W szóstej część historii Nikkorów, podobnie jak w części poprzedniej przybliżymy Czytelnikom pewne niuanse konstrukcji optycznej oraz mechanicznej obiektywów. I choć większość ze wspomnianych tu rozwiązań technicznych nie jest widoczna gołym okiem, mają one ogromny wpływ na własności obiektywu.

Zaczniemy od szkła o niskiej dyspersji ED. Wraz z upowszechnieniem się Nikona F w latach 60-tych, coraz więcej użytkowników „zasmakowało” w fotografowaniu długoogniskowymi Nikkorami. Nippon Kogaku miał świadomość popularności tych Nikkorów i posiadał sporą ofertę „długich rurek”. Otwór względny wczesnych tele-Nikkorów wahał się w przedziale od f/2.5 do f/8. Firma oczywiście zdawała sobie sprawę, że rynek oczekuje obiektywów coraz jaśniejszych, ale samo powiększanie otworu względnego, bez zmian w korekcji układu optycznego było bezcelowe. Barierą okazała się aberracja chromatyczna, nieunikniona w układach długoogniskowych. O ile w fotografii czarno-białej jej występowanie nie jest aż tak dotkliwe, to w wypadku fotografowania na materiałach barwnych problem nabiera znaczenia – barwne obwódki wokół kontrastowych krawędzi przedmiotów na zdjęciu znacznie psują wrażenie ostrości i ogólnego kontrastu. Problem polega na tym, że ognisko dla fal czerwonych nie pokrywa się z ogniskiem dla fal niebieskich a ogniska wszystkich barw pośrednich leżą pomiędzy. Jest to efektem tzw. dyspersji, czyli innego załamywania przez soczewki światła o różnej długości fali. Skorygowanie tej wady – czyli achromatyzacja układu optycznego jest możliwa przy użyciu tradycyjnych gatunków szkła z grupy kronu i flintu, ale zdecydowanie lepsze rezultaty daje stosowanie szkła o niskiej dyspersji. Pierwszym znanym gatunkiem szkła o niskiej dyspersji był fluoryt – szkło optyczne oparte na fluorku wapnia. Posiada ono doskonałe własności dyspersyjne (ogniskowa soczewki jest w dużym zakresie długości fali stała), ale szkło fluorowe jest bardzo delikatne mechanicznie. Dlatego poza Canonem żaden inny producent nie zdecydował się na wielkoskalowe wprowadzenie szkła fluorytowego do optyki fotograficznej. Znajduje ono za to szerokie zastosowanie w optyce astronomicznej z najwyższej półki.

----- R E K L A M A -----

FUJIFILM X-T50 Z RABATEM 800 ZŁ!

Fujifilm X-T50 SILVER + 16-50/2.8-4.8...

8248 zł 7448 zł

Fujifilm X-T50 SILVER + 15-45/3.5-5.6

7298 zł 6498 zł

Fujifilm X-T50 SILVER BODY

6748 zł 5948 zł

Fujifilm X-T50 BLACK BODY

6748 zł 5948 zł

Raty 0%. Zostaw swój sprzęt w rozliczeniu.

Sytuacja zmieniła się, gdy Nippon Kogaku na początku lat 70-tych opracował nowy gatunek szkła, odznaczający się niską dyspersją, ale znacznie łatwiejszy i tańszy w produkcji. Równie ważny był fakt, że nowe szkło było mechaniczne równie trwałe, jak zwykłe gatunki szkła optycznego. Szkło to nazwane zostało ED (od Extra-Low Dispersion) i swoją premierę miało w Nikkorze 300 mm f/2.8 IF-ED. Z biegiem czasu soczewki ED znalazły się w stałoogniskowych Nikkorach o dłuższych ogniskowych, jak choćby Nikkor 400 mm f/3.5 IF-ED, Nikkor 400 mm f/2.8 IF-ED czy Nikkor 600 mm f/4 IF-ED. Znacznie lepsza korekcja aberracji chromatycznej układów optycznych z soczewkami ED skłoniła Nikona do zastosowania szkła ED również w obiektywach o krótszej ogniskowej, takich jak Nikkor 180 mm f/2.8, oraz o stosunkowo niewielkim otworze względnym, jak choćby Nikkor 300 mm f/4.5 IF-ED. W zależności od ogniskowej i otworu względnego, układy optyczne Nikkorów zawierały jedną, dwie lub trzy soczewki ED, zawsze umieszczone w przedniej części obiektywu. Usunięcie aberracji chromatycznej w przedniej części układu optycznego umożliwiało utrzymanie dobrej korekcji aberracji chromatycznej w dalszej części obiektywu za pomocą soczewek konwencjonalnych.

