Фокальный затвор

Фокальный затвор — это тип фотографического затвора, расположенный непосредственно перед светочувствительным материалом (плёнкой или матрицей) и представляющий собой систему из двух шторок (или ламелей), которые движутся в плоскости, параллельной плоскости кадра. В отличие от центрального затвора, который открывает и закрывает отверстие объектива, фокальный затвор экспонирует снимок последовательно, через щель, образуемую между двумя шторками, движущимися с заданной скоростью. Этот принцип позволяет достигать коротких выдержек (до 1/8000 секунды и короче) и широко применяется в зеркальных, беззеркальных и дальномерных камерах.

История

Идея затвора, расположенного вблизи фокальной плоскости, возникла в конце XIX века. Первые конструкции были механическими и несовершенными. В 1888 году американский фотограф Уильям Ф. Фолмер запатентовал один из ранних вариантов фокального затвора, однако широкое распространение технология получила лишь в 1920-х — 1930-х годах с развитием малоформатной фотографии.

Ключевым этапом стало внедрение фокального затвора в камерах Leica (с 1925 года). Конструкция Отто Барнака использовала две независимые шторки из прорезиненной ткани, движущиеся горизонтально. Это позволило уменьшить размеры камер и достичь выдержек до 1/1000 секунды.

В 1950-х — 1960-х годах появились металлические ламельные затворы (например, в камерах Nikon F, 1959 год), которые были более надёжными и позволяли синхронизироваться со вспышкой на более коротких выдержках. В 1970-х годах началось использование электронного управления, что повысило точность выдержек.

С переходом к цифровой фотографии фокальные затворы сохранили свою конструкцию, но стали компактнее и тише. В современных беззеркальных камерах (например, Sony Alpha, Canon EOS R) используются как механические, так и электронные затворы, причём фокальный механический затвор часто дополняется электронным для бесшумной съёмки.

Устройство и принцип работы

Фокальный затвор состоит из двух основных элементов: первой (передней) и второй (задней) шторок. В исходном состоянии обе шторки закрывают кадровое окно. При нажатии на спуск:

1. Первая шторка начинает движение, открывая светочувствительный слой.
2. Через заданный промежуток времени (выдержка) вторая шторка начинает движение, закрывая окно.
3. Если выдержка короче времени полного открытия кадра, между шторками образуется щель, которая движется по кадру, последовательно экспонируя его участки.

Скорость движения шторок обычно фиксирована (например, 1/250 секунды для полного хода), а выдержка регулируется задержкой между началом движения первой и второй шторок. При выдержках, равных или превышающих время полного открытия, щель исчезает — кадр экспонируется целиком.

Типы фокальных затворов

По направлению движения шторок различают:

• Горизонтальный ход — шторки движутся слева направо (или справа налево). Характерен для камер Leica, Canon EOS 5D Mark II, Nikon D700. Обычно изготавливаются из прорезиненной ткани или металлических ламелей.
• Вертикальный ход — шторки движутся сверху вниз (или снизу вверх). Чаще встречается в современных камерах (Nikon D850, Sony A7R IV). Позволяет достичь более коротких выдержек (до 1/8000 с) и лучшей синхронизации со вспышкой.

По материалу:

• Тканевые — лёгкие, тихие, но менее долговечные. Использовались в плёночных камерах (Leica M, Зенит-Е).
• Металлические (ламельные) — прочные, выдерживают высокие скорости, но шумнее. Стандарт для профессиональных зеркальных камер.
• Композитные — из углепластика или кевлара, сочетают лёгкость и прочность (Nikon D5).

Характеристики и параметры

Выдержка

Фокальный затвор позволяет устанавливать выдержки от нескольких секунд до 1/8000 секунды и короче (в некоторых камерах — 1/16000 с). Минимальная выдержка ограничена скоростью движения шторок и шириной щели.

