Teleobiettivi da ritratto e spostamento di fuoco

Un cordiale saluto a tutti i followers di NOCSENSEI; l’argomento odierno è estremamente importante per comprendere intimamente in rendimento caratteristico di certi obiettivi fotografici e, nel contempo, è spesso circondato da un alone di mistero che alimenta leggende metropolitane e dicerie, generando un quadro confuso e non rigoroso; la delicata questione in oggetto riguarda lo spostamento di fuoco che si registra i certi sistemi ottici quando viene chiuso l’iride del diaframma e, nel contempo, anche la variazione di profilo e giacitura che caratterizzano i relativi piani astigmatici che generano l’immagine.

Questo tipo di comportamento è correlato all’andamento caratteristico di certe aberrazioni, quale la sferica, ed è influenzato altresì anche da ulteriori elementi, come ad esempio la messa a punto di fabbrica dello specifico esemplare (micro-variazioni nella spaziatura reciproca di certi elementi ottici);  tuttavia non ho intenzione di tediare i lettori introducendo argomenti complessi e farraginosi e svilupperò l’argomento utilizzando essenzialmente misurazioni MTF oggettive realizzate su vari esemplari di medio-tele da ritratto; questi rilievi furono realizzati direttamente dal celebre Dr. Hubert Nasse della Carl Zeiss AG, tecnico estremamente competente specializzato nel rendimento delle ottiche e purtroppo prematuramente mancato nell’Agosto 2016; il Dr. Nasse, nel corso del 2005 e dei primi mesi del 2006, nei ritagli di tempo e per specifico interesse personale, realizzò misurazioni MTF su vari obiettivi medio-tele Zeiss e della concorrenza utilizzando il banco MTF Zeiss K8 in dotazione al suo laboratorio, raccogliendo dati interessati e facendomi pervenire i relativi diagrammi nel corso del 2006; queste misurazioni sono estremamente accurate e interessanti perché non definiscono solo le curve MTF standard (del tutto identiche a quelle presenti nella dotazione delle ottiche Zeiss in commercio), misurate in configurazione di infinito o a coniugate brevi, ma si spingono fino a misurare l’eventuale differenza di fuoco sull’asse e sul campo d’immagine che subentra chiudendo il diaframma dopo aver definito il piano di focalizzazione a tutta apertura.

Questi dati permettono quindi di comprendere a fondo il reale comportamento degli obiettivi alle varie distanze di ripresa, fattore importante se consideriamo che i medio-tele da ritratto sono obiettivi molto spesso utilizzati proprio nella configurazione di messa a fuoco estremamente ravvicinata, sebbene ogni ottica che non sia macro o da riproduzione, di norma, venga calcolata ottimizzandola su infinito.

 

 

Sono altresì lieto che questo lavoro realizzato dal Dr. Nasse su iniziativa personale possa dare i suoi frutti anche ora, dopo la sua dipartita.

Il problema del cosiddetto focus shift è noto da tempo e, a cagione del medesimo, il fotografo scopre che sulla fotografia scattata con l’obiettivo diaframmato il settore di massima messa a fuoco è posizionato in un piano differente rispetto a quello scelto quando aveva focheggiato col diaframma spalancato; in questo caso lo spostamento può essere in direzione dello sfondo (back focus) oppure della fotocamera (front focus); per evitare equivoci, escludiamo fin da subito analoghi problemi riscontrati su apparecchi a telemetro a causa di non perfette calibrature delle relative camme meccaniche, braccetto tastatore, etc.: in quel caso subentra anche una questione di hardware e corrispondenti messe a punto dei reciproci componenti, mentre in questa sede intendo parlare unicamente degli spostamenti di fuoco introdotti dal gruppo ottico dell’obiettivo e dalla sua interazione col diaframma.

 

 

Uno dei più famosi ed apprezzati obiettivi che storicamente presenti questo comportamento è lo Zeiss Sonnar 5cm per Contax a telemetro, un obiettivo lanciato nel 1932 in duplice versione con apertura 1:2 ed 1:1,5 e successivamente prodotto nel Dopoguerra sia dalla VEB Carl Zeiss Jena IN DDR sia dalla Zeiss di Oberkochen, prolungando a dismisura la sua carriera fino alla versione 50mm 1:1,5 ZM T* in attacco Leica M, presentata una quindicina di anni fa e prodotta su licenza in Giappone; in questo caso stiamo ammirando un esemplare del 1951 realizzato dalla Zeiss di Oberkochen (all’epoca obbligata ad utilizzare il marchio Zeiss Opton) e destinato alla relativa Contax postbellica prodotta dalla Zeiss Ikon Stuttgart.

 

 

Questo documento d’epoca, scritto direttamente dal loro progettista, illustra le caratteristiche dei neonati Sonnar e permette di apprezzare il tipico schema ottico dei normali da 5cm che rimarrà sostanzialmente invariato per decenni, continuando a fornire immagini molto brillanti ma anche afflitte dal tipico focus shift ai diaframmi chiusi.

 

 

Il caratteristico spostamento di fuoco per diaframmazione inerisce questo schema in modo così radicato che persino il recente Carl Zeiss Sonnar ZM 50mm 1:1,5 T* calcolato a metà dello scorso decennio, nonostante i progressi tecnici e l’eliminazione di una lente dallo schema, deve fare i conti con la stessa problematica, resa ancora più ostica dal fatto che l’obiettivo si avvale di una messa a fuoco telemetrica meccanica, pertanto priva di qualsiasi riscontro ottico diretto; questo problema ha imposto molti ripensamenti e addirittura sono state create due differenti generazioni di tale obiettivo: nella prima la camma telemetrica era tarata per farci trovare a fuoco nell’immagine il piano corrispondente allo spostamento di fuoco con apertura 1:2,8, pertanto lavorando ad 1:2,8 il fuoco era perfetto e chiudendo ulteriormente lo spostamento del piano era compensato dall’ampia profondità di campo; tuttavia lavorando alle maggiori aperture, condizione logica per un superluminoso 1:1,5, il piano di fuoco risultava diverso rispetto a quello calibrato (corrispondente appunto a quello focalizzato ad 1:2,8) e non era più presente un’apprezzabile profondità di campo per compensare all’errore, col risultato di immagini sfuocate.

Nacque così una seconda generazione in cui la camma telemetrica fu tarata per avere un fuoco esatto alla massima apertura 1:1,5, rendendola quindi pienamente sfruttabile, e lo spostamento di fuoco che subentrava progressivamente al chiudersi del diaframma veniva parzialmente compensato dalla profondità di campo che, a sua volta, aumentava alla stessa stregua.

Questo specifico esempio ci fa comprendere quanto la questione del focus shift possa essere influente ai fini del risultato finale; parlando di ottiche da ritratto, il problema può diventare ancora più determinante perché da un lato si tratta spesso di obiettivi luminosi, quindi critici sotto il profilo di certe aberrazioni coinvolte in tale processo, e dall’altro la presa del volto umano impone di lavorare a distanze di messa a fuoco molto ravvicinate, condizione nella quale il deciso incremento di tiraggio (distanza fra lente posteriore e piano focale) può moltiplicare gli effetti del focus shift e la ridottissima profondità di campo palesa anche un minimo errore di messa a fuoco.

Sfruttando  i test personali del compianto Dr. Nasse  cerchiamo quindi di capire quale può essere il comportamento tipico di alcuni obiettivi, con sistemi ottici differenti, utilizzati a infinito e a distanze minime; in alcuni casi visualizzeremo anche la posizione del piano d’immagine a diaframma aperto o chiuso in funzione del fuoco selezionato a tutta apertura e occorre accettare il fatto che quasi sempre la giacitura dell’immagine non corrisponde ad una superficie piatta, come solitamente si tende ad immaginare, ma spesso assume una sagoma analoga a quella di una ciotola, in cui l’asse del fotogramma, le zone mediane o i bordi si trovano a fuoco su piani differenti, quadro reso ancora più complesso dal fatto che, salvo rari casi, gli elementi con dettagli ad orientamento radiale (parallelo alla semidiagonale di formato) generano una sagoma con forma e giacitura differente rispetto a quelli con dettagli ad orientamento tangenziale (perpendicolare alla semidiagonale di formato), pertanto è come se l’immagine fosse formata da due “fantasmi sdoppiati” della medesima che nel piano, a causa dell’astigmatismo residuo, assumono forma e curvatura differenti a seconda dell’orientamento che caratterizza i dettagli, pertanto elementi contigui con allineamento differente possono risultare rispettivamente nitidi e fuori fuoco anche se sono alla stessa distanza di ripresa, uno accanto all’altro.

Questa situazione, di per sé non ottimale, è ulteriormente complicata dall’eventuale focus shift ai vari diaframmi, che introduce une nuova variabile a scompaginare la giacitura dei piani.

Aggiungo un ultimo dettaglio tecnico: i banchi MTF Zeiss utilizzati ad Oberkochen per questi test sono normalmente equipaggiati con varie flange che includono gli attacchi per le varie generazioni di ottiche Zeiss e anche per quelle della concorrenza, e si tratta di adattatori realizzati con precisione estrema e tolleranze infinitesimali, quindi il rischio di risultati inficiati da errori o giochi meccanici è escluso.

 

 

Il primo medio-tele preso in considerazione è il Carl Zeiss Sonnar 90mm 1:2,8 per apparecchi Contax G, un obiettivo diffuso e apprezzato che si avvale di un tipico e moderno schema Sonnar “tele” con doppietto posteriore collato, simile a quello utilizzato in altri obiettivi Zeiss della stessa tipologia come le versioni Sonnar per Contax/Yashica da 85mm 1:2,8, 100mm 1:3,5 e 135mm 1:2,8; i diagrammi MTF realizzati dal Dr. Nasse sono perfettamente conformi al classico standard Zeiss, pertanto osserveremo il trasferimento di contrasto residuo (da 100% a zero) misurato all’apertura e alla distanza indicate passando dall’asse del fotogramma (sinistra) ai bordi (destra); il trasferimento di contrasto è misurato campionando cicli di frequenze spaziali sempre più alte, cioè in pratica dettagli sempre più piccoli, e sono riportate, dall’alto al basso, 3 serie di curve per ogni apertura, riferite a 10, 20 e 40 cicli/mm di frequenza spaziale, che indicano il contrasto di dettagli sempre più fini; infine, ogni curva è sdoppiata in un settore continuo e uno tratteggiato, creati per indicare il differente trasferimento di contrasto con linee ad orientamento radiale, parallelo alla semidiagonale (tratto continuo), oppure tangenziale, perpendicolare alla semidiagonale (settore tratteggiato); spesso queste curve differiscono in modo evidente per due ragioni principali: astigmatismo e/o aberrazione cromatica laterale (in quest’ultimo caso i relativi fringings colorati sfumano il bordo delle linee nere e bianche ad orientamento perpendicolare alla semidiagonale mentre non alterano il contrasto di quelle ad orientamento parallelo, creando una vistosa differenza densitometrica nel passaggio chiaro-scuro fra i due orientamenti).

 

 

Questi diagrammi mostrano il rendimento MTF a distanza di infinito e nelle condizioni standard appena indicate e riferito a 3 aperture di lavoro: 1:2,8, 1:4 e 1:8; contrariamente agli schemi solitamente allegati ai pamphlet delle ottiche Zeiss, in questo caso il Dr. Nasse ha aggiunto un ulteriore valore che risulta di grande importanza per comprendere il comportamento di questi obiettivi: lo spostamento di fuoco sul piano focale, espresso in micron (millesimi di millimetro), introdotto dall’obiettivo chiudendo il diaframma e misurato come differenza rispetto al piano di messa a fuoco adottato a diaframma tutto aperto.

Questo Sonnar mostra un ottimo trasferimento di contrasto fin dalla massima apertura ma, passando ad 1:4, i valori migliorano solo marginalmente perché, nel frattempo, il piano di fuoco in asse si è spostato di 25 micron rispetto al piano focale e questo comporta già una sfuocatura sufficiente per contrastare il naturale incremento di prestazioni dovuto alla diaframmazione; passando invece ad 1:8, l’obiettivo migliora in modo marcato, arrivando a valori di eccellenza, perché nel frattempo il suo sistema ottico non ha più introdotto un focus shift apprezzabile e, anzi, lo spostamento rispetto al piano di fuoco scelto ad 1:2,8 si stabilizza su 22 micron, con un leggero rientro rispetto ad 1:4, il che permette all’obiettivo di esprimere il massimo delle sue prestazioni teoriche, venendo limitato sostanzialmente solo dalla diffrazione; la curva a lettura tangenziale (elementi perpendicolari alla semidiagonale) che decresce visibilmente ai bordi rispetto a quella radiale è caratteristica di questi schemi Sonnar ed è dovuta ad un residuo di aberrazione cromatica laterale che sfrangia le linee bianche e nere della mira nel modo descritto in precedenza.

 

 

Questa nuova serie di diagrammi è misurata sempre alle aperture 1:2,8, 1:4 e 1:8, focheggiando però il soggetto alla minima distanza di fuoco pari a 1 metro, e questo introduce una importante variabile: un vistoso incremento di tiraggio in un gruppo ottico “rigido” e ovviamente calcolato per infinito; in questi casi, oltre ad un eventuale aumento del focus shift chiudendo il diaframma, possiamo ragionevolmente aspettarci anche un vistoso incremento di curvatura di campo ed astigmatismo.

Nelle curve a tutta apertura 1:2,8 l’asse del fotogramma replica praticamente il rendimento di infinito (una buona notizia per i ritrattisti che sfruttano la parte centrale del fotogramma), tuttavia le zone sul fotogramma posizionate a 15mm dall’asse (indicate nel diagramma da un triangolo grigio) si trovano ora a 62 e 68 micron dal piano di messa a fuoco centrale (i due valori, come di consueto, si riferiscono all’orientamento dei dettagli radiale o tangenziale) e questa leggera sfuocatura produce un piano di fuoco ottimale leggermente incurvato e penalizza il rendimento delle zone periferiche, che infatti sono su livelli inferiori rispetto ad infinito.

Chiudendo di uno stop ad 1:4 i risultati migliorano in modo appena percettibile perché da un lato il piano di fuoco in asse si è spostato di 15 micron mentre, nel frattempo, le zone a 15mm fuori asse con lettura radiale e tangenziale si posizionano ora a 107 e 70 micron dal piano di fuoco originale scelto a tutta apertura, cambiando giacitura rispetto al diaframma precedente e soprattutto differenziandosi in due “calotte” di forma differente, e spaziate fra di loro fino ad oltre 45 micron.

Con forte chiusura ad 1:8 i risultati si livellano, con l’asse che perde contrasto rispetto alle aperture precedenti nonostante la maggiore chiusura; questo comportamento è dovuto ad un forte incremento del focus shift, per cui il piano di fuoco al centro si trova ora a 100 micron esatti da quello pre-settato ad 1:2,8, una sfocatura che l’incremento di profondità di campo non riesce a compensare completamente; nelle zone periferiche, invece, lo spostamento di fuoco degli elementi con lettura radiale o tangenziale cambia segno (ora è la lettura tangenziale quella più distante) ma rimane su valori assoluti paragonabili a quelli di 1:4 (80 e 110 micron anziché 107 e 70), pertanto l’incremento di profondità di campo ad 1:8 riesce a migliorare la leggibilità dei dettagli e quindi il contrasto con cui sono riprodotti.

Complessivamente quest’obiettivo subisce le conseguenze prodotte dalla presa a distanze minime con uno schema ottico rigido, tuttavia riesce a salvarsi, fornendo ad 1 metro con apertura 1:8 risultati ancora molto buoni grazie al focus shift non eccessivo e alla giacitura dei piani astigmatici che non viene particolarmente stravolta; questo tipo di schema Sonnar infatti è conosciuto per la complessiva stabilità della sua resa a distanze brevi, anche in assenza di flottaggi, mentre spesso i più luminosi Doppio Gauss risultano critici.

 

 

Questo diagramma, sempre realizzato dal Dr. Hubert Nasse, è molto utile per comprendere il comportamento dell’obiettivo a distanze brevi: la linea gialla corrisponde al piano di fuoco perfetto sulla coniugata immagine, il punto nero indica il piano di fuoco in asse, gli indici rosso e blu i piani in cui sono a fuoco i dettagli a 15mm fuori asse con orientamento radiale (rosso) e tangenziale blu; infine, la coppia di curve definisce la profondità di campo disponibile alle corrispondenti aperture di diaframma, misurata con un circolo confusionale da 0,03mm.

Nello schema troviamo due serie di misurazioni, sempre alle aperture 1:2,8, 1:4 ed 1:8, realizzate con l’obiettivo messo a fuoco a 2 metri (sinistra) e 1 metro (destra); come si può notare, al rapporto di riproduzione 1:20 (distanza: 2 metri) la posizione di fuoco degli elementi a 15mm fuori asse risulta sempre più arretrata rispetto al centro, a qualsiasi apertura, ad indicare l’insorgenza di una curvatura di campo introdotta dall’aumento di tiraggio, e la loro posizione rimane pressochè costante da 1:2,8 ad 1:8, mentre sull’asse del fotogramma il piano di fuoco scelto ad 1:2,8 viene mantenuto ad 1:4 per poi produrre un front focus di circa 70 micron ad 1:8.

Aumentando il tiraggio fino alla distanza di fuoco di 1 metro, si assiste ad un diametrale ribaltamento nella sagoma che assume il piano d’immagine focalizzato: anche in questo caso le aree in lettura radiale e tangenziale a 15mm fuori asse presentano un fuori-fuoco  di 70 – 110 micron però, in questo caso, posizionato davanti al piano focale e non dietro, pertanto a 1 metro la curvatura di campo ha un valore analogo a quello di 2 metri ma con profilo speculare, per cui la sagoma a forma di “ciotola” si sviluppa davanti al piano focale e non dietro; l’asse mantiene invece il comportamento visto a 2 metri, tuttavia ad 1:8 il focus shift aumenta vistosamente, passando da 65 a 100 micron, e questo penalizza il rendimento al centro dell’immagine a diaframmi chiusi.

 

 

Questi schemi aggiuntivi che ho realizzato consentono di visualizzare graficamente la giacitura della coniugata immagine in modo ancora più comprensibile; in questo caso la linea verticale mediana indica il piano focale, a destra abbiamo il front focus verso il soggetto e a sinistra il back focus verso il piano focale; le curve riportate sullo schema costituiscono in pratica una sezione della coniugata che l’obiettivo focalizza riprendendo un soggetto piano a 2 metri e 1 metro di distanza ed è possibile comprenderne facilmente il suo profilo.

Nel primo schema, relativo a 2 metri di distanza, si nota come a 1:2,8 la curvatura di campo sia leggera, così come la giacitura dei due piani relativi alla lettura radiale e tangenziale differisce in misura contenuta; tuttavia, passando ad 1:8, l’asse dell’immagine presenta un front focus di circa 65 micron mentre la posizione nello spazio delle zone a 15mm fuori asse rimane sostanzialmente invariata, e questo non causa solo un focus shift che sposta il piano di fuoco rispetto a quello scelto ma incrementa anche la curvatura di campo, come si vede chiaramente nello schema.

Passando ad 1 metro, si osserva come la sfuocatura delle zone periferiche a 15mm fuori asse mantenga valori simili a quelli di 2 metri ma in questo caso la loro posizione è davanti al piano focale, quindi la curvatura a tutta apertura ha valori non dissimili dai precedenti ma andamento positivo e non negativo; chiudendo il diaframma ad 1:8 la posizione delle zone a 15mm fuori asse con lettura radiale/tangenziale cambia di poco, mentre sull’asse abbiamo un front focus di 100 micron che va ad allineare il piano di fuoco del centro con quello dei bordi, un comportamento che comporta un minore rendimento in asse a causa della sfocatura ma anche una resa uniforme sul campo, grazie alla ridotta curvatura e alla coesistenza delle varie zone dell’immagine su un settore di fuoco relativamente piano.

Questi diagrammi ci fanno capire quanto un sistema ottico rigido sia sensibile a variazioni di tiraggio anche minime, dando luogo ad evidenti alterazioni nel piano di fuoco della coniugata immagine.

 

 

Un altro famoso obiettivo caratterizzato da un gruppo ottico molto corretto ma privo di elementi flottanti è il celebre Leica Apo-Summicron 90mm 1.2 Asph., un modello che abbina una superficie asferica alla correzione dichiaratamente apocromatica, il tutto ottenuto con un semplice schema gaussiano a 5 lenti in 5 gruppi.

 

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La morale di fondo è quindi semplice: è importante conoscere a fondo il comportamento del nostro medio-tele da ritratto preferito, analizzandolo con vari scatti di prova mirati, tenendone poi conto sul campo e mitigandone gli effetti deleteri con opportune contromosse, oggi possibili grazie ai moderni corpi digitali e le relative opzioni di messa a fuoco diretta; naturalmente è anche possibile sfruttare certe caratteristiche, come curvatura di campo, aberrazioni ai bordi o sfuocati particolari, in modo creativo per accentuare la resa plastica o mettere in risalto il soggetto; un’adeguata conoscenza del nostro strumento ci permetterà di utilizzarlo in modo ottimale, ottenendo in ogni caso risultati gratificanti.

Un abbraccio a tutti; Marco chiude.

 

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One Comment

  1. Ugo MARINELLI Reply

    Ottimo articolo. Tutto ciò che avremmo voluto sapere, ma che nessuno ci aveva mai detto.

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