Ultrawide φακοί: Τα μυστικά της σχεδίασης

Για τα συνηθισμένα φωτογραφικά φορμά, ένας φακός ονομάζεται στάνταρ όταν η εστιακή του απόσταση είναι ίση με την διαγώνιο του φορμά της μηχανής στην οποία χρησιμοποιείται. Έτσι, ο κλασσικός 50mm θεωρείται στάνταρ σε μηχανή με αισθητήρα 24x36mm (φιλμ 35mm), επειδή η διαγώνιος αυτού του φορμά είναι 43mm. Φακοί με μικρότερες εστιακές αποστάσεις θεωρούνται ευρυγώνιοι και με μεγαλύτερες, τηλεφακοί.

Όσο μικραίνει η εστιακή απόσταση, τόσο πιο ευρυγώνιος είναι ο φακός, και βεβαίως, τόσο μεγαλύτερη η αντίστοιχη γωνία κάλυψης. Γενικά, αποκαλούμε κλασσικούς ευρυγώνιους τους φακούς 35mm και 28mm. Πιο κάτω, στην κατηγορία από 24mm ως 15mm μιλάμε για υπερευρυγώνιους (ultrawide). Στον πίνακα 1 φαίνονται οι oπτικές γωνίες για τις ευρυγώνιες εστιακές αποστάσεις, στο φορμά 35mm (film ή αισθητήρες full frame). Οι compact μηχανές αναφέρουν τις εστιακές αποστάσεις των φακών τους με ισοδυναμία 35mm, οπότε και γι αυτές ισχύει ο πίνακας.

Πινακας 1: Οπτικες γωνιες  ευρυγωνιων φακων

Σχεδιαστικά προβλήματα ευρυγώνιων φακών

(i) Βινιετάρισμα
Το βινιετάρισμα (:light fall-off) είναι το αποτέλεσμα που προκαλείται όταν περισσότερο φως φθάνει στο κέντρο του ειδώλου απ’ ότι στα άκρα (συνήθως σκοτεινιάζουν οι γωνίες). Ας θυμηθούμε κάποιες τυπικές μορφές βινιεταρίσματος.
(α)  Το μηχανικό βινιετάρισμα προέρχεται από κάποιο φυσικό εμπόδιο που εμποδίζει το φως να φθάσει ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια του αισθητήρα. Έχει τη μορφή σταδιακής περιφερειακής συσκότισης που είναι εμφανής στις γωνίες του ειδώλου. Αυτή τη μορφή  βινιεταρίσματος την έχουν βιώσει εμπειρικά οι φωτογράφοι με διάφορους τρόπους: “φυσικά εμπόδια” μπορεί να αποτελέσουν αντικείμενα όπως πρόσθετα φίλτρα, ένα ακατάλληλο παρασολέιγ (lens hood) ή ο,τιδήποτε άλλο εμποδίζει το φως να φθάσει στον φακό.
(β)  Το οπτικό βινιετάρισμα προκαλείται από ελαττώματα της οπτικής σχεδίασης. Κατά κανόνα παρατηρείται σε υπερευρυγώνιους φωτεινούς φακούς, όταν χρησιμοποιούνται στο μέγιστο (πιο φωτεινό) διάφραγμα. Η φωτεινή δέσμη που φθάνει στον φακό παράλληλα με τον άξονά του (κάθετα στο εμπρόσθιο οπτικό στοιχείο), περνά προς τον αισθητήρα χωρίς απώλειες, ενώ όταν προσπίπτει στον φακό υπό μεγάλες γωνίες, ανακλάται διαδοχικά στα εσωτερικά τοιχώματα, και εμποδίζεται μερικώς από το διάφραγμα. Τόσο το μηχανικό όσο και το οπτικό βινιετάρισμα εξαφανίζονται με το κλείσιμο του διαφράγματος κατά 1-2 stop.

