книги из ГПНТБ / Мельников А.А. Теория и расчет фотозатворов

А. А. Мельников

ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ФОТОЗАТВОРОВ

М о с к в а

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

1973

Мельников А. А.| Теория и расчет фотозатворов. М., «Ма­

шиностроение», 1973, 256 с.

Предлагаемая книга написана крупным специалистом фото-

даны формулы определения характеристик затворов; приве­ дены результаты исследования всех факторов, влияющих иа оптический к. п. д. и выдержку затвора; для каждого типа затвора выведены формулы расчета главной пружины и дру­ гих ответственных деталей; изложена теория фотозатворов, которые ранее в литературе не рассматривались.

Книга предназначена для инженерно-технических работни­ ков, занимающихся вопросами конструирования, исследования и производства различной фотоаппаратуры. Табл. 28. Ил. 152. Список лит. 34 назв.

Рецензент доктор техн. наук проф. Н. П. Заказное

© Издательство «Машиностроение», 1973 г.

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение фотографии в любительской и профес­ сиональной практике для регистрации различных явлений в на­ уке и технике, для исследования земных и космических объектов требует создания современной фотоаппаратуры.

Затворы относятся к наиболее сложным и ответственным уз­ лам этой аппаратуры и являются ее неотъемлемой частью.

Затвором называется устройство, служащее для пропускания световых лучей от объекта съемки на светочувствительный слой в течение точно определенного промежутка времени, называемо­ го выдержкой. Все остальное время фотозатвор должен надежно перекрывать объектив, исключая тем самым засветку эмульси­ онного слоя.

Механический фотозатвор может состоять из нескольких ме­ ханизмов.

Выдержку обеспечивает механизм экспонирования.

В качестве приводов могут служить пружины, электродвига­ тели или электромагниты. Электродвигатели удобно применять для фотозатворов с установившимся движением. К ним относят­ ся обтюраторы киноаппаратов, роторные затворы, многодиско­ вые аэрофотозатворы, затворы координаторов цели и модулиру­ ющие устройства. Эти затворы обеспечивают большую частоту съемки, т. е. большое число возможных экспозиций за опреде­ ленный промежуток времени. Для затворов, взводимых на одну экспозицию, и в полуавтоматических аппаратах для спортивных или корреспондентских съемок применяются обычно пружинные приводы.

Регулирование экспозиции производит механизм выдержек, которые могут устанавливаться или от руки, или автоматически. В затворах многих фотоаппаратов встроена диафрагма.

Механизм самосъема, применяемый в любительских фото­ аппаратах, производит спуск затвора через определенное время (— 15± 3 с) после нажатия на спусковой рычаг. Этим предостав­ ляется возможность фотографу снять самого себя.

Действие вспышки при съемке объектов недостаточной осве­ щенности обеспечивается устройством синхроконтактов.

3

Глава 1

ТЕОРИЯ

ШТОРНЫХ

ЗАТВОРОВ

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Шторные затворы применяются главным образом в люби­ тельских и профессиональных фотоаппаратах для наземной съемки, а также в аэрофотоаппаратах.

У большинства шторных затворов щель при взводе закрыта. Это исключает засветку эмульсионного слоя при взводе затвора. Но в некоторых конструкциях шторных аэрофотозатворов щель во время взвода остается открытой. Такие затворы нуждаются в дополнительном устройстве, закрывающем объектив на время взвода. В качестве такого устройства применяются предохрани­ тельные шторки или предохранительные заслонки. Последние могут располагаться у объектива, в то время как сам затвор находится вблизи плоскости изображения.

Дополнительное устройство является как бы вторым затво­ ром с более продолжительной выдержкой.

Шторные затворы удобно и целесообразно применять в фото­ аппаратах со сменными объективами. В этом случае затвор (шторку) располагают вблизи плоскости изображения. Вообще же шторку можно располагать как между линзами объектива, так и в любом месте между объективом и плоскостью изобра­ жения.

