Оптика з багатошаровим просвітленням
Скоротити витримку при зйомці - це завдання стояла перед фотографією з перших днів її існування. Уже до кінця минулого століття майже годинні експозиції при виготовленні перших дагеротипів зменшилася до часток секунди і знімки стали "миттєвими". Цього дозволили досягти як нові фотографічні матеріали, світлочутливість яких збільшилася в тисячі разів, так і об'єктиви зі значною зрослої світлосилою.
Однак на другому з цих шляхів конструкторів підстерігали серйозні труднощі. Із законів оптики слід, що для простих об'єктивів на кожному кордоні розділу "скло - повітря" не менше 4% падаючого світлового потоку відбивається, не беручи участі в створенні зображення і лише викликаючи шкідливу, паразитне засвічення, яка помітно знижує контраст з площини фотоемульсії.
Уже для об'єктивів зі світлосилою 1: 3,5 втрати світла досягали 30% і більше, а в найбільш светосильних конструкціях (навіть в 20-і роки існували об'єктиви 1: 1,5) неминуче відображення "з'їдала" весь виграш, який досягається завдяки збільшенню діаметра діючого отвору.
Іншими словами, багатолінзові об'єктив з геометричною світлосилою 1: 2 створював на плівці зображення такої ж освітленості, як і значно менш яскравий, але має менше лінз об'єктив з геометричною світлосилою 1: 4,5. Тенденція ця була спільною: прагнення до зменшення аберацій і підвищенню відносного отвору об'єктива призвело до складних конструкцій з великим числом межують з повітрям поверхонь. Хоча геометрична світлосила при цьому зростає, втрати на відбиття і підвищений светорассеяніє зводиться нанівець внесені поліпшення, позбавляючи сенсу подальше ускладнення об'єктива. На шляху розрахунку нових, більш светосильних конструкцій встав, здавалося б, нездоланний бар'єр.
Переступити його допомогли ті ж оптичні закони, а саме технологія, яка отримала згодом назву "просвітлення оптики". Вона полягає в створенні на поверхні лінз найтоншої плівки з показником заломлення менше, ніж показник заломлення скла, з якого виготовлена лінза. Якщо товщина плівки складає десятитисячні частки міліметра, тобто менше довжини хвилі видимого світла, то за рахунок взаємодії (інтерференції) променів, відбитих передньої і задньої межами плівки, можна забезпечити значно знизився рівень відображення в певному спектральному ділянці. Залежно від способу отримання плівки і її властивостей відображення знижується до 1-1,5%, а в деяких випадках до десятих часток відсотка, а загальний пропускання світла зростає до 80-90% замість колишніх 50-60%. Основним практичним перевагою просвітлених об'єктивів, які на відміну від звичайних позначилися індексами "П" (просвітлений) або "Т" (transparent), стало помітне поліпшення частотно-контрастної характеристики і наближення реальної фізичної світлосили до геометричної. Вперше з'явилися в кінці 30-х років просвітлені, або "блакитні", об'єктиви відкрили нові шляхи розрахунку і створення багатолінзові конструкцій з великим числом межують з повітрям поверхонь.
Перші просвітлені об'єктиви дійсно були блакитними. Цей колір в відображених променях надавала їм интерференционная забарвлення просвітляючий плівки, подібна кольоровим узорів тонких нафтових плівок на воді, тому що найбільше просвітлення намагалися здійснити приблизно для середини видимого спектру - жовто-зелених променів. саме ці промені майже повністю пропускалися об'єктивом, а відбитий потік, збагачений короткохвильовими променями, ставав блакитним.
Технологи, однак, швидко зрозуміли, що цей колір аж ніяк не є найкращим. Навіть непросвітлені об'єктиви володіли, як правило, переважним пропусканням в середній області спектра, так як не існує абсолютно безбарвних, тобто однаково прозорих до всіх променів стекол, особливо важких Флінта. Блакитне просвітлення цю нерівномірність ще більше посилювало. Поки основним видом фотографії була чорно-біла зйомка, ця обставина особливої практичної ролі не грало. Масове поширення кольорових матеріалів і головним чином кольоровий обращаемой плівки, передача кольору на якій не може бути виправлена в подальшому позитивному процесі, різко змінило ситуацію. Старі конструкції об'єктивів викликали помітне переважання небажаного загального колірного відтінку і навіть ділилися на "холоднорісующіе" (світло-синього відтінку тону) і "теплорісующіе" (з переважанням жовто-помаранчевих тонів).
Helios-44 (1st. Ver)
ISO 100 shuter speed 1/125
ISO 100 shuter speed 1/125
Геліос-44 VS МС Геліос-44М-6 (Баланс Білого виставлений за умовчанням в ручну). RAW - нічого не тягнулося.
Почалися експерименти, в яких (з метою усунення цих відтінків залежно від марок використовуваних в об'єктиві стекол) область найбільшого пропускання порушувався в сторону то довших, то більш коротких хвиль. Об'єктиви почали переливатися різними кольорами, з'явилося жовто-помаранчеве ( "бурштинове"), пурпурове, зеленувате, навіть майже безбарвне просвітлення. Передача кольору помітно поліпшувалася. Щоб наблизитися до ідеалу, на різні поверхні лінз наносили плівки різної товщини, а об'єктиви отримували назву "всецветна". Переваги подібної оптики, яка увібрала великий досвід багаторічних оптичних досліджень, втілилися в такий популярної продукції, як об'єктив "Индустар-61", що випускається вітчизняною промисловістю, або "Pancolar" народного підприємства "Carl Zeiss Jena".
Але до ідеалу було ще далеко. На шляху до нього лежало серйозне принципове утруднення - будь-які одношаровий покриття володіють просвітлює дією лише в дуже вузькій області спектра, в той час як для кольорової фотографії бажано домогтися просвітління у всій видимій області - від фіолетових до червоних променів. Таке завдання шляхом нанесення на поверхню скла додаткових інтерференційних покриттів вирішити можна. Про це було відомо вже давно, але покриттів таких повинно бути занадто багато - близько десяти. Іншими словами, просвітлення повинно бути багатошаровим.
Ця нова ступінь, незважаючи на уявну простоту, представляла собою складну технологічну задачу. Три основні обставини зумовлювали цю складність. По-перше, чисто математичні труднощі розрахунку покриттів. Велика кількість комбінацій змінних параметрів, таких як кількість шарів. їх товщина, показник заломлення, робили ручний розрахунок майже неможливим. Лише широке застосування електронно-обчислювальних машин дозволило серед безлічі можливих рішень знайти і відібрати оптимальні за характеристиками і прийнятні для масового виробництва. По-друге, технологічні труднощі послідовного нанесення шарів. Найбільш поширений метод просвітлення, що дає, до речі, і найкращі результати, незалежно від складу самого скла, - це так званий фізичний метод, або вакуумне напилення. Просвітлювати деталі розміщую в високовакуумних камеру, в якій зі спеціальних літаків шляхом нагрівання випаровують речовина, що утворюють покриття, наприклад окис кремнію або фтористий магній. Якщо при звичайному просвітління така операція є єдиною, то багатошарове просвітлення вимагає її неодноразового повторення. І, по-третє, особливі труднощі контролю. Відносно невеликі відхилення від розрахункової товщини одношарового покриття, хоча і були небажаними, не приводили до повної відбракування продукції. При багатошарових покриттях навіть незначні варіації товщини кожного з шарів здатні привести до повної втрати або зовсім неприпустимого зміни загального просветляющего дії. Можна уявити собі, як точними і складними повинні бути пристрої для контролю товщини покриттів, якщо для кожної деталі його необхідно було проводити безперервно і дистанційно, а загальна товщина контрольованих шарів в тисячу разів менше товщини кіноплівки і становить десяті частки мікрометра.
Таким чином, просте, на перший погляд, рішення означало справжню технічну революцію в масовому виробництві оптичних деталей. Отриманий ефект був вельми вражаючий. Невелике плоскопараллельное скло, на яке нанесено багатошарове просвітлення (до 15 шарів), розраховане на всю видиму область спектра від 0,4 до 0,8 мікрометра, стає просто невидимим, так як відображення променів будь-якого кольору близько до нуля. Якби так само просветлить об'єктив, він виглядав би як порожня оправа, в якій рухаються пелюстки діафрагми. На практиці, звичайно, не сенсу домагатися саме такого результату. Занадто дорогою ціною він дістається. Тому шляхом багатошарового покриття намагаються забезпечити рівномірне проходження через об'єктив всіх кольорів спектра, враховуючи іноді і специфічні особливості найбільш часто вживаних кольорових плівок.
Такий підхід був відомий і раніше-згаданий "Pancolar", наприклад, розраховувався для найкращого відтворення кольорів на поширеною тоді обращаемой плівці "Орвоколор". Тому в об'єктивах з багатошаровим просвітленням залишкове відображення все-таки є як через кривизни поверхонь лінз (коли повне гасіння відбитого променя не може бути досягнуто через зміну кута падіння), так і з-за значно слабшою, ніж в колишніх об'єктивах , кольоровий, зазвичай червоно пурпурової чи темно-фіолетового забарвлення, що залишається після необхідного виправлення форми кривої спектрального пропускання.
На відміну від колишніх, на оправі нових об'єктивів з багатошаровим просвітленням вказано міжнародно узаконений індекс "МС" (від англійського Multi Coating).
Що ж реально дає фотографії нова оптика, чи відповідає підвищена вартість об'єктива його істинним достоїнств? Більш ніж десятирічний досвід світової практики дозволяє досить обґрунтовано відповісти на це питання.
Багатошарове прояснення, яке в деяких випадках досягається дев'яти-десяти шарів, значно покращує характеристики високоякісних багатолінзові об'єктивів і не дає хороших результатів для об'єктивів середньої якості, де число лінз невелика, а параметри зображення посередні. Основний ефект, що забезпечується таким просвітленням полягає в значному (в 3-5 і більше разів) зниження відображення на кожній заломлюючої поверхні (до 0,2%). Це особливо істотно для ширококутних і панкратіческіе фото - і кінооб'ектівов, число вільних поверхонь в яких досягає одного-двох десятків.
Зниження паразитного відображення помітно підвищує рівень опрацювання зображення в світлі і тінях і дозволяє вести найскладніші зйомки проти світла, не боячись появи рефлексів, наприклад додаткових зображень діафрагми. Саме в таких, майже неможливих для старої оптики умовах гідності об'єктивів з багатошаровим просвітленням проявляються в повній мірі.
Багатошарове покриття покращує і передачу кольору. Його розумним підбором вдається домогтися практично рівномірно світлопропускання у всьому видимому діапазоні, затримавши одночасно ультрафіолетове випромінювання, яке викликає сині відтінки зображення. Відсутність розсіяного світла забезпечує найбільшу колірну насиченість зображення, передачу найніжніших колірних відтінків.
У багатолінзові об'єктивах "МС" покриття за рахунок підвищення світлопропускання збільшує светосилу, наближаючи її до геометричної, тобто визначається тільки діаметром світлового пучка.
В аматорських кінокамер у об'єктивів із змінною фокусною відстанню про геометричній світлосилі 1: 1,8 її реальне значення через світлових втрат становило всього 1: 2,2 і навіть менше. Багатошарове покриття робить ці числа майже збігаються. Є у багатошарового покриття і ще одне, практично істотне гідність - підвищена стійкість до зовнішніх впливів. Незважаючи на те, що шарів кілька і всі вони тонкі, технологія дозволяє забезпечити краще зчеплення шарів між собою і зі склом, а в якості зовнішнього шару - наносити найбільш міцний матеріал. Таким чином, довговічність просвітлених об'єктивів підвищується.
Висока якість зображення, яке дає "МС-оптика", наклало свій відбиток і на інші операції виготовлення об'єктивів. Були розроблені нові глибоко-чорний емалі, що знижують відбиття від деталей оправи, підвищилися вимоги до якості збірки, величиною допусків і люфтів. Нові об'єктиви, як правило, мають змінене конструктивне оформлення, випускаються в повністю чорніння оправи зі зручною накаткой на рухомих кільцях дистанції і діафрагми.