(γ)  Το βινιετάρισμα στους αισθητήρες είναι άλλο ένα πρόβλημα και έχει σχέση με την γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων φωτός. Ειδικά στους ευρυγώνιους φακούς, οι ακτίνες που προέρχονται από τα άκρα (περιφέρεια) προσπίπτουν στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια, όχι κάθετα αλλά υπό μεγάλη σχετικά γωνία. Αυτό δεν επηρεάζει την διαδικασία σχηματισμού ειδώλου στο φιλμ, αφού είναι μία επιφάνεια δύο διαστάσεων. Αντίθετα, οι αισθητήρες των ψηφιακών μηχανών λειτουργούν πιο επιλεκτικά, επειδή ουσιαστικά είναι τρισδιάστατες γεωμετρικές κατασκευές. Πράγματι, τα pixel από τα οποία αποτελείται ο αισθητήρας έχουν βάθος (τρίτη διάσταση): κάθε pixel μοιάζει με βαρελάκι, στον πυθμένα του οποίου είναι τοποθετημένη η φωτοευαίσθητη δίοδος πυριτίου, όπου πρέπει να φθάσει το φως ώστε να γίνει η καταγραφή του (Σχ. 1). Και ενώ το φως από το κέντρο του φακού φθάνει εύκολα στον “πυθμένα”, αντίθετα, το φως που προέρχεται από την περιφέρεια (τα άκρα) του φακού προσπίπτει στον αισθητήρα υπό μεγάλη σχετικά γωνία, με αποτέλεσμα μεγάλο ποσοστό του να σκεδάζεται (διασκορπίζεται). Συνακόλουθα, είναι πιθανή η εμφάνιση οπτικών παραμορφώσεων όπως χρωματικές εκτροπές και “βινιετάρισμα”.

Retrofocus

Στις ρεφλέξ μηχανές είναι προφανές ότι η απόσταση του αισθητήρα από το οπίσθιο στοιχείο του φακού, πρέπει να αφήνει αρκετό χώρο για την μηχανική λειτουργία του επαναφερόμενου καθρέπτη. Ωστόσο, όταν η εστιακή απόσταση μειωθεί πέραν κάποιου σημείου (28mm) ο χώρος μεταξύ αισθητήρα και φακού, δεν επαρκεί για τον καθρέπτη. Γι αυτό στους υπερευρυγώνιους εφαρμόζεται σχεδίαση “retrofocus” μια ασυμμετρική διάταξη οπτικών στοιχείων που εφευρέθηκε από την Angenieux και επιτρέπει η πραγματική εστιακή απόσταση να είναι μεγαλύτερη από τη θεωρητική του φακού χωρίς όμως να αλλάζει η οπτική του ταυτότητα. (βλ. Σχήμα 2)

Φορμά APS-C και εστιακή απόσταση φακών

Οι περισσότερες ψηφιακές ρεφλέξ (DSLR) στην θέση του φιλμ χρησιμοποιούν αισθητήρα με διαστάσεις μικρότερες από αυτές του φιλμ 35mm (εννοούμε πάντα την πλειοψηφία των DSLR που χρησιμοποιούν αισθητήρα διαστάσεων APS, περίπου 23,7×15,6mm). Οι μικρότερες διαστάσεις του αισθητήρα επιφέρουν φαινομενική αύξηση της εστιακής απόστασης του φακού κατά συντελεστή 1,5x. Πρακτικά λοιπόν, ο ίδιος φακός που σε φορμά 35mm είχε εστιακή απόσταση π.χ. 50mm, εάν τοποθετηθεί σε παρόμοια ψηφιακή DSLR θα έχει φαινομενική εστιακή απόσταση 75mm (50×1,5). Έτσι, όσοι χρησιμοποιούν ευρυγώνιους φακούς, αντιλαμβάνονται ότι “έχασαν” το πεδίο κάλυψης που είχαν συνηθίσει, και ψάχνουν για νέους φακούς οι οποίοι θα είναι όντως ευρυγώνιοι στο ψηφιακό φορμά APS. Οι περισσότερες εταιρείες έχουν ήδη ανταποκριθεί στην ανάγκη αυτή παρουσιάζοντας φακούς με πολύ μικρή εστιακή απόσταση, ώστε να παραμείνουν ευρυγώνιοι και στις ψηφιακές μηχανές. Συνεπώς, πρέπει να γνωρίζουμε ότι σε οποιονδήποτε φακό που χρησιμοποιείται σε μηχανή ρεφλέξ με αισθητήρα διαστάσεων APS-C, η ισοδύναμη εστιακή του απόσταση που αντιστοιχεί στο φορμά 35mm πολλαπλασιάζεται x1,5. Δηλαδή φακός π.χ. 18mm-50mm φαίνεται σαν 27mm-75mm.

κείμενα Γιώργος Κλαδούχας

Αναδημοσίευση από τον ΦΩΤΟγράφο 204, Δεκέμβριος, 2010