Расположение шторки вблизи плоскости изображения имеет свои преимущества и недостатки, о чем будет сказано ниже.

Плоскость шторки должна быть перпендикулярна оптичес­ кой осп объектива. При большом формате кадра щель должна двигаться параллельно большей стороне кадра.

Время экспонирования всего снимка у шторного фотоаппара­ та не одинаково. Выдержка для отдельных точек снимка тоже, как правило, не одинакова.

Одним из существенных преимуществ шторного затвора яв­ ляется то, что он обеспечивает сравнительно очень малые вы­ держки (например, 1/1000 с), что недоступно некоторым цент­ ральным затворам и что очень важно при съемке подвижных объектов (спортивные снимки) и вообще при наличии относи­ тельного движения фотоаппарата и снимаемого объекта.

Используем следующие понятия.

5

Экспозиция — количество освещения, воздействующее на све­ точувствительную эмульсию фотоматериала в данной точке. Величина экспозиции пропорциональна произведению освещен­ ности изображения на время экспонирования (выдержку / ) .

Оптический коэффициент полезного действия (т))—отноше­ ние количества световой энергии, прошедшей за выдержку через затвор, ко всему ее количеству, упавшему на него за то же

время.

расположена вблизи плоскости изображения на расстоянии а от

6

пока ребро выхода не достигнет точки А. С этого момента на­

диаметра отверстия объектива в плоскости шторки, то закрыва­ ние отверстия начнется раньше, чем произойдет полное его от­ крытие. Но закончится закрывание все равно в том положении, когда ребро выхода достигнет точки В.

i

Если же предположить, что шторка движется равноускорен­ но с ускорением /, то выдержка

Разгон шторки определяется конструкцией затвора и фото­ аппарата и является величиной переменной для всех точек сним­ ка. Для каждого ряда точек, расположенных на прямых, пер­ пендикулярных направлению движения шторки, разгон является величиной постоянной. Но если рассматривать ряд точек в на­ правлении движения шторки, то для этого ряда разгон является величиной переменной. Так, разгон шторки для точки Р больше, чем, скажем, для главной точки снимка 0 (рис. 1).

С точки зрения равномерности выдержек по всему полю снимка, лучшим шторным затвором является такой, у которого шторка движется равномерно. В действительности же движение шторки является неравномерным.

Затвор взводится, как правило, на одну экспозицию. Поэтому сила пружины за время экспонирования кадра значительно из­ меняется (убывает), а масса практически изменяется незначи­ тельно.

Исследования показывают, что шторка движется ускоренно с постепенно убывающим ускорением. Несмотря на это, форму­ лы (6) и (7) имеют практическое значение. Так, по формуле (6) можно определить некоторую среднюю скорость, с которой штор­ ка должна двигаться на данном участке, чтобы обеспечить за­ данную выдержку.

Рассматривая формулы (5) и (6), замечаем, что:

1) один и тот же шторный затвор при приближении шторки

кплоскости изображения уменьшает выдержку;

2)выдержка шторного затвора меняется при диафрагмиро­ вании объектива;

3)для уменьшения выдержки шторного затвора следует при

прочих равных условиях уменьшать ширину щели s0 и увеличи­ вать скорость v шторки за счет усиления пружины, а также уменьшения массы, приводимой ею в движение;

4)при равномерном движении шторки выдержки всех точек снимка одинаковы (при s0 = const);

5)при неравномерном движении шторки выдержки меняют­ ся, уменьшаясь от начала кадра (считая по ходу движения штор­ ки) к концу его. Это подтверждается также экспериментом (табл. 1).

8

Кроме того, из рассмотрения действия шторного затвора, размещенного вблизи плоскости изображения, следует, что за­ твор неодновременно экспонирует все поле снимка и при съемке

t2 = —^—{m2 + 1).

Отсюда

Если для определенного диафрагменного числа я, известна выдержка U и относительная ширина щели т\, то легко оценить влияние диафрагмирования объектива на величину выдержки.