Обзор кинопроекционного апланата ГОЗ “КО-140” 1:2,2 F–14см, адаптированного для использования с современными камерами

Материал по объективу КО-140 специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Советские кинопроекционные объективы серии «КО» – простые по конструкции и дешевые в производстве четырехлинзовые апланаты (т.е. объективы с кривым полем изображения) с привлекательным сочетанием фокусного расстояния и светосилы. Существует два поколения объективов данного типа: первое представлено объективами КО-90 90/1.9, КО-120 120/2.1 и КО-140 140/2.2 (описан в этой статье) с диаметром посадки 52.5 мм; в то время как более распространенные объективы второго поколения отличаются одинаковым для всех относительным отверстием F/1.8, большим посадочным диаметром (62.5 мм) и буквой «М» в названии – КО-90М 90/1.8, КО-120М 120/1.8 и КО-140М 140/1.8. Производились эти объективы сначала на заводе ГОЗ «Геофизика» (как экземпляр из этой статьи), затем на ММЗ (г. Минск). Самые ранние объективы этого типа под названием «Кинолюкс» были изготовлены в ГОИ в конце 1930-х годов, но в серийное производство были запущены только в конце 40-х и далеко не все.

Западные же серийные экземпляры, например, Carl Zeiss Jena Kipronar или Meyer-Optik Gorlitz Kinon с выбором фокусных расстояний от 90 мм до 200 мм при относительном отверстии от F/1.8 до F/2.2, могут иметь и более почтенный возраст. Дело в том, что данная оптическая схема, как и многие другие схемы советских объективов (например, «Телемар» – патент US 2239538 1940 г., ФЭД 100/6.3 – US 1467804 1922 г., «Орион» – US 2031792 1934 г.), по-видимому, была получена в период отношений СССР с Германией до 22.06.1941. Автор схемы этих кинопроекционных апланатов – видный немецкий оптик Роберт Рихтер (патент US 1843519, 1931 г.).

В апланате Рихтера используются марки стекол, которые хорошо соответствуют нынешним обычным кронам типа К8 и флинтам типа Ф2 из каталога ГОСТ (ИПЗ/ЛЗОС). По этой причине нет особых оснований считать западные объективы более качественными с точки зрения расчета схемы и коррекции в сравнении с советскими, хотя качество чернения и светозащиты может различаться существенно и сильно влиять на изображение.

Технические характеристики:

Оптическая схема – 4 линзы в 2 группах, апланат;

Фокусное расстояние – 140 мм;
Относительное отверстие – 1:2.2;
Формат кадра (расчётный) – 18×24 мм, покрывает 44×33 мм;
Посадочный диаметр корпуса – 52.5 мм;
Особенности – не имеет фокусировочного механизма, крепления к камере и ирисовой диафрагмы в заводском исполнении.

Конструкция и адаптация объектива

Объектив КО-140 устроен очень примитивно – это полая трубка с двумя ввинчивающимися оправами, каждая из которых содержит двухлинзовую склейку. Несмотря на оребрение некоторых внутренних поверхностей и наличие диафрагмы светозащиты, КО-140, как и многие другие советские объективы, имеет изначально низкий общий контраст формируемого изображения из-за плохого качества чернения внутренних поверхностей корпуса – краска довольно сильно блестит. Из-за лучшего чернения репутация объективов Carl Zeiss Jena Kipronar в сравнении с КО намного выше, а стоимость буквально на порядки больше, чем у советских объективов, хотя уровень исполнения оптической части практически не различается. Зато, в отличие от Кипронаров, все объективы КО имеют просветленную оптику.

Для установки объектива КО-140 на современную камеру прежде всего необходимо найти фокусировочный механизм с нужным креплением к камере. Диаметр задней половины объектива составляет 52.5 мм, благодаря чему подобрать фокусировочный механизм для КО-140 довольно несложно – можно использовать корпуса оптически неисправных старых объективов (например, Телеар-Н 200/3.5), но лучшим вариантом будет китайский макрогеликоид типа М58-М58 25-55 или 36-90 мм. Задний фокальный отрезок КО-140 равен ~60 мм, потому объектив можно использовать с малоформатными зеркальными камерами, выбрав в качестве крепления, например, резьбу М42. Однако для использования с камерами среднего формата потребуется уже байонет с большим световым диаметром – Canon EF или Fujifilm GFX – чтобы избежать виньетирования.

Наибольшую трудность при адаптации составляет установка диафрагмы в объективы типа КО. В самом корпусе объектива места для установки диафрагмы нет, поскольку, в отличие от планаровидных объективов, внутренний диаметр корпуса соответствует диаметрам световых пучков, проходящих через объектив. Ранее я обычно проводил адаптацию с полной переделкой корпуса объектива, изготавливая его с помощью токаря с нуля или оставляя в заводском виде только оправы с линзами. Это требовало больших затрат материала и времени токаря, что автоматически делало адаптированный объектив самым дорогим по себестоимости среди обычных советских проекционников. Но на этот раз я применил упрощенный вариант адаптации: изготовлены были лишь две небольшие по длине детали, в которых монтировалась ирисовая диафрагма световым диаметром 50 мм (это даже больше требуемого). Полая трубка-корпус объектива КО-140 была разрезана на две половины, каждая из которых крепилась к соответствующей части узла диафрагмы так, чтобы исходное межлинзовое расстояние было сохранено. Для обеспечения соосности линзовых компонентов положение одной из половин корпуса было отъюстировано винтами с контролем по симметрии аберрационного пятна изображения точечного источника света на оси.

В моем варианте адаптации в качестве фокусировочного механизма использован макрогеликоид М58-М58 36-90 мм со специально изготовленным хвостовиком М58-М42. Также добавлена резьба крепления светофильтров 67 мм. Фотографии адаптированного КО-140 приведены ниже.

Забавно, что КО-140 при фокусном расстоянии 140 мм имеет очень большую длину (~250 мм от передней линзы до изображения): оптическая схема из двух положительных компонентов в принципе всегда имеет длину большую, чем фокусное расстояние. Также для объективов схемы Рихтера или родственной схемы Петцваля межлинзовое расстояние требуется тем больше, чем больше требуется фокусное расстояние и светосила, в то время как задний фокальный отрезок при этом обычно приходится уменьшать. В итоге оказывается, что 140 мм объектив по габаритам несильно меньше, чем китайский ультрадешевый супертелефотозум Jintu 420-800 мм F/8-F/16, который показан рядом с КО-140 на фото выше. С другой стороны, масса у КО-140 даже после адаптации невелика, поскольку большую часть его корпуса занимает воздух: объектив намного легче, чем близкий по параметрам проекционник со схемой типа «двойного Гаусса».

Оптические свойства

КО-140 имеет высокую резкость в центральной области кадра на открытой диафрагме. Качество изображения на оси ограничивают сферохроматические аберрации. По моим наблюдениям резкость апланатов Рихтера в центре оказывается нередко выше, чем у аналогичных по параметрам и технологическому уровню объективов типа «Планар», зато по полю «Планарам» они сильно уступают. Так, КО-140 имеет выраженные астигматизм, кривизну поля и сильные латеральные хроматические аберрации на краю кадра 36×24, вследствие чего на плоскости получить качественное по полю изображение удастся лишь с F/5.6-F/8, причем от хроматических аберраций диафрагмированием избавиться не получится. При перефокусировке можно получать достаточно резкое по краю кадра 36×24 мм изображение уже с F/2.8-F/4, но углы все же чересчур страдают от астигматизма. В центре кадра объектив имеет великолепную резкость при диафрагмировании до F/2.8 – намного большую, чем у большинства известных мне старых 135/2.8(3.5) объективов.

Для наглядности приведу три фотографии, выполненных на КО-140 при диафрагмах F/2.2, F/2.8 и ~F/5.6, а также 100% кропы с центральной области и периферии кадра.

Нетрудно заметить, насколько быстро с диафрагмированием уходят продольные хроматические аберрации в центре кадра, хотя края даже на ~F/5.6 чересчур размыты из-за кривизны поля и астигматизма.

Получается, что успех коррекции сферохроматических аберраций при отсутствии специальных марок стекол в апланатах Рихтера очень сильно зависит от относительного отверстия: даже диафрагмирование на 1/3-2/3 ступени EV сильно повышает качество изображения. Видимо, по этой причине КО-140 имеет относительное отверстие F/2.2, а не F/2. Тем не менее, более новый объектив КО-140М при неизменной принципиальной схеме и тех же простых марках стекла имеет светосилу F/1.8! Как сильно сказывается это на качестве изображения? Ответ можно дать с помощью моделирования объектива Рихтера в ANSYS Zemax.

Мною были введены параметры объектива из патента US 1843519 и проведено масштабирование до фокусного расстояния 140 мм так, чтобы объектив покрывал кадр диагональю 58 мм (соответствует кадру 44×33 мм с небольшим запасом) с виньетированием не более 60%. Апертурная диафрагма была расположена прямо на плоскопараллельной третьей поверхности объектива. Далее проведено моделирование размера аберрационных пятен, кривой продольной хроматической аберрации, астигматической формы поля и дисторсии для значений относительного отверстия F/1.8 и F/2.2 при спектральном диапазоне 400-700 нм (спектральная функция типичной CMOS-матрицы). Результаты приведены на диаграммах ниже.

Как можно заметить, с диафрагмированием от F/1.8 до F/2.2 (2/3 EV) размер пятен сильно уменьшился – в ~3 раза для центра кадра и в ~1.5-2 раза для края кадра. При этом продольный хроматизм уменьшился в ~1.5 раза, ликвидирована оказалась и сферическая аберрация широких пучков.

Проведенные расчёты хорошо согласуются с наблюдаемым превосходством оптического качества КО-120 120/2.1 в сравнении с КО-120М 120/1.8 на открытой диафрагме.

Неисправленные кривизна поля и астигматизм в совокупности определяют характерный рисунок объектива КО-140 и ему подобных: размытие заднего плана при переходе от центра к краю не уменьшается, как в случае обычных светосильных объективов из-за геометрического виньетирования, а наоборот – возрастает, поскольку точка фокуса смещается ближе к изображению. При этом фокусы тангенциального и сагиттального пучков сильно расходятся от при перемещении центра кадра к краю, что приводит к большей дефокусировке именно сагиттальных лучей, в результате чего боке объектива выглядит не чешуйчатым, а закрученным. Апланаты Рихтера намного сильнее «крутят» фон, чем аналогичные им по параметрам объективы со схемой Петцваля, где расхождение сагиттального и тангенциального пучков (т.е. астигматизм) значительно меньше. При этом апланаты Рихтера с меньшим фокусным расстоянием (например, КО-90 90/1.9) крутят фон намного сильнее, чем апланаты с большим фокусным расстоянием, но и качество изображения по полю у длиннофокусных вариантов выше.

Контраст формируемого изображения сильно зависит от качества чернения внутренних поверхностей линзоблока и от наличия/отсутствия элементов светозащиты – диафрагм, оребрения. Мой адаптированный объектив показал себя хорошо в обычных условиях освещения, хотя в контровом свете нередко появляется вуаль в некоторых частях кадра. Цветопередача у КО-140 в целом хорошая для объектива с однослойным просветлением. Покрытие с розово-фиолетовым бликом не оказывает негативного влияния на цвет на фотографиях, поскольку объектив имеет слишком малое число границ-стекло воздух, несущих просветление, чтобы оно ощутимо повлияло на спектр светопропускания объектива.

При использовании в качестве крепления к камере резьбы М42 КО-140 легко работает с кадром 36×24 мм, но, как показал опыт использования адаптированного объектива с шифт-адаптером, на среднеферматных камерах формата 44×33 мм лучше в качестве крепления выбирать байонет EF для нивелирования виньетки. Это касается и других объективов – КО-90(М), КО-120(М), КО-140М, ЛОМО П-5.

Ниже приведены примеры фотографий, выполненные на полнокадровую камеру Sony A7s с помощью шифт-адаптера EOS-NEX.

Далее – фотографии на Sony A7s, сделанные без использования шифт-адаптера.

Все обзоры кинопроекционных и киносъемочных объективов:

1. РО3-3М 2/50
2. РО2-2М 75/2 (обзор от читателя)
3. РО 500-1 F9 СМ. 1:2 П (обзор от читателя)
4. ЛЕНКИНАП РО500-1 F=9см 1:2 П (обзор от читателя)
5. ЛЭТИ-60/60М F=92 1:2 (обзор от читателя)
6. 2/92
7. F=92 1:2
8. ОКП-6-70-1 F=70 1:1,8
9. ЛЕНКИНАП ОКС1А-75-1 F=75 1:2 П (обзор от читателя)
10. ЛОМО РО501-1 F=100 1:2 (+ материалы от читателя)
11. ЛОМО РО500-1 F=90 1:2
12. 16КП-1,4/65 (обзор от читателя)
13. 35КП-1,8/65 (обзор от читателя)
14. 35КП-1,8/70
15. 35КП-1,8/75 (обзор от читателя)
16. 35КП-1,8/85
17. 35КП-1.8/100 (обзор от читателя)
18. 35КП-1.8/120 (обзор от читателя)
19. 35КП-1,8/120 (с диафрагмой, обзор от читателя)
20. ЛОМО П-5 F=90 1:2 (обзор от читателя)
21. ЛОМО П-5 F=100 1:2 (обзор от читателя)
22. ЛОМО ОКС1-22-1 F=22 1:2.8 (обзор от читателя)
23. ЛОМО ОКС1-40-1 40/2.5 (обзор от читателя)
24. ЛОМО ОКС1-300-1 F=300 1:3.5 (обзор от читателя)
25. ЛОМО ОКС11-35-1 F=35 1:2 (обзор от читателя)
26. ЛОМО Ж-53 F=75 1:2 (обзор от читателя)
27. ЛОМО Ж-54 F=85 1:2 (обзор от читателя)
28. ЛОМО ОКП4-80-1 F=80 1:1,8 (обзор от читателя)
29. ЛОМО ОКП8-90-1 F=90 1:2 (обзор от читателя)
30. Таир-41 50/2 (обзор от читателя)
31. КО-120 1:2,1 120mm
32. КО-90 1:1,9 F=9см (обзор от читателя)
33. КО-120М 1:1.8 F=120mm (обзор от читателя)
34. КО-120М 120/1.8 с диафрагмой и геликоидом (обзор от читателя)
35. КО-120 1:2.1 F=12см (обзор от читателя)
36. ГОЗ “КО-140” 1:2,2 F–14см (обзор от читателя)
37. МП РСФСР ГЛАВУЧТЕХПРОМ ЗАВОД №6 ★ F=7.7см ★ (обзор от читателя)
38. МСО УССР УТОГ УПП-1 ★ ХАРЬКОВ ★ F-7 СМ ★
39. Schneider Super Cinelux 70/2
40. Meopta Meostigmat 100/1.7
41. Проекционные апланаты: "Петцвали" и "Рихтеры"

Имена объективов соответствуют их точному написанию на корпусе.

Выводы

Кинопроекционный объектив КО-140 140/2.2 можно по праву назвать лучшим в линейке КО по качеству изображения. Несмотря на примитивную оптическую конструкцию, объектив имеет достаточную для многих задач резкость при своеобразном, несвойственном другим объективам рисунке, а также впечатляющих параметрах. КО-140 140/2.2 хорошо подойдет и для камер формата 44×33 мм – как «бокешистый» портретник (ЭФР=108 мм), и для кроп-камер – уже в качестве резкого светосильного телевика.

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь.