Un cordiale saluto a tutti i followers di Nocsensei; questo pezzo costituisce il dodicesimo articolo della serie VINTAGE METER che si prefigge di monitorare aberrazioni e prestazioni MTF di obiettivi vintage o di modernariato, creando una scheda parametrica in modelli anche rari, dei quali non esista una omologa documentazione ufficiale o che non sono stati testati da riviste o istituti; questa opzione estremamente interessante per appassionati e collezionisti si concretizza sfruttando un sofisticato software di calcolo ottico professionale, il Synopsys Code V, ed è possibile grazie all’amichevole collaborazione dell’amico Mark Jeffs, progettista ottico da oltre trent’anni con trascorsi prestigiosi, che ringrazio di cuore per aver accettato di supportarmi; specifico che i numerosi diagrammi presentati non sono ottenuti da misurazioni dirette su un esemplare (con tutte le variabili legate a problemi di allineamento dovuti ad urti e cadute o agli effetti sull’immagine di polvere, aloni o scollature fra le lenti dopo svariati anni di esercizio) ma sono calcolati, partendo dagli esatti parametri costruttivi del sistema di lenti, grazie all’avanzato software di progettazione ottica, in grado di effettuare simulazioni molto precise ed attendibili sul rendimento effettivo dell’obiettivo prodotto secondo quelle specifiche.
Questo Vintage Meter n° 12 fa seguito ad un lungo articolo in 2 puntate dedicato all’evoluzione degli zoom 80-200mm con apertura 1:4 prodotti da Canon a partire dal 1976 e il protagonista del pezzo odierno è proprio il primo esemplare di tale serie, il Canon FD 80-200mm 1:4 introdotto nel 1976.
IN questa circostanza voglio ringraziare particolarmente l’amico Mark Jeffs perché la valutazione di uno zoom impone di replicare tutte le operazioni alla focale minima, intermedia e massima, triplicando di fatto l’impegno necessario, e considerando il suo attuale ruolo di Principal Optical Designer di un’azienda leader mondiale nel settore ottico e opto-elettronico possiamo comprendere quanto sia in realtà prezioso il tempo che ci dedica per questo tipo di collaborazione.
Come già visto nell’articolo generico, questo zoom utilizzava un sofisticato schema a 15 lenti in 11 gruppi e si basava su una struttura con 4 moduli e gruppo ottico di compensazione del fuoco; quest’obiettivo costituiva la risposta Canon allo Zoom-Nikkor 80-200mm 1:4,5 del 1969, modello che aveva sdoganato il concetto di zoom “tele” di alta qualità ma con dimensioni de peso contenuti al punto da renderlo facilmente trasportabile ed utilizzabile a mano libera, una formula immediatamente accolta col sorriso dai fotografi e che impose a tutti i fabbricanti di allinearsi; Canon scelse di adottare la regolazione con 2 ghiere girevoli separate, configurazione che personalmente preferisco perché consente di modificare un parametro senza rischiare di compromettere involontariamente il settaggio dell’altro, com’è invece possibile nel sistema “push-pull” a ghiera singola introdotto da Nikon.
Come anticipato negli articoli precedenti, quest’obiettivo venne calcolato da Yasuhisa Satou, Sadahiko Tsuji e Katsumi Tanaka; la richiesta di brevetto venne presentata il 5 Novembre 1975 e il documento prevedeva 2 ipotesi alternative, la seconda delle quali venne scelta per la produzione in serie.
Questa tabella ricavata dal brevetto originale nipponico, apparentemente l’unico esistente, fornisce i dati grezzi di progetto dell’obiettivo (notate l’aggiunta manuale dei parametri relativi alla geometria e al vetro dell’undicesima lente, dimenticata in fase di compilazione); le informazioni aggiuntive in basso definiscono esattamente la posizione dei gruppi mobili alle focali minima, massima e intermedia, quest’ultima scelta nell’intorno del 126mm, e questi saranno dunque i settaggi ai quali l’obiettivo verrà verificato, essendo gli unici precisamente dettagliati a disposizione del software.
Ripropongo anche in questa sede lo schema definitivo, realizzato impiegando 7 differenti famiglie di vetri ottici che tuttavia non includono materiali poco dispersivi; infatti proprio la progressiva introduzione di fluorite e vetri a bassissima dispersione costituisce il leit motiv che accompagna lo sviluppo di questa famiglia di zoom Canon, progressivamente evoluti verso una correzione sempre più spinta delle aberrazioni cromatiche e, di conseguenza, offrendo prestazioni costantemente migliorate.
Questa immagine mostra i corrispondenti parametri inseriti nel software di calcolo ottico per simulare aberrazioni e trasferimento di contrasto MTF dell’obiettivo, sfruttando il database del sofisticato programma per identificare la tipologia di materiali della vetreria Ohara impiegati per la confezione all’epoca dei fatti (le sigle di produzione delle vetrerie sono cambiate più volte nel corso degli anni, pur trattandosi di vetri con analoghe caratteristiche rifrattive e dispersive); naturalmente sono stati inseriti anche gli spazi fra gruppi mobili relativi alle focali estreme e a quella intermedia di 126mm.
Ogni simulazione o valutazione fornisce risultati che sono subordinati alla composizione spettrale della luce teoricamente utilizzata con l’obiettivo, e come di consueto il software è stato istruito sfruttando le cosiddette “Zeiss truncated wavelengths”, uno standard che include 6 frequenze dello spettro dal violetto a 404,7nm al rosso a 656,3nm, con differenti percentuali.
Proprio la scelta di un’ottica zoom con valutazione su differenti focali ha imposto di inserire manualmente nel software una lunga serie di dati aggiuntivi.
Vediamo ora la configurazione del sistema visto in sezione alle 3 focali prese in considerazione.
Alla focale minima di 81,01mm troviamo il gruppo transfocatore (L4-L5-L6) nella posizione avanzata iniziale, accanto al gruppo frontale focalizzatore, mentre l’altro modulo coinvolto nel movimento zoom (il compensatore, L7-L8) si trova nella sua posizione di partenza; notate quanto sia complesso e articolato il passaggio dei light pencils che formano l’immagine all’interno dello schema con numerose lenti.
Alla focale intermedia di 126,01mm osserviamo come il gruppo transfocatore L4-L5-L6 sia arretrato e si trovi circa a metà della sua corsa, mentre anche il gruppo compensatore del fuoco L7-L8 si è spostato all’indietro, tuttavia con una corsa inferire a quella del primo ed arrivando quasi all’intersezione col piano del diaframma.
Alla focale massima, corrispondente a 194,46mm, il gruppo transfocatore L4-L5-L6 ha completato la sua corsa in direzione della fotocamera, mentre il gruppo compensatore L7-L8, che a focale intermedia era completamente arretrato e quasi a contatto col diaframma, per esigenze ottiche relative al mantenimento di un piano di messa a fuoco costante ha invertito la sua corsa, stavolta avanzando e andando incontro al gruppo transfocatore fino quasi al contatto; in questa configurazione di focale estrema l’apertura massima tecnicamente disponibile non è più 1:4 bensì 1:4,17, un limite imposto dal diametro utile nel punto di contatto degli elementi L4 ed L5 (evidenziato dalla grafica verde) che a focale massima si colloca in una posizione tale da non garantire più il valore iniziale 1:4.
Vediamo ora il comportamento relativo a curvatura, di campo, astigmatismo, posizione dei piani di fuoco alle varie frequenze dello spettro e distorsione geometrica alle 3 focali citate.
Alla focale corta (81,01mm) si osserva come la giacitura del piano immagine (centro del fotogramma in basso, bordi in alto) si trovi su posizioni diverse a seconda dello spettro monocromatico preso in considerazione, con uno spostamento di fuoco fra gli estremi del campo luminoso preso in considerazione che è superiore a 300 micron, un valore piuttosto elevato per una focale ancora relativamente corta; questo è un effetto collaterale dell’assenza di vetri a bassissima dispersione nello schema, per cui la correzione è ben lungi da essere apocromatica e impone qualche compromesso.
Le coppie di linee di identico colore (riferite al piano di fuoco ottenuto con mire orientate parallelamente o perpendicolarmente alla semidiagonale di campo, quindi orientamento sagittale e tangenziale) mostrano una certa divergenza ai bordi su piani differenti, ad indicare come ad una leggera aberrazione cromatica si aggiunga anche un po’ di astigmatismo; nello specifico, è interessante notare come tale differenziazioni dei piani con mire in orientamento sagittale e tangenziale sia massimo con le frequenze più corte dello spettro e vada via via riducendosi passando alle frequenze più lunghe, con un minimo nel rosso.
Per quanto riguarda la distorsione, le ottiche zoom del tempo non erano in grado di produrre la stessa correzione delle ottiche fisse; in questo caso, a focale minima, l’obiettivo evidenzia una deformazione a barilotto pari a circa il 3%, un valore non drammatico ma sicuramente ben percettibile con soggetti geometrici a pattern regolari.
Passando alla focale intermedia di 126,01mm, il comportamento rimane analogo ma notiamo un leggero incremento dell’astigmatismo (maggiore divergenza delle coppie di curve andando verso i bordi), mentre lo spostamento di fuoco alle varie frequenze monocromatiche in realtà non varia apprezzabilmente se non per il violetto a 404,7nm di lunghezza d’onda, una frequenza molto corta al limite dello spettro visibile verso l’ultravioletto che, in realtà, in condizioni normali non inficia il risultato perché basta un filtro skylight per escluderla dal sistema, e spesso anche i vetri alle Terre Rare dello schema (o certi collanti) hanno un blend leggermente caldo che a sua volta filtra tale frequenza.
Relativamente alla distorsione, l’andamento è cambiato e ora abbiamo una modestissima deformazione a cuscinetto, inferiore allo 0,5% e praticamente invisibile; esiste quindi un punto zero ad una focale leggermente inferiore, intorno a 110-115mm, in cui la distorsione si annulla completamente prima di invertire la rotta, e questa informazione è utile per chi abbia necessità di riprodurre qualcosa con una correzione geometrica assoluta.
Arrivando alla focale massima (194,46mm effettivi) l’astigmatismo denuncia un evidente incremento, con le curve in orientamento tangenziale (linee tratteggiate) ben distinte dalle gemelle in orientamento sagittale e con differenze nella giacitura dei piani legate all’aberrazione cromatica che arrivano a 500 micron; per quanto riguarda lo spostamento di fuoco alle varie frequenze, il citato violetto a 404,7nm si allontana definitivamente dal gruppo degli altri colori, con uno stacco rispetto a questi ultimi di 400-600 micron, mentre le altre frequenze restano sparpagliate in un intervallo di circa 300 micron, valore comunque rilevante in termini assoluti.
Un comportamento caratteristico passando da focale minima a massima riguarda il piano di giacitura del blu e del rosso, frequenze agli estremi opposti dello spettro visibile, che progressivamente vengono a trovarsi su un piano sempre più ravvicinato, mentre le frequenze intermedie dello spettro sono proporzionalmente più distanti, un comportamento che su un grafico sarebbe visualizzato da una curva a “V” rovesciato molto accentuato, con le frequenze centrali dello spettro più vicine al piano e quelle estreme più distanti (o viceversa, scegliendo un piano di fuoco convenzionale differente); in ogni caso un residuo di astigmatismo e aberrazione cromatica rappresenta il comportamento caratteristico anche a 194.46mm.
Riguardo alla distorsione, essa segue l’andamento visto finora e troviamo quindi una deformazione a cuscinetto più apprezzabile rispetto alla focale intermedia, con valore comunque inferiore al 2% e quindi non troppo invasivo nei classici dettagli di architettura che spesso chiamano in causa tale focale.
Accostando ed evidenziando l’andamento della distorsione geometrica alle varie focali si nota meglio il comportamento caratteristico, con un passaggio a zero ad una focale leggermente inferiore a 126mm e l’inversione a cuscinetto (ma su valori massimi inferiori) passando alla focale massima; questa distorsione “fluttuante” che esordisce a barilotto e termina a cuscinetto è promossa anche dal diaframma in posizione fissa che non segue i gruppi mobili flottanti durante la variazione di focale.
Vediamo ora i diagrammi delle cosiddette “transverse ray aberrations”; questi schemi non sono di immediata interpretazione perché definiscono la differenza fra la giacitura di un raggio effettivamente trasmesso dall’obiettivo e un punto immagine ideale, prodotto da un sistema completamente privo di aberrazioni, distanza misurata ortogonalmente all’asse ottico.
IN questa specifica prova lo zoom Canon FD 80-200mm 1:4 si è comportato piuttosto bene, indicando un interessante livello di correzione complessiva; alla focale massima la separazione dei fasci monocromatici in lettura tangenziale (serie a sinistra) ci ricorda nuovamente i limiti legati alla correzione cromatica genericamente buona ma non supportata da vetri speciali.
Passiamo ora alle simulazioni dei valori relativi al trasferimento di modulazione di contrasto, abbreviato in MTF; le curve che seguono quantifica il contrasto residuo dal centro (sinistra) ai bordi (destra) per dettagli sempre più piccoli che corrispondono a frequenze spaziali di 10 cicli/mm (curve blu), 20 cicli/mm (curve verdi) e 40 cicli/mm (curve rosse); ogni frequenza spaziale è definita da una curva continua (sagittale) e una tratteggiata (tangenziale) che indicano il contrasto residuo per mire con serie di linee posizionate rispettivamente in modo parallelo o perpendicolare alla semidiagonale di campo.
Sempre in questo specifico caso, trattandosi di uno zoom, i diagrammi MTF sono stati prodotti relativamente alle focali e 81,01mm, 126,01mm e 194,46mm, offrendo quindi una vista d’insieme delle prestazioni sull’intera escursione offerta; per ciascuna focale i valori sono stati misurati ad 1:4, 1:5,6 e 1:8, senza procedere con chiusure ulteriori perché la diffrazione avrebbe fornito solo valori più modesti rispetto al picco massimo, e per ogni apertura verranno visualizzati i risultati affiancati per queste 3 focali, mostrando quindi come cambi il rendimento a parità di diaframma impostato quando si agisce sullo zoom.
A tutta apertura 1:4 troviamo un buon comportamento sull’asse del fotogramma, con qualità già sufficiente per immagini soddisfacenti, e andando fuori asse verso i bordi abbiamo invece un leggero ma avvertibile calo di rendimento e una separazione delle coppie di curve, col valore in lettura tangenziale (mire perpendicolari alla semidiagonale) più modesto per la combinazione di astigmatismo e aberrazione cromatica; come spesso avviene in questo tipo di zoom, la focale migliore sembra essere quella intermedia, con valori MTF in lettura sagittale (linea continua) molto uniformi e praticamente identici fra centro e bordi estremi, mentre curiosamente alla stessa focale abbiamo invece il maggiore flesso della curva tangenziale, probabilmente perché nel bilancio complessivo il piano di fuoco sagittale a 126,01mm è stato privilegiato a scapito di quello tangenziale; alla focale massima i valori tornano a decrescere leggermente e rimane un apprezzabile divario fra le letture nei 2 orientamenti, in questo caso principalmente per effetto dell’aberrazione cromatica che verso i 200mm diviene più apprezzabile.
Chiudendo ad 1:5,6 i valori migliorano sull’asse a tutte le focali, e se non replicano quelli delle migliori ottiche a focale fissa in quest’area centrale del campo sono comunque già tali da produrre ottime immagini; le zone mediane e i bordi sono invece più riluttanti a seguire il rialzo del centro, e soprattutto le curve tratteggiate con mire perpendicolari alla semidiagonale stentano a prendere quota perché l’astigmatismo le mette fuori fuoco e l’aberrazione cromatica crea frangiature che smorzano il netto passaggio densitometrico chiaro/scuro ai bordi delle mire bianche e nere, abbassando quindi il trasferimento di contrasto; anche in questo caso la focale intermedia risulta la migliore, e infatti in un test realizzato nei primi anni ’80 (e pubblicato negli articoli generali su questi obiettivi) l’FD 80-200mm 1:4 offriva a 135mm una qualità superiore al resto delle ottiche fisse da 135mm testate con lo stesso metodo e sullo stesso livello del migliore di essi, il Carl Zeiss Sonnar 135mm 1:2,8 T* per Contax-Yashica.
Chiudendo ad 1:8 il centro migliora ancora a tutte le focali ma solo marginalmente perché si avvicina già ai limiti di diffrazione, mentre finalmente anche le zone mediane e i bordi perfezionano il rendimento, registrando comunque e nuovamente un miglioramento superiore nella curva sagittale (linea continua), che diventa molto omogenea e addirittura a 126,01mm offre un rendimento identico da centro a bordi, mentre la curva tangenziale (linea tratteggiata) rimane più distante, continuando ad evidenziare l’erosione prodotta da astigmatismo e aberrazione cromatica.
Osservando contestualmente tutti i diagrammi si osserva nettamente come la focale intermedia sia quella dal migliore rendimento e più omogenea fino ai bordi (dettaglio da ricordare quando occorre la massima qualità su tutto il campo e si è obbligati ad utilizzare quest’obiettivo); si nota anche che lo schema reagisce alla diaframmazione migliorando la resa ma con le zone mediane e periferiche in lettura tangenziale che non raggiungono effettivamente mai valori elevati per le citate aberrazioni residue; trattandosi di uno zoom calcolato nel 1975 la qualità complessiva è comunque buona e chiudendo un paio di stop questo modello garantiva le prestazioni che giustificavano la sua buona fama.
Passando alla distribuzione luminosa sul campo, all’apertura massima 1:4 da 3/4 di semidiagonale fino ai bordi abbiamo una perdita che si attenua leggermente passando dalla focale minima alla massima ma rimane un elemento costante, probabilmente indotto dal disegno delle lenti anteriori e da eventuali limiti legati al loro diametro in tale posizione; a quest’apertura la trasmissione luminosa agli angoli estremi, considerando come 100% il flusso luminoso al centro, passa da 40% a focale massima fino a poco più del 25% a quella minima, valore che corrisponde ad una perdita di quasi 2 f/stop, e quindi ben apprezzabile.
Chiudendo ad 1:5,6 si assiste subito ad un miglioramento marcato, con oltre il 75% del campo ripreso che esibisce una trasmissione luminosa praticamente uniforme e gli ultimi 5mm di semidiagonale che invece mostrano ancora un brusco flesso, tuttavia in questo caso la trasmissione ai bordi varia dal 45% al 60% di quella disponibile in asse, quindi nella maggioranza dei casi tale vignettatura non è fastidiosa.
Chiudendo ancora ad 1:8 l’azione del diaframma finalizza il processo e a tale apertura l’uniformità della distribuzione luminosa è ora eccellente e anche agli angoli estremi la perdita è trascurabile.
Se pertanto utilizziamo questo zoom a focale intermedia, intorno a 120mm, e chiudendolo ad 1;8, avremo una resa buona ed uniforme, distorsione praticamente assente e trasmissione luminosa perfettamente omogenea, tutti elementi in grado di affrontare anche situazioni critiche.
Il Canon FD 80-200mm 1:4, nelle due declinazioni FD S.S.C. (1976-79) e new FD (1979-85) che condividevano l’identico gruppo ottico, è uno zoom progettato a metà anni ’70 ma grazie allo schema sofisticato e al know-how dell’azienda offre complessivamente prestazioni che si possono considerare decisamente buone per la sua epoca; pagando dazio all’anzianità soprattutto per la mancata disponibilità di vetri a bassissima dispersione che impedisce una correzione cromatica di alto profilo, un limite che verrà poi affrontato dal successivo new FD 80-200mm 1:4 L del 1985, modello con lenti in fluorite e vetro UD che sarà il protagonista dell’articolo Vintage Meter a seguire.
Un abbraccio a tutti; Marco chiude.
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