Carl Zeiss Jena SO-3.1 P-Flektogon 35/2.8. Обзор шпионского объектива от Родиона Эшмакова

Материал по объективу специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Пара адаптированных для современных камер объективов SO-3.1.

Пара адаптированных для современных камер объективов SO-3.1. Увеличить.

Недемократическое правительство Германской Демократической Республики обладало своим аналогом K-G-B, оставившим после себя не только своеобразные восточногерманские анекдоты, но и внушительный арсенал средств поддержания у граждан веры в партию. Известная как «Штази» немецкая тайная полиция («Staatsicherheit») использовала различные специальные системы, разработанные Carl Zeiss Jena и VEB Pentacon: например, камеру GSK с набором «специальных объективов» SO-3.1 – SO-3.4 («sonderoptik») – для слежки; установку для микрофильмования Dokumator с оптикой Dokumar – чтобы подшивать в папочки добытые с помощью GSK фотоматериалы; проекторы Pentakta с одноименными объективами, чтобы микрофильмы можно было смотреть.

Это статья посвящена специальному объективу SO-3.1 35/2.8 для камеры слежения GSK, который был разработан Carl Zeiss Jena в 1973 г. Мне в руки попали два экземпляра. Здесь и далее источник исторических сведений этот.

Технические характеристики:

Оптическая схема – 8 линз в 5 группах, «P-Flektogon»;

Принципиальная схема и основные параметры объектива SO-3.1.

Принципиальная схема и основные параметры объектива SO-3.1.

Фокусное расстояние – 35 мм;
Относительное отверстие – f/2.8;
Расчетный формат кадра – 36×24 мм, покрываемый – 44×33 мм;
Угол поля зрения (на кадре 36×24 мм) – 63°;
Минимальная дистанция фокусировки – 0.3 м;
Задний фокальный отрезок – приблизительно 36 мм (объектив совместим с зеркальными камерами, но может задевать зеркало на некоторых полнокадровых моделях);
Резьба крепления к камере – М36×1;
Особенности: не имеет ирисовой диафрагмы, радиоактивен (применено ториевое стекло).

Особенности конструкции и адаптация

Объектив SO-3.1 35/2.8 рассчитан Эберхардом Дицшем для Оперативно-технического сектора Штази. Ключевая особенность этого объектива заключается в вынесенном входном зрачке и малом размере передней линзы, что позволяет проводить съемку через узкие отверстия (например, в стене) с минимальным виньетированием. В названии оптической схемы эта особенность также нашла отражение: «P» в «P-Flektogon», вероятно, означает «Pupil» – «зрачок», а «Flektogon» – наименование, применявшееся ко всем ретрофокусным объективам производства Carl Zeiss Jena вне зависимости от оптической схемы. Нужно сказать, что, хотя архивные документы пролили свет на название данного объектива, на его корпусе нет никакой маркировки, кроме серийного номера и шкалы дистанций фокусировки, что характерно для специальных изделий. Кстати, в СССР существовал похожий по назначению объектив с более простой шестилинзовой схемой.

SO-3.1 и другие объективы для камеры GSK.

SO-3.1 и другие объективы для камеры GSK.

Благодаря вынесенному зрачку становится возможной (но не абсолютно верной), установка диафрагмы перед передней линзой, что значительно упрощает адаптацию. Детали для установки диафрагмы были изготовлены методом 3D-печати. Для установки фильтров в носовую часть встроена оправа от советского светофильтра с резьбой 40.5 мм.

Носовая часть адаптированного объектива с установленной диафрагмой.

Носовая часть адаптированного объектива с установленной диафрагмой.

Геликоид объектива вполне пригоден для использования и не требует замены, хотя линзоблок объектива из него можно легко выкрутить и установить в любой другой понравившийся фокусер. Для установки на современные камеры были изготовлены переходные кольца М36×1–М42×1, а нужное для точной установки бесконечности положение линзоблока зафиксировано за счет дополнительных юстировочных колец.

Адаптированные объективы SO-3.1.

Адаптированные объективы SO-3.1.

Объектив после адаптации имеет габариты меньшие, чем у большинства других широкоугольных объективов класса 35/2.8: это заслуга оптической схемы, в которой приоритетом был наименьший возможный размер передней группы линз.

О ториевых стеклах, желтизне и радиации

Важной особенностью оптической конструкции SO-3.1 35/2.8 является использование ториевого стекла. Торий – это радиоактивный элемент, альфа-излучатель. Будучи изолированным в стеклянной матрице, он не представляет угрозы для жизни и здоровья человека, поскольку его излучение останавливается даже листом бумаги. Тем не менее, его более активные продукты распада, накапливающиеся в стекле, создают достаточный для обнаружения датчиками (но недостаточный для нанесения вреда человеку) радиационный фон, что может стать большой проблемой при попытке транспортировки объектива: на международных рейсах радиационный контроль чрезвычайно (я бы сказал – чересчур) строг.

В стекловарении торий в виде диоксида (ThO2) использовали для получения высокопреломляющих стекол. Ториевое стекло проще в производстве, чем лантановое, оно также обладает большим показателем преломления (вплоть до 1.9-2) в сравнении с лантановым стеклом (до 1.8): на диаграмме Аббе ему соответствовала бы область выше известных лантановых СТК. По этим причинам именно ториевые стекла нередко можно встретить в качественных светосильных объективах середины XX века, среди которых наиболее известны SMC Takumar 50/1.4, CZJ Pancolar 50/1.8 (8 лепестков).

Диаграмме Аббе для оптического стекла каталога ЛЗОС. Изюмской завод в Украине предлагает тот же набор марок стекла, кроме низкодисперсного фторфосфатного крона ОК-4.

Диаграмме Аббе для оптического стекла каталога ЛЗОС. Изюмской завод в Украине предлагает тот же набор марок стекла, кроме низкодисперсного фторфосфатного крона ОК-4.

Помимо проблем, связанных с выделением и очисткой природного тория от высокоактивных примесей, есть еще одна – радиационная стойкость стекла. Хорошо известно, что ионизирующее излучение приводит к разрыву химических связей. В твердых телах это приводит к образованию ионов в необычных зарядовых состояниях и/или свободных электронов, локализованных в дефектах структуры, что придает материалу окраску. Например, облученная радиацией поваренная соль приобретает фиолетовый цвет из-за вышибания анионов хлора из структуры в виде атомов хлора. На месте хлорид-иона при этом остается электрон – образуется так называемый F-центр (центр окраски, «farbe» – с нем. «цвет»), интенсивно поглощающий видимое излучение оранжевого и зеленого диапазонов.

В стекле радиационно-индуцированные дефекты являются как правило ионами в нетипичных зарядовых состояниях, например – свинец +3 вместо +2. Лишние электроны или их недостаток относительно нормального состояния ионов в стекле меняют характер химической связи и энергию возбуждения электронов этих связей, т.е. зонную структуру материала, что может приводить к появлению поглощения света в видимом диапазоне длин волн, то есть появлению у стекла окраски. Как правило, бесцветные оптические стекла под действием ионизирующего излучения желтеют/коричневеют. Стекла, предназначенные для работы в условиях ионизирующей радиации, имеют в своем составе так называемые «зарядовые ловушки»: ионы элемента с переменным формальным зарядом, обе зарядовые формы которого имеют низкое поглощение в видимой области. Обычно в качестве такого элемента выступает церий: добавка всего 0.1-1% его оксида на порядки повышает радиационную устойчивость стекла, но уже этой добавки достаточно, чтобы из-за церия само по себе стекло приобрело желтоватый оттенок.

К счастью, необычные электронные состояния, которые образуются под действием радиации в стекле, не являются очень устойчивыми: каждый ион стремится вернуть свое прежнее состояние, а электрон – занять уровень с наименьшей энергией. Чтобы это произошло, необходимо помочь преодолеть определенный потенциальный барьер релаксации дефектов, сообщив дополнительную энергию в виде тепла или света. Всего лишь минутный нагрев до 150 градусов приводит к релаксации подавляющего числа окрашенных дефектов в стекле, но этот способ малоприменим для уже собранных объективов. Длительное облучение светом с длиной волны, равной длине волны, поглощаемой дефектами – хороший, но небыстрый способ обесцвечивания поврежденного радиацией стекла старых объективов. По этой причине рекомендуют облучать пожелтевшие объективы ультрафиолетом или выдерживать их на солнце.

Пара моих объективов SO-3.1 35/2.8 различаются по светопропусканию: один из них сильно желтит, другой практически нет. Вероятно, это связано с условиями хранения их прежним владельцем – один мог лежат в темноте или в холодном месте, а другой – на свету в очень теплом. Ниже приведены фотографии двух объективов, позволяющие сравнить визуально вид поврежденного радиацией стекла и релаксировавшего.

Важно то, что эти объективы абсолютно одинаковы, в том числе и по оптической схеме. Разница – только в условиях хранения/использования в прошлом.

Еще нагляднее разницу между пожелтевшим и бесцветным ториевым стеклом демонстрируют спектры светопропускания, полученные с обоих объективов. Можно отметить, что в ИК-диапазоне светопропускание объективов совершенно одинаково, а в видимой области пожелтевший объектив демонстрирует сильное поглощение сине-фиолетовых лучей.

Спектры пропускания для пожелтевшего (Yellow) и бесцветного (Colorless) объективов SO-3.1, записанные в равных условиях на спектрофотометре Varian Carry 300.

Спектры пропускания для пожелтевшего (Yellow) и бесцветного (Colorless) объективов SO-3.1, записанные в равных условиях на спектрофотометре Varian Carry 300.

Поскольку спектры записаны в равных условиях для одинаковых по схеме объективов, путем вычитания из одного спектра другого можно получить спектр поглощения света (отрицательный десятичный логарифм величины светопропускания, взятой в долях от единицы) радиационно-индуцированными окрашенными дефектами стекла.

Спектр поглощения света радиационно-индуцированными дефектами стекла – разность спектров пожелтевшего и бесцветного объективов.

Спектр поглощения света радиационно-индуцированными дефектами стекла – разность спектров пожелтевшего и бесцветного объективов.

Можно отметить, что между объективами нет никакой разницы в ИК-области, но и в области длин волн короче 350 нм, но это связано лишь с тем, что само по себе стекло не пропускает УФ-лучи вне зависимости от наличия или отсутствия окрашенных дефектов. График показывает, что для длин волн 380-400 нм светопропускание пожелтевшего объектива меньше в ~10 раз, чем у бесцветного. Кроме того, излучение именно этого диапазона является пригодным для «лечения» пожелтения стекла у ториевых объективов, поскольку поглощается дефектами сильнее всего и пропускается бездефектным стеклом.

С точки зрения фотографии желтое ториевое стекло работает как светофильтр, понижающий цветовую температуру и снижающий светопропускание объектива на величину вплоть до 1-1.5 ступеней экспозиции.

Оптические свойства

Объектив использует восьмилинзовую оптическую схему с использованием ториевых стекол – и ему это очень помогает в достижении высокого качества изображения несмотря на такие компромиссы, как вынесенный входной зрачок и большой задний фокальный отрезок. В центре кадра объектив создает резкое изображение с открытой диафрагмы, по краям кадра резкость ограничена комой и хроматическими аберрациями, но в целом объектив ведет себя намного лучше, чем условный Мир-1 или даже чем новый Зенитар 35/2 (который я все же немного испытал). На прикрытых диафрагмах разрешение выправляется и по полю, но из-за применения предлинзовой диафрагмы растет также и виньетирование. Особенностью объектива является также наличие заметной бочкообразной дисторсии.

Контраст изображения в обычных условиях освещения – на уровне хорошей оптики с однослойным просветлением линз. В контровом свете проявляются вуалирование и блики в форме «солнечного дождя» и зайчиков.

Цветопередача у бесцветного объектива – с некоторой зеленцой, пожелтевший объектив дает эффект теплого светофильтра.

Необычным для объективов класса 35/2.8 является у SO-3.1 боке: объектив не создает яркой «чешуи» или выраженного «закручивания», чем напоминает качественную современную оптику. Тем не менее, своя изюминка в размытии заднего плана у SO-3.1 определенно есть.

Объектив покрывает кадр 44×33 мм, при «правильной» установке диафрагмы может без проблем использоваться со среднеформатными камерами. Я использовал SO-3.1 на F/2.8-F/4 с шифт-адаптером на Sony A7s для получения «среднеформатных» снимков.

Ниже приведены примеры фотографий на полнокадровую камеру Sony A7s без использования шифт-адаптера.

Далее – «среднеформатные» фотографии-«шифторамы», выполненные на Sony A7s с помощью адаптера Fotodiox Pro EOS-NEX Shift.

Выводы

Carl Zeiss Jena P-Flektogon SO-3.1 35/2.8 – это широкоугольный объектив с необычной оптической схемой и нетипичным для старой оптики такого класса рисунком. Восемь линз и ториевое стекло помогли оптикам из Йены достичь оптического качества, которое не было достигнуто в обычном потребительском Flektogon 35/2.8 Гарри Цоллнера, и которое кроме сомнительных специалистов в то время оценить, к сожалению, никто не мог.

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь. Все обзоры Родиона в одном месте здесь.

Добавить комментарий:

 

 

Комментарии: 8, на тему: Carl Zeiss Jena SO-3.1 P-Flektogon 35/2.8. Обзор шпионского объектива от Родиона Эшмакова

  • Сергей

    Интересно, а какая из восьми линз ториевая? Если последняя, то объектив должен прилично фонить альфа-излучением на пленку сразу после рождения.
    Главные риски радиации возникают гораздо позднее – по мере естественного распада тория начинает существенно проявляться уже гамма-излучение (которое сложно экранировать). Причём разные торий-содержащие объективы фонят по разному (возможно влияют как масса самого ториевого стекла, так и другие радиоактивные примеси.
    Интересно сравнить оба экземпляра друг с другом.

    • Родион

      Думаю что торий в задней линзе. Может быть, он даже не в одной из линз – кандидатов (положительных линз) в объектива достаточно.
      Пробег альфа-частиц всего пара сантиметров, пленка не пострадает. Дочерние изотопы имеют активность в несколько раз больше, чем у самого тория, при этом бета-излучение эффективно экранируется корпусом и линзами, а с гамма-лучами придется мириться, да. Благо это не цезий-137 и не кобальт-60.
      Радиоактивность стекла зависит, конечно же, от доли тория в нем и от состава матрицы: если в ней есть элементы, поглощающие радиацию, то стекло может излучать меньше. Радиоактивность объектива будет зависеть от расположения ториевой линзы в схеме и от ее геометрических параметров.
      Кстати, с учётом того, что “вековое равновесие” в ряду тория достигается за несколько десятков лет, то можно считать активность стекла с торием эквивалентной активности природного тория.
      В обзоре фото на бесцветный образец.

  • mr.swar

    Интересно, а какая из восьми линз ториевая? –
    Предпоследняя в склейке. Только идиот может поставить ториевую или лантановый оптический компонент последним (к фотоматериалу, к глазу и т.д.)

    Если последняя, то объектив должен прилично фонить альфа-излучением на пленку сразу после рождения.-
    Объектив и так прилично фонит, не только в альфе, но и в бета.
    Торий 232 – высвобождает Альфа – становится Радием 228, затем Радий 228 – высвобождает Бета – становится Актинием 228 и так далее. Приведенная выше цепочка распада показывает, что оптические компоненты содержат торий и его дочерние элементы: радий, актиний, радон, полоний, висмут, таллий и свинец в мельчайших количествах в результате медленного распада тория.
    На цифровой камере при выдержке 60-120 секунд четко видны горячие пиксели. Чем меньше размер пикселя, тем больше горячих пикселей.

    Главные риски радиации возникают гораздо позднее – по мере естественного распада тория начинает существенно проявляться уже гамма-излучение (которое сложно экранировать).-
    Это чистейшая правда, только об этом никто не знает и не Гамма, а Бета излучение.
    Разрушение оптического компонента не приведет к высвобождению излучения или токсичных элементов, оставшихся в структуре стеклянной решетки. Тем не менее, это загрязнит помещения и облегчит проглатывание или вдыхание небольших частиц радиоактивной пыли.
    Разбирать объектив с ториевыми оптическими компонентами только в перчатках и на полиэтиленовом пленке. После разборки и сборки, перчатки и полиэтиленовую пленку сдать в соответствующий пункт приема радиационных материалов. Инструмент протереть влажной ветошью и завернуть в вышеуказанную полиэтиленовую пленку.
    Категорически запрещается разбивать, тереть, царапать ториевые оптические компоненты чтобы избежать попадания радиоактивных частиц внутрь тела.

    Причём разные торий-содержащие объективы фонят по разному (возможно влияют как масса самого ториевого стекла, так и другие радиоактивные примеси).-
    Влияет не только масса оптического стекла с содержанием тория, но и чистота окиси тория, которую добавляли в момент варки стекла.

    Интересно сравнить оба экземпляра друг с другом.-
    Выкручивать линзы в обоих экземплярах и сравнивать их, есть подозрение, что оптические компоненты могут иметь разное содержание тория и чистоту.
    Альфа и Бета излучение создает в стекле F-центры, потому что радиоактивный распад вытесняет электроны, из-за чего стекло приобретает желтый или коричневый оттенок.
    УФ-свет может убрать часть пожелтения. Чтобы уменьшить пожелтение, может потребоваться до 7 дней пребывания на солнце или источниках ультрафиолетового света.
    Безопасное расстояние в воздухе составляет 1-1,5 метра от ториевых оптических компонентов.
    Алюминиевый корпус хороший экранирующий материал от Альфа и Бета излучений.
    Ториевые оптические компоненты постепенно были заменены оптическими компонентами, содержащим оксид лантана имеющими аналогичные оптические свойства. Лантан сам по себе очень слабо радиоактивен, но излучение обнаруживается чувствительным прибором, уровень незначителен по сравнению с фоновым излучением.

    • Родион

      Развернутый комментарий, да только толку-то.
      Вряд ли уж идиотом надо быть, чтобы разместить линзу последней – очень сомнительно, что для фотопленки это настолько негативно сказалось бы. Сами же пишете про 120 секунд для цифроматрицы, у которой чувствительность к радиации явно больше. Противоречие.
      Далее, ториевое стекло – это кроновое стекло. В объективах типа двойного Гаусса в положительных линзах применяют кроновые стекла, в отрицательных – флинты. А этот объектив так или иначе – развитие двойного Гаусса. Так что маловероятно, что ториевая линза – вторая с конца.
      Насчёт распада вы также заблуждаетесь.
      В объективе за 50 лет установилось вековое равновесие изотопов, потому есть и альфа, и бета, и гамма радиация. И реальные вопросы с экранированием встают только для гамма-лучей, пробег которых в мягких тканях – десятки сантиметров. Бета лучи эффективно задерживаются алюминиевой фольгой, а значит – и корпусными деталями. Снова ошибка, незадача?
      Ну вот этот весь техникобезопасный угар даже комментировать не хочется. Представляю, что б вы делали, если бы со второкурсниками на аналитике уранилацетат натрия осаждали под микроскопом.
      Чистота диоксида тория, конечно, влияет. Но опять же – там кроме его дочерних изотопов едва ли что-то может быть. Условный радий-226 там не будет – они с торием настолько разнородные по свойствам, что шансов нет выделить их вместе.
      Разное содержание тория в линзах? Как вообще можно написать этот бред. В одном и том же объективе, произведенном в одно и то же время, обладающим одними и теми же свойствами, не может быть такого, чтобы применяли разное стекло. Количество тория не может плавать, как и любого другого компонента оптического стекла. Неграмотное умозаключение.
      F-центры в стекле почти не формируются, так как есть множество ловушек заряда. Образование F-центров характерно для ионных кристаллов, где у катиона постоянная степень окисления. К тому же, F-центры, то есть локализованные электроны, во множестве известных соединений дают синюю или фиолетовую окраску, а не желтую.
      В стекле основной тип дефектов – катионы в нетипичных степенях окисления
      Безопасное расстояние не понятно откуда взято и что это вообще такое – тоже непонятно.
      Наконец, оксид лантана совсем не эквивалент диоксида тория с точки зрения оптических свойств: у него меньше ощутимо показатель преломления, да и технологический процесс производства лантановых стекол более замороченный.

  • Сергей

    Есть неплохой обзор по радиоактивности тех или иных объективов (куда попали и оптика с четырьмя лантановыми линзами – Mitakon speedmaster 50mm/0,95 первой версии).
    https://camerapedia.fandom.com/wiki/Radioactive_lenses
    Но по настоящему сильно и опасно фонят только два – Canon FD 55mm f/1.2 S.S.C. Aspherical (Measured at 46532 CPM и Fujica Fujinon 50mm f/1.4 non-EBC early style = non-uniformly segmented focusing ring (measured at 35137 CPM @ back element)

    • Родион Эшмаков

      Counts per Minute (CPM) – хреновые показатели опасности того или иного объектива. Да, в радиохимии есть определенные затруднения при анализе в переводе попугаев в понятные физические величины. Но без этого это все фигня и ни о чем – об опасности или безопасности судить по этим данным не получится.

  • Сергей

    И там, кстати, есть упоминания о радиоактивных передних или задних оптических элементах. Вероятно в то время можно было ставить туда торий и лантан.

  • iСлавен

    Пожелтевший объектив даёт очень интересный эффект, который программно сделать трудно.

Добавить комментарий

Copyright © Radojuva.com. Автор блога - Фотограф в Киеве Аркадий Шаповал. 2009-2022

English-version of this article https://radojuva.com/en/2022/09/carl-zeiss-jena-so-3-1-p-flektogon-35-2-8-lens/

Versión en español de este artículo https://radojuva.com/es/2022/09/carl-zeiss-jena-so-3-1-p-flektogon-35-2-8-lens/