Sony A7R4 (61 MP) vs Agfa APX100 (B&W-Film) – Analog vs Digital comparison

This article describes, how I made the resolution-power of lenses digitally measurable on analog film  and COMPARABLE to the data, which are directly measured on digital sensors – using the same algorithm: IMATEST.

Since a long time I am looking for an experimental set-up, which allows me to understand, how the information content of the exposure on an analog film compares to the digital data from a digital sensor – looking through the same lens. Resolution being the main point of interest for me in this case.

Just to give you a quick impression of my results I show here the resolution charts from IMATEST on B&W-film (Agfa APX100) and on Sony A7R4 (61 MP), using the same Olympus SLR-lens OM 28mm f/2.8 (introduced 1973) – (the method will be explained in detail further down in this article):

Fig. 1: Resolution-chart, generated with Olympus OM Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 lens on black and white negative film (Agfa APX100) and filmscanner reflecta RPS 10M – MTF30-resolution-values from center to corner for all apertures – source: fotosaurier

I do not think, that these are the „real“ limiting MTF30 resolutions values of the lens. These may be definitely higher – especially in the range betweenf f/5.6 and f/16. For me the purpose of the method is, to clarify the behavior of many (legendary!) historical lenses which show very low resolution values especially in the corners and at stop-down values of f/16 or f/22.

Let us take a look at the digital picture, taken with the Sony A7R4:

Ima_GRAPH_OM28f2,8_A7R4
Fig. 2: Resolution-chart, generated with Olympus OM Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 lens on 62 MP-Sensor of Sony A7R4 – MTF30-resolution-values from center to corner for all apertures – source: fotosaurier

Do not let you confuse by the blue lines on different levels, which represent the Nyquist-Frequency in each set-up: the Sony’s sensor has a Nyquist Frequency of 3.168 LP/PH (linepairs per picture hight) – the filmscanner which was used to digitize the analog picture (reflecta RPS 10M) was used at ist max. resolution of 5.000 ppi – that corresponds to 2.383 LP/PH as a Nyquist Frequency and delivers ca. 33 MegaPixel pictures.

There is no affordable filmscanner with higher resolution on the market!

This means: the Nyquist Frequency of the Sony Digicam is exactly 25% higher than that of the scanner, which wich we used as a A/D-converter for the B+W-negatives on the APX100-film.

The highest resolution in the film-based pictures generated with the analog-digital data-processing chain in Fig. 1 is very close to or above the Nyquist Frequency of the scanner – and over the full format area of 24mm x 36mm the resolution in the analog film is gathering very closely under or around this Nyquist Frequency at nearly all apertures, with the exception of open aperture f/2.8 where it is 10-20% lower.

In contrary to that, in the digital pictures taken with the Sony Sensor (Nyquist Frequency: 3.168 LP/PH) the resolutions vary strongly between corners and center and in between (part way) – and for the different apertures.

Let’s look at the center-values of resolution (green curves in Fig 1 + 2): between f/2.8 and f/11 the analog and digital values develop quite constant around the respective Nyquist Frequency, which explains, that the center values on film are 25% lower than on the 62 MP-sensor. But: The drop-off in resolution at f/16 and f/22 on the digital sensor is dramatical and shows that it is a sensor-created artefact.

Looking at the grey curves in Figs 1 + 2: „part way“ between center and corner represents the biggest area of the picture, dominating the perception of the picture! Here the MFT 30 resolution values are higher on film at nearly all apertures in spite of the lower Nyquist Frequency.

The most dramatical difference between analog and digital pictures, however, is – as expected! – in the corners (yellow curves on Figs 1 + 2):

For a better understanding I put the corner-resolution of film and sensor together in one graph:

Fig. 3: Olympus OM 28mm f/2.8 corner resolution on Sony A7R4 (yellow curve) and b+w-film APX100 (grey curve) – source: fotosaurier

The corner-resolution on the sensor with 25% higher Nyquist Frequency starts at f/2.8 at 50% of that of the analog film, exceeds the absolute analog value at f/8, peaks at f/11 with 82% of the sensors Nyquist and drops below the analog-value at f/22, whereas the analog-resolution on film reaches 95% of Nyquist at f/5.6 and stays at about 90% until f/22.

