Фокальный затвор — разновидность фотозатвора, заслонки которого расположены вблизи фокальной плоскости объектива, то есть непосредственно перед кадровым окном, где расположен фотоматериал или фотоматрица. Все фокальные затворы являются шторно-щелевыми, а их заслонки называются шторками. До второй половины XX века было распространено другое название: шторный затвор, тогда как центральные затворы в те же годы назывались «лепестковыми», в соответствии с конструкцией заслонок.
Историческая справка В ранних фотопроцессах, таких как дагеротипия и калотипия, выдержки составляли несколько минут, и могли отмеряться вручную или с помощью секундомера. Поэтому первые в истории фотоаппараты не оснащались затвором, вместо которого использовалась простейшая заслонка или крышка объектива, а иногда просто шляпа фотографа. С ростом светочувствительности время экспозиции становилось короче, а после появления сухих броможелатиновых фотопластинок стала доступна «моментальная» съёмка, при которой выдержки составляют доли секунды. Тогда же созданы фотозатворы, способные автоматически отмерять такие отрезки времени.
Первые образцы затворов, упоминания о которых большинство историков относят к 1853 году, были фронтальными, то есть надевались на объектив спереди в виде приставки к фотоаппарату. Их рабочим элементом была откидная створка или падающая по направляющим прямоугольная заслонка с вырезанной в ней щелью. При срабатывании последнего типа затворов, получивших название гильотинных, заслонка падала под действием силы тяжести, и щель перемещалась перед объективом, на короткое время открывая доступ свету. Величина получаемой таким способом выдержки зависела как от ширины щели, так и от скорости падения заслонки, и могла достигать 1/500 секунды. Гильотинные фронтальные затворы использовались Эдвардом Мейбриджем во время хронофотографической съёмки скачущей лошади.
К середине 1880-х годов гильотинные затворы уступили место пружинным. Вместо жёсткой заслонки с щелью начали использовать две шторки из прорезиненного шёлка, намотанные на два вращающихся барабана с параллельными друг другу осями. При срабатывании такого затвора шторки под действием пружины перематывались с одного барабана на другой, а щель между ними пробегала перед объективом. Конструкция была запатентована английской компанией «Торнтон-Пикар» () в 1886 году и выпускалась три десятилетия, став одной из самых известных марок. Дальнейший рост светочувствительности дал возможность ещё больше укоротить выдержки, но фронтальные затворы достигли своего предела быстродействия. Как и у всех апертурных затворов, у фронтальных кратчайшая выдержка зависит от времени полного прохождения щели. Для фокальных эта величина определяется периодом прохода щели мимо конкретной точки фотоэмульсии. Поэтому дальнейшее совершенствование моментальной съёмки связано с переносом шторок как можно ближе к фотопластинке.
Первые фокальные затворы Первым падающий гильотинный затвор разместил вблизи фокальной плоскости Вильям Ингланд () в 1861 году. Заслонка с регулируемой щелью была встроена в шибер кассеты, но оказалась слишком неудобной. Практическое применение нашёл механизм, уже использовавшийся во фронтальных затворах «Торнтон-Пикар» с гибкими шторками, намотанными на подпружиненные барабаны. Отличие состояло в расположении шторок и их размерах из-за необходимости перекрытия большого кадрового окна вместо сравнительно узкого входного зрачка объектива. Известны два изобретателя фокального затвора, который был назван «моментальным затвором при пластинке»: за пределами СНГ автором считается австрийский инженер Оттомар Аншютц, а в российских источниках упоминается имя Сигизмунда Юрковского. Кроме них к изобретению причастны Е. Фармер и Ф. Штольц.
Витебский фотограф Юрковский построил свой первый моментальный затвор фронтального типа в начале 1880-х годов. В 1882 году он демонстрировал его на Московском съезде фотографов, а описание опубликовал в №4 журнала «Фотограф» за 1883 год. Наладить собственное производство автору не удалось, и конструкция в дальнейшем использовалась французской компанией «Герри» (), продаваясь под этой маркой в том числе и в России. Через год Юрковский разработал теорию «затвора при пластинке», и создал действующий образец фокального затвора, подробные описания которого не сохранились. Широкое распространение затворов такого типа началось после 1888 года, когда Аншютцем было предложено использовать щель переменной ширины.
До этого выдержку регулировали натяжением пружины, что при «разгоне» шторок для кратчайших экспозиций приводило к недопустимым вибрациям. В первых затворах Аншютца, выпущенных немецкой фирмой Goerz, ширина щели между шторками регулировалась петлёй соединяющего их шнура, свободный конец которого мог перемещаться вдоль кромки одной из шторок, где и наносилась шкала выдержек. Однако для каждой такой регулировки приходилось открывать фотоаппарат, прерывая съёмку. Вскоре появились более совершенные конструкции, позволяющие регулировать ширину щели снаружи камеры. Распространение и совершенствование фокальных шторных затворов привело к появлению нового класса фотоаппаратов, получивших название пресс-камера.
Затворы с раздельным приводом шторок Одним из недостатков большинства первых фокальных затворов была необходимость закрывать объектив во время его взвода, поскольку в этот момент щель между шторками не перекрывалась. Проблема была окончательно устранена в затворе малоформатных фотоаппаратов «Leica», массовый выпуск которых налажен в 1925 году. Впервые конструкция использованного в них затвора предложена для крупноформатных камер ещё в 1893 году, а реализована 16 лет спустя в английских зеркальных фотоаппаратах «Minex». Затвор нового типа состоял из двух независимых друг от друга шторок с индивидуальными пружинами. Щель между ними образовывалась за счёт разницы времени начала движения, а при взводе затвора шторки смыкались, надёжно предохраняя фотоплёнку от засветки. Удачная кинематика затвора упрощала его сопряжение с механизмом протяжки плёнки, делая всю конструкцию фотоаппарата компактной.
