Клуб любителей Макро / Статьи / Применение оптоволокна в макросъемке и конструкция универсальной оптоволоконной насадки
Главная
Конкурсы
Выставки
Галерея
Макроистории
Статьи
Макрооптика
Макрошкола
Обзоры
Блоги
Клуб
  Меню
    Новое в Клубе
   Кнопки Клуба
Кнопки нашего клуба, для всех друзей нашего сайта!

    Новое в блогах(RSS)
    Новое в галерее(RSS)
    Новое на форуме(RSS)
    Новое на macroID(RSS)

Применение оптоволокна в макросъемке и конструкция универсальной оптоволоконной насадки

Применение оптоволокна в макросъемке и конструкция универсальной оптоволоконной насадки

Александр Кузнецов

Оптоволокно для передачи светового потока к объекту съемки уже давно и с успехом используется фотолюбителями. Однако, обсуждения на различных форумах свидетельствуют, что применяется оно чаще по наитию, чем с использованием каких либо специальных знаний. Цель данной статьи – дать некоторые теоретические сведения, необходимые для наиболее полного использования возможностей оптоволокна в фотографии, а также представить одну из конструкций оптоволоконной насадки для вспышки.

Немного истории

Фирменных и самодельных макровспышек и различных насадок к вспышкам (в том числе оптоволоконных) достаточно много, но большинство этих устройств обеспечивают фронтальное или боковое освещение. Для разных задач необходимы и различные варианты освещения, поэтому требуется достаточно универсальная конструкция, пригодная для изготовления в домашних условиях. Изучив то, что уже было придумано, решил сделать насадку для вспышки с гибкими самофиксирующими световодами, выходные концы которых не имеют точек опоры. Попутно пришлось разобраться с теорией. После нескольких промежуточных вариантов получилась конструкция, изображенная на фото.

Ее преимущества:

· свет можно направлять на объект с любых направлений,

· освещенность объекта от каждого световода регулируется независимо,

· отдельная внешняя вспышка не нужна.

С этой насадкой проработал больше года (до конца 2011 года), после чего произвёл модернизацию: отказался от использования металлорукава и упростил некоторые детали.

Прежде, чем заняться практикой, рассмотрим теорию.

Особенности оптоволокна

Оптоволокно состоит из прозрачной сердцевины (Core), выполненной из оптического материала с определенным коэффициентом преломления, и оболочки (Cladding), также прозрачной, но из материала с другим коэффициентом преломления. Свет распространяется по сердцевине за счет эффекта полного внутреннего отражения.

ссылка на оригинал

Волокна могут иметь и различные дополнительные защитные покрытия. Не буду описывать технологии и конструктивные исполнения оптоволокна, отмечу только, что есть два основных направления его использования – для передачи информации в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и для целей освещения (световоды). Промежуточный вариант – использование оптоволокна для связи мультимедийных и других устройств в пределах офиса, квартиры, т.е. на небольшие расстояния. Это оптоволокно по большей части характеристик и применяемых материалов ближе к системам освещения. Оптоволокно для освещения в свою очередь делится на волокно торцевого и бокового свечения.

Попробуем разобраться, что лучше подходит для наших целей.

Коэффициент полезной площади.

При решении задач передачи информации по ВОЛС рассматривается передача световых импульсов по одному волокну. Главными критериями при этом являются скорость и расстояние передачи информации, а все усилия при практическом применении сосредоточены на соблюдении соосности центра светового потока и сердцевины оптоволокна, уменьшении потерь на стыках и т.д. Полимерное оптоволокно, используемое в системах освещения, проектируют для совершенно других целей. Нет задачи передать свет на километры, допустимы большие потери по сравнению с ВОЛС, защитная оболочка, как правило, отсутствует, один источник света освещает сразу несколько волокон. При этом часть светового потока попадает не на сердцевину, а на оболочку оптоволокна и фактически не участвует в освещении объекта.

В отечественном Интернете для оптоволоконных систем освещения указывают общий КПД светопередачи, который учитывает десятки факторов. Почему-то чаще всего фигурирует КПД 15-20% без каких-либо обоснований.

Введем такое понятие, как коэффициент полезной площади (Кпп), который равен отношению площади сердцевины (Sc) к общей площади (So) сечения оптоволокна:

Кпп=Sс/Sо.

Этот существенный параметр иногда упоминается применительно к оптоволоконному освещению. Зная этот коэффициент и общий световой поток, падающий на оптоволокно, можно рассчитать, какая часть светового потока попала именно на сердцевину. Следует учесть, что при укладке между волокнами остаются промежутки, т.е. они не заполняют всю площадь. Если волокна уложены с максимальной плотностью, то общая площадь, занимаемая одним волокном, соответствует правильному шестиугольнику, в который вписана окружность сечения оптоволокна. Эта площадь (назовём ее эквивалентной) равна площади сечения So, умноженной на коэффициент 1,1 (назовем его коэффициентом укладки Ку). Соотношение световых потоков, падающих на сердцевину и на эквивалентную площадь (с учетом Ку=1,1), назовем эквивалентным коэффициентом полезной площади:

Кппэ= Iп/Iоэ = Sc/(Ку*So),

где Iп – полезный световой поток, падающий на сердцевину, Ioэ – общий световой поток, падающий на эквивалентную площадь, занимаемую одиночным оптоволокном. Именно Кппэ выражает отношение полезного и общего светового потока.

Теперь посмотрим на реальные цифры. Оптоволокно, используемое в ВОЛС, может быть одномодовым и многомодовым. В данной статье мы не будем рассматривать, чем они отличаются (для нас это неважно). Для наглядности привожу сравнительный рисунок по соотношению диаметров оболочки и сердцевины различных типов оптоволокна.

ссылка на оригинал

Здесь первая схема – полимерное оптоволокно POF (Plastic Optical Fiber) для передачи светового потока на небольшие расстояния, 3-я схема – многомодовое и 4-й рисунок – одномодовое волокно. 2-й рисунок – HPCF (Hard Polimer Clad Fiber), промежуточное оптоволокно для передачи информации на небольшие расстояния.

Для одномодового волокна типичный диаметр сердцевины 10 мкм или даже меньше при внешнем диаметре 250 мкм (включающем толщину защитного покрытия, не показанного на рисунке), откуда получаем Кппэ=0,00145. Этот коэффициент показывает, что на передающую свет сердцевину попадает всего 0,145% от всего светового потока. Для многомодового волокна 50/125 (с диаметром сердцевины 50 мкм, оболочки 125 мкм и защитным покрытием 250 мкм) ситуация лучше (3,36%), но Кппэ все равно маловат: ослабление светового потока почти в 28 раз.

Совершенно другая ситуация в случае полимерного оптоволокна, используемого в системах освещения. Для одиночного оптоволокна диаметром 1 мм, показанного на рисунке, полезная площадь составляет 96%, поэтому основные потери света происходят из-за неплотной укладки и в сумме составляют 12,7%, соответственно используется 87,3% света.

Что касается потерь в зависимости от длины, то для нашего применения, (длина конечного изделия не превышает 0,5 м) ими можно пренебречь, т.к. они составляют единицы процентов.

Числовая апертура оптоволокна

Еще один вопрос – какая часть светового потока, падающего на сердцевину, попадает внутрь волокна? С этой точки зрения важный параметр – числовая апертура (numerical aperture, NA):

NA=sin(θmax),

где θmax – это максимальный угол при котором свет попадает внутрь оптоволокна.

ссылка на оригинал

Что такое максимальный угол θmax, можно пояснить следующим образом. Оптическое излучение может падать на вход оптического волокна под разными углами. Если этот угол не превышает угол θmax, то условие полного внутреннего отражения выполняется и излучение распространяется дальше по световоду. При больших углах падения такое отражение невозможно, т.к. излучение проникает в оболочку и по световоду распространяться не может. Величина θmax зависит от разности показателей преломления материалов сердцевины и оболочки: чем она больше, тем больше и угол полного внутреннего отражения. Зная числовую апертуру, несложно рассчитать максимальный угол входа излучения:

θmax= arcsin(NA)

и полный приемный угол:

θ полн = 2θmax.

Для типового одномодового волокна числовая апертура обычно составляет 0,1, что соответствует θmax=5,74°, или θполн =11,48°. Как видно, этот угол очень небольшой и любое излучение с большими углами просто не попадет внутрь световода. Для многомодового волокна NA~0,2 и θполн=23°, что тоже немного.

Теперь представьте, что вы располагаете оптоволокно перед вспышкой. Апертура вспышки имеет значительные размеры (особенно у внешних вспышек), а источник излучения фактически линейный. Если рассматривать горизонтально расположенную лампу, то высота источника излучения практически стремится к нулю. Волокна, которые будут расположены выше или ниже центра вспышки, могут находиться под большими углами, чем максимально допустимые и свет от источника в них не попадет. Отсюда следует, что каждой конкретной конструкции соответствует вполне определенная максимальная высота приемного окна, которую несложно рассчитать, зная полный приемный угол и расстояние от источника света до приемного окна. Немного выручает отражатель вспышки. Однако, отражатели не формируют строго параллельный световой поток (более подробно этот вопрос рассмотрен ниже).

С учетом вышеизложенного выгоднее применять волокно с широкими приемными углами. Чем больше NA, тем лучше. Волокно, применяемое в освещении и для передачи информации на небольшие расстояния, имеют большую числовую апертуру, типовое значение NA=0,5 (θполн=60°), при прочих равных условиях в него попадает больше света. Для полноты картины замечу, что высокоапертурные (NA>0,3) волокна для ВОЛС тоже существуют.

Согласование входа оптоволоконной насадки с источником света

Для максимально эффективного использования светового потока от вспышки необходимо правильно выполнить вход оптоволоконной насадки. Даже при использовании оптоволокна с NA=0,5 световой поток не может попасть внутрь оптоволокна при углах θmax>30°. Иногда встречаются конструкции, в которых световоды собраны в один или несколько круглых пучков, размещенных по всей апертуре внешней вспышки. При этом эффективность световодов, расположенных далеко от центра, очень мала.

Для проверки этого утверждения были произведены измерения зависимости светового потока, попадающего внутрь оптоволокна при смещении входного конца световода от центра по вертикальной оси. Измерения проводились одиночным оптоволокном диаметром 0,75 мм с NA=0,5. Световой поток регистрировался при помощи фотоприемника и цифрового осциллографа с усреднением по 5 измерениям в каждой точке. Фотоаппарат использовался в режиме FE Lock (оценочный импульс), вспышка 580EXII в режиме М 1/128. Графики нормированы (максимальное измерение на каждом графике – 100%)

На первом графике результаты для вспышки, встроенной в фотоаппарат Canon 30D.

Вертикальный размер апертуры вспышки – около 10 мм, измерения проводились с шагом смещения 1 мм. Проведено два серии измерений: с зазором 1 и 3 мм между концом световода и вспышкой.

Как видно из графика, при зазоре 1 мм максимум более выражен и при отклонении в любую сторону более, чем на 3 мм, световой поток падает почти в два раза. Смещение всего графика относительно центра может быть вызвано разными причинами (неточностью размещения лампы по отношению к центру, свойствами линзы или рефлектора вспышки и т.д.) и принципиального значения не имеет. При зазоре 3 мм световой поток меньше в среднем на 10% (по отношению к зазору 1 мм), максимум выражен не так резко. В целом, изменение зазора в этих пределах не оказывает существенного влияния. Гораздо важнее малая эффективность краев: при предельных отклонениях в световоды попадает не больше 10% светового потока. Если выбирать высоту окна со световодами по падению светового потока до 50%, то общая высота окна получается около 6 мм.

Второй график отображает результаты измерений для вспышки Canon 580EXII.

Данная вспышка имеет зум в диапазоне 24-105 мм. При минимальном зуме лампа максимально приближена к выходной линзе, а при зуме 105 мм лампа отодвигается внутрь вспышки. Вертикальный размер апертуры для этой вспышки составляет ~32мм (зум 105 мм) и ~16мм (зум 24 мм). Измерения проводились при отклонении от центра на 10 мм в каждую сторону через 1мм. Разница по световому потоку для этих графиков очень заметна. При максимальном зуме световой поток в несколько раз меньше, при более равномерном распределении от центра к краю. Отсюда можно сделать вывод: для максимального использования светового потока необходимо устанавливать минимальный зум (конечно, если он есть), правда при этом световой поток меняется при смещении очень сильно. Хорошо видно, что края вспышки также практически не работают.

Теперь представьте, что приведенные выше измерения проводились бы с оптоволокном для ВОЛС, с полным приемным углом 23° или еще меньше. Несложные расчеты показывают, что если принять высоту источника света близкой к нулю и не учитывать непредсказуемое действие отражателя, то при зазоре между источником света и торцом многомодового оптоволокна 5 мм максимально допустимое отклонение от центра составляет всего 1 мм (для одномодового – 0,5 мм). Миллиметр вниз, миллиметр вверх – и все, световой поток упал в несколько раз!

ВЫВОДЫ:

следует учитывать числовую апертуру оптоволокна и не превышать полный приемный угол;

оптимальное входное отверстие оптоволоконной насадки должно быть по длине равно длине лампы, а по высоте не превышать максимально допустимых значений;

не имеет смысла увеличивать количество волокон, если они не помещаются в оптимальное входное отверстие;

если используется дополнительная конденсорная линза, то она должна быть достаточно длиннофокусной, чтобы также не превышать полный приемный угол оптоволокна.

Оптимальный угол светового потока на выходе

Рассмотрим еще один момент, связанный с числовой апертурой оптоволокна. Дело в том, что в силу принципа обратимости световых лучей, если свет входит в оптоволокно под определенным углом, то он и выходит из него под таким же углом. Это означает, что под каким бы углом вы ни пробовали светить на торец оптоволокна, внутрь попадет излучение в пределах полного приемного угла, а на выходе вы получите световой поток, ограниченный тем же самым углом. При разработке оптоволоконной насадки пришел к выводу, что для конструкции, описанной в этой статье, оптимален угол ?полн~55-60° (NA=0,46-0,5). При больших углах часть светового потока не попадает на объект, а при приближении выхода световода к объекту должно быть неравномерное освещение всего кадра, т.к. расстояние до центра и краев в этом случае может отличаться в несколько раз. Наоборот, при очень малых углах не хватает площади светового пятна, сделать луч более широким или применить в этом случае эффективный рассеиватель не так просто.

В других случаях могут подойти как большие, так и меньшие углы излучения. Предположим, вы делаете кольцевую макронасадку со средним диаметром 7-8 см, а снимать собираетесь при максимальном размере кадра не более тех же 7-8 см. В этом случае выгоднее использовать более направленное излучение, т.е. применить оптоволокно с меньшей числовой апертурой. При этом следует помнить, что при слишком малых углах и съемке объекта, расположенного на расстоянии 2-3 см от передней линзы, большая часть светового потока от кольцевой вспышки, закрепленной также на объективе, будет светить далеко вперед и не попадет на объект. Так что в любом случае нужен определенный компромисс по углу либо специальные конструктивные решения.

В большинстве же случаев при изготовлении оптоволоконных насадок для вспышек оптоволокно с NA=0,46-0,5 можно считать оптимальным.

Возвращаясь к оптоволокну для ВОЛС, становится ясно, почему его лучше не использовать для подобных применений: коэффициент полезной площади очень мал, полный приемный угол тоже, из-за чего использование светового потока в лучшем случае составит доли процента. При малых углах светового потока на выходе концы световодов придется располагать на значительном расстоянии от объекта, что должно приводить к увеличению длины световодов.

Полезно знать, что на практике определить полный угол любого оптического волокна достаточно просто. Для этого необходимо посветить фонариком с одного конца оптоволокна и посмотреть размер светового пятна на некотором расстоянии от выхода. При желании несложно сделать замеры и рассчитать угол.

Обогатившись теоретическими знаниями, попробуем теперь самостоятельно изготовить оптоволоконную насадку.

Конструкция и изготовление оптоволоконной насадки для макросъемки.

Для изготовления насадки используется полимерное оптоволокно торцевого свечения, которое применяется в системах освещения, с NA=0,5, диаметром 0,75 мм. Световоды в розницу чаще продают многожильными (4, 8 жил и т.д., подходят любые), например здесь: http://www.aaa.ru/shop/kabel_i_optovolokno/kabel_i_nit/endglow/. Чем больше жил, тем выйдет дешевле (но незначительно), хотя вытаскивать отдельные жилы из слишком толстого многожильного кабеля не совсем удобно и может оставаться большое количество лишних волокон. Поэтому рекомендую приобретать более тонкий 8-12-жильный кабель. Кроме того, приведу ссылки на пару таблиц с характеристиками полимерного оптоволокна разных производителей:

RAYTELA® Toray Industries, Inc.

Eska™ Mitsubishi Rayon Co., Ltd.

Следующее, что необходимо – это медная проволока, фиксирующая изгибы жгутов-световодов (придающая им достаточную жесткость). Экспериментально установил, что для готового изделия длиной до 40-45 см лучше всего подходит провод ПВ-1 сечением 4 мм2 (диаметр 2,25 мм). Если необходима большая длина, то придется брать следующее сечение – 6 мм2 (диаметр 2,76 мм), при этом необходимо уменьшить количество волокон в каждом световоде.

Небольшое замечание: далее «началом» или «входом» световода, проволоки и т.д. будем называть сторону, обращенную к вспышке, а противоположную – «концом» или «выходом».

Приступаем к изготовлению.

Изготовление световодов

1. Режем оптоволоконный кабель на куски с запасом по длине 3 см (т.е. длина готового световода + 3см). Резать можно чем угодно: ножницами, бокорезами, ножом и т.д.

2. Вынимаем оптоволокно из оболочки и раскладываем по 41 шт. на каждый световод (при использовании медной проволоки сечением 6 кв. мм – по 37 шт.).

3. Разрезаем провод ПВ-1 на куски с запасом по длине 5 см и срезаем с него изоляцию. Концы медной проволоки обязательно скруглить напильником или надфилем и снять все заусенцы. Очень желательно в местах установки обжимных медных втулок сделать небольшие уширения. Для этого медную проволоку слегка расплющивают на трубе диаметром 20-30 мм, тогда получается плавное уширение, которое не должно портить световоды при эксплуатации. Уширение на конце медной проволоки делаем на расстоянии 7 мм, а в начале медной проволоки – на расстоянии L-35 мм, где L – длина готового изделия (все замеры – от конца проволоки до центра уширения).

Проволоку надо тщательно выпрямить.

4. Готовим световод. Для этого вокруг проволоки равномерно раскладываем волокно. Тонкую нитку продеваем посередине пучка, делаем 3 оборота и опять заводим в середину.

Конец медной проволоки не доходит на 4-5 мм до конца оптоволокна, ниткой затягиваем весь пучок, включая проволоку, без дополнительных узлов.

5. Берем две медные втулки для опрессовки концов многожильного кабеля (под сечение 16 мм2, внутренний диаметр 5,8 мм). Мною использованы втулки ВМ01515 фирмы BM (Италия), купленные в московском магазине «Электромонтаж».

Есть и отечественные втулки аналогичного назначения. Одеваем сначала одну, потом вторую втулку (широким концом). Желательно проверить, насколько свободно втулка передвигается по всему пучку на расстояние хотя бы 5-7 см. Если очень туго, то лучше сразу убрать лишнее оптоволокно.

6. Выравниваем выходные концы волокна (нитку можно уже убрать), тщательно проверить, чтобы каждое волокно дошло до конца. Из выходной втулки оптоволокно должно выступать не менее, чем на 2 мм, а конец проволоки должен быть утоплен во втулку на 1-2 мм. Опрессовываем конечную втулку прессклещами.

Делать это надо в несколько заходов с поворотом всей конструкции после каждого сжатия. Тогда опрессовка получается аккуратной.

После опрессовки первую (входную) втулку доводим до места установки по центру уширения в начале световода и также опрессовываем. Оптоволокно обязательно надо распутывать и укладывать параллельно друг другу в процессе продвижения втулки.

7. Обрезаем выходные концы паяльником или ножом, нагретым на газу. Операцию надо делать быстро, т.к. втулка медная, нагревается от паяльника быстро и поэтому есть риск перегрева оптоволокна. В центре, где расположена проволока, может остаться отверстие. Оставьте так или возьмите немного обрезков оптоволокна и аккуратно запаяйте дырочку. Если паяльник или нож были перегреты, то конец может помутнеть (пластмасса закипает), это плохо. В этом случае сточите весь конец надфилем. Речь идет о долях миллиметра, так что ничего страшного. Специально полировать торец не надо, разве что для красоты зачистить надфилем с мелкой насечкой.

8. И красивее, и практичнее жгуты-световоды, на которые надета какая-нибудь защитная оболочка. В первых конструкциях в качестве внешней оболочки был использован металлорукав, но впоследствии от него удалось отказаться. Во-первых, сложнее в изготовлении, во-вторых – металлорукав слишком утяжеляет конструкцию. Если конец световода не закреплен, а масса металлорукава в несколько раз больше чем всего остального, то фиксировать концы очень сложно.

Из других вариантов – различные кембрики, термоусадки и т.д.

Кембрик не годится, особенно отечественный: у него большой разброс по диаметру и толщине стенки даже на одном куске, а также излишняя жесткость (при изгибе вся конструкция отыгрывает немного обратно, из-за чего точно настроить положение проблематично). Из материалов такого рода можно использовать только тонкостенную импортную термоусадку, тем более, что есть подходящий диаметр 6,4 мм (например, PBF 6,4/3,2 с толщиной стенки не более 0,3 мм). При этом ее надо одеть как обычный кембрик, без последующего термоусаживания. Но даже с ней при сильных изгибах световода проявляются упругие свойства, т.к. на внутренней стороне трубка сжимается, на внешней – растягивается, тогда как конструкция должна быть максимально пластичная.

В конечном итоге остановился на лавсановом электротехническом шнур-чулке. Он совершенно не напрягает конструкцию и при этом не дает оптоволокну «уходить» от меди. Единственный возможный недостаток – лавсановый шнур-чулок только белый, а окрасить его очень сложно. Шнур-чулок отрезается с запасом ~20% (при натягивании его длина уменьшается), концы шнур-чулка надо сразу оплавить зажигалкой. Шнур-чулок одевается снаружи, затем сверху одеваются еще две втулки ВМ 01516 (под сечение 25 мм2, внутренний диаметр 7,3 мм) и обжимаются. Излишки шнур-чулка со стороны выхода обрезаются ножницами или паяльником. Получается вот такой световод.

9. Входной конец проволоки загибаем в обратную сторону. Следите, чтобы оптоволокно не перепуталось. От места загиба оставляем ~35 мм проволоки, излишек проволоки откусываем.

10. Собираем 4 световода вместе, загнутые концы проволоки группируем по 2 шт. на противоположных сторонах. Заматываем изолентой в 1-2 слоя (больше не надо – только чтобы держалось, т.к. это еще неокончательное крепление).

11. Оформляем вход в оптоволокно. Делаем небольшую деталь – «окошко».

Окошко делаем из любого подручного материала (например, на фото оно из стеклотекстолита), внешний размер – 17*34 мм (можно больше), отверстие внутри – 5*20 мм. Окошко должно полностью перекрывать весь лишний световой поток, чтобы не было неконтролируемых засветок. На стороне, обращенной к вспышке, у отверстия окошка снять фаску ~0,5 мм, а на другой стороне – фаску ~1 мм, чтобы было удобнее вставлять оптоволокно в отверстие. Оптоволокно вставляем в окошко, аккуратно поправляем все волокна, они должны вставляться достаточно туго. Обрезку выступающего оптоволокна не делаем, т.к. пока оно не обрезано, всегда можно подправить положение входа световодов относительно вспышки, если кронштейн получится выше или ниже. После обрезки это сделать очень сложно.

Немного отвлечемся от световодов и изготовим кронштейн с креплением.

Изготовление кронштейна

Вся конструкция использует свет только от встроенной вспышки, хотя был сделан вариант крепления и к вспышке Canon 580 EX. Но с учетом предварительных изысканий понял, что внешняя вспышка при правильной конструкции не нужна: встроенная дает света более, чем достаточно.

Вначале сделаем замер положения вспышки относительно башмака фотоаппарата. Нужно два размера: глубина и высота H, для «домашнего» варианта важна именно высота, т.к. глубину можно подобрать по месту. Данная конструкция подходит к зеркальным фотоаппаратам типа Canon, Nikon, Olimpus, Pentax, Fujifilm со стандартным башмаком и положением вспышки.

На некоторых фотоаппаратах вспышка полностью перекрывает башмак со стороны передней панели, а башмак на аппаратах Sony Alpha нестандартный. Для них придется изобретать что-то другое.

12. Для того, чтобы обеспечить жесткую фиксацию кронштейна в горизонтальной плоскости можно использовать фигурную шайбу.

Она должна плотно садиться на башмак снаружи и не давать поворачиваться кронштейну в горизонтальной плоскости. Ширина шайбы 19 мм, внутренний посадочный размер должен соответствовать наружной ширине башмака, которая может отличаться на разных фотоаппаратах (у меня – 20 мм). Отверстие диаметром 4,2 мм находится в 6 мм от ближнего края (оно смещено от центра, иначе завинчиванию ручки может помешать поднятая вспышка). На некоторых фотоаппаратах снаружи башмака выполнен прилив из пластмассы. Поэтому, возможно, придется подогнать глубину шайбы под конкретный фотоаппарат. Шайба сделана из оцинкованной ленты толщиной 0,7…1,0 мм.

13. Вместо ручки используется обычная гайка М4, а для удобства завинчивания в полевых условиях, гайку можно разогреть и вплавить в обрезок фломастера или авторучки подходящего диаметра.

14. При изготовлении винта следует учесть, что его широкая шляпка-пластина вставляется внутрь башмака, а там может быть контакт, который срабатывает и блокирует работу встроенной вспышки, если в башмак что-то вставлено (например, внешняя вспышка). Речь идет не о синхроконтактах, а о скрытом контакте, который срабатывает даже на диэлектрик, если толщина пластины больше 1 мм. Из-за этого сначала никак не мог разобраться, почему встроенная вспышка на Canon 30D с моей конструкцией не работала. С другой стороны, винт со шляпкой 18*18 мм и толщиной 1 мм при завинчивании согнется (это проверено), да и 1 мм на резьбу маловато. Поэтому предлагаю следующий вариант: вырезать из металла толщиной 2 мм квадрат с размерами 18*18 мм, его края сточить надфилем до толщины 0,8-0,9 мм по 3 мм с каждой стороны. В центре сделать отверстие и нарезать резьбу М4. Ввернуть в отверстие винт М4 длиной 15-20 мм до упора. С обратной стороны винт закернить, чтобы он не отворачивался, а со стороны шляпки все лишнее спилить заподлицо с поверхностью и также закернить.

15. Для кронштейна понадобится небольшая полоска металла. В магазинах стройматериалов продаются подходящие стальные уголки с размерами 100*100*20 мм и толщиной 2мм. Главное чтобы ширина была 20 мм, т.к. лишняя длина легко обрезается. Тот, который изображен на фотографии, используется для крепления кухонных полок и у него уже есть паз, что значительно облегчает изготовление, его и используем.

16. Рассчитать высоту кронштейна надо таким образом, чтобы горизонтальный центр собранных световодов вместе с высотой кронштейна был на одном уровне с центром вспышки.

Для лучшей фиксации световодов на кронштейн можно положить слой двухстороннего монтажного скотча.

Сборка оптоволоконной насадки

17. Крепим кронштейн к башмаку фотоаппарата при помощи винта и ручки, сверху кладем собранные вместе световоды с одетым на концы оптоволокна окошком.

18. Фиксируем вход световодов строго по центру вспышки, закрепляем одним слоем изоленты и проверяем центровку. Если все нормально, то кронштейн с фотоаппарата снимаем и заматываем очень туго изолентой в несколько слоев. От того, насколько жестко будут зафиксированы концы медной проволоки, зависит прочность и надежность всей конструкции. На фотографии ниже на концах оптоволокна не окошко, а технологическое колечко, но это не принципиально.

19. Осталось окончательно зафиксировать световоды. Для этого свободные концы оптоволокна заливаем термоклеем. При остывании термоклей дает усадку, в результате которой «окошко» может сместиться. Поэтому лучше заливать в несколько приемов с промежуточным контролем положения окошка. Пока оптоволокно окончательно не обрезано, положение окошка всегда можно поправить.

20. Делаем последнюю проверку центровки окошка относительно вспышки и обрезаем оптоволокно горячим способом заподлицо с окошком. Затем тем же паяльником или разогретым ножом слегка оплавляем края оптоволокна, чтобы оно стало немного шире отверстия (заполняем фаску): тогда окошко уже не слетит при эксплуатации. Заматываем оставшиеся открытые части изолентой.

Ура! Все готово!

Можно сделать и более универсальную конструкцию, в которой узел крепления световодов выполнен отдельно от кронштейна.

Кронштейн можно регулировать как по длине, так и по высоте под разные типы фотоаппаратов. Вместо фиксирующей шайбы на кронштейне снизу отфрезерован фиксирующий паз, с ним крепить кронштейн к башмаку значительно удобнее. Кроме того, кронштейн можно вообще снять и поставить другой (например, для крепления к внешней вспышке). Единственный минус – надо заказывать токарные и фрезерные работы. Зато все очень аккуратно и удобно в работе.

Отличительные особенности конструкции

Принципиальное отличие этой насадки от многих других – возможность освещать объект с произвольных направлений, в том числе обеспечивать боковое и даже контровое освещение. Для съемки насекомых это может быть не очень актуально, а вот для съемки полупрозрачных объектов (цветов, минералов и т.д.) контровое освещение может дать весьма интересные эффекты. Точечное боковое освещение помогает хорошо выявить фактуру и форму поверхности, например, получить тени на белых лепестках ромашки.

Изменением расстояния от выхода световода до объекта можно варьировать его освещенность с разных сторон. Светового потока даже от встроенной вспышки вполне достаточно, чтобы днем в тени или в пасмурную погоду снимать объекты «на черном фоне» (фон при желании можно и оставить). Насадка достаточно компактна и легка (описанный вариант со световодами длиной 40 см весит 160 г). Оптимизация входного окна и обоснованный выбор типа оптоволокна позволили отказаться от применения внешней вспышки.

Какой должна быть длина световода для различных применений? Для себя вывел эмпирическое правило: длина световодов равна средней дистанции съемки + 5…7 см. Запас по длине при необходимости обеспечит и контровое освещение. Если дистанция съемки небольшая (20…25 см), то лучше добавить еще около 5 см, т.к. вспышка расположена сверху и до нее расстояние больше. В этом случае нижние световоды можно сделать длиннее, а верхние – короче.

Четырех световодов хватает практически для всех применений макросъемки. С учетом того, что направление светового потока, а также его сила регулируются независимо на любом из 4-х выходов, объект можно освещать в самых разнообразных сочетаниях.

Если рассматривать не только макросъемку, то иногда нужно большее количество световодов. Например, для съемки букетов была изготовлена конструкция с 6 световодами длиной 60 см.

Рассеиватель, бленда, светофильтры

В ходе натурных испытаний пришлось решать еще две проблемы.

Во-первых, понадобилось сделать рассеиватель для тех случаев, когда необходим рассеянный свет и равномерное освещение. Очень много публикаций по освещению в макросъемке посвящено решению именно этой задачи. Хотя паучков не снимаю, тем не менее, был впечатлен желанием некоторых фотографов видеть в их глазах блики непременно круглой формы. Прямоугольный рассеиватель сделать гораздо проще, но удалось изготовить именно круглый. Его диаметр можно сделать любым, после нескольких проб остановился на диаметре 50 мм. Получилась простая и очень легкая конструкция.

Выполнена она из вспененного полиэтилена толщиной 2 мм (на строительных рынках продается как подложка под ламинат) и сварена по шаблону паяльником. Передняя часть выполнена из двух слоев. Одевается и снимается рассеиватель на световод за пару секунд. При выборе размеров надо руководствоваться простым правилом – диаметр и длина конуса должны быть такими, чтобы световой поток равномерно освещал всю поверхность круга (иными словами, диаметры светового потока и рассеивателя должны совпадать). Эффективность рассеивателя (с точки зрения бестеневого освещения) прямо пропорциональна его размеру и обратно пропорциональна расстоянию до объекта: рассеиватель с диаметром 50 мм на расстоянии 100 мм дает такой же эффект, как рассеиватель с диаметром 150 мм на расстоянии 300 мм. Надо также учитывать, что в этой конструкции 4 рассеивателя, которые можно разносить в пространстве. Недостаток близкого расположения – пугливые насекомые, которые могут разбегаться.

Во-вторых, столкнулся и с противоположной проблемой слишком широкого светового потока, т.к. иногда нужен узкий луч (хотя это не столь типично для макросъемки). Предположим, при съемке небольшого цветка сильно освещённый стебель нарушает композицию и его хотелось бы скрыть. Для решения этой проблемы была изготовлена бленда из черной термотрубки, которая с небольшим натягом одевается на конец световода.

Перемещая ее по концу световода, можно менять угол светового потока (на фотографии показаны два крайних положения). Бленда используется для выделения мелких объектов, подсветки определенных частей объекта, локальной подсветки фона или, например, выделения отдельных цветков при съемке букетов и т.д.

Интересно также применение светофильтров, устанавливаемых на выходе световодов. Пробные съемки уже проведены, но до практического варианта дело пока не дошло.

Оценка потерь в оптоволоконной насадке.

После изготовления оптоволоконной насадки решил сравнить освещенности на реальном объекте при использовании изготовленной насадки и без нее.

Для получения понятных любому фотолюбителю результатов был проведен следующий эксперимент. Проверялась насадка с 4 световодами длиной 40 см, общее количество волокон – 164 (диаметр 0,75 мм, NA=0,5), размер входного окна 5*20 мм. Фотоприемник был расположен на расстоянии 40 см от встроенной вспышки фотоаппарата, он размещен внутри зачерненного цилиндра с внутренним диаметром 76 мм и прикрыт сверху светорассеивателем (имитация зоны съемки). Угол съемки около 30 градусов по отношению к горизонту. Вначале было выполнено 10 измерений непосредственно от встроенной вспышки и вычислен средний результат. Затем использовалась оптоволоконная насадка, при этом изменялось расстояние от концов насадки до мишени с целью получить аналогичные показания фотоприемника при таких же углах освещения. Оказалось, что это расстояние около 11 см, т.е. на этом расстоянии оптоволоконная насадка дает на объекте такой же световой поток, что и встроенная вспышка при освещении напрямую. Результаты в общем неплохие и наглядные, есть даже резервы по увеличению освещенности.

Дополнительно была выполнена проверка с рассеивателями. Они дали сильное ослабление светового потока: на расстоянии 6-7 см (ближе не получается из-за размеров рассеивателя) световой поток уменьшился в 6 раз. Отсюда можно сделать вывод, что если использовать только встроенную вспышку, эти рассеиватели пригодны на небольших удалениях от объекта (10-20 см).

Примеры фотографий.

В качестве тестового объекта был выбран стальной шарик диаметром 18 мм. По шарику очень легко проанализировать тени и на нем хорошо видно отражение источников света. Дистанция – 40 см от встроенной вспышки камеры Canon 30D.

Съемка со вспышкой без насадки.

Съемка с оптоволоконной насадкой.

Съемка с оптоволоконной насадкой и рассеивателями.

Съемка с 3 рассеивателями, 4-й выход без рассеивателя подсвечивает задний фон.

Примеры реальных сюжетов, снятых с помощью оптоволоконной насадки:

Дополнительные примеры можно посмотреть в галерее


Обсуждение на форуме

2005-2009 © Клуб любителей макро-
съёмки и макрофотографии
Работает на системе управления
сайтом CMS Cubesystem
На главную / Карта сайта / Поиск по сайту
/ Полезные ссылки / О МакроКлубе