Wykres ilustrujący przesunięcie ogniska dla różnych rodzajów szkieł w zależności od długości fali

Wyjątkowym obiektywem był Nikkor 300 mm f/2 IF-ED, który podczas Igrzysk Olimpijskich w Los Angeles wywoływał sensację. Obiektyw posiadał niespotykany dotąd otwór względny f/2, a mimo to dawał perfekcyjne zdjęcia. Tak dobre rezultaty otrzymano dzięki zastosowaniu aż trzech ogromnych soczewek ED w przedniej części obiektywu (są to soczewki pierwsza, druga i czwarta). Bez szkła o niskiej dyspersji zbudowanie tak jasnego teleobiektywu w ogóle nie byłoby możliwe.

Schemat budowy Nikkora 300 mm f/2 IF-ED z zaznaczonymi trzema ogromnymi soczewkami ze szkła niskodyspersyjnego ED

Pierwszym zoomem wyposażonym w szkło o niskiej dyspersji był potężny Zoom-Nikkor 180-600 mm f/8 ED. Obiektyw ten posiada dwie soczewki ED. Jedna z nich znajduje się jak zawsze w przedniej części obiektywu, druga zaś po raz pierwszy umieszczona została środkowej części układu optycznego. Innym ciekawym ED-zoomem Nikona był Zoom-Nikkor 50-300 mm f/4.5 ED – to pierwszy Nikkor, w którym szkło ED użyte zostało przy standardowej ogniskowej. W tym wypadku jedna soczewka ED, wystarczyła, by uzyskać znaczną poprawę ostrości w porównaniu z poprzednią wersją tego obiektywu bez szkła niskodyspersyjnego.

Zoom-Nikkor 180-600 mm f/8 ED z dwoma soczewkami ze szkła niskodyspersyjnego ED. Jedna z soczewek po raz pierwszy została umieszczona w środku układu.

W latach 90-tych szkło ED upowszechniło się na tyle, że rozpoczęto jego montaż również w optyce amatorskiej, jak choćby w AF-Zoom Nikkorze 70-300 mm f/4-5.6D ED, a także w zawodowej optyce szerokokątnej, jak w AF-Nikkorze 14 mm f/2.8 ED czy zoomach 17-35 mm f/2.8 D IF-ED lub 18-35 mm f/3.5-4.5 D IF-ED.

Kolejnym ważnym rozwiązaniem technologicznym było zastosowanie powłok antyodbiciowych – początkowo jednowarstwowych, później wielowarstwowych. Stosowanie tych powłok wymagane jest, by skutecznie walczyć z promieniami światła, które podczas przechodzenia przez układ optyczny ulegają odbiciu od powierzchni soczewek lub całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Promienie takie nie tworzą obrazu zgodnie z prawami optyki geometrycznej, ale docierają do płaszczyzny obrazu w sposób chaotyczny wpływając na obniżenie kontrastu, zwykle formują również refleksy o przeróżnym kształcie – często otworu przysłony. Walka z odbiciami opiera się na wykorzystaniu zjawisk falowych, a dokładniej mówiąc interferencji. Po napyleniu na soczewkę warstwy o grubości rzędu długości fali światła, w warstwie tej następuje „wygaszenie” światła o długości fali równej grubości warstwy. Pierwsze Nikkory posiadały takie właśnie proste, jednowarstwowe powłoki a ich obecność wspomniana była literą „C” w nazwie obiektywów. Aby obiektyw zachowywał neutralne oddanie kolorów, posiadać musi powłoki tłumiące odbicia w całym zakresie długości fal. Powłoki nanoszone są na powierzchnie soczewek poprzez napylanie próżniowe, które odbywa się w wyjątkowo sterylnych warunkach. Aby zapewnić sobie kontrolę nad stałą grubością powłoki oraz jej równomiernym napylaniem, wykorzystuje się elektrostatyczne ładowanie soczewki i materiału napylanego przeciwnymi ładunkami elektrycznymi.

Zastosowanie powłoki antyodbiciowej pozwala zmniejszyć ilość odbijanego światła nawet kilkukrotnie.

Opracowane w latach 70-tych powłoki NIC (Nikon Integrated Coatings) oraz pochodzące z lat 80-tych powłoki SIC (Super Integrated Coating) są powłokami wielowastwowymi. Oznacza to, że na powierzchni soczewki napylone są warstwy o różnych grubościach, odpowiedzialne za tłumienie odbitych fal o ściśle określonych długościach. Bardzo istotny dla optymalnego działania układu optycznego jest odpowiedni dobór powłok do poszczególnych powierzchni optycznych. Obecnie dobór taki wykonuje się metodą symulacji komputerowej. W jej trakcie sprawdza się które promienie światła (w zależności od kąta padania na przednią soczewkę) rozszczepiane są najsilniej i gdzie biegną „niechciane” promienie o poszczególnych barwach. Następnie tak dobiera się ilość, grubość i rodzaj powłok, by do płaszczyzny obrazu dotarło ich jak najmniej. Ponieważ taka optymalizacja jest zawsze jakimś kompromisem, nigdy nie udaje się to w 100 % - dlatego nawet w najbardziej zaawansowanym obiektywie da się znaleźć takie jego ustawienie względem źródła światła, przy którym powstaną zauważalne odblaski. Problem jest najpoważniejszy w wielosoczewkowych obiektywach szerokokątnych (stało- i zmiennoogniskowych) zaś najmniej dokuczliwy jest w przypadku prostych optycznie obiektywów długoogniskowych, gdzie kąt padania światła zmieniać się może w stosunkowo małych granicach. Najnowszą zdobyczą Nikona w dziedzinie powłok antyodblaskowych są powłoki nanokrystaliczne Nano Crystal Coat (Nanocoat). Ich cechą szczególną jest wyjątkowo niski współczynnik załamania światła, o wartości około n=1.2; niższy niż w przypadku wszystkich gatunków szkła optycznego. Dzięki temu uzyskano zdecydowanie skuteczniejsze tłumienie odblasków w szerokim zakresie długości fali. Nazwa powłoki wiąże się z faktem, że ma ona strukturę płaskich kryształów, a grubość powłoki wynosi od 1 do 10 nanometrów.

Na Nikkorach z soczewkami pokrytymi powłokami Nanocoat można znaleźć grawerowaną tabliczkę, która nas o tym informuje.

Bez wątpienia najważniejszym osiągnięciem Nikona pod koniec XX wieku było opracowanie technologii VR, czyli redukcji drgań. Dzięki temu usunięto odwieczny problem fotografowania z ręki, czyli poruszenie zdjęcia. Zwykle jest ono wywołane przez stosowanie zbyt długiego czasu ekspozycji lub zbyt długiej ogniskowej. VR-Nikkory są w stanie w czasie realnym analizować chaotyczny ruch obiektywu w dwóch głównych kierunkach (pion-poziom oraz lewo-prawo) i na tej podstawie, na drodze optycznej, usuwać poruszenie wynikające właśnie z niewielkich przemieszczeń osi obiektywu. W każdym obiektywie znajdują się dwa czujniki przyśpieszeń kątowych, które 1000 razy na sekundę analizują co dzieje się z obiektywem. Dane te przesyłane są do wbudowanego w obiektyw procesora, który informowany jest również o aktualnej ogniskowej. Na podstawie tych danych wyliczane jest wymagane przesunięcie grupy optycznej odpowiedzialnej za redukcję drgań. Dwa błyskawicznie działające silniki Voice Coil Motor (po jednym dla każdego kierunku) natychmiast wykonują polecenia mikroprocesora i w czasie realnym na bieżąco korygują położenie grupy odpowiedzialnej za usunięcie poruszenia.

Praca układu redukcji drgań VR.

Na etapie projektowania obiektywu z układem VR zawsze podejmowana jest decyzja, które grupy optyczne będą odpowiedzialne za usunięcie poruszenia. Ponieważ praca układu VR wymaga, by grupy te wysunięte były poza oś optyczną, do redukcji drgań wybiera się te grupy, które w położeniu pozaosiowym wprowadzają najmniejsze aberracje. Pierwsze obiektywy VR były w stanie na tyle skutecznie usunąć drgania, że można było stosować czasy ekspozycji dłuższe o trzy działki (np. 1/30 s. zamiast 1/250 s.); obiektywy wyposażone w drugą generację są jeszcze skuteczniejsze i pozwalają wydłużyć czas ekspozycji o cztery działki. Dodatkowo posiadają one dwa tryby redukcji drgań: Normal i Active, które stosowane powinny być w zależności od warunków w jakich się fotografuje.

Lokalizacja ruchomej grupy soczewek systemu VR w obiektywie Nikkor AF-S DX VR 55-200 mm f/4-5.6G IF-ED. Ponieważ praca układu VR wymaga, by grupy te wysunięte były poza oś optyczną, do redukcji drgań wybiera się te grupy, które w położeniu pozaosiowym wprowadzają najmniejsze aberracje.

Pierwszym produktem Nikona z technologią VR był....aparat kompaktowy Nikon Zoom 700 VR QD, wypuszczony na rynek w roku 1994, a więc na długo przed pierwszym obiektywem „IS” Canona. Pierwszym wymiennym Nikkorem z funkcją VR był ciągle produkowany AF-VR Zoom-Nikkor 80-400 mm f/4.5-5.6D ED. Następnie funkcja VR pojawiła się w zawodowym zoomie 70-210 oraz w uniwersalnym zoomie amatorskim 18-200. Obecnie funkcja VR osiągalna jest nawet w najprostszych zoomach amatorskich serii DX.

W kolejnym – ostatnim już – odcinku poświęconym historii Nikkorów, przedstawimy obiektywy „naj”: najciekawsze, najsławniejsze, najbardziej ekstremalne Nikkory kiedykolwiek zbudowane...

Informacje na temat produktów firmyNikon znajdują się na stronie www.nikon.pl.

Zapraszamy do lektury kolejnego artykułu z cyklu - "75 lat marki Nikkor – naj... naj... naj..., czyli „the best of” najciekawszych Nikkorów".

O autorze:
Marcin Górko (ur. w 1971 r.) - absolwent Politechniki Łódzkiej oraz dyplomowany instruktor fotografii. Pierwszy poważny kontakt z optyką miał w 1988 r., kiedy zaczął interesować się astronomią. Rok 1993 to początek jego przygody ze sprzętem fotograficznym firmy Nikon. W tym samym roku nawiązał współpracę z czasopismem "Foto Kurier". Autor pierwszego w Polsce kompendium na temat sprzętu fotograficznego Nikon "System Nikona". Od 2005 r. współpracownik Nikon Polska, gdzie zajmuje się głównie sprzętem Sport Optics. Współautor wydanej przez Nikon Polska książki "Radość Fotografowania".