История фототехники

На момент изобретения фотографии, оптика, как наука уже имела большой опыт в конструировании оптических систем. Первые корректирующие линзы уже были известны в средневековье (Италия 1285 г). В период между XVI и XVII веками были изобретены очки, подзорные трубы и микроскоп.

В данной статье рассмотрим оптические схемы ранних фотографических объективов.

Уже на момент зарождения фотографии использовались оптические системы с несколькими линзами. Об этом свидетельствует письмо из архивов Нисефора Ньепса, в котором сказано, что 24 марта 1828 года Винсент Шевалье отправил из Парижа Ньепсу «ахроматический объектив с тремя линзами длинной 12 дюймов и диаметром 3 дюйма. Прилагается счет-фактура на сумму 102 франков. Объектив имел фокусное расстояние приблизительно 330 мм и значение диафрагмы f=4.

А записи Даггера 1839 года говорят что он использовал схему мениска.

Примечание: В статье указаны углы поля зрения объективов. Чтобы иметь представление какому фокусному расстоянию они отвечают рекомендую посмотреть таблицу соответствий угла обзора и фокусного расстояния.

Мениск (Монокль)

Дешевый объектив типа мениск состоит из одной линзы с углом 60° и апертурой f=11 (в лучшем случае, Уолластон Шевалье иногда устанавливал на первых камерах Даггера мениски с максимальным отверстием f=16).

Монокль имеет сильную дисторсию, сферические и хроматические аберрации на открытой диафрагме. поэтому требует коррекции диафрагмированием. Для разных условий съемки подбиралось свое значение диафрагмы. Чем сильнее прикрыта диафрагма, тем лучше корректируется астигматизм, и самое главное — кривизна поля. Большие значения диафрагмы в сочетании с низкой чувствительностью фотоматериалов требовали экспозиции около получаса на солнце.

Этот тип объектива используется и по сей день в таких устройствах как веб-камеры и камеры телефонов. А использование пластика вместо стекла значительно удешевило его производство, фактически это самый дешевый объектив.

Кроме того, сейчас делают асферические мениски, что позволяет исправить большинство дефектов этой схемы.

Объектив Петцваля (Petzval lens)

В 1840 году венгерский математик, профессор Йозеф Петцваль сконструировал портретный объектив с фокусным расстоянием 165 мм (24°) и максимальной диафрагмой  f=3,5. В этой схеме были значительно исправлены аберрации. Благодаря высокой светосиле экспозиция сократилась с получаса до менее минуты.

Это было огромным прогрессом в портретной фотографии. Патент на производлство этих объективов был куплен Петром Вильгельм Фридрихом фон Фохтландером за 2000 гульденов.

Эта схема имела огромный успех и использовалась в фотографии до 20-х годов XX столения. Объективы производились разными производителями и разными названиями. Сейчас эта схема продолжила свое существование в проекционных объективах.

Ахроматический мениск (Ландшафтный объектив Шевалье)

Эта схема сконструирована Шевалье в 1850 году. Она имеет склейку, которая частично устраняет астигматизм, хроматические аберрации, кому и дисторсию. Объектив отличается перепадом резкости. При открытой диафрагме он имеет хорошую резкость в центре, но посредственную на периферии.

При закрытии диафрагмы резкость на краях повышается, но дисторсия не исправляется. Объектив имеет угол 30° и максимальную диафрагма f=12. С целью устранения геометрических искажений схема была доработана добавлением такой де части с другой стороны диафрагмы. Это привело к появлению апланатов.

Рапид Ректилинеар (Апланат). Rapid Rectilinear (Aplanat)

Эта схема была изобретена в 1860 году одновременно Хуго Штейнхелем в Германии (Апланат) и Джоном Даллмайером в Великобритании (Рапид Ректилинеар). По сравнению с объективом Петцваля она дает более широкий угол — 50° и имеет апертуру f=8.

Объектив хорошо исправляет хроматические аберрации и кому, но не исправляет астигматизм. Это первая схема, которая исправляет геометрические искажения.

Схема применялась до 1866 года и была вытеснена появлением анастигматов, которые имели меньшую себестоимость изготовления.

Анастигматы

Объективы этого типа решали одновременно несколько задач: коррекцию хроматических аберраций и исправление кривизны поля при меньших значениях диафрагмы. Появление анастигматов стало возможным благодаря открытию нового сорта стекла немецким химиком Фридрихом Отто Шоттом.

Чтобы преодолеть значение диафрагмы f=3 потребовалось уменьшить угол падения лучей на поверхности линз путем увеличения их количества. Но из-за увеличения числа линз увеличилось количетство отражающих поверхностей, что привело к падению контраста и появлению сильных засветок. Решить эту проблему удалось с изобретением просветления линз, которое появилось перед второй мировой войной.

Название «Анастигмат» объединяет в себе большое разнообразие оптических схем. Уже к концу XIX века практически все выпускаемые объективы входили в эту категорию.

Ниже в хронологической последовательности приводятся самые известные схемы. Это схемы универсальных объективов угол которых около 50°.

Гёрц Дагор (Goerz Dagor) — 1892 г

Диафрагма f=6.8. Очень знаменитый объектив. В свое время его рейтинг был выше чем у оптики Цейса. С этой схемой выпускалось множество вариантов объективов с разными фокусными расстояниями и для разных форматов.

В 1926 году после смерти Карла Пауля Гёрца, компания Goerz была слита с компанией Carl Zeiss. Объективы Дагорпродолжали производиться вплоть до окончания второй мировой войны. А дочерняя фирма в соединенных Штатах в 1926 году стала самостоятельной компанией.

Цейс Протар (Zeiss Protar) — 1893 г

Диафрагма f=7.8. Впервые был выпущен в 1889 году. Поначалу схема состояла из 4 элементов в 2 группах, но позже была модифицирована до 6 элементов в 2 группах. Имеет угол 60°.

Поскольку схема очень похожа на Дагор, компания Goerz подала иск на Carl Zeiss и отсудила исключительное право на использование этой схемы в Германии. Поэтому фирма Цейс выпускала объективы Протар в других странах, где решение суда не действовало.

Триплет Тейлора (Taylor Triplet) — 1893 г

Схема была рассчитана Денисом Тейлором, главным инженером фирмы T. Cooke & Sons и уже в следующем году начала производится. Эти объективы часто называют Триплетом Кука (Cooke triplet).

Из-за своей сравнительной дешевизны схема получила широкое распространение. Объективы схемы Триплет выпускались под марками Trioplan, Novar, Apotar и прочими. Имеет угол 40°. Используется и по сей день.

Цейс Протар серия VII (Zeiss Protar serie VII) — 1895 г

Симметричная схема с двумя группами (60°) можно использовать только заднюю группу (30°). Эта схема продолжает жить в ХХ веке в модели Schneider Kreuznach Symmar.

Цейс Планар (Zeiss Planar) — 1897 г

Позволяет увеличить диафрагму до f=3,3 с углом  50°. Но из-за большого числа элементов такая схема давала очень низкий контраст изображения из-за большого количества переходов воздух-стекло. На практике эту схему начали применять в конце 30-х годов ХХ столения с изобретением просветляющего покрытия.

Цейс Тессар (Zeiss Tessar) — 1902 г

Эта схема позволяла достигать значения диафрагмы f=5,5 и угла 40°. Она имела большой успех уже с самого начала изобретения. Схема давала хороший контраст, поскольку имела меньшее количество линз чем Планар. Объективы со схемой Тессар применяются и по сей день, особенно в объективах для фотоувеличителей.

Эрнеман Эрностар (Ernemann Ernostar) — 1922 г

Позволяли добиться значения диафрагмы f=2 и угла 30°. Эта схема получила широкое распространение в 1920—1930 гг.

Цейс Планар (Zeiss Planar) — 1927 г

Диафрагма f=1,4 и угол 30°. Роскошно, просто супер.

Шнейдер Ангулон (Schneider Angulon) — 1931 г

Диафрагма f=6.8, угол 70°. Можно отнести к широкоугольным схемам. И еще преимущество схемы — ее компактность.

Бойер Сапфир (Boyer Saphir) — 1931 г

Флагман фирмы Бойер, выпускались в различных версиях. Некоторые даже имеют диафрагму f=1. Угол 30—45°.

Шнейдер Ксенар (Schneider Xenar) — 1931 г

Диафрагма f=4.5. Имеет схему Тессар. Многие считают ее даже лучше оригинала. Но это спорный вопрос.

Цейс Зоннар (Zeiss Sonnar) — 1932 г

Диафрагма f=2. Потомок Ernostar. Эту оптическую схему разрабатывали 20 математиков, в течение 2-х лет.

Изначально ставилась цель разработать легкий объектив, с диафрагмой f=1,5 и габаритами меньше, чем Planar Il. Все таки она проигрывает Планару, тем не менее объективы со схемой Зоннар получили широкое распространение.

Кодак Эктар (Kodak Ektar) — 1939 г

Диафрагма f=1,9 и угол 40°. Эта схема позволила США на время второй мировой войны выпускать свою светосильную оптику, чтобы не пользоваться немецкой.

Анженю (Angenieux) — 1953 г

Диафрагма f=1, угол 40°. Объектив с этой схемой был установлен на зонд Ranger IV для исследования Луны в 1964 году. Изобретена во Франции.

Данная схема и ее модификации до сих пор используется для техники в оборонной промышленности.

Телеобъективы

Большое расстояние между передним и заднем блоками линз позволяет увеличить фокусное расстояние. Данное решение используется в телеобъективах среднего и малого формата. Угол 30° и менее.

Широкоугольные объективы

Широкоугольными принято называть объективы, которые имеют угол обзора более чем 50 градусов.

Аптанат Перископ Штейнхеля (Steinhel Aplanat Periscopе) — 1865 г

Диафрагма f=40 и угол 90°. Это единственная широкоугольная схема в начале объетивостроения.

Гипергон Герца (Goerz Hypergon) — 1900 г

Угол 140° и диафрагма f=22. Схема имеет отличное качество. Но есть недостатки — сильное виньетрование, что позволяет реально использовать только центральную часть объектива.

Топогон Цейса (Zeiss Topogon) — 1933 г

Угол 90°, диафрагма f=12. Этот тип схемы до сих пор используется в оптике Cosina / Voitglander.

Объектив Роберта Хилла (Robert Hill) — 1924 г.

Угол 180°, диафрагма f=22. Это первый фишай объектив.