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照相机:快门结构 (Shutter)

作者:Xitek

快门结构

快门的类型有多种,我们这里只谈AF单反机上常见的电子控制纵走式焦点平面帘幕快门(也就是人们常提到的钢片快门,由于现在的快门帘幕并不一定是用钢片制成的,所以称纵走式焦点平面快门更为合理)。

焦点平面帘幕快门位于照相机焦点平面前方,它的作用是在未曝光之前遮挡光线,使胶片不见光;在曝光时控制胶片的有效曝光时间。快门一般是装在机身上的独立部件,便于装配和维修。纵走式焦点平面快门的制作材料有钢片和铝合金,也有采用塑料及合金复合式材料。快门由两层帘幕、电磁释放装置和减震装置组成,两层帘幕分别称为第一帘幕(或前帘)和第二帘幕(或后帘)。

每一层帘幕由数片(一般为4至6片)非常平直的小薄片相叠而成。这些小薄片在杠杆的控制下,即可以迅速展开,又可以彼此灵活地重叠在一起。展开之后,其相邻的小薄片之间始终仍有一部分彼此相重叠,因此相邻部位始终不会漏光。

在未曝光之前,只有第一帘幕展开,挡住未曝光的胶片;而第二帘幕则是重叠收缩,位于胶卷片窗的底部.(在手动卷片的单反机中,未上快门之前是两层帘幕都挡住未曝光的胶卷;进片及上快门之后,才是一层帘幕挡住胶卷)。曝光时,第一帘幕向上收缩,使胶片暴露在成像光线下进行曝光。当设定的快门速度低于最高闪光灯同步速度时,在第一帘幕完全收缩到头后,第二帘幕经过一定时间的延迟后(延迟时间视快门速度大小而定)才开始展开。当设定的快门速度高于最高闪光灯同步速度时,在第一帘幕未收缩到头时,第二帘幕就开始展开,两片帘幕之间形成了一条宽度小于24mm的裂缝 (35mm照相机的胶卷规格为36×24mm), 该裂缝以一定的纵走速度扫过胶卷平面,使胶卷曝光。曝光结束时,第一帘幕完全叠合在片窗上方,第二帘幕完全展开,将片窗遮严。在进片过程中,第一帘幕展开后,第二帘幕再收缩,为下一次曝光做好了准备。

纵走式快门

实际上这条裂缝的行走速度低于所设定的快门速度,但胶卷平面上每一点的曝光时间却正好是快门速度所对应的时间,所以从理论上分析,每一张底片所记录的景物不是同时曝光的,而是分先后的,但这种差别太小了,以至于在日常摄影中可忽略不计。但在高速摄影中,这种差别会造成画面畸变。

调节快门速度实际上是调节两块帘幕之间的缝隙的宽度。有些人认为调节快门速度是调节快门帘幕的行走速度,这是不正确的,在快门动作时,帘幕的行走速度是不变的(如Nikon F4和Canon EOS-1的帘幕行走速度为2.7m/s)。

目前最高的快门速度是1/12000s,而最高闪光灯同步速度是1/300s(除了采用频闪实现的高速同步外)。这一切都要归功于用轻型材料来制造快门和电子技术的发展。

快门的释放装置为电磁式的,由电磁离合器控制。在快门释放前,电磁离合器处于释放状态,当操作者按下快门释放钮时,电磁离合器通电,将快门帘幕吸起,开启快门帘幕。减震装置的作用是消除快门帘幕收缩和展开所引起的震动。

1/12000秒快门拍摄效果

特别值得一提的是Nikon F4的快门,它与一般单反机上的单层帘幕不同,它第一帘幕和第二帘幕均采用双层设计,所以对光线的密封性能特别好。在反光镜上锁时,光线不能从薄片之间的缝隙透过去到达胶片。

在正常的设置快门速度方式中,一旦设定快门速度后,在曝光过程中的曝光时间就已经固定下来。而在"B"(Bulb)和"T"(Timer)门方式中,拍摄者可自由地决定曝光时间。

"B" 门的工作过程是:按下快门释放钮,快门帘幕打开,松掉释放钮,就关闭快门帘幕;

而 "T"门则是第一次按下快门释放钮,快门帘幕开启,然后可松开手,第二次按下快门释放钮时,快门帘幕才关闭。这两种方式特别适合于长时间曝光的场合(如夜景)。

目前绝大多数AF单反机和部分AF袖珍相机都配备有"B"门方式,而"T"门方式则比较少见。还有一种自动定时方式,拍摄者设定曝光时间,然后由相机自动关闭快门帘幕,与慢速快门类似,但特点是曝光时间较长,一般可达一小时以上。

另外有一点要提醒的是:相机上表示的快门速度为典型值(或称名义值),而不一定是曝光时的真实值。由于制造上的原因,实际的快门速度与典型值还是有一定误差的。比如说,1/500s的快门速度,在Nikon F3上为1/531s,而在Minolta X-700上则为1/462秒。下表为Canon EOS RT快门的实测值(引自《日本相机》1989年12月号p.291~299,EOS RT测试报告):

表示值(s)
基准值
实测值
相对误差值
30
32
31.8
0.625
15
16
15.9
0.625
8
8
7.94
0.75
4
4
3.97
0.75
2
2
1.99
0.5
1
1
0.99
1
1/2
1/2
1/2.02
0.99
1/4
1/4
1/4.03
0.744
1/8
1/8
1/8.06
0.744
1/15
1/16
1/16.1
0.621
1/30
1/32
1/32.4
1.235
1/60
1/64
1/65.3
1.991
1/125
1/128
1/130
1.538
1/250
1/256
1/262.4
2.29
1/500
1/512
1/537.6
4.656
1/1000
1/1024
1/1176
12.925
1/2000
1/2048
1/2702
24.2

注:相对误差值的单位为百分数,计算公式为:

相对误差 = (实际值 - 设计值)÷设计值×100%

由于现代AF单反机都是采用电子振荡电路来作为快门的定时和采用微机来控制,所以相机生产厂对快门速度都是按2的幂级数来设计的。从上表可看出,30s是按2的5次幂设计,而1/2000s则是按2-11来设计。一般来说,快门速度愈高,其精度也就愈差,从上表的数字就可以看出,使用时要注意。