Триплет-69-3 40/3.5 (с тестами в Zemax)

Представленный в обзоре объектив спроектирован и изготовлен Игорем Порохом (aka lens_made_in_ussr). Материал подготовил Родион Эшмаков.

Триплет-69-3 4/40 – это несъемный штатный объектив дешевых советских шкальных камер (прообраз мыльниц) производства БелОМО («Вилия» и другие). Среди аналогов объектив выделяется большим задним отрезком, благодаря чему может быть адаптирован для использования с зеркальными камерами, причем без заводской залинзовой диафрагмы объектив совместим и с полнокадровыми зеркалками.

На Радоживе уже есть целых 2 обзора Триплет-69-3:

• Объектив от Силуэт-Электро, практически без изменений переделанный под крепление М39
• Объектив от Вилии-Авто, примитивно переделанный на байонет EF без сохранения диафрагмы

Но в данной статье представлена не просто рядовая переделка, а настоящий продукт в виде объектива Триплет-69 40 мм F/3.5, качественно адаптированного для камер с байонетом EF за счет использования продуманной конструкции из напечатанных на 3D-принтере деталей.

Технические характеристики адаптированного объектива:

Оптическая схема – триплет Кука (3 линзы в 3 группах);
Фокусное расстояние – 40 мм;
Относительное отверстие – f/3.5 (за счет дополнительного раскрытия диафрагмы);
Диафрагма – 4 лепестка (квадратное отверстие);
Пределы диафрагмирования – F/3.5–F/16;
Минимальная дистанция фокусировки – 0.45 м;
Хард-стоп точной установки на бесконечность – нет;
Диаметр резьбы под фильтры – 52 мм;
Крепление к камере – байонет EF;
Масса – менее 100 г.

Особенности конструкции

Объектив выполнен в оригинальном корпусе из термопластичного полимера (вероятно, это PLA или ABS). Все внешние детали, кроме заводского титульного кольца, изготовлены методом 3D-печати. Благодаря этому объектив получился практически невесомый! При этом он совсем не ощущается хлипким или ненадежным – в конструкции нет никаких люфтов.

Я не разбирал объектив (потому что не хотел ничего испортить), но, судя по всему, для фокусировки используется заводской геликоид, встроенный в новый корпус. Фокусировка производится вращением всей передней части объектива вместе с линзоблоком на угол до 180°. Удлинение объектива при этом составляет 4 мм, что обеспечивает минимальную дистанцию фокусировки 45 см. Мне показалось, что это многовато: я очень привык к объективам, позволяющим снимать без дополнительных приспособлений в масштабе 1:3–1:2. Но, видимо, использованный геликоид не позволил обеспечить меньшую МДФ.

Объектив снабжен стопорами положения МДФ и бесконечности. Но стопор бесконечности установлен неточно, из-за чего есть небольшой перебег. Впрочем, этим озадачивают фотографов и цельнометаллические объективы современности.

Объектив с завода обладает необычной залинзовой четырехлепестковой диафрагмой, формирующей при закрывании квадратное отверстие. В этом варианте адаптации диафрагму удалось сохранить, но из-за этого объектив оказывается несовместим с полнокадровыми зеркальными камерами из-за зацепления зеркала.

Диафрагма у Триплет-69 в заводском исполнении даже на полном относительном отверстии слегка прикрыта и частично закрывает заднюю линзу (фото), в этом адаптированном варианте она открыта полностью, что дало прирост 1/3 ступени светосилы. То есть объектив вместо заводских F/4 превратился в ~F/3.5. Объектив без заводской диафрагмы еще примерно на 1/3 ступень светлее (~F/3).

Управление диафрагмой осуществляется с помощью ребристого кольца, расположенного у байонета. Кольцо перемещается с щелчками, примерно соответствующим значениям F/3.5, F/4, F/5.6, F/8, F/11, F/16. Разметки шкалы диафрагм объектив не имеет.

Линзоблок объектива изменений визуально никаких не претерпел. В общем-то с ним и вряд ли можно провести какие-нибудь дополнительные манипуляции.

