照相机构造原理（12）――焦平面快门

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t1。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：
t1=(c+D)/v
因为 D=d:f
所以 t1=(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t1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/v。

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η，则η=(te/t1)*100%=(c/(c+Dd/f))*100%=(1/(1+d/Fc))*100%