Büyüteçten fotoğraf makinesi lensi yapalım
Bugün deneysel bir eğlence peşindeyiz :) Bir şeyi öğrenmenin en iyi yolu deneyip görmek derler.
Lisede fizik dersinde optik adlı bir ünite vardı. Tümsek ayna, çukur ayna, mercekler, kırılma indisi vs. pek hatırlamıyor olabiliriz. O zamanlarda yapmadığımız bir deneyi şimdi yapalım. Konumuz mercekler.
Büyüteç
Hatırladığım en erken anılarımdandır. Annem babam bir köy okulunda öğretmenlik yapıyorlardı. Tatil dönemlerinde sık sık düzenlenen Milli Eğitim seminerleri için ilçe merkezine giderdik ve ben 5 yaşlarında bir çocuk olarak saatler süren sıkıcı toplantılara katılmak zorunda kalırdım. Daha doğrusu bir bakıcıya bıraksalar da durmaz peşlerine takılırdım zaten.
Toplantı öncesinde köy yerinde bulamadığımız kırtasiye, dergi gibi alışverişler yapılır, böylece sunumlar sırasında çocuk meşgul edilirdi. 80’li yılların meşhur okul öncesi dergisi Milliyet Kardeş o gün yeni sayısıyla elimdeydi. Hediye olarak verdiği ayın oyuncağı ise plastik bir büyüteçti.
Öğretmen çocuğu olmanın avantajıyla kurcaladığım fen dolaplarını saymazsak bu büyüteç optik dünyasına ilk adımım sayılabilir. Toplantı boyunca büyülü bir şekilde dergiyi o büyüteç ile baştan sona incelemiştim. Çocuk olmak çok süper bir şey :)
Geçenlerde bir çekmecede tesadüfen bulduğum bir başka büyüteç elime geçtiğinde hemen beni o günlere götürdü. Ben de onunla biraz oynamaya karar verdim.
Bir büyüteci beyaz bir kağıdın önüne tutup odak uzunluğuna denk düşen mesafede sabitlersek dışarıdaki görüntüyü kağıdın üzerine ters durumda odaklayacaktır. Rüzgarda sallanan ağaçlar, bahçede dolaşan kediler minicik şekilde kağıt üzerinde dans ederken hayaller kurmak çok eğlenceli.
Yukarıdaki şemada gördüğünüz gibi dışbükey bir mercek, ışığı merkeze doğru büktüğü için görüntünün üstünü alta, altını da üste çevirmiş oluyor. Tabi sağ-sol için de aynı şey geçerli. Şemada kağıt olarak gösterdiğimiz şey gerçekten kağıt olabileceği gibi bir fotoğraf makinesinin sensörü ya da bizzat kendi gözümüzün içinde ışığı algılayan göz sinirlerinin bulunduğu retina bölgesi olabilir.
Bir fotoğraf makinesi de gözümüz de dünyayı ters olarak görüyor. Gözümüz doğuştan beri böyle gördüğü için beynimiz uyum sağlamış ve bize bir terslik varmış gibi gelmiyor. Fotoğraf makinesinde ise sensörün okuduğu görüntüyü dijital olarak tekrar ters çevirerek göstermek çok kolay. Hatta belki de sadece sensörü ters monte ediyorlardır! :)
Öyle ya da böyle, günün birinde sensör temizlemek isterseniz fotoğraflarda sol üst köşede gördüğünüz lekenin aslında fiziksel olarak sensör üzerinde sağ alt köşede olduğunu unutmayın :) Yanlış yeri temizleyip durmayın.
Mercek kusurları
Mükemmel bir lens ancak ders kitaplarında ve şemalarda bulunabilir. Gerçek hayatta ise lenslerin çok çeşitli optik kusurları oluyor. Bu kusurları azaltmak için 100 yıldan fazla zamandır farklı lens tasarımları yapıyorlar. Bir lensten bahsedilirken “3 groups, 7 elements” diye duymuşsunuzdur. Bu ifade tasarımda 3 grup halinde 7 farklı mercek kullanıldığını anlatıyor. Zoom lensler daha da karmaşık. Örneğin Canon 24-70mm f2.8 mkII tam 13 grup şeklinde toplam 18 mercek içeren bir formüle sahip!
İş tasarımla da bitmiyor, o cam parçalarını mükemmel imal etmek ve mükemmel konumlandırmak için fiziksel ve kimyasal bir yığın işlem gerekiyor.
Neden bu kadar uğraşıyorlar? Gözümüz tek mercekle gayet güzel idare ediyor mesela!
Gözümüzün çok önemli bir tasarım avantajı var. Kendi merceği ile uyumlu bir açıda kavisli olan bir sensörü var. Göz sinirleri göz küresinin içinde küresel bir yüzeye yerleşiyorlar.
Fotoğraf makinelerinin düz sensörleri ise merkezden uzaklaştıkça türlü çeşit optik sorunlara yol açıyor. Zavallı lens üreticileri de elleri mecbur bu sorunları çözmeye çalışıyorlar. Ama sıkı durun, başta Sony olmak üzere üreticilerden sensör patentleri gelmeye başladı. Kavisli sensörler geliyor. Basit, ucuz ve çok keskin lensler de onlarla beraber gelecek.
Chromatic aberration
Şimdi bir şema paylaşacağım. Bu şema 3 bölümden oluşuyor. En üstte mükemmel bir lensin paralel ışınları odak noktasında nasıl mükemmel şekilde topladığını görüyoruz. Ama böyle bir gerçeklik yok tabi.
Orta ve alt bölümü daha aşağıda açıklayacağım.
Gerçekte ışık bir bütün değildir. Farklı dalga boylarını aynı anda içeren bir spektrum (tayf) şeklindedir. “Bundan bize ne!” demek isterdim ama bu tayf bir mercekten geçerken her dalga boyu farklı bir açıda kırılıyor!
Fotoğraf makinemizde RGB (kırmızı, yeşil, mavi) renkleri ölçen ayrı noktacıklar var. Bunların birkaçı bir araya gelip bir pikseli oluşturuyorlar.
CA sadece bir renk sorunu değil.
Yukarıdaki şemada ortadaki şekle tekrar bakalım. Büyük bir sorun var. Aynı piksele ait mavi ışık sensörün önüne netlemiş. Yani “front focus” olmuş. Kırmızı ise tam tersi daha az kırılarak sensörün arkasına netlemiş. Yani “back focus” durumda! Kısaca o piksel fena halde bulanık. Neredeyse bütün sensörün yüzeyine yayılmış durumda.
Modern tasarımlı lenslerde bile bazen chromatic aberration (CA) sorunu görülüyor. Genellikle yüksek kontrastlı bölgelerde mor/yeşil/kırmızı gökkuşağı gibi renklenmeler şeklinde kendini ele veren bu durum basit bir renk sapması değil. Yani Photoshop ile o mor ya da kırmızı bandı temizlediğiniz zaman sorunun sadece bir kısmını halletmiş oluyoruz. Detay dediğimiz şey bir ışık ve o ışığın farklı tonları etrafa dağıldığında bu istenmeyen tonları silsek bile aynı detayı geri toplayamayız. Çünkü o detayın önemli bir parçasını da silmiş oluyoruz.
Siyah beyaz dönemde tek renk filtreler kullanarak ışık tayfını sınırlandıran ve dolayısıyla CA bozulmasını da sınırlandıran yöntemler kullanmışlar. Örneğin mavi filtre takıp sadece mavi rengin fotoğrafını çektiğimiz zaman bu renk saçılması da olmuyor. Bütün maviler aynı yere toplanıyor. Siyah beyaz film üzerinde yine siyah beyaz görünen ama aslında sadece mavi kanalını içeren bir fotoğraf ortaya çıkıyor. Bugünlerde sadece mavi renkten oluşan bir fotoğraf istemeyeceğimize göre bunu uygulayamıyoruz. Lensi de baştan tasarlayamayacağımız için yapılacak en kolay şey diyaframı biraz kısmak olacak.
Diyafram kısıldığında gelen ışığın açısını sınırlandırmış olacağız ve ışık tayfının ayrışması da azalacak. Yani hem renk hem keskinlik anlamında fotoğrafı iyileştirmiş olacağız. Bunu yine yukarıdaki şemada alt bölümde görebilirsiniz.
Dikkat: Diyaframı aşırı kısmak keskinliğe zarar verir.
Büyüteç ile fotoğraf
Bu kadar teoriden sonra eğlenceye geçelim. Bir fotoğraf makinesi lensi, ışığı odaklayan bir mercek ise bir büyüteç de aynı işi yapabilir. Artık bu büyüteci fotoğraf makinemize takalım.
Makinede başka hiçbir lens olmayacak. Optik düzenek olarak sadece büyüteç kullanacağız.
Önce lensimizi biraz tanımakla başlayalım. Büyüteç ama odak değeri ne? Diyafram açıklığı ne kadar? Bunları bilsek iyi olur. Özellikle odak değerini Sony IBIS titreşim engelleme sistemiyle birlikte kullanabilmek için istiyorum. Sony’ler tüm lenslerde titreşim engelleme yapabiliyor. Otomatik lenslerde gövde elektronik bağlantı üzerinden lensin değerlerini okuyor. Ama manuel bir lens ile IBIS kullanacaksak lensin odak değerini biz girmek zorundayız. Yanlış değer girersek kaş yapayım derken göz çıkarırız.
Tavan lambasını bir kağıt üzerine odaklayarak bir cetvel yardımıyla büyüteç-kağıt arasındaki mesafeyi ölçüyorum.
Diyaframı belirlemek için camın çapını ölçmemiz gerek. Tek mercekli bir yapı olduğu için detaylı formüllere gerek yok. Camın çapı 47mm ve bunu formülde yerine koymamız gerek.
Odak uzunluğu / Diyafram değeri = Diyafram çapı
Diyafram değeri = 125 / 47 = f/2.6
Güzel, lensimizin değerleri ortaya çıktı. Çekimlere geçelim :) Ama lensi nasıl bağlayacağız? Sonsuza odaklamak için sensör - büyüteç arası 125mm olması gerek. Daha yakına odaklamak için bu mesafeyi artırmamız lazım. Kısaca ayarlanabilir olmalı. Yani bir körük gerek. Bağlama kısmını ise unutalım, bir adaptör uydurmak mümkün değil. Ancak yapıştırılabilir, bunu da istemiyorum. Büyüteci körüğün önünde elimle tutacağım!
İçeride yaptığım ilk test sonucunda görüntü almayı başarıyorum ama durum iç açıcı değil. Bir rüya havası veren “glow” efekti aşırı derecede verilmiş gibi bir hal var. Ne beklediğimi ben de bilmiyorum. Elimdeki alet kaliteli bir büyüteç değil. Sıradan kırtasiye ürünü.
Küresel Sapma (Spherical Aberration)
Büyüteçle çektiğimiz ilk fotoğraftaki bu rüyamsı efektin, yumuşaklığın ve kontrast düşüklüğünün tek suçlusu Chromatic Aberration değil. Onun bir de suç ortağı var: Küresel Sapma.
İsmindeki “küresel” kelimesi, sorunun kaynağını doğrudan ele veriyor. Basit bir merceğin yüzeyi, imalatı en kolay olduğu için mükemmel bir kürenin parçası olarak üretilir. Ancak fizik kuralları burada bize bir oyun oynuyor. Küresel yüzeye sahip bir merceğin kenarlarına çarpan ışık ışınları, merkeze yakın çarpanlara göre daha fazla bükülür.
Merceğin dış kenarlarından gelen ışık hemen merceğin arkasında bir yere odaklanırken, merkezden gelen ışık daha uzakta bir noktaya odaklanıyor. Sonuç? Işık asla tek bir keskin noktada toplanamıyor. Bunun yerine “en iyi odak noktası” dediğimiz yer, aslında bulanık bir daireden ibaret kalıyor. İşte o meşhur rüya efekti ve keskinlik kaybı tam olarak bu yüzden!
Küresel sapma, keskinliğin baş düşmanıdır.
Bu durum sadece bizim el yapımı lensimize özgü bir sorun değil. Tüm basit ve küresel yüzeyli lenslerin doğasında bu kusur vardır. Peki ne yapacağız? Çözüm, bir önceki sorunda olduğu gibi yine aynı yerden geliyor: Diyaframı kısmak!
Harici diyaframı kıstığımızda, merceğin sorunlu olan dış kenarlarını fiziksel olarak engellemiş oluyoruz. Sadece optik olarak daha düzgün çalışan merkez bölgesinden ışığın geçmesine izin veriyoruz. Merkeze yakın ışınlar birbirine çok yakın noktalara odaklandığı için, görüntü anında daha keskin ve kontrastlı hale geliyor.
Modern ve pahalı lenslerin içinde “asferik” (küresel olmayan) yüzeye sahip özel elemanlar bulunmasının sebebi de tam olarak budur. Bu özel şekilli mercekler, ışığın tüm noktalardan gelip tek bir noktada toplanmasını sağlayarak küresel sapmayı neredeyse sıfıra indirir.
Görüntüyü iyileştirme
Yapabileceğim iki şey var.
-
Camlarda özel kaplama olmadığı için her açıdan ışık girip sensöre kadar ulaşıyor. Görüntüde genel bir sislenme var. Bunu önlemek için bir gölgelik (hood) yapacağım.
-
Açık diyafram neredeyse her zaman oldukça soft sonuç verir. Gerçek lensler bile tam açık diyaframda bazen kullanılamaz seviyede görüntü veriyorlar. Büyütecin hemen arkasında harici diyafram kullanarak görüntüyü iyileştirebilirim.
Körüğüm M42 tipinde. Harici diyafram da M42 olduğu için doğrudan körüğün önüne takıyorum. Diyafram tamam.
Kağıt bardaklar gölgelik üretmek için uygun yapıdalar. Bir tanesinin dibini kesip çıkarıyorum ve büyütecin üzerine bantla sabitliyorum. Bardak beyaz olduğu için bu hali ile işleri bozar. Siyah kartondan bir parça kesip rulo haline getirerek bardağın içine dolduruyorum. Mükemmel değil ama bardağa gayet iyi oturuyor. Dışarı taşan uçları da makasla biraz düzelttikten sonra büyütecimiz bir lense benzemeye başlıyor.
Çekim sırasında yukarıda görüldüğü gibi büyüteci körüğün önünde elimle tutacağım. Hem odaklama için körüğün boyunu değiştirmek hem de büyüteci orada tutmak biraz zahmetli olsa da bu konuda tecrübeliyim. Vizörden bakarak diyaframı ortalama bir yerlere kısıyorum. Değer olarak nerelerdeyim hiçbir fikrim yok.
Evet işte budur :) Büyütecimizi bir lens olarak kullanmayı başardık. Eski webcam görüntülerini ya da VHS video kasetlerinden izlediğimiz filmleri andıran soft bir görüntü veriyor. Ama çalışıyor. Kendi bedava lensimizi yapmış olduk.
Kafamda bir sürü ışıklar, planlar vs gezinmeye başlıyor ama bunu bir yarış haline getirirsem sonu gelmeyecek. Çok da masraflı olacak. Şimdilik sadece büyütecimin tadını biraz daha çıkarmak yeterli olacak. Biraz da kedi çalışalım.
