Автор Х.Х. Нассе (H.H. Nasse)

Перевод с английского Филичкин Б.Е. — специально для сайта http://evtifeev.com.
Редактор: Евтифеев Д.С.

Выражаю огромную благодарность Борису Филичкину за помощь с переводами!

Копирование этого конкретного текста не разрешается, только ссылка т.к. на него было потрачено много сил на перевод. Ставьте ссылки — они приветствуются.

Ретрофокусные объективы и почему их изобрели

В представленной третьей части нашей серии статей об объективах ZEISS я хотел бы представить три разных типа объектива.

Все имеют общий последний слог «гон» («gon») в своем наименовании, что указывает на то, что объектив имеет широкий полевой угол. Эта часть названия происходит от греческого слова «гония», что означает «угол», которая также используется многими другими производителями широкоугольных объективов. Одним из самых ранних примеров является знаменитый «Hypergon» с угловым полем 130°, который берлинская фирма Goerz представила на рынке приблизительно в 1900 году.

Тем не менее, три типа объективов — Distagon, Biogon и Hologon — также демонстрируют значительные различия наряду с этой общей особенностью.
Рассмотрение этих различий особенно полезно для понимания конкретных свойств линз. Таким образом, представляется целесообразным обсудить их в этой же статье.

В фотографии термин «стандартный объектив» (standard lens) обычно понимается как объектив с фокусным расстоянием примерно таким же, как диагональ поля изображения.
Формат изображения 24×36 мм имеет диагональ 43,3 мм, формат APS-C — 28,4 мм, у аналогового среднего формата составляет от 70 до 90 мм в различных версиях, а у цифрового — от 55 до 60 мм.

У широкоугольного объектива фокусное расстояние значительно короче, чем диагональ формата изображения. Если оно примерно такое же, как и длинная сторона формата, объектив считается средним широкоугольным.

Cверхширокоугольными объективами являются таковые с фокусным расстоянием величиной между длиной короткой стороны формата и половиной диагонали.

Те, у которых фокусные расстояния ещё меньше, часто называют экстремальными широкоугольными объективами, хотя разграничение между «сверх» и «экстремальным» является размытым, конечно, и в какой-то мере делом вкуса.

Объектив с более коротким фокусным расстоянием может быть произведен на основе существующей модели путём уменьшения всех ее параметров соответственно. Это аналогично принципу конструирования моделей железных дорог.
Таким образом, многие объективы малого и среднего формата выглядят очень похожими, отличаясь лишь по размеру. Разумеется, при таком «масштабировании» оптических схем достигается уменьшение круга изображения и расстояния линз от плоскости изображения, что не всегда желательно. Таким образом, годный к употреблению широкоугольный объектив не получается автоматически, и, если фокусное расстояние и круг изображения уменьшаются на один и тот же коэффициент, полевой угол остается неизменным.

Фактически средние широкоугольные объективы были созданы на основе традиционной оптической схемы Tessar и Planar. Однако, если полевой угол продолжает увеличиваться, и требуется хорошая коррекция для все более косо падающих лучей света, эти конструкции достигают своих пределов. Широкоугольные объективы всегда требовали новых идей, и являются одними из самых сложных задач в оптике.

Особая проблема многих камер заключается в том, что расстояние последнего элемента в объективе от плоскости изображения не должно быть меньше определенного значения, так как некоторые технические функции по-прежнему требуют пространства между объективом и сенсором. В «зеркальной камере» есть зеркало, перенаправляющее изображение на фокусировочный экран перед снимком. Кроме того, расщепляющая луч призма в камерах с тремя сенсорами для основных цветов или просто функция экспонометрии TTL может требовать большого заднего фокусного расстояния объектива. В 1930-е годы кинокамеры часто имели объектив-турель для быстрого изменения полевого угла. Эта функция также требовала, чтобы объектив не слишком глубоко входил в камеру.

В 1917 году в киноиндустрии был внедрен технологический процесс Техниколор (Technicolor) для цветных кинофильмов. С 1932 года он был очень успешным, и в 1939 году был использован при создании эпической ленты «Унесенные ветром». Камера Техниколор использовала расщепляющую призму для создания первых двух, а затем и трех цветных частичных изображений, смежных друг с другом, на полосках пленки. Эта призма требовала столько пространства между объективом и пленкой, что фокусное расстояние для объектива обычной оптической схемы не могло быть меньше 50 мм. Чтобы снимать на эту камеру с большим полевым углом, несмотря на эти ограничения, тогда был разработан новый тип объектива с большим отрицательным элементом, расположенным перед стандартным объективом.

В 1950 году Пьер Анженье (Pierre Angénieux) в Париже и Гарри Зоелнер (Harry Zoellner) из Carl Zeiss Jena (ГДР) подали почти одновременно патент на первый объектив для 35 мм зеркальных камер, основанный на принципе перевернутых телеобъективов.
Объективу из Йены (Jena) было присвоено название «Flektogon», а Анженье назвал свой объектив «Retrofocus», чтобы подчеркнуть смещение фокуса назад.
Этот термин, первоначально введенный в обиход как бренд, в конечном итоге стал общим названием для данного типа объективов, известный сегодня лучше, чем выражение «перевернутые телеобъективы».

Принцип перевернутых телеобъективов (объект слева, проекция справа). Линза с отрицательной преломляющей способностью (рассеивающая) перед положительной преломляющей способностью основной линзы (собирающей) создает большее угловое поле на стороне объекта (увеличивает угол зрения) при увеличении заднего фокусного расстояния, т.е. удаленности последней линзы объектива от плоскости изображения.

Рассеивающий эффект отрицательной линзы увеличивает полевой угол слегка уменьшая эффект собирающей положительной линзы позади нее, так что лучи не пересекаются, пока не будет достигнуто большее расстояние. Таким образом, минусовая передняя линза уменьшает фокусное расстояние и увеличивает задний рабочий отрезок.
Поскольку такое чередование преломляющих способностей в точности противоположно принципу конструирования телескопов, такой объектив называют также перевернутым телеобъективом.
Уже были некоторые их предшественники в начале 20-го века, где такие «минусовые» элементы были размещены перед проекционными объективами для создания больших проецируемых изображений в небольших помещениях. Такие фронтальные конвертеры по-прежнему доступны сегодня для встроенных объективов.

С конца 1952 года подобные широкоугольные объективы были также разработаны в Carl Zeiss в Оберкохене, первоначально 5,6/60 мм для Hasselblad 1000F. С тех пор они получили фирменное наименование «Distagon», от слов “distance” («расстояние») и ранее упомянутого греческого слова “gonia” («угол»). Таким образом, Distagon представляет собой широкоугольный объектив с большим расстоянием до изображения.

Поперечное сечение первого ретрофокусного объектива от Carl Zeiss из Оберкохена, Distagon 5,6/60 для Hasselblad 1000F (1954).

Усовершенствованная версия Distagon 5,6/60, 1956 г. Этот оптический расчет был «масштабирован» и производился как Distagon 4/35 для 35-мм камеры CONTAREX начиная с 1958 г. Поскольку сферическая аберрация увеличивается как четверть апертуры, то, например, можно сделать ту же схему более светосильной для меньших форматов.
(прим.ред. — не понял про сферическую аберрацию что имелось в виду)

На поперечных разрезах видно, что эти широкоугольные объективы не были чрезмерно сложными конструктивно и содержали шесть или семь элементов. И они были примером скромности относительно светосилы. Сегодня мысль о максимальной апертуре f4 вызвала бы улыбку, но в то время это было мудрым ограничением для того чтобы средние широкоугольные объективы выдавали качество выше среднего.

MTF график для Distagon 4/35 при диафрагме f8. В свое время он был среди лучших для этого фокусного расстояния.

Основная идея ретрофокусного объектива была простая, но расчет оптики вначале столкнулся с новыми проблемами. Это связано с тем, что сильно асимметричный дизайн по отношению к распределению преломляющей способности привел к возникновению некоторых аберраций в гораздо большей степени, чем в приблизительно симметричном объективе, где вклады передней и задней половин объектива компенсируют друг друга.

Наиболее распространенные проблемы это, прежде всего, аберрация комы, дисторсия и поперечная хроматическая аберрация (LaCA). Сначала было необходимо узнать, как лучше всего управлять этими аберрациями. И поскольку ранние модели Distagon были разработаны в 1950-х годах лишь с незначительным использованием компьютера, это ограничивало сложность оптических схем.
Таким образом, усовершенствование Distagon в 1960-х и 1970-х годах неразрывно связано с улучшением оптического расчета, которое произошло в то время благодаря появлению более быстрых компьютеров и улучшений в программах, в которых постепенно появлялась автоматическая оптимизация дизайна. В Оберкохене Эрхард Глатцель (Erhard Glatzel) был основной силой в применении этого нового инструмента, в результате чего появилось много великолепных схем Distagon.

К середине 1970-х годов прогресс, поддерживаемый новыми марками оптического стекла с ранее недоступными свойствами, позволил создать такие хорошие сложные линзы, как 3.5/15, 1.4/35 или 1.4/25 для 35-мм зеркальных камер.

Сегодня оптическая схема Distagon являет собой один из наиболее эффективных принципов проектирования для наших фотообъективов, особенно если требуются большой полевой угол и высокая максимальная апертура одновременно. Конечно, объектив в этом случае больше размером и сложнее и, как следствие, также не дешев. Но его хорошее разрешение и характеристики освещения поля изображения стоят приложенных усилий.
Прим.ред: пример объективы ZEISS Otus основанные на схеме Distagon

Если условия проектирования требуют экстремальной асимметрии, например, в 3-х чиповой камере в формата 2/3", в которой
цветоразделительная призма длиной 48 мм занимает пространство между объективом и сенсорами, схемы Distagon должны быть
довольно длинными по сравнению с фокусным расстоянием:

С экстремально широкоугольным DigiWide Distagon 1.7/3.9 мм (фокусное расстояние составляет около трети диагонали формата, то есть соответствует примерно 14 мм в формате 35 мм), полная длина объектива примерно в 60 раз превышает фокусное расстояние.

С этой камерой Distagon также не обязательно должен быть широкоугольным: DigiPrime Distagon 1.5/70 мм имеет угловое поле как у объектива с фокусным расстоянием 280 мм для формата 35 мм. Всё же это ретрофокусный объектив благодаря большому заднему фокусному расстоянию, востребованному призмой и телецентрической схемой, но тема угла раствора луча будет рассмотрена позже.

Современные высококачественные объективы оптической схемы Distagon могут быть довольно сложными: 12-16 элементов не являются редкостью. Наш Ultraprime Distagon 2.8/8 мм для 35-мм кинокамер с полевым углом 130°
содержит 24 элемента. Несколько примеров могут проиллюстрировать какой длинный путь мы прошли с самого начала до создания такой сложной схемы:

MTF график ретрофокусного объектива 4/24 мм 1950-х гг., здесь измерен на полностью открытой диафрагме. Кривые хорошо иллюстрируют типичные трудности создания хорошего широкоугольного объектива: только небольшая площадь в середине показывает хорошее качество изображения, но уже на расстоянии 5 см от центра контраст падает до значений, характерных для очень светосильных объективов былых времен. Края и углы в целом очень плохие.

Поскольку широкоугольный объектив часто отображает множество довольно мелких деталей на снимке, высокие ожидания качества такого объектива вполне естественны. По меньшей мере, этот объектив должен быть диафрагмирован настолько, чтобы увеличить его оптические характеристики:

4/24 мм при диафрагме f8; контраст и резкость относительно хороши для сагиттальных структур до высоты изображения 15 мм, но затем неожиданно падают. Правильно скорректированный круг изображения в действительности слишком мал, края и углы по-прежнему не впечатляют. Однако, прежде всего, очевидно, что пунктирные кривые для тангенциальных структур резко падают c больших значений на середине расстояния от центра до края изображения . Причиной этого является сильная поперечная хроматическая аберрация (LaCA).

Фотографии с микроскопа изображения тангенциальной линии для трех объективов при высоте изображения 10 мм и диафрагме f8. Слева направо: 4/24, Distagon T* 2.8/21 для Contax и Biogon T* 2,8/21 ZM.

С 24-мм объективом 1950-х годов изображение тангенциальной линии составляет от 30 до 40 мкм в ширину, больше чем предел круга нерезкости (CoC) для небольших увеличений. Таким образом, на практике от этого объектива не могло ожидаться изображений с хорошим разрешением, а по краям с большими различиями в яркости он продемонстрировал цветную окантовку. Два штриховых изображения справа являются примерами отличной передачи изображения, которое достигается особенно высокой сложностью оптической схемы в случае Distagon T* 2,8/21, тогда как Biogon T* 2,8/21 помогает симметричная оптическая схема.

Тем не менее, эти два 21 мм объектива действительно исключительны. Следующие MTF кривые типичны для большинства ретрофокусных сверхширокоугольников для зеркальных камер, ясно иллюстрируя усилия необходимые для решения проблем асимметрии оптической схемы:

MTF кривые для Flektogon 2,8/20 от Carl Zeiss Jena на диафрагме f/5.6

Кривые MTF во всем остальном великолепного 4/21, которые также показывают низкие тангенциальные величины по направлению к краю изображения из-за поперечной хроматической аберрации.

