Obiettivo. Guida alla scelta.
Questo questa serie di articoli vuole aiutare il fotografo ad aumentare la propria consapevolezza e dotarlo degli strumenti adeguati nella scelta dell’obiettivo più adatto a tradurre la sua ispirazione in un linguaggio, quello fotografico, che sappia esprimere e comunicare al meglio i suoi sentimenti e il suo pensiero.
Un po’ di Storia.
L’obiettivo è il componente più importante di un sistema fotografico, dal momento che inquadra e focalizza una porzione del soggetto e la proietta su un secondo piano di fuoco sul quale si trova l’elemento sensibile (film o sensore), permettendoci di acquisire la fotografia; l’obiettivo sfrutta un sistema ottico composto da elementi rifrangenti (cioè molati e incurvati per modificare la direzione della luce) realizzati con vetro, resine o materiali cristallini trasparenti e fisicamente omogenei nella loro massa; un obiettivo ben realizzato consente di mettere a fuoco il soggetto con precisione, di riprodurlo con soddisfacente nitidezza e contrasto e di ottenere un risultato ragionevolmente privo di aberrazioni cromatiche, distorsione geometrica, astigmatismo o curvatura del piano d’immagine, riproducendo colori accurati e con un’illuminazione uniforme del fotogramma.
Le origini del vetro (sabbia silicea fusa al calore del fuoco) risalgono ad oltre 5000 anni fa e già nel VII Sec. a.C. in Mesopotamia venne realizzata la prima lente rifrangente in quarzo jalino trasparente, di uso imprecisato; oltre 2000 anni fa i Romani sfruttavano invece sfere di vetro soffiato riempite d’acqua come lenti di ingrandimento.
Le prime immagini proiettate furono realizzate con piccoli fori (fori stenopeici) e vennero descritte dal filosofo cinese Mozi (V Sec. a.C.) mentre la camera obscura, con un foro che proietta sulla parete opposta l’immagine esterna capovolta, fu studiata e descritta dallo scienziato Al-Alhazen nel suo volume sull’ottica Kitab al Manazir del 1021, assimilandola alla dinamica dell’occhio.
Nel XVI Sec. l’italiano Girolamo Cardano scoprì invece che aggiungendo una lente biconvessa al foro stenopeico di una camera obscura si otteneva un’immagine proiettata più nitida e brillante, mentre nello stesso periodo Daniele Barbaro notò che creando nella lente una strozzatura anulare che limita il flusso luminoso alla parte centrale si otteneva un’immagine più definita, preconizzando l’uso del diaframma.
L’approccio al moderno concetto di fotocamera e obiettivo venne finalizzato da Johann Zahn, che nel 1686 creò una camera obscura portatile munita di specchio a 45° e vetro superiore di messa a fuoco, poi utilizzata dai pittori per disegnare dal vero su carta semitrasparente lo schema preliminare del dipinto; gli studi di Joseph Nicéphore Niépce sui materiali fotosensibili portarono infine alla prima immagine fotografica, realizzata nel 1827, tecnica poi superata nel 1838 dal dagherrotipo di Louis-Jacques-Mandé Daguerre.
Da questo momento le più stringenti esigenze della fotografia portarono alla necessità di sviluppare obiettivi adeguati, sia per definizione d’immagine che per angolo di campo e soprattutto luminosità (la ridotta sensibilità dei materiali di allora imponeva pose molto lunghe, impedendo l’istantanea).
Curiosità:
L’etimologia di “obiettivo” (fotografico) deriva dal latino medievale obiectivus, derivato a sua volta da obiectum (oggetto), participio passato di obicere, composto da ob- (davanti) e iacere (gettare). Significa letteralmente “gettato davanti” o “posto davanti”, indicando la lente posta davanti alla fotocamera.
