Многообразие доступной оптики на сегодняшнем рынке приводит в раздумья не только новичков. Рекламный прессинг зачастую повергает в замешательство и людей умудрённых фотографическим опытом. Под доступностью оптики я имею в виду не столько цену, сколько, возможность выбора объектива практически любых функциональных потенциалов. Порой мы просто теряемся в дебрях современной оптотерминологии, головокружительно обгоняющей наши классические школьно-вузовские представления в этой области. Кроме того, многие из нас, как правило, не адекватно подходят к выбору нужного именно ему объектива, стараясь приобрести «всё в одном», при этом однозначно обрекая себя на неудачу.
Рейтинги великого множества новоделов, ориентированных главным образом на «цифру», наводнили сегодня многие «глянцевые» периодические фотоиздания, такие, как, скажем, немецкий «ColorFoto» (до недавнего времени они, с не меньшим энтузиазмом, тиражировались и в отечественном «Фото Магазине»). Демонстрация этого «исключительно нужного и многообещающего великолепия» вызывают блеск в глазах новичков и уныние у тех, кто уже успел испытать разрекламированные «ёлочные украшения». За малым исключением, это пластиковые люфтующие барабаны на довольно хилом скелете, с пластиковыми же асферическими элементами, сомнительной долговечности. Цена подобных приборов не малая, от 200 - 300 Euro, до величин, отмеченных 4-х значными числами. Обратите внимание, что Никон, Кенон и Пентакс на своих предприятиях в Японии этих объективов не производят, там они занимаются лишь серьёзной профессиональной оптикой. Фокусный диапазон ширпотреба чаще всего лукаво оговаривается в плёночном формате. В пересчёте на матрицу, фантастический суперобъектив, как правило, превращается в тривиальный зум. Но это уже тема другого разговора.
Мы не будем останавливаться в наших заметках на банальных вопросах новичков: «какой объектив лучше?», или «какой выбрать суперзум?». (Читателю, который всё-таки хочет услышать «ответы» на подобные вопросы, рекомендую обратиться на соответствующие форумы RU. Net, где ему окончательно заморочат голову).
К несчастью, нас угодило в «век одноразовой посуды».
Это очень точное замечание литератора Виктора Ерофеева прозвучало в контексте раздумий о современной культуре. Но, по-моему, оно справедливо распространяется на все аспекты нашего бытия, а уж на технический прогресс – в первую очередь. Нет, и уже, наверное, никогда не будет, массовых луженых лимузинов с многотысячным безремонтным пробегом, или «аэропланов», подобных Ли-2, Ан-2, или Ан-24, с практически неограниченным ресурсом планера (можете мне поверить, как профессиональному авиатору, имеющему за плечами более 10 000 часов налёта). А кому, казалось бы, теперь будут нужны наручные механические часы, если килограмм их электронных братьев, с исключительной точностью хода, стоит всего «10 р.». Да и «сотовый», с кварцевым хронометром, у нас всегда в кармане.
Политика производителя массового продукта ныне совсем иная, чем ещё несколько лет назад. Сейчас производителю особенно важна видимость устойчивого обновления его изделий, чтобы постоянно поддерживать покупательский зуд. Забота о долговечности и надёжности самого продукта при этом уходит на второй план. Больше того, эти параметры умышленно ограничивают, опять же для того, чтобы не усыплять активность покупателя. Возможно, прав и незадачливый потребитель, исповедующий забавную идею О. Бендера: «Мне не нужна вечная игла для примуса, я не хочу жить вечно».
Но, тем не менее, находятся «безумцы» покупающие дорогущие и редкие сегодня механические «Ролексы», «Лонжины» и «Омеги», нет, не разукрашенные «брюликами» и, даже, не золотые, а просто великолепно исполненные. Или «сумасшедшие» американцы, которые в «век одноразовой посуды» решили возродить производство лёгкомоторных поршневых самолётов, легко управляемых, приёмистых, очень долговечных и надёжных. И делают они это не для удовлетворения своих авиаспортивных амбиций, а для перевозки пассажиров. Пусть меня обвинят в чрезмерном снобизме, но я разделяю позиции этих людей. Высокоточные механизмы и машины, собранные «на века», всегда источают тепло, переданное им руками создателей. Они внушают какую-то необъяснимую уверенность в себе. Конечно, это лишь субъективные ощущения.
Что же такое хороший объектив, и откуда он родом?
История оптики не будет задачей рассказа. Мы просто задержимся на некоторых событиях и предметах, которые в общих чертах помогут напомнить о родословной сегодняшних объективов. Совсем не хочется, чтобы эта статья выглядела менторской в глазах умудрённого оптическим опытом читателя. Тем не менее, мне кажется, нелишне вспомнить, что же это за штука – хорошая оптика. Ведь сухие и малопонятные многим ссылки при оценке объективов на MTF – функции передачи модуляции, в конечном счете, никак не могут характеризовать его конкретные прелести. Постараюсь в рассказе обойтись без скучных формул и всякого рода «кривых», которые сам не очень люблю.
Основная задача любого фотографического объектива – сделать проекцию объекта на светочувствительный материал, как можно более плоской, т. е. получить изображение одинаковой резкости по всему полю, как в центре, так и по краям. В сравнении с другими оптическими инструментами, например зрительной трубой, микроскопом и т. д., фотографический объектив имеет наибольшее угловое поле изображения, т. е. в нём действуют сильно наклонённые, так называемые, косые пучки. Для них, особенно, начинает сказываться астигматизм, который в отличие от сферической аберрации* (искажение) ухудшает качество изображения не в центре, а на краях поля.
*Сферическая аберрация.
Она свойственна всем объективам, построенных целиком из сферических элементов. Сферическая аберрация вызвана тем, что параллельные световые лучи, проходящие через край линзы, сливаются в фокальной точке ближе к линзе, чем световые лучи, проходящие через центр линзы. Степень сферической аберрации имеет тенденцию увеличиваться в объективах с большой апертурой. Сферическая аберрация влияет на всю площадь проекции объекта, от центра до краев. Следствием её влияния является мягкое низко-контрастное изображение, которое кажется покрытым тонкой вуалью. Сферическую аберрацию очень трудно исправить. В объективах большой светосилы, при полной апертуре единственный радикальный способ борьбы с ней - использование асферических элементов.
Итак, астигматизм ухудшает качество изображения на краях поля. Слово астигматизм происходит от греческого «стигма», что означает точка, и отрицательной приставки «а», т. е. бесточие, или отсутствие точки. Слово «анастигмат» содержит еще одно отрицание «ан» и означает отсутствие бесточия, т. е. передачу точки в виде такой же точки.
Объектив - анастигмат обеспечивает получение почти одинаковой резкости по всему полю изображения при полном отверстии. Таким образом, любой достойный объектив, в первую очередь обязан быть «анастигматом». Мне не известна ни одна удовлетворительная классификация, в которую могли бы вписаться все существующие фотографические объективы. Наиболее полную картину можно получить, рассматривая объективы в порядке их развития от простейших конструкций, которые застала фотография при своём возникновении, до современных сверхсветосильных анастигматов. Такой подход оправдан еще и тем, что объективы старых оптических формул находят сегодня не мене успешное применение, чем конструкции последних лет.
Одиночная линза – мениск
Первыми фотообъективами были двояковыпуклые и плосковыпуклые линзы без определенного положения диафрагмы. Однако дошедшие до нас известия о камере обскуре, говорят о том, что в ней, в качестве объективов использовали уже более благоприятную в отношении аберраций линзу вогнуто-выпуклой формы - мениск. Известно, что идею мениска высказал в 1812 году англичанин В. Волластон, указав при этом наивыгоднейшее положение диафрагмы (рис. 1).
Если обратить мениск вогнутой стороной к падающему свету (при этом диафрагма должна располагаться перед объективом), то он будет давать большее поле изображения, правда, с некоторым ухудшением резкости в центре. Этот простейший тип объектива, известен, как «монокль». На рис. 2 – коробка, с набором моноклей фирмы G. Rodenstock, Мюнхен, Германия. В наборе, кроме моноклей, - латунный тубус для их установки, с устройством диафрагмы. Сменные стёкла отличаются фокусным расстоянием от 25 до 70 см. Более тонкое стекло соответствует большему фокусу.
Изображения, даваемые моноклем, имеющим всего две преломляющих поверхности, отличаются художественной мягкостью и сочностью. Некоторым фотографам по душе эксперименты с мениском, обращённым выпуклой стороной к падающему свету [при этом диафрагма должна располагаться за объективом (рис. 1).. Сегодня, пожалуй, единственная, известная мне, немецкая фирма Novoflex, помимо прочей необычной оптики занимается производством, близких сердцу нашего любителя, объективов менискового типа - настоящих моноклей.
Основной недостаток мениска - совершенно неисправленная хроматическая аберрация**.
**В первом приближении хроматическая аберрация - разложение белого света, прошедшего сквозь линзу, на спектральные составляющие, в силу её несовершенства.
Для ослабления действия хроматической аберрации и получения приемлемого по резкости изображения, обычно прибегали к хроматической поправке, путем коррекции фокусировки объектива, или перемещения плоскости светочувствительного слоя после визуальной установки по матовому стеклу. Основная задача этой операции состояла в совмещении фокусов желтых и фиолетовых лучей, особенно сильно действующих на фотослой. В годы младенчества фотографии эту хроматическую поправку объясняли присутствием так называемого «химического фокуса».
Ландшафтная линза, или ахромат.
Основной недостаток мениска удалось устранить в 30-х годах позапрошлого столетия оптикам В. и К. Шевалье, создавшим «французскую ландшафтную линзу» (так её называли современники Шевалье). Она состояла из двух склеенных линз, каждая из которых, в свою очередь, сделана из двух стекол различной преломляемости («кронглас» и «флинтглас»), для ослабления хроматической аберрации, т.е. для уничтожения «химического фокуса». (рис.3).
Эффект был основан на характеристиках дисперсии*** каждой из линз.
***Дисперсия- явление, при котором оптические характеристики среды меняются в зависимости от длины волны светового луча, проходящего через среду. Когда свет поступает в линзу, характеристики дисперсии линзы вызывают изменения показателя преломления в зависимости от длины волны его составляющих.
В прежнее время оптическое стекло разделялись на два обширных класса: стекла, не содержащие свинца, - «кроны» и стекла с большим или меньшим содержанием свинца «флинты» (сейчас всё гораздо сложнее). У этих стекол дисперсия тесно связана с показателем преломления.
В 1857 году Т. Грубб несколько видоизменил «ландшафтную линзу». Она дошла до нас под названием «ахромата» или «ахроматической линзы». «Ахромат» обычно имеет форму мениска и так же, как у мениска, расположенную диафрагму. Ландшафтная линза дает несколько лучшее качество изображения, чем простой мениск, и благодаря соединению в одном фокусе желтых и сине-фиолетовых лучей, не требует поправки после установки на фокус. В ахроматической линзе устранить астигматизм нельзя, но подбором радиусов кривизны стёкол добиваются удовлетворительной резкости в пределах значительного угла, особенно при малом относительном отверстии.
К сожалению первозданные «ландшафтные линзы», до нас практически не дожили. На рисунках 4 и 5 изображено несколько коллекционных редкостей.
На рис. 4 - ландшафтные линзы фирмы «Lancaster and Son, Birmingham, England». В центре рис. 4 - линза с ирисовой диафрагмой. Вообще старинная английская фирма Ланкастер и Сын замечательна тем, что она являлась обладательницей патента от 19.03.1886 г. на устройство ирисовой диафрагмы. Это гениальное изобретение, принципиально не меняясь, сопровождает практически всю фотооптику вот уже 120 лет. На рис. 5 - ландшафтная линза, изготовленная швейцарской фирмой E. Suter, Basel. Сегодня использование «ахроматической линзы» в качестве самостоятельного объектива ограничено, пожалуй, лишь одноразовыми, или самыми дешёвыми мыльницами. За то в качестве насадочных линз, для увеличения масштаба съёмки, они используются довольно широко.
рис 5. Ландшафтная линза, E. Suter, Basel
Портретный объектив «Петцваль» (Petzval)
Портретный объектив был рассчитан и выпущен уже в 1840 г., т. е. на втором году существования фотографии. Это был первый фотографический объектив, построенный целиком на основании расчета. Он явился блестящим доказательством преимущества вычислительной оптики перед господствовавшей в то время оптикой проб.
Венский профессор Петцваль(Petzval, J.M. 1807 - 1891 г.), математик по специальности, рассчитал портретный объектив с относительным отверстием 1:3,4 (отношение 1 : 3,4, или, как принято сегодня f/3.4, означает, что диаметр линз в 3,4 раза меньше фокусного расстояния). «Петцваль» f/3,4 был построен Фохтлендером (Voigtländer) (рис. 6). Этот объектив дает чрезвычайно резкие изображения по середине поля, но само поле при этом невелико.
рис. 6
Открытие замечательно тем, что Петцваль работал в области, до него совершенно нетронутой. Лишь правильно и широко использованный математический метод дал ему возможность получить результаты, которые и сейчас еще вызывают удивление. Очевидно, Петцваль имел точное представление о законах, которым подчиняется построение изображения, но лишь Зейдель, гораздо позже, на основании теории математика Гаусса, опубликовал вывод законов образования изображения, о которых умолчал Петцваль. Однако труды этих ученых подготовили только почву для создания первого анастигмата. «Петцваль» был первым светосильным объективом, во много раз превосходившим по светосиле существовавшие в то время конструкции с относительным отверстием: f/14 - f/18, что при съемке портрета на материале низкой чувствительности имело решающее значение.
рис. 7.
Портретный «Петцваль» (рис. 7) состоит из двух далеко расставленных компонентов с диафрагмой между ними. Передний компонент содержит две склеенные, а задний две не склеенные между собой линзы. Объектив имеет хорошую хроматическую коррекцию и незначительный астигматизм наклонных пучков, но обладает большой кривизной поля, вследствие чего полезное поле его не может быть сделано большим. Относительное отверстие первого объектива было f/3,4 при фокусном расстоянии 14,9 см. Этот объектив послужил примером бесконечных подражаний.
рис. 8. Dallmeyer Petzval
рис. 9. Petzval– объектив для увеличений, фирмы Fallowfield, Lambeth, London.
Вот лишь два примера: рис. 8. Dallmeyer Petzval и рис. 9 - Petzval – объектив для увеличений, фирмы Fallowfield, Lambeth, London. По схеме «Петцваля» очень долго строились длиннофокусные проекционные объективы с относительным отверстием f/2,3 - f/2 и f/1,6.
Перископ (Periscop)
С установлением зависимости дисторсии (геометрических искажений) от положения диафрагмы в 1865 году А. Штейнгелем (Steinheil, Munich, Germany) был предложен свободный от дисторсии симметричный объектив - «перископ», состоявший из двух «кронгласовых» менисков с диафрагмой между ними (рис. 10). Будучи неахроматичным, т.е. имея «химический фокус», перископ, однако, дает улучшенную резкость по краям снимка (при небольших относительных отверстиях около f/11) и не искажает линий. Расстояние между менисками определяет угловое поле. Чем больше угол, тем ближе расположены линзы.
Для ослабления действия хроматической аберрации («химического фокуса») в аппаратах с фокусировкой по матовому стеклу плоскость светочувствительного слоя устанавливается ближе к объективу, чем плоскость матового стекла, т. о. создается искусственно как бы кассетная разница в размере около 2% фокусного расстояния объектива. Для той же цели в оправе перископа иногда предусматривается смещение объектива внутри оправы на величину хроматической разности.
рис. 11. Широкоугольный объектив Гипергон 150mm f/22,C. P. Goerz A.G, Berlin (Герц, 1900 г.)
По типу перископа фирмой C. P. Goerz A.G, Berlin (Герц) в 1900 г. был построен широкоугольный объектив Гипергон 150mm f/22 (существует вариант f/32), с углом охвата 140 градусов. В объективах старых конструкций при больших угловых полях освещенность убывает настолько сильно, что для выравнивания ее прибегали к искусственному затемнению средней части поля, как это сделано в «Гипергоне», где диафрагма имеет форму звездочки, прикрывающей середину первой линзы (рис. 11).
Апланат(Aplanat)
Совершенствуя свой «перископ» и стараясь избавиться от присутствия «химического фокуса», А. Штейнгель в 1866 году выпустил универсальный «апланат» - объектив, состоящий из двух одинаковых, симметрично расположенных относительно диафрагмы линз (ахроматов), каждая из которых склеена из двух стёкол (рис. 12). В объективе весьма простыми средствами исправлены сферическая и хроматическая аберрации. Астигматизм в апланате устранить не удается, но так же, как в ландшафтной линзе, влияние астигматизма можно значительно ослабить, вследствие чего апланаты обладают значительным полезным полем изображения.
рис. 12. Апланат f/8 фирмы Busch, E. Rathenow, Germany
На рис.12. Вы видите Апланат f/8 фирмы Busch, E. Rathenow, Germany (Буш и Ратенов). Изготовитель этого объектива в начале прошлого века утвердился с более лаконичным брэндом «Busch». Простота конструкции, несложность изготовления и особенно нетребовательность к точности сборки обеспечили апланату огромное распространение. Апланаты выпускались в течение 50 лет в очень больших количествах под самыми разнообразными названиями: «Эврископ» Фохтлендера, «Парапланат» Герца и др., с относительным отверстием от f/5 для портретных и до f/16 для широкоугольных объективов. Наибольшее распространение имели апланаты с относительным отверстием f/7 - f/8. Все перечисленные типы фотографических объективов составляют одну общую группу астигматов, характеризующихся наличием астигматизма и астигматической кривизной поля.
Хотя входящие в эту группу апланаты и обладают достаточно большим полем изображения, но поле это неоднородно по качеству и пользоваться им можно только при сильном диафрагмировании. Между тем бурный рост фотографии требовал совершенных объективов, с большим полем изображения; для этого надо было устранить астигматизм и кривизну поля, и на решение этой задачи были устремлены усилия оптотехники.
Ввиду того, что наиболее совершенным типом объектива был в то время апланат, в его дальнейшем улучшении и предполагалось найти решение анастигмата, как симметричного объектива, свободного от многих аберраций.
Анастигматы
Создание новых, сортов оптического стекла в Йене, на заводе Шотта в конце позапрошлого века, открывало широкие возможности для проектирования совершенных объективов, используя необычные свойства новых стёкол. Однако попытка добиться коррекции по всему полю изображения при помощи лишь новых стекол успеха не имела.
рис. 13. Анастигматы Цейса разных времён
Первый действительный успех использования новейших сортов стекла достигнут немецким оптиком П. Рудольфом в 1890 г., рассчитавшим для оптического завода Карла Цейсса серию объективов, названных сначала «анастигматами», а впоследствии - «протарами». В этих объективах астигматизм и кривизна поля устранены хорошо, и они дают плоское изображение почти одинаковой резкости для некоторого конечного угла поля зрения.
рис. 14. Первый анастигмат в истории фото - «Протар» П. Рудольфа
«Протар» П. Рудольфа (рис.14) принято считать в истории фото первым анастигматом. Вопреки ожиданиям оптиков эти объективы, в отличие от апланатов имели несимметричную схему. Вообще все существующие анастигматы принято разбивать на три группы:
1) симметричные, 2) полусимметричные, 3) несимметричные.
Полусимметричными объективами называют объективы, оба компонента которых имеют одинаковую конструкцию, но компоненты несколько отличаются фокусным расстоянием или имеют одинаковую конструктивную схему, отличаясь радиусами кривизны отдельных элементов, входящих в компонент.
Кроме деления по признаку симметрии, объективы принято делить по способу соединения линз в компоненты. Так как линзы могут быть склеены все между собой, вроде первых анастигматов, могут быть склеены частично и, наконец, могут состоять из отдельных линз, разделенных воздушными промежутками, получаются три формы, носящие следующие названия: a) склеенные, b) полусклеенные, c) несклеенные (рис. 15)
рис. 15. Различные формы соединения линз в компоненты
Из различных сочетаний шести указанных признаков складывается классификационная схема анастигматов. Наиболее продуктивным по числу конструкций и перспективным по величине относительного отверстия оказался тип несимметричного анастигмата. Большинство современных оптических формул относится именно к этой группе несимметричных анастигматов и отчасти к группе полусимметричных анастигматов. Мы не будем подробно останавливаться на всех оптических конструкциях, достаточно будет напомнить лишь о тех, которые чаще бывают на слуху.
Окончание следует
Б.Бакст