Простой тестер шторно-щелевого затвора из фотодиодов BPW34, фонарика и звуковой карты

Зачем нужен автономный тестер выдержек фотозатвора

При восстановлении и обслуживании пленочной фототехники я регулярно сталкиваюсь с необходимостью точной проверки работы механических шторно-щелевых затворов. Отправлять старые камеры мастерам в другие города — процедура долгая, затратная и не всегда удобная. Поэтому я принял решение собрать простой, доступный и при этом высокоточный диагностический тестер из компонентов, которые легко заказать на маркетплейсах.

В основу прибора легли три кремниевых фотодиода BPW34, тумблер переключателя, нагрузочный резистор, экранированный микрофонный кабель со штекером и корпус, напечатанный на 3D-принтере. Фотодиоды размещены в одну линию с небольшим смещением к одному из краев кадрового окна. Такая геометрия позволяет простым разворотом датчика на 180 градусов сопоставить скорость движения шторок в противоположных точках кадра и своевременно обнаружить подклинивание или неравномерность хода.

Конструкция устройства и схемотехника

Элементная база и сборка корпуса

Проектируя корпус, я стремился к максимальной простоте сборки без использования клея. Фотодиоды плотно фиксируются своими выводами в технологических отверстиях и отгибаются с обратной стороны планки. Датчики соединены параллельно, при этом крайние элементы подключаются через выключатель, под который в задней крышке предусмотрено посадочное гнездо размером 6×11 мм. Для плотной фиксации в корпусе ножки тумблера потребовалось слегка подогнуть, после чего все элементы надежно разместились внутри.

Лицевую панель корпуса вокруг чувствительных кристаллов я покрыл матовым грунтом по пластику. Это важное усовершенствование: матовая поверхность гасит паразитные отражения и сводит к минимуму боковую засветку от внутренних стенок кадровой рамки.

Физика сигнала: фотодиод и шунтирующий резистор

В качестве источника светового потока я использую яркий светодиодный фонарик, установленный на расстоянии 25–35 см строго перпендикулярно байонету или резьбовому креплению объектива. При воздействии интенсивного света кристалл BPW34 генерирует фототок величиной в микроамперы, пропорциональный уровню освещенности.

Нагрузочный резистор номиналом от 470 до 1000 Ом выполняет роль текущего преобразователя «ток-напряжение» по закону Ома. Он превращает фототок в безопасный электрический сигнал, амплитуда которого идеально согласуется с динамическим диапазоном микрофонного или линейного входа звуковой карты ПК, не вызывая жесткого ограничения (клиппинга) на АЦП.

Кроме того, низкое сопротивление шунта существенно уменьшает постоянную времени RC-цепи, обеспечивая быстрый разряд собственной паразитной емкости p-n перехода фотодиода. Это расширяет полосу пропускания измерительного тракта, полностью устраняет завалы и скругления на фронтах сигнала при быстром прохождении шторок и сохраняет высокую четкость импульсов.

Методика измерений и обработка аудиосигнала в Audacity

Интерпретация осциллограммы в аудиоредакторе

Внутренние бортики печатного датчика плотно вставляются непосредственно в кадровое окно фотоаппарата со стороны прижимной планки (при необходимости блок дополнительно фиксируется обычной канцелярской резинкой). Запись сигнала выполняется в бесплатном аудиоредакторе Audacity с включенным максимальным программным усилением входного канала.

При приближении записанного волнового графика отчетливо прослеживаются три фазы прохождения светового импульса:

• Начало подъема: первая шторка затвора начинает открывать чувствительную область фотодиода.
• Плато: кристалл датчика полностью открыт и получает максимальный световой поток.
• Начало спуска: вторая шторка начинает перекрывать чувствительную область фотодиода.

Измерив интервал времени между точкой начала подъема и точкой начала спуска, я получаю точную фактическую выдержку кадра в исследуемой зоне.

Особенности прозрачного корпуса BPW34

При расчете временных интервалов важно учитывать конструктивную особенность фотодиода BPW34. Его прозрачный эпоксидный корпус по габаритам немного превосходит расположенный внутри кремниевый кристалл. Лучи света, падающие на самый край прозрачного пластика, преломляются и создают пологий участок боковой засветки на графике.

