EOS Техника  

Объективные технологии

Для вашей камеры EOS существует большое количество разнообразных объективов по не менее разнообразным ценам. Посмотрим, какие же технологии находятся под стеклом, чтобы вы определились, какие объективы вам нужны.


Фотография, сделанная новым 400мм объективом с многослойными дифракционными элементами.

Выбор объектива давно уже не сводится просто к выбору фокусного расстояния. Линейка объективов Canon EF содержит множество объективов, которые, на первый взгляд, выглядят одинаково. Например, есть три объектива 28-105мм, и три объектива 75-300мм. Впрочем, одна очевидная разница всё же есть - цена. Так что же вы в действительности получаете за, так сказать, "лишние" деньги ?

Удивительно, но это не всегда оптическое качество. В некоторых случаях вы платите за особые функции - такие, как более быстрый мотор автофокусировки, или стабилизация изображения. Как бы то ни было, дорогие объективы, действительно, сделаны с применением передовых оптических технологий, многие из которых разработаны Canon. Давайте посмотрим, какие технологии существуют на сегодняшний день, и разберём "изюминку" последних оптических разработок Canon - технологию многослойных дифракционных оптических элементов.

Объективы Canon EF можно разделить на три основные категории. В первую попадают бюджетные объективы, разработанные, чтобы вам было, с чего начать, но спроектированные, в первую очередь, с учётом цены. Именно эти объективы обычно поставляют вместе с камерами в комплектах начального уровня. Они очень хороши с точки зрения цены, но с их помощью вы не сможете выжать из вашей камеры всё, что можно. Все бюджетные объективы являются зумами, так как это самый популярный тип объективов у начинающих.

Далее идёт потребительская линейка объективов. Эти объективы обеспечивают изображение хорошего качества при цене, которую могут себе позволить многие непрофессиональные пользователи. Вам следует ориентироваться именно на эти объективы, если вы хотите получить оптимальное соотношение между ценой и качеством.

Объективы линейки "L", с другой стороны, ставят оптическое качество, конструкцию и функции превыше цены. Это лучшие объективы Canon, которые вы можете купить для своей камеры - если только сможете себе их позволить.

Возможно, это покажется странным, но не все объективы линейки "L" дают качество изображения выше, чем объективы пользовательской линейки. Дело в том, что объективы линейки "L" разработаны, прежде всего, для профессиональных пользователей, и во многих из них можно найти такие функции, каких нет в других линейках объективов.

Объективы с асферическими элементами
Сотни лет элементы объективов - линзы - были сферическими. То есть, поверхность линзы представляет собой часть сферы. К сожалению, хотя многие хорошие объективы и делались с использованием сферических элементов, они не идеальны. Многие проблемы, называемые аберрациями, являются обычными следствиями такой конструкции.

Одна из целей хорошей конструкции объектива - свести все лучи света из одной точки объекта съёмки в точку фокуса, единственную на плёнке. На практике это довольно сложно, особенно для объективов с широкой диафрагмой. Если лучи света, проходящие через центр объектива, собираются в точке фокуса на плёнке, то не исключено, что лучи света, проходящие через края объектива, соберутся чуть ближе или чуть дальше плоскости плёнки. Вот почему оптическое качество объектива обычно увеличивается, когда вы уменьшаете диафрагму с её максимального значения: маленькая диафрагма отсекает лучи света с краёв объектива.

Эффект, называемый сферической аберрацией, можно преодолеть, если только изменить форму элементов-линз в объективе так, что они уже не будут сферическими. Такие элементы называются асферическими.

Сферическая аберрация появляется тогда, когда лучи света, проходящие через края линзы, приходят к точке фокусировки за плоскостью плёнки (сверху). Асферический элемент может собрать эти лучи света, сфокусировав их на плёнке (снизу).

В начале 1970х асферические элементы делались путём вытачивания и полировки линз серией сложных, ультра точных операций. Каждый элемент объектива, соответственно, производился вручную, и такие объективы были очень дорогими. Хороший пример объектива, в котором используются асферические элементы - EF 50мм f/1.0L, который стоит $3000. Сравните эту цену с $90 за объектив EF 50мм f/1.8 II. Как можно видеть из таблицы качества объективов, за дополнительные деньги вы получаете не улучшенное качество, но вы сохраняете такое же качество при более открытой диафрагме.

Примерно в 1978г Canon удалось добиться успеха в создании асферических элементов с помощью процесса литья под давлением с использованием пластикового материала. Эти элементы использовались в компакт камерах - например, таких, как AF35MII.

В середине 1980х, после длительного процесса разработки и исследований, Canon удалось применить аналогичный процесс и к стеклу, и на свет появился их первый асферический элемент, отлитый из стекла. Эти элементы обладали качеством, достаточным для использования в составе объективов для однообъективных зеркальных камер.

Одна из последних разработок в этой области - техника, использующая резину, упрочнённую ультрафиолетовым облучением, для присоединения асферического слоя к сферической линзе.

В наши дни асферические элементы широко используются, чтобы компенсировать сферические аберрации в светосильных объективах с большой диафрагмой, преодолевать искажения широкоугольных объективов, а также с их помощью стало возможным производить компактные высококачественные зум-объективы.

По мере того, как производство таких элементов дешевеет, мы будем видеть асферические элементы всё в большем количестве объективов.

Таблица оптического качества объективов
В этой таблице перечислено большинство объективов из текущей линейки EF, а также указан рейтинг их качества. Рейтинг, в основном, базируется на графиках MTF. Сам рейтинг - от 2 до 5 звёздочек - является лишь общей оценкой качества объектива, и ни в коей мере не является однозначным выводом и не должен являться единственным критерием при выборе объектива. Цены указаны для того, чтобы вы могли сами убедиться в том, что самые качественные объективы не обязательно являются самыми дорогими.

Линейка "L" Рейтинг Цена Цена/Рейтинг
14мм f/2.8L USM - $3000 -
24мм f/1.4L USM - $1300 -
35мм f/1.4L USM 4 $2200 $550
50мм f/1.0L USM 3,9 $3000 $769
85мм f/1.2L USM 4,6 $2300 $500
135мм f/2.0L USM 4,5 $900 $200
180мм f/3.5L Macro USM 3,9 $1900 $487
200мм f/1.8L USM 4,8 $6000 $1250
200мм f/2.8L II USM 4,1 $1100 $268
300мм f/2.8L IS USM - $6900 -
300мм f/4L IS USM 3,4 $1700 $500
400мм f/2.8L IS USM 4,4 $10000 $2273
400мм f/5.6L USM - $1300 -
500мм f/4L IS USM - $10100 -
600мм f/4L IS USM 4 $11400 $2850
17-35мм f/2.8L USM 3,2 $1600 $500
17-40мм f/4L USM - $1050 -
24-70мм f/2.8L USM - $1650 -
28-70мм f/2.8L USM 3,9 $1450 $372
35-350мм f/3.5-5.6L USM 3,3 $1700 $515
70-200мм f/2.8L USM 4,1 $1300 $317
70-200мм f/2.8L IS USM - $1900 -
70-200мм f/4L USM 4,1 $730 $178
100-300мм f/5.6L - $700 -
100-400мм f/4.5-5.6L IS USM 3,6 $1700 $472

Бюджетная линейка Рейтинг Цена Цена/Рейтинг
22-55мм f/4-5.6 USM - $170 -
28-90мм f/4-5.6 2,9 $110 $38
28-90мм f/4.5.6 USM 3,2 $150 $47
28-105мм f/4-5.6 - $140 -
28-105мм f/4-5.6 USM 3,3 $160 $48
55-200мм f/4.5-5 II USM 3 $230 $77
75-300мм f/4-5.6 III 3,1 $170 $55
75-300мм f/4-5.6 III USM - $220 -
80-200мм f/4.5-5.6 II 3 $160 $53
90-300мм f/4.5-5.6 DC - $180 -
90-300мм f/4.5-5.6 USM - $200 -

Потребительская линейка Рейтинг Цена Цена/Рейтинг
15мм f/2.8 fisheye - $780 -
20мм f/2.8 USM 3,4 $700 $206
24мм f/2.8 3,9 $450 $115
28мм f/1.8 USM 3,2 $560 $175
28мм f/2.8 3,8 $300 $79
35мм f/2.0 3,9 $330 $85
50мм f/1.4 USM 4,4 $400 $91
50мм f/1.8 II 4,2 $90 $21
50мм f/2.5 Compact Macro 4,4 $470 $107
85мм f/1.8 USM 4,1 $400 $98
100мм f/2.0 USM 4,2 $540 $129
100мм f/2.8 Macro USM - $600 -
135мм f/2.8 Soft focus 3,9 $420 $108
20-35мм f/3.5-4.5 USM 3,4 $570 $168
24-85мм f/3.5-4.5 USM 3,1 $350 $113
28-105мм f/3.5-4.5 II USM 3,3 $250 $76
28-135мм f/3.5-5.6 IS USM 3,5 $500 $143
28-200мм f/3.5-5.6 - $490 -
28-200мм f/3.5-5.6 USM - $500 -
75-300мм f/4-5.6 IS USM 2,9 $530 $183
100-300мм f/4.5-5.6 USM - $300 -


Полезные советы
Максимальное качество изображения при съёмке любым объективом может быть достигнуто только в том случае, если камера и объектив стоят на прочном штативе. Даже малейшее перемещение из-за того, что вы держите камеру в руках, может уничтожить резкость на ваших фотографиях. Возможно, вы не увидите это как очевидные следы тряски камеры, но конечный результат будет неминуемо смазан. Съёмка на коротких выдержках уменьшает, но не избавляется полностью от этой проблемы. Попробуйте поснимать вашими объективами на хорошем штативе - и вы будете приятно удивлены улучшившимся качеством полученных фотографий.

Тестирование объективов лучше всего проводить на слайдовой плёнке. Она покажет вам изображение, сделанное самой камерой. Цветные отпечатки получаются с негативной плёнки в процессинговой лаборатории и, скорее всего, они не смогут достичь качества изображения на плёнке.

Вы можете найти оценку многих объективов в интернете. На сайте photodo есть около 1000 обзоров объективов, многие из которых содержат графики MTF.

Технологии высокого качества
Хроматические аберрации возникают тогда, когда луч белого света расщепляется на составляющие длины волн - на красный, зелёный и синий цвета.

В природе не встречаются флюоритовые образования такого размера, чтобы из них можно было сделать элементы объектива EF. Canon производит собственные синтетические кристаллы флюорита, которые могут стать основой для флюоритовых элементов.

Некоторые объективы серии EF, использующие флюоритовые элементы в своей конструкции.

Флюоритовые и UD элементы
В дополнение к сферической аберрации, большинство объективов также страдают и от хроматической аберрации. Она проявляется, когда лучи белого света, проходя через элемент, расщепляются на составляющие цвета. Вы можете видеть этот эффект в виде радуги, когда белый свет проходит через призму. Хроматическая аберрация обычно проявляется не в таких масштабах, но вполне может сгубить хорошую фотографию. Каждый из цветов, составляющих исходный белый свет, приходит в разные точки фокусировки, создавая цветную бахрому и другие нежелательные эффекты. В отличие от сферической аберрации, изменение диафрагмы практически никак не влияет на результат, так как аберрация проявляется по всему элементу.

Хроматическую аберрацию можно скорректировать, добавив дополнительные элементы в объектив, чтобы обратить эффект и соединить все различные цвета обратно в исходный белый луч. К сожалению, теория проще, чем практика. Первые попытки произвести такие элементы приводили к тому, что удавалось скорректировать синий и красный лучи, но зелёные лучи оставались нескорректированными. Такие элементы назывались ахроматическими линзами, или ахроматами. Используя стеклянные элементы, невозможно скорректировать хроматическую аберрацию для всех трёх цветов.

Как бы то ни было, в начале девятнадцатого века было открыто, что материал, называемый флюоритом, обладает свойствами, позволяющими скорректировать хроматическую аберрацию. Флюорит обладал кристаллической структурой, и, в отличие от стекла, совмещал низкий индекс рефракции с низкой дисперсией. В результате получалось, что в то время, как дисперсионные характеристики флюорита были похожи на стекло в диапазоне от красного до зелёного, они сильно отличались в диапазоне от зелёного до синего. Это означало, что если совместить флюоритовый элемент со стеклянным объективом, то становится возможным привести все световые длины волн - красный, зелёный и синий - к единой точке фокусировки.

Одной из проблем было то, что природный флюорит встречается только в виде небольших кусочков. Поначалу это ограничивало применение такой оптики микроскопами. Решением стало производство синтетических кристаллов флюорита - это было достигнуто Canon в конце 1960х. Однако процесс был и остаётся довольно дорогим, и кристаллы флюорита используются только в объективах линейки "L". В этом случае фотографы платят дополнительные деньги за улучшенное оптическое качество.

Пока производство объективов с флюоритовыми элементами оставалось недешёвым удовольствием, Canon продолжал искать более доступные варианты. Решение было найдено в виде ультра-низко-дисперсионных (UD) элементов в середине 1970х. Хотя индекс рефракции и дисперсия были не такие, как у флюорита, они были значительно меньше, чем у оптического стекла.

Также было обнаружено, что совмещение двух UD элементов может дать эффект, аналогичный одному флюоритовому элементу. Кроме того, комбинация флюоритового и UD элемента в одном объективе обеспечивала просто выдающийся результат.

Флюоритовые и UD элементы - две основные технологии, с помощью которых объективы линейки "L" заработали себе репутацию высококачественных объективов. Вряд ли цена этих элементов в ближайшее время опустится настолько, чтобы их можно было использовать в потребительской и бюджетной линейке.

Многослойный дифракционный оптический элемент
Неся пальму первенства в разработке как асферических, так и флюоритовых элементов, Canon разработал технологию, которая объединила их характеристики. В сентябре 2000г был представлен многослойный дифракционный оптический элемент (DO), и на выставке Photokina 2000 был показан прототип объектива с использованием этой технологии.

Дифракционные оптические элементы использую дифракционную решётку, которая изменяет путь прохождения световых лучей. Дифракция встречается и в обычных объективах, когда используется маленькая диафрагма. Лучи света, проходящие через микроскопическое отверстие, совсем немного искривляются, так что луч света больше не представляет собой прямую линию. Это влияет на фокусировку и уменьшает разрешающую способность объектива. Именно дифракция является основной причиной того, что объективы дают наибольшее качество при диафрагме, зажатой на две ступени от максимального значения, а не при максимально зажатой.

Как бы то ни было, дифракционная решётка может использоваться и для внесения корректив, а не только создавать аберрации. Дифракционные решётки довольно давно используются в спектроскопах и в оптической системе считывания сигнала в CD и DVD плеерах.

До недавнего времени дифракционные элементы не использовались в объективах для камер из-за того, что в них белый свет имеет тенденцию превращаться в избыточно дифрагированный свет, когда он проходит через решётку. В результате мы имеем засветку, которая ухудшает качество изображения.

Один элемент с дифракционной решёткой (слева) создаёт большое количество избыточно дифрагированного света, что очень негативно влияет на конечное изображение. Скомбинировав две решётки (справа), Canon решил эту проблему.

Canon решил проблему путём создания многослойной конструкции из двух однослойных дифракционных оптических элементов с противоположными концентрическими круговыми дифракционными решётками. Когда свет проходит через элемент, избыточно дифрагированный свет не появляется, и практически весь полезный свет используется для формирования изображения. В результате впервые стало возможным использовать дифракционный оптический элемент в объективе для камеры.

Принципиальная конструктивная схема многослойного дифракционного оптического элемента. Решётка значительно более тонкая, чем здесь показано. В процессе производства решётки DO элемента высота и шаг дифракционной решётки, а также её размещение требует микронной точности (1 микрон равен 1/1000 мм).

Самая главная характеристика дифракционного оптического элемента состоит в том, что места, в которых световые волны объединяются и создают изображения, обратны аналогичным местам рефракционного (обычного) оптического элемента. Комбинируя DO элемент и оптический элемент с рефракционным в одной системе, можно скорректировать хроматическую аберрацию даже более эффективно, чем с помощью флюоритового элемента. Кроме того, изменяя шаг (расстояние) дифракционной решётки, дифракционный оптический элемент может достигнуть таких же оптических характеристик, как выточенная и отполированная асферическая поверхность, что эффективно корректирует сферические и другие аберрации.

Хроматической аберрации, где лучи света с разной длиной волны фокусируются в разных точках оптической оси, подвержены и обычные стеклянные элементы, и DO элементы. Однако DO элемент фокусирует различные длины волн в обратном порядке по сравнению с обычными оптическими элементами. Комбинируя DO элемент с обычным элементом, хроматическую аберрацию можно устранить.

Прототип объектива Canon EF 400мм f/4 DO IS USM
Многослойный дифракционный оптический элемент очень эффективен в плане коррекции хроматической аберрации. Это делает его очень привлекательным для использования в конструкции супертелефото-объективов, где хроматическая аберрация является одной из главных проблем.

В качестве первого шага Canon произвёл прототип объектива EF 400мм f/4 DO IS USM. Объектив достигает такого же высокого уровня качества, как у сопоставимых супертелефото-объективов, содержащих только рефракционные оптические элементы. Тем не менее, объектив EF 400мм f/4 DO IS USM намного меньше и легче других объективов.

Объектив с многослойным дифракционным оптическим элементом можно сделать меньше и легче эквивалентного объектива, выполненного по обычной оптической технологии

Чтобы сделать объектив меньше и легче, расстояние между элементами можно сократить, а рефракционные свойства передней и задней групп сделать более резко выраженными. Однако, это должно привести к усилению хроматической аберрации. Чтобы решить эту проблему, в объектив ставится многослойный дифракционный оптический элемент, который помогает избавиться от хроматической аберрации. Если сравнить прототип с обычным супертелефото-объективом, то прототип, при длине в 233мм и весе 1930гр, окажется на 26% короче и на 36% легче своего эквивалента.

Многослойный дифракционный оптический элемент, помимо этого, обладает асферическим эффектом, который корректирует сферические и другие аберрации. Таким образом, объективом достигается высокая разрешающая способность и высокая контрастность изображения.

Вначале предполагалось, что новая технология пойдёт в производство супертелефото-объективов, и мы можем уже сейчас купить EF 400мм f/4 DO IS USM по цене $5350. Но у технологии есть большой потенциал - кто знает, возможно, её смогут использовать и в других объективах ?

Итак, какой же объектив выбрать ?
Если бы вы не были ограничены в средствах, стоило бы сразу покупать набор объективов из линейки "L" ? Совершенно необязательно.

Линейка "L" разработана для профессиональных фотографов. Им нужно поехать на задание в любую погоду и вернуться с фотографиями, во что бы то ни стало. В частности, именно из-за этого объективы линейки "L" обладают более широкой диафрагмой, чем остальные. С их помощью можно снимать в условиях низкой освещённости, например при сильной облачности, или в помещении, когда вспышка недоступна. Эти объективы сделаны, чтобы выдержать все тяготы и невзгоды жизни профессионального фотографа. Это преимущества. А недостатки (кроме цены, конечно) - размеры и вес этих объективов.

Объектив EF 50мм f/1.4 весит более, чем в два раза, и стоит в четыре раза больше, чем объектив 50мм f/1.8 II. Стоит ли всё это увеличения диафрагмы меньше, чем на ступень ? Только в том случае, если вам надо снимать при f/1.4. Если вы всё время фотографируете при f/5.6 или f/11, лучше используйте сэкономленные средства на расширение своей системы объективов. Объектив 50мм f/1.0L стоит более чем в семь раз больше, чем версия f/1.4, и более, чем в 24 раза больше, чем версия f/1.8 ! Можно ещё раз повторить - такие объективы следует покупать только в том случае, если вы найдёте эффективное (в том числе и в денежном эквиваленте) применение такой супер-большой диафрагме.

Именно проблемы разработки высококачественных объективов с большой диафрагмой вызвали необходимость разработки многих технологий производства объективов, о которых вы прочитали в этой статье. У объективов с маленькими диафрагмами обычно таких проблем нет, и они способны обеспечить достойное качество за меньшие деньги. Так что совершенно не нужно завидовать профессиональным фотографам, сгибающимся под тяжестью своей коллекции объективов линейки "L". Большую часть времени вы сможете делать великолепные кадры и менее дорогими объективами серии EF. Таблица оптического качества объективов вполне может навести вас на такие мысли.

eos.nmi.ru © 2002-2008 Александр Жаворонков