Выдержка синхронизации

Важнейший параметр — выдержка синхронизации (X-sync). Это максимальная выдержка, при которой кадр открыт полностью в момент срабатывания импульсной вспышки. Для горизонтальных затворов она обычно составляет 1/60 — 1/125 секунды, для вертикальных — 1/200 — 1/250 секунды. При более коротких выдержках вспышка освещает только часть кадра (из-за движущейся щели), что приводит к неравномерной экспозиции.

Для преодоления этого ограничения используется высокоскоростная синхронизация (HSS, FP), при которой вспышка генерирует серию импульсов, синхронизированных с движением щели. Это позволяет снимать со вспышкой на выдержках до 1/8000 с, но снижает эффективную мощность вспышки.

Равномерность экспозиции

При коротких выдержках (короче выдержки синхронизации) экспонирование происходит не одновременно по всему кадру, а последовательно. Это может приводить к искажениям при съёмке быстро движущихся объектов (эффект «роллинг-шаттера» — наклон вертикальных линий). В электронных затворах этот эффект выражен сильнее, чем в механических.

Шум и вибрация

Механические фокальные затворы создают характерный звук (клацанье) и вибрацию, что может быть проблемой при макросъёмке или видеозаписи. Современные камеры предлагают «тихий» или «бесшумный» режим (электронный затвор), при котором механические шторки не задействуются.

Применение

Фокальные затворы используются в подавляющем большинстве системных камер:

• Зеркальные камеры (DSLR) — стандартный элемент (Canon EOS, Nikon D, Pentax K).
• Беззеркальные камеры (MILC) — часто дополняются электронным затвором (Sony α, Fujifilm X, Panasonic Lumix).
• Дальномерные камеры — классические Leica M, а также советские «ФЭД» и «Зоркий».
• Среднеформатные камеры — некоторые модели (Hasselblad, Phase One) используют фокальные затворы, хотя центральные затворы в этом сегменте также распространены.

В плёночных камерах фокальный затвор был основным типом для малоформатных (35 мм) аппаратов. В крупноформатной фотографии (листовые плёнки) чаще применялись центральные затворы.

Достоинства и недостатки

Преимущества

• Короткие выдержки — возможность заморозить быстрое движение (спорт, птицы).
• Компактность — затвор размещается внутри корпуса камеры, не утяжеляя объектив.
• Сменные объективы — не требуется синхронизация затвора с каждым объективом (в отличие от центральных затворов).
• Широкий диапазон выдержек — от нескольких секунд до 1/8000 с.

Недостатки

• Ограниченная синхронизация со вспышкой — короткие выдержки требуют HSS или использования электронного затвора.
• Эффект роллинг-шаттера — искажение геометрии быстро движущихся объектов.
• Шум и вибрация — механические элементы создают звук, нежелательный в некоторых ситуациях (свадьбы, театры).
• Износ — механические шторки имеют ограниченный ресурс (обычно 100 000 — 300 000 срабатываний), после чего требуется замена.

Интересные факты

• В камерах Leica M (начиная с M10) используется горизонтальный тканевый затвор с бесшумным ходом, что делает их одними из самых тихих среди механических камер.
• В советских камерах «Зенит» (например, Зенит-Е) применялся горизонтальный фокальный затвор с выдержками от 1/30 до 1/500 секунды и синхронизацией 1/30 с.
• Некоторые камеры (Nikon D6, Canon EOS-1D X Mark III) имеют ресурс затвора до 500 000 срабатываний.
• В 2020-х годах в беззеркальных камерах начали использовать глобальный электронный затвор (например, Sony A9 III), который полностью лишён эффекта роллинг-шаттера, но пока не вытеснил механические конструкции из-за стоимости и ограничений по динамическому диапазону.

Источники

• The Camera — Ansel Adams, 1980.
• Leica: The First 100 Years — Gianni Rogliatti, 2014.
• Nikon F: The Camera That Changed Photography — John Wade, 2020.
• Encyclopedia of Photography — International Center of Photography, 1984.
• Основы фотографии — А. И. Лапин, 2005.