Телеконвертер

Описанные в предыдущей статье переходные кольца, соединенные проводами, позволяют управлять объективом вне зависимости от того, где он установлен. Таким образом, мы теперь легко можем устанавливать насадки не только перед, но и за объективом. Первое, что приходит в голову, это использовать линзу Барлоу для изменения фокусного расстояния объектива. Отрицательная линза, располагаемая за объективом телескопа, вошла в историю по имени предложившего данную конструкцию в 1828 г Питера Барлоу (Peter Barlow,1776 - 1862 ). Роль Барлоу в физике и математике весьма значительна. Им были проведены исследования по магнетизму, девиации компасов, создан униполярный двигатель, математические таблицы основных функций (квадраты, обратные числа, корни и т.д.). Насколько значительным оказался именно его вклад в оптику, сказать однозначно трудно, поскольку комбинация из положительной и отрицательной линзы была известна еще за 200 лет до этого, в 1610 году некие голландцы создали зрительную трубу, узнав о существовании которой, ее повторил Галилей. И по имени которого она и вошла в историю. В трубе Галилея точки фокуса положительной и отрицательной линз совпадают. Афокальные насадки, устанавливаемые для изменения фокусного расстояния системы перед объективом, имеют оптическую схему именно трубы Галилея. В оптической системе Барлоу отрицательная линза может перемещаться. Можно сказать, что если взять трубу Галилея, сдвинуть окуляр и поставить получившуюся конструкцию вместо объектива в трубу Кеплера ( В трактате "Диоптрики" (1611) Кеплер описал изобретённый им телескоп), то получится телескоп с переменным увеличением. Т.е. для того, чтобы изменить фокусное расстояние, нам не надо изготовлять новую линзу с другой кривизной поверхности, а можно просто переместить компоненты относительно друг друга. В детстве у меня был оптический конструктор, состоявший из набора пластмассовых линз, который позволял легко создать трубу Кеплера, Галилея, микроскоп и многое другое. При этом прилагаемые оправы практически не позволяли ошибиться, и необходимая конструкция получалась абсолютно бездумно. Но самое интересное - в этом конструкторе был макет оптической скамьи, который позволял разместить линзы в произвольном порядке. Весьма вероятно, что за 200 лет, прошедших со времени труб Кеплера и Галилея до оптической системы Барлоу, кто-нибудь уже перетасовал имеющиеся у него линзы и опробовал подобную конструкцию. Но в историю она вошла как линза Барлоу, и датой ее создания считается 1828 год.

Не очевидно, что именно эта конструкция стала прямым предком фотообъективов с переменным фокусным расстоянием. Но их конструкторы безусловно знали, что, перемещая отрицательную линзу в телескопе, мы можем изменять его эффективное фокусное расстояние. Подробно расчет оптической схемы с использованием линзы Барлоу изложен в книге Сикорук Л.Л. "Телескопы для любителей астрономии". А именно в Главе 3.4. Замечу, что большинство современных объективов уже содержат в своей конструкции отрицательную линзу, которая используется для изменения фокусного расстояния системы. В телевиках это стремление к компактности, а в широкоугольниках, построенных по схеме обратного телеобъектива, это связано с необходимостью обеспечить большой рабочий отрезок. Подробнее об этом я десять лет назад писал в статье Зачем столько линз в объективе. Даты написания моих статей можно найти на странице Летопись и, читая старые статьи, надо иметь ввиду, что за прошедшее время мои знания и опыт несколько углубились, а вкусы чуть чуть изменились :-)

Интерактивная схема, поясняющая работу телеконвертера. f₁- фокусное расстояние объектива, f₂ - фокусное расстояния линзы Барлоу, f - эквивалентное фокусное расстояние двух линз, d - расстояние между ближайшими главными плоскостями линз, М - масштаб увеличения (кратность телеконвертера), S₀ - расстояние от линзы Барлоу до фокуса объектива, S - расстояние от линзы Барлоу до эквивалентного фокусного расстояния. Значения f₁, f₂ и S₀ можно изменять. Для проведения вычислений с вновь введенными значениями по формулам приведенным справа надо нажать на стрелку. Линзу Барлоу можно перемещать стрелками внизу. Темно-серые фигуры, оконтуренные пунктирной линией, отображают оправу объектива и корпус аппарата с рабочим отрезком 44 мм.

В фотографии линза Барлоу известна под названием телеконвертера. Перемещение линзы ограничено в зеркальных камерах рабочим отрезком аппарата, и обычно не удается за счет перемещения одного оптического блока получить несколько телеконвертеров с разной кратностью увеличения фокусного расстояния. Тем более, что обычно для уменьшения аберраций используется не одиночная отрицательная линза, а комбинация из нескольких. Идея размещения этой линзы внутри удлинительного кольца для макросъемки тоже хорошо известна. Так, например, устроен МС двукратный конвертер К-6В. Фокусное расстояние примерно -113 мм. Это значение я вычислил, исходя из толщины удлинительного кольца, равной 56,5 мм. На вышеприведенной схеме эта толщина соответствует разности S-S₀=S₀, поскольку кратность M=S/S₀=2 и M=f₂/(S₀+f₂), где f₂ - фокусное расстояние линзы Барлоу, которое является отрицательной величиной, так как линза вогнутая.

Однако если вынуть оптический блок из этого телеконвертера, то его не удастся установить между объективами Canon EOS и аппаратом, поскольку данная конструкция рассчитана на больший рабочий отрезок среднеформатных камер. Для 2-х кратного телеконвертера его фокусное расстояние должно быть больше рабочего отрезка и и меньше двух рабочих отрезков, в противном случае мы либо упремся в оправу объектива, либо корпус аппарата. А вот оптический блок от телеконвертера для практически любой 35 зеркальной камеры для наших целей подойдет. Телеконвертеры ТК-2 с резьбой М42 были выпущены в значительном количестве и продолжают выпускаться.

Именно его вначале я и планировал использовать как основу для своей конструкции. Однако визит в комиссионку показал,что более доступным по цене вариантом оказался KIRON MC7 2x TELECONVERTER FOR OLYMPUS/OM производства, сами понимаете, Япония. Расчетное фокусное расстояние -82 мм. Оправа представляла собой удлинительное кольцо длиной 41 мм с двумя байонетами ОМ и толкателем диафрагмы, к сожалению, закрепленным на оптическим блоке, а не а оправе кольца. Т.е. после извлечения оптического блока использовать оправу как удлинительное кольцо с толкателем уже было нельзя.

Однако поскольку аппаратов Olympus у меня нет, а механический толкатель в системе Canon заменяют провода, оправу с которыми я описал в предыдущей статье, осталось только сделать промежуточное кольцо с резьбой М42, внутрь него ввинтить оптический блок, а на него, в свою очередь, навинтить 2 переходных кольца, соединенных проводом.

Поскольку телеконвертер увеличивает фокусное расстояние, то я сразу озаботился креплением к штативу, сделав Г-образную опору. В результате я получил телеконвертер, который может быть использован с объективами Canon EOS, в основном, при ручной фокусировке и с электрическим управлением диафрагмой.

Толщина получившегося конвертера S-S₀=40 мм, это дает нам кратность M=1,97, что подтверждается сравнением размеров на сделанных фотографиях. Поскольку диаметр диафрагмы остался неизменным, а фокусное расстояние удвоилось, то относительное значение тоже изменилось в два раза. Поскольку диафрагменные числа отличаются на корень квадратный, то при установке конвертера мы теряем две ступени, и объектив с относительным отверстием 1/2,8 превращается в объектив с относительным отверстием 1/5,6.

Вышеприведенные снимки сделаны в JPEG, и с конвертером хорошо заметны хроматические аберрации. Если взять файл в сыром формате и конвертировать его в программе UFRaw, алгоритм AHD с использованием библиотеки LensFun для коррекции хроматических аберраций, то ситуация заметно улучшится.

Объектив SOLIGOR 70-210/2,8-4 является прямым потомком легендарного Vivitar 70-210/2,8-4 - одного из лучших объективов с переменным фокусным расстоянием семидесятых годов. Кстати отмечу, что первые объективы Vivitar были изготовлены фирмой Kiron, как и исследуемый телеконвертер. Если предок относился к сверхдорогим объективам, то потомок это уже ширпотреб и уступает и далекому предку, и многим современным объективам. Поэтому для оценки качества снимков я привлек еще Сanon 80-200/2,8L уже снятый с производства, но по-прежнему являющийся одним из лучших объективов в своем классе, и Canon EF 135 мм f/2,8 Soft focus с фиксированным фокусным расстоянием.

Как видно из приведенных фрагментов, при диафрагме f₁/8 и меньше разница в классе объективов практически не заметна. Съемка велась в режиме приоритета диафрагмы и с автоматическим балансом белого. Погодные условия во время съемки менялись, что и отразилось на приведенных снимках.

Автофокус при опущенном зеркале за счет отдельных датчиков фокусировки, работающих на фазодетекторном методе (подробно в статье Андрея Паршева), возможен для отдельных объективов и в весьма ограниченных пределах. Подтверждение точной фокусировки вспыхивает, поскольку изображения, создаваемые разными участками объектива, совпадают, но мотор не может точно остановить объектив, поскольку рассчитывает перемещение для системы без линзы Барлоу, и он начинает судорожно дергаться туда-сюда вокруг точки фокусировки. Если использовать медленную фокусировку и, главное, основанную на оценке контраста в режиме живой картинки, то результат вполне удовлетворительный. Удобно также заниматься ручной фокусировкой, управляя объективом от компьютера, поскольку при больших увеличениях даже при жестком креплении к штативу ручная фокусировка вызывает сильное дрожание картинки, и работать неудобно.

Управление от компьютера позволяет реализовать и уж совсем экзотическую конструкцию: подсоединить объектив Canon EOS с байонетом Canon EOS к произвольной камере, и управлять фокусировкой с помощью компьютера.

Для нижеприведенной съемки Луны я использовал камеру Casio с объективом SOLIGOR 210 мм и вышеописанным телеконвертером. В качестве контроллера, сопрягающего объектив с компьютером, использовалась камера Canon EOS 1000D. Полностью управление этой конструкцией с помощью компьютера задействует практически все возможные средства коммуникации, так как камера Casio QV3000 управляется через последовательный порт, снятое изображение передается через USB, а текущее изображение поступает на экран компьютера по аналоговому видиоканалу и оцифровывается устройством видеозахвата. Статья "О внебрачных связях камеры и компьютера" сперва была опубликована в разделе Периферия и тогда это было некоторой натяжкой, однако оказалось, что камера действительно может быть примером некой суперпериферии, когда для получения качественного снимка приходится задействовать все ресурсы :-)