Демилитаризация: 50 мм F/1.5, объектив танкового прибора ночного видения ТВНО-2Б, адаптированный для беззеркальных камер. Обзор от Родиона Эшмакова

Материал по данному объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков (подпишись на Instagram!).

Эта статья посвящена необычному 50/1.5 объективу, который никогда не предназначался для фотографии — объективу от бинокуляра ночного видения ТВНО-2Б, который устанавливали в советскую военную технику, в частности — в танки Т-62, Т-64 и др. Объектив не имеет названия, он даже не предназначен для работы в видимом свете. Производитель — Изюмский приборостроительный завод, знаменитый своими замечательными кинопроекционными объективами 16КП и 35КП.

Оба извлеченных объектива я адаптировал для использования с современными беззеркальными камерами. Для меня это не первый опыт «ковки орал из мечей» — читайте также статью про интересный Таир-62Т 95/2.5 от головки наведения авиабомбы.

Технические характеристики объектива:

Оптическая схема — 5 линз в 3 группах, «Sonnar» (аналогична CZJ Sonnar 180/2.8);

Фокусное расстояние — 50 мм;
Относительное отверстие — 1:1,5;
Угол поля зрения — 30° (соответствует кадру ~APS-C);
Экспериментальные коэффициенты светопропускания — 0,59 (380-800 нм), 0,60 (400-780 нм), 0,90 (800-1100 нм);
Особенности — объектив для инфракрасного диапазона, не имеет фокусировочного механизма и изменяемой диафрагмы.

Приборы ночного видения: разновидности, принцип работы и оптика

Источники: 1, 2, 3.

Военно-промышленный комплекс служит зачастую одним из главных потребителей благ научно-технического прогресса. Для облегчения ведения войны в условиях недостаточного освещения еще в период ВМВ были разработаны первые приборы ночного видения (ПНВ), использующие невидимое человеческому глазу инфракрасное (ИК) излучение. Принцип работы прибора ночного видения основан на явлениях фотоэффекта и электролюминесценции: 1) объектив строит изображение объекта наблюдения в ИК-лучах на фотокатоде, выполненном из материала с красной границей в более длинноволновой области, чем используемый свет; 2) фотокатод испускает электроны, выбитые квантами ИК-излучения, которые направляются электрическим полем в вакууме на люминесцентный экран; 3) при столкновении электрона с экраном происходит вспышка с испусканием видимого зеленого излучения — таким образом из изображения в ИК-лучах получается картинка в видимом диапазоне; 4) изображение с экрана наблюдают с помощью окуляра.

Фотокатод, вакуумный корпус, электронная линза и люминесцентный экран составляют единый электровакуумный прибор, называемый электронно-оптическим преобразователем (ЭОП). Приборы т.н. «нулевого поколения», основанные на этой простейшей схеме, способны работать эффективно разве что при внешней подсветке объекта невидимым глазу ИК-излучением и использовались еще гитлеровскими войсками во время ночных боёв. Приборы 1 поколения используют схожую схему, но отличаются новым материалом фотокатода (цезий-кислород-серебро, натрий-калий-цезий-сурьма), обеспечивающим лучший квантовый выход, а потому способны работать и в пассивном режиме. Именно ПНВ 1 поколения сейчас являются наиболее распространенными и доступными.

Дальнейшая модернизация привела к появлению каскадных ЭОПов, в которых ЭОП 1 поколения совмещен с фотоэлектронным умножителем. Для увеличения разрешения приборов и понижения влияния паразитных засветок изобретены «пиксельные» ЭОПы на основе микроканальной оптики. Успехи в исследовании неорганических материалов позволили поднять квантовый выход и расширить спектральную чувствительность фотокатодов — так появились 2 и последующие поколения приборов.

Однако не только ЭОП определяет эффективность работы прибора ночного видения — важную роль играет используемый объектив: именно от него зависит общее число фотонов, попадающих на фотокатод ЭОПа. Это делает особенно важным достижение максимальной светосилы объектива. При этом ПНВ обычно работают в узком спектральном диапазоне (~800-1000 нм), что позволяет меньше думать о коррекции хроматических аберраций. Также можно принести в жертву светопропускание в видимом диапазоне в пользу ИК, нанеся специальное просветляющее покрытие на линзы. Далее, прибор обязан быть компактным: и по этой причине нередко используется оптика с малым задним вершинным расстоянием.

Не все объективы ПНВ, однако, соответствуют всем указанным выше характеристикам: например, РОМЗ Циклоп 85/1.5 от трубы НЗТ-1 и оптика очков ночного видения ПНВ-57 не имеют специального просветления для работы в ИК. Но оптимизация как правило берет свое: та же труба НЗТ-1 в 2000-х стала комплектоваться новым легким четырехлинзовым (разновидность схемы «Таир») объективом 85/1.5 с экстремально малым задним отрезком и просветлением для ИК-излучения. В ранних советских военных приборах, вероятно, также использовались поначалу неспециализированные объективы: так, в оптической схеме ТВН-1 хорошо прослеживаются очертания объектива, который очень напоминает Юпитер-3 50/1.5.

Однако даже в 50-е годы специально для военного применения была рассчитана линейка объективов: 150/1.5 Гелиос-52 (прицел ТПН-1), 100/1.5 Гелиос-50 (командирский прибор ТКН-1) и герой этого обзора — малоизвестный безымянный 50/1.5 (приборы водителя-наводчика ТВН-2, БВН-2). Все перечисленные объективы отличаются неприспособленностью для работы в видимом диапазоне как минимум из-за примененного просветления.

Модификация объектива ТВНО-2Б для работы с современными беззеркальными камерами

ТВН-2 и его модификации (в частности, ТВНО-2Б) используют ЭОПы ВЭИ-3 с катодом Ag-O-Cs. Размер фотокатода значительно меньше, чем, например, стандартный пленочный кадр. Можно сказать, что это кроп-ЭОП xD . Интересно, что нужно раздербанить, чтобы достать ЭОПовый «полный кадр» О_о…

Так или иначе, из-за этой особенности фотоприёмника объективы (за исключением известных Гелиосов-50 и 52) выполняют под малый кадр, примерно соответствующий APS-C. Хотя встречались упоминания модификации 50/1.5 объектива, которая имеет увеличенную заднюю линзу и работает с полным кадром.

Из-за ограниченного поля 50/1.5 объектив ТВНО-2Б выполнен по довольно простой пятилинзовой схеме «Sonnar», а не по семилинзовой, как Юпитер-3, имеющий большее поле при тех же параметрах. Интересно, что ранее мне уже попадался технический объектив для ИК области, выполненный по такой схеме — это исследовательский Pentacon 125/2.8 https://radojuva.com/2021/08/2-8-125mm-pentacon-lens/ . Собственно, положительный опыт его использования побудил меня продолжить исследования ИК-Зоннаров.

Процедура адаптации объективов ТВНО-2Б включала два этапа: установку ирисовой диафрагмы и помещение линзоблока в фокусировочный механизм. В линзоблоке мало резервов, диафрагму подобрать и установить нелегко – требуются токарные работы. Я не измерил исходный размер зрачка объектива, но до установки диафрагмы он был меньше — то есть в ходе адаптации светосила выросла до номинальных 1:1,5, определяемых по размеру входного зрачка объектива.

На деле, как позже оказалось, положение диафрагмы не совсем идеальное — помимо ограничения зрачка она вносить еще и небольшое виньетирование при работе. Впрочем, без знания параметров оптической схемы лучше сделать вряд ли получится.

После установки диафрагмы были заказаны и изготовлены адаптеры, позволяющие установить линзоблоки в фабричные макрогеликоиды с резьбой М42. Управление диафрагмой при этом осуществляется поворотом линзоблока.

Задний отрезок у объектива очень мал — линза находится в плоскости байонета. Отношение заднего отрезка к фокусному расстоянию гораздо меньше, чем даже у дальномерного Юпитер-3.

Все линзы объектива имеют ярко-голубое просветляющее покрытие, обеспечивающее наилучшую работу в ИК-диапазоне. Объектив напросвет просто оранжевый.

Нельзя сказать, что объектив от прибора ТВНО-2Б является простым для адаптации: если подбор геликоида и в самом деле не составит труда, то выбор и установка диафрагмы, выведение управления ею довольно непростые. Тем не менее, переделка не требует изготовления корпуса для линз с нуля, что уже замечательно.

Оптические свойства

Как уже было ранее отмечено, объектив ТВНО-2Б способен работать только с матрицами формата APS-C и меньше. На открытой диафрагме объектив дает очень мягкую картинку с выраженным свечением контуров даже по центру кадра. Резкость значительно убывает к краю из-за влияния полевых аберраций. При диафрагмировании уже на 1/2 — 1 ступень оптическое качество приходит в норму и объектив демонстрирует очень хорошую резкость в центре. Но в углах кадра APS-C разрешение в целом остается слабым. Хроматические аберрации малозаметны, проявляются лишь как оранжево-синий фринжинг в ближайшей зоне дефокуса (сферохроматизм) — я ожидал намного худшего. На открытой диафрагме виньетирование очень незначительное, оно несколько возрастает с диафрагмированием из-за неоптимального положения диафрагмы.

Рисунок и боке у объектива очень необычны. Ранее в соцсетях была опубликована фотозагадка, в которой было необходимо угадать оптическую схему и год производства объектива по приведенным черно-белым фото. Было высказано множество предположений, среди которых были указания на объективы со схемой «Зоннар», также читатели Радоживы отметили «несбалансированность» объектива, словно он был плохо рассчитан по каким-то причинам. Все это правда, только объектив не плохо рассчитан, а рассчитан для другого излучения. Оптика ТВНО-2Б имеет действительно очень своеобразное боке, которое сильно видоизменяется с диафрагмированием. Фотографии, выполненные объективом в ч/б, имеют хорошую такую претензию на винтажность.

Контраст изображения невысокий, несколько улучшается с диафрагмированием. Однако линзы сильно рассеивают свет (особенно синий), что приводит к появлению характерной вуали или пятна по центру кадра. Даже некоторая фотографическая оптика страдает таким недостатком, например — «синеглазый» Гелиос-44 начала 60-х годов (серия 00…).

Светопропускание объектива ТВНО-2Б было исследовано методом спектрофотометрии. Определены и коэффициенты светопропускания объектива для разных диапазонов длин волн: 0,59 (380-800 нм), 0,60 (400-780 нм) — разные оценки границ видимой области, 0,90 (800-1100 нм) — ближний ИК диапазон. Оказалось, что вид спектра сильно отличается от типичного спектра пропускания объектива с однослойным просветлением для работы в видимой области: отсутствует ярко-выраженный пик, зато в ближней ИК области обеспечивается ровное и высокое светопропускание — примерно вдвое выше, чем у обычной оптики. Синий свет объектив практически полностью режет, что возымеет колоссальное влияние на цветопередачу при использовании в видимом диапазоне.

В общем работу просветления объектива в видимом диапазоне можно охарактеризовать как «утепляющий» фильтр частот с линейным профилем. Важно понимать, однако, что спектр не учитывает влияние светорассеяния на поверхностях стекло-воздух на фотографию, которое играет большую роль при использовании в сложном освещении.

При работе с этим объективом невозможно точно и наверняка предугадать результат — слишком уж он непохож на обычную оптику. Тем не менее, как мне показалось, очень большой потенциал оптика ТВНО-2Б имеет в черно-белой фотографии, а также при фотографировании в условиях сложного освещения, когда просветление выдает «все возможные и даже некоторые невозможные» (с) (Доктор Брин) спецэффекты. В общем, опыт применения этого объектива был весьма необычен и занятен.

Ниже приведены примеры фотографий, выполненных адаптированным объективом на камеру Sony A7s в режиме APS-C.

Часть фото была переведена в ч/б с помощью Silver Efex 2.

Выводы

Специализированная инфракрасная военная оптика, конечно, по своей сути не может быть каким-либо эквивалентом обычной хотя бы из-за цветопередачи. Однако для художественной фотографии это воистину уникальный инструмент, не имеющий аналогов среди обычной фотооптики, с очень своеобразным рисунком и вполне вменяемым оптическим качеством — это далеко не хипстерский монокль из линзы гелиоса. Кроме того, никто не мешает использовать подобные объективы по назначению с камерами без ИК-фильтра, которые обычно используют астрофотографы — здесь у этого объектива практически двукратное преимущество перед обычными за счет высокого светопропускания в ИК-области. Словом, если у вас есть лишний танк в хозяйстве или вы за разоружение и мир во всем мире — этот объектив для вас!

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь. Все обзоры Родиона в одном месте здесь.