Далекоміри фотоапаратів

Далекоміри у фотоапаратах призначені для визначення відстані до об’єктів, що фотографують . У сучасних фотоапаратах далекомір сполучений за допомогою механізму з об’єктивом і тому одночасно з виміром відстані здійснюється фокусування об’єктива на предмет, що знімається.

Принцип роботи далекоміра заснований на тому, що якщо на той самий предмет подивитися з двох різних точок одночасно, між напрямками візування утвориться кут clip_image002, називаний паралактичним кутом (рис.1) . Відстань clip_image004 між точками візування називається базою далекоміра. З трикутника, утвореного базою і предметом, видно, що відстань clip_image006 до предмета, що знімається складає

clip_image008 . (1)

clip_image010

Рисунок 1. Схема далекоміра фотоапарата:

а — зображення в полі зору далекоміра предмета, що знаходиться на кінцевій відстані, до наведення об’єктива на різкість; б — зображення предмета після наведення об’єктива на різкість; 1і 2 — кінцеві відбивачі; 3 — окуляр

Оскільки кут clip_image002[1] малий, то у виразі (1) тангенс кута можна покласти рівним кутові clip_image002[2] (у радіанах). Тоді вираз (1) можна записати так:

clip_image012 . (2)

clip_image014

Рисунок 2. Далекомір з обертовою призмою:

а — конструктивне оформлення; б — схема; 1— світлороздільне дзеркало; 2 — захисне скло; 3 — пружина; 4 — об’єктив видошукача; 5 — важіль із призмою; 6 — юстировочний клин; 7 — окуляр видошукача; 8 — проміжний важіль з кулачком; 9 — окуляр далекоміра; 10 — об’єктив фотоапарата

Як видно з виразу (2), для того щоб вимірити відстань до предмета, що знімається, досить вимірити паралактичний кут clip_image002[3]. У фотоапаратах застосовують найпростіші монокулярні далекоміри, основні принципи дії яких полягають у наступному (див. рис.1 ). На кінцях бази В під кутом 45° до неї розташовані дві відбиваючі поверхні, 1 і 2, які називають кінцевими відбивачами. Ними можуть бути дзеркала або грані призм. Поверхня 1— напівпрозора з нанесеним на неї світлороздільним шаром. Завдяки цьому при спостереженні в окуляр 3 на поверхні, що відбиває, 1 видно два зображення. Коли предмет знаходиться в нескінченності, то промені clip_image016 і clip_image018 паралельні між собою і після відображення від поверхонь 2 і 1 промінь clip_image020 збігається зпроменем а’, який пройшов через напівпрозорий шар поверхні 1. Якщо ж предмет знаходиться на кінцевій відстані, то промені clip_image022 і clip_image020[1] утворять між собою кут clip_image002[4], а їх зображення не збігаються між собою. Для того щоб зображення а’ і clip_image024 збіглися, необхідно промінь clip_image018[1]повернути на кут clip_image002[5]. Для цієї мети в далекомірі застосовують різні компенсатори — обертову призму або дзеркало С (рис. 2), циліндричні лінзи (рис. 3), париуобертових клинів (рис. 4) та ін. Звичайно переміщення об’єктива фотоапарата для фокусування на предмет, що знімається, і переміщення компенсатора для виміру кута clip_image002[6] виконуються одночасно, для чого між далекоміром і об’єктивом розташовуються важельно-кулачковий (рис. 2) або

зубчатий (рис. 4) механізми, що забезпечують зв’язок між умовою фокусування об’єктива, обумовлену формулою Ньютона:

clip_image027, (3)

і умовою виміру паралактичного кута clip_image002[7] за співвідношенням (2).

clip_image030

Рисунок 3. Далекомір з циліндричними лінзами:

а — схематичний пристрій; б — схема роботи компенсатора; 1 — окуляр; 2 — об’єктив видошукача; 3 — додаткова призма; 4 — призма-ромб; 5 — ведуче кільце об’єктива; 6 — зубчасте колесо; 7 — черв’як; 8 — черв’ячне колесо; 9 — рукоятка; 10 — зубчасте колесо; 11 — ведучий важіль; 12 — негативна циліндрична лінза; 13 — позитивна лінза; 14 — важіль компенсатора; 15 — вісь важеля компенсатора.

