцією (дискові; пелюсткові; шторкові; затвори-жалюзі та інші).
Характеристики фотографічного затвора Фотографічний затвор характеризується: коефіцієнтом корисної дії (ККД), який виражає відношення кількості світла, що пройшов за час роботи затвора, до кількості світла, що пройшло за той же період через «ідеальний затвор»; чим більше значення цього коефіцієнта наближається до одиниці (а при процентному вираженні — до 100 %), тим досконаліше працює затвор; точністю і діапазоном витримок; ступенем спотворення зображення; надійністю роботи затвора в різних умовах фотографування.
Типи фотографічних затворів
Дисковий секторний затвор Дисковий секторний затвор складається з обертового на осі металевого сектору з отвором, який приводиться в дію пружиною, пов'язаною із спусковим важелем.
Затвори цього типу відрізняються найменшим числом деталей, що визначає найменшу вартість, підвищену надійність і зменшення вимог до точності виготовлення.
Проте їх суттєві недоліки — громіздкість (радіус диска не менш перекриваного отвору) і обмежений діапазон витримок призвели до обмеженого застосування, в основному в камерах початкового рівня.
Дисковий затвор має конструктивне схожість з обтюратором кінокамер.
Затвори-жалюзі Затвори-жалюзі застосовуються вкрай рідко, оскільки вимагають значного простору між лінзами об'єктива, проте представляють практичний інтерес, володіючи деякими перевагами. Поле, що перекривається, складається з набору вузьких пластинок-ламелей, одночасно повертаються навколо осей. При відкритому затворі пластинки спрямовані уздовж оптичної осі. Для закриття затвора досить повернути всі пластинки на 90°. Завдяки невеликій масі кожної окремої пластинки інерційність затвора невелика і механізм, який приводить його в дію, відрізняється простотою. Радіальний затвор-жалюзі, крім основного завдання дозування експозиції, виконує роль відтінювача — компенсатора падіння освітленості від центру кадру до країв; надлишкова освітленість в центрі гаситься центральною частиною затвора.
Коефіцієнт корисної дії затворів-жалюзі близький до ККД центральних затворів.
Центральний затвор
Центральний затвор, як правило, встановлюється між лінзами об'єктива або безпосередньо за задньою лінзою. Він являє собою ряд тонких сегментів, що приводяться в дію системою пружин і важелів. При експонуванні сегменти відкривають отвір об'єктива симетрично щодо його центру і, отже, відразу висвітлюють поверхню світлочутливого елемента.
Затвор-діафрагма, діафрагмовий затвор — центральний затвор, максимальний ступінь розкриття пелюсток якої регулюється, за рахунок чого затвор одночасно виконує роль діафрагми.
ККД центрального затвора становить від 0,3 до 0,5, а мінімальна витримка, як правило, не коротше 1/500 с (затвор-діафрагма при малих відносних отворах може забезпечити і більш короткі витримки, наприклад 1/800 с в радянському «ФЕД-Мікрон»).
Як датчик часу в центральних затворах найчастіше використовується найпростіший годинниковий анкерний механізм, а на коротких витримках час відкриття затвора регулюється силою натягу пружин. Останні моделі центральних затворів мають електронний дозатор витримки. У цих затворах пелюстки утримуються у відкритому стані електромагнітами.
Переваги центрального затвора:
Не спотворюють фотографічне зображення ефектами тимчасового паралакса, тому що весь кадр експонується одночасно. Стійко працюють на морозі, на відміну від тканинних шторних затворів (див. нижче). Завдяки відкриттю від центру до країв ефективний розподіл світла в світловому пучку виходить нерівномірним по радіусу, і при цьому центральна частина пучка відкрита протягом більшого часу, ніж краю. У результаті характер боке виявляється більш близький до «математично правильного» розподілу Гауса. Особливо це помітно на затворах-діафрагмах.
Недоліки центрального затвора:
Відносна складність пристрою (крім найпростіших затворів з одною витримкою). Складність отримання коротких витягів. Це пов'язано з тим, що тонкі пелюстки затвора піддаються великим навантаженням (за дуже короткий час вони повинні розігнатися до швидкості кілька метрів в секунду і більше, а потім зупинитися без відскоків і деформації). На практиці затвори з витягами коротше 1/250 c ставлять тільки в дорогі камери. Складність застосування в однооб'єктивних дзеркальних камерах — для візування затвор доводиться тримати відкритим, а кадрове вікно на цей час закривати від світла іншим механізмом (Bessamatic, «Зеніт-4»).
Оптично найвигідніше місце для розташування центрального затвора — між лінзами об'єктива. Для використання змінних об'єктивів або доводиться застосовувати залінзовий затвор, або сильно здорожувати об'єктиви, вбудовуючи затвор у кожен з них (Hasselblad 500 C/M).
Центральний затвор під час відкривання і закривання додатково діафрагмує об'єктив, що при короткій витримці і відкритій діафрагмі може позначитися на характері зображення.
Фокальний затвор
Фокальний затвор, як показує назва, розташовується поблизу фокальної площини, тобто безпосередньо перед світлочутливим матеріалом. За принципом дії фокальні затвори зазвичай відносяться до шторкових (шторково-щілинним). Такий затвор являє собою пару шторок (з прогумованої тканини або тонких металевих ламелей). Затвор приводиться в дію системою пружин або електродвигуном.
Миттєвий затвор розробив і побудував вітебський фотограф С. А. Юрковський в 1882 році, опис якого опублікував у журналі «Фотограф» (№ 4 за 1883 рік) і демонстрував на Московському з'їзді фотографів. Випуск вдосконаленої конструкції, що отримав назву шторково-щілинного замка, за згодою Юрковського був налагоджений в Англії, а потім, з невеликими змінами, у Німеччині.
В зведеному стані фотоматеріал перекритий першою шторкою. При спуску затвора вона зсувається під впливом пружини, відкриваючи шлях світловому потоку. Після закінчення встановленого часу експозиції світловий потік перекривається другою шторкою. На коротких витримках другий шторка починає рух ще до того, як перша повністю відкриє кадрове вікно. Щілина, що утворюється між шторками, пробігає вздовж кадрового вікна, послідовно висвітлюючи його. Тривалість витримки визначається шириною щілини. Перед початком зйомки наступного кадру затвор зводиться заново, при цьому шторки повертаються у вихідне положення таким чином, що щілина між ними не утворюється.
Затвор може бути з вертикальним або горизонтальним ходом штор. Горизонтальний хід, як правило мають затвори з прогумованими шторками, вертикальний — з ламелями. У разі 35-мм фотокамер затвор з вертикальним ходом дозволяє при рівній лінійної швидкості руху шторок отримати в 1,5 рази коротшу витримку синхронізації (див. нижче), оскільки прохідний шторами шлях в 1,5 рази коротше (24 мм замість 36 мм у затворів з горизонтальним ходом).
ККД шторного затвора доходить до 0,95, а мінімальна витримка досягає 1/12000 с (Minolta 9 і 9xi).
При зйомці швидко рухомих об'єктів шторковий затвор спотворює їх зображення. Зображення, в залежності від напрямку руху об'єкта по відношенню до фотоапарата, трохи звужується по ширині, або верхні частини зображення трохи зміщаються по відношенню до нижніх. Такі спотворення слабо помітні і не грають ролі при звичайному фотографуванні. Але їх треба враховувати при технічній або науковій зйомці. Це явище називається часовий паралакс.
На морозі шторковий затвор з прогумованої тканини може працювати недостатньо точно і навіть повністю відмовляти, тому що шторки втрачають еластичність.
Шторковий затвор вимагає ретельного регулювання, так як рівномірність експозиції по площі кадру напряму залежить від рівномірності та узгодженості ходу шторок. Конструкція ж шторкового затвора може бути відносно простий, як, наприклад, класичний затвор О. Барнака, широко застосовувався на камерах Leica і багатьох інших в усьому світі, включаючи радянські ФЕД, «Зоркий», «Зенит» і «Ленинград».
У старих фотокамерах взвод шторного затвора здійснювався спеціальним маховичком або важелем (курком) разом з перемоткою плівки. У сучасних апаратах обидва ці процеси виконують електродвигуни. У механічних версіях затворів цього типу витримки відпрацьовуються механічно (натяг пружин і т. ін.). В електромеханічних, як правило, механічно відпрацьовується лише одна (рідше дві ) найкраща витримка. Весь діапазон інших витримок реалізується за рахунок притримування другої шторки електромагнітом. Іншими словами, повноцінно електромеханічний затвор може працювати лише на працездатних елементах живлення, в той час як механічний від них незалежний.
Електронний затвор Електронні затвори застосовуються в сучасній цифровій фототехніці, і являють собою не окремий пристрій, а принцип дозування експозиції цифровою матрицею. Витримка визначається часом між обнуленням матриці і моментом зчитування інформації з неї.
Застосування електронного затвора дозволяє досягти коротших витримок (у тому числі і витримки синхронізації зі спалахом) без використання дорожчих високошвидкісних механічних затворів.
З недоліків електронного затвора можна виділити спотворення зображення, викликане послідовним читанням з кожної комірки матриці, а також підвищеною ймовірністю виникнення блюмінга (наприклад, при попаданні в кадр сонця).
Крім того, випускаються матриці, що мають індивідуальний електронний затвор в кожному пікселі. У цьому варіанті здійснюється налагодження оптимального часу експозиції для кожного пікселя в залежності від рівня освітленості в даній ділянці кадру..
Примітка: термін Електронний затвор часто використовується замість терміна Електронно керований механічний затвор.
Робота зі спалахом
Особливості роботи зі спалахом Як зазначено вище, на коротких витримках експонування фотоматеріалу відбувається не одночасно. У кожний окремий момент часу світло потрапляє лише на частину кадру, яка визначається шириною щілини. Через цю особливість роботи шторкового затвора на коротких витримках використовувати фотоспалах можна лише на такій витримці, при якій вся площа кадру відкрита світлу одночасно (тобто ширина щілини між шторками дорівнює розміру кадрового вікна). Мінімальна витримка, при якій ця умова виконується, називається витримкою синхронізації. Застосування спалаху на більш коротких витримках призведе до того, що нею буде висвітлена тільки частина кадру у вигляді світлої смуги.
На сучасних цифрових дзеркальних фотоапаратах середнього класу витримка синхронізації становить від 1/160 до 1/500 (при використанні електронно-механічного затвора). Для порівняння — на багатьох фотоапаратах з механічним затвором і тканинними шторками витримка синхронізації становила близько 1/30 с, рідше 1/60 с; більш короткі зустрічалися тільки на найдорожчих моделях. Короткі витримки синхронізації дозволяють використовувати спалах, наприклад, у сонячний день для підсвічування тіней.