Фокальний затвор у конструкції фотокамери — це вид фотографічного затвора, який розташовується одразу перед фокальною площиною камери, тобто безпосередньо перед фотоплівкою або світлочутливим сенсором.
Фокальні затвори розрізняють за напрямком руху (вертикальний, горизонтальний), кількістю шторок (одношторковий, двошторковий), типом та формою матеріалу, з якого вони виготовлені (полотняний, пластинчастий, електронний, барабанний, дисковий тощо).
Двошторкові затвори
Традиційний тип фокального затвора у 35-міліметрових камерах, впроваджений Ернестом Лайцем для використання у його фотокамерах Leica, використовує дві шторки затвора, виготовлені із прогумованої тканини, які розташовані горизонтально вздовж фокальної площини. Для повільніших швидкостей затвора (довшої витримки) перша шторка відкривається (зазвичай) справа наліво, і після завершення того часу, протягом якого затвор повинен бути відкритим, наступна шторка закриває апертуру, рухаючись в тому ж напрямку. Після того як обидві шторки затвора знову об'єднуються в такий спосіб, вони разом повертаються у вихідну позицію, після чого механізм затвора знову може бути запущений.
Див. фігури на рисунку справа:
Фігура 1: Чорний прямокутник посередині є схематичним зображенням рамки апертури, крізь яку виконується експонування знімка. Ця рамка перекрита першою шторкою затвора (позначена червоним кольором). Друга шторка (прямокутник зеленого кольору) знаходиться справа.
Фігура 2: Перша шторка затвора переміщається вліво, тим самим дозволяючи виконати експонування. В цей момент активується фотоспалах (якщо такий приєднаний до фотокамери та запрограмований на активацію).
Фігура 3: Після завершення визначеного часу експонування друга шторка затвора теж пересувається наліво, щоб закрити рамку апертури. Після того як затвор зачиняється, обидві шторки синхронно переміщуються вправо — на вихідну позицію — готові до виконання наступного знімку.
Це — лише графічне (схематичне) відображення; реальні ж механізми — набагато складніші. Так, в дійсності шторки затвора по обох боках рамки намотуються в рулони, що дає змогу виділяти для них настільки мало місця, наскільки це можливо.
Вищі швидкості затвора (менша витримка) досягається тим, що друга шторка починає зачинятися ще до того, як перша повністю відкрилася; таким чином між ними утворюється вертикальна щілина, яка горизонтально «сканує» плівку чи інший світлочутливий сенсор. Менша витримка потребує вужчої щілини, тобто регулюється лише момент активації кожної шторки, оскільки сама швидкість кожної окремої шторки зазвичай непідконтрольна. Завдяки використанню цього методу, сучасні однооб'єктивні дзеркалки здатні досягати витримок до 1/2000, 1/4000 або навіть 1/8000 секунди.
Див. фігури на рисунку справа:
Фігура 1: Чорний прямокутник репрезентує рамку апертури, крізь яку відбувається експонування. На рисунку вона перекрита першою шторкою затвора, червоного кольору. Друга шторка, позначена зеленим, розташована справа.
Фігура 2: Перша шторка затвора починає рухатись наліво, тим самим розпочинаючи експонування знімка. Оскільки експозиція вимагає дуже малої витримки, друга шторка починає рухатись вслід за першою — на сталій дистанції.
Фігура 3: Перша шторка затвора продовжує рухатись у тому ж напрямку вздовж рамки апертури, а за нею — і друга. При такій швидкості затвора немає сенсу використовувати електронний фотоспалах, оскільки миттєвий спалах освітлить лише невеличку (відкриту) частину кадру, в той час як решта його залишиться прихованою або під першою або під другою шторкою.
Фігура 4: Перша шторка завершує рух, вслід за нею зупиняється друга, повністю перекривши рамку апертури. Після такого повторного об'єднання обидві шторки повертаються направо, на вихідну позицію, після чого можна виконати наступний знімок.
Затвори з вертикальним рухом
Більшість сучасних цифрових SLR-камер формату 35 мм використовують затвори із металевими пластинками, які рухаються вертикально. Вони працюють точнісінько так, як і затвори з горизонтальним рухом, але через те, що відстань, яку пластинкам затвора треба подолати, є меншою (24 мм, на відміну від 36 мм), пластинки потребують менше часу для проходження всієї відстані вздовж фокальної площини. Це покращує можливості синхронізації фотоспалаху — така синхронізація стає можливою при коротших витримках (більших швидкостях затвора), аніж цього можна було досягти із затвором, в якому шторки рухаються горизонтально, а сам затвор здатен забезпечити ще коротші витримки (до 1/8000 секунди).
Переваги Однією з переваг фокальних затворів є те, що вони можуть бути вбудованими в корпус фотокамери, яка використовує змінні об'єктиви. Це усуває необхідність вбудовувати центральний затвор у кожен об'єктив.
Іншим плюсом фокальних затворів є те, що їхні мінімальні витримки — досить короткі: 1/4000 секундиAnonymous, K200D/K20D: Pentax. no city of publication: Pentax Corp., 2008. pp 33-34. або навіть 1/8000 секунди,Anonymous, Canon EOS System Spring 2008. Lake Success, NY: Canon USA, 2008. pp 18-20.Anonymous, [Nikon] Digital SLR Comparison Guide: Fall Collection 2008. Melville, NY: Nikon Inc., 2008. p 10. а це, звісно, набагато коротша витримка та, відповідно, більша швидкість затвора аніж ліміт у 1/500 секунди типового діафрагмового затвора.Norman Goldberg, Camera Technology: The Dark Side of the Lens. San Diego, CA: Academic Press, 1992. ISBN 0-12-287570-2. pp 65-66. (Див. нижче: Пластинчастий фокальний затвор Square-типу та Пошук шляхів підвищення швидкості.)
