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25/11/2011

Come sono nati gli obiettivi

Di Giulio Mandara

Per quanto complessi appaiano gli schemi ottici e la costruzione degli obiettivi oggi in uso sulle fotocamere, alla base ci sono solo 6 tipi fondamentali, che poi sono stati progressivamente sviluppati e che, se conosciuti, possono ancora essere individuati anche negli zoom più complessi. I sei capostipiti sono il Petzval Portrait, il Rapid Rectilinear e il Double Gauss, il Cooke triplet, il telephoto e il Reverse Telephoto. Ogni tipo ha vantaggi e svantaggi, una propria storia di sviluppo e delle ragioni precise per cui è fatto in un certo modo. 

Dai primi tre derivano gli schemi degli obiettivi a focale fissa tra i 40 e gli 85 mm delle reflex, e anche focali più lunghe e più corte (complessivamente tra 40 e 100 mm) per macchine a telemetro, medio formato e videocamere d'alta gamma. Ne abbiamo già parlato in questo articolo. 

Qui ci occupiamo degli altri tre schemi ottici, da cui deriva la stragrande maggioranza degli obiettivi usati sulle fotocamere, e dai quali deriva anche il sistema dello zoom. 

IL TELE - Contrariamente a quanto si potrebbe pensare un tele non è un obiettivo a focale lunga, ma, tecnicamente, un obiettivo fisicamente più corto della sua lunghezza focale. Pensandoci, lo capiamo: un 500 mm non è lungo mezzo metro, e questo spiega anche perché questo tipo di ottica sia usato anche sulle fotocamere più piccole. 

COME E' FATTO - Il tipo telephoto è fatto di un elemento anteriore positivo (convesso) e uno posteriore negativo (concavo): quest'ultimo diffonde il raggio di luce entrante ingrandendo l'immagine. Il vantaggio di questo obiettivo è l'ingrandimento che offre. Ma ci sono anche svantaggi: la funzione dell'elemento posteriore spiega anche perché un tipo teleobiettivo non può avere facilmente una luminosità elevata: per ottenerla occorre costruire un obiettivo molto grande, pesante e costoso.  Per di più vengono accentuate le aberrazioni, soprattutto l'aberrazione cromatica laterale. Cioè il fatto che i diversi colori vengono messi a fuoco a lunghezze leggermente diverse e quindi l'immagine non risulterebbe nitida. Per correggere questo problema si usano le lenti a bassa dispersione di luce. 

CENNI STORICI -  Il tipo telefoto nacque negli anni Venti del Novecento da parte di costruttori di obiettivi inglesi e tedeschi ma anche, si dice, di un geologo neozelandese che beveva wisky ed ha iniziato a lavorare con i fondi delle bottiglie che beveva (sarà per questo che un obiettivo di bassa qualità viene definito “un fondo di bottiglia”?). Il primo passo fu di aggiungere dei convertitori agli obiettivi esistenti. Poi si cominciò ad aggiungere un elemento in vetro vicino a quello posteriore per correggere la distorsione a cuscinetto, e successivamente a dividere gli elementi fondamentali in più parti per poter usare materiali diversi e dare a ogni elemento una curvatura diversa e correggere meglio le aberrazioni.

Il primo tele fu lo Zeiss Teletubus del 1901, dove però i vari elementi ottici erano attaccati l'uno all'altro perché gli spazi vuoti provocavano riflessi e fino agli anni Trenta non si era ancora sviluppata la tecnica del rivestimento antiriflesso. Oggi il tipo telephoto è quello che ha fatto più progressi tecnici, più nitide e con meno aberrazioni.

Lo schema dello Zeiss Tele Tubus del 1901

IL RETROFOCUS - Il retrofocus (o reverse telephoto) ha lo schema ottico opposto: elemento anteriore concavo e posteriore convesso, e la lunghezza focale inferiore alla distanza tra elemento posteriore dell'obiettivo e sensore. Ogni obiettivo sotto la focale 40 mm sulla reflex (quelle vere) deve adottare lo schema retrofocus per evitare che l'elemento posteriore impedisca il movimento dello specchio reflex. Magari potremo avere obiettivi wide senza schema retrofocus nelle mirrorless e nelle SLT Sony dove lo specchio è fisso. Il vantaggio di questo obiettivo è l'ampia lumninosità, vingettatura minima e poca aberrazione sferifca. Di contro, c'è la distorsione a barilotto, tanto che alcuni considerano il tipo fisheye come un retrofocus senza correzione della distorsione. Le aberrazioni cambiano con la distanza di messa a fuoco, per cui o si corregge per la messa a fuoco all'infinito o per la distanza ravvicinata. Per correggere le aberrazioni si usano diverse lenti con curvatura a menisco per ridurre la distorsione, e per ridurre alcune aberrazioni si usano gli elementi asferici. Lo schema ottico diventa tanto più complesso (e quindi l'obiettivo grande e costoso) quanto più diminuisce la lunghezza focale: un 24 mm è più grande e costa di più di un 50 mm. A volte un certo livello di distorsione viene mantenuto consapevolmente per non ridurre troppo la nitidezza. 

Il retrofocus nacque per le macchine da presa technicolor che necessitavano appunto di una distanza tra elemento ottico posteriore e pellicola elevato, e solo più tardi fu adattato alle fotocamere reflex: le prime, negli anni Trenta, dovettero adottare focali a partire da 40 mm. 

IL COOCKE TRIPLET -  Si tratta del modello più semplice da cui deriva la maggior parte degli obiettivi economici: quasi 100 brevetti di schemi ottici sono modifiche del triplet. Ha il vantaggio di essere facile da costruire  e poco costoso, e correggere bene le principali aberrazioni. Di contro, così com'è è efficace solo per aperture a partire da f/2.8 e per focali 35 mm sull full frame (angolo di campo di 60 gradi). L'elemento centrale richiede grande precisione costruttiva e di posizionamento. Il Triplet nacque negli anni Novanta dell'800 ad opera di Dennis Taylor ed ebbe quasi 100 varianti brevettate: dividendo in più parti l'elemento anteriore e posteriore si ottengono gli schemi dello Zeiss Tessar e del Leitz Elmar, come pure i primi obiettivi Leica.Il triplet si usò nelle videocamere amatoriali e nelle piccole fotocamere a focale fissa, mentre inizialmente ebbero poca fortuna sulle reflex.  Lo schema del Coocke Triplet lo ritroviamo negli obiettivi a focale tra i 50 e i 150 mm. Ma soprattutto, si scoprì che spostando la posizione degli elementi anteriore e posteriore cambiava la lunghezza focale. Da qui nacquero gli zoom.

GLI ZOOM - Il primo zoom nacque nel 1901, si chiamava “The Adjustable Lens” ed era appunto un triplet in cui si spostava l'elemento centrale, ma occorreva rifocheggiare dopo ogni movimento, era lento e di basssa qualità. Ancora oggi un pezzo da collezione. Negli anni trenta gli stessi inventori del Triplet crearono uno zoom  40-120 mm per uso cinematografico che usava un elemento anteriore negativo (come un retrofocus) e uno posteriore positivo (come nel telephoto). Il primo obiettivo zoom per fotocamera reflex fu lo zoomar 36-82 mm per Voigtlander. 

Il Voigtlander 36-82 mm, primo zoom per reflex

LA STRUTTURA DEGLI ZOOM - A seconda delle focali, gli zoom adotteranno gli schemi di un telephoto o di un retrofocus, mentre  le focali intermedie adotteranno una configurazione mista. Gli zoom hanno gli schemi ottici più complessi proprio perché cercano di correggere aberrazioni e distorsioni proprie delle diverse focali. I superzoom sono nati per ultimi, avendo la configurazione più complessa: elemento anteriore positivo come un tele, posteriore positivo come un retrofocus ed elementi centrali dedicati a correggere le diverse aberrazioni a seconda delle focali. Per questo sono stati realizzati solo con l'aiuto del computer.  

Fonte: Lens Rentals

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