Kurs Makrofotografii

1. PODSTAWY FIZYCZNE MAKROFOTOGRAFII

Obiektyw możemy w przybliżeniu potraktować jako soczewkę o określonej ogniskowej f. Jeżeli na filmie chcemy uzyskać ostry obraz obiektu położonego w odległości y od tej soczewki, to musi być spełnione równanie:
1/x + 1/y = 1/f
gdzie x jest odległością soczewki od filmu. Z kolei skala odwzorowania (czyli stosunek rozmiaru obrazu na filmie do rozmiaru rzeczywistego obiektu) będzie wynosić S=x/y. Jak łatwo zauważyć, w przypadku wyostrzenia na nieskończoność, odległość soczewki od filmu będzie równa ogniskowej. W przypadku ostrzenia na przedmiot bliższy musimy tę odległość zwiększyć o pewien dodatkowy wyciąg d. Zatem x=f+d i nasze równanie przyjmuje postać:
1/(f+d) + 1/y = 1/f
Po wymnożeniu obu stron przez f+d otrzymujemy:
1+ (f+d)/y = (f+d)/f
Z kolei (f+d)/y to nic innego jak x/y czyli nasza skala odwzorowania S.
Zatem:
1+S = (f+d)/f, czyli:
S = (f+d)/f-1 i po dalszych przekształceniach:
S=d/f
Zatem chcąc uzyskać odpowiednią skalę odwzorowania, musimy odsunąć soczewkę od położenia odpowiadającego wyostrzeniu na nieskończoność o stosowną odległość d. Obiektyw „sam z siebie” umożliwia odsuniecie na pewną odległość podczas ostrzenia na odległości mniejsze niż nieskończoność. Możemy ten wyciąg wyznaczyć z równania:
1/(f+d) + 1/y = 1/f
Przekształcając je uzyskujemy:
1/(f+d) = 1/f - 1/y
f+d = 1/(1/f - 1/y)
d = 1/(1/f - 1/y) - f
Jeśli np. obiektyw o ogniskowej 50mm ma minimalną odległość ostrzenia 35cm (czyli 350mm), to mamy:
d = 1/(1/50mm - 1/350mm) - 50mm = 8.333mm
Wyciąg taki zapewni nam skale odwzorowania:
S = d/f = 8.333mm/50mm = 0.167
Jak widać, jest to dość umiarkowana skala odwzorowania i do makro temu jeszcze daleko. Zastanówmy się teraz, jak ją zwiększyć
Ponieważ S=d/f, możemy S zwiększyć na dwa sposoby - albo zwiększając d, albo zmniejszając f. Zwiększenie d uzyskujemy wstawiając miedzy obiektyw a aparat dodatkowe pierścienie lub mieszek, zaś zmniejszenie f uzyskujemy dokręcając do obiektywu dodatkowe soczewki nasadkowe.

2. PIERŚCIENIE POŚREDNIE I MIESZKI

Skoncentrujmy się najpierw na zwiększaniu skali odwzorowania przez dodatkowy wyciąg. Wartość wyciągu, który zapewni nam odpowiednią skalę odwzorowania możemy wyznaczyć w następujący sposób:
S = d/f, zatem:
d=Sf
Jak łatwo zauważyć, aby uzyskać skale odwzorowania 1:1 musimy uzyskać wyciąg d równy ogniskowej obiektywu. Oczywiście wyciąg ten jest sumą wyciągu zapewnianego przez sam obiektyw i grubości dodatkowych pierścieni wstawionych miedzy aparat i obiektyw (lub oczywiście mieszka - z punktu widzenia naszych rozważań mieszek, to po prostu pierścień o regulowanej długości). W literaturze fotograficznej na ogół nie uwzględnia się wyciągu zapewnianego przez sam obiektyw, milcząco zakładając, że jego pierścień ustawiania ostrości będzie cały czas nastawiony na nieskończoność. W praktyce, jeśli wyliczyliśmy długość wyciągu zapewnionego przez sam obiektyw, możemy o tą wartość zmniejszyć wymaganą grubość pierścieni.
Wiemy już zatem, jak wyliczyć wymaganą grubość pierścieni. Pozostaje problem, jak to wpłynie na jasność obiektywu. Otóż jasność jest określana katalogowo jako stosunek średnicy soczewki obiektywu do ogniskowej. Jasność określoną w ten sposób sprawdza się, dopóki skale odwzorowania są niewielkie. W rzeczywistości jasność obiektywu, jest to stosunek średnicy soczewki obiektywu do odległości miedzy soczewką a filmem. Zwróćmy uwagę, że dla obiektywu wyostrzonego na nieskończoność jasność rzeczywista jest dokładnie równa jasności katalogowej, im większy jest dodatkowy wyciąg tym większa jest rozbieżność. Jeśli określimy jasność katalogową jako J, zaś jasność rzeczywistą jako Jr, to dla obiektywu o średnicy soczewki a będzie obowiązywała zależność:
J/Jr = (a/f)/(a/(f+d)), czyli:
Jr=J(a/(f+d))/(a/f)
Jr=Jf/(f+d)
Ponieważ liczba przysłony F jest odwrotnością jasności, mamy:
Fr=F(f+d)/f
Jak widać straty jasności są przy tej metodzie znaczne - dla skali odwzorowania 1:1 d=f i liczba przysłony wzrasta dwukrotnie.

3. SOCZEWKI NASADKOWE

Pierścienie i mieszki pozwalają zwiększyć skalę poprzez zwiększenie wyciągu. Można też zwiększyć skalę odwzorowania poprzez zmniejszenie ogniskowej. Realizujemy to poprzez dokręcenie z przodu obiektywu odpowiednich soczewek nasadkowych. Na ogół dla soczewek takich, producenci nie podają ich ogniskowej, zamiast niej podają tzw. zdolność skupiającą (często też potocznie zwana mocą optyczną soczewki) wyrażona w dioptriach. Ta zdolność skupiająca, to po prostu odwrotność ogniskowej soczewki wyrażonej w metrach, zatem soczewka o zdolności skupiającej +1dioptria ma ogniskową 1m, zaś +4dioptrie - ogniskowa 25cm. Analogiczną zdolność skupiającą możemy wyznaczyć dla obiektywu, np. obiektyw o ogniskowej 50mm ma zdolność skupiającą +20dioptrii. Soczewki rozpraszające maja ujemna zdolność skupiającą, nie są stosowane w makrofotografii, zatem dalej się nimi zajmować nie będziemy Jeżeli przykręcimy do obiektywu o ogniskowej f1 soczewkę nasadkowa o ogniskowej f2 to ogniskowa f takiego zestawu możemy wyliczyć ze wzoru:
f=(f1*f2)/(f1+f2) gdzie * to znak mnożenia
Jeśli przeliczymy ogniskowe f1 i f2 na zdolności skupiające D1 i D2, wzór będzie jeszcze prostszy:
D=D1+D2
Jeśli będziemy chcieli ogniskową otrzymaną z powyższego wzoru podstawić do wzoru na skalę odwzorowania, musimy zdać sobie sprawę, że we wzorze tym pod pojęciem wyciągu rozumiemy różnice miedzy rzeczywistym oddaleniem obiektywu od płaszczyzny filmu a ogniskową. W związku z tym, jeśli dla obiektywu o ogniskowej f1 i wyciągu d skala odwzorowania S1 wyrażała się wzorem:
S1 = d/f1
to po dołożeniu soczewki nasadkowej o ogniskowej f2 zamiast f1 będziemy podstawiać: (f1*f2)/(f1+f2), zaś zamiast d: d+f1-(f1*f2)/(f1+f2).
Zatem nasza skala odwzorowania wyniesie:
S=((f1*f2)/(f1+f2)+d+f1-(f1*f2)/(f1+f2))/((f1*f2)/(f1+f2))-1
S=(d+f1-(f1*f2)/(f1+f2))/(f1*f2)/(f1+f2)
Po przekształceniach otrzymujemy:
S=(f1+d)/((f1*f2)/(f1+f2))-1 , lub w innej postaci:
S=(f1+d)(f1+f2)/(f1*f2)-1
Wzory te są słuszne przy założeniu, że grubość zespołu soczewek obiektywu i odległość pomiędzy obiektywem a dokręconą soczewką nasadkową są pomijalnie małe w porównaniu z ogniskową. W praktyce niezbyt często jest to spełnione i skala odwzorowania wyznaczona z powyższych wzorów rożni się nieco od rzeczywistej. W praktyce często wykorzystujemy fakt, że przy nastawieniu ostrości na nieskończoność odległość przedmiotowa (czyli obiektu od środka optycznego obiektywu) w cm możemy wyznaczyć dzieląc 100 przez zdolność skupiającą soczewki nasadkowej. Przy takim nastawieniu odległość obrazowa (czyli pomiędzy środkiem optycznym obiektywu a filmem) jest równa ogniskowej, zaś skalę odwzorowania wyliczymy jako stosunek odległości obrazowej do przedmiotowej. Dla przykładu, dla obiektywu o ogniskowej 200mm z soczewką nasadkową +2 dioptrie mamy:
Odległość przedmiotowa y=100cm/2=50cm
Odległość obrazowa x=20cm
Skala odwzorowania S=x/y=0.4
Jeśli soczewka nasadkowa ma nie mniejszą średnicę niż przednia soczewka obiektywu, to praktycznie nie wpływa na jasność obrazu. Jak pamiętamy jasność to stosunek średnicy soczewki obiektywu do odległości miedzy soczewką obiektywu a filmem, a dokręcenie soczewki nasadkowej nie wpływa na żaden z tych parametrów. Gdyby rozważać temat dokładniej, należało by zamiast odległości miedzy soczewką obiektywu a filmem mówić o odległości miedzy środkiem optycznym obiektywu a filmem, a na ten parametr dokręcenie soczewki ma pewien wpływ. Ponadto dołożenie dodatkowego elementu optycznego powoduje zawsze straty światła wskutek odbić od powierzchni szkła oraz tłumienia światła w szkle. Wpływ tych wszystkich rozbieżności są jednak znacznie mniejszy niż tolerancje materiałów fotograficznych na błędną ekspozycję, zatem w praktyce przyjmuje się, że dokręcenie soczewki nasadkowej nie wpływa na jasność obiektywu.

4. PIERŚCIENIE ODWROTNEGO MOCOWANIA

Kolejna metoda uzyskania większej skali odwzorowania jest zastosowanie tzw. pierścienia odwrotnego mocowania obiektywu. Za jego pomocą montuje się obiektyw „tyłem do przodu”, czyli gwintem do filtra w stronę aparatu. Wykorzystuje się przy tym fakt, że środek optyczny obiektywu leży dla typowych obiektywów o ogniskowej ok. 50mm bliżej bagnetu niż gwintu do filtra, w związku z czym odwrócenie obiektywu powoduje pewne odsuniecie tego środka od płaszczyzny filmu. Dodatkowo sam pierścień odwrotnego mocowania ma też pewną grubość i działa jak mały pierścień pośredni. Określenie skali odwzorowania w takim przypadku wymaga znajomości wymiarów obiektywu - znając je i odległość miedzy płaszczyzną bagnetu a filmem można wyznaczyć położenie środka optycznego wewnątrz obiektywu, a następnie wyliczyć, o ile odsunie się on od płaszczyzny filmu po odwrotnym zamocowaniu obiektywu. W tym miejscu uwaga - metoda ta sprawdza się dobrze dla obiektywów o stosunkowo krótkich ogniskowych. Obiektywy długoogniskowe są często w celu zmniejszenia wymiarów konstruowane tak, że środek optyczny jest w pobliżu przedniej soczewki, a nawet czasami przed nią W takim przypadku odwrotne zamocowanie nie zwiększy skali odwzorowania - może ją zmniejszyć, a w pewnych przypadkach nawet uniemożliwić uzyskanie ostrego obrazu.

5. TELEKONWERTERY

Jeszcze jedna metoda jest zastosowanie telekonwertera. Zazwyczaj mówi się, że telekonwerter 2x wydłuża 2x ogniskową, kosztem zmniejszenia jasności o dwie działki przysłony przy niezmienionej minimalnej odległości ostrzenia. Można wykazać, że z tym podwojeniem ogniskowej to nie jest do końca prawda. Załóżmy, że nasz obiektyw zapewnia wyciąg równy ogniskowej. Wówczas przy maksymalnym wyciągu mamy skalę odwzorowania S=d/f=1 i odległość obrazową x=f+d=2f. Ponieważ skala odwzorowania jest równa stosunkowi odległości obrazowej x do przedmiotowej y, łatwo zauważyć, że w takim przypadku odległość przedmiotowa (czyli minimalna odległość ostrzenia naszego obiektywu) musi być równa odległości obrazowej, czyli y=2f. Gdyby telekonwerter podwajał ogniskową bez zmiany odległości ostrzenia, po założeniu konwertera do podstawowego równania soczewki 1/x + 1/y = 1/f musielibyśmy podstawić wartości y=2f (bo się nie zmieniło) i zamiast f podstawić 2f (bo ogniskowa się podwoiła) Równanie nasze przyjęło by postać: 1/x + 1/2f = 1/2f.
Jak łatwo zauważyć, może ono być spełnione tylko dla nieskończonej wartości x i wówczas skala odwzorowania S=x/y wychodzi też nieskończona. Jak zatem widać, założenie podwajania ogniskowej prowadzi do niedorzecznych rezultatów. W rzeczywistości telekonwerter powiększa obraz w stosunku równym krotności telekonwertera (czyli rozważany przez nas powiększy 2x) bez zmiany odległości ostrzenia. Dla dużych odległości ostrzenia daje to taki sam efekt, jak zwielokrotnienie ogniskowej. Zatem zastosowanie telekonwertera umożliwia uzyskanie skali odwzorowania tyle razy większej, ile wynosi krotność telekonwertera.

6. OBIEKTYWY MAKRO I OBIEKTYWY ZMIENNOOGNISKOWE Z FUNKCJĄ MAKRO

Niektóre obiektywy umożliwiają uzyskanie dużych skal odwzorowania bez żadnych dodatkowych środków. Można tu wyróżnić dwie grupy - obiektywy makro i obiektywy zmiennoogniskowe z funkcją makro. Obiektywy makro są optymalizowane pod katem uzyskania najlepszych właściwości optycznych przy minimalnych odległościach ostrzenia. Zazwyczaj umożliwiają uzyskanie skali odwzorowania od 1:2 lub 1:1. Przy tych, dających 1:2 często dołączona jest dedykowana soczewka nasadkowa umożliwiająca uzyskanie skali 1:1. Soczewka taka jest zoptymalizowana dla danego obiektywu i jedynie w niewielkim stopniu psuje jego korekcje optyczną. Obiektywy makro są często używane do reprodukcji i zazwyczaj są projektowane tak, że powierzchnia ostrzenia (czyli powierzchnia, na której leżą punkty tworzące ostry obraz na filmie) jest płaska (dla zwykłych obiektywów powierzchnia ta jest zazwyczaj wycinkiem sfery). Konstrukcja taka umożliwia uzyskanie ostrego obrazu całej reprodukowanej płaszczyzny przy pełnej jasności obiektywu. Obiektywy makro umożliwiają na ogół ustawienie ostrości w pełnym zakresie aż do nieskończoności (raz tylko zdarzyło mi się widzieć nietypowy obiektyw, którego maksymalna odległość ostrzenia wynosiła kilkadziesiąt cm - był to raczej osobliwy wyjątek potwierdzający regułę). Można je również wykorzystywać jako bardzo dobre obiektywy do innych celów, niż makrofotografia - ich parametry optyczne również przy nieskończoności są zazwyczaj bardzo dobre. Obiektywy zmiennoogniskowe z funkcja makro są zazwyczaj tanimi obiektywami amatorskimi, nie zapewniającymi zbyt dużych skal odwzorowania - najczęściej 1:4 lub 1:5, czasami ok. 1:2.5. Ich parametry optyczne z reguły bardzo ustępują obiektywom makro, tym niemniej jeśli uzyskiwana skala odwzorowania jest wystarczająca, a planowany format odbitki umiarkowany, mogą stanowić niezłe rozwiązanie.

7. PRAKTYCZNE PORÓWNANIE SOCZEWEK I PIERŚCIENI

Jeśli mamy obiektyw z funkcja makro i osiągana skala odwzorowania nas zadowala, może się okazać, że możemy rozpocząć przygodę z makro bez jakichkolwiek inwestycji. W przeciwnym wypadku musimy zastanowić się nad wyborem sprzętu. Najtańszą metodą jest zwykle zakup soczewek nasadkowych. Ceny takich soczewek zaczynają się już od kilkunastu złotych. Oczywiście za takie pieniądze kupimy jedynie najtańsze soczewki z byłego ZSRR, ale i takie już często mogą wystarczyć. Cena soczewek rośnie niestety wraz ze średnicą gwintu. Również klasa soczewek ma swoją cenę - przy planowaniu zakupu achromatycznych soczewek takich firm, jak Nikon czy Canon należny liczyć się z kosztami rzędu 100zł/szt.
Wadą soczewek nasadkowych jest to, że niestety soczewka stanowi dodatkowy element optyczny psujący korekcje obiektywu. Często spotyka się rady, że tylko achromatyczne, lub tylko z obiektywem stałoogniskowym, gdyż z zoomem jakość będzie fatalna. Z moich doświadczeń wynika, że nie zawsze jest tak źle. Soczewki nasadkowe powodują pogorszenie ostrości rysowania szczególnie przy małej liczbie przysłony i głównie przy brzegach obrazu. To, na ile to nam przeszkadza zleży od planowanego formatu odbitek, oraz tego, co i jak fotografujemy. Jeśli chcemy wykonać reprodukcje, zazwyczaj ważna jest dla nas ostrość na całej powierzchni kadru i wtedy soczewki nasadkowe mogą się nie sprawdzić. W tym momencie muszę zaznaczyć, że nie mam osobistych doświadczeń w wykonywaniu reprodukcji makro. W przypadku makrofotografii obiektów przestrzennych (kwiaty, owady itp.) zazwyczaj krytyczna jest jedynie ostrość w pobliżu środka kadru - głębia ostrości przy makrofotografii jest zazwyczaj bardzo mała - często zaledwie ułamek mm - i zazwyczaj nie ma możliwości, aby cały fotografowany obiekt się w niej zmieścił. W takich przypadkach zazwyczaj obraz komponujemy tak, że to, co ma być ostre wypada w pobliżu środka kadru. Ponadto ze względu na głębię ostrości zazwyczaj stosujemy wtedy duże liczby przysłony - ja np. praktycznie nie robię makro przy liczbie przysłony mniejszej, niż 11 (a najczęściej jest to 16 lub 22). Przy takim przymknięciu obiektywu wpływ dodatkowej soczewki na ostrość jest znacznie mniejszy. Osobiście najczęściej stosuje soczewki nasadkowe +2 i +3 dioptrie z zoomem 80-200 i do formatu 15x21cm, uważam efekt za zupełnie przyzwoity. Mam tez +6 dioptrii, ale tu już są pewne ograniczenia - przy ogniskowych gdzieś tak do 130mm efekt jest przyzwoity, przy dalszym wydłużaniu ogniskowej następuje gwałtowny spadek ostrości rysowania. Zakładałem też na obiektyw 2 szt. soczewek po 2 dioptrie i odbitki (wprawdzie w formacie 10x13cm, większych z negatywów uzyskanych w ten sposób nie próbowałem robić) wychodziły bez zarzutu. Stosowane przeze mnie soczewki to tanie rosyjskie i takich niezbyt renomowanych firm jak Hama oraz Hanimex. Z takim zestawem uzyskuje skale odwzorowania do ok. 1.5:1.
Chciałbym w tym miejscu podsunąć jeszcze jeden pomysł - otóż doskonałą soczewkę nasadkową może stanowić drugi obiektyw. Drogie achromatyczne soczewki Nikona, czy Canona zawierają tylko 2 elementy optyczne, a przeciętny standardowy obiektyw stałoogniskowy zawiera ich od 4 do 8, należy wiec oczekiwać, że będzie dużo lepiej skorygowany optycznie. Aby zastosować taką konfigurację należy zaopatrzyć się w pierścień możliwie krótki (ze względu na winietowanie) posiadający na obu końcach gwinty zewnętrzne odpowiadające gwintom pod filtr posiadanych obiektywów. Obiektywy montujemy przodami do siebie, gdyż typowy obiektyw ma korekcje optymalizowaną dla sytuacji, gdy odległość przedmiotowa jest znacznie większa od obrazowej. Ponieważ przy makrofotografii odległość przedmiotowa jest niewielka, odwrotne zamocowanie dodatkowego obiektywu zapewni lepsze wykorzystanie jego możliwości optycznych. Ze względu na winietowanie wskazane jest, aby dodatkowy obiektyw miał możliwie dużą jasność. Ostrość dodatkowego obiektywu ustawiamy na nieskończoność, przysłonę otwieramy maksymalnie - regulacje przysłony należy w takiej konfiguracji wykonywać na tym obiektywie, który jest bezpośrednio połączony z aparatem. Niestety zdobycie pierścienia do łączenia obiektywów nie jest łatwe - ja po długich poszukiwaniach zdecydowałem się w końcu na robiony na zamówienie. Koszt nie był duży (20zł), a mogę teraz do swojego 80-200 dołączyć stałoogniskowy 50 f2.8. Zdjęć robionych takim zestawem jeszcze nie mam (pierścień mam dopiero od kilku dni), ale jak sprawdzałem w wizjerze aparatu skala odwzorowania jest ogromna - gdzieś tak z 8:1. Przy ogniskowych krótszych niż ok. 100mm obserwuje już w wizjerze winietowanie, tym silniejsze, im ogniskowa krótsza. Jak się taki zestaw sprawdzi w praktyce - jeszcze nie wiem, ale oczekuje zachęcających rezultatów.
W przypadku stosowania soczewek nasadkowych z zoomem możemy w bardzo wygodny sposób regulować skale odwzorowania poprzez zmianę ogniskowej. Zmiana ogniskowej oraz regulacja ostrości pierścieniem na obiektywie ma natomiast jedynie niewielki wpływ na odległość ostrzenia - decyduje o niej głównie zdolność skupiająca soczewki nasadkowej. Powoduje to, że często warto mieć pełen zestaw soczewek o różnych zdolnościach skupiających, mimo, że ten sam zakres skal odwzorowania można uzyskać przy mniejszym zestawie soczewek regulując odpowiednio ogniskową. Ja np. początkowo nie kupowałem soczewki +1 bo uważałem, że ten sam zakres skal odwzorowania jestem w stanie uzyskać z soczewka +2 skracając odpowiednio ogniskową. Gdy zacząłem fotografować motyle, okazało się, że soczewka +1 jednak by się przydała - przy tej samej skali mógłbym fotografować z większej odległości.
Zaletą rozwiązania z soczewkami jest brak wpływu soczewek na jasność obiektywu - jest to szczególnie ważne, gdy nie możemy posłużyć się pomiarem TTL. Wprawdzie chyba wszystkie współczesne aparaty taki pomiar mają, ale z lampą błyskową to już tylko niektóre. Ponadto lepsza jasność, to jaśniejszy obraz w wizjerze ułatwiający precyzyjne skomponowanie kadru i ustawienie ostrości. Inną zaletą soczewek są rozmiary, ciężar oraz wymiana bez odłączania obiektywu od aparatu - to ostatnie szczególnie ważne w niesprzyjających warunkach atmosferycznych. Kolejną zaletą jest brak jakichkolwiek ograniczeń w przenoszeniu informacji i sygnałów sterujących pomiędzy aparatem i obiektywem. Jeśli chodzi o dobór ogniskowej obiektywu do współpracy z soczewkami, to im dłuższa ogniskowa tym większa skala odwzorowania. Z kolei im większa zdolność skupiająca soczewki - tym większego należny oczekiwać jej wpływu na korekcję optyczną zestawu obiektyw-soczewka.
Alternatywą dla soczewek są pierścienie pośrednie. W przypadku aparatów z gwintem M42 mogą one nawet być tańsze - zestaw 3 pierścieni do Zenita można kupić już za 20-30zł. Do aparatów z mocowaniem bagnetowym pierścienie są droższe - zestaw z bagnetem 'K' to ok. 150-250zł, przypuszczam, że do innych bagnetowych cena jest podobna. Pierścienie nie zawierają dodatkowych elementów optycznych, zatem nie wpływają na korekcje optyczna obiektywu. Pogarszają z kolei jasność obiektywu. Ponadto pierścienie ograniczają możliwości współpracy aparatu z obiektywem - najczęściej nie działa z nimi AF (nawet pierścienie z oznaczeniem AF często maja tylko styki do przekazywania sygnałów elektrycznych oraz standard bagnetu taki, jak obiektywy AF, zaś często brakuje im mechanizmu sprzęgnięcia silnika AF w aparacie z mechanizmem AF w obiektywie). Inna sprawa, że AF przy makro i tak niezbyt często się sprawdza. Często też można spotkać pierścienie bez jakichkolwiek styków do przekazywania informacji miedzy obiektywem i aparatem. Jeśli chodzi o zakres uzyskiwanych skal odwzorowania, to można ja łatwo wyliczyć ze wzoru:
S=d/f
Gdzie d to grubość zestawu pierścieni (lub mieszka), zaś f to ogniskowa obiektywu.
Chciałbym w tym miejscu przestrzec przed stosowaniem z pierścieniami obiektywów o zbyt krótkiej ogniskowej. Wprawdzie uzyskujemy wtedy przy niewielkiej grubości pierścieni znaczną skalę odwzorowania, ale płacimy za to bardzo małą odległością przedmiotową. Nie dość, że żywy obiekt często wówczas reaguje ucieczką z kadru, to jeszcze stwarza to problemy z właściwym oświetleniem obiektu, tak, aby nie pozostawał on w cieniu obiektywu. W skrajnych przypadkach (polecam do takich eksperymentów szczególnie superszerokokątne obiektywy o ogniskowych poniżej 20mm) może się okazać, że po założeniu pierścienia punkt, którego obraz byłby ostry znajduje się gdzieś we wnętrzu obiektywu.
Jeśli chodzi o mieszki, to w zasadzie odnoszą się do nich te same uwagi, co i do pierścieni. Zdecydowanie większe są tylko uzyskiwane wyciągi, a wiec i skale odwzorowania są zwykle większe. Większe też są z reguły ograniczenia we współpracy aparatu z obiektywem - na ogół mieszek nie ma jakichkolwiek styków informacyjnych. Mieszki do aparatów z bagnetem są zwykle kosztowne. Alternatywa warta rozważenia jest zakup przejściówki na gwint M42 i rosyjskiego mieszka do Zenita (trafiają się czasem nawet po 60zł). Mieszki te są naprawdę dobre - mają podwójny wyciąg (zakres od 40 do 240mm), sanki do przesuwania wzdłużnego mieszka na statywie (wygodne przy ustawianiu ostrości) a obiektywy na gwint M42 można kupić za naprawdę małe pieniądze. Rozwiązaniem wartym rozważenia jest też w takim przypadku zakup pierścienia odwrotnego mocowania - odwrotne zamocowanie obiektywu na końcu mieszka zapewni lepsze wykorzystanie jego właściwości optycznych, a i kształt obiektywów jest zazwyczaj taki, że po odwrotnym zamocowaniu obiektyw mniej na ogół utrudnia właściwe oświetlenie fotografowanego obiektu (pamiętajmy, że przy stosowaniu mieszka wyciąg jest tak duży, że odległość przedmiotowa jest na ogół niewiele tylko większa od ogniskowej).
Jeśli planujemy zdjęcia głownie w plenerze, mieszek będzie zwykle mało użyteczny - jest zbyt ciężki i delikatny. Poza tym dla obiektywów o umiarkowanych ogniskowych mieszek zapewnia bardzo duże skale odwzorowania, które w plenerze są mało użyteczne Z doświadczenia wiem, że przy skalach większych od 1, procent ostrych zdjęć wykonanych w terenie drastycznie maleje - głębia ostrości jest wtedy tak mała, że nawet minimalne drgniecie przedmiotu potrafi wyprowadzić go ze strefy ostrości (a trzeba pamiętać, że nie tylko liście się trzęsą - nawet statyw na wietrze też potrafi być niestabilny). Z kolei, jeśli ktoś chce fotografować płochliwe zwierzątka z obiektywem 500mm, to może się okazać, że mieszek to jest właśnie to, czego potrzebuje.
W przypadku używania pierścieni i mieszków z obiektywami zmiennoogniskowymi zmiana ogniskowej ma ogromny wpływ na odległość przedmiotową, zaś tylko niewielki na skalę odwzorowania. Uważam, że jest to mniej wygodne, niż w przypadku soczewek nasadkowych, gdzie możemy wygodnie regulować skale odwzorowania poprzez zmianę ogniskowej.

8. DOBÓR PRZYSŁONY

W przypadku reprodukcji głównym kryterium jest uzyskanie maksymalnej ostrości rysowania, zatem zazwyczaj wystarcza przymkniecie przysłony o 2-3 działki (lepiej o 2-3 niż „do oporu”, dlaczego - o tym za chwilę). Zapewnia to również najczęściej wystarczającą głębię ostrości. W przypadku obiektów przestrzennych główną bolączką jest zazwyczaj mała głębia ostrości i przysłonę mocno przymykamy, aby głębię zmaksymalizować.
Aby wyznaczyć głębię ostrości, musimy znać (nie tylko w przypadku makro):
- ogniskową obiektywu (f)
- przysłonę (F)
- nastawioną odległość (y)
- średnicę krążka rozproszenia (c)
Wszystkie miary długości podajemy w tych samych wielkościach, jeśli zatem ogniskowa, odległość i krążek rozproszenia będą w mm, to i wyniki uzyskamy w mm!
Pewnych wyjaśnień wymagać może wielkość krążka rozproszenia - otóż teoretycznie, przy założeniu, że obrazem punktu na obiekcie musi być na kliszy punkt, to wielkość glebi ostrości wynosi zawsze 0 - tylko dla jednej konkretnej odległości obrazem punktu będzie punkt (i to niezależnie od przysłony). Dla każdej innej odległości obrazem punktu będzie krążek o pewnej średnicy. Oczywiście w praktyce założenie takie jest nieprzydatne, chociażby ze względu na rozdzielczość filmu - nawet jeśli naświetlimy punkt o nieskończenie małym rozmiarze, to i tak plamka na filmie będzie miała pewne, skończone rozmiary. Zatem przyjmujemy, że za ostry będziemy uważali obraz dotąd, dopóki obrazem punktu będzie krążek o średnicy nie większej niż pewna wartość graniczna nazywana średnicą krążka rozproszenia. Wielkość dopuszczalnej średnicy krążka rozproszenia zależy od formatu negatywu i przewidywanej wielkości odbitki. Można to sobie przeliczyć następująco: jeżeli korzystasz z formatu negatywu 24*36mm i przewidujemy format odbitki np. 13*18cm i chcemy mieć odbitkę ostrą „jak żyleta”, to rozmiar krążka rozproszenia na odbitce nie powinien być większy niż 0.1mm (bo taka jest najmniejsza wielkość szczegółów rozróżnialnych gołym okiem). Powiększenie pozytyw/negatyw wynosi 18cm/36mm=180/36=5, zatem dopuszczalna średnica krążka rozproszenia na negatywie wynosi 0.1mm/5=0.02mm. Oczywiście musimy mieć negatyw, który będzie miał taka rozdzielczość, w przeciwnym wypadku ziarno spowoduje, że i tak ostrości odbitki nie będzie można docenić. W praktyce w podręcznikach spotyka się zalecenia stosowania max. średnicy krążka rozproszenia 0.03mm dla formatu 24*36mm, 0.06mm dla 6x6cm i 0.075mm dla 6x9cm. Uzasadnieniem dla takiego podejścia jest przyjecie, że oko ludzkie odróżnia jako oddzielne obiekty, których kąt widzenia rożni się o więcej niż ok. 1'' (minuta kątowa), zaś odbitki ogląda się zazwyczaj z odległości równej ich przekątnej - zatem im większy format, tym większa odległość oglądania i wielkość krążka rozproszenia może być większa - osobiście uważam, że zamiast kierować się ślepo zaleceniami lepiej pomyśleć i samemu sobie przeliczyć. Znając średnicę krążka rozproszenia można policzyć tzw. odległość hiperfokalną (hyperfocal distance). Jest to odległość, przy nastawieniu której głębia ostrości rozciąga się do nieskończoności. Wyznaczamy ją w/g wzoru:
h=f*f/(F*c)
Znając odległość hiperfokalną hd oraz odległość na którą nastawiliśmy ostrość d możemy wyznaczyć minimalną i maksymalną odległość miedzy którymi obraz będzie spełniał nasze kryterium ostrości:
ymin=(h*y)/(h+(y-f))
ymax=(h*y)/(h-(y-f))
Należy pamiętać o unikaniu pomieszania jednostek - jeśli dane wprowadzaliśmy w mm to i wynik otrzymamy w mm i możemy zamienić go na m dzieląc przez 1000. Jeśli ymax wyjdzie ujemne, oznacza to, że dla wprowadzonych danych nasza głębia ostrości będzie się rozciągała „za nieskończoność”. Oczywiście w przypadku makrofotografii raczej taka sytuacja raczej nam nie grozi ;-)
Wyliczmy dla przykładu głebię ostrości, gdy posługujemy się obiektywem f=50mm, nastawiliśmy liczbę przysłony F=16 i chcemy tak dobrać dodatkowy wyciąg mieszka d, aby uzyskać skalę odwzorowania S=2. Z negatywu małoobrazkowego planujemy wykonać odbitkę 13*18cm i jak już wcześniej policzyliśmy dopuszczamy krążek rozproszenia 0.02mm.
d=Sf, zatem d=2*50mm=100mm
Skala jest ilorazem odległości obrazowej i przedmiotowej S=x/y, odległość obrazowa jest sumą ogniskowej i dodatkowego wyciągu x=f+d, zatem:
y=x/S=(f+d)/S=150mm/2=75mm
Odległość hiperfokalna wyniesie:
h=f*f/(F*c)=50mm*50mm/(16*0.02mm)=7812.5mm (czyli nieco ponad 7.8m).
Dolna i górna granica głębi ostrości wyniosą odpowiednio:
ymin=(h*y)/(h+(y-f))=7812.5mm*75mm/(7812.5mm+25mm)=74.76mm
ymax=(h*y)/(h-(y-f))=7812.5mm*75mm/(7812.5mm-25mm)=75.24mm
Szerokość głębi ostrości wyniesie:
ymax-ymin=75.24mm-74.76mm=0.48mm
W tym momencie chyba nikt z czytających nie ma już wątpliwości, że przy naprawdę dużych skalach odwzorowania znikoma głębia ostrości stanowi duże utrudnienie w pracy i stosowanie dużych liczb przysłony jest bardzo uzasadnione. Warto przy tym zwrócić uwagę, że można wykazać, iż dla danych liczb przysłony, średnicy krążka rozproszenia i skali odwzorowania szerokość głębi ostrości pozostaje stała, tzn. zmiana ogniskowej obiektywu wpływa tylko na odległość przedmiotową i wyciąg, a nie na głębię ostrości.
W tej sytuacji wydawać by się mogło, że obiektywy do makro powinny umożliwiać ustawienie ogromnych liczb przysłony. Faktycznie, maksymalna liczba przysłony jest w nich zazwyczaj nieco wyższa niż w zwykłych obiektywach, ale na ogół nie większa niż 32 lub 45. Wynika to ze zjawiska dyfrakcji światła. Na podstawie tzw. kryterium Rayleigha można wykazać, że wskutek dyfrakcji (ugięcia) światła na krawędziach blaszek przysłony maksymalna możliwa zdolność rozdzielcza obiektywu R o przysłonie F dla światła o długości fali n wynosi:
R=0.823/(F*n)[linii/mmm]
Jeśli przyjmiemy długość fali światła 555nm (mniej więcej środek widzialnego widma) to zdolność rozdzielcza wyniesie:
R=1482/F[linii/mm]
Zatem dla liczb przysłony otrzymujemy odpowiednio:
F8 - 185linii/mm
F11 - 135linii/mm
F16 - 93linie/mm
F22 - 67linii/mm
F32 - 46linii/mm
F45 - 33linie/mm
Oczywiście wyliczone wartości są maksymalnymi możliwymi wartościami teoretycznymi, w praktyce ze względu na niedoskonałość korekcji optycznej obiektywu uzyskiwane rozdzielczości (szczególnie dla mniejszych liczb przysłony) są znacznie gorsze. Jak zatem widać, przy dużych liczbach przysłony prawa fizyki zaczynają w istotny sposób ograniczać zdolność rozdzielczą obiektywu. Jest to przyczyna, dla której wiele obiektywów dobrej klasy osiąga najlepszą ostrość rysowania dla przysłon ok. 8-11 i większe przymykanie przysłony przy reprodukcji nie ma sensu. Przy obiektach trójwymiarowych zwykle bardziej przysłonę przymykamy, gdyż zysk na głębi ostrości jest bardziej istotny niż spadek ostrości rysowania spowodowany dyfrakcją. W tym miejscu mała dygresja - spotkałem się z publikacjami testów obiektywów, gdzie pisało jak byk, że obiektyw utrzymuje zdolność rozdzielczą ponad 90linii/mm w całym zakresie przysłon od 4 do 22. Wyniki takie świadczą tylko o nierzetelności ich autorów - praw fizyki niestety oszukać się nie da!

Marek Wyszomirski

KONTAKT

email: darek(at)darekfoto.pl