III. METODY STOSOWANE W MAKROFOTOGRAFII 1. Soczewki nasadkowe makro Soczewki makro są elementami mocowanymi na obiektywie w sposób identyczny do mocowania filtrów. Ich zasada działania polega na zmniejszeniu ogniskowej obiektywu, podobnie jak ma to miejsce w przypadku lupy. Zasadę użycia zilustrowano poniżej: Zwyczajowo każda soczewka ma podaną tzw. zdolność skupiającą zwaną inaczej mocą soczewki podawaną w dioptriach. Wartość ta jest odwrotnością ogniskowej soczewki podawanej w metrach, czyli soczewka o mocy +1D ma ogniskową 1m, soczewka o mocy +4D ogniskową 0,25m (czyli 250mm) zaś soczewka o mocy +10D ogniskową równą 0,10m (100mm). Z reguły typowym szeregiem soczewek jest +1D, +2D, +4D... W celu wyliczenia wartości wypadkowej ogniskowej zestawu obiektyw + soczewka należy posłużyć się wzorem f w = (f o f s )/( f o + f s ) gdzie f w - ogniskowa wypadkowa f o - ogniskowa obiektywu f s - ogniskowa soczewki Wpływ soczewki na jasność odwzorowywanego obrazu jest pomijalnie mały, dlatego też zakłada się, że soczewka nie wpływa na zmianę warunków ekspozycji. Z reguły jednak następuje pogorszenie jakości odwzorowywanego obrazu, który pozostaje - 18 -
dobry w środkowej części obrazu, natomiast im bliżej brzegu tym następuje większe rozmycie obrazu. Poniższa ilustracja przedstawia soczewkę makro nakręconą na obiektyw. Zaletą tego systemu jest bardzo niska cena (w porównaniu do innych metod), duża dostępność soczewek o różnych średnicach, pomijalny spadek ilości światła, aparat fotograficzny pracuje we wszystkich trybach całkowicie przenosząc parametry naświetlania oraz AF, w przypadku obiektywów ze stabilizacją obrazu również nie ma problemów z poprawną pracą tych układów. Do wad zaliczyć należy pogorszenie jakości obrazu zwłaszcza na jego brzegach oraz konieczność stosowania soczewek o różnych rozmiarach w zależności od średnic posiadanych obiektywów. 2. Konwertery makro Konwerter makro jest niczym innym jak prostym układem optycznym o zasadzie działania identycznym jak soczewka, jednak jest to konstrukcja złożona z kilku (od 2 do 4) soczewek, dzięki czemu uzyskuje się nieco poprawniejszą jakość odwzorowywanego obrazu. Podobnie jak w przypadku soczewek zdolność skupiającą podaje się w dioptriach i jest ona znacznie wyższa niż w przypadku soczewek gdyż wynosi nawet do +32D. - 19 -
Ze względu na bardziej skomplikowaną konstrukcję cena konwerterów makro jest wyższa niż cena soczewek. Jednak producenci tego rodzaju akcesoriów (np. firma Raynox) stosują adaptery umożliwiające zamocowanie do obiektywów o różnych średnicach od 52mm do 67mm. Poniższa ilustracja przedstawia wygląd konwertera. Zaletą konwerterów jest wyższa jakość optyczna niż w przypadku soczewek, zachowanie wszystkich funkcji obiektywu (identycznie jak przy soczewkach), większa skala odwzorowania oraz możliwość zastosowania jednego konwertera do kilku obiektywów. Wadą jest zdecydowanie wyższa cena niż cena soczewek. 3. Adaptery odwrotnego mocowania obiektywów Kolejną z metod większej skali odwzorowania jest zastosowanie adapterów odwrotnego mocowania obiektywów, zwanych też czasami pierścieniami odwrotnego - 20 -
mocowania obiektywów (choć to drugie określenie oznacza również inne urządzenie, które opisane zostało w następnym punkcie). Za pomocą takiego adaptera obiektyw do aparatu zostaje zamocowany "tyłem do przodu", czyli obiektyw skierowany jest do korpusu stroną, do której mocuje się filtry. Zasadę mocowania przedstawia poniższy schemat. Takie zamocowanie obiektywu działa jak "odwrócenie" własności optycznych, gdyż środek optyczny obiektywu znajduje się bliżej bagnetu, a więc takie zamocowanie powoduje odsunięcie tego środka od płaszczyzny rejestrującej obraz. Dodatkowo taki pierścień posiada jakąś grubość, więc odsunięcie środka optycznego następuje jeszcze o kilka milimetrów więcej (o grubość pierścienia). Poniższe zdjęcie przedstawia adapter odwrotnego mocowania obiektywu typu BR-2A firmy Nikon. W praktyce tego typu mocowanie sprawdza się przy obiektywach szerokokątnych, standardowych i krótkich teleobiektywach. Jest to spowodowane tym, że w konstrukcji teleobiektywów ze względu na zmniejszenie ich wymiarów środek optyczny przesunięty - 21 -
jest w kierunku przedniej soczewki przez co nie jest możliwe uzyskanie jakiejkolwiek ostrości. Dokonywane próby z zamocowanym obiektywem o ogniskowej 28-200mm wykazały, że przy nastawieniu ogniskowej na zakres powyżej 110 mm nie jest możliwe uzyskanie jakiejkolwiek ostrości. Poniższe zdjęcia ilustrują zamocowanie obiektywu za pomocą adaptera oraz zdjęcie wykonane za pomocą takiego zestawu przy ogniskowej około 30 mm Zaletą tego systemu jest niewysoka cena adaptera, duża skala odwzorowania przy zastosowaniu obiektywów szerokokątnych, stosunkowo duża odległość ostrzenia, wynosząca co najmniej tyle ile wynosi odległość od płaszczyzny bagnetu do płaszczyzny rejestrującej obraz, możliwe jest stosowanie obiektywów z systemów zupełnie nie - 22 -
pasujących do systemu, który posiadamy. Wadami zaś są: konieczność stosowania różnych adapterów lub adaptera z pierścieniami redukcyjnymi, co podnosi cenę w przypadku chęci korzystania z więcej niż jednego obiektywu, całkowity brak komunikacji obiektywu z korpusem aparatu przez co obiektywy najnowszych konstrukcji nie mające możliwości ręcznej zmiany przysłony fotografują wyłącznie na maksymalnym otworze względnym, nie ma możliwości ostrzenia na nieskończoność. 4. Pierścienie odwrotnego mocowania obiektywów Zasada działania pierścieni odwrotnego mocowania obiektywów mają zasadę działania podobną do soczewek makro czy też konwerterów makro z tą różnicą, że w roli soczewki występuje inny obiektyw. Obiektywy zostają połączone są pomocą specjalnego pierścienia z obustronnym gwintem zewnętrznym wkręcanym w miejsce filtrów. Najlepsze połączenia dają dwa obiektywy stałoogniskowe lub połączenie obiektywu stałoogniskowego z zoomem. Łącząc obiektyw 50 mm z obiektywem 85 mm w roli soczewki uzyska się dobry rezultat, natomiast połączenie obiektywu 50 mm z obiektywem 35 mm da w efekcie obraz mocno winietowany lub wręcz kolisty. Skalę odwzorowania wylicza się podobnie jak w przypadku soczewek. Ponieważ moc soczewki jest odwrotnością wartości ogniskowej znając ogniskową obiektywu pełniącego funkcję soczewki możemy wyliczyć jej moc. W przypadku obiektywu 50 mm będzie to +20D. W przypadku zastosowania obiektywów o znacznej masie (starsze konstrukcje, obiektywy wyższej klasy z dużymi soczewkami szklanymi) istnieje ryzyko mechanicznego uszkodzenia obiektywu poprzez jego zwichrowanie czy też uszkodzenie mechanizmu układu autofocusa, zwłaszcza w przypadku obiektywów z ruchomym pierścieniem mocującym frontalną soczewkę. - 23 -
Poniższe zdjęcia ilustrują sposób mocowania obiektywów za pomocą pierścieni odwrotnego mocowania. Zaletami tego systemu są: dobra jakość optyczna odwzorowywanego obrazu, duża skala odwzorowania, bardzo niska cena - adapter jest tańszy od średniej klasy soczewek, działają wszystkie funkcje obiektywu podłączonego do korpusu aparatu. Wadami zaś są: znaczny spadek światła, dany adapter pasuje do określonej pary obiektywów, układ w ten sposób zmontowany nie ostrzy na nieskończoność, istnieje możliwość uszkodzenia obiektywu. - 24 -
5. Telekonwertery Telekonwerter jest dodatkowym zespołem soczewek umieszczanym pomiędzy obiektywem a korpusem aparatu fotograficznego. Wydłuża on ogniskową aparatu o podany współczynnik - 1,4x lub 2x - nie zmieniając minimalnej odległości ostrzenia. Dzieje się to jednak kosztem utraty światła o tyle działek ile wskazuje współczynnik. Dzięki wbudowanym stykom telekonwerter zapewnia całkowitą komunikację pomiędzy korpusem aparatu a obiektywem. Nie jest jednak do końca prawdą, że zastosowanie telekonwertera wydłuża ogniskową o podany współczynnik. Zakładając, że obiektyw zapewnia wyciąg równy ogniskowej, czyli dla obiektywu 50 mm i tyleż równym wyciągu skala odwzorowania S = d/f = 1 zaś odległość obrazowa x = f + d = 2f. Ponieważ skala odwzorowania jest równa stosunkowi odległości obrazowej x do przedmiotowej y, można zauważyć, że w tym wypadku odległość przedmiotowa (czyli minimalna odległość ostrzenia przykładowego obiektywu) musi być równa odległości obrazowej czyli 2f. Podstawiając te wartości do równania soczewki uzyskalibyśmy następującą postać równania 1/x + 1/2f = 1/2f Równanie powyższe mogłoby być spełnione tylko dla x dążącego do nieskończoności ale wówczas skala odwzorowania S = x/y wychodzi również nieskończona. W rzeczywistości telekonwerter powiększa obraz w stosunku równym krotności, czyli podanemu współczynnikowi bez zmiany odległości ostrzenia. Dla dużych odległości ostrzenia daje to taki sam efekt jak zwielokrotnienie ogniskowej a to z kolei powoduje uzyskanie skali odwzorowania powiększonej o współczynnik konwertera. Zaletami tego systemu jest zapewnienie całkowitej komunikacji obiektywu z - 25 -
korpusem. Do wad zaliczyć trzeba spadek światła oraz pogorszenie jakości obrazu. 6. Pierścienie pośrednie Pierścienie pośrednie z technicznego punktu widzenia są niczym innym jak dodatkowym zwiększeniem wyciągu obiektywu. Oddalają one obiektyw od płaszczyzny rejestrującej obraz zmniejszając przy tym minimalną odległość ostrzenia. Wielkość wyciągu, która zapewni nam założoną skalę odwzorowania wyliczymy ze wzoru S = d/f a więc po przekształceniu d = Sf. Zatem chcąc uzyskać skalę odwzorowania równą 1:1 musimy zapewnić wyciąg obiektywu równy ogniskowej. Pierścienie z reguły występują w kompletach po 3 sztuki o różnej wyciągu od 10mm do 32-35mm. Można je łączyć w dowolnych kombinacjach uzyskując dzięki temu różne wyciągi obiektywu od długości najkrótszego pierścienia do sumy wyciągów wszystkich użytych pierścieni. - 26 -
Zastosowanie pierścieni pośrednich wpływa jednak na jasność całego układu. Katalogowo jasność określana jest jako stosunek efektywnej średnicy soczewki obiektywu do ogniskowej. Jasność określona w ten sposób jest jednak prawidłowa tylko, gdy skale odwzorowania są niewielkie. W rzeczywistości jasność obiektywu to stosunek średnicy soczewki obiektywu do odległości soczewki od płaszczyzny rejestrującej obraz. Tak więc dla obiektywu wyostrzonego na nieskończoność jasność rzeczywista jest dokładnie równa katalogowej. Im większy jest wyciąg obiektywu tym rozbieżność pomiędzy danymi katalogowymi a rzeczywistymi jest większa. Oznaczając symbolem J jasność katalogową obiektywu a jasność rzeczywistą jako J r to dla obiektywu o średnicy soczewki a obowiązująca będzie zależność: J/J r = (a/f) / [a/(f+d)] J r = J [a/(f+d)] / (a/f) J r = J f / (f+d) Ponieważ liczba przysłony jest odwrotnością przysłony obiektywu przekształcając powyższy wzór otrzymamy F r = F (f+d) / f Podstawiając do powyższego wzoru f = d co w efekcie daje skalę odwzorowania wynoszącą 1:1 zauważamy, że spadek światła jest dwukrotny. W przypadku odwzorowania w skali 3:1 podstawiając dane do wzoru na rzeczywistą przysłonę otrzymamy spadek światła aż czterokrotny. Zaletą systemu pierścieni pośrednich jest bardzo wysoka jakość odwzorowania obrazu, gdyż nie wprowadzają żadnych zmian w optyce układu. Przenoszą również wszystkie parametry elektryczne zapewniając całkowitą komunikację obiektywu z korpusem aparatu. W przypadku pierścieni do standardu Nikona droższe modele przenoszą również napęd autofocusa dzięki czemu wszystkie funkcje obiektywu działają w pełni automatycznie. Do wad zaliczyć należy znaczny spadek światła zależny od skali odwzorowania. Również zakres odległości ostrzenia ulega diametralnemu zmniejszeniu. Każda zmiana skali odwzorowania wymaga demontażu i montażu obiektywu. Niebagatelną sprawą tego rozwiązania niestety jest również cena, która w porównaniu do innych sposobów zwiększenia skali odwzorowania jest wyższa. - 27 -
7. Mieszki pośrednie Mieszki pośrednie do makrofotografii to nic innego jak pierścienie o regulowanym wyciągu. Z tego względu wszystkie uwagi i obliczenia dotyczące odległości ostrzenia oraz spadku światła w tym rozdziale zostaną pominięte. Konstrukcja mieszka jednak z powodu swojej specyfiki (konieczność przenoszenia niejednokrotnie sporych obciążeń) sprawia, że minimalny wyciąg wynosi około 30-35 mm. Z kolei możliwe do uzyskania wyciągi maksymalne są znacznie większe niż w przypadku pojedynczego kompletu pierścieni i wynoszą w zależności od konstrukcji od 150 mm nawet do 290 mm. Powyższe zdjęcia przedstawiają mieszek i obiektywy z mocowaniem M42 oraz - 28 -
adapterem zapewniającym podłączenie osprzętu M42 do korpusu Canona. Zaletą tego systemu odwzorowania jest jak w przypadku pierścieni pośrednich uzyskiwana wysoka jakość obrazu. Nie ma konieczności montażu i demontażu każdorazowo obiektywu przy zmianie skali odwzorowania. Cena mieszków bez komunikacji między obiektywem a korpusem aparatu jest porównywalna bądź niższa od ceny pierścieni pośrednich. Do wad natomiast zaliczyć należy wysoką cenę oraz niewielką dostępność dostępność mieszków przenoszących wszystkie funkcje i zapewniających pełną komunikację pomiędzy obiektywem a korpusem. Tak samo jak w przypadku pierścieni pośrednich w układzie następuje duży spadek jasności rzeczywistej obiektywu. 8. Obiektywy makro Ostatnim ze sposobów na odwzorowanie w dużej skali jest zastosowanie obiektywów specjalnej konstrukcji. Są to obiektywy makro oraz obiektywy z funkcją makro. Obiektywy makro są obiektywami stałoogniskowymi, mają specjalną konstrukcję, dzięki której najlepsze własności optyczne wykazują przy minimalnych odległościach ostrzenia i ich skala odwzorowania wynosi zwykle 1:1 lub 1:2. Te drugie najczęściej wyposażane są również w soczewkę o tak dobranej konstrukcji, że (w przeciwieństwie do popularnych i ogólnie dostępnych soczewek) nie wpływa ona lub wpływa w bardzo minimalnym i najczęściej niezauważalnym stopniu na spadek jakości optycznej obiektywu. - 29 -
Taka soczewka dedykowana jest do konkretnego obiektywu i umożliwia odwzorowanie w skali 1:1. Ich konstrukcja optyczna umożliwia uzyskanie powierzchni ostrzenia będącej idealną płaszczyzną. W typowym obiektywie powierzchnia ostrzenia z reguły jest wycinkiem sfery. Konstrukcja taka sprzyja idealnemu odwzorowaniu fotografowanej płaszczyzny na płaszczyźnie rejestrującej obraz (matrycy czy też materiale tradycyjnym). Używa się ich do reprodukowania zdjęć, kart czy też stron książek. Oczywiście obiektyw taki można wykorzystać do każdego innego rodzaju fotografii ze względu na bardzo dobre własności optyczne. Drugą grupę stanowią, zmiennoogniskowe z reguły, obiektywy z funkcją makro. Są to z reguły obiektywy przeznaczone dla amatorów o stosunkowo słabej optycznie konstrukcji, a więc przez to tańsze. Nie zapewniają one dużych skal odwzorowania, ich możliwości kończą się na odwzorowaniach 1:4 czy też 1:5, sporadycznie (te droższe) zapewniają odwzorowanie w skali 1:2. W świetle definicji makrofotografii nie powinno się ich nazywać obiektywami makro, gdyż skala odwzorowania nie mieści się przedziale definicyjnym, ale oglądając takie zdjęcia na ekranie czy też wykonane odbitki często nie zdajemy sobie sprawy jaka rzeczywiści była skala odwzorowania danego przedmiotu. Zaletami obiektywów makro jest to, że nie wymagają żadnego dodatkowego wyposażenia, a jeśli już z takim wyposażeniem się je wykorzysta to efekt na pewno będzie pod każdym względem doskonały. Praktycznie jedyną wadą tego typu obiektywów są ich wysokie ceny. - 30 -