Canon FD new 14mm 1:2,8 L

 

Un cordiale saluto a tutti i followers di NOCSENSEI; questo pezzo costituisce il nono 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.

L’obiettivo in questione è un noto supergrandangolare per reflex Canon manual focus, il Canon FD 14mm 1:2,8 L del Luglio 1982; questo modello all’epoca fece clamore sia per l’apertura massima, elevatissima in un wide retrofocus da 114° di campo, che per la seconda lente con una superficie asferica di grande diametro e profilo parabolico molto pronunciato, mai visto prima in un obiettivo fotografico convenzionale, un exploit tecnologico che da pochissimo ho scoperto essere possibile grazie alla realizzazione di tale elemento in polimetilmetacrilato stampato; è quindi un’ottica tecnicamente interessante per svariate ragioni.

 

 

Tel obiettivo prevede un complesso schema ottico a 14 lenti in 10 gruppi col caratteristico elemento divergente anteriore di grande diametro e con curvatura pronunciata che ha condizionato anche il design della montatura; solo di recente ho potuto recuperare il brevetto originale giapponese, l’unico esistente, dopo anni di ricerche, e partendo da tali dati è stato possibile monitorare il comportamento dello schema, tuttavia con una premessa: il modello descritto dal documento prevede un filtro incorporato fra la sesta e la settima lente, probabilmente montato sulla classica torretta girevole, tuttavia l’esemplare di serie condivide lo stesso schema ma ne è privo, adottando invece un telaio posteriore per sottili spezzoni di filtri in gelatina sagomati; i diagrammi che seguiranno sono calcolati sullo schema originale del brevetto, con filtro piano-parallelo incorporato, tuttavia non è noto se l’azienda abbia applicato eventuali, leggere modifiche nella versione finale per compensare l’eliminazione del filtro, pertanto è possibile che il rendimento effettivo di un esemplare di produzione si discosti leggermente da quanto mostrato nelle simulazioni, tuttavia questi sono gli unici dati grezzi disponibili sui quali lavorare.

 

 

Questa tabella riassume i dati di progetto presenti nel brevetto di Keiji Ikeda depositato in Giappone il 21 Aprile 1978; in grafica ho evidenziato i parametri matematici della superficie asferica (la terza dello schema, ovvero il profilo anteriore della seconda lente) e i valori rifrattivi e dispersivi del secondo elemento, corrispondenti a quelli di un materiale acrilico e non a vetro; ho anche evidenziato il settimo elemento, con superfici piane e parallele (raggi di curvatura infiniti), che corrisponde al filtro interno non utilizzato nella serie (infatti in questo brevetto, considerando anche il filtro, le lenti sono 15 mentre nell’FD L di produzione passano a 14 proprio perché, appunto, scompare tale elemento).

 

 

Questa tabella definisce gli analoghi parametri inseriti nel software di calcolo ottico; i vetri erano forniti dalla nipponica Ohara e in questo caso tali materiali sono identificati con le sigle moderne, attualmente in uso, mentre nel corrispondente articolo generale sullo stesso obiettivo scritto in precedenza ho impiegato invece le sigle obsolete dell’epoca, e questo spiega l’apparente contraddizione fra i 2 testi.

 

 

Tali parametri danno vita a questo schema ottico, nel quale è in evidenza l’ampio spazio retrofocale necessario al movimento dello specchio reflex e pari a circa 2,6 volte la lunghezza focale stessa; sulla seconda lente, in resina acrilica, è possibile apprezzare anche ad occhio nudo la notevole deformazione della superficie asferica anteriore, un dettaglio oggi consueto e comune in obiettivi grandangolari e zoom-wide moderni ma all’epoca costituiva un notevole risultato.

Lo schema non utilizza ancora vetri di tipo UD-ED a bassissima dispersione per un più efficace controllo dell’aberrazione cromatica, e in questo settore tale compito era assegnato al piccolo doppietto collato posteriore, davanti all’ultimo elemento, composto da un vetro Dense Flint ad altissima rifrazione (1,922) e alta dispersione abbinato ad un vetro Fluor Crown a bassa rifrazione e bassa dispersione (numero di Abbe 70,1); questi elementi definiscono un potente doppietto acromatico che provvede a correggere i colori primari assiali e laterali ma permette tuttavia un residuo di aberrazione cromatica laterale ai bordi.

 

 

Per ottenere una simulazione corretta e conforme al rendimento in condizioni di utilizzo reali è naturalmente necessario definire la componente spettrale della luce prevista, e in questo caso ci si è attenuti ad un consolidato standard Zeiss, simulando una sorgente luminosa composta da varie percentuali delle frequenze evidenziate in grafica sullo spettro.

 

 

Il primo schema prodotto dal software Code V riguarda astigmatismo/curvatura di campo e distorsione geometrica; nel primo diagramma troviamo la giacitura dell’immagine sul piano, da centro a bordi, valutandone la posizione sia in orientamento sagittale (linea continua) che tangenziale, a 90° dal precedente (linea tratteggiata), e in questo caso le coppie di curve sono 6 perché ciascuna di esse si riferisce individualmente alle corrispondenti frequenze dello spettro che compongono la luce ipotizzata; complessivamente l’obiettivo mostra una buona planeità di campo, non comune in retrofocus con angolo di campo così spinto, tuttavia negli ultimi 5mm di semidiagonale la calotta in orientamento tangenziale mostra una netta deriva astigmatica, cambiando bruscamente piano rispetto alla calotta sagittale, corretta e ordinata fino ai bordi.

A questo astigmatismo periferico si aggiungono anche componenti cromatiche perché si può osservare facilmente come il piano tangenziale non soltanto cambi bruscamente giacitura, allontanandosi da quello sagittale, ma anche le singole curve monocromatiche appaiono distanziate fra loro, preconizzando frangiature cromatiche ai bordi dell’immagine.

Per quanto riguarda la distorsione, l’andamento è caratteristico, a barilotto, e la superficie asferica contribuisce a mantenere il valore massimo nell’ambito del 3,2%, già percettibile ma sicuramente contenuto considerando la cortissima focale; inoltre, dopo aver raggiunto il picco massimo intorno al 70% della semidiagonale, i valori rimangono abbastanza costanti fino ai bordi, senza l’inversione di tendenza presente in certi modelli che produce una deformazione “a onda” (moustache), prima a barilotto e poi a cuscinetto, che risulterebbe ancora più appariscente.

 

 

Osservando gli analoghi schemi presenti sul brevetto (evidenziati), possiamo osservare una confortante congruenza con quanto definito dal software di calcolo.

 

 

Il diagramma con i transverse errors, sempre complesso da interpretare per i non adetti, mostra valori tutto sommato buoni per un retrofocus da 114°, tuttavia anche in questo caso la lettura tangenziale ai bordi (schema in alto a sinistra) evidenzia problemi cromatici residui, con le curve relative alle singole lunghezze d’onda della luce ampiamente separate fra loro.

Per quanto riguarda la vignettatura, una simulazione molto attendibile richiederebbe informazioni estremamente precise riguardo al diametro effettivo utile delle lenti esterne e del diaframma ad iride, valori che non sono presenti nel brevetto e possono essere solamente stimati; pertanto queste simulazioni mantengono un residuo ma contenuto margine di errore.

 

 

Alla massima apertura 1:2,8 la caduta di luce ai bordi definita dal software sul modello presente nel brevetto risulta decisamente accentuata, con una perdita ai bordi superiore a 2,5 f/stop, tuttavia si tratta appunto di valori basati su diametri stimati, con un margine di errore.

 

 

Passando all’apertura 1:8, dove si riduce l’influenza sulla misurazione di tali diametri esterni, i valori si possono considerare più attendibili e in questo caso la trasmissione luminosa risulta decisamente omogenea, con una luminosità a 20mm di semidiagonale ancora superiore al 60% di quella presente in asse, un risultato inavvicinabile per supergrandangolari di tale potenza a schema simmetrico e non retrofocus.

Passiamo ora alle misurazioni MTF (trasferimento di modulazione del contrasto), ovvero alla simulazione del contrasto residuo trasmesso dall’obiettivo alle frequenze spaziali di 10, 20 e 40 cicli/mm (in grado quindi di definire la qualità in dettagli più grossolani, medi e piccoli), leggendo dal centro (sinistra) ai bordi (destra) e definendo 2 curve per ogni diaframma e frequenza spaziale, quella continua relativa all’MTF con orientamento sagittale (mire chiare/scure parallele alla semidiagonale di campo) e quella tratteggiata per l’MTF tangenziale (mire perpendicolari alla semidiagonale di campo); questa metodologia è conforme al classico standard Carl Zeiss, e seguendo lo stesso protocollo la messa a fuoco è stata simulata a diaframma spalancato (1:2,8), cercando il piano migliore al centro per 20 cicli/mm di frequenza spaziale, senza poi modificarla ulteriormente per tutte le aperture prese in considerazione.

In questo caso le curve blu indicano il trasferimento di contrasto a 10 cicli/mm, quelle verdi a 20 cicli/mm e quelle blu a 40 cicli/mm di frequenza spaziale.

 

 

Alla massima apertura 1:2,8 (sicuramente non la condizione di utilizzo ideale per un retrofocus da 114° calcolato nel 1978) abbiamo valori eccellenti sull’asse, già pari a quelli espressi da altri obiettivi a diaframma chiuso 2 o 3 stop, e un progressivo degrado fino ai bordi, dove invece le prestazioni sono modeste; si osserva fin da subito come le curve tratteggiate relative alla lettura con mire perpendicolari alla semidiagonale risultino più basse di quelle con mire parallele alla medesima, un problema tipico dei retrofocus un po’ datati e legato a frangiature di colore laterale, del resto già anticipate dai diagrammi precedenti; in pratica, tale aberrazione trasforma il bordo netto di una linea scura su fondo bianco in una sequenza di settori colorati paralleli, i famosi “fringings”, che attenuano il brusco passaggio densitometrico fra il bordo nero della linea di mira e il fondo bianco, riducendo il relativo contrasto nell’interfaccia, mentre la stessa mira ruotata di 90° e parallela alla semidiagonale prevede i bordi ad alto contrasto orientati in modo da non essere scomposti dai fringings, permettendo passaggi densitometrici più bruschi e quindi una percezione di maggiore contrasto che si traduce in curve più alte.

 

 

Chiudendo ad 1:4 le buone prestazioni si estendono sul campo definendo un cerchio che va a lambire i lati lunghi del fotogramma, tuttavia i bordi restano sempre indietro e la lettura in orientamento tangenziale (curve tratteggiate) è sempre decisamente più scarsa rispetto alla tangenziale, per le ragioni descritte in precedenza; inizia anche a definirsi un flesso nelle curve con un recupero a 3/4 di campo che è tipico di molti calcoli retrofocus.

 

 

Passando ad 1:5,6 il centro è eccellente e ormai ai limiti di diffrazione mentre nelle zone fuori asse l’incremento qualitativo continua ad allargarsi verso i bordi, con il citato “recupero” intorno a 18mm di semidiagonale sempre più evidente nelle letture sagittali, tuttavia gli errori cromatici ai bordi continuano a mantenere le letture tangenziali su valori modesti e non significativamente migliori rispetto alle aperture precedenti.

 

 

Arrivando ad 1:8, diaframma solitamente ottimale, il centro stalla per diffrazione mentre le curve sagittali continuano a migliorare in zone sempre più vicine ai bordi, con valori a 18-19mm dal centro praticamente analoghi a quelli misurati in asse, tuttavia le curve in lettura tangenziale continuano a denunciare livelli più modesti, specialmente verso i bordi, dove l’aberrazione cromatica si fa sentire.

 

 

In questo schema ho sovrapposto, con colori sfalsati, le curve lette ad 1:5,6 ed 1;8, e dal confronto si può appunto desumere che al centro con 1:8 abbiamo già una leggera perdita di contrasto per diffrazione, mentre verso i bordi al diaframma più chiuso la lettura sagittale mostra un ulteriore recupero in direzione degli angoli; notate però come l’incremento nelle curve tratteggiate a lettura tangenziale sia invece trascurabile, a testimonianza di problematiche strutturali che la chiusura del diaframma non riesce ad arginare.

 

 

Passando ad 1:11, nonostante si tratti di un supergrandangolare luminoso, troviamo forse le condizioni di utilizzo complessivamente migliori, perché se l’asse decresce nuovamente per diffrazione, ai bordi del campo le letture sagittali diventano ottime e anche quelle tangenziali, finalmente, escono dal letargo e guadagnano qualcosa, pur restando sempre molto distanti dalle altre; considerando l’angolo di campo i valori espressi ad 1:11 sono ottimi, sebbene ci si debba aspettare un certo “colore laterale” ai bordi.

 

 

Sovrapponendo le curve relative ad 1:8 ed 1:11 si nota ancora meglio il leggero flesso ad 1:11 per diffrazione ma anche il recupero nelle zone più marginali del campo.

Per introdurre un’ulteriore, interessante variabile è stato simulato anche il rendimento dell’obiettivo abbinandolo ad un filtro giallo medio, comunemente usato per gestire i toni nella foto bianconero, per valutare come cambiasse l’MTF facendolo lavorare in una banda luminosa ristretta e selettiva; in questo caso il valore di lavoro previsto è 1:8 (naturalmente nel modello di produzione occorreva ritagliare e sagomare uno spezzone di filtro in gelatina e applicarlo al relativo telaio posteriore).

 

 

In questo caso le differenze non sono facilmente apprezzabili, quindi ho provveduto nuovamente a sovrapporre le curve ad 1:8 senza filtro con le corrispondenti ad 1:8 e filtro giallo applicato.

 

 

Il confronto mostra come l’anomalia più appariscente riguardi il recupero delle curve con orientamento tangenziale in certe zone del campo per l’obiettivo munito di filtro, a riprova che il flesso di tali letture è sostanzialmente legato a problemi di aberrazione cromatica laterale, e l’utilizzo di un filtro monocromatico eventualmente minimizza tali difetti perché elimina molte delle bande che compongono la luce bianca utilizzata nel test convenzionale.

Il Canon FD new 14mm 1:2,8 L è stato una pietra miliare nello sviluppo tecnico dei grandangolari retrofocus, abbinando una angolo di campo estremo (114°) alla grande apertura 1:2,8, ad una costruzione compatta e all’impiego di una lente asferica di caratteristiche estreme, per la quale l’azienda introdusse una tecnologia ancora agli albori realizzandola in resina acrilica per trovare la quadratura fra costi di produzione e profilo asferico molto pronunciato; tale elemento, assente nei classici rivali Nikkor 13mm 1:5,6 e Nikkor 15mm 1:3,5, consentiva di correggere bene alcune aberrazioni, come curvatura di campo e distorsione, tuttavia l’assenza di lenti a bassissima dispersione (introdotte nella categoria solo col Canon FD zoom 20-35mm 1:3,5 L lanciato nel 1984) manteneva nelle zone marginali un residuo di aberrazione cromatica che è forse l’unica pecca di un obiettivo sicuramente all’avanguardia sui tempi, e prova ne sia il fatto che lo stesso schema venne poi impiegato anche nel successivo Canon EF 14mm 1:2,8 L (I) e rimase in produzione per 25 anni, fino al 2007.

Un abbraccio a tutti; Marco chiude.

 

 

 

 

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