При анализе осциллограммы отсчет необходимо начинать не от начала пологого ската, а строго с момента явного перелома линии, где начинается резкий и стремительный подъем напряжения. Именно эта точка излома соответствует физическому попаданию света на сам кремниевый кристалл.

Практическая калибровка затвора на примере «Зенит-ЕТ»

Начальная настройка выдержки 1/30 секунды

Любую диагностику и регулировку шторно-щелевого механизма я начинаю с базовой выдержки 1/30 секунды. В теории время полного открытия кадрового окна на этой выдержке должно составлять около 33,3 мс (при точном математическом расчете 1/32 с — около 31,25 мс).

До начала моей регулировки заводские пружины «Зенита-ЕТ» были экстремально перетянуты (около 7–8 оборотов на первой шторке и 4–5 оборотов на второй). Из-за этого затвор срабатывал с сильным грохотом, взвод был тугим, а фактическая выдержка на 1/30 с составляла менее 22 мс, что выходит за любые разумные рамки.

Стандарт ГОСТ 19821-83 допускает отклонение выдержки для затворов подобного класса в пределах от +36% до −28%. Ослабив натяжение пружин до 3,5 оборотов на первой шторке и 1,5 оборотов на второй, я добился показания в 28 мс. Затвор стал работать существенно тише, взводиться мягче, а точность работы осталась строго в рамках требований ГОСТа.

Проверка равномерности на коротких выдержках

Баланс скоростей шторок я проверяю на выдержке 1/250 секунды. По центральному фотодиоду тестер показал ровно 4,0 мс — идеально точное значение для номинала 1/250 с. Однако при сравнении показаний трех датчиков, расположенных по ширине кадра, проявляется характерная особенность всех классических затворов типа Leica (ФЭД, Зоркий, Зенит): инерционное ускорение шторок.

Шторки имеют физическую массу и не могут мгновенно набрать рабочую скорость. В результате по ходу движения их скорость непрерывно возрастает, и к концу кадра они движутся заметно быстрее, чем в начале.

Миф о торможении второй шторки

В околофотографических сообществах бытует мнение, что щель можно сделать равномерной по всему полю кадра, если сильно ослабить пружину второй шторки. На практике (как на «Зените-ЕТ», так и на «Зорком-4») сделать это без потери надежности механизма невозможно. Чтобы щель расширялась к концу кадра, пружину приходится отпускать практически полностью, из-за чего вторая шторка начинает зависать и закрываться нестабильно.

Причина крылась в механическом трении: тесемки второй шторки проходят по барабанам, сидящим на валу первой шторки. Трение между ними неизбежно создает эффект паразитной синхронизации, когда улетающая первая шторка подталкивает за собой вторую.

К счастью, ГОСТ 19821-83 учитывает этот фактор и допускает коэффициент неравномерности выдержки по полю кадра $r = t_{\text{эф. max}} / t_{\text{эф. min}}$ до 1,5 для затворов 1–2 классов и до 1,7 для 3 класса, что разрешает разброс экспозиции между противоположными краями кадра до 70%.

Работа с короткой выдержкой 1/500 секунды

На выдержках 1/500 с и короче я использую блок из трех датчиков главным образом для контроля перекоса шторок и проверки того, что щель не перекрывается раньше времени. Как показывает практика, грамотной базовой настройки пружин на 1/30 с и 1/250 с вполне достаточно для корректной отработки остальных скоростей при отсутствии механических дефектов. При необходимости замера экстремально коротких выдержек на кристаллы фотодиодов рекомендуется наносить узкие физические маски-щели.

Выводы и файлы для 3D- печати

Благодаря этому простому прибору мне удалось качественно настроить затворы своих фотоаппаратов без использования дорогостоящего профессионального оборудования. Ход шторок стал плавным, взвод — легким, а выдержки — прогнозируемыми и стабильными.

Исходные STL-файлы корпуса тестера я выложил в открытый доступ на GitHub, чтобы каждый желающий мог напечатать деталь и повторить эту сборку самостоятельно.

Источник: habr.com