Новости Бренды Доставка и оплата О нас Контакты
В этой статье будет рассказано сразу о трех оптических схемах. Их объединяет последний слог "гон" в их названии, который говорит о том, что эти объективы имеют большой угол поля зрения. Эта часть названия происходит от греческого слова "Gonia", что означает "угол" и используется многими производителями в обозначении широкоугольных объективов. Один из самых ранних примеров такого названия, знаменитый "Hypergon" с углом поля зрения 130 °, который фирма Goerz представила в 1900 году. Не смотря на родство названий, объективы Distagon, Biogon и Hologon имеют существенные различия в конструкции, которые также будут рассмотрены в этой статье.

Удивительное трио: Distagon, Biogon и Hologon


Ретрофокусные объективы – причины появления.

В фотографии, под термином "стандартный/нормальный объектив" обычно понимается объектив с фокусным расстоянием равным диагонали кадрового окна. Кадр 24x36 мм имеет диагональ 43,3 мм, кадр APS-C – 28,4 мм, среднеформатный аппарат снимающий на пленку между 70 и 90 мм, а цифровой вариант таких камер между 55 и 60 мм.

Широкоугольными считаются все объективы, фокусное расстояние которых значительно меньше, чем диагональ кадра. При фокусном расстояние примерно равным длинной стороне кадра, объектив считается умеренно широкоугольным. При фокусном расстояние имеющем значение между длиной короткой стороны кадра или половиной диагонали кадра объектив считается сверх широкоугольным. А при еще более коротком фокусном расстоянии – экстремально широкоугольным объективом. Граница между «сверх» и «экстрим» не являются точно определенной, и во многом определяются личными предпочтениями.

Объектив с более коротким фокусным расстоянием может быть получен, из уже существующего, за счет соответствующего уменьшения его размеров. Многие объективы для мало и средне форматных камер очень похожи по конструкции, и отличаются только размерами. Конечно, при таком "масштабировании" оптических конструкций, уменьшается поле изображения и расстояние между задней линзой объектива и плоскостью изображения, что не всегда желательно. Поэтому получить широкоугольный объектив только уменьшив его размер не получиться, так как с изменением фокусного расстояния пропорционально уменьшается круг изображения, и в результате угол поля зрения остаётся неизменным.

На практике многие умеренные широкоугольные объективы были созданы на основе оптических схем стандартных объективов, таких как Tessar или Planar. Однако, при необходимости существенно увеличить угол поля зрения, при хорошей коррекции аберраций, такие схемы уже не могут быть использованы. Создание широкоугольных объективов всегда требует от конструктора новых идей, что делает их разработку одной из самых сложных задач в области оптики.

Еще одной специфической проблемой в создании широкоугольного объектива, является то, что во многих камерах расстояние от последнего оптического элемента в объективе до плоскости изображения не должно быть меньше определенного значения. Это пространство необходимо для размещения некоторых функциональных узлов камеры, например, зеркала и механизма его подъема в зеркальных камерах или цветоделительной призмы в цифровых камерах с тремя отдельными датчиками для трех основных цветов. В 1930-х годах, кинокамеры часто имели револьверный блок объективов для быстрого изменения фокусного расстояния, что также накладывало ограничения на расстояние между объективом и плоскостью изображения.

В 1917 году для съемки цветных кинофильмов был разработан процесс Technicolor, который с 1932 года начинает широко применяться в киноиндустрии. Использование этого процесса также накладывало определенные ограничения на расстояние между задней линзой объектива и плоскостью пленки. Так как в этом пространстве должна была находиться цветоделительная призма для получения первоначально двух, а позднее трех изображений в дополнительных цветах, необходимых для получения полноцветного изображения. Призма занимала так много места между объективом и пленкой, что это не позволяло использовать объективы с фокусным расстоянием короче, чем 50 мм. В то время для получения более широкого угла зрения такой кинокамеры использовались специальные насадки, которая закреплялась на передней части обычного объектива.

Рассеивающие действие отрицательного оптического элемента такой насадки увеличивает угол зрения, и немного уменьшает оптическую силу расположенного за ним положительного оптического компонента, что приводит к увеличению заднего фокусного расстояния. Такая конструкция очень похожа на теле объектив, но с расположенными в обратной последовательности оптическими элементами поэтому, их также часто называют перевернутый телеобъектив.

В 1950 году Пьер Анжени и Гарри Цёльнер из Carl Zeiss Jena практически одновременно подали заявки на получение патента на первый объектив для 35-мм зеркальной камеры, основанный на принципе перевернутого телеобъектива. Объектив из Carl Zeiss Jena получил название «Flektogon». А компания Angenieux назвала свою модель «Retrofocus», чтобы сделать акцент на смещении заднего фокуса. В последствие название «Retrofocus», стало именем нарицательным и обозначает все объективы, сделанные по схеме перевернутого телеобъектива.

 

Оптическая схема первого ретрофокусного
объектива разработаного в Carl Zeiss Oberkochen,
Distagon 5,6/60 для фотокамеры Hasselblad 1000F (1954).


С конца 1952 года ретрофокусные широкоугольные объективы были разработаны и в Carl Zeiss Oberkochen. Первой моделью был объектив Distagon 5,6/60мм для камеры Hasselblad 1000F. С тех пор все ретрофокусные объективы Carl Zeiss Oberkochen называются «Distagon».

Не смотря на достаточно простую идею ретрофокусного объектива, изначально конструкторы столкнулись с некоторыми сложностями. Из-за очень сильной асимметричности конструкции некоторые виды аберраций проявляются гораздо сильнее чем в конструкциях с симметричным дизайном, где передний и задний компоненты взаимно компенсирует аберрации друг друга.

В наибольшей степени возникали трудности со следующими искажениями – кома, дисторсия и продольные хроматические аберрации. Сложное взаимное влияние отдельных компонентов объектива делало подбор оптимальной коррекции аберраций очень длительным по времени. А так как при разработке первых объективов Distagon в 1950-х годах практически не использовались средства компьютерного расчета, это накладывало ограничения на сложность их оптической конструкции.

Успех оптической схемы Distagon в 60-х, 70-х годах 20 века, неразрывно связан с увеличением доли автоматизированных оптических расчетов, ростом производительности компьютерной техники и улучшению программного обеспечения. Что позволило создать множество отличных моделей по схеме Distagon.

К середине 70-х годов 20 века, прогресс в разработке ретрофокусных объективов, продолжился, благодаря появлению новых типов оптических стекол с недоступными ранее характеристиками. В настоящее время оптическая схема Distagon является одной из самых важных и лучших схемотехник для объективов ZEISS, особенно если требуются большие углы поля зрения и высокая светосила. Конечно, объектив, получается не очень компактный и простой по конструкции. Но достигаемые характеристики того стоят

.

 

Оптическая схема современного объектива,
Distagon T* 2/25 ZF.2

Техническое задание на объектив может требовать очень большой асимметричности от его конструкции, например, как в случае с моделями для трех-матричных видеокамер формата 2/3 дюйма. В таких камерах используется цветоделительная призма, имеющая длину 48 миллиметров и соответственно расстояние между задней линзой и матрицей должно быть значительно больше, чем фокусное расстояние самого объектива: Широкоугольник Distagon DigiWide 1,7/3,9 мм (соответствует примерно 14 мм в формате 35 мм) имеет общую длину в 60 раз больше, чем фокусное расстояние.

В таких камерах, схема Distagon используется не только для широкоугольных моделей: например, DigiPrime Distagon 1,5/70 мм (имеет угол поля зрения эквивалентный 280 мм объективу для камеры 35 мм) выполнен по ретрофокусной схеме из-за необходимости иметь больше заднее фокусное расстояние и телецентричную конструкцию.

Современные высококачественные объективы типа Distagon могут иметь достаточно сложную конструкцию: от 12 до 16 оптических элементов в них не являются редкостью. Например, объектив ZEISS Ultraprime Distagon 2.8/8 мм для 35 мм кинокамер, с углом поля зрения 130°, состоит из 24 линз.

Другой подход к высокому качеству изображения: симметричные широкоугольные объективы.

Если конструкция камеры позволяет, чтобы задний оптический элемент объектива, располагался достаточно близко к фокальной плоскости, то для широкоугольника можно использовать симметричную оптическую схему, которая при более простой конструкции будет давать изображение, сопоставимое по качеству с лучшими образцами Distagon.

Первый патент на новый вид симметричных широкоугольных объективов был получен в 1946 советским ученым-оптиком Михаилом Русиновым. Схема напоминала два ретрофокусных объектива расположенных положительными элементами друг к другу.

 

Оптическая схема первого объектива Biogon f/4.5  

Использую эту конструкцию как основу Людвиг Бертеле в 1951 разработал легендарный Zeiss Biogon. В то время, он имел максимальную диафрагму 4,5, выпускалось несколько моделей с разными фокусными расстояниями в зависимости от формата камеры: 21 мм для 35-мм малоформатных камер, 38 мм для среднеформатных камер 6х6, 45 мм для среднеформатных камер 6х7, 53 мм для среднеформатных камер 6х9 и 75 мм для крупноформатных камер 9x12. Кроме этого существовал тестовый прототип Biogon 2.8/38 и Biogon 5.6/60 для фотограмметрии, которые были разработаны по заказу NASA.

Название "Biogon" впервые было использовано в 1936 году в названии объектива 2.8/35мм для дальномерной камеры Contax, также разработанного Людвигом Бертеле. Слог "био" в его названии имел другой смысл, чем сегодня, когда «био» ассоциируется с экологическими продуктами. В то время слог «био» использовался в названии самых разных по техническим характеристикам объективах, например, модель «Biotar» о которой было рассказано ранее и означал возможность получения очень динамичных фотографий.

Качество изображения первых объективов Biogon было настолько сенсационным для 1950-х годов, что это привело к настоящему буму съемки широкоугольными объективами. В дополнение к отличной контрастности и резкости, эти объективы также имеют идеальную геометрию изображения практически без искажений. У модели Biogon 4,5/21, максимальное радиальное отклонение составляло всего 40 мкм. То есть менее чем 0,1%, что в сравнении с 2-4%, типичными для ретрофокусных объективов, является практически идеальным значением.

 

Cравнение объективов Distagon 2,8 / 25 (справа) с Biogon 4,5 / 21 (cлева),
для камеры Zeiss Ikon. Как видно из снимка объективы имеют
практически одинаковую длину, но конструкция Biogon почти полностью
находиться внутри камеры.

У современных моделей объективов Biogon немного увеличилось заднее фокусное расстояние, что было вызвано необходимостью размещения датчиков системы замера экспозиции. Так, например, у первого Biogon 4,5/21 это расстояние составляло всего 9 мм, у такой же модели для камер ContaxG – 12 мм, а у современных объективов серии ZM– 15 мм. По этой причине, геометрические искажения также немного увеличились, но все равно остаются почти неразличимыми.

Легенда среди фотообъективов.

Критичность матриц современных цифровых камер к углу падения света на них, является причиной почему возращение некоторых легендарных в прошлом объективов пока не представляется возможных. К таким моделям относиться экстремально широкоугольный объектив Hologon.

Объектив был разработан доктором Эрхардом Глатцелем в конце 1960-х годов. Название объектива составлено из двух греческих слов «Holos» (все или полный) и "Gonia" (угол), символизирую максимально полный угол обзора. Объектив имел конструкцию состоящую всего из трех оптических элементов, два отрицательных мениска большой толщины и сильной кривизной поверхности по краям и положительная линза в середине. Эту схему можно описать это как обратный триплет. Тем не менее, внешне простая конструкция не означает, что такой объект было легко сделать. Требования к точности изготовления формы линз и их центрировании были чрезвычайно высокими. Так из-за трудностей в производстве, Hologon T* 8/16 для камеры Contax G, появившейся несколько позже, объектив состоял уже из пять линз. Сложные по форме оптические элементы были заменены на склейки из двух линз из одного вида стекла. Этот технический "трюк", позволил упростить производство объектива.

 

 Оптическая схема объектива  Hologon® T* 8/16 для камеры Contax G  

Угол поля зрения 110° по диагонали кадра, очень высокая разрешающая способность по всему полю кадра и минимальные геометрические искажения делали объектив Hologon очень популярным. Даже когда в 1972 году был прекращен выпуск камер Zeiss Ikon для которых он изначально выпускался, компания Leica выкупила у Carl Zeiss несколько сотен объективов Hologon для использования на их на своих камерах серии Leica М.

Поэтому не удивительно, что компания Carl Zeiss до сих пор постоянно получает запросы от фотографов со всего мира, с просьбой выпустить новую версию объектива Hologon. К сожалению, для всех поклонников оптики ZEISS, оптическая схема Hologon, по крайне мере в настоящее время, не совместима с цифровыми камерами, из-за того, что на краю кадра свет падает на матрицу под углом около 55°.

При написании статьи были использованы материалы из брошюры: From the Series of Articles on Lens Names: Distagon, Biogon and Hologon by H. H. Nasse. Carl Zeiss AG Camera Lens Division Dezember 2011