Огляд кінопроекційного апланату ГОЗ “КО-140” 1:2,2 F–14см, адаптованого для використання із сучасними камерами

Матеріал з об'єктиву КО-140 спеціально для Радоживи. підготував Родіон Ешмаков.

Радянські кінопроекційні об'єктиви серії «КО» – прості за конструкцією та дешеві у виробництві чотирилінзові апланати (тобто об'єктиви з кривим полем зображення) з привабливим поєднанням фокусної відстані та світлосили. Існує два покоління об'єктивів даного типу: перше представлене об'єктивами КО-90 90/1.9, КО-120 120/2.1 та КО-140 140/2.2 (описаний у цій статті) з діаметром посадки 52.5 мм; у той час як більш поширені об'єктиви другого покоління відрізняються однаковим для всіх відносним отвором F/1.8, великим посадковим діаметром (62.5 мм) та літерою «М» у назві – КО-90М 90/1.8, КО-120М 120/1.8 та КО-140М 140/1.8. Вироблялися ці об'єктиви спочатку на заводі ДОЗ «Геофізика» (як екземпляр із цієї статті), потім на ММЗ (м. Мінськ). Найраніші об'єктиви цього типу під назвою «Кінолюкс» були виготовлені в ГОІ наприкінці 1930-х років, але в серійне виробництво були запущені лише наприкінці 40-х і далеко не всі.

Західні ж серійні екземпляри, наприклад Carl Zeiss Jena Kipronar або Meyer-Optik Gorlitz Kinon з вибором фокусних відстаней від 90 мм до 200 мм при відносному отворі від F/1.8 до F/2.2, можуть мати і більш поважний вік. Справа в тому, що дана оптична схема, як і багато інших схем радянських об'єктивів (наприклад, «Телемар» - патент US 2239538 1940, ФЕД 100/6.3 - US 1467804 1922, "Оріон" - US 2031792. ), мабуть, була отримана в період відносин СРСР з Німеччиною до 22.06.1941. Автор схеми цих кінопроекційних апланатів – видатний німецький оптик Роберт Ріхтер (патент US 1843519, 1931).

В апланаті Ріхтера використовуються марки скла, які добре відповідають нинішнім звичайним кронам типу К8 та флінтам типу Ф2 з каталогу ГОСТ (ІПЗ/ЛЗОС). З цієї причини немає особливих підстав вважати західні об'єктиви більш якісними з точки зору розрахунку схеми та корекції порівняно з радянськими, хоча якість чорніння та світлозахисту може відрізнятися суттєво та сильно впливати на зображення.

Технічні характеристики:

Оптична схема – 4 лінзи у 2 групах, апланат;

Фокусна відстань – 140 мм;
Відносний отвір – 1:2.2;
Формат кадру (розрахунковий) – 18х24 мм, покриває 44х33 мм;
Посадковий діаметр корпусу – 52.5 мм;
Особливості – не має фокусувального механізму, кріплення до камери та ірисової діафрагми у заводському виконанні.

Конструкція та адаптація об'єктива

Об'єктив КО-140 влаштований дуже примітивно - це порожня трубка з двома оправами, що вгвинчуються, кожна з яких містить дволінзову склеювання. Незважаючи на ребра деяких внутрішніх поверхонь і наявність діафрагми світлозахисту, КО-140, як і багато інших радянські об'єктиви, має спочатку низький загальний контраст зображення, що формується, через погану якість чорніння внутрішніх поверхонь корпусу – фарба досить сильно блищить. Через найкраще чорніння репутація об'єктивів Carl Zeiss Jena Kipronar у порівнянні з КО набагато вища, а вартість буквально на порядки більша, ніж у радянських об'єктивів, хоча рівень виконання оптичної частини практично не відрізняється. Натомість, на відміну від Кіпронарів, всі об'єктиви КО мають просвітлену оптику.

Для встановлення об'єктиву КО-140 на сучасну камеру насамперед необхідно знайти фокусувальний механізм із потрібним кріпленням до камери. Діаметр задньої половини об'єктива становить 52.5 мм, завдяки чому підібрати фокусувальний механізм для КО-140 досить нескладно – можна використовувати корпуси оптично несправних старих об'єктивів (наприклад, Телеар-Н 200/3.5), але найкращим варіантом буде китайський макрогелікоїд типу М58-М58 25 55 чи 36-90 мм. Задній фокальний відрізок КО-140 дорівнює ~60 мм, тому об'єктив можна використовувати з малоформатними дзеркальними камерами, вибравши як кріплення, наприклад, різьблення М42. Однак для використання з камерами середнього формату знадобиться вже байонет із великим світловим діаметром – Canon EF або Fujifilm GFX – щоб уникнути віньєтування.

Найбільшу складність при адаптації становить установка діафрагми на об'єктиви типу КО. У самому корпусі об'єктива місця для встановлення діафрагми немає, оскільки, на відміну від планароподібних об'єктивіввнутрішній діаметр корпусу відповідає діаметрам світлових пучків, що проходять через об'єктив. Раніше я зазвичай проводив адаптацію з повною переробкою корпусу об'єктива, виготовляючи його за допомогою токаря з нуля або залишаючи в заводському вигляді тільки оправи з лінзами. Це вимагало великих витрат матеріалу та часу токаря, що автоматично робило адаптований об'єктив найдорожчим за собівартістю серед звичайних радянських проекційників. Але цього разу я застосував спрощений варіант адаптації: виготовлені були лише дві невеликі по довжині деталі, в яких монтувалася ірисова діафрагма світловим діаметром 50 мм (це більше, ніж потрібно). Порожниста трубка-корпус об'єктива КО-140 була розрізана на дві половини, кожна з яких кріпилася до відповідної частини вузла діафрагми так, щоб вихідна міжлінзова відстань була збережена. Для забезпечення співвісності лінзових компонентів положення однієї з половин корпусу було від'юстовано гвинтами з контролем симетрії абераційної плями зображення точкового джерела світла на осі.

У моєму варіанті адаптації як фокусувальний механізм використаний макрогелікоїд М58-М58 36-90 мм зі спеціально виготовленим хвостовиком М58-М42. Також додано різьблення кріплення світлофільтрів 67 мм. Фотографії адаптованого КО-140 наведені нижче.

Забавно, що КО-140 при фокусній відстані 140 мм має дуже велику довжину (~250 мм від передньої лінзи до зображення): оптична схема двох позитивних компонентів в принципі завжди має довжину більшу, ніж фокусна відстань. Також для об'єктивів схеми Ріхтера чи спорідненої схеми Петцваля міжлінзова відстань потрібна тим більше, чим більше потрібна фокусна відстань і світлосила, тоді як задній фокальний відрізок при цьому зазвичай доводиться зменшувати. У результаті виявляється, що 140 мм об'єктив за габаритами не набагато менше, ніж китайський ультрадешевий супертелефотозум Jintu 420-800 мм F/8-F/16, який показаний поряд з КО-140 на фото вище. З іншого боку, маса у КО-140 навіть після адаптації невелика, оскільки більшу частину його корпусу займає повітря: об'єктив набагато легший, ніж близький за параметрами проекційник зі схемою типуподвійного Гауса».

Оптичні властивості

КО-140 має високу різкість у центральній області кадру на відкритій діафрагмі. Якість зображення на осі обмежують сферохроматичні аберації. За моїми спостереженнями різкість апланатів Ріхтера в центрі виявляється нерідко вищою, ніж у аналогічних за параметрами та технологічним рівнем об'єктивів типу «Планар», зате по полю «Планарам» вони сильно поступаються. Так, КО-140 має виражені астигматизм, кривизну поля та сильні латеральні. хроматичні аберації на краю кадру 36×24, внаслідок чого на площині отримати якісне по полю зображення вдасться лише з F/5.6-F/8, причому хроматичних аберацій діафрагмуванням позбутися не вийде. При перефокусуванні можна отримувати досить різке по краю кадру 36×24 мм зображення вже з F/2.8-F/4, але кути все ж таки надто страждають від астигматизму. У центрі кадру об'єктив має чудову різкість при діафрагмуванні до F/2.8 – набагато більшу, ніж більшість відомих мені старих 135/2.8(3.5) об'єктивів.

Для наочності наведу три фотографії, виконаних на КО-140 при діафрагмах F/2.2, F/2.8 та ~F/5.6, а також 100% кропи з центральної області та периферії кадру.

Неважко помітити, наскільки швидко з діафрагмуванням йдуть поздовжні хроматичні аберації у центрі кадру, хоча краї навіть на ~F/5.6 надто розмиті через кривизну поля та астигматизм.

Виходить, що успіх корекції сферохроматичних аберацій за відсутності спеціальних марок скла в апланатах Ріхтера дуже залежить від відносного отвору: навіть діафрагмування на 1/3-2/3 ступені EV сильно підвищує якість зображення. Мабуть, з цієї причини КО-140 має відносний отвір F/2.2, а чи не F/2. Тим не менш, новий об'єктив КО-140М при незмінній принциповій схемі і тих же простих марках скла світлосилу F/1.8! Як сильно позначається це як зображення? Відповідь можна надати за допомогою моделювання об'єктива Ріхтера в ANSYS Zemax.

Мною були введені параметри об'єктива з патенту US 1843519 та проведено масштабування до фокусної відстані 140 мм так, щоб об'єктив покривав кадр діагоналлю 58 мм (відповідає кадру 44×33 мм з невеликим запасом) з віньєтуванням не більше 60%. Апертурна діафрагма була розташована прямо на плоскопаралельній третій поверхні об'єктива. Далі проведено моделювання розміру абераційних плям, кривої поздовжньої хроматичної аберації, астигматичної форми поля та дісторсії для значень відносного отвору F/1.8 та F/2.2 при спектральному діапазоні 400-700 нм (спектральна функція типової CMOS-матриці). Результати наведені нижче на діаграмах.

Як можна помітити, з діафрагмуванням від F/1.8 до F/2.2 (2/3 EV) розмір плям сильно зменшився - ~3 рази для центру кадру і ~1.5-2 рази для краю кадру. При цьому поздовжній хроматизм зменшився в ~1.5 рази, ліквідовано виявилася і сферична аберація широких пучків.

Проведені розрахунки добре узгоджуються з перевагою оптичної якості, що спостерігається. КО-120 120/2.1 у порівнянні з КО-120М 120/1.8 на відкритому діафрагмі.

Невиправлені кривизна поля та астигматизм у сукупності визначають характерний малюнок об'єктива КО-140 та йому подібних: розмиття заднього плану при переході від центру до краю не зменшується, Як у випадку звичайних світлосильних об'єктивів через геометричне віньєтування, а навпаки - зростає, оскільки точка фокусу зміщується ближче до зображення. При цьому фокуси тангенціального і сагіттального пучків сильно розходяться від при переміщенні центру кадру до краю, що призводить до більшого дефокусування саме сагіттальних променів, в результаті чого об'єктив боці виглядає не лускатим, а закрученим. Апланати Ріхтера набагато сильніше «крутять» фон, ніж аналогічні їм за параметрами об'єктивів. схемою Петцваля, де розходження сагіттального та тангенціального пучків (тобто астигматизм) значно менше. При цьому апланати Ріхтера з меншою фокусною відстанню (наприклад, КО-90 90/1.9) крутять фон набагато сильніше, ніж апланати з великою фокусною відстанню, але і якість зображення по полю у довгофокусних варіантів вища.

Контраст зображення, що формується сильно залежить від якості чорніння внутрішніх поверхонь лінзоблоку і від наявності/відсутності елементів світлозахисту - діафрагм, ребра. Мій адаптований об'єктив показав себе добре у звичайних умовах освітлення, хоча у контровому світлі нерідко з'являється вуаль у деяких частинах кадру. Передача кольорів у КО-140 в цілому хороша для об'єктива з одношаровим просвітленням. Покриття з рожево-фіолетовим відблиском не надає негативного впливу на колір фотографіях, оскільки об'єктив має занадто малу кількість кордонів-скло повітря, що несуть просвітлення, щоб воно відчутно вплинуло на спектр світлопропускання об'єктива.

При використанні як кріплення до камери різьблення М42 КО-140 легко працює з кадром 36×24 мм, але, як показав досвід використання адаптованого об'єктива із шифт-адаптером, на середньоферматних камерах формату 44×33 мм краще як кріплення вибирати байонет EF для нівелювання віньєтки. Це стосується й інших об'єктивів - КО-90(М), КО-120(М), КО-140М, ЛОМО П-5.

Нижче наведено приклади фотографій, виконані на повнокадрову камеру Sony A7s за допомогою шифт-адаптера EOS-NEX.

Далі – фотографії Sony A7s, зроблені без використання шифт-адаптера.

Всі огляди кінопроекційних та кінознімальних об'єктивів:

1. РО3-3М 2/50
2. РО2-2М 75/2
3. ЛОМО РО501-1 F=100 1:2
4. РВ 500-1 F9 Див. 1:2 П
5. ЛОМО РО500-1 F=90 1:2
6. ЛЕНКІНАП РО500-1 F=9см 1:2 П
7. ЛОМО РО506-1 F=80 1:2
8. ЛЭТИ-60/60М F=92 1:2
9. 2/92
10. F=92 1:2
11. 16КП-1,4/65
12. 35КП-1,8/65
13. 35КП-1,8/70
14. 35КП-1,8/75
15. 35КП-1,8/85
16. 35КП-1.8/100
17. 35КП-1.8/120
18. 35КП-1,8/120 (З діафрагмою)
19. ЛОМО П-5 F=90 1:2
20. ЛОМО П-5 F=100 1:2
21. ЛЕНКІНАП ОКС1А-75-1 F=75 1:2 П
22. ЛОМО ОКС1-22-1 F=22 1:2.8
23. ЛОМО ОКС1-40-1 40/2.5
24. ЛОМО ОКС1-300-1 F=300 1:3.5
25. ЛОМО ОКС11-35-1 F=35 1:2
26. ЛОМО Ж-53 F=75 1:2
27. ЛОМО Ж-54 F=85 1:2
28. ЛОМО ОКП4-80-1 F=80 1:1,8
29. ЛОМО ОКП8-90-1 F=90 1:2
30. ОКП-6-70-1 F=70 1:1,8
31. Таїр-41 50/2
32. КО-120 1:2,1 120mm
33. КО-90 1:1,9 F = 9см
34. КО-120М 1: 1.8 F = 120mm
35. КО-120М 120/1.8 з діафрагмою та гелікоїдом
36. КО-120 1:2.1 F = 12см
37. ДОЗ "КО-140" 1:2,2 F-14см
38. Вега-9 2,1/50
39. МП РРФСР ГОЛОВУЧТЕХПРОМ ЗАВОД №6 ★ F=7.7см ★
40. МСО УРСР УТОГ УПП-1 ★ ХАРКІВ ★ F-7 СМ ★
41. Schneider Super Cinelux 70/2
42. Meopta Meostigmat 90/2
43. Meopta Meostigmat 100/1.7
44. Проекційні апланати: "Петцвалі" та "Ріхтери"

Імена об'єктивів відповідають їхньому точному написанню на корпусі.

Висновки

Кінопроекційний об'єктив КО-140 140/2.2 можна по праву назвати найкращим у лінійці КО за якістю зображення. Попри примітивну оптичну конструкцію, об'єктив має достатню багатьох завдань різкість при своєрідному, невластивому іншим об'єктивам малюнку, і навіть вражаючих параметрах. КО-140 140/2.2 добре підійде і для камер формату 44×33 мм – як «бокешистий» портретник (ЕФР=108 мм), і для кроп-камер – вже як різкий світлосильний телевізор.

Більше відгуків від читачів Радоживи знайдете тут.