Obiektywnie o szkłach, cz. 3. – czy to musi tyle kosztować?

Obiektyw ma zadanie zrzutować płaski obraz na matrycę aparatu. Problem w tym, że promienie światła nie są rzutowane na punkt, tylko na całkiem sporą powierzchnię matrycy, na której obraz musi być możliwie najlepszy od rogu do rogu. A im dalej od centrum kadru, tym trudniej uzyskać poprawny obraz.

Każdy obiektyw składa się ze skomplikowanego układu soczewek , który może wyglądać w przekroju np. tak, jak w poniższym schemacie Nikkora 85mm f/1.4G:

Układ soczewek w każdym obiektywie jest ściśle określony przez producenta. Inżynierowie firm fotograficznych przez lata, czy nawet dziesięciolecia doskonalą specyfikację układów optycznych. Dlaczego jest to takie ważne?
Pierwszorzędnym zadaniem układu soczewek jest takie załamywanie światła, żeby uzyskać deklarowaną przez producenta ogniskową i światłosiłę. Ale to dopiero wierzchołek góry lodowej. Układ optyczny ma bowiem za zadanie likwidować (lub możliwie minimalizować) wszelkie wady optyczne, o których przeciętny użytkownik nawet nie ma pojęcia. Wady takie powstają podczas załamywania się i przechodzenia światła przez soczewki. Do najpowszechniejszych ( w tym najbardziej znienawidzonych) należą:

Jest to, najprościej rzecz ujmując, niepoprawne odwzorowanie równoległych linii. Obiektywy obarczone tą wadą generują na zdjęciach mniejsze lub większe zniekształcenia beczkowe lub poduszkowe. Dystorsja jest bardzo niepożądana w fotografii architektury, jeśli zależy nam na geometrycznym odwzorowaniu linii. Jest to wada niezależna od przysłony – zmniejszanie jej niestety nic nam nie pomoże. W przypadku obiektywów zmiennoogniskowych charakter dystorsji zmienia się wraz z ogniskową – na jednym końcu będzie to beczka, na drugim poduszka, a gdzieś w środku zakresu obraz będzie zupełnie pozbawiony tej wady. Obiektywy stałoogniskowe są przeważnie dobrze skorygowane pod względem dystorsji, co nie znaczy, że są całkiem wolne od tej wady. Przykład zdjęcia z dystorsją beczkową:

Jest to wada wynikająca z falowej natury światła – różne składowe kolory światła widzialnego mają różną długość fali, w związku z tym po załamaniu na soczewkach ogniskują się w innych miejscach (czasem lekko przed, czasem lekko za matrycą). Objawia się to kolorowymi obwódkami wokół fotografowanych przedmiotów – najczęściej po jednej stronie jest to obwódka czerwona, po drugiej niebieska (gdyż te kolory mają skrajnie różne długości fali i leżą na obu granicach widzialnego światła – jeżeli przyglądaliście się kiedyś tęczy, łatwo zauważyć, że na zewnątrz jest czerwona, a wewnątrz niebiesko-fioletowa). Efekt ten szczególnie mocno widać w ujęciach pod światło. Myślę, że jest dobrze znany każdemu posiadaczowi smartfona i kompakta, ale dotyczy on lustrzanek w takim samym stopniu. Poniżej wycinki kadrów z widoczną aberracją chromatyczną:

Wadą tą obarczone są właściwie wszystkie jasne stałki. Gdy fotografujemy na pełnym otworze przysłony (na pełnej dziurze), rogi kadru są wyraźnie bardziej zaciemnione niż centrum zdjęcia. W skrajnych przypadkach obraz może wyglądać np. tak:

Jest spora część osób, która uważa, że winieta nadaje fotografiom uroku i wręcz same dokładają ją w postprocesie. Sam nie jestem wielkim przeciwnikiem winiety, czasem doprawiam nią zdjęcia ‘do smaku’, ale są dziedziny, w których jest to niepożądane, np. niektóre zdjęcia krajobrazu. Poza tym za duża winieta zaburza wskazania światłomierza, przez co na różnych przysłonach zdjęcia mają inną jasność.

Tudzież bliki, duszki, odbicia. Jest to wada niebywale trudna do usunięcia. Pojawiają się najczęściej, gdy mamy słońce w kadrze – zwłaszcza, gdy słońce jest w rogu zdjęcia, lub tuż za rogiem. Można je eliminować zakładając osłonę przeciwsłoneczną (tulipan) na obiektyw, ale przy szerokokątnych szkłach po prostu nie ma na nie siły. Na szerokim kącie mamy duże prawdopodobieństwo, że słońce „złapie się” w kadrze, a tulipany takich szkieł są bardzo krótkie. Charakter odblasków może być skrajnie różny – od malutkiej kolorowej plamki, poprzez tęczowe półokręgi, aż do szeregu plam różnej wielkości. Wszystkie je jednak łączy fakt, że są praktycznie nie do usunięcia w postprocesie – dlatego trzeba na nie uważać podczas fotografowania.

Jest to wada uwidaczniająca się głównie w jasnych szkłach. Mówiąc w skrócie – psuje nam ona bokeh. Kółeczka światła na środku kadru są idealnie okrągłe, a im dalej od środka, tym bardziej się spłaszczają. Punktowe źródła światła w rogach kadru zmieniają kształt z kropeczek na „przecinki” (z ang. coma). Wada ta jest powiązana z astygmatyzmem. Spora część czytelników pewnie spotkała się z tą wadą w swoim prywatnym, wbudowanym układzie optycznym. :) Powoduje ona powstawanie kilku ognisk obrazu, przez co generowany obraz jest nieostry i zniekształcony.

To zagadnienie należałoby rozdzielić na kilka mniejszych.

Większość obiektywów daje najlepszą ostrość kiedy przymkniemy przysłonę do wartości f/5.6 – f/8. Jasne obiektywy stałoogniskowe dysponują światłem f/1.8 lub f/1.4 i na tak dużych otworach przysłony przeważnie ostrość jest znacznie słabsza. Często dopiero po przymknięciu o jedną-dwie działki przysłony obiektyw staje się używalny. Poniżej przykład takiego zachowania obiektywu:

Zdjęcie po lewej zrobiłem na przysłonie f/1.7, a wystarczy przymknąć otwór do wartości f/2.8, żeby uzyskać ostry i wyraźny motyw (po prawej). Niestety, często jest tak, że kupujemy stałkę o jasności f/1.4, a jest ona używalna dopiero od f/2.0. Jeszcze gorzej jest w sytuacji, gdy obiektyw o słabszym świetle f/1.8 generuje obraz ostry „od pełnej dziury” – wtedy ze szkiełka kilkukrotnie tańszego otrzymamy de facto ostrzejszy obrazek dla największych otworów przysłony.

Generalnie zasada jest taka, że im bardziej przymkniemy przysłonę, tym ostrzejszy obraz otrzymamy. Niestety jeżeli chcemy uzyskać najostrzejszy obraz, musimy zatrzymać się w okolicach przysłony f/8. W okolicach tej wartości znajduje się tzw. limit dyfrakcyjny, a wszystkie wartości powyżej (f/11, f/16, f/22) obarczone są dyfrakcją, czyli spadkiem ostrości spowodowanym innym rodzajem załamywania się światła na coraz mniejszym otworze. Fale światła zaczynają na siebie nachodzić i zaburzać się nawzajem – podobne doświadczenia na pewno przeprowadzaliście na fizyce w szkole.

Każdy, ale to dosłownie każdy obiektyw daje ostrzejszy obraz w centrum, niż w rogach. W niektórych sytuacjach rogi są tak słabe, że nie uzyskamy akceptowalnego obrazka nawet po mocnym przymknięciu przysłony.

Poza jakością optyczną obiektywu na cenę szkieł mają także wpływ inne czynniki. Największy wpływ ma prawdopodobnie jakość użytych materiałów. W sklepach możemy znaleźć pancerne obiektywy wykonane z samego szkła i metalu, jak i plastikowe wydmuszki, które po kilku latach intensywnego używania na pewno nie będą wyglądać i działać najlepiej.

Współczesne obiektywy to jednak nie tylko szkło i metal/plastik, ale także cała masa elektroniki zaszytej po obudową. Składa się na nią przede wszystkim system autofocusa. Jeżeli obiektyw ma własny silnik AF, jego cena będzie odpowiednio wyższa. Na cenę obiektywu ma wpływ także stabilizacja optyczna, nazywana też redukcją drgań. Jest to cały system ukryty pod obudową obiektywu, oparty na żyroskopie, który cały czas monitoruje położenie szkiełka i korygując układ soczewek redukuje drgania rąk.

Obiektywy z wyższej półki charakteryzują się także wewnętrznym ogniskowaniem. Obiektywy takie nie zmieniają swojej długości podczas ostrzenia. W obiektywie takim zmiana ostrości realizowana jest poprzez przesuwanie się małych wewnętrznych soczewek, zamiast największych i najcięższych soczewek przednich, jak ma to miejsce w klasycznych obiektywach. Rozwiązanie takie umożliwia szybsze ustawienie ostrości - silnik AF nie musi poruszać ciężkim blokiem optycznym. Dzięki temu systemowi ułatwiona jest też praca z filtrami – przód obiektywu nie wysuwa się, dzięki czemu możemy zamocować na froncie obiektywu dowolny system mocowania filtrów, np. firmy Cokin.

Producenci (i księgowi…) mają więc nie lada orzech do zgryzienia. Z jednej strony chcą jak najlepszej jakości optycznej swoich szkieł, z drugiej strony muszą utrzymać konkurencyjną cenę. Korekcja wymienionych wyżej wad optycznych wymaga zastosowania soczewek ze specjalnych materiałów, jak szkło niskodyspersyjne, fluoryt i jeszcze kilkadziesiąt innych gatunków szkła. Ponadto stosuje się nietypowe kształty soczewek – nie wszystkie mają powierzchnie będącą wycinkiem kuli – stosuje się też krzywizny asferyczne, o zmiennym promieniu na różnych odcinkach przekroju. Ponadto same badania i opracowywanie idealnej konstrukcji optycznej zajmuje firmom lata i pochłania niesamowite pieniądze. Koncerny musza zatem balansować jakość i cenę na odpowiednim poziomie, żeby zachować swoich klientów.

W ofertach firm Canon, Nikon czy Sony nawet najdroższe szkła za kilkanaście tysięcy złotych nie są pozbawione kompromisów. Często jest tak, że bardzo drogie szkło pozbawione jest praktycznie wszystkich wad, jest niesamowicie ostre, ale okazuje się, że ma jedną wadę monstrualnych rozmiarów – np. niekorygowalną w żaden sposób dystorsję.

Prawdziwą jakość zapewniają mniej popularne firmy. Szkła systemu Leica M od dziesięcioleci stanowią jakość samą w sobie, ale ich ceny to nawet nie kilkanaście, a kilkadziesiąt lub i ponad 100 tysięcy złotych. Jest jednak garstka niemieckich dentystów, którzy mogą sobie pozwolić na przebieranie w takich szkiełkach. Wszystkim innym polecam natomiast przeczytanie testu wymarzonego obiektywu, zanim zdecydujemy się go kupić.

Przeczytaj również:
Obiektywnie o szkłach: Cz. 1. – Wprowadzenie
Obiektywnie o szkłach, cz. 2. – przeliczanie ogniskowych obiektywów