Наличие патентов на затвор типа «Leica» препятствовало его копированию другими производителями фототехники. Поэтому фирма Zeiss Ikon при разработке своего варианта малоформатной камеры использовала принципиально другой тип фокального затвора, уже отработанного на более крупном кадре Contessa-Nettel и на двухобъективном малоформатном Contaflex. В отличие от «леечного», в котором шёлковые шторки двигались горизонтально, в затворе фотоаппарата «Contax» шторки были собраны из шарнирно соединённых узких металлических звеньев, и перемещались вертикально, вдоль короткой стороны кадра. Выдержка регулировалась как шириной щели, так и скоростью шторок, как в затворах старых типов. Но при взводе шторки так же, как и у «Лейки», смыкались, предотвращая засветку.
Способ образования щели между шторками и их вертикальное движение позволили в затворах «Contax» достичь выдержки в 1/1250 секунды, недоступной другим фотоаппаратам такого класса. Однако затвор оказался настолько сложным и дорогим в производстве, что после прекращения выпуска фотоаппаратов этой марки, использовался только в советских копиях «Контакса» под названием «Киев». Более простой затвор «Leica», напротив, стал практически стандартом в мировом фотоаппаратостроении, когда после поражения Германии во Второй мировой войне все её патенты были аннулированы. В 1959 году японская компания Nippon Kogaku вместо прорезиненного шёлка использовала для изготовления шторок такого затвора титановую фольгу, резко увеличив его надёжность и морозоустойчивость.
Ламельные затворы Ограничения, накладываемые конструкцией фокального затвора, особенно остро проявились с распространением электронных фотовспышек в середине 1950-х годов. Кратчайшая выдержка синхронизации, при которой возможна съёмка с такими вспышками, для большинства затворов типа Leica ограничена скоростью движения шторок, и редко превосходит величину в 1/60 секунды. Дальнейший «разгон» приводит к снижению надёжности затвора из-за больших ускорений при старте и торможении механизма. Большинство разработчиков в этот период разочаровались в перспективах фокального затвора, начав использовать центральный даже в аппаратуре со сменной оптикой.
В 1953 году компания Konishiroku (Konica) приступила к созданию принципиально нового фокального затвора с полностью металлическими шторками. Четыре года спустя аналогичные разработки начала Mamiya. Идея состояла в создании шторок, состоящих из узких металлических ламелей, и способных складываться в узкую стопку или раскладываться в шторку, перекрывающую кадровое окно. В феврале 1960 года Konishiroku начала выпуск фотоаппарата Konica F с затвором собственного изготовления. Затвор под названием Hi-Synchro позволял снимать с электронной вспышкой на выдержке 1/125 секунды, имея кратчайшую в 1/2000. Однако, механизм оказался очень дорогим в производстве, что отразилось на стоимости и продажах фотоаппарата, выпущенного менее, чем в 2000 экземпляров.
Ни Konishiroku, ни Mamiya не смогли самостоятельно наладить конкурентоспособные конструкцию и технологию её сборки, и в конце концов были вынуждены обратиться за помощью к фирме Copal. Через некоторое время к консорциуму трёх компаний-разработчиков присоединился Asahi optical, и в 1962 году был выпущен первый затвор Copal Square, отличающийся от Hi-Synchro конструкцией шторок. Затвор, сконструированный инженером Copal Каору Чатани, положил начало совершенно новому типу фокального затвора. В иностранных источниках его часто называют «квадратным» () из-за характерной формы корпуса, а в советской литературе такой затвор получил название «ламельный». Патентные права на конструкцию полностью принадлежали консорциуму, и изготавливать такие затворы первые годы имели право только четыре его участника. По этой причине первый фотоаппарат Nikkorex F с таким затвором с июня 1962 года выпускался на заводах Mamiya, несмотря на то, что заказчиком была корпорация Nikon. Камера Konica FP стала второй, получившей этот же затвор в 1963 году. В 1965 году появилась новая модель затвора Copal Square S, более компактная за счёт увеличения количества ламелей каждой шторки до трёх вместо двух. Этот затвор покупали сразу несколько производителей фототехники, в том числе Nikon для установки в аппараты семейства Nikkormat.
В 1961 году инженеры восточногерманского VEB Pentacon Dresden запатентовали собственную конструкцию ламельного затвора с комбинированными шторками, частично изготовленными из прорезиненного шёлка. Позднее разработчики усовершенствовали эту конструкцию, получив полноценный ламельный затвор, использовавшийся во всех «зеркалках» Praktica серии L. В СССР коллектив под руководством Анатолия Носко в 1978 году запатентовал затвор такого же типа, но другой конструкции с двухсекционными шторками, движущимися по направляющей. Он впервые использован в фотоаппарате «Киев-17», а после доработки устанавливался в ленинградской камере «Алмаз-103». Из-за особенностей конструкции советский затвор уступал японскому в скорости шторок, обеспечивая синхронизацию со вспышкой только до 1/60 секунды. Отставание удалось преодолеть во втором поколении затворов «ФЗЛ», разработанных красногорским коллективом под руководством Анатолия Падалко.