Модификация Таир-3 1:4,5 F=30 см (КМЗ), адаптированного для среднеформатных камер. Разбор оптической схемы «Таир»

Материал по Таир-3 специально для Радоживы подготовил Родион Эшмаков.

Таир-3 1:4,5 F=30 см (далее – Таир-3) – это длиннофокусный объектив для малоформатных камер, производившийся на КМЗ и ЗОМЗ в различных вариантах исполнения:

• Таир-3 1:4,5 F=30 см П, КМЗ – технический вариант объектива, без фокусировочного механизма;
• Таир-3 1:4,5 F=30 см, КМЗ, «Grand Prix Brussel» – вариант для камер «Зенит» с креплением М39 или М42 (представлен в этой статье);
• Таир-3 4,5/300А (Таир-3А), ЗОМЗ – вариант для зеркальных камер, имеет сменный хвостовик типа «А», обычно комплектуется хвостовиком на резьбу М42;
• Таир-3-ФС 4,5/300, КМЗ – версия для фоторужья «Фотоснайпер», две возможные цветовые схемы (белая и черная ), специальный фокусировочный механизм, сменный хвостовик типа «А», обычно комплектуется хвостовиком на резьбу М42;
• MC Tair-3S 4,5/300, КМЗ – поздний вариант объектива для фоторужья «ФС-12», многослойное просветление оптики, специальный фокусировочный механизм, сменный хвостовик типа «А», обычно комплектуется хвостовиком на резьбу М42;
• Экзотические технические варианты: Таир-3Н и Таир-3Т – версии Таир-3 1:4,5 F=30 см П с измененными креплением линз и просветляющим покрытием.

Этот обзор посвящен первой серийной версии объектива Таир-3, предназначенной для малоформатных зеркальных фотокамер – Таир-3 1:4,5 F=30 см, КМЗ, «Grand Prix Brussel» – но адаптированной неизвестным умельцем для использования со среднеформатными фотокамерами с байонетом Pentacon Six.

Технические характеристики:

Оптическая схема – «Таир», 3 линзы в 3 группах (дублет с менисковым корректором поля);

Фокусное расстояние – 300 мм;
Относительное отверстие – 1:4,5;
Диафрагма – 16 лепестков, бесступенчатая регулировка;
Пределы диафрагмирования – 1:4,5 – 1:22;
Минимальная дистанция фокусировки – 3 м;
Резьба под светофильтры – М72;
Крепление к камере (заводское исполнение) – резьба М39 или резьба М42;
Особенности – присутствует поворотное штативное гнездо.

Оптическая схема «Таир»: ликбез

Оптическая схема «Таир» была запатентована (SU 78122, 3.11.1944) известным советским оптиком Давидом Самуиловичем Волосовым в 1944 г., хотя, вероятно, изобретена была несколько ранее, если судить по известным экземплярам объектива фоторужья, предназначавшегося для ведения разведки, ФС-2 300/4.5 1943 г. выпуска.

Как и обозначено в названии патента, объектив представляет собой комбинацию двух ранее известных оптикам элементов – двухлинзового ахроматического дублета, который сам по себе очень часто используется в качестве объектива биноклей и телескопов, и почти концентрического менискового корректора с околонулевой оптической силой, уже применявшегося для исправления кривизны поля в проекционных объективах Петцваля и микроскопных объективах-апланатах.

Возможно, Д.С. Волосов не был первым, кто придумал комбинировать ахромат-дублет с корректирующим мениском – в силу простоты и очевидности этой идеи, однако он определенно был первым, кто сумел учесть возникающие технологические нюансы данной компоновки: 1) в объективах «Таир» мениск выполнен с достаточным отклонением от концентричности, чтобы его можно было достаточно легко изготовить; 2) расстояние между дублетом и мениском в объективе выбрано так, что общая длина линзовой системы не превышает 150 мм, что позволяет обеспечить достаточную точность взаимной центрировки линз при сборке. При соблюдении обозначенных технологических требований Д.С. Волосов добился превосходной коррекции полевых аберраций для внушительного размера поля ~8-10°, построив таким образом простейший из возможных длиннофокусный объектив-анастигмат. Более того, спустя десятки лет авторами работы «The Existence of Local Minima in Lens Design» (DOI: 10.1364/ILD.1990.LMC2) с помощью компьютерных вычислений было показано, что компоновка объектива «Таир» является наиболее оптимальной для трехлинзового длиннофокусного объектива из всех возможных вариантов.

Объектив «Таир» отличается от большинства подобных по параметрам тем, что он является длиннофокусным объективом, а не телеобъективом в технически корректном понимании этого слова. Разница между этими понятиями заключается в соотношении фокусного расстояния и общей длины системы: у длиннофокусного объектива общая длина от первой поверхности до изображения примерно равна его фокусному расстоянию (в случае Таир-3 – 96% от фокусного расстояния), в то время как телеобъектив значительно короче своего фокусного расстояния. Отказ от телеукорочения – один из факторов, позволивших эффективно бороться с аберрациями такой простой системы и обеспечить высокую в сравнении с похожими по сложности объективами (см. Tele-Tessar 1:6,3 Вилли Мерте) светосилу 1:4,5.

Еще раз повторим главное: при своей исключительно простой конструкции и применении самых обычных оптических материалов, объектив типа «Таир» является наилучшим вариантом объектива для малых углов из возможных схожего технологического уровня. Иначе говоря, пока в 10° ~1:4.5 телевике не окажется десяток линз, асферика или низкодисперсное стекло (что тоже сопровождается усложнением схемы), он не сможет обеспечивать качество изображения принципиально лучшее в сравнении с объективом типа «Таир».

Чтобы наглядно проиллюстрировать это, проведем с помощью оптического моделирования в Zemax сравнение оптического качества объектива «Таир-3» и типичного четырехлинзового телеобъектива из патента ГДР DD 30118 (15.7.1964) Meyer-Optik с параметрами 500/5.6, отмасштабированного до 300 мм при заданном угле поля зрения 10°.

Для начала отметим, что приведенная в патенте SU 78122 оптическая схема 300/4.5 объектива не вполне соответствует объективу Таир-3: форма линз в дублете последнего отличалась, хотя все толщины и, что характерно, форма мениска, оказались такими же. По данным моделирования обоих объективов, объектив Таир-3 обладает взаимно скомпенсированными сферическими аберрациями третьего и высших порядков, в то время как патентованный дизайн не подразумевает такого исправления сферической аберрации высших порядков.

Использование взаимной компенсации сферических аберраций позволяет улучшить качество изображения на открытой диафрагме, но приводит к некоторому ухудшению качества на меньших апертурах. Действительно: объектив Таир-3 на открытой диафрагме имеет значительно лучшее качество изображения в сравнении с версией из патента, в т.ч. лучшую расчётную разрешающую способность (55 мм-1 против 50 мм-1). На малых апертурах качество больше определяет хроматическая аберрация, нежели остаточная сферическая, а потому объективы ведут себя схожим образом.

Объектив типа Orestegor 500/5.6 из патента DD 30118 представляет собой четырехлинзовый анастигмат, положение диафрагмы в котором мне пришлось угадывать из соображений размеров линз и исправления астигматизма. К слову, диаметры линз были выбраны так, чтобы виньетирование было не более, чем в объективе Таир-3

Данный телеобъектив имеет общую длину 89% от фокусного расстояния, причем, в действительности, его оптическая схема идейно напоминает рассматриваемый в этой статье объектив «Таир»: передняя группа линз все так же является ахроматическим дублетом, а задний элемент представляет собой не что иное как расщепленный на две линзы коррекционный мениск, хорошо угадывающийся в очертаниях на схеме.

Сомнительно выглядит длина немецкого объектива от первой до последней линзы, равная аж 212 мм. Центрировать оптику в этом объективе было бы сложнее, чем в Таир-3, а если вспомнить тот факт, что реально этот объектив производили с фокусным расстоянием 500 мм, то инженерам ГДР хочется только посочувствовать.

Немецкий телевик использует составной задний мениск для обеспечения лучшей коррекции: положительная линза из флинта Schott F4 617.366 (т.е. n=1.617, v=36.6), как ни странно, служит для исправления хроматической аберрации за счет большой величины относительной частной дисперсии в синем диапазоне, а увеличенное число поверхностей позволяет бороться со сферической аберрацией. Дает ли ему это преимущества перед объективом Таир-3 в качестве изображения?

В центральной области изображения объектив действительно лучше, чем Таир-3, на открытой диафрагме. Судить о качестве изображения по полю в данном случае затруднительно, поскольку в патенте не приводят, как правило, окончательный вариант расчёта объектива, да и произвольность определения позиции диафрагмы не сулит ничего хорошего.

Выходит, немцам удалось и схему укоротить, и качество поднять? А вот и нет – ведь та самая «открытая диафрагма» у этого объектива – это 1:5.6, а не 1:4.5. «Зажатый» до F/5.6 объектив Таир-3 ведет себя лучше немецкого, что и подтверждает тот факт, что по качеству изображения без применения высокотехнологичных оптических материалов или усложнения оптической схемы обойти «Таир» крайне сложно.

Теперь, после осознания гениальности изобретения Д.С. Волосова, вернемся к рассмотрению конкретного его экземпляра.

Конструкция и модификация объектива Таир-3

Таир-3 выполнен целиком из металла, а потому весит намного больше современных объективов типа 70-300/4-5.6 – это не пластиковый тревел-объектив вовсе. Большая масса, правда, уменьшает амплитуду дрожания рук при съемке и служит таким «пассивным стабилизатором».

Кольцо установки диафрагмы расположено на носу объектива, а чуть за ним, ближе к камере находится кольцо фокусировки. Эргономика до версии Таир-3А здесь еще не доросла. Так, кольцо фокусировки узкое и неудобное, а в ходе наведения на резкость линзоблок объектива перемещается вращательно-поступательно вместе с кольцом, что делает неприменимыми некоторые приемы удобной фокусировки, реализуемые с объективом Таир-3А, у которого кольцо фокусировки поступательно не перемещается.

Ход геликоида объектива также меньше, чем у Таир-3А, в результате чего МДФ составляет только лишь 3 м, а не 2.2 м, как у поздней версии. Для некоторых сюжетов 3 метра – это слишком далеко, я нередко упирался в МДФ при работе с этим объективом.

Управление диафрагмой у этого варианта объектива однокольцевое, бесступенчатое, без механизма предустановки. Вслепую, не отрываясь от визирования, изменять значение апертуры крайне неудобно. Выходом был бы либо пресетный механизм, как в Таир-3А, либо ступенчатая регулировка. Впрочем, при изменении диафрагмы еще и очень легко сбить фокус, так что лучше нужную апертуру выставлять еще до начала визирования. Механизм ирисовой диафрагмы имеет 16 матированных темных лепестков и всегда формирует круглое отверстие, что является приятным бонусом.

Объектив имеет поворотное кольцо с пяткой под штатив, которая позволяет закрепить объектив в любой требуемой ориентации. Расположенной далее корпусной детали, на которой была надпись «Grand Prix Brussel», мой объектив лишился в ходе замены крепления на байонет P6 неизвестным умельцем. Также при этом оказалась убрана рифленая светозащитная втулка хвостовика, из-за чего при фокусировке оголялась сильно бликующая внутренняя поверхность геликоида.

Со светозащитой у этого объектива в целом проблем масса: в пространстве между второй и третьей линзами объектива нет ни одного светоотсекателя, ни одной ребристой поверхности. Гладкие анодированные стенки линзоблока здорово отражают косо падающие лучи света, вызывая тем самым сильное вуалирование изображения. Решением является установка ребристых втулок, изготовленных методом 3D печати и дополнительно окрашенных матовой черной краской и сажей. Готовые для печати модели доступны по ссылке. Установка производится после выкручивания переднего блока линз, фиксируемого тремя винтами.

Втулки могут быть помещены в каждую цилиндрическую секцию объектива, но при расчете важно сделать их просвет достаточно большим, чтобы не внести виньетирование в оптическую систему, особенно для осевого пучка.

После фиксации втулок с помощью пары капель цианакрилатного клея желательно дополнительно осадить на внутренние стенки линзоблока сажу, которая является гораздо более черным и матовым материалом в сравнении с любой краской.

Эффект проведенной модификации продемонстрирован в следующем разделе.

По итогу можно сказать, что эта версия объектива Таир-3 – очень «сырая» по конструкции. Объектив имеет далеко не лучшую эргономику, особенно если сравнивать его с поздним Таир-3А, который в своем черном лаковом покрытии ощущается не иначе как «мерседес»; неудовлетворительно выглядят и меры светозащиты. То, что этот объектив получил Гран-При на Всемирной выставке – это не иначе как заслуга оригинальной оптической схемы Д.С. Волосова, но никак не механической конструкции.

Оптические свойства

Таир-3 имеет умеренную резкость с открытой диафрагмы, ограниченную в основном сферохроматизмом. Диафрагмирование до F/5.6-F/6.3 позволяет снизить влияние продольных аберраций и ощутимо повысить качество изображения. На современных матрицах высокого разрешения объектив никогда не позволит добиться попиксельной детализации, но можно получить приятный опыт от работы с ним при использовании, например, с полнокадровыми камерами с разрешением сенсора до 24 Мп.

Что касается качества изображения по полю, то, как показано на приведенных ранее диаграммах частотно-контрастной характеристики объектива, лучшим образом Таир-3 подходит для камер формата 36×24 мм, хотя может использоваться и с камерами формата 44×33 мм. А вот на среднем формате 6×6 см использование объектива в качестве обычного телевика сомнительно из-за высокого уровня астигматизма по краям кадра. Другое дело, что на формате 6×6 объектив будет представлять собой эквивалент полнокадрового 150/2.3 – что есть вполне себе портретник, а уж боке у объективов типа «Таир» всегда превосходное, за пределами расчетного поля еще и весьма примечательное.

Несмотря на то, что оптическая схема «Таир» плохо контролирует дисторсию, даже на формате 6×6 ее уровень не превышает +3.5%.

Контраст изображения, формируемого объективом, напрямую зависит от качества светозащиты. Даже бленда не спасет ситуацию, если в линзоблоке все блестит. Так, объектив в том виде, в котором он мне достался, имел совершенно никуда не годный контраст – вуалирование было невероятно сильным, и снимать было просто невыносимо при малейшем намеке на контровой свет. Ниже приведены примеры фотографий, сделанные на Sony A7s и объектив до установки светозащитных втулок. Все фотографии претерпели постобработку для увеличения контраста.

После установки светозащиты объектив просто не узнать – даже без бленды контраст изображения достаточно высокий и редко нуждается в серьезной коррекции. И это далеко не единственный случай, когда контраст изображения определяют не слои просветления, а именно чернение поверхностей, светоотсекающие диафрагмы и светозащитное оребрение. Далее – примеры фотографий на Sony A7s и объектив после установки светозащитных втулок.

Выводы

Этот вариант объектива Таир-3 не так хорош в силу низкого удобства использования и необходимости самостоятельной доработки. В целом же по оптическому качеству объективы Таир-3 являются не просто хорошими, а лучшими в сравнении со многими другими старыми объективами класса 300/4.5. С учетом своей цены на вторичном рынке Таир-3 – очень хороший мануальный объектив для изучения супертеледиапазона. Я рекомендую заинтересованным в этом объективе обратить внимание прежде всего на вариант Таир-3А.

Больше обзоров от читателей Радоживы найдете здесь и здесь.