Фокус-Шифт светосильных объективов

Фокус-Шифт светосильных объективов на примере Sigma AF 50mm f/1.4 EX DG HSM

Влияние сферических аберраций на работу автофокуса объектива

Sigma AF 50mm f/1.4 EX DG HSM

В недавнем времени появилось у меня необходимость приобрести светосильный «полтинник» на камеру системы Canon EOS. Перелистав в течении какого-то времени достаточно много отзывов о различных вариантах по данному вопросу, пришел к внутреннему убеждению, что моим запросам отвечает только одна модель — Sigma AF 50mm f/1.4 EX DG HSM для Canon. Расчет в данном случае делался на относительную художественность, качество конструктива и приемлемую цену явно описанных в большинстве прочтенных отзывов. Объектив был куплен на вторичном рынке за очень-очень приемлемую цену в достаточно неплохом состоянии. Всем выше предложенным качествам объектив полностью отвечает. За исключением одного «но». Вот об этом «но» и будет идти речь…

В чём проблема?

Сразу оговорюсь, что моя камера имеет внутреннюю подстройку автофокуса, автофокус настроен с этим объективом с учетом работы на диафрагме f/2.8 и проблем с автофокусировкой при работе на диафрагме f/2.8 и менее (до f/16) не наблюдается. Есть некоторые особенности работы на полностью открытых, исходя из чего и написана эта статья.


Ничто из нижеприведенного не является беспрекословной истинной и основано скорее на особенностях и некоторому опыту работы с данным экземпляром объектива. Более того, по некоторым данным, все эти особенности с «Сигмами» возникают в основном только на системе Canon.

Чуть ли не в каждом отзыве на страницах сети можно найти упоминания о не стабильной работе автофокуса некоторых моделей объективов компании Sigma. Если брать конкретнее, то максимальное количество нареканий на «плавающий» автофокус приходится на конкретную модель «Sigma AF 50mm f/1.4 EX DG HSM«, и это при том, что в основном никто не сомневается в художественности создаваемой им картинки, великолепной резкости на прикрытых диафрагмах, достаточной резкости на открытой, и качестве конструктива самого объектива.

Но основные нарекания применительно к этому объективу относятся именно к работе его автофокуса. И разбираться в данной статье мы будем именно с его автофокусом, оставив на усмотрение другим его остальные преимущества и недостатки. Будем разбираться на основании влияния на его работу продольных сферических аберраций. По причине того, что сам объектив по конструкции сверхсветосильный и, предположительно, основное влияние на его работу оказывают именно они.

Находящийся в моем распоряжении экземпляр объектива «Sigma AF 50mm f/1.4 EX DG HSM» имеет первое исполнение с матовым покрытием поверхности. Остальным же он ничем не отличается от новой версии, за исключением того, что встречается немного реже. Именно этот экземпляр заставил меня разобраться в причинах его «плавающего» автофокуса (focus-shift). Материалов в сети по этому вопросу крайне мало или совсем отсутствуют.

Примерная механика работы автофокуса
(на примере моего экземпляра)

На f/1.4 фокус гуляет в зависимости от дистанции фокусировки. К тому же общий фронт-фокус моего экземпляра корректируется поправкой на тушке в +10. Если поставить +15, то на открытой фокус точно попадает на дистанции 1.5-2.0 метра. Далее 3 метров уходит назад, но не выходит из ГРИПа. Ближе полутора метров стабильно пропорционально фронтит на одну и ту же величину в зависимости от расстояния. Но настройки тушки при этом уже не хватает.

Примерно такая же ситуация, но более выражено происходит при диафрагмировании объектива от f/1.4 до f/2.8. То есть максимальный «прыжок» из фронт-фокуса в бэк-фокус происходит при диафрагмировании с полностью открытой f/1.4 до f/2.0. Далее смещение фокуса дальше назад происходит в меньшей мере и сходит на нет к диафрагме f/2.8-f/4.0. При чем этим перемещением при настройке на тушке самой камеры можно пренебречь.

Подчеркну, что все смещения фокуса происходят стабильно и предсказуемо. Зная эту особенность и величину поправки можно без проблем получать резкие портретные снимки на близких дистанциях и на дальних на одной настройке. Подобрать смещение по ситуации для компенсации фронт-фокуса на ближних опытным путем не сложно, особенно если портрет.

Участник проблемы №1 —
Продольные сферические аберрации.

Прежде чем делать какие-либо выводы по влиянию сферических аберраций на работу автофокуса, видимо, надо дать некоторое доступное определение самих сферических аберраций. По этому вопросу доступно и подробно написано в соответствующей статье на сайте Wiki. А потому, для экономии своего и Вашего времени, я и буду приводить основные определения именно оттуда. Кому интересно будет прочитать всю статью из Википедии целиком – тяга к самообразованию будет только приветствоваться.

Сфери́ческая аберра́ция — аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси. Приводит к нарушению гомоцентричности пучков лучей от точечного источника, без нарушения симметрии строения этих пучков (в отличие от комы и астигматизма).

Схема сферической аберрации,
где H, H’ — положения главных плоскостей;
F’ — задняя фокальная плоскость;
f’ — заднее фокусное расстояние;
-δs’ — продольная сферическая аберрация;
δg’ — поперечная сферическая аберрация.

В результате сферической аберрации цилиндрический пучок лучей, после преломления линзой (в пространстве изображений) получает вид не конуса, а некоторой воронкообразной фигуры, наружная поверхность которой, вблизи узкого места, называется каустической поверхностью. При этом изображение точки имеет вид диска с неоднородным распределением освещённости, а форма каустической кривой позволяет судить о характере распределения освещённости. В общем случае, фигура рассеяния, при наличии сферической аберрации, представляет собой систему концентрических окружностей с радиусами пропорциональными третьей степени координат на входном (или выходном) зрачке.

Сферическая аберрация линзы (системы линз) объясняется тем, что её преломляющие поверхности встречают отдельные лучи сколько-нибудь широкого пучка под различными углами. Вследствие чего, более удалённые от оптической оси лучи преломляются сильнее, нежели нулевые лучи, и образуют свои точки схода удалённые от фокальной плоскости.).

Достаточно доступно написано определение сферических аберраций и нет никаких препятствий, чтобы понять суть происходящего с первого прочтения.

Далее в тексте раздела Википедии следует в основном описание вариантов уменьшения и исправления сферических аберраций, что непосредственно относиться к пониманию проблемы смещения фокусировки объектива, т. е. образования фронт-фокуса на полностью открытых диафрагмах. Но большая часть вариантов исправления описывается применительно к объективу на стадии разработки оптической системы. А мы имеем уже готовый вариант и повлиять таким образом на величину сферических аберраций не можем. Пропускаем всё, на что мы влиять не можем.

За некоторым исключением… того, на что мы влиять в некоторой степени всё-таки можем.

Точнее, один из способов исправления может быть основанием для понимания сути происходящего при работе объектива на полностью открытой диафрагме.

Уменьшение влияния сферической аберрации
1. диафрагмированием;
2. с помощью дефокусировки.

…Заметное влияние на сферическую аберрацию оказывает диафрагмирование объектива (или иной оптической системы), так как при этом отсекаются краевые лучи широкого пучка. Очевидно, что этот способ непригоден для оптических систем, требующих высокой светосилы.)

Пересечения лучей возле точки заднего фокуса при остаточной сферической аберрации, соответствующие им диски рассеяния и графики продольной сферической аберрации:
1. — при исправленной сферической аберрации для нулевых и крайних лучей;
2. и 3. — при «переисправленной» сферической аберрации.
Где F’ — задняя фокальная плоскость,
δs’ — расстояние от точки заднего фокуса до точки схода краевых лучей,
— δs’0,7h’ — расстояние от точки заднего фокуса до точки схода «среднезонных» лучей.

…В отдельных случаях небольшая величина сферической аберрации третьего порядка может быть исправлена за счёт некоторой дефокусировки объектива. При этом плоскость изображения смещается к, так называемой, «плоскости лучшей установки», находящейся, как правило, посередине, между пересечением осевых и крайних лучей, и не совпадающей с самым узким местом пересечения всех лучей широкого пучка (диском наименьшего рассеяния). Это несовпадение объясняется распределением световой энергии в диске наименьшего рассеяния, образующей максимумы освещённости не только в центре, но и на краю. То есть, можно сказать, что «диск» представляет из себя яркое кольцо с центральной точкой. Поэтому, разрешение оптической системы, в плоскости совпадающей с с диском наименьшего рассеяния, будет ниже, несмотря на меньшую величину поперечной сферической аберрации. Пригодность этого метода зависит от величины сферической аберрации, и характера распределения освещённости в диске рассеяния.)

Выводы применительно к…

Если внимательно прочитать и сопоставить к данной модели объектива всё вышепреведенное, напрашиваются некоторые выводы:

• Если в объективе присутствуют не исправленные на стадии проектирования продольные сферические аберрации на полностью открытых диафрагмах, то зрительно на снимках фокус будет казаться несколько ближе действительного, так как «плоскость изображения смещается к, так называемой, «плоскости лучшей установки», находящейся, как правило, посередине, между пересечением осевых и крайних лучей», которая, в свою очередь, находится несколько ближе к оптической системе объектива относительно фокальной плоскости. Что в действительности на деле в точности и происходит с данным экземпляром объектива. С другой стороны, если заранее фокусироваться на чуть более удаленном предмете относительно объекта съемки, то можно данную «плоскость лучшей установки» подогнать под расположение плоскости матрицы и получить зрительно более четкий снимок.
• Система автофокуса объектива не имеет поправки на действие продольной сферической аберрации на полностью открытой диафрагме, и фокусировка происходит (утверждение, основанное опытным путем, применительно только к данному экземпляру) относительно точки пересечения осевых лучей (ближних к оптической оси), без учета и поправки на точку пересечения крайних лучей (дальних от оптической оси). Перемещение на «плоскость лучшей установки» не происходит.
• Применительно к этому объективу. Не стоит стараться настроить автофокус для получения максимально резкости одновременно во всём диапазоне относительных отверстий. Невыполнимая задача. Достаточно настройки на максимальное относительное отверстие, при котором величина продольных сферических аберраций становится минимальной, чтобы не оказывать влияние на автофокус. При необходимости работы на полностью открытой фокусироваться чуть дальше объекта съемки или перестраивать поправку на «тушке».
• Переход на ручную фокусировку с подтверждением фокуса не решает проблему.

Еще цитата из того же…

Для уменьшения остаточной сферической аберрации часто прибегают к рассчитанному «переисправлению» на краю зрачка системы, придавая сферической аберрации краевой зоны положительное значение (δs’ > 0). При этом, лучи, пересекающие зрачок на высоте he, перекрещиваются ещё ближе к точке фокуса, а краевые лучи, хотя и сходятся за точкой фокуса, не выходят за границы диска рассеяния. Таким образом, размер диска рассеяния уменьшается и возрастает его яркость. То есть улучшается, как детальность, так и контраст изображения. Однако, в силу особенностей распределения освещённости в диске рассеяния, объективы с «переисправленной» сферической аберрацией, часто, обладают «двоящим» размытием вне зоны фокуса.

Тут без комментариев…
Никому не интересно боке страдающее двоением.