照相机构造原理(12)——焦平面快门

照相机构造原理（12） ——焦平面快门 编者按： 焦平面快门安装在紧靠照相机胶片前的位置上，即在照相镜头的视场光阑附近。焦平面快门有两组起遮光 作用的前帘和后帘。快门上弦时，前后帘有一部分相互重叠在胶片前通过，不会使胶片曝光。 焦平面快门安装在紧靠照相机胶片前的位置上，即在照相镜头的视场光阑附 近。焦平面快门有两组起遮光作用的前帘和后帘。快门上弦时，前后帘有一 部分相互重叠在胶片前通过，不会使胶片曝光。快门释放时，前后帘之间形 成一定的缝隙，此缝隙以一定的速度在胶片前面走过，使胶片逐次进行曝光。 缝隙的宽窄可以调节，以实现不同的曝光时间。 一、焦平面快门的结构形式 按运动方向分，有横走式和纵走式两种；按幕帘的材料分，有幕帘式和钢片 式两种。横走式焦平面快门，其前帘和后帘在胶片36mm方向作左右运动，快 门前帘和后帘通常采用已喷涂过橡胶的具有遮光特性的合成纤维或绢丝织物 制成（只有极少数横走式焦平面快门采用薄金属片制作前帘和后帘），通常 称为幕帘快门。纵走式焦平面快门，其前帘和后帘在胶片24mm方向作上下运 动，以前大多用平板状钢片制作，近几年又逐步改用塑料薄片制作，通常称 为钢片快门。为钢片快门的大致构造。 1、幕帘快门 幕帘快门通俗也称为卷筒型快门。基本型式有莱卡型的三轴式和爱克赛太型 的四轴式（德国名牌机）。在镜头互换、测距连动式照相机全盛时期，大部 分照相机采用三轴式。相反，单镜头反光照相机一般使用四轴式。 二轮式结构简单，前幕帘筒和后幕帘筒共轴，前幕帘筒轴还兼快门速度调节 轴的功能。由于调节轴必须进行有关快门动作的全部控制，所以旋转范围要 控制在一圈以内。因此，前幕帘筒、后幕帘筒的直径在上述旋转角情况下旋 转周长必须超过幕帘的行程。 四轮式幕帘快门将前、后幕帘筒分为两个轴，通过齿轮减小旋转角并设定调 速轴。作为快门这一单独部件，三轴式零件少，利用率高。但从提高幕帘速 度出发，采用四轴式有利。这也不是绝对的，若把实际惯性矩、主动弹簧轴 以及零件数、轴承摩擦等综合考虑的话，可以说性能价值比还是三轴式好。 国外美能达照相机和雅西卡/康太克斯RTS照相机均采用这种快门。 2、钢片快门 早期纵走式快门，幕帘采用细小金属片钩组成卷帘结构。由于结构复杂、工 艺性差、成本高，已逐渐淘汰。60年代开始采用钢片型式，它用几片金属片 和操作杆组成两组平行四边形四连杆机构，并可形成一定的运动狭缝，这种 快门通常就叫钢片快门。 下面再来分析一下钢片快门的特点： (D钢片快门机构是一个完整的组件，可以进行专业化生产，有利于提高质 量，降低成本。 （2）钢片快门叶片山于采用高碳钢材和可靠的耐高、低温的塑料带，具有耐 久、耐热、耐寒等性能。 （3）叶片的运动速度快（走完24mm约6.5〜8ms）,在高速度档时缝隙宽度 较大（1/lOOOs时，缝隙宽度约为3〜3.5mm）,所以曝光时间稳定，曝光的 不均匀性小。 （4）山于叶片是上下运动的，在l/125s档时，叶片已全开画幅，所以X闪 光同步可达到1/lOOs或l/125s。 （5）在单镜头反光照相机上应用时，可以方便地与反光镜快速返回机构联动。 （6）可内藏自拍机（机械型钢片快门）。 （7）MFC和MFE系列快门将纯机械控制的钢片快门发展为电子控制方式后， 去除了机械慢门和自拍，由继电器控制后帘释放时间和前、后帘释放时间， 实现钢片快门的电子自拍和实现钢片快门自动曝光控制。 （8）有利于小型化。 钢片快门还有一个突出的优点是有效曝光时间可以更短，现已达到1/4000S、 1/8000s和l/12000s„并可以单独进行专业生产，这个优点是布帘快门所望 尘莫及的。缺点是：动量和冲击较大，使得照相机拍摄时声音大、抖动量大。 二、焦平面快门的工作特性 焦平面快门通常装在紧靠照相机胶片前面，一般由两个幕帘组成。快门上弦 时，前、后帘有一部分互相重叠不漏光由一端拉向另一端，这时与前、后帘 相连接的开放和关闭动力弹簧同时被上紧，储藏能量。当快门打开时，前帘 首先开始开启运动，而后帘仍被钩住。根据所选的快门曝光时间，使前、后 帘之间形成该曝光时间所需的合适的缝隙C,缝隙C以一定速度在胶片前面通 过，使胶片逐步曝光。动作结束后，前、后帘互相叠合，准备下一次上弦再 曝光。焦平面快门的曝光时间由前、后帘间缝隙C的宽度和帘速V所决定， 改变这两个参数就可以改变快门的曝光时间。现在都采用改变缝隙C来得到 不同的曝光时间，改变帘速将引起结构复杂，动作可靠性差，已不采用。增 大缝隙C使曝光时间延长，可提高光学有效系数，这对提高快门的工作性能 是有利的。 由于幕帘运动是以弹簧作为原动力来驱动的，它的速度值按照抛物线规律而 变化。运动开始时速度较慢，以二次方规律增加。为使整个画面能得到均匀 一致的曝光量，在结构设计上使缝隙的实际宽度，在经过象面开始端时狭些， 随着移动缝隙逐渐变宽，使画面各点曝光量趋向一致。 焦平面快门是使胶片逐段曝光的。现分析画面上的任意一点的曝光情况，当 使用镜头某一档光圈值时，任一点P从曝光开始到曝光结束的时间，即为焦 平面快门的全曝光时间tl。它是由通过P点的缝隙速度和宽度，以及胶片平 面到缝隙平面的平均距离所决定的。任意点P的全曝光时间由下式表示： tl=(c + D)/v 因为D = d:f 所以 tl=(c+Dd/f)/v 式中：c——焦平面快门的缝隙； d快门运动平面与象平面的平均距离； D/f——物镜的相对孔径； v — — P点位置幕帘缝隙的运动速度，也就是前、后帘运动的平均速度； D——物镜某光圈值时，投影光束在幕帘平面上的投影光束截面直径。 焦平面快门的曝光过程见图1 -4-10。在前帘运动到光束D的a点时，P点开 始曝光，直到后帘运动到光束D的e点时，P点才结束曝光，所以P点上全曝 光的时间tl将以C+D计算。当前帘运动到a点时，胶片P点开始曝光，但 光束不能充分利用，存在光能量的损失，直到前幕帘到e点，而且缝隙c大 于D时，光束才能被充分利用。后帘运动过a点，开始逐渐遮挡光束，直到 到达e点时，P点曝光结束。 这种通光量的损失与镜头快门一样，可以光学有效系数来表达。设有一个理 想快门，其幕帘安装在胶片平面上，即d = 0,其画面上任一点的曝光时间（即 为实际快门的有效曝光时间）te = c/ v照相机行业规定取焦平面快门画面中央 一点的有效曝光时间称为焦平面快门的曝光时间T,即T = c/vo 焦平面快门的有效曝光时间与镜头快门不同之处是与镜头的F值无关。同镜 头快门一样的是把焦平面快门的有效曝光时间与全曝光时间之比称为焦平面 快门的光学有效系数n,则 n = (te/t1)*100%=(c/(c+Dd/f))*100%=(l/(l + d/Fc))*100%