В 1992 году Карл-Хайнц Шустер (Karl-Heinz Schuster) разработал в Carl Zeiss Distagon T* 2,8/21 для системы Contax / Yashica, ретрофокусный сверхширокоугольник, который был по меньшей мере столь же хорош, как лучшие объективы с симметричной оптической схемой по разрешению изображения.

2.8/21, даже имел близкий по конструкции объектив PC Apodistagon 3.5/25 с большим кругом
изображения, который, к сожалению, никогда не выпускался серийно из-за его высокой стоимости производства.

Поперечное сечение объектива Distagon 2.8/21 для зеркальной камеры Contax, относительно сложный объектив с 15 элементами в 13 группах. Однако, он не имел асферических поверхностей. Его характеристики, особенно отличная коррекция поперечной хроматической аберрации, была достигнута исключительно за счет сочетания особых (и дорогостоящих) стекол с высоким индексом со стеклами показывающими чрезвычайно высокую аномальную частичную дисперсию.

Уже на диафрагме f4 Distagon T* 2,8/21 достиг превосходного качества изображения; поэтому неудивительно, что его цена на вторичном рынке часто превышала первоначальную цену после прекращения производства.

Distagon T* 2/25 ZE, или ZF.2, — новый широкоугольный объектив для зеркальных камер с отличными рабочими характеристиками.

Для достижения компактности, несмотря на более высокую максимальную апертуру, схема этого объектива не настолько сложна и состоит из 11 элементов в 10 группах. Тем не менее, она также включают три элемента из стекла с высокой аномальной частичной дисперсией, достигающие коррекции хроматических аберраций не настолько хорошей как у легендарного 2.8/21, но которые в большинстве случаев почти не образуют видимой цветной окантовки.

Что такое «частичная дисперсия» (partial dispersion)? Этот загадочный технический термин все чаще появляется в брошюрах. Если, например, для коррекции хроматической аберрации скомбинированы отрицательная и положительная линзы, то элемент с меньшей преломляющей способностью должен иметь более высокую дисперсию, чтобы эффекты цветовой дисперсии обеих линз компенсировали друг друга, не уменьшая при этом преломляющую способность обоих элементов.

Но Природа такова, что показатель преломления стекла не изменяется равномерно с изменением длины волны, но вариации увеличиваются при более коротких длинах волн. Таким образом, график зависимости этих дисперсий от длины волны не является линейным — это кривая. Обычно дисперсионные кривые для типов стекла с более высокой дисперсией показывают большую кривизну. Вот почему компенсация вышеописанных эффектов цветовой дисперсии не работает в полной мере.
Небольшая хроматическая аберрация остается, потому что кривые не полностью совпадают.

Типы стекла с аномальной частичной дисперсией отклоняются от нормального хода дисперсионной кривой.

Прим.ред: Позволил себе поправить исходный текст по смыслу в переводе, иначе мозг сломаешь :)
Исходный текст: «Glass types with anomalous partial dispersion deviate from the normal relationship between dispersion and the curvature of the dispersion curve.»

Для них соотношение изменения показателя преломления между синим и зеленым к изменению между зеленым и
красным отличается от такового для обычного стекла, предлагая лучшую хроматическую коррекцию с этими типами стекол.

Оптическая схема нового Distagon T * 2/25 ZF.2

Предпоследний элемент объектива имеет две асферические поверхности. Это вносит вклад в лучшую коррекцию сферической аберрации и Комы, вызванной высокой максимальной апертурой, и, они оказывают благоприятное влияние на Дисторсию. Таким образом, 2/25 более не показывает волнообразную дисторсию за которую иногда критиковали 2.8/21.

При фокусировке передняя и задняя части объектива перемещаются по-разному (с использованием плавающих элементов) для поддержания высокого качества изображения в том числе на близком расстоянии фокусировки.

В частности, общей характеристикой асимметричных линз является то, что они более чувствительны к изменениям дистанции фокусировки если не принимается ответных мер чтобы это компенсировать. Старый Distagon T* 2,8/25 фокусируется посредством общего перемещения всех линз без переменных воздушных зазоров между ними и потому его нельзя рассматривать никоим образом как макрообъектив, несмотря на его очень близкую МДФ (минимальную дистанцию фокусировки).

Угол изображения (500 x 500 пикселей с 24 Мпикс фотокамеры) с Distagon T* 2.8/25 на расстоянии до миры в 25 см, диафрагма прикрыта до f8.

Угол изображения (500 x 500 пикселей с 24 Мпикс фотокамеры) с новым Distagon T* 2/25 на расстоянии 25 см от миры, диафрагма прикрыта до f8.

График MTF для Distagon T* 2/25 ZF.2 при полностью открытой диафрагме. Большая часть области изображения демонстрирует высокое постоянное качество, превосходную картинку с отличным воспроизведением деталей. Закрытие диафрагмы необходимо только в том случае, если самые края изображения важны или требуется большая ГРИП.

Distagon T* 2/25 с немного прикрытой диафрагмой

Сравнение с Distagon T* 2/28 для Contax разработки 1974г. показывает достигнутое улучшение.

Другой подход к выдающемуся качеству изображения: симметричные широкоугольные объективы

Если конструкция камеры позволяет размещать элементы объектива достаточно близко к изображению, т.е., при коротком рабочем отрезке, то качество изображения, равное лучшим объективам Distagon, также может быть достигнуто гораздо меньшими усилиями путем создания объектива с почти симметричной оптической схемой.

В 1946 году первый патент на новый симметричный широкоугольный объектив был получен русским разработчиком объективов Михаилом Русиновым. Казалось, что два ретрофокусных объектива были объединены с задними элементами вместе и, таким образом, имели симметричное расположение линз с положительной преломляющей силой, близко к диафрагме, окруженных спереди и сзади мощными отрицательными менисками.

Начиная с 1951 г. Людвиг Бертеле (Ludwig Bertele) развил эту идею и разработал легендарный Biogon по поручению Zeiss. В то время он всегда имел максимальную апертуру f4.5 и был изготовлен с различными фокусными расстояниями для ряда фотографических форматов: 21 мм для формата 35 мм, 38 мм для среднего формата 6×6, 45 мм для формата 6×7, 53 мм для 6×9 и 75 мм для крупного формата 9×12. Был также сделан тестовый образец 2.8/38 для среднего формата и Biogon 5.6/60 для фотограмметрии, разработанный для NASA.

Камеры, используемые с этими объективами, были дальномерными, такими как Contax от Zeiss Ikon или специальными корпусами в таких системах, как Hasselblad Superwide, flat-bed камеры либо специальные технические камеры.

Оптическая схема объектива Biogon f/4.5

Название «Biogon» впервые было использовано в 1936 году для объектива 2,8/35 мм от дальномерной камеры Contax, также разработанного Людвигом Бертеле. Его название также включает окончательный слог «gon», подразумевая угол. Разумеется, слог «био» имел иное значение, чем сегодня, часто ассоциируемый с продуктами питания в Германии и где-либо ещё. В то время он часто использовался для раскрытия возможностей высокодинамичной фотографии и относился к совершенно другим техническим характеристикам объектива. Мы уже знакомы со светосильным «Biotar», благодаря которому стала возможна динамическая съемка.
Сверхширокоугольный объектив с углом зрения 90° заставляет больше сосредоточиться на сюжете, который при надлежащем высоком конечном увеличении создаёт эффект нахождения в центре действия.

Качество изображения Biogon было сенсационным в 1950-х годах и то что он давал одновременно большой угол зрения и идеальную резкость вплоть до углов изображения привело к настоящему буму в широкоугольной фотографии. Даже сегодня эти объективы показывают неплохие характеристики:

MTF график для Biogon 4.5/21 (1956 г.), измерения на открытой диафрагме.

В дополнение к превосходному контрасту и резкости, эти объективы также передавали идеальную геометрию изображения
практически без искажений. Для Biogon 4.5/21 максимальное радиальное отклонение составляло 40 мкм. Это менее 0.1%, т.е. ничто по сравнению с 2-4%, типичными для ретрофокусных объективов с тем же углом зрения.

Таким образом, понятно, что эти объективы также продолжали использоваться некоторое время в «зеркальных» камерах с поднятым зеркалом и съемным видоискателем. Удобство было преднамеренно принесено в жертву качеству изображения, поскольку компоновка изображения в ОВИ, конечно, проще и лучше, чем с внешним видоискателем.
Прим.ред: возможно, имелся в виду внешний ЖК экран вставляемый в «горячий башмак» цифровой фотокамеры.

Это сравнение Distagon 2.8/25 (справа) с Biogon 4.5/21 (слева), с байонетом под камеру Contarex от Zeiss Ikon, еще раз демонстрирует большие различия в двух оптических схемах. Biogon почти такой же длинный, но входит по большей части в камеру, что, конечно же, обездвиживает зеркало.

Новые объективы Biogon, разработанные в последнее время, имеют несколько большее заднее фокусное расстояние для облегчения замера экспозиции через объектив в современных камерах. Байонет объектива входящий в камеру вплоть до фокального затвора может скрыть элементы, которые используются для измерения экспозиции. В то время как заднее фокусное расстояние Biogon 4.5/21 было всего 9 мм, в Biogon 21 для Contax G оно увеличилось до 12 мм. Во всех объективах серии ZM самое короткое фокусное расстояние составляет 15 мм. По этой причине дисторсия также незначительно выше, но все же почти неразличима.

Можно сказать, что несколько «генов» Distagon были интегрированы в современные Biogon’ы. В конечном счете это слегка размывает различие между двумя типами. Даже более короткие фокусные расстояния серии ZM называются «Distagon», но тем не менее существуют огромные различия между Distagon для «зеркальной» и для дальномерной камер. Это связано с тем, что для 35-мм «зеркальной» камеры необходимо заднее фокусное расстояние не менее 38-40 мм для перемещения зеркала. Со средним широкоугольным объективом (35 мм для узкого формата, 24 мм для APS-C) заднее фокусное расстояние, таким образом,
примерно такое же, как фокусное, и явно требует схемы по типу Distagon’а.

Оптическая схема Biogon T* 2,8/21 ZM по сравнению с оригинальными схемами Biogon имеет заднее фокусное расстояние увеличенное до 15 мм для измерения экспозиции через TTL.

Biogon T* 2.8/28 ZM. Чем проще удовлетворить требования к заднему фокусному расстоянию, тем больше сходство конструкции с классическим Biogon.

Широкоугольные объективы и цифровые сенсоры

Даже если у камеры нет зеркала или других «препятствий» на поле изображения, схема широкоугольного объектива может иметь большое значение, особенно для камеры с цифровым сенсором, который используется сегодня почти во всех случаях. Это специфическое свойство объектива, распознаваемое по его внешнему виду без каких-либо знаний о его внутреннем устройстве:

Входные зрачки Biogon T* 2.8/21 ZM и Distagon T* 2.8/21 ZE. Виртуальные образы диафрагмы, которые мы видим через переднюю линзу объектива кажутся нам одинакового размера поскольку фокусное расстояние и значение диафрагмы одинаковы. Значение диафрагмы (f-stop) — соотношение фокусного расстояния к диаметру входного зрачка.

Выходной зрачок Biogon T* 2.8/21 ZM и Distagon T* 2.8/21 ZE. Виртуальные образы диафрагмы, видимые сзади, имеют разные размеры. Поскольку значение диафрагмы также является соотношением диаметра выходного зрачка к расстоянию от него до плоскости изображения, эта картинка показывает, что выходной зрачок Distagon находится дальше.

Кстати, входной зрачок является центром проекции объектива для центральной перспективы (нодальной точкой). Для панорамных снимков нужно осуществлять вращение вокруг входного зрачка, если положение деталей переднего плана относительно фона должны быть одинаковыми на соседних изображениях. Таким образом, найти эти точки довольно просто. Кстати, в некоторых объективах он находится либо на, либо даже за плоскостью изображения (но не в тех объективах, которые обсуждаются в данной статье).

Положение зрачков относительно главных плоскостей, от которых измеряется фокусное расстояние, также можно определить по соотношению их размеров:
У симметричных объективов входные и выходные зрачки одинакового размера; это относится к старым объективам Biogon, а также к Planar’ам для дальномерной камеры. Модели Biogon, слегка модифицированные для измерения TTL, демонстрируют небольшую асимметрию отношения зрачка (например, входной зрачок для выхода зрачка = 7,7/10,3 мм для Biogon 2.8/21 ZM, 9,9/10,9 мм для Biogon 2.8/28 ZM). Это также относится к объективам Planar для «зеркальных» камер, которые также слегка приближаются по характеристикам к Distagon, поскольку преломление в передней части линз объектива гауссова типа несколько меньше для достижения достаточно большого заднего фокусного расстояния.

Если входной зрачок значительно меньше выходного, то у вас Distagon. (Например, соотношение входного зрачка к выходному = 7,5/22,6 мм для Distagon T * 2,8/21, 17,6/35 для Distagon T* 2/35.) Для телеобъективов с укороченным задним фокусным расстоянием, таким, как Sonnar, дело обстоит в точности наоборот.

Выходной зрачок — это область, из которой все лучи света направляются в точку изображения. Если он удален от плоскости изображения, то лучи к краю или углу изображения имеют более низкий угол наклона относительно плоскости изображения.
Объективы, в которых этот угол максимально уменьшен, называются «телецентрическими», потому что выходной зрачок очень удален от изображения.
Тем не менее, телецентрические объективы требуют очень больших диаметров байонета, поэтому физические размеры камеры устанавливают ограничения.

Также не совсем верно будет думать, что все лучи света в телецентрических объективах падают на плоскость изображения перпендикулярно. Во всех объективах угол апертуры лучевого конуса зависит только от диафрагмы, и идентичен при той же апертуре независимо от того, где находится выходной зрачок. С телецентрическими объективами углы меньше меняются только в поле изображения.

Но в любом случае симметричные широкоугольные объективы прямо противоположны телецентрическим, потому что их выходной зрачок близок к изображению. Этот факт имеет три важных последствия:

1) Более острый угол наклона луча на краю задней линзы вызывает большее естественное падение света в соответствии с правилом cos4, в котором выражается изменение расстояния между линзой выходного зрачка и плоскостью изображения. Обычно объективы с симметричной схемой лишь немного виньетируют от краев крепления (байонета) и равномерность распределения яркости в изображении мало меняется при изменении диафрагмы.
Ситуация различна для оптической схемы Distagon. В этом случае искусственное виньетирование доминирует при полностью открытой диафрагме, и, поскольку оно исчезает при закрытии, то яркость изображения становится намного более однородной.

2) Цифровые сенсоры не очень хорошо реагируют на слишком косо падающие лучи. По крайней мере, они становятся менее эффективными или требуют компенсаторных мер, таких, как соответствующий сдвиг светоконцентрирующих микролинз относительно сетки пикселей. В этом не было необходимости при работе с пленкой, поскольку она была практически нечувствительна к углу падения лучей.

3) Объективы с очень большим наклоном луча реагируют гораздо более чувствительным образом на изменение коэффициента
преломления в поле изображения, вызванного пластинами фильтров перед сенсором (такими, как низкочастотный и инфракрасный). Если фильтр не учитывается при разработке объектива, пострадает разрешение по краям изображения. Эффект дополнительного пути через стекло фильтра растет экспоненциально с наклоном луча. Distagon, который никогда не достигает более 20° наклона в углу изображения реагирует более терпимо, чем симметричный широкоугольный
объектив, наклон в котором может достигать 45°. Вот почему фильтры в цифровых камерах Leica очень тонкие — чтобы оставаться совместимыми со старой оптикой.
Прим.ред: Читайте также про Колоршифт

MTF график для Biogon T* 2,8/21 ZM на камере формата APS-C — идеальное качество и постоянство вплоть до углов. Но, к сожалению, эти графики применимы только к тонким фильтрам на фотокамерах Leica и не ко всем камерам, к которым может быть присоединен этот объектив.

Если фильтр значительно толще, разрешение для края изображения ухудшается для тангенциальных структур. На графике это похоже на старые ретрофокусные объективы, но вызвано астигматизмом, а не поперечной хроматической аберрацией, как было со старыми ретрофокусными. Фокус смещается на большие дистанции для тангенциальных структур из-за дополнительного пути через стекло фильтра. Если нужно достигнуть наилучшее разрешение по краям, то все, что можно сделать — это продолжать диафрагмирование.
Прим.ред: вниманию пользователей дальномерных объективов Leica на беззеркальных камерах других марок

MTF того же объектива, что и выше, но с более толстым фильтром перед сенсором

Каждый из двух типов широкоугольных объективов, обсуждаемых в этой статье, таким образом, имеет очень специфические преимущества и недостатки:

Преимущества широкоугольных объективов с почти симметричной оптической схемой:

* Малый размер и малый вес
* Очень хорошее, однородное разрешение по полю изображение достигаемое относительно небольшими усилиями
* Обычно полная свобода от паразитных изображений

Недостатки широкоугольных объективов с почти симметричной оптической схемой:

* Не могут быть использованы с каждой камерой
* Требуют специальных цифровых сенсоров
* Более чувствительны к изменению оптических параметров в поле изображения
* Большее естественное падение яркости к краю изображения

Сравнение размеров почти симметричных и ретрофокусных широкоугольных объективов с одинаковым фокусным расстоянием и максимальной апертурой.

Преимущества асимметричных широкоугольных объективов:

* Могут быть использованы на любых фотокамерах
* Подходящие характеристики для цифровых датчиков
* Очень однородное освещение поля изображения на средних апертурах
* Возможны высокие максимальные апертуры (высокая светосила)

Легенда среди объективов

Вышеописанная важность угла раствора луча является причиной того, что возвращение некоторых легендарных объективов трудно себе представить. Hologon с 1966 года был экстремальным широкоугольным объективом с 110° диагонального углового поля, который был популярен за свою высокую четкость вплоть до углов изображения и полное отсутствия искажений. Поэтому неудивительно, что нас спрашивают снова и снова, когда он будет возрожден. К сожалению, мы должны разочаровать своих поклонников, потому что угол наклона луча около 55° в углу изображения несовместим с цифровыми датчиками, по крайней мере, сегодня.
Название объектива происходит частично от греческого слова «holos», что означает «все» или «полный». Он состоял из трех элементов: двух сильно изогнутых, очень толстых отрицательных менисковых линз снаружи и положительной линзы посередине. Его можно описать как инвертированный триплет.
Однако простота его схемы не означает, что его было легко сконструировать. Прецизионные требования к форме линз и их центрированию чрезвычайно высоки. Из-за трудностей производства Hologon 16 мм для Contax G, появившийся позже, имел пять линз, технический «трюк» для упрощения производства, со скрепленными элементами из тех же типов стекла.

Оптическая схема Hologon 8/15 мм для формата 35 мм. Его заднее фокусное расстояние было лишь 4,5 мм.

Некоторые представители класса широкоугольных объективов:

1. Distagon T* 2,8/15 ZM для 35-мм дальномерной камеры
2. Distagon 3,5/15 для CONTAX 35мм-SLR
3. Distagon 2,8/25 для Contarex 35мм-SLR
4. Distagon 5,6/60 для Hasselblad 1000 F 2¼ x 2¼ ”
5. Distagon 4/50 для Hasselblad 500 C 2¼ x 2¼ ”
6. F-Distagon 3,5/30 «Рыбий глаз» для Hasselblad V-System
7. Distagon 4/40 IF для Hasselblad V-System 2¼ x 2¼ ”
8. Distagon 4/40 для Hasselblad 500 C 2¼ x 2¼ ”
9. F-Distagon 3,5/24 «Рыбий глаз» с круговым изображением для Hasselblad
10. Distagon 2,8/21 для CONTAX 35мм-SLR
11. Distagon T* 2,8/21 ZE для Canon EF-mount
12. Distagon T* 1,4/35 ZF.2 для Nikon F-mount
13. PC-Distagon 2,8/35 шифт-объектив, автоматическая диафрагма (CONTAX)
14. PC-Distagon 4/18 Шифт-объектив для 35мм кинокамеры
15. Hologon 8/16 для CONTAX-G с электронным дальномером
16. Biogon 4,5/21 для Contarex 35мм-SLR
17. Biogon 2,8/21 для CONTAX-G с электронным дальномером
18. Biogon T* 2,8/21 ZM для 35-мм дальномерной камеры
19. Biogon 4,5/38 на сверхшироком Hasselblad 2¼ x 2¼ ”
20. Biogon 4,5/38 в версии NASA для космической фотосъемки
21. Biogon 2,8/38 прототип 38мм Biogon с увеличенной скоростью
22. S-Biogon 5,6/40 для съемки копий с близкого расстояния
23. Biogon 4,5/76 9-тилинзовая версия для 114×114 мм аэрофотосъемки
24. Hologon 8/110 для крупного формата 13×18 см
25. Distagon 12/T1.3 для 35мм кинокамеры, PL-mount
26. Distagon 8/T1.3 для 16мм кинокамеры, PL-mount
27. Distagon 2/10 для 35мм кинокамеры, PL-mount
28. Distagon 2.8/8R для 35мм кинокамеры, угол обзора 130°
29. Distagon 1.7/3.9 для 2/3“ 3-хчиповая камера
30. Distagon 1.5/70 для 2/3“ 3-хчиповая камера (не широкоугольник!)
31. P-Distagon 3,5/75 проекционный объектив для 2¼ x 2¼ ”