Недоліки Основним недоліком фокального затвора є те, що витривалий та надійний затвор — це досить складний (часто ще й дорогий) пристрій. В той час як концепція рухомої щілини є досить простою, сучасний фокальний затвор — це запрограмований з точністю до мікросекунд механізм таймера,Goldberg, Camera Technology p 78 який управляє екзотичними матеріалами, маса яких не перевищує одного грама,Anonymous, «Modern Tests: Nikon FM2: Fastest Shutter and Sync» pp 98-101, 112. Modern Photography, Volume 46, Number 9; September 1982. ISSN 0026-8240. піддає їх прискоренню до сотень значень g,Tony Gioia, «SLR Notebook: Window on a Shutter.» p 32. Modern Photography, Volume 52, Number 8; August 1988. ISSN 0026-8240. де рух відбувається із точністю до мікронівAnonymous. «Test: Nikon F5: Simply the quickest shooting, most advanced, safety-loaded pro AF SLR ever.» pp 70-79. Popular Photography, Volume 61 Number 5; May 1997. ISSN 0032-4582. із врахуванням праці інших механізмів фотокамери,Michael J. Langford, Basic Photography. Fifth Edition. London, UK: Focal Press/Butterworth, 1986. ISBN 0-240-51256-1. pp 71-73. і все це — протягом понад 100 000 робочих циклів.Michael J. McNamara, «Test: Nikon D3: Best Ever: Believe the buzz. It's all true. Really.» pp 80-83. Popular Photography & Imaging, Volume 72 Number 3; March 2008. ISSN 1542-0337. Саме тому фокальний затвор дуже рідко можна побачити у дешевих або низькоякісних фотокамерах.
Крім того, типовий фокальний затвор має повільнішу синхронізацію фотоспалаху, ніж типовий діафрагмовий затвор (1/500 сек.),Peter Kolonia, «The War Continues: 35mm Vs. 2¼: Does moving to 2¼ from 35mm really pay back in quality what you lose in convenience?» pp 76-83. Popular Photography, Volume 59 Number 11; November 1995. ISSN 0032-4582. p 78. оскільки для того, аби дія фотоспалаху була ефективною, перша шторка повинна відкритися повністю, а друга — не починати закриватися до того, як спалах спрацює. Іншими словами, дуже вузькі щілини між шторками при надто малій витримці не дозволять рівномірно освітлити сцену на зображенні за допомогою синхронізованого фотоспалаху. Найвищими швидкостями синхронізації фотоспалаху (X-sync) є традиційно 1/60 секунди на 35-мм фотокамері із горизонтальним фокальним затвором Leica-типу та 1/125 секунди для вертикальних фокальних затворів Square-типу.Goldberg, Camera Technology. pp 221–223.Alan Horder; editor, The Manual of Photography. (formerly The Ilford Manual of Photography.) Sixth edition. Philadelphia, PA: Chilton Book Company/Focal Press Limited, 1971. ISBN 0-8019-5655-2. pp 174, 197–199.Michael J. Langford, Advanced Photography: A Grammar of Techniques. Fourth Edition. New York, NY: Focal Press Limited, 1980. ISBN 0-8038-0396-6 (USA edition). pp 91-99. Сучасні фокальні затвори підвищили швидкість синхронізації X-sync до 1/250 сек. завдяки використанню екзотичних надміцних матеріалів та програмного контролю, та до 1/8000 сек. за допомогою однієї електронної хитрості. (Див, нижче: Пошук шляхів підвищення швидкості та Подолання бар'єру синхронізації X-sync)
Фокальні затвори також можуть стати причиною викривлення зображення при зйомці об'єктів, які рухаються дуже швидко, або ж якщо в момент зйомки камерою сильно крутили або просто ворушили, як це описано у статті про ефект Rolling shutter. Велика відносна різниця між вузькістю щілини затвора та порівняно повільним її проходженням вздовж площини світлочутливого сенсора, в результаті створює мультяшне викривлення, оскільки одна частина зображення виходить знятою помітно пізніше, аніж інша, а тому на зображенні фіксується рух об'єкту між цими двома умовними моментами часу.
У випадку горизонтального фокального затвора Leica-типу, зображення «розтягується», якщо об'єкт рухається в тому ж напрямку, що й шторки затвора, і навпаки — «стискається», якщо об'єкт рухається в протилежному напрямку. У випадку вертикального фокального затвора Square-типу, який рухається зверху вниз, верхня частина зображення нахиляється вперед.Michael J. Langford, Basic Photography: A Primer for Professionals. Third Edition. Garden City, NY: Amphoto/Focal Press Limited, 1973. ISBN 0-8174-0640-9. pp 109–111.Goldberg, Camera Technology. pp 80-86, 115–117. Фактично, використання таких нахилів та викривлень для того, аби створити враження руху на ілюстрації — це така собі «карикатура» на справжнє викривлення, яке створюється повільними вертикальними фокальними затворами великоформатних фотокамер ще з першої половини двадцятого століття.Jacques Henri Lartigue and his camera. Explanation of distortionRobert G. Mason and Norman Snyder; editors. The Camera. Life Library of Photography. New York, New York: TIME-LIFE Books, 1970. No ISBN. pp 162–163.
Електрооптичні затвори Замість використання порівняно повільних механічних шторкових затворів, такі електрооптичні пристрої як комірки Покельса, можуть застосовуватись як затвори. Хоча їх використання є рідкісним, вони цілковито усувають проблеми, пов'язані із рухомими шторками в затворах, такі як обмеження синхронізації фотоспалаху та викривлення зображення внаслідок руху об'єкту. Ці затвори — значно дорожчі аніж типові механічні.
Обертовий дисковий фокальний затвор