Я мечтал о фотоаппарате, которого не существует, поэтому создал его сам

Leica G9ii

Эта статья не является подробной инструкцией. Это описание того, что происходит, когда разработчик ПО принимается за решение аппаратной задачи, пойдя по сложному пути.

Камера названа так, потому что внутренности взяты у Lumix G9ii, а корпус — это реплика Leica M, изготовленная на станке с ЧПУ. Также я изготовил новые гибкие кабели для соединения сменивших положение кнопок и колёс управления.

Зачем?

Много лет у меня была мечта написать собственное ПО для камеры или, по крайней мере, спрятать неиспользуемые меню; я хотел избавиться от бойлерплейта и оставить только самое необходимое. Я фотограф-любитель, поэтому, например, практически не использую никаких других режимов, кроме A и M. Хоть я и программист, такая задача была бы для меня невыполнимой: мне не хватает навыков в реверс-инжиниринге двоичных файлов, работе с шестнадцатеричным кодом; кроме того, если что-то пойдёт не так, я рискую превратить камеру в кирпич.

Какие мои умения позволили мне изготовить эту камеру? В детстве я занимался дома электроникой и изучал электротехнику, но позже выбрал карьеру программиста. Самым амбициозным моим проектом, который завершился успехом, стало превращение кнопки воспроизведения портативного кассетного плеера Sony из механической в цифровую, потому что я был слишком беден, чтобы купить цифровой. По сути, я спроектировал металлическую деталь, которая перемещала физическую кнопку, когда начинал вращаться двигатель.

Кроме того, меня расстроила потеря уникальности MFT-камер: компании официально отказывались от линеек компактных и дальномерных устройств. Вскоре после того, как я приступил к своему проекту, OM System выпустила OM-3, но она оказалась ни дальномерной, ни компактной. К сожалению, моя фотокамера тоже не компактная, я изготовил её в размерах FF Leica M (136x80x35 мм), и это был абсолютный минимум, который я мог реализовать.

Я решил модифицировать G9ii, потому что это наиболее функциональная MFT-камера, обладающая наибольшим разрешением, фазовым автофокусом, двумя слотами для карт памяти и так далее… Выбрал я Lumix, а не Olympus ещё и потому, что объективы Lumix плохо совместимы с тушками Olympus, поэтому обожаемое мной кольцо управления диафрагмой на Pana-Leica 15mm F1.7 не работало бы на Olympus.

Новый корпус

К корпусу у меня были следующие требования:

• Он должен выглядеть как дальномерная Leica M, потому что это самая красивая камера в мире. Источником вдохновения для меня стала Leica M 70 edition ^[1], мне нравится высокая нижняя пластина, благодаря которой объектив находится посередине. Рассматривал я и Hasselblad x2d, мне хотелось позаимствовать изогнутую область видоискателя и кнопки. И Olympus Pen F.

• Добавить только самые необходимые кнопки.

• Объектив должен находиться как можно ближе к центру. Мне не хотелось, чтобы камера была изуродована смещённым максимально влево объективом (Sony a6000, я тебя имею в виду). Мне не удалось центрировать его так же, как на настоящей Leica, но, по крайней мере, камеру приятно держать, Я не ожидал, что плоская рукоятка может быть настолько удобной.

• Отсутствие видимых винтов. Даже у некоторых Leica есть очень некрасивые винты.

• Чувство высокого качества камеры. Чтобы достичь его, я использовал алюминий и кожу. Магний был слишком уж дорог, за одну деталь с меня запросили $700.

Приступим

Перед покупкой G9ii я не проводил исследований о её внутренностях, просто понадеялся, что смогу сделать её меньше. И мне повезло. Аккумулятор пришлось повернуть на 90 градусов, поэтому я смог избавиться от рукоятки, а между модулем матрицы и аккумулятором оставалась куча пространства. Sony, например, заполнила это пространство механизмом затвора, но Panasonic и Olympus разместили его слева.

Сначала я разобрал камеру, чтобы получить приблизительные размеры каждого компонента и подумать, как их можно переставить. Затем я собрал её снова, чтобы больше поэкспериментировать с ней, потому что был незнаком со всеми её возможностями. Потом снова разобрал её, произвёл дополнительные замеры и составил точную схему. Кажется, весь этот процесс занял примерно год.

Чтобы замерить исходные позиции винтов корпуса я в качестве основы измерений я создал две воображаемые оси XY. Я прижал стальной штангенциркуль к корпусу камеры и замерил расстояние от него до бортика вокруг отверстий под винты. Чтобы вычислить центр винта, я вычел радиус бортика. Делать это 50-сантиметровым штангенциркулем было невероятно сложно: он располагался неудобно, и при каждом измерении получались разные результаты. На этот этап я потратил несколько дней, но всё равно ошибся с одним винтом.

В качестве программы для проектирования я выбрал Fusion360. У меня было ноль опыта работы с подобными 3D-редакторами, поэтому я действовал по принципу «сначала сделаем, а вопросы будем задавать потом». В процессе обучения я сменил множество стратегий, и в конечном итоге получил один файл и множество компонентов, по одному на деталь. Работа с несколькими файлами и параметрами, как в программировании, оказалась совершенно негибким процессом.

Корпус был разбит на четыре части: нижняя пластина, верхняя пластина, передняя и задняя части. Все детали соединялись шестью перекрёстными отверстиями. При этом возникла небольшая проблема: верхняя и нижняя пластины не прижимались к другим деталям плотно, из-за чего в корпус потенциально могли попадать влага, испарения и пыль, поэтому я соединил их 1-2 уступами по краям.

Всё становится реальным... и дорогим

Я заказал эти детали в JLCPCB и был удивлён их точностью: по большей мере всё соединялось идеально, но некоторые из них, которые я считаю простыми, неожиданно оказались отличающимся по размерам.

Сначала я изготовил переднюю часть, самую сложную и содержащую большинство компонентов камеры, чтобы протестировать качество готового продукта. Деталь выглядела идеально, ровной, но шершавой, с острыми гранями.

Захотев сэкономить, я решил не заказывать резьбу в JLC и нарезать её сам при помощи ручного метчика. Всё прошло не так гладко: сложно было держать инструмент ровно, резьба оказалась неточной, и я поломал несколько метчиков, из-за чего отверстия стали непригодными для использования. Дополнительные затраты на нарезание резьбы были близки к 0$.

Остальные детали я напечатал на 3D-принтере у местного умельца: качество оказалось очень низким, я не мог поверить, что кто-то предлагает такие услуги за деньги; впрочем, этого было достаточно, чтобы найти несколько ошибок, протестировать камеру в целом и убедить себя, что стоит продолжать дальше.

Поработав над исправлениями ещё несколько месяцев, я наконец был готов отправить все детали в JLC. На этот раз я выбрал твёрдое анодированное покрытие. Не знаю, важно ли это для моего проекта, но твёрдое анодирование более прочное. Я заметил некоторые отличия от детали с простым анодированием: текстура внешне выглядит не так гладко, но на ощупь напоминает тефлон; кромки не такие острые.

Корпус + радиатор весят 234 г. Магниевый корпус + радиатор оригинала весят 188 г, поэтому я был приятно удивлён столь малой разницей, учитывая большой вес медного радиатора.

У меня возникли некоторые проблемы с кнопками. Изначально я поместил их всех в один объект, мне сообщили стоимость, но при отправке в производство деталь забраковали, вернули деньги и не отвечали на вопросы о том, что в ней исправить. Изготовление всех деталей по отдельности было бы слишком дорогим, поэтому я решил попробовать сгруппировать кнопки вместе в несколько более простых деталей. После этого мне уже не отказали. Я отделил каждую кнопку уже дома при помощи гравёра.

Электроника

Основная плата не помещалась в новый корпус в нескольких местах. Первым делом нужно было избавиться от разъёмов, они слишком большие и всё равно мне не нужны. Я начал резню с вырывания кусачками разъёмов, потому что не смог выпаять их паяльником (после покупки термофена у меня появилось больше уверенности в том, что я бы с этим справился). Кроме того, нужно было подпилить две части печатной платы. Здесь меня ждал сюрприз: внутри обнаружились восемь дополнительных слоёв меди, поэтому было непонятно, не разрушил ли я какие-нибудь дорожки. Оказалось, что не разрушил, потому что все они были подключены к заземлению, но продолжать пилить было бы рискованно, поэтому я пошёл другим путём — подпилил корпус и немного сдвинул всю печатную плату. В результате остался нулевой зазор.

После удаления разъёмов возникла неожиданная проблема: камера начала показывать на экране уровни микрофона. Оказалось, она думала, что я подключил микрофон, и для устранения этой проблемы я закоротил соответствующие контакты разъёма.

Также я выломал площадку одного слота SD-карты, который планировал повернуть на 90 градусов, чтобы можно было вставлять карту со стороны аккумулятора. Мне нужно было или починить площадки, или найти, куда идёт дорожка, но похоже, к сожалению, она вела напрямую к CPU. Сама дорожка проложена на одном из этих восьми внутренних слоёв. Второй слот SD-карты я оставил на месте, чтобы использовать карту в качестве внутреннего накопителя.

Гибкие кабели

Так как раньше я занимался электроникой, то подумал, что этот этап будет достаточно простым, нужно лишь начертить схемы и припаять несколько компонентов. Результаты первых попыток припаивания оригинальных SMD-компонентов 0402 (1x0,5 мм) оказались очень уродливыми, мне не удавалось держать их ровно и наносить нужное количество припоя. Поэтому я перепроектировал схему под размер 0603 (1,5x0,8 мм) и купил новые компоненты. К тому же они пригодились бы, чтобы я мог изготовить камеру много раз, не перепаивая одни и те же компоненты. Получилось намного лучше.

Схемы и платы я начертил в KiCad. Этой программе недоставало лишь одной нужной мне функции — она не могла выполнять плавный переход от одной ширины дорожки к другой. Ну, возможно, мне это и не нужно было, но именно так выглядели оригинальные кабели. Да и в целом чертить кривые сложно. В моей первой конструкции имелась ошибка на площадках, они не были маскированы,f и при нагревании отваливалась площадка целиком. На этом я не потерял деньги, потому что распечатал только одну, чтобы посмотреть, как всё пойдёт.

Спроектированные мной гибкие кабели предназначались для колёсиков верхней пластины, задних кнопок, разъёма аккумулятора, видоискателя и USB-C. Чтобы переместить видоискатель влево, мне нужно было удлинить его гибкий кабель. Поначалу я побаивался FPC-коннектора: 61 контакта в два ряда с шагом в 0,4 мм. Как вообще такое припаивать? Мне пришлось прокладывать дорожки между этими площадками, достигнув абсолютного предела возможностей изготовления (толщины примерно 0,07 мм). Но это была плохая идея, потому что я не смог бы припаять коннектор, не закоротив площадки с дорожками. Эту часть дорожки невозможно замаскировать, или, по крайней мере, этого не было сделано в оригинале. Я купил термофен специально для этой операции, но понял, что вполне подойдёт и паяльник, если не прокладывать дорожки между площадками. Как бы то ни было, я отказался от этой версии, потому что дорожки к тому же оказались не на той стороне, и теперь у камеры нет электронного видоискателя. Переходник USB-C тоже был плохим и недоделанным, поэтому я даже не пробовал его припаять.

Окончательная сборка

По сравнению с Olympus, камера Panasonic и так уже была простой в работе, но я поднял её на новый уровень. В ней меньше деталей, она доступнее, а корпус собирается только винтами на боковой стороне камеры.

Самой большой проблемой были колёсики, они достаточно легко прокручиваются, а работает из них только одно — колесо режимов съёмки. Оси, на которых крепятся эти колёса, очень короткие и широкие, можно попробовать их улучшить, сделав длиннее, как одна из них, которая работает очень хорошо. Ещё одна проблема заключается в том, что матрица не откалибрована правильно. Перед разборкой я провёл множество измерений, но не смог найти значения в своих записях. Впрочем, на фотографиях заметных дефектов не обнаруживается.

Покажу несколько примеров снимков этой камерой. Все они сняты в JPEG с применённым в камере LUT.

Тепловыделение

Я не знаю, как относиться к тепловыделению. Корпус камеры нагревается сильнее, чем я думал, это заметно при держании; температура достигает 35°C, а сам радиатор нагревается до 40°C в углу, где я могу дотянуться до него со стороны аккумулятора (CPU находится в центре). Возможно, это результат хорошего рассеяния тепла, не знаю точно. Я изготовил радиатор из меди для максимальной теплопередачи и обеспечил его хороший контакт с боковыми сторонами корпуса. Между CPU и радиатором нанесена термопаста, что теоретически лучше, чем термопрокладки оригинальной камеры. С другой стороны, теперь все компоненты очень скученны внутри. Любопытно, что самое горячее место корпуса находится не над CPU, и я не понимаю почему: горячая точка расположена в начале гибкого кабеля экрана.

Wi-Fi

Корпус полностью алюминиевый, поэтому возникли проблемы с сигналом WiFi. В Lumix модуль WiFi находился в передней части рукоятки, в пустой полости, закрытой пластмассой и резиной. В моём корпусе было место слева для реализации чего-то подобного, но я не хотел ослаблять его и добавлять пластмассовые детали. Я решил, что лучше всего будет, если сигнал станет выходить через видоискатель, поэтому разместил модуль рядом с ним. Потребуется дополнительное тестирование, потому что такая схема работает только тогда, когда телефон находится очень близко к видоискателю. При проверке этой теории я попробовал разместить модуль WiFi внутри алюминиевого корпуса внешнего SSD, и оказалось, что он работает гораздо лучше, чем в камере.

Затраты

• Подержанный G9ii с очень низким количеством срабатываний затвора: 1000 евро. Подозреваю, что его активно использовали для записи видео, потому что с камерой мне прислали неоригинальный аккумулятор.

• Новый аккумулятор с сайта SmallRig: 38 долларов. Он быстро разряжается; я уверен, что дело в высоком энергопотреблении камеры.

• Инструменты с Aliexpress для обтачивания, пайки и так далее: 315 долларов.

• Компоненты или их детали с Aliexpress (винты, кнопки, резисторы и так далее): 127 долларов.

• Изготовление деталей на станках с ЧПУ в JLCPCB: 870 долларов.

• 3D-печать JLCPCB: 6 долларов.

• Гибкие печатные платы JLCPCB: 148 долларов.

Цена готового изделия может быть ниже, потому что часть компонентов я изготавливал несколько раз, но некоторые другие сделаны из пластмассы, хотя должны бы быть из алюминия.

Иными словами, получилось дешевле, чем за работающую Leica.

Вывод

Я так и не создал камеру, о которой мечтал, но теперь я знаю, что нужно для её изготовления. Получившийся результат стал доказательством того, что хорошее оборудование может быть компактнее и красивее.

Пока я не уверен, что мне понравится им пользоваться, кое-что мне не нравится в Lumix: время работы от аккумулятора (одна полоска заряда теряется, даже если немного полазить по меню), огромные файлы RAW (порядка 40 МБ для разрешения 25Mpx. Размер RAW камер Sony и Olympus в мегабайтах примерно равен количеству мегапикселей), сама камера немного тяжеловата — примерно 700 г с объективом.

Однако я потрачу ещё денег на устранение проблем, и в следующую поездку возьму эту камеру без каких-либо запасных вариантов.

Ссылки

• Github: https://github.com/cristibaluta/Leica-G9ii ^[2]

• Youtube: https://www.youtube.com/@CameraSurgery ^[3]