What the resolution-graphs here clearly show: also the very low resolutions in the corners (and even part-way!) of the digital sensor (especially open aperture!) are an artefact of the sensor! We know, that most of the effect is caused by the thick filter stack in front of the sensor. With this picture we know, that this happens not only with rangefinder-lenses, where the corners are literally BLURRED on the sensor – but also with SLR-lenses as in this case! With rangefinder-lenses the difference in corner resolution between analog (film) and digital (sensor) may be 6 to 7 … whereas with SLR-lenses I experience values of 2 to 3.

I confirm again: it is the identical lens in both cases! And these results are pretty much representative for many analog lenses! I will supply you with the results of many more lenses soon. There is one (rangefinder-)lens already analysed with the same method (link here).

EXPLAINING the Method in detail:

1. Extending the digital IMATEST lens testing method and software to pictures taken on analog film:

A. Measuring the optical performance on a digital sensor is facing several facts and influences, which are new and specific: pixel size, algorithm, problems of digital signal-processing systems like aliasing, additional optical elements in the optical path like filter stacksand micro-lenses!

The question: is there an essential influence of all these optical systems on the visual result in the picture over the picture-circle (Bildkreis), e.g. because of the varying angles at which the light-rays hit on the sensors between center and the farthest corner of the picture format or due to the additional optical elements introduced into the light-path?

In the case of RANGEFINDER-lenses we know, that there often is a strong influence of this. These lenses are often made for a very short distances between the last lens and the film – especially for wideangle- and standard-lenses. Little was known to me about historical SLR-lenses, which were never planned and calculated for the use with modern digital sensors. The degradation of the picture quality in the corners of rangefinder-wideangle-lenses is so dramatical, that it is clearly seen, that this is an artefact of the sensor, because we see sharp corners on film with the same lens.

Since several years I do quite a few measurements on historical lenses, using a high-resolution digital sensor with 62 Mega-Pixels, resulting in 60,2 MP effectively on Full Format (35mm stills).

Until now I did not know, whether the measurement of my historical SLR-lens is falsified due to artefacts, generated by the digital recording system. The work, described in this article, was done, to clearify this situation.

I just want to know: how does picture quality of historical SLR-lenses on the analog film compare measurably to that delivered by digital sensors?

Digital cameras are really big number-crunching-machines! And with the right software, I can use the numbers to generate a numerical picture of  the optical quality of the lens-sensor-combination. IMATEST is such a software and it uses standardised TARGETS to do that. I use the following target:

DSC03033_Macr-Yashica_55f2,8_5,6-foc Kopie
Fig 5: SFRplus target for Imatest – it’s height is 783 mm between the horizontal black bars, which means, that the reproduction ratio on film is 33:1 – source: fotosaurier/Imatest – original information graphics from IMATEST

Over years I did – like many other amateur-photographers – compare real-world photos of analog vs. digital processing. But I was never satisfied, because this method gave me only subjective impressions – it did not create reproducible figures, to generate a precise description of the results!

I collected intensive experience with IMATEST on more than 150 lenses over meanwhile 5-6 years using the digital pictures generated by digital sensors (4,9 to 102 Megapixels) of seven different DIGICAMS. During this time, my Standard Digicam to compare lenses was (and still is) Sony A7R4 (62 Megapixels) – since it had arrived in the market (2018/19).

IMATEST (Studio) software delivers MTF-based resolution data – as it can do that separately in three RGB-channels, it also delivers lateral CA-data. Using the Target structure of Fig. 5, the software selects 46 local areas, and runs the MTF-measurement automatically for all these 46 areas. The following picture demonstrates the automatic areas, which are typically selected – but you could choose others as well:

ROI-chart (standard)
Fig. 6: The 46 magenta rectangles (called „ROI„) frame the Edges in the target, at which the 46 MTF-measurements are made – source: fotosaurier/Imatest

These are the curves, which are generated from each digital picture (black&white):

Zusammenstellung_IMATEