Teleobiettivi Apo senza vetri ED

Teleobiettivi a correzione apocromatica senza l’utilizzo di vetri ED a bassissima dispersione.

Un cordiale saluto a tutti i followers di NOCSENSEI; nella progettazione dei teleobiettivi l’impegno principale dei tecnici riguarda il controllo dell’aberrazione cromatica (infatti altre aberrazioni vengono corrette più facilmente grazie all’angolo di campo molto ridotto) e negli ultimi decenni gli esemplari più performanti si sono avvalsi di vetri ottici o materiali cristallini con caratteristiche ottiche particolari, come ad esempio la bassissima dispersione (vetri ED-UD-SLD o cristalli artificiali di fluoruro di calcio e litio).

Tuttavia esistono esempi di obiettivi dichiaratamente apocromatici, o con resa ottica che corrisponde a questo grado di correzione, che sono stati progettati rinunciando volontariamente a questi vetri molto particolari ed anche costosi, almeno fino a qualche anno fa; passiamo dunque in rassegna questi modelli, scendendo nel dettaglio dei loro segreti.

Non ho intenzione di scegliere un taglio eccessivamente tecnico perché un approfondimento scientifico dell’argomento risulterebbe sicuramente troppo complicato e anche noioso, cerchiamo quindi di anticipare per sommi capi le informazioni minime necessarie a proseguire la nostra chiacchierata.

La luce visibile che permette la nostra percezione e che viene utilizzata per realizzare fotografie è un piccolo settore di uno spettro molto più ampio, circoscritto in un ambito di frequenze compreso fra circa 400 e 700nm di lunghezza d’onda; ciascuna frequenza corrisponde alla percezione di una sfumatura cromatica diversa, compresa fra il violetto e il rosso, la cui sequenza complessiva genera la serie di cromatismi, raccordati senza soluzione di continuità, che siamo soliti ammirare nell’arcobaleno o nel fascio luminoso diffratto da un prisma di vetro; all’estremità di questo campo spettrale visibile troviamo l’ultravioletto (frequenze inferiori a 400nm) e l’infrarosso (frequenze superiori a 700nm).

L’ìnterazione fra la luce e il vetro è responsabile di effetti particolari e molteplici; nel nostro specifico caso, attraversando un elemento vetroso con superfici rifrangenti curve, il fascio di luce non viene deviato con un angolo di rifrazione univoco ma con valori differenti in funzione delle varie componenti spettrali della luce utilizzata, esattamente come avviene, portando la situazione ai suoi estremi, nel prisma che separa il fascio di luce bianca in un ampio spettro colorato; nel sistema ottico di un obiettivo questa rifrazione selettiva delle varie componenti spettrali della luce comporta effetti collaterali sfavorevoli per la qualità d’immagine perché le varie componenti monocromatiche dell’ìmmagine vengono focalizzate a distanze differenti, quindi non è possibile averle a fuoco simultaneamente in un singolo piano; inoltre, anche la scala di riproduzione delle componenti monocromatiche risulta differente, causando la cosiddetta aberrazione cromatica dell’ingrandimento in scala, visualizzabile in pratica con i cosiddetti fringings, frangiature di vari colori che compaiono su dettagli con passaggi ad alto contrasto e specialmente ai bordi dell’immagine.

Lo schema riportato qui sopra mostra il tipico comportamento di un teleobiettivo a lungo fuoco di notevole focale, composto da un semplice doppietto acromatico con 2 lenti cementate assieme; le principali frequenze spettrali di riferimento, dette linee di Fraunhofer, sono indicate da lettere dell’alfabeto e il diagramma di colore rosso mostra che, ottimizzando la messa a fuoco nella d-line, questo sistema ottico non è in grado di garantire lo stesso piano di focalizzazione per gli altri colori dello spettro che contribuiscono a generare l’immagine finale ma li distribuisce su piani differenti posizionati davanti o dietro a quello di riferimento, causando quindi un deterioramento nella qualità finale; l’entità di questo spostamento di fuoco in teleobiettivi convenzionali, senza una correzione cromatica particolare, può essere anche pari a F/1.000, cioè un millesimo della lunghezza focale: quindi, nel caso di un potente obiettivo da 1.000mm, lo spostamento di fuoco complessivo può essere anche di 1mm, un valore veramente importante (considerando che in questo campo solitamente si parla di decine di micron), e naturalmente più aumenta la focale dell’esemplare considerato e più sarà marcata questa aberrazione.

La caratteristica di rifrangere le varie componenti spettrali con un angolo di rifrazione differente viene detta dispersione e ai fini della progettazione è un parametro estremamente importante, al punto che è uno dei due valori che vengono sempre indicati nei dati di targa dei vetri ottici da utilizzare (l’altro è l’indice di rifrazione); per aumentare il livello di correzione del sistema, fin dall’800, negli obiettivi da microscopio venivano utilizzate lenti realizzate con materiali cristallini, solitamente fluoruri di calcio o litio (fluorite), dal momento che questi elementi presentano una dispersione estremamente contenuta e anche una dispersione parziale anomala in specifiche zone dello spettro che permettono di limitare molto le aberrazioni cromatiche; passando alle scale molto maggiori delle lenti impiegate negli obiettivi fotografici non era più possibile realizzare elementi in fluorite utilizzando cristalli naturali e vennero progettati speciali vetri ottici, composti da fluoruri e metafosfati, che presentano valori dispersivi molto contenuti (sebbene leggermente meno favorevoli rispetto ai materiali cristallini) e che permettono di produrre lenti di maggiori dimensioni; solo a partire dalla seconda metà degli anni ’60 vennero anche messe a punto nuove tecnologie che permettevano la ricristallizzazione artificiale della fluorite, ottenendo grandi cristalli perfettamente omogenei dai quali ottenere le lenti di ampio diametro destinate a potenti teleobiettivi.

Questi dati sono ricavati dal catalogo della vetreria Ohara (tuttavia materiali di caratteristiche analoghe vengono proposti dai principali produttori, come Hikari, Hoya, Sumita, Schott, etc.) e sono relativi alle lenti in fluoruro di calcio artificiale (fluorite) e al classico vetro a bassa dispersione comunemente denominato ED-UD-SLD; i due valori indicati (misurati per due diverse lunghezze d’onda della luce, d-line ed e-line) sono l’indice di rifrazione (solitamente ridotto in questi materiali a base di fluoruri ed inferiore a 1,5) e il numero di Abbe che indica invece la dispersione del materiale; in questo caso un numero più elevato indica una dispersione ridotta mentre un numero di entità inferiore corrisponde ad una dispersione più marcata; per convenzione vengono definiti vetri ED a bassissima dispersione i materiali con un numero di Abbe superiore ad 80, infatti in questo caso i valori sono di 81,54 per il materiale vetroso e 94,93 per la fluorite.

Pertanto, analizzando le caratteristiche dei vetri ottici utilizzati nel calcolo di un obiettivo, è facile definire se sono stati sfruttati elementi di tipo ED oppure fluorite nella sua ottimizzazione apocromatica, semplicemente osservando il numero di Abbe che li caratterizza.

Un abbraccio a tutti – Marco chiude.

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