All’epoca la camera obscura da pittura utilizzava una singola lente a menisco (anteriormente concava e posteriormente convessa) disegnata nel 1814 da William Hyde Wollaston, e il primo sviluppo verso le ottiche fotografiche arrivò da Charles Chevalier che progettò l’obiettivo “Chevalier-Wollaston” costituito da 2 lenti cementate assieme, la prima con 2 superfici convesse e la seconda con un piano concavo a contatto con la prima e la superficie posteriore piatta; le lenti erano realizzate con vetri dalle caratteristiche ottiche antagoniste che riducevano le aberrazioni cromatiche; una evoluzione di questo “doppietto acromatico” fu l’obiettivo rapido rettilineare del 1866 (disegnato in contemporanea da Steinheil a Monaco e Dallmeyer a Londra), che utilizzava 2 di questi elementi contrapposti specularmente con un diaframma centrale, soluzione che correggeva anche la distorsione geometrica.
I modelli descritti finora prevedevano una luminosità massima modesta che spesso imponeva pose molto lunghe, relegandoli a soggetti statici, mentre l’avvento del dagherrotipo e del calotipo nel 1839-40 lanciò la moda del ritratto personale, imponendo tempi di esposizione brevi e maggiore luminosità, esigenza soddisfatta nel 1840 dal viennese Jozef Maximilián Petzval che ideò un obiettivo, detto appunto Petzval, che utilizzava 2 doppietti molto spaziati fra loro, il primo cementato e il secondo spaziato ad aria; il modello originale garantiva un’apertura massima f/3,6, incredibilmente ampia per l’epoca, e venne subito prodotto da Voigtlander; quest’obiettivo prevedeva un’ottima correzione nella zona centrale ma la curvatura di campo limitava il campo utile ad appena 24°, rendendolo comunque perfetto per il ritratto; schemi derivati dal Petzval sono sfruttati ancora oggi in teleobiettivi e ottiche da proiezione e si può considerare il primo obiettivo fotografico di concezione moderna.
Fino a questa fase la sperimentazione sui vetri era abbastanza empirica e la svolta in chiave tecnica arrivò col tedesco Friedrich Otto Schott, che per primo sperimentò sistematicamente fusioni di vetro con aggiunta di elementi chimici, monitorandone le caratteristiche finali e nel 1884 si associò all’imprenditore Carl Zeiss e allo scienziato Ernst Abbe creando a Jena la famosa vetreria dove, ad esempio, nel 1886 sviluppò i vetri Crown al bario, seguiti dai Flint al bario e piombo; Abbe per la prima volta creò cataloghi con vetri precisamente abbinati al loro indice di rifrazione (che determina la curvatura del fascio di luce in uscita dalla lente, a parità di profilo geometrico) e alla loro dispersione (maggiore o minore dispersione del flusso luminoso in uscita in bande spettrali di vari colori rifratte con angoli diversi, detta appunto numero di Abbe) che consentirono ai progettisti di prevedere con esattezza l’effetto del vetro ottico nel loro disegno.
L’uso di nuovi vetri consentì la creazione di pietre miliari del settore per correzione, luminosità, angolo di campo ripreso o apertura massima, iniziando con l’anastigmatico Protar di Carl Zeiss Jena (1890), il tripletto di Cooke di Dannis Taylor (1893), il Planar a struttura simmetrica del 1896 e il celebre Tessar del 1902 di Paul Rudolph per Carl Zeiss Jena o il Goerz Dagor simmetrico con 2 tripletti cementati.
Nel 1900 venne disegnato anche il supergrandangolare Goerz Hypergon, che a fronte di una copertura da ben 135° utilizzava solo 2 lenti falciformi contrapposte e compensava la forte caduta di luminosità ai bordi con una stellina metallica girevole, mossa da aria compressa e in grado di sottrarre durante la rotazione più luce al centro e meno ai bordi.
Negli anni ’20 il giovanissimo Ludwig Bertele disegnò per Ernemann di Dresda obiettivi Ernostar di grande apertura (f/2 ed f/1,8) sfruttando nuovi concetti da lui ideati e che sono ancora alla base di famosi modelli attuali, mentre la struttura simmetrica del Planar, detta anche “Doppio Gauss” (perché concettualmente replica un telescopio di Gauss raddoppiato e disposto in modo speculare), fu evoluta dal modello Opic f/2 del 1920 di Taylor, Taylor & Hobson, poi portato ad f/1,4 nel 1927, e dal Biotar f/1,4 del 1927 di Carl Zeiss Jena, modelli che condizioneranno il disegno degli obiettivi normali luminosi fino ad oggi.
A quel tempo i modelli luminosi “Doppio Gauss” utilizzavano anche 10 passaggi aria-vetro e in assenza di rivestimenti antiriflesso questo produceva riflessioni che riducevano il contrasto e la trasmissione luminosa effettiva; nel 1932 i modelli Carl Zeiss Jena Sonnar di Bertele, derivati dall’Ernostar, garantivano invece apertura f/2 e f/1,5 con appena 6 passaggi aria-vetro e per la resa brillante ebbero notevole successo; inoltre da questi schemi derivarono anche i luminosi teleobiettivi Olympia-Sonnar 180mm f/2,8 del 1936 e Sonnar 300mm f/4 del 1940; Bertele disegnò anche famosi grandangolari simmetrici come i Biogon 35mm f/2,8 e 21mm f/4,5 per Contax, mentre come grandangolare ad alta correzione anni ’30 va citato anche il Carl Zeiss Jena Topogon di Robert Richter, ampiamente usato in fotografia aerea.
Curiosità:
Gli obiettivi Gandangolari con schemi simmetrici hanno generalmente una elevata qualità dell’immagine ma con una maggior vignettatura (perdita di luminosità ai bordi) mentre gli obiettivi Grandangolari Asimmetrici avranno una elevata luminosità ma con una maggior distorsione prospettica.
Un’altra pietra miliare di questo corso fu l’introduzione del rivestimento antiriflesso; già agli albori del settore i tecnici si erano accorti che certi aloni cresciuti naturalmente sul vetro miglioravano la trasmissione della luce e riducevano i riflessi, tuttavia il primo trattamento omogeneo, stabile e riproducibile venne creato solo nel 1935 dal tecnico Zeiss Olexander Smakula; si trattava di un sottilissimo strato di fluoruro di magnesio (spesso metà della lunghezza d’onda della luce di riferimento) uniformemente depositato sotto vuoto dopo sublimazione a caldo e in grado di creare una interferenza che riduceva la riflessione speculare sulla superficie della lente, aprendo la via a schemi più complessi e con molti elementi; questa scoperta fu classificata di interesse militare e in Europa vide larga diffusione solo dopo il 1945, mentre negli U.S.A. analoghi studi consentirono alla Eastman Kodak di produrre obiettivi Ektar con trattamento antiriflesso e normalmente in vendita fin dal 1940; curiosamente, pochi sanno che anche Leitz, negli anni di guerra, profuse molte risorse nello sviluppo di un proprio rivestimento antiriflesso, tuttavia la tecnica adottata (gel colloidale con silicati spruzzato sulla lente in veloce rotazione e fatto asciugare) non offriva un risultato stabile e resistente ad aggressioni esterne e umidità, quindi non approdò mai a qualcosa di concreto.
In questa fase un importante passo avanti arrivò anche nel settore dei vetri, grazie a nuove tipologie realizzate aggiungendo ossidi come torio, lantanio, tantalio, niobio o tungsteno (basate sugli studi del chimico statunitense George W. Morey, sempre per Eastman Kodak); questi vetri garantivano simultaneamente alto indice di rifrazione (che consentiva lenti meno incurvate, con aberrazioni più corrette) e bassa dispersione cromatica (che facilitava il controllo dei relativi difetti), mentre in precedenza i vetri ad alta rifrazione (ad esempio, Dense Flint) prevedevano anche alta dispersione e quelli con dispersione ridotta (ad esempio, Dense Crown) si caratterizzavano per rifrazione più modesta; la loro diffusione dal 1950 in avanti permise il calcolo di ottiche più complesse, luminose e performanti.
L’ossido di torio è un elemento blandamente radioattivo; la sua presenza in alcuni vetri prodotti fino ai primi anni ’70 e il suo relativo decadimento ha comportato dopo alcuni decenni un apprezzabile viraggio delle lenti verso il giallo-bruno e una leggera radioattività dell’obiettivo stesso, non pericolosa (famosi in questo senso i primi Leitz Summicron 50mm f/2 rientranti, l’SMC Takumar 50mm f/1,4 o il Canon FD 55mm f/1,2 AL); questa tonalità interferisce con l’equilibrio cromatico della foto (su pellicola produce una dominante gialla, in digitale il bilanciamento del bianco automatico è in grado di compensarla) e si può provare a ridurla con una “sbianca” esponendo le lenti per giorni ad una forte sorgente UV, mentre per la radioattività è meglio conservare l’obiettivo al chiuso e lontano da dove si soggiorna a lungo; i vetri moderni sono tutti privi di elementi radioattivi.
Nei primi anni ’50 la diffusione delle reflex impose di creare un nuovo modello per gli obiettivi ad ampio angolo di campo, perché con la classica struttura simmetrica del tempo la loro corta focale posizionava la lente posteriore troppo vicina al film per lasciare spazio allo specchio mobile; nacquero quindi gli schemi detti “retrofocus” che, grazie ad elementi divergenti anteriori, consentivano di allontanare l’ultima lente dal piano focale; i primi modelli dell’epoca furono gli Angenieux Retrofocus, i Carl Zeiss Jena Flektogon, i Carl Zeiss Distagon o gli Schneider Curtagon; tutti i grandangolari utilizzabili su reflex adottano schemi concettualmente simili e per la maggiore complessità hanno raggiunto l’eccellenza dei simmetrici solamente negli anni ’80.
A fine anni ’50, partendo dal Voigtlaender Zoomar 36-82mm f/2,8, assistiamo anche alla proliferazione di obiettivi fotografici zoom, inizialmente circoscritti a focali lunghe e poi sviluppati in ogni settore, con coperture da 130° fino a teleobiettivi da 1700mm.
Da fine anni ’50-inizio anni ‘60 Nippon Kogaku, oggi Nikon Corporation, creò obiettivi fotografici speciali come modelli macro ottimizzati a breve distanza, catadiottrici a specchio compatti di lunga focale, fisheye a grande copertura con la tipica distorsione o decentrabili per il parallelismo delle linee in architettura, modelli poi replicati da molti concorrenti; Canon invece per prima aggiunse al decentramento anche il basculaggio delle lenti col suo FD 35mm f/2,8 S.S.C TS del 1973, replicando di fatto i movimenti consentiti dagli apparecchi di grande formato per il controllo di prospettiva e profondità di campo.
Un ulteriore progresso nella correzione ottica arrivò dall’introduzione delle lenti asferiche, cioè elementi il cui profilo esterno non è omogeneo come in una sfera ma segue un andamento parabolico; il loro impiego era ipotizzato fin dagli albori ma le tolleranze infinitesimali necessarie non hanno permesso l’introduzione fino a metà anni ’60, quando fu presentato il famoso Leitz Noctilux-M 50mm f/1,2 di Helmut Marx e Paul Sindel con 2 superfici asferiche esterne che consentivano la correzione di alcune aberrazioni; subito dopo Canon sviluppò una procedura per la molatura di precisione a controllo numerico che riduceva scarti e costi, permettendo la produzione di obiettivi asferici in larga scala a partite dal Canon FD 55mm f/1,2 AL del 1971, seguito dai modelli FD 24mm f/1,4 S.S.C. Aspherical e 85mm f/1,2 S.S.C. Aspherical, mentre l’acme venne raggiunto nel 1989 col luminosissimo Canon EF 50mm f/1,0 L USM per reflex EOS, obiettivo complesso con 11 lenti e 2 superfici asferiche; ulteriori sviluppi con lenti asferiche stampate rammollendo il vetro a caldo o rivestendo l’elemento convenzionale con uno strato in resina a profilo asferico ha consentito l’ampia diffusione di questa importante miglioria.
I teleobiettivi di lunga focale soffrono maggiormente di aberrazioni cromatiche e a partire da fine anni ’60 vennero introdotte lenti realizzate in fluorite ricristallizzata o con vetri a bassissima dispersione a base di fluoruri (ED-UD-SD) che consentivano un migliore controllo; nel 1969 Canon lanciò i modelli FL-F 300mm f/5,6 e 500mm f/5,6 con lenti in fluorite, seguiti dall’FL 300mm f/2,8 S.S.C. Fluorite, e successivamente molti fabbricanti adottarono vetri ED con lo stesso intento, a partire da Nikon che lo introdusse nel Gennaio 1972 assieme al Nikkor-H 300mm f/2,8 appositamente creato per le Olimpiadi invernali di Sapporo ’72.
Intanto, a inizio anni ’70, i rivestimenti antiriflesso furono rivoluzionati dall’arrivo del multicoating a strati multipli, in grado di sopprimere i riflessi su un ampio spettro di frequenze della luce; Asahi Pentax esordì col suo Super Multi Coating (SMC) e tutti si adeguarono rapidamente, migliorando la trasmissione luminosa effettiva ed il contrasto in situazioni difficili e aprendo anche il campo a schemi ottici eccezionalmente complessi e con 20 o più elementi.
Negli anni ’80 un passo avanti epocale fu l’introduzione della messa a fuoco automatica, in abbinamento ai relativi corpi macchina, e nel 1987 Canon propose i famosi motori a ultrasuoni USM montati sulle ottiche, silenziosi e veloci, imitati anche dalla concorrenza dopo iniziali difficoltà per i relativi brevetti, mentre un ulteriore progresso arrivò con lo stabilizzatore di immagine, funzionante con giroscopi e un modulo di lenti decentrabile in tempo reale in ogni direzione; anche la stabilizzazione fu una primizia Canon, arrivata con lo zoom EF 75-300mm f/4-5,6 IS USM del Settembre 1995, e nuovamente i corrispondenti brevetti imposero almeno un lustro di ritardo ai rivali.
La diffusione del digitale comportò ulteriori affinamenti ai trattamenti per contrastare le riflessioni del sensore, introducendo sofisticati rivestimenti come il Nikon Nano Crystal o il Canon SWC, mentre lo sviluppo degli obiettivi si indirizzò soprattutto sulle ottiche zoom, molto pratiche e apprezzate dalla clientela, espandendo la gamma e producendo anche una cospicua serie di modelli supergrandangolari possibili solo grazie ai nuovi vetri, a software e hardware molto più potenti e alla disponibilità di superfici asferiche e lenti a bassissima dispersione a costi ragionevoli.
Nel settore acquista sempre più rilevanza anche l’impiego di resine plastiche con opportune caratteristiche ottiche e fisiche (trasparenza, omogeneità, dilatazione termica adeguata, rifrazione e dispersione utilizzabili), perché la possibilità di stampare con tali materiali lenti a basso costo e con profili anche molto complessi (come una superficie asferica ad alto grado di deformazione su entrambe le facce) apre la via ad ottiche interessanti ed economiche, sebbene il comportamento nel tempo di tali materiali sia ancora parzialmente un’incognita.
Negli ultimi tempi il boom delle fotocamere digitali mirrorless, con distanza fra baionetta e sensore molto ridotta rispetto alle reflex, ha complicato la progettazione degli obiettivi specifici perché l’ultima lente si trova molto vicino al piano focale ma la proiezione posteriore dell’immagine dev’essere comunque telecentrica, ovvero in presenza di raggi luminosi ai bordi che intercettano il sensore con un’inclinazione ridotta per evitare il deterioramento dell’immagine, imponendo un calcolo ad hoc.
La produzione più recente vede infine un proliferare di interessanti proposte da aziende ottiche cinesi, ormai in possesso di un know-how adeguato e vetri ottici moderni, e troviamo quindi modelli superluminosi, supergrandangolari, decentrabili per architettura o macro spinti proposti a prezzi molto concorrenziali a fronte di una qualità ottica buona e meccanica in continua crescita: sarà questa la sfida per i marchi primari nell’immediato futuro.
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