O avtorju: Matjaž Intihar / e-Fotografija.si

Starejši objektivi so bili pravi “težkokategorniki”. V njih so prevladovale leče s primesmi svinca, ki so zaradi visoke gostote bistveno povečevale težo. Poleg tega so bila ohišja in mehanski deli izdelani skoraj izključno iz kovine, plastike skorajda ni bilo. Rezultat so bili izjemno čvrsti, robustni in praktično neuničljivi objektivi – takšni, ki so zdržali desetletja resne uporabe, a svetlobno močni so pogosto tehtali kilogram in več. Takratna tehnologija je pomenila kompromis: odlične optične lastnosti in vzdržljivost, a na račun mase in velikosti. In kot se spomnim, smo take objektive uporabljali vse do začetka 80-tih. Na proti njim, današnji objektivi delujejo ranljivo in plastično. Držati v roki 50mm objektiv, ki ima 500g ali zgolj 150g, ti da tak občutek.

Canon 50mm f0.95 iz leta 1961, teža 575g

 

Dober primer je Canon 400mm f/4.5 iz leta 1956, ki je tehtal 4 kg in imel zelo robustno kovinsko konstrukcijo. V primerjavi s tem je sodobni Canon RF 400mm f/2.8L IS (članek: Canon RF - super teleobjektivi), kljub večji svetlobni moči lažji (okoli 2,9 kg) in optično bistveno naprednejši, saj uporablja fluoritne in ED leče ter napredno stabilizacijo. To kaže, kako so sodobni materiali zmanjšali težo, povečali zmogljivost in dodali funkcionalnosti, ki so bile nekoč nepredstavljive.

Danes je razvoj močno usmerjen v kompaktnost in nizko težo, saj so kamere namenjene hitremu, lahkotnemu delu na terenu. Čeprav ob besedi »leča« še vedno najprej pomislimo na kos brušenega stekla, je sodobna optika veliko bolj raznolika. Objektivi niso več sestavljeni samo iz klasičnih steklenih elementov, temveč združujejo različne materiale in tehnologije: posebna optična stekla z nizko disperzijo, fluoritne kristale, plastične elemente, pa tudi napredno oblikovane (molded) leče, ulite v kalupe. Vse to z enim ciljem – narediti objektive lažje, manjše in hkrati optično zmogljivejše.

Kratek zgodovinski pregled

Klasično optično steklo (19. stoletje)
Prve fotografske leče so v 19. stoletju izdelovali iz navadnega stekla, ki je imelo precej omejene lastnosti. Zaradi visoke disperzije so bile fotografije pogosto obremenjene s kromatskimi aberacijami (obarvani robovi okoli kontrastnih linij). Da bi dosegli zadovoljivo korekcijo, so morali uporabiti več elementov, kar je povečalo dimenzije in težo objektivov. Znani proizvajalci, kot sta Zeiss in Voigtländer, so že v 19. stoletju začeli eksperimentirati z različnimi steklenimi zlitinami.

Svinec v steklu (konec 19. – 20. stoletje)
Eden od velikih napredkov je bil dodatek svinca v steklu. S tem so nastale t. i. “flint leče”, ki so imele visok lomni količnik in zmanjšano disperzijo. To je omogočilo izdelavo bolj kompaktnih leč z boljšo korekcijo barvnih napak. Svinčeno steklo je bilo tudi mehkejše, kar je olajšalo brušenje in poliranje. Dolga desetletja je bil svinec standard v optiki, vse do 70. in 80. let 20. stoletja, ko so zaradi okoljskih in zdravstvenih tveganj začeli razvijati alternative.

Nizkodisperzijska stekla (ED, UD, Super ED …, od 1970 naprej)
Ko se je uporaba svinca začela opuščati, so proizvajalci (najprej Nikon, nato Canon, Zeiss in drugi) razvili posebna optična stekla z nizko disperzijo. Nikon je že v 70. letih predstavil oznako ED (Extra-low Dispersion), Canon pa UD (Ultra-Low-Dispersion). Ta stekla so bistveno zmanjšala kromatske aberacije in izboljšala kakovost slike pri teleobjektivih. Danes so ED-elementi standard v skoraj vseh sodobnih objektivih srednjega in višjega razreda.

Fluoritne leče (od 1969 naprej)
Canon je bil med prvimi, ki je v svojih teleobjektivih uporabil fluorit – naravni kristal, ki ima izjemno nizko disperzijo. Fluoritni elementi so omogočili optično izjemno čiste teleobjektive z minimalnimi barvnimi napakami. Slabost fluorita je krhkost in visoka cena, zato se uporablja predvsem v najdražjih modelih, kot so superteleobjektivi za šport in naravo. Eden najbolj znanih primerov, ki je fluoritu prinesel tudi veliko reklamo, je Canon FL-F 300 mm f/2.8 S.S.C. Fluorite.

Na Helsinški konferenci v 70. letih je fotograf Franco Rossi s tem objektivom, skupaj z 2× telekonverterjem, posnel Henryja Kissingera, ko je bral zaupne dokumente. Na fotografiji je bil jasno razviden napis »Top Secret Sensitive Exclusively Eyes Only Contains Codeword«. Canon je ta dogodek uporabil kot dokaz, kako neverjetno ostrino in ločljivost omogoča fluoritna optika – celo na razdalji, kjer bi večina drugih objektivov odpovedala. Ta zgodba lepo pokaže, da fluoritne leče (oziroma nove tehnološke rešitve) niso bile, le tehnološki preskok na papirju, temveč so v praksi omogočile fotografom ujeti detajle, ki so bili prej nepredstavljivi.

Plastika (od 1980 naprej)
Z razvojem kompaktnih kamer in kasneje digitalnih fotofonov so v objektive začeli vgrajevati tudi plastične leče. Njihova prednost je lahkost, nizka cena in enostavnost oblikovanja kompleksnih površin. Slabost pa je večja občutljivost na praske in temperaturne spremembe. Danes so plastične leče standard v fotofonih, kjer majhni prostori zahtevajo inovativne rešitve.

Molded leče (GMo – Glass Molded Aspherical, od 1990 naprej)
Ena največjih revolucij v zadnjih desetletjih je bila možnost litja stekla in polimerov v kalupe. Tako imenovane molded leče so omogočile izdelavo zapletenih asferičnih površin z veliko natančnostjo in serijsko ponovljivostjo. Namesto dragih in dolgotrajnih postopkov brušenja in poliranja, se asferične oblike zdaj lahko izdelujejo serijsko.

• V profesionalnih objektivih prevladuje steklo, saj je optično bolj stabilno.

V fotofonih pa skoraj vedno najdemo plastične molded leče, saj so lahke, poceni in omogočajo izjemno zapletene oblike, ki na zelo majhnem prostoru korigirajo napake, ki bi jih nekoč odpravili z več velikimi steklenimi elementi.

 

Izdelava leč nekoč

Ko sem s skupino novinarjev obiskal tovarno Zeiss, so nas povabili na kratek tečaj spoznavanja, kako so nekoč izdelovali leče. Vsak od nas je dobil v roke posebno orodje in kalup, v katerega je bila vstavljena polirana polkrožna leča. Postopek je bil preprost, a zahteven: lečo si moral s krožnimi gibi drgniti ob kalup, namazan z značilno rdečkasto pasto. Ta pasta ni bila navadna barva, temveč posebna polirna smola iz oksida cerija (CeO₂), ki se v optiki uporablja že več kot stoletje. Prav cerijev oksid omogoča mikroskopsko natančno poliranje stekla do popolne prosojnosti in brezhibne gladkosti površine.

Ko so bile posamezne leče zbrušene in spolirane, je sledil enako zahteven postopek – sestavljanje in lepljenje v optične skupine. V zgodovini fotografije je imel pri tem pomembno vlogo kanadski balzam, naravna smola iz iglavcev, ki so jo optiki uporabljali že v 19. stoletju. Njegova posebnost je bila v tem, da ima skoraj enak lomni količnik kot steklo, zato je pri lepljenju dveh leč optična meja med njima praktično izginila. Tako so lahko izdelovali achromatske in druge sestavljene leče brez dodatnih izgub svetlobe ali povečanja odbojev.

Danes te postopke večinoma opravljajo računalniško vodeni stroji, kanadski balzam pa so zamenjala sodobna sintetična lepila na osnovi epoksidnih smol in UV-strjujočih polimerov. Kljub temu ostaja obisk Zeissove tovarne čudovit vpogled v čas, ko je bila vsaka leča dobesedno ročno delo – od brušenja s pasto do natančnega lepljenja, pri katerem je vsaka poteza mojstra odločala o kakovosti končne slike.

Primer - Kako so se Canonovi EF 400mm f/2.8 L IS USM objektivi razvijali skozi generacije:

Prva generacija (1988) - 5,37 kg
Ogromni stekleni elementi, svinčena in težka stekla, robustna kovinska konstrukcija. To so bili objektivi, ki so zahtevali monopod in niso bili prijazni za daljše nošenje.

Druga generacija (2011) - 3,85 kg
Vgradnja fluoritnih in UD leč je zmanjšala maso skoraj za poldrugi kilogram, ob tem pa izboljšala korekcijo kromatskih aberacij. Še vedno težak objektiv, a bistveno bolj mobilen kot predhodnik.

Tretja generacija (2018) - 2,84 kg
Uporaba novih Super UD stekel, dodatnih fluoritnih elementov, optimizirane mehanske zasnove in lažjih materialov v ohišju je maso znižala pod 3 kg – skoraj za polovico glede na prvo generacijo. Danes je to objektiv, ki ga lahko fotografi nosijo v roki bistveno dlje časa.

 

Glavni materiali in načini izdelave leč

Optično steklo

Najbolj tradicionalen material v fotografiji.

Nastane s taljenjem kremenčevega peska (SiO₂), ki mu dodajajo različne primesi: bor (B₂O₃), aluminij (Al₂O₃), kalij, barij, titanov oksid (TiO₂) in v preteklosti svinec (PbO).

S primesmi spreminjajo lomni količnik, disperzijo in odpornost na temperaturne spremembe.

Uporablja se v objektivih višjega razreda, kjer je potrebna stabilna kakovost slike in dolga življenjska doba.

 

Plastika (organski polimeri)

Leče iz polimernih materialov, kot so PMMA (polimetil metakrilat), PC (polikarbonat) ali COP (ciklični olefinski polimer).

Prednosti: lažje, cenejše, omogočajo enostavno masovno proizvodnjo in zapletene oblike.

Slabosti: večja občutljivost na praske, manjša kemična in temperaturna stabilnost, višja občutljivost na UV svetlobo.

Pogoste v kompaktnem razredu, fotofonih in manjših objektivih.

 

Asferične leče (ASPH)

Lahko iz stekla ali polimernih materialov.

Površina ni popolnoma sferična, ampak posebej oblikovana (računalniško izračunane krivulje), da korigira sferične in kromatske aberacije.

Omogoča manjše in lažje objektive z manj elementi.

Tehnologije izdelave: klasično brušenje, stiskanje (pressed) ali litje v kalup (molded).

 

Molded Glass (GM ali GMo – Glass Molded)

Leče niso brušene, temveč ulite iz staljenega stekla v natančne kalupe.

Pogosto uporabljeni materiali so stekla s primesmi borata, barija, titana.

Omogočajo izdelavo zelo zapletenih asferičnih oblik z visoko natančnostjo in serijsko ponovljivostjo.

Prednosti: serijska natančnost, manj optičnih napak, cenejša serijska proizvodnja.

Slabosti: omejena velikost elementov (večinoma manjši premeri).

 

ED, UD, Super ED … (Extra-low / Ultra-low Dispersion Glass)

Posebna optična stekla z nizko disperzijo, ki zmanjšujejo kromatske aberacije.

Doseženo s primesmi, kot so fluoridi (npr. CaF₂ v sintetični obliki), redkozemeljski oksidi (lantan, cerij) in posebne steklene zlitine.

Običajno v teleobjektivih in optiki višjega razreda.

Prednost: visoka korekcija aberacij brez uporabe svinca.

 

Fluoritne leče

Narejene iz naravnih ali sintetičnih kristalov kalcijevega fluorida (CaF₂).

Imajo zelo nizko disperzijo in visoko prepustnost svetlobe.

Prednosti: izjemna korekcija barvnih napak, zelo čista slika, pomembno pri dolgih goriščnicah.

Slabosti: krhki, zahtevni za obdelavo, dragi.

Zato se uporabljajo predvsem v najdražjih teleobjektivih.

 

Zaključek – od svinca do prihodnosti optike

Razvoj objektivov je lep primer, kako se tehnologija prepleta z znanostjo in prakso. Od težkih svinčenih leč, ki so jih optični mojstri brusili in lepili ročno in robustnih kovinskih ohišij, smo prišli do današnjih objektivov, kjer se prepletajo steklo, fluorit, plastika, posebne zlitine in napredne »molded« tehnologije. Današnji objektivi so lažji, zmogljivejši in bolj kompaktni, hkrati pa omogočajo kakovost slike, ki je bila pred nekaj desetletji nepredstavljiva.

Danes so v uporabi že difrakcijske Fresnel leče (članek: Fresnelove leče - DO / PF objektivi), napredni nano premazi za preprečevanje odbojev, umetni kristali in celo nove oblike stekla in plastike, ki omogočajo bolj kompaktne in optično izpopolnjene zasnove. Vzporedno z razvojem optike je vedno bolj prisotna tudi računalniška obdelava - manjši in lažji objektivi se dopolnjujejo z algoritmi, ki odpravljajo optične napake, katere niti najboljša stekla ne morejo povsem odstraniti.

Vse skupaj že danes kaže, da objektivi združujejo najboljše iz obeh svetov - vrhunsko optično zasnovo in pametno programsko obdelavo. Nadaljnji razvoj bo zanesljivo še bolj povezan z AI tehnologijo, ki bo omogočala v realnem času odpravljanje popačenj, prilagajanje ostrine in celo ustvarjanje povsem novih slikovnih izkušenj. Če so bili nekoč objektivi zgrajeni, da zdržijo desetletja kot kovinski in stekleni »oklepi«, so danes zasnovani tako, da sledijo mobilnosti, hitrosti in kompaktnosti - in z umetno inteligenco že stopamo v obdobje, kjer optika in digitalna obdelava postajata neločljivo povezana.

O avtorju: Matjaž Intihar / e-Fotografija.si