Nikonos RS R-UW AF 13mm f2,8 objektiv - predelava za moderne digitalne Nikon kamere v Seacam ohišju in test

 
(maj 2014)
 
 
Uvod
 

Podvodni Fisheye objektiv Nikonos RS R-UW AF 13mm f2.8 je bil v filmskih časih znan kot pojem optične odličnosti v podvodni širokokotni fotografiji. Danes, v dobi modernih digitalnih kamer, pa seveda nikomur več ne pride na pamet, da bi kljub odlični optiki uporabljal zastareli filmski Nikonos RS. Nikon žal tudi ne kaže popolnoma nobenega interesa, da bi izdelal digitalno verzijo nekoč slavnega Nikonosa RS, s katerim bi lahko uporabili te optično vrhunske podvodne objektive. Podvodni sistem RS je bil med drugim tudi astronomsko drag, kupcev je bilo malo, zato ga je Nikon posledično že po 4 letih iz ekonomskih razlogov umaknil iz proizvodnega programa (1992 – 1996).

 

 

Adaptacija podvodnega objektiva Nikonos RS R-UW 13mm f2.8, da deluje z modernimi digitalnimi Nikon kamerami, je bila pred kratkim že opisana vendar z uporabo posebnega adapterja, ki povezuje med seboj kar tri enote: objektiv, kamero in ohišje. Pri tem pa jaz vidim sledeče pomanjkljivosti:

  • Nikonos objektivi so bili narejeni za robustne podvodne kamere, v primeru adapterja pa bi lahko hidrostatski tlak pritiskal na precej nežnejšo moderno digitalno kamero in s tem vplival na njeno delovanje.
  • V primeru manjše napake na O-ringu med adapterjem in objektivom, bi adapter podobno kot lijak pripeljal vodo naravnost do kamere in jo uničil. V primeru manjše napake na O-ringu kupole pa bi se nabralo le nekaj vode na dnu ohišja, medtem ko bi kamera ostala suha in nepoškodovana.
  • Montaža objektiva in adapterja je zamudnejša in bolj komplicirana, kot montaža običajnih portov.
  • V primeru Seacam ohišja (za D800) bi bilo zaradi adapterja potrebno odstraniti oba zobnika za zumiranje in ročno ostrenje ter ročico za sprostitev objektiva. S tem bi ohišje izgubilo nekaj pomembnih funkcij. Odstranitev RS objektiva s kamere bi bila še posebej nerodno, kajti adapter bi preprečeval prstom dostop do gumba za sprostitev objektiva, zato bi bilo potrebno odpreti zadnji del ohišja in stisniti gumb z roko od zadaj.

Zaradi vseh teh pomanjkljivosti (in pa tudi mojih dolgoletnih izkušenj s samogradnjami na področju podvodne fotografije) sem se lotil cele zadeve sam in to čisto na novo in od začetka.

 

 

Projekt

 

Najprej sem poiskal originalni Nikonov patent (US 5579169 - prijava v ZDA) in preštudiral zgradbo objektiva. Kot prvo zanimivost naj ob tem povem, da je bil patent prijavljen šele 12.09.1994, v veljavo pa je stopil 26.11.1996, torej v času, ko se je objektiv že poslavljal iz proizvodnje linije. Druga zanimivost pa je dejstvo, da so v patentu opisani trije objektivi:

Goriščna razdalja:         Zaslonka:         Zorni kot:
12,32 mm                     2,87                 170,6°
12,49 mm                     2,85                 180,0°
12,10 mm                     2,85                 166,8°

Objektiv, o katerem je govora (in edini, ki je prišel v redno proizvodnjo) je prvi.

 
 

Shema iz originalnega Nikonovega patenta

 

Tu je potrebno pojasniti še Nikonovo nomenklaturo pri izražanju goriščne razdalje podvodnih objektivov, ki izhaja še iz časov francoske kamere Calypso (izumitelj: Jean de Wouters), katere licenco je Nikon leta 1963 odkupil in pričel izdelovati svojo Nikonos serijo. Takratni 35 mm objektiv je imel pod vodo približno enak zorni kot, kot 50 mm kopenski objektiv. Ko je Nikon izdelal prvi (izključno) podvodni objektiv (28mm f/3,5), ga je označil z "28mm", čeprav je imel pod vodo podoben zorni kot, kot bi zunaj imel 35 mm objektiv. Da dobimo realno goriščno razdaljo (ki nam da informacijo o zornem kotu), moramo torej nazivno goriščno razdaljo pomnožiti s faktorjem 1,33 (lomni količnik vode). To nomenklaturo je Nikon obdržal tudi pri RS objektivih, zato se realne goriščne razdalje sledeče: 17 mm (za 13/2,8), 27 - 47 mm (za 20-35/2,8), 37 mm (za 28/2,8) in 67 mm (za 50/2,8).

Za modernega DSLR podvodnega fotografa je torej zanimiv zgolj RS Fisheye R-UW AF 13mm f2.8.  Zum objektiv 20-35mm ima za današnje pojme preozek zorni kot, makro objektiv, ki ima spredaj planparalelno steklo (torej enako kot makro porti), pa nima zato nobene optične prednosti (morda je korigiran na kromatsko aberacijo in distorzijo, ki nastaneta s planparalelnim steklom?), vendar ima bistveno počasnejši avtofokus od modernih AFS makro objektivov.

Svoj objektiv sem kupil v Italiji (zanj mi je povedal prijatelj iz Trsta, kajti danes so ti objektivi precej redki, pa tudi dragi). Takoj ko sem ga razdrl sem ugotovil, da se ves notranji sklop leč pri ostrenju pomika naprej in nazaj glede na kamero in glede na prvo lečo, ki je kot nekakšna mini kupola. Slednja pa ostaja ves čas statična glede na kamero, popolnoma enako, kot kupola, kadar je kamera v podvodnem ohišju.

 
 
 

Takrat se mi je prvič porodila ideja, da bi ta objektiv razcepil na dve komponenti! Iz podatkov v patentu in z merjenjem notranjih dimenzij ohišja objektiva sem izračunal potrebno razdaljo med sprednjo lečo in notranjim sklopom leč. Za sprednjo lečo sem skonstruiral aluminijast okov s Seacam navojem in pri tem celo uporabil originalni Nikonos plastični senčnik objektiva in obroč okoli kupole s serijsko številko. Za zadnji sklop leč pa sem skonstruiral novo ohišje. Tako sem dobil nov objektiv in kupolo, ki delujeta samo kadar sta skupaj. Najbolj me je skrbelo, ali je kamera v ohišju dovolj dobro centrirana glede na odprtino za porte. V primeru da optični osi zadnjega dela objektiva in prednje leče nebi absolutno sovpadali, bi lahko prišlo do velikih asimetričnih aberacij, kar pomeni, da bi bila ena stran slike manj ostra, kot druga. K sreči je Seacam ohišje izredno precizno izdelano in kasneje sem ugotovil, da je bila vsaka bojazen odveč.

 
 

 
 

 
 
 

Sledila je še elektronska konverzija objektiva. Obstaja več različnih možnosti, kako prepričati objektiv in kamero, da se prepoznata med seboj. Ena od možnih rešitev je zamenjava elektronskega vezja z vezjem podobnega, vendar modernejšega objektiva (denimo 14mm f/2,8 ali 16mm f/2,8). Seveda brez določenih trikov, ki sem jih moral sproti odkrivati in reševati, ni šlo. Kamera je na koncu brez problema prepoznala objektiv in vse funkcije so delovale brezhibno (avtofokus, zapiranje zaslonke, vsi štirje načini osvetljevanja in vsi trije načini merjenja svetlobe), vsaj zdelo se je tako.

Prednosti moje ideje pred prvo opisano adaptacijo so predvsem sledeče:

  • Ohišja ni potrebno predelati in ga s tem funkcionalno omejiti.
  • Montaža in demontaža objektiva je veliko enostavnejša.
  • Hidrostatski tlak v nobenem primeru ne more kakorkoli delovati na kamero in s tem vplivati na njeno delovanje ali jo celo poškodovati.
  • Globinskih omejitev praktično ni. Sprednja leča je majhna in zelo debela kupola (na najtanjšem mestu v sredini je debela 8 mm), zato bi zdržala globino več sto metrov. V praksi predstavlja globinsko omejitev ohišje.

Ker osebno nisem imel pri tem projektu nobenih komercialnih interesov, po drugi strani pa mi je bilo žal, da nebi še kdo drug imel koristi od njega, sem celoten projekt predstavil Haraldu Hordoschu, lastniku Seacama. Haralda namreč že skoraj 20 let osebno poznam in tudi v preteklosti sva že večkrat sodelovala. Harald je bil nad idejo zelo navdušen in kmalu je pričel delati na tem projektu. Nastal je zares vrhunski izdelek, tako kot vsi Seacamovi produkti.

 
 

Levo moj originalni prototip in desno Seacamov končni izdelek

 
 

Seacamova optimizacija

 

Svoj prototip uporabljam z mojim D800 od maja 2013 dalje in sem ga temeljito preizkusil v različnih pogojih. Uporabljal sem ga na Rdečem morju, na Bahamih, v Indoneziji in na Hrvaškem. Na Hrvaškem sem z njim izvedel več tehničnih potopov in najgloblji posnetek je nastal natančno 100 m globoko! Pri tem sem uporabil redno serijsko verzijo Seacam ohišja z S10 iskalom in Seacam 150 TTL Offshore bliskavice (testirane do 160 m).

Kljub temu, da sem zapisal da vse funkcije objektiva delujejo brezhibno, pa vseeno ni bilo čisto tako. Opazil sem namreč en zanimiv pojav: če ubogamo svetlomer, dobimo za eno do dve zaslonki presvetle slike, podobno kot da se zaslonka ne bi dovolj zapirala, čeprav se je na videz povsem korektno zapirala. Na to, da se zaslonka ne zapira dovolj, sta kazala še dva pojava: slike tudi pri zaslonki f/22 niso postale čisto nič manj ostre, kar bi pričakoval zaradi pojava difrakcije in globinska ostrina je bila pri tej zaslonki nenavadno majhna.

Problem sem predstavil Seacamovemu strokovnjaku za elektroniko, ki sicer konstruira elektronska vezja za Seacam bliskavice. Ugotovil je nekompatibilnost v mehanski povezavi za zapiranje zaslonke med originalnim Nikonosom RS in ostalimi (kopenskimi) Nikon kamerami. Nikonos objektiv zahteva večji premik ročice za zapiranje zaslonke, kot jo dobi od Nikon kamere. Tako je zaslonka f/2,8 zares f/2,8, če pa želimo s kamero zapreti objektiv na f/22, ga v resnici samo do f/14, kar je popolnoma skladno z mojimi opažanji. Da bi se objektiv zaprl na dejansko f/22, bi morali na Nikon kameri nastaviti vrednost f/45, kar pa je nemogoče, ker kamera dobi od objektiva informacijo, da je njegov razpon zaslonk od f/2,8 do f/22. Seacamov inženir je uspel preprogramirati elektronsko vezje v objektivu tako, da objektiv “misli” da je njegov razpon zaslonk od f/2,8 do f/45 in s tem daje kameri to lažno informacijo. Če torej želimo objektiv zapreti na dejansko f/22, nastavimo na kameri na f/45. Možnost zapiranja objektiva do najmanjše zaslonke (f/22) je pomembna predvsem pri ekstremni bližinski fotografiji, kjer želimo čim večjo globinsko ostrino.

Tabela nastavitev na kameri in dejanskih vrednosti zaslonke:

 

Nastavitev
Na kameri

Dejanska
zaslonka

2,8

2,8

3,2

3,2

3,5 – 4

3,5

4,5

4,0

5

4,5

5,6 – 6,3

5,0

7,1

5,6

8

6,3

9 – 10

7,1

11

8,0

13

9,0

14 – 16

10,0

18

11,0

20

13,0

22 – 25

14,0

29

16,0

32

18,0

36

20,0

45

22,0

 
Čim je Seacamov inženir razvil to optimizacijo, mi je v moj objektiv vgradil nazaj staro originalno, vendar preprogramirano vezje.
 

 

Na sliki je primer EXIF datoteke, kjer je zaslonka zaprta na f/45 (dejansko na f/22).

Predelava Nikonos podvodnega objektiva za moderne Nikon digitalne kamere v Seacam ohišju, ki je posledica mojega sodelovanja s Seacamom, ima tako dve bistveni prednosti pred prvotno ponudbo na tržišču:

  • Pri montaži objektiva na kamero ne potrebujemo nerodnega adapterja, ki je lahko potencialno nevaren za kamero in omeji funkcionalnost ohišja.
  • Objektiv lahko uporabljamo v celotnem območju zaslonk in ne samo od f/2,8 do f/14.
 
 

Optični rezultati objektiva (test v bazenu)

 

Vprašanje, ki nas najbolj muči, je ali se vse skupaj izplača? Kako se bo dvajset let star optični dizajn, brez vseh modernih optičnih poslastic (asferične leče, ED steklo, nano prevleka…), obnašal na modernem visokoresolucijskem digitalnem senzorju, kakršnega ima D800?

Objektiv sem najprej testiral z mojim D800 v plavalnem bazenu s slikanjem svoje podvodne testne karte, nato pa še v praksi na Rdečem morju. Žal pa je bilo to v času, ko še nisem vedel, da se zaslonka ne zapira popolnoma. Tako sem ga v bistvu testiral samo do zaslonke f/14 namesto do f/22. Zaradi tega ne bom navajal kvantitativnih rezultatov mojih testov.

Na splošno z velikim veseljem ugotavljam, da so rezultati optične kvalitete Nikonos RS R-UW AF 13mm f2.8 objektiva zelo dobri! V plavalnem bazenu sem ga tudi primerjal s kopenskim Nikon 16mm f2,8 Fisheye objektivom v kombinaciji z veliko Seacam Superdome (SD) kupolo, ki daje po mojih predhodnih testih najboljše optične rezultate (boljše od Fisheyedome (FD) kupole).

Optična kvaliteta tega objektiva je odlična v večjem delu slike in pade šele v skrajnih vogalih. Veliko območje slike (vsaj 75% površine) je ostro že pri najbolj odprti zaslonki f/2,8. Zaslonke v območju med f/2,8 in f/5,6 lahko brez strahu uporabljamo kadarkoli nimamo v vogalih slike pomembnih detajlov. Zaslonka f/8 (dejansko f/6,3) je mejna, kjer objektiv postane zadovoljivo oster na celotnem območju slike, idealno območje ostrine, kjer je cela slika ostra od vogala do vogala pa je med f/11 (dejansko f/8) in vse do f/22 (dejansko f/14, do koder je bil testiran, zelo verjetno pa tudi preko te zaslonke, dokler se ne prične pojavljati problem difrakcije).

 

 

Segment A:

 

 
Segment B:
 
 
Segment C:
 
 

Segment D:

 
 

Podvodni RS objektiv je tudi neverjetno dobro korigiran za kromatsko aberacijo, kar prikazuje spodnja primerjalna slika. Sliki sta bili posneti v RAW formatu in v Lightroomu razviti tako, da ni bila upoštevana korekcija kromatske aberacije. To je po svoje tudi logično, kajti objektiv je bil razvit v filmskih časih, ko ni bilo na voljo nobene digitalne korekture že posnetih slik...

 
 

Objektiv tudi ostri zelo na blizu, kar prikazuje spodnja slika, vendar žal še vedno ne tako blizu kot DX 10,5mm Fisheye objektiv (z uporabo majhne kupolice). Pri tem je treba omeniti tudi to, da je zaradi FX formata globinska ostrina precej manjša. Kadar ostrimo na najmanjšo razdaljo, je tudi pri zaslonki f/22 (dejansko f/14) ozadje dokaj neostro.

 

 

Nazadnje moram omeniti še to, da ta objektiv nima profila v Lightroomu. Po karakteristikah mu je najbolj podoben kopenski objektiv Nikon Fisheye 16mm f2,8, vendar je to vseeno drug objektiv z drugačnimi optičnimi karakteristikami. 16 mm kopenski objektiv ima zorni kot 180°, 13 mm (dejansko 17 mm!) podvodni pa 170°. Če bi v Lightroomu uporabili profil za 16 mm (za poravnanje ukrivljenih linij - "defishing"), bi se linije ukrivile nekoliko navzven ("blazinasta" distorzija), kar prikazuje spodnja slika.

 
 

Kratek povzetek: moje izkušnje iz bazena so pokazale sledeče prednosti podvodnega Nikonos RS R-UW AF 13mm f2,8 objektiva:

  • Odlična ostrina v polnem FX formatu, ki ni primerljiva z nobenim kopenskim objektivom v kombinaciji z veliko kupolo. Pri tem je treba omeniti, da ima DX objektiv v kombinaciji z veliko kupolo precej boljše optične karakteristke od FX objektiva, ki so primerljive s podvodnim objektivom, vendar smo omejeni na manjši del senzorja in s tem manjše število pikslov. V primeru Nikona D800 imamo z DX objektivom samo 15 MP namesto 36 MP.
  • Majhna kupolica, ki omogoča bližinsko ostrenje, vendar spet z boljšo optično kvaliteto od velike kupole (kot npr. Seacam Superdome).
  • Praktična odsotnost kromatske aberacije.

Pomanjkljivosti je sicer kar nekaj, vendar so večinoma zelo majhne v primerjavi s prednostmi:

  • Slabša ostrina v vogalih slike pri najbolj odprtih zaslonkah (f/2,8 do f/5,6).
  • Čeprav objektiv ostri zelo blizu, vseeno ne tako blizu, kot DX 10,5mm f/2,8 kopenski objektiv.
  • Manjša globinska ostrina zaradi FX formata, kar je lahko včasih moteče pri ekstremnem bližinskem fotografiranju.
  • Presvetle slike pri avtomatskem osvetljevanju (brez upoštevanja korekcije zaradi drugačnih dejanskih zaslonk).
  • Objektiv nima profila v Lightroomu.
  • Pol-pol posnetki niso možni (objektiv ostri na zraku samo zelo na blizu in je oster samo v sredini slike).
 
 

Testiranje v morju (pred Seacamovo korekcijo zaslonke)

 

Po "laboratorijskem" testu v plavalnem bazenu sem se lotil še testiranja v R-UW AF 13mm f2,8 objektiva z Nikonom D800 v Seacam ohišju v praksi v morju. Z njim sem se potapljal na Rdečem morju, na Bahamih, v Indoneziji in v Jadranu. Na Rdečem morju, kjer so izredno dobre razmere za podvodno fotografijo, sem želel iz njega iztisniti maksimalno kvaliteto, v Jadranu pa sem ga testiral predvsem v ekstremnih pogojih v velikih globinah.

Ko sem na velikem računalniškem monitorju pregledal fotografije, ki sem jih posnel na Rdečem morju, sem bil sprva malce razočaran, kajti ostrina v skrajnih vogalih slik ni bila tako vrhunska, kot pri mojih testih v plavalnem bazenu. Vzrok za to pa sem zelo hitro odkril in ga bom v nadaljevanju tudi razložil.

Fisheye objektivi, tako kot ostali objektivi, namreč ostrijo na ravnino in ne na krogelno površino. V bazenu sem fotografiral bolj ali manj planaren objekt (testno karto), zato je objektiv odlično opravil svojo nalogo. V praksi pa so pri podvodnem fotografiranju s Fisheye objektivi objekti vse okoli nas in tisti v skrajnih vogalih slike običajno ležijo precej pred ravnino fokusa (torej preblizu). Ker ima ta objektiv razmeroma majhno globinsko ostrino, ležijo ti objekti izven polja ostrine in so zato neostri. Razlog za neostrino v vogalih slike torej ni v slabi optični kvaliteti objektiva, ampak v neidealno postavljenih objektih.

Spodnja slika grafično razlaga problem neostrih vogalov.
 

 

Na spodnji sliki (ISO 400, f/22 (dejansko f/14), 1/80) lahko vidimo, da so (oddaljene) ribe v zgornjih vogalih precej bolj ostre, kot skale in korale v spodnjih vogalih, ki ležijo preblizu. Na sliki tudi opazimo, da je vrh leve mehke korale precej neoster (ker je preblizu), oddaljene ribe za njim v skrajnem vogalu slike pa so ostre.

 

 
 

 
 

 

Spodnja slika je bila posneta v Jadranu v globini 95 m (ISO 800, f/18 (dejansko f/11, 1/13 s).

 

 
 

 
 

 

Spodnja slika prikazuje kako zelo majhna je globinska ostrina pri bližinskem fotografiranju (ISO 200, f/16 (dejansko f/10), 1/100), kjer niti cel glavni objekt ni oster.

 

 
 

Pri tem pa se je treba tudi zavedati, da ima D800 zaradi svojih majhnih pikslov navidezno manjšo globinsko ostrino kot kamere z manjšo resolucijo, zato bi slika, posneta denimo z D4, izgledala bolj ostra.

Nazadnje pa moram omeniti še eno prijetno presenečenje tega objektiva: izredno dobro se obnese pri fotografiranju proti soncu. S tem objektivom sem do sedaj posnel že več tisoč slik in le redko sem opazil manjše bleščanje in reflekse. V kombinaciji z D800, ki ima izreden dinamičen razpon, lahko končno naredimo realistične podvodne slike sonca, kot v "dobrih starih filmskih časih" (slika spodaj).

 
 

 

Zaključek

 

Od dvajset let starega objektiva seveda ne moremo pričakovati optične kvalitete modernega 14-24/2,8 (pri fotografiranju na zraku!), vendar je kljub temu tudi na visokoresolucijski kameri, kot je D800, zelo oster. Lahko si mislim, da je moral biti v filmskih časih zares pravi optični biser!

Po občutku bi rekel, da je razmerje med ostrino slike na sredini in v vogalih primerljivo, kot če fotografiramo z Nikonovim DX Fisheye objektivom 10,5mm f/2,8 v kombinaciji z veliko kupolo (kot npr. Seacam Superdome), kar predstavlja po mojih testih najboljšo kombinacijo kateregakoli kopenskega širokokotnika in kupole. Pri tem pa s podvodnim objektivom dvakrat profitiramo: namesto na majhen senzor fotografiramo na polni 35 mm format z vsemi ugodnostmi, ki jih to prinese in namesto velike in nerodne kupole imamo majhno kupolico. V vsakem primeru pa daje R-UW AF 13mm f2,8 objektiv v vseh pogledih boljše rezultate kot katerikoli polnoformatni Fisheye objektiv v kombinaciji s kakršnokoli kupolo.