Фотографи́ческий затво́р — устройство для регулирования выдержки, то есть длительности воздействия света на фотоматериал или матрицу фотоаппарата. Один из двух основных инструментов управления экспозицией. В киносъёмочном аппарате роль фотозатвора выполняет обтюратор.
Историческая справка Светочувствительность пластинок для самого раннего фотографического процесса дагеротипии была очень низкой, требуя длительных выдержек, измерявшихся минутами. Более поздний коллодионный процесс позволил сократить экспозицию до нескольких секунд, но по-прежнему не требовал никаких приспособлений, позволяя измерять длительность обычным секундомером. Роль затвора при этом выполняла крышка объектива. С появлением высокочувствительного желатиносеребряного фотопроцесса требуемые выдержки сократились до десятых, сотых и даже тысячных долей секунды, позволив фиксировать быстро движущиеся предметы. Реализовать такие выдержки вручную невозможно, поэтому для их отработки потребовался точный автоматический механизм. Первый в истории фотозатвор был сконструирован в 1845 году французскими физиками Физо и Фуко для фотографирования Солнца. Такой яркий объект потребовал даже для съёмки дагеротипа выдержки в 1/60 секунды
Однако массовое использование фотозатвора началось позднее, в начале 1880-х годов. В первых фотоаппаратах с прямым визированием затворы считались дополнительной принадлежностью, а не частью конструкции фотоаппарата, и поэтому выполнялись съёмными, чаще всего надевающимися на объектив спереди. Позднее такие затворы начали выполнять в едином блоке с ирисовой диафрагмой и оправой объектива. Автоматическая «моментальная» выдержка часто была единственной, и кроме неё затвор мог отрабатывать только ручную и длительную. Переключение режимов такого затвора состояло в выборе моментальной или ручной выдержки. В более поздних конструкциях появилась возможность регулировки моментальной выдержки с помощью пневматического механизма, впервые запатентованного в 1886 году Артуром Ньюманом (). В начале XX века распространение получили механические анкерные замедлители. Современные затворы отрабатывают широкий диапазон моментальных выдержек, а ручная выдержка носит вспомогательный характер, и используется только в профессиональной фотографии. Наиболее бурное развитие конструкции фотозатворов получили после Первой мировой войны одновременно с развитием технологии аэрофотосъёмки.
Затвор является обязательным элементом всех плёночных и цифровых фотоаппаратов. В последних затвор применяется для устранения артефактов, свойственных наиболее распространённым в фототехнике КМОП-матрицам из-за построчного считывания данных. Некоторые беззеркальные камеры поддерживают отработку выдержки регулировкой времени считывания зарядов матрицы, не требующую механического затвора. В 2014 году компания Sony, а в 2016 году компании Panasonic и Canon анонсировали выпуск КМОП-матриц с одновременным считыванием всего изображения с помощью так называемого «глобального затвора». Данные сенсоры способны регулировать выдержку без перекрытия светового потока какими-либо устройствами. До недавнего времени подобными свойствами обладали только ПЗС-матрицы, применявшиеся в фототехнике ограниченно из-за ряда недостатков. Отсутствие затвора позволит резко увеличить ресурс камер и получать изображения быстродвижущихся объектов, лишённые каких-либо искажений.
Типы фотозатворов Главными характеристиками затвора считаются диапазон отрабатываемых им выдержек, время экспонирования кадра и коэффициент светоотдачи. У фокальных затворов время экспонирования кадра может сильно отличаться от выдержки, поскольку весь кадр экспонируется не одновременно, а последовательно. Коэффициент светоодачи часто называют оптическим коэффициентом полезного действия. Он определяется как отношение количества световой энергии, пропущенной затвором к какой-либо точке светоприёмника к общему количеству световой энергии для рассматриваемой точки, попавшему на затвор за время экспонирования кадра.
За исключением электронных затворов фотоматриц, в которых отсутствуют какие-либо механизмы, все остальные типы затворов состоят из привода и заслонок (шторок или лепестков), перекрывающих свет. Приводы затворов делятся на механические и электромеханические. В первых выдержки отрабатываются за счёт регулировки ширины щели между шторками и скорости их движения механизмами задержки — анкерными, пневматическими или другими.
Электромеханическим затворам для работы необходим источник питания, без которого отрабатывается лишь одна (реже две) выдержки. Весь остальной диапазон выдержек реализуется за счёт регулировки длительности удерживания второй шторки электромагнитом. Дешёвые электромеханические затворы фотоаппаратов начального уровня (например, Nikon FE10) без батарей вообще неработоспособны. Другими словами, полноценно электромеханический затвор может работать лишь при наличии элементов питания, в то время как механический зависит только от энергии пружин, накапливаемой при взводе. Известны всего несколько фотоаппаратов, оснащённых гибридными затворами, работоспособными в полном или частичном диапазоне выдержек как с батареями, так и без них: «Canon New F-1», «Pentax LX» и «Nikon FM3A». При этом, точность электромеханических затворов значительно выше, чем пружинных. В цифровых фотоаппаратах устанавливаются только электромеханические затворы, поскольку их энергонезависимость в этом типе аппаратуры, неработоспособной без электропитания, не имеет практического значения.
Разные типы затворов отличаются, главным образом, конструкцией и расположением шторок, перекрывающих световой поток. Шторки могут располагаться в любом месте между объективом и светоприёмником, но по ряду причин их стараются максимально приблизить к двум плоскостям: апертурной или фокальной. По этому признаку затворы делятся на две основные группы: апертурные и фокальные. В первой половине XX века для этих же типов затвора чаще использовались названия лепестковые и шторные, отражающие устройство заслонок. Встречаются фотоаппараты (например, «Bronica», «Mamiya 645D», «Hasselblad 2000FC»), оснащённые двумя затворами обоих типов. Такое устройство, характерное для пресс-камер и среднеформатной зеркальной аппаратуры, позволяет выбирать наиболее подходящий тип затвора в зависимости от съёмочной ситуации. При этом, одновременно оба затвора работать не могут: при включении фокального апертурный фиксируется в открытом положении. Включение апертурного затвора переводит фокальный в режим светозащитной шторки. Встречаются сменные объективы с центральным затвором, предназначенные для камер со штатным фокальным, например «Leitz Summicron 2,0/50» для съёмки с заполняющей фотовспышкой аппаратами «Leica». В этом случае согласование с основным фокальным затвором, находящимся в режиме ручной выдержки, происходит при помощи специального приставного механизма.
Апертурный затвор Эта разновидность затворов располагается между линзами объектива в плоскости вблизи апертурной диафрагмы, из-за чего и получила своё название. Особенностью таких затворов является одновременное и равномерное экспонирование всей площади кадра, не зависящее от точности настройки механизма. Искажения формы быстродвижущихся объектов также исключены. К этой же группе можно условно отнести залинзовые затворы, расположенные вблизи задней линзы объектива, и обладающие аналогичными конструкциями. В ранних крупноформатных камерах XIX века встречались фронтальные затворы, расположенные непосредственно перед объективом. По своим характеристикам они были близки к залинзовым, и легко устанавливались на практически любой фотоаппарат тех лет, выполняя роль дополнительного аксессуара. В современной аппаратуре наличие затвора обязательно и его съёмная конструкция потеряла практический смысл. Из-за конструктивных особенностей большинство апертурных затворов встраиваются в оправу объективов, и в крупном формате не считаются принадлежностью фотоаппарата. Известны несколько крупнейших предприятий изготовителей, специализирующихся на выпуске центральных затворов, и создавшие их наиболее массовые типы, такие как «Compur» и «Prontor».
Достоинства апертурных затворов: Простота конструкции и компактность, позволяющие использовать апертурный затвор в аппаратуре любых форматов; Большой ресурс при невысокой стоимости; Равномерность экспонирования всей площади кадра (в меньшей степени характерная для залинзовых затворов); Отсутствие искажения быстро движущихся объектов, так как весь кадр экспонируется одновременно; Шум и вибрации при работе затвора практически отсутствуют, благодаря небольшой массе подвижных частей; Возможность упростить выбор параметров съёмки использованием шкалы экспозиционных чисел;
Недостатки апертурных затворов: Неудобство использования со сменной оптикой;
По принципу действия апертурные затворы можно разделить на щелевые, центральные и жалюзи. Щелевые апертурные затворы часто называют обтюратором. Наиболее известным примером щелевого апертурного затвора является дисковый затвор, который состоит из вращающегося на оси металлического сектора с отверстием, который приводится в действие пружиной, связанной со спусковым рычагом.
Затворы этого типа отличаются наименьшим числом деталей, что определяет низкую себестоимость, повышенную надёжность и невысокие требования к точности изготовления. Однако существенные недостатки — громоздкость (радиус диска значительно больше перекрываемого отверстия) и трудности регулировки выдержек допускают применение, в основном в камерах начального уровня и в специализированных устройствах, таких как аэрофотоаппараты.
Центральный затвор Центральный затвор — разновидность апертурного затвора, заслонки которого при срабатывании открывают отверстие объектива от центра к его краям и закрывают в обратном порядке. Такие затворы, как правило, устанавливаются между линзами объектива или непосредственно за задней линзой. Противоположностью центрального затвора можно считать периферийный затвор, открывающий отверстие от краёв к центру и закрывающий его в противоположном порядке. Центральные затворы делятся на затворы прямого действия (ротативные) и возвратного действия (реверсивные). Первый тип обладает наименьшими инерционными ограничениями и пригоден для очень коротких выдержек, но из-за необходимости дополнительных заслонок нашёл применение только в специализированных устройствах, например, аэрофотоаппаратах. В фототехнике общего назначения используются только центральные затворы возвратного действия с более простой конструкцией.
Механизм такого затвора представляет собой несколько поворотных металлических заслонок, закреплённых на осях по краям круглой оправы. Из-за сходства формы этих заслонок с лепестками цветов до 1960-х годов центральные затворы чаще называли «лепестковыми». Возвратно-вращательное движение лепестков, открывающих и закрывающих отверстие, осуществляется системой пружин и рычагов. При экспонировании лепестки открывают действующее отверстие объектива аксиально-симметрично от центра к краям и закрываются в обратном направлении. Если лепестки расположены в апертурной плоскости, интенсивность света меняется одновременно на всей поверхности светочувствительного элемента. В этом случае действие центрального затвора подобно апертурной диафрагме: по мере открытия освещённость всей площади светочувствительного элемента равномерно возрастает, а при закрытии убывает до нуля.
Использование центрального затвора характерно для крупноформатных камер и недорогих любительских фотоаппаратов с несменным объективом. Кроме того, центральный затвор штатно применяется практически во всех двухобъективных зеркальных фотоаппаратах. Сменные объективы для некоторых однообъективных зеркальных фотоаппаратов также оснащаются центральными затворами, часто в пределах всей оптической линейки. В современной цифровой аппаратуре такие затворы устанавливаются в компактных и псевдозеркальных камерах.
Достоинства центральных затворов возвратного действия: Возможность синхронизации с электронными фотовспышками на любых выдержках;