clip_image032

Рисунок 4. Далекомір з парою обертових клинів:

а — кінематична схема; в— схема ходу променів; 1— оправа об’єктива; 2 — рукоятка; 3 — зубчасте колесо; 4 і 5 — оптичні клини в оправах; 6 — призма-ромб; 7 — додаткова призма

clip_image034

Рисунок 5. Система важелів далекоміра складного фотоапарата:

1 — оправа з циліндричною позитивною лінзою; 2 — оправа з циліндричною негативною лінзою; 3 — пружина; 4 — важіль компенсатора; 5 — ведучий важіль; 6 — пружина; 7 — тяга; 8 — лекало; 9 — юстировочний гвинт; 10 — об’єктив з повідком

При конструюванні далекоміра його базу В вибирають конструктивно, виходячи з наявності місця у фотоапараті. Звичайно В == 35—100 мм. Для далекомірів з базою понад 70 мм рекомендується схема з застосуванням ромб-призми, що забезпечує при цьому найменші його габарити при гарній якості зображення.

Тип зв’язку компенсатора далекоміра з об’єктивом визначається при виборі схеми далекоміра. Для складних фотоапаратів може застосовуватися система важелів, подібна наведеної на рис. 5. Розрахунок такої системи доцільно робити графічним методом.

Для розрахунку системи важелів далекоміра з обертовою призмою (див. рис. 2) повинний бути заданий хід далекомірного торця об’єктива. Співвідношення плечей важелів для одержання кута повороту призми вибирають конструктивно, виходячи з ходу об’єктива.

Для визначення передаточного відношення зубчастої передачі в далекомірі з парою обертових клинів повинний бути заданий кут повороту об’єктива.

При конструюванні далекоміра завжди необхідно передбачати пристрій для його юстировки на певну відстань, усунення двоїння зображення по висоті, усунення нахилу зображення і його відведення. Для цієї мети можуть бути використані переміщення елементів конструкції за допомогою юстировочних гвинтів або іншим способом (див. рис. 2, 5).

clip_image036

Рисунок 6. Оптична схема об’єднаного видошукача-далекоміра з підсвіченою рамкою

У сучасних фотоапаратах далекомір об’єднаний з видошукачем: не віднімаючи ока від окуляра об’єднаного видошукача-далекоміра, фотограф визначає границі кадру й одночасно сполучає два зображення об’єкта в далекомірному полі, що займає центральну частину поля зору видошукача. У таких конструкціях головним чином застосовуються видошукачі з підсвіченою рамкою. Оптичні схеми далекоміра і такого видошукача добре узгоджуються (рис. 6). Позитивний окуляр 1 і напівпрозоре дзеркало 2 видошукачі використовуються і для далекоміра. Промені далекомірної вітки відбиваються від дзеркала 8, проходять через компенсатор 6—7, пропускаються отвором у центрі дзеркала 9 (зображують рамку 5, підсвічену через матове скло 4) і негативною лінзою 10 з такою самою фокусною відстанню, як і об’єктив 3 видошукача. Лінза 10 потрібна для того, щоб побачити в окуляр друге зображення об’єкта і притім з таким же збільшенням, як і перше. Під час фокусування оправа об’єктива зміщає рамку 5 (для виправлення паралакса між видошукачем і об’єктивом) і одночасно повертає рухливий елемент компенсатора доти, поки двоє зображень в далекомірному полі покажуться оку суміщеними.

Як компенсатор, який відхиляє світлові пучки в одній з віток далекоміра, використовується клин змінного кута, утворений двома лінзами 6 і 7 (позитивної і негативний) однакового радіуса, одна з яких зміщається відносно іншої. Другий часто уживаний тип компенсатора — з поворотним дзеркалом або прямокутною призмою (див. рис. 6).

Точність роботи далекоміра тим вище, чим довша база clip_image006[1] чим більше збільшення оптичної системи видошукач — далекомір. При фокусуванні фотоапаратів зі світлосильними і довгофокусними об’єктивами, що дають малу глибину різкості, похибка вимірів за допомогою далекоміра занадто велика. Вважається, що далекоміри малоформатних фотоапаратів можна успішно використовувати для наведення на різкість об’єктивів з фокусною відстанню не більш 135 мм або об’єктивів з відносним отвором не вище 1:1,5. Тому такі об’єктиви переважно використовують дзеркальних фотоапаратах. Розглянемо принцип роботи і будову видошукачів та далекомірів дзеркальних фотоапаратів.

Видошукач із дзеркалом 1(рис. 7, а) за знімальним об’єктивом 2 повинний забезпечувати легке і точне кадрування в площині 3, причому відстань від об’єктива до площини зображення 3 повинно бути таким же, як до площини фотоплівки 6. Хоча такий видошукач буде відносно громіздким, але він дає різке зображення границь кадру без паралакса в будь-якому діапазоні відстаней до об’єкта (з урахуванням зміни кута поля зору при фокусуванні) для різних змінних об’єктивів. Правда, для точного кадрування розміри площини зображення у видошукачі повинні бути не менше розмірів кадрового вікна. Виконання цієї умови не завжди можливо в однооб’єктивних дзеркальних фотоапаратах, тому що вимагає збільшення розмірів поворотного дзеркала. Із сучасних вітчизняних малоформатних моделей такого типу поле зору видошукача (23х35 мм), по розмірах близьке до кадру, мають, наприклад, «Київ-17», «Алмаз». Для спостереження поля зору видошукача таких розмірів як 24х36 мм потрібно лупа 4 (рис. 7). Найбільше зручно використовувати чотирьох- або п’ятикратну лупу, тому що її фокусна відстань близька до фокусної відстані основного об’єктива дзеркального малоформатного фотоапарата (50—60 мм), і розміри об’єктів у видошукачі здаються приблизно такими ж, як при спостереженні неозброєним оком.

До телескопічної системи зі знімального об’єктива 2 і окуляри (лупи) 4 необхідно додати колективну лінзу 5, щоб направити в окуляр світлові пучки не тільки від центра, але і від країв площини зображення 3. У дзеркальних видошукачах сучасних фотоапаратів крім колективної лінзи чи замість неї нерідко застосовують так називану лінзу Френеля 7 із рядом дрібних (крок порядку 0,1 мм чи ще менше) концентричних борозенок спеціально

clip_image039

Рисунок 7. Видошукачі дзеркальних фотоапаратів:

а – з колективною лінзою; б — з лінзою Френеля і пентапризмой; в,г, — з поворотною призмою (відповідно пряме спостереження і спостереження зверху )

розрахованого профілю (рис. 7, б). Така лінза виготовляється найчастіше пресуванням із прозорої пластмаси; вона тонше і легше, ніж колективна лінза. Промені, що попадають на всі кільцеві зони, удається сфокусувати в центр окуляра точніше, ніж за допомогою простої колективної лінзи (яка має значні аберації), і тим самим різко підвищити освітленість на краях поля зору.

Правда, ці досконалі дзеркальні видошукачі не дуже зручні, скажемо, при зйомці спортивних сюжетів, через те, що виходять зображення дзеркально-оберненими . Наприклад, об’єкт зйомки, що наближається ліворуч, в полі зору з’являється праворуч. Але і тут знайдений вихід. Між колективною лінзою й окуляром поміщають пентанризму 8, що дозволяє одержати правильно орієнтоване зображення У деяких нових моделях дзеркальних фотоапаратів пентапризма замінена системою з двох призм, одна з яких нерухома, а інша може повертатися разом з окуляром навколо оптичної осі видошукача (рис. 7 у, г). При положенні поворотної призми, зображеному на рис. 7,в, можна фотографувати, тримаючи апарат на рівні очей, як у системі з пентапризмою. В іншому положенні (рис. 7, г) у видошукач можна дивитися зверху. В обох положеннях система з поворотною призмою дає правильно орієнтоване зображення.

clip_image041

Рисунок 8. Фокусуючі пристрої дзеркальних фотоапаратів:

а–з матовим склом; б– з фокусуючими клинами; в–з мікрорастом

Дзеркальні видошукачі об’єднані із системами контролю фокусування об’єктива, тому наведення об’єктива на різкість можна виконувати одночасно з визначенням границь кадру. Найпростіше і часто застосовується фокусуючий пристрій — матове скло, тобто шліфована плоска поверхня 4 колективні лінзи 3 видошукачі, звернена до дзеркала 1 і об’єктиву 2 (рис. 8, а). На матовій поверхні як би фіксується структура світлових пучків , що перетинають її, і видно, наскільки різко зображується визначена точка об’єкта.

У сучасних дзеркальних фотоапаратах крім матового скла звичайно використовуються додаткові фокусуючі пристрої, що формують у центрі поля зору кілька зміщених зображень, що зливаються в одне в положенні точного фокусування. Ці пристрої забезпечують зручність фокусування приблизно по такому ж принципі, як далекоміри фотоапаратів недзеркального типу.

Так, ще з 50-х рр. (у в моделях «Старт» і «Салют») використовують фокусуючі клини (або клини Додэна). Два однакових клини 5 з кутом при вершині близько 5—10° розташовані назустріч один одному в центральному круга поля зору (рис. 8, б). Границю фокусуючого об’єкта варто розташовувати перпендикулярно лінії розділу між клинами. Переміщати об’єктив треба до такого положення, коли частини зображення, створювані двома клинами, зіллються в одне , тобто не будуть зміщені в напрямку лінії розділу між ними.

Цей зсув виникає через того, що кожен клин відхиляє падаючий на нього пучок променів до своєї основи, а самі клини протилежно нвправлені. Але зсув двох частин зображення зникає, якщо промені від об’єкта сходяться в площині, що перпендикулярна оптичної осі об’єктива і перетинає похилі грані двох клинів так, що обидві лінії перетинання зливаються в одну пряму. Цю площину при виготовленні фотоапарата сполучають з розрахунковою площиною різкого зображення 4.

Від значення кута при вершині клинів залежить діапазон відносних отворів, при яких може працювати цей пристрій. Оскільки кожен клин відхиляє світлові промені до своєї основи, то в після клинів пройдуть уздовж оптичної осі паралельно один одному такі два пучки, які у площині діафрагми об’єктива проходили б (ближче до країв діафрагми) по різні сторони від оптичної осі. Тому при досить сильному діафрагмувані (приблизно до 1:5,6 — 1:8) фокусуючі клини не годяться , тому що у цьому випадку поле одного з клинів цілком затемнюється. Щоб проводити фокусування по клинах для несвітлосильних об’єктивів, в одному з нових фотоапаратів японської фірми «Канон» застосована більш складна конструкція. Кожен клин складається з двох ділянок, що розрізняються величиною кута при вершині (6 на рис. 6, б). За допомогою більш «положистих» ділянок клинів можна виконувати фокусування (хоча і з меншою точністю) несветосильного чи сильно діафрагмированого знімального об’єктива.

З 60-х рр. (у вітчизняних моделях — починаючи з фотоапарата «Київ-10») застосовується й інший фокусуючий пристрій—мікрорастр 7 (рис. 8, в). Це пристрій, що має вид круга або кільця, розміщається в центральній частині дзеркального видошукача і виготовляється пресуванням із прозорої пластмаси — часто разом з лінзою Френеля 8. Мікрорастр складається з безлічі дрібних оптичних елементів, наприклад правильних пірамід висотою 0,1 мм. Якщо промені, що створюють зображення, сфальцьовані не точно в розрахунковій площині, то вони відхиляються гранями пірамід, і зображення стає «регулярно розмазаним». Так, якщо використані чотиригранні мікропіраміди, то зображення кожної крапки учетверяется і т.п. Мікрорастр (його іноді називають чи мікропризми, мікро-піраміди) дозволяє досить швидко і надійно визначати положення площини різкого зображення.

Фокусировочні клини і мікрорастр розташовуються в центральній частині поля зору дзеркального видошукача, а іншу частину звичайно займає матове скло. У деяких нових моделях фотоапаратів матове скло замінене особливо дрібним мікрорастром, що дозволяє підвищити освітленість поля видошукача, тому що на такому мікрорастрі світло розсіюється менше, ніж на хаотичних мікронерівностях поверхні матового скла.

Оставьте комментарий к статье