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焦平面快门

/​focal-plane shutter/
条目作者沙怡梅

沙怡梅

最后更新 2024-12-05
浏览 193
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位于摄影镜头的焦平面(对无限远调焦时)前侧的快门。

英文名称
​focal-plane shutter
所属学科
摄影学

当照相机的摄影镜头对无限远调焦时,摄影镜头的焦平面恰好位于感光材料平面处,而此类快门的位置就在该焦平面的前侧,显然该处的影像像点成像光束接近最窄处,启闭光路的效率最高,故此称其为焦平面快门。

焦平面快门打开与遮挡成像光路的零件为两组不透光的遮光元件——遮光帘,两组遮光帘按曝光时运动的先、后顺序,分别称为第一帘与第二帘,又称先帘与后帘。

常见焦平面快门按遮光元件的结构特点分类,有帘幕快门与叶片快门两类。帘幕快门遮挡曝光窗的遮光元件为可卷绕在轴上的两组不透光帘幕。叶片快门遮挡曝光窗的遮光元件为两组不可卷绕的不透光刚性平直薄叶片。

焦平面快门按遮光元件启闭时相对曝光窗的运动方向分类,有横走式(左右运动)与纵走式(上下运动)两类。横走式快门的遮光元件多为柔性帘幕,启闭光路时遮光帘幕沿曝光窗的长边(135 照相机为36mm)左右运动,因遮光帘幕运动的距离较长,而使快门效率略低,这类快门多见于早期的焦平面照相机上。纵走式快门的遮光元件多为刚性叶片,启闭光路时遮光叶片沿曝光窗的短边(135 照相机为24mm)上下运动,因遮光帘幕运动的距离较短,而使其快门效率较高,且有利于获得更短的X闪光同步快门时间(达1/250秒甚至1/300秒),这类快门广泛应用于后期的焦平面照相机上。

焦平面快门的工作原理如下:松弦时,第一帘在曝光窗的侧方,远离曝光窗,由第二帘遮严曝光窗,且第一帘末端与第二帘前端彼此有所适当重叠,以使接缝处不致漏光。

上弦时,第一帘与第二帘彼此适当重叠着同步自曝光窗一侧移动至另一侧,直至曝光窗全部由第一帘遮严为止。

曝光时,第一帘与第二帘将被先后释放,即第一帘与第二帘将按摄影者所调节的预定时间差,以相同的速度先后自曝光窗一侧向另一侧运动,二组遮光帘先后运动的时间差,将使运动中的二组遮光帘之间形成一个宽度稳定的预定隙缝W。亦即,曝光时第一帘首先释放,并逐渐闪开曝光窗,一旦第一帘末端与第二帘前端的缝隙宽度达到预期宽度W的瞬间,第二帘立即开始释放,并逐渐遮严曝光窗,直至二组遮光帘在曝光窗的另一侧重新实现局部重叠。

当二组遮光帘先后自曝光窗前划过时,预定的隙缝W将自曝光窗一侧向另一侧扫过,于是位于曝光窗处的感光材料将自一侧向另一侧逐行依次进行曝光──当第一帘末端移至感光材料上某点时,该点即开始曝光,而当第二帘前端移至该点时该点的曝光即结束。

图1中所示为横走式焦平面快门的工作原理。

图1 横走式焦平面快门的运动过程图1 横走式焦平面快门的运动过程

由于135照相机的画幅为上下窄、左右宽的矩形(24mm×36mm),遮光帘做纵向运动的距离远小于做横向运动的距离,故当快门遮光帘的运动速度相同时,同等宽度快门隙缝纵向(上下)扫过曝光窗所需时间,远小于横向(左右)扫过曝光窗所需时间,故此快门纵向运动可获得更短的X闪光同步时间,于是横走式帘幕快门逐渐为纵走式叶片快门所淘汰。

适当控制两组遮光帘之间先后运动的时间差长短,即控制预定隙缝W的宽窄,就可控制该焦平面快门的曝光时间(即快门时间T)的长短。其中隙缝W愈窄,则T愈短。

横走式帘幕快门的帘幕早期多为涂黑橡胶的柔软布帘,后出现钛合金帘幕。纵走式叶片快门的叶片材料早期为薄弹簧钢片,后出现钛合金、铝合金、塑料、碳纤维等材料的叶片。

焦平面快门的优点如下:

易于更换摄影镜头,从而有利于在拍摄点不可改变的条件下,通过灵活选择不同焦距的摄影镜头,拍摄出所需不同景别与艺术效果的画面。

因曝光过程中遮光的快门叶片(或幕帘)系单向运动,故快门叶片(或幕帘)的运动速度可以适当提高,以至使快门时间最短已可达1/12000秒,远较镜头快门为短,这有利于提高所摄快速运动体的影像清晰度。

快门叶片(或幕帘)不影响摄影镜头的最大相对孔径,故摄影镜头的体积较小,相对孔径可以较大,最近调焦距离较近,售价较便宜(因镜头上无快门)。

快门的实际有效曝光时间不受光圈大小改变的影响,即光圈大小改变时,快门时间不变。快门效率(指快门有效曝光时间与全曝光时间的比值)受光圈大小的影响较小,比较稳定。

焦平面快门的缺点如下:快门效率因受快门时间的长短影响而有所不同,其中快门时间愈长则快门效率愈高,而快门时间愈短则其效率愈低。

因整个画幅是逐行依次曝光,故快门时间中比X闪光同步快门时间较短的诸挡,一般均无法进行普通X闪光同步(FP闪光例外),所以焦平面快门的照相机在室外X闪光补光时将受到一定限制(一般需比1/250秒长)。

与镜头快门的各挡快门时间相比,由于焦平面快门中对应的各挡快门时间的全部曝光时间较长,故此当狭窄的快门隙缝(即图中虚线长方形框线)沿箭头方向扫过曝光窗时,所摄快速运动体易出现变形。图2中,a图为被摄快速运动体(箭头为其运动方向),b、c、d、e图为隙缝沿不同箭头方向运动进行曝光时,各自所摄影像的变形状况。

图2 焦平面快门拍摄运动体时的变形图2 焦平面快门拍摄运动体时的变形

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