На линзы Триплет-69-3 нанесено обычное однослойное просветляющее покрытие с бликом голубого оттенка. Объектив немного желтит.

Триплет-69-3 40/3.5 работы Игоря Пороха оставляет тактильно очень приятное впечатление. Все механические части работают без каких-либо нареканий, без заеданий и посторонних звуков. Объектив очень удобен в обращении. Немного не хватает разметки шкалы диафрагм. И, конечно же, большим минусом является пластиковый байонет (шутка!!!).

Оптические свойства

Триплет-69-3 40/3.5 – очень и очень слабенький по качеству изображения объектив. Он довольно мягок на открытой диафрагме даже в центре кадра (сферическая аберрация), а его края даже на APS-C не приходит в норму вплоть до F/5.6-F/8. На полнокадровой матрице края кадра не будут резкими ни при какой диафрагме – разрешение ограничено сильнейшими латеральными хроматическими аберрациями и астигматизмом. Вот так!

Контраст изображения невысокий, несколько хуже, чем у других подобных объективов с однослойным просветлением оптики. В жестком контровом свете объектив дает артефакты типа «солнечного дождя», но практически не дает бликов. Четырехлепестковая диафрагма на точечных источниках света формирует ореол в виде несимметричной четырехлучевой звезды.

Боке у объектива в пределах APS-C выглядит интересно, но сам по себе объектив слишком «темный» и обладает слишком большой минимальной дистанцией фокусировки, чтобы это боке вообще когда-либо можно было получить. Квадратное боке так и вовсе недостижимо, поскольку вместе с диафрагмированием пропадает и размытие фона на доступных дистанциях фокусировки. Объектив имеет смысл использовать в художественной макросъемке, но для этого потребуются дополнительные приспособления (макрокольца). За пределами APS-C кадра боке меняет свой вид из-за сильного влияния астигматизма: сначала становится сильно закрученным, а затем смазывается «в кашу». Характерных «пузырей» в боке этот триплет не дает из-за слишком низкой светосилы (и малого количества сферических аберраций).

Ниже приведены примеры фотографий на Триплет-69 40/3.5 и полнокадровую беззеркальную камеру Sony A7s. Часть снимков сделаны с помощью шифт-адаптера как «шифторамы» (увеличение площади кадра в ~1.5 раза).

Выводы

Конечно же, Триплет-69 40/3.5, это совсем не тот же «блинчик», что и ровный и резкий Canon EF 40/2.8 STM. Этот «пластик-фантастик» оптически ближе к ломографическим объективам, хотя, что иронично, даже пресловутый ЛОМО Минитар-1 и сложнее, и совершеннее этого Триплета.

Для меня концепция Триплет-69 как компактного полнокадрового объектива для съемки на средних/дальних дистанциях осталась не совсем ясна. Такой объектив хочется больше иметь скорее в форм-факторе компактного макрообъектива, чтобы можно было извлечь пользу из необычной конструкции диафрагмы и лучше проявить характерный рисунок. Тем не менее, высокое качество исполнения объектива и продуманная его конструкция весьма впечатлили.

Бонус: влияние параметров оптического дизайна на качество объективов типа «Триплет 40/2.8»

Напомню, что схема «триплет» (или «триплет Кука») является по-настоящему уникальной – это простейший по своей оптической конструкции анастигмат, обеспечивающий угол поля зрения ~45°. Три сферических линзы – это необходимый минимум для того, чтобы сбалансировать в достаточной мере все монохроматические и хроматические аберрации. Но в таком объективе коррекционных параметров крайне мало:

• Параметры оптического стекла – показатель преломления и его зависимость от длины волны света (дисперсия), максимум 3 марки разных стекол в объективе (6 параметров);
• Радиусы кривизны оптических поверхностей – 6 штук;
• Толщины линз и межлинзовые расстояния – еще 6 параметров.

Итого – 18 варьируемых параметров, из которых 6 изменяются дискретно и непроизвольно, так как привязаны к реальным оптическим материалам.

Вследствие этих ограничений самый типичный триплет для зеркальных камер формата 36×24 мм имеет угол поля зрения ~45° (фокусное расстояние 50-55 мм) и относительное отверстие не выше f/2.8. Были экстремальные попытки сделать 50/2.2 триплет, породившие нечто очень-очень страшное. А что будет, если теперь мы захотим рассчитать Триплет f/2.8 с углом поля зрения 56° (фокусное расстояние 40 мм) для зеркальной камеры?

Оказывается, эта задача не в пример сложнее расчета обычного «полтинника». Дело в том, что одной из важнейших характеристик объектива является величина его заднего фокального отрезка (ЗФО) по отношению к фокусному расстоянию (ФР). Оптика для полнокадровых зеркальных камер должна иметь отрезок не менее 38 мм, что при фокусном расстоянии 50 мм дает величину отношения ЗФО/ФР ~0.76. Для объектива с фокусным расстоянием 40 мм это отношение будет уже 0.95! Иными словами, объектив должен быть без пяти минут ретрофокусный (ЗФО>ФР), а для выполнения этого требования обычно используют специальные оптические схемы по типу «телевик наоборот».

«Вытягивание» величины заднего фокального отрезка выступает своего рода ограничением диапазона адекватных значений межлинзовых расстояний и толщин линз объектива, что в свою очередь приводит к необходимости мириться с компромиссами в качестве изображения.
Поскольку в триплете очень мало коррекционных параметров в целом, то решающий вклад в успех расчета вносит правильный выбор марок стекла. Основные принципы заключаются в следующем:
⦁ Показатель преломления положительных линз должен быть как можно выше (коррекция кривизны поля и сферической аберрации);
⦁ Показатель преломления отрицательной линзы должен быть относительно низким (для коррекции кривизны поля);
⦁ Дисперсии положительных линз должны быть достаточно малы, а отрицательной – достаточно велика, чтобы исправить хроматические аберрации.

Следование совету из п. 1 заставляет использовать в расчете тяжелые лантановые кроны (СТК). Но велико ли их влияние? Рассмотрим модель объектива типатриплет с параметрами 40/2.8, полученную масштабированием известного советского проекционного Триплет 78/2.8 https://radojuva.com/2021/09/triplet-78-2-8-2/ (1946 г.). Этот объектив не использует в своей схеме лантановые стекла и обходится обычными тяжелыми кронами (ТК).

На рисунке в левом верхнем углу представлены пятна, в которые объектив превращает точечный источник белого света (400-650 нм), при разном удалении от оптической оси (углы поля зрения 0°, 30°, 45° и 56°). Слева снизу показана форма пятен в предфокусе (слева) и в зафокусе (справа) от центра кадра (сверху) к углам кадра (снизу). Справа снизу диаграммы показывают форму поля с учетом кривизны и астигматизма (левый график) и величину дисторсии для разных значений угла поля зрения (график справа). На принципиальной схеме объектива числами обозначены показатель преломления стекла (n) и число Аббе (v) стекла (чем больше – тем ниже дисперсия).

Заметим, что советский триплет имеет весьма короткий задний фокальный отрезок. Отношение ЗФО/ФР составляет всего лишь 0.8 при требуемых 0.95. При этом объектив совсем безнадежен за пределами 45° – и перерасчет способен убавить сильнейший астигматизм по краю кадра, лишь настолько же добавив его в центральные области поля. Кроме того, сильный наклон кривых на графике кривизны поля влево говорит о выраженной остаточной кривизне поля. Это не Петцваль, конечно, но для объектива класса 40/2.8 чересчур. Еще у этого триплета присутствует значительная кома, о чем говорит асимметрия внеосевых пятен и асимметричная каемка на дисках боке.

Теперь обратимся к описанному в патенте US3176582 (1960 г.) объективу, который был рассчитан Эрнстом Троннье. Но не тем самым, который на спор первым посчитал 50/1.8 объектив с вогнутой передней линзой (знаменитый Ultron 50/1.8) – тот был Альбрехт Вильгельм Троннье.

Величина показателя преломления в положительных линзах этого объектива выросла на 0.06, что весьма немало. Задняя линза объектива выполнена из лантанового крона. В глаза бросается хорошая коррекция комы – внеосевые пятна симметричные, диски боке имеют симметричную кайму, в целом более выраженную, чем у советского объектива. Значит, объектив Троннье давал бы намного лучше характерные «пузыри». Уменьшилась и кривизна поля, сильно влияющая на качество изображения на прикрытых диафрагмах. Но какого-либо колоссального прироста качества нет, потому что в этом объективе увеличен еще и задний отрезок до 34 мм. ЗФО/ФР составляет уже 0.85. Таким образом, всего 2 лишних миллиметра рабочего расстояния практически «проглотили» весь эффект использования высокопреломляющих стекол – и не подавились.

Но что будет, если все же попытаться достичь искомого заднего отрезка 38 мм? Для ответа на этот вопрос я пересчитал объектив Эрнста Троннье с использованием еще более современных стекол (крон H-LAF50B), сделав упор на коррекцию астигматизма и кривизны поля. В общем-то от объектива Троннье здесь ничего и не осталось.

Нетрудно заметить, насколько сильно объектив с увеличенным отрезком даже просто внешне отличается от обычного триплета – и это именно тенденция, а не частный случай. В данном объективе довольно низкий уровень астигматизма (важно для улучшения работы на прикрытых диафрагмах), относительно сильную кому и волнообразную кривизну поля – увеличение индекса на 0.07–0.1 оказалось недостаточным, чтобы побороть эти искажения тоже. Качество изображения в центральной области на открытой диафрагме сравнимо с объективом Троннье, но за пределами 20-25° намного хуже из-за кривизны поля – компромисс. Рассчитанный объектив по характеру боке в центральной области кадра близок к объективу Троннье, но по краю кадра дает чешую из-за присутствия комы.

Таким образом, чтобы рассчитать качественный широкоугольный триплет под зеркальную камеру, нужно использовать самые высокопреломляющие стекла – как H-ZLaF4LA (n=1.91, v=35.25), например. Лишь бы еще суметь исправить хроматические искажения. А уж если применить асферику…

История, однако, пошла не по пути скорой разработки технологии варки оптических материалов с экстремальными параметрами, да и асферические триплеты применяются в основном в дешевых пластиковых проекционных системах. Оказалось, чтобы еще увеличить светосилу и качество изображения в центральной области кадра, достаточно расщеплять положительные линзы для коррекции сферической аберрации. Чтобы улучшить резкость по полю – одиночные положительные линзы можно заменять склейками, в которых исправляется не хроматическая аберрация (как в дублетах телескопов или телевиков), а кома и астигматизм. В случае Триплета 40/2.8 даже небольшое усложнение оптической схемы дает прирост оптического качества намного больший, чем обеспечивает самое крутое оптическое стекло. Например, ближайший родственник Триплета – четырехлинзовый Тессар – обладает намного лучшим качеством изображения, чем аналогичный по уровню технологии и величине ЗФО Триплет (сравни с триплетом Троннье).

А если применить схему пятилинзового двойного Гаусса (Biometar/Вега) для создания 40/2.8 56° объектива, то довольно высокое оптическое качество достигается и без лантанового стекла.

Глядя на эти графики, невольно понимаешь, почему «Планар» был назван именно так. Конечно, у масштабированной Веги весьма короткий задний отрезок, но идею она демонстрирует хорошо. А добавлением всего одной линзы к той же самой Веге получается ретрофокусный объектив Мир-1 37/2.8, который обладает весьма неплохим оптическим качеством…

Расчет триплета с неоптимальными для такой схемы характеристиками – занятие довольно занимательное и лучше всего подходящее для изучения влияния параметров коррекции на результирующую картинку и рисунок объектива, что может пригодиться для расчета более сложных схем. К счастью, современные пакеты ПО для расчета оптических систем достаточно просты для освоения человеком без профильного образования и предлагают широкий спектр возможностей для расчета и исследования разных оптических систем.

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь.