Меню

Диаметр входного зрачка зрительной трубы

УВЕЛИЧЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ

Эта статья написана в ответ на многочисленные письма фотолюбителей, обратившихся в редакцию с вопросами, касающимися использования при фотосъёмке зрительных труб, биноклей, а также теленегативных приставок из отрицательных линз.

Почти каждый фотолюбитель, войдя во вкус работы с аппаратурой, хочет иметь дополнительные принадлежности, которые расширяли бы возможности его фотокамеры; Появляется желание фотографировать удалённые предметы в крупном масштабе. А для этого нужен длиннофокусный объектив (фото 1 и 2).

У многих фотолюбителей возникают вопросы: а нельзя ли использовать для этой цели бинокль или зрительную трубу? Какое будет фокусное расстояние у этой системы? Какова светосила? На каком расстоянии расположить бинокль от фотокамеры? Что делать с диоптрийной фокусировкой окуляра? Почему получаются тёмные углы при съёмке через телескопическую трубу? Попытаемся ответить на эти вопросы.

ОБ АФОКАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ И СЪЁМКЕ ЧЕРЕЗ ЗРИТЕЛЬНЫЕ ТРУБЫ

В кинолюбительской практике широко известны так называемые телескопические насадки, которые применяются для изменения фокусного расстояния объектива.

Изменение фокусного расстояния объектива прямо пропорционально увеличению насадки, которое обычно указано на её оправе.

Телескопические насадки являются частью большой группы афокальных систем, то есть таких оптических устройств, фокусное расстояние которых равно бесконечности.

Параллельный пучок света, падающий на афокальную систему, всегда выходит из неё параллельным, то есть фокусируется в бесконечности. Следовательно, через все афокальные системы можно фотографировать, ибо основное назначение объектива фотокамеры — это сфокусировать падающий на него пучок света. Каковы особенности устройства телескопических систем?

К телескопическим системам относятся разнообразные зрительные трубы биноклей, перископов, прицелов, стереотруб, визиров, дальномеров, теодолитов, нивелиров, кипрегелей, астрономических устройств и других наблюдательных приборов.

Зрительная труба представляет собой сложное устройство, состоящее из объектива и окуляра. Задний фокус объектива совмещён с передним фокусом окуляра. Такая система афокальна, то есть оптическая сила её равна нулю, фокусное расстояние равно бесконечности. Кроме объектива и окуляра в телескопической системе могут быть различные вспомогательные устройства: оборачивающие системы, сетки и др. На рис. 1 приводится принципиальная оптическая схема зрительной трубы Кеплера. Фокус объектива (F’об) совмещён с фокусом окуляра (Fок). Кратность увеличения определяется отношением фокусных расстояний объектива зрительной трубы и окуляра. Двх и Двых — соответственно диаметры входного и выходного пучков. Глаз фокусирует на сетчатке выходящий из окуляра параллельный пучок света. Если к этой системе приставить объектив фото- или кинокамеры, то изображение будет фокусироваться в фокальной плоскости объектива.

Любая телескопическая система характеризуется видимым увеличением. Видимое увеличение (Г) можно выразить через отношение фокусных расстояний объектива и окуляра или же через отношение диаметров входного (Двх) и выходного (Двых) зрачков.

Формула позволяет определить по двум известным параметрам любой третий. Эквивалентное фокусное расстояние системы: зрительная труба плюс фотообъектив — кратно увеличению зрительной трубы:

Например, при съёмке через 7-крагный бинокль и фотообъектив f’ф.о. = 50 мм эквивалентное фокусное расстояние системы будет

Диаметры выходных зрачков всех перечисленных приборов лежат в пределах 1—8 мм. Диаметры же входных зрачков фотографических объективов, как правило, много больше, поэтому при фотографировании через наблюдательные приборы происходит большая потеря светосилы.

Эквивалентное максимальное геометрическое относительное отверстие системы 1:К можно определить двумя способами: используя диаметр выходного зрачка зрительной трубы и фокусное расстояние фотообъектива или диаметр входного зрачка зрительной трубы и эквивалентное фокусное расстояние системы:

Кратность увеличения зрительной трубы всегда указана на изделии. Диаметры входного и выходного зрачков обычно указаны в паспорте или в описании прибора.

Несколько иначе маркируются бинокли, например 7х50. Первое число обозначает кратность увеличения, а второе — диаметр входного зрачка объектива. Допустим, используется бинокль 7х50 с объективом f’ф.о. = 50 мм. Диаметр выходного зрачка находим по формуле 1:

Читайте также:  Проходимость труб узи в смоленске

Максимальное геометрическое относительное отверстие системы определяем по формуле 3:

или другим способом, пользуясь эквивалентным фокусным расстоянием системы и диаметром входного зрачка объектива бинокля:

Шкала диафрагм объектива будет показывать действительные значения, только начиная с относительного отверстия 1:7 и меньше: 1:8, 1:11 и т. д. Большие значения относительных отверстий потеряли смысл, так как объектив оказался как бы задиафрагмированным узким световым пучком, выходящим из окуляра.

Фото 1. Дворцовая площадь в Ленинграде. Снято объективом «Гелиос-81» 1:2/50 мм, диафрагма 8, выдержка 1/1000 сек.

Фото 2. Снято с той же точки, что и фото 1, но через монокуляр М7х50 без диафрагмирования. Параметры системы 1:7/350 мм. Выдержка 1/1000 сек.

Принципиальная оптическая схема эквивалентной системы: зрительная труба плюс фотообъектив — дана на рис. 2. Сплошной линией показан действительный ход лучей при установке окуляра на нуль диоптрий, а фотообъектива на «бесконечность». В схеме фотообъектива сделано допущение, что задняя главная плоскость, входной зрачок и положение диафрагмы совмещены. Схема наглядно показывает, что диафрагма объектива будет диафрагмировать пучок света, входящий в объектив, только начиная с диаметра выходного пучка зрительной трубы. На схеме показано нахождение эквивалентного фокусного расстояния графическим путём. Если схему сравнить со схемой на рис. 1, то легко заметить, что вместо глаза стоит фотокамера. Если же использовать малогабаритный объектив (с малым диаметром входного зрачка), например объектив фотокамеры «Киев-Вега»: 1:3,5, f’ф.о. = 23 (диаметр входного зрачка 23:3,5 ≈ 6,6 мм), то бинокль не окажет никакого влияния на геометрическое относительное отверстие съёмочного объектива камеры, так как диаметр выходного зрачка бинокля в нашем примере больше диаметра входного зрачка объектива. Шкала диафрагм будет работать без помех во всем интервале от 1:3,5 до 1:16. С равным успехом можно использовать и кинокамеру для съёмки через бинокль, но в таком случае обязательна предварительная юстировка.

Для фотографирования через зрительные трубы лучше всего подходят однообъективные зеркальные камеры типа «Зенит», так как фокусировка осуществляется непосредственно по матовому стеклу.

Окуляр зрительной трубы должен быть максимально приближен к объективу камеры. В каждом отдельном случае это потребует особого подхода к изготовлению соединительного приспособления. Так как конструкции окуляров зрительных труб, а также оправ фотообъективов весьма разнообразны, то фотолюбителю предоставляется широкая возможность выбора конструкции приспособления.

Однако укажем, что с окуляра можно отвинтить пластмассовое кольцо, на которое обычно крепятся светофильтры бинокля. Вместо этого кольца навинчивают специально сконструированное переходное кольцо, служащее соединительным элементом между зрительной трубой и оправой фотообъектива. К последней переходное кольцо также крепится при помощи резьбы, как светофильтр. Резьбовое переходное кольцо лучше всего обеспечивает центрировку сопрягаемых элементов.

Для получения кадра, полностью занятого изображением, требуется совмещение выходного зрачка зрительной трубы с входным зрачком объектива. Принципиальная схема, показывающая положение выходного зрачка зрительной трубы и положение входного зрачка объектива относительно друг друга, приведена на рис. 7 (S’p — удаление выходного зрачка зрительной трубы; Sp — положение входного зрачка фотообъектива).

У обычных биноклей выходной зрачок удалён от последней линзы окуляра на 12—14 мм. Как правило, в паспорте прибора указано положение выходного зрачка.

При необходимости можно самому определить положение выходного зрачка телескопической системы. Для этого, установив окуляр на нуль, наводят зрительную трубу на какую-либо ярко светящуюся поверхность (небо и т. п.). К окуляру подносят лист бумаги. Медленно перемещая его вдоль оптической оси, находят наиболее резкое изображение круглого пятна. Расстояние от последней линзы окуляра до резкого круглого пятна и будет величиной удаления выходного зрачка.

Читайте также:  Радиус угла поворота трубы

Входной зрачок объектива расположен внутри его и на довольно значительном расстоянии от первой поверхности. Вот почему требуется придвигать окуляр как можно ближе к передней линзе фотообъектива.

У объективов типа «Индустар» с фокусным расстоянием 50 мм входной зрачок расположен на расстоянии около 12,3 мм от первой поверхности. У объективов типа «Гелиос» он находится глубже. Так, у объективов «Гелиос-65» и «Гелиос-81» он находится на расстоянии около 17 мм, а в объективе «Гелиос-44» — на расстоянии 26 мм от первой поверхности. У объектива «Юпитер-9» входной зрачок расположен ещё дальше — на расстоянии 38 мм.

В случае, если не известны положения входного зрачка объектива и выходного зрачка зрительной трубы, то совместить их можно простым способом. Предварительно надо установить окуляр зрительной трубы на нуль диоптрий, объектив камеры задиафрагмировать до наименьшего относительного отверстия, а фокусировочное кольцо установить на «бесконечность». Перемещая зрительную трубу перед объективом вдоль его оптической оси, находят такое положение трубы, когда изображение покроет всю площадь кадра. Если все же углы кадра остаются тёмными, то выбирают такое положение, когда виньетирование будет наименьшим. Целесообразнее производить эту юстировку по матовому стеклу, приставленному к фильмовому каналу камеры, так как поле зрения многих зеркальных фотокамер составляет часть от полного кадра.

Больше всего подходят для съёмки через зрительные трубы объективы типа «Индустар» с фокусным расстоянием 50 мм из-за сравнительно небольшого удаления входного зрачка, соизмеримого с удалением выходного зрачка зрительной трубы.

Если зрачки не совпадают, то по мере диафрагмирования объектива поле изображения уменьшается (рис. 8 и 9). Снимок 8 сделан через монокуляр М7х50 и объектив «Гелиос-81» без диафрагмирования. В углах кадра имеется незначительное виньетирование. На фото 9 эта же система за диафрагмирована до 1:16. Поле изображения уменьшалось за счёт несовпадения выходного зрачка монокуляра с входным зрачком объектива.

При конструировании соединительной оправки надо обязательно учитывать положение выходного и входного зрачков. Что можно сказать об экспозиции? При использовании современных зрительных труб с просветлённой оптикой увеличение экспозиции практически не обязательно, так как оно составляет не более половины ступени диафрагмы. Если используются старые непросветлённые системы, то экспозицию надо увеличивать в 2 раза, то есть на одну ступень диафрагмы.

При съёмке через сложные оптические приборы (перископы, дальномеры, сложные прицелы) требуется увеличение экспозиции в 3—4 раза, то есть на полторы-две ступени диафрагмы. При этом весьма желательно использовать высокочувствительную плёнку, устойчивый штатив и спусковой тросик.

Изображение, получаемое при съёмке через визуальные приборы, всегда уступает по качеству изображению, получаемому длиннофокусными объективами «Телемар-22», «Таир-3», «МТО-500», «МТО-1000» и др. Но тем не менее отпечатки имеют вполне удовлетворительное качество, кроме углов кадра, так как визуальные приборы корректируются преимущественно для осевых пучков.

При необходимости можно ещё несколько увеличить эквивалентное фокусное расстояние системы при съёмке удалённых предметов. Для этого надо фокусировочную оправу объектива выдвинуть до упора. Окуляр зрительной трубы надо постепенно утапливать, одновременно контролируя чёткость изображения по матовому стеклу визира камеры. В этом случае работа зрительной трубы аналогична работе отрицательной насадочной линзы, так как из окуляра выходит расходящийся пучок лучей. Поскольку угловое поле изображения с увеличением фокусного расстояния системы уменьшается, то уменьшается и виньетирование в углах кадра. Рис. 10 сделан с той же точки, что и рис. 1 и 2. Масштаб изображения больше благодаря установке кольца дистанций объектива на ближайшее расстояние 0,6 м. Виньетирование углов меньше.

Читайте также:  Греющий кабель varmel в трубу 4м 64вт

При съёмке через зрительные трубы обязательно соблюдение следующих условий.

1. Последняя линза окуляра должна быть расположена как можно ближе к передней линзе объектива.

Наиболее пригодны зрительные трубы, рассчитанные для работы с противогазом, так как они имеют далеко вынесенный выходной зрачок. В обычном случае углы кадра могут быть затемнены, например при работе с объективом «Гелиос-44», как результат несовпадения выходного зрачка трубы с входным зрачком объектива. При съёмке кинокамерами 2х8 этого может и не быть из-за меньшего поля изображения.

2. Система должна быть по возможности хорошо центрирована, то есть иметь единую оптическую ось.

3. Окуляр должен быть установлен на нуль диоптрий, а объектив камеры — на «бесконечность». Фокусировка системы производится вращением окуляра или объектива зрительной трубы при неподвижном окуляре.

4. Если выдвижение окуляра или объектива зрительной трубы окажется недостаточным для фокусировки на близко расположенные предметы, то надо воспользоваться для этого насадочными линзами. Фокусное расстояние насадочной линзы определяется расстоянием от предмета до объектива зрительной трубы (Подробнее о подборе насадочных линз см. «Советское фото», 1969, № 5, стр. 26).

5. Если использовать для съёмки бинокль, то надо выбрать такой монокуляр из пары, в котором нет сетки. Сетка, видимая в окуляре, хорошо будет воспроизведена на плёнке объективом камеры.

Может возникнуть вопрос: почему нет в продаже телескопических насадок для фотокамер, если продаются телескопические насадки для 8-мм фотокамер? Ответ на этот короткий вопрос довольно длинен.

1. Габариты. Если объектив 8-мм кинокамеры имеет размеры горошины или напёрстка, то размер телескопической насадки для такого объектива увеличивается до размеров настольной перечницы. Соответственно возрастают и размеры телескопической насадки для фотообъектива, а габариты последнего и без того значительны. Если учесть, что размер телескопической насадки прямо пропорционален кратности увеличения фокусного расстояния, то ясно, что телескопическая насадка для фотообъектива будет иметь весьма внушительные размеры. Вес же возрастёт ещё больше.

2. Оптическая схема. С увеличением линейных размеров поля изображения заметно усложняется оптическая схема телескопической насадки. Число линз в такой насадке возрастает до в. Если пойти на уменьшение числа линз, то качество изображения заметно ухудшится, особенно у широкоугольных насадок. На рис. 11 показаны схемы афокальных насадок. Вверху: широкоугольная насадка Г-0,8х, внизу: теленасадка Г-1,7х.

3. Качество изображения, получаемого со сложной телескопической шестилинзовой насадкой в паре с четырёхлинзовым основным объективом, подобно качеству изображения, даваемому трёхлинзовым объективом с таким же фокусным расстоянием. Таким образом, семь линз не имеют никаких преимуществ.

4. Цена телескопической насадки определяется числом и сложностью линз, её габаритами и массовостью производства.

Проанализировав сказанное выше, легко убедиться, что практичнее и дешевле иметь сменный объектив, который даст лучшее качество изображения, чем система с телескопической насадкой, в приведённом примере состоящая в целом из десяти линз.

Телескопические афокальные насадки для фотографических камер не имеют большого распространения. Цена одной насадки составляет до 80% от полной стоимости камеры. Кратность же изменения фокусного расстояния весьма незначительна.

Наоборот, в кинолюбительской практике афокальные насадки нашли самое широкое применение, хотя они постепенно вытесняются с рынка объективами с переменным фокусным расстоянием. Последние же есть не что иное, как афокальная насадка с переменным увеличением, работающая в паре с обычным объективом.

Бинокли в качестве афокальных телескопических насадок более практичны. Ибо бинокль может выполнять две функции: прибора для визуального наблюдения и средства для увеличения фокусного расстояния основного объектива.

Данные о зрительных трубах и биноклях, имеющихся в продаже, приведены в таблице.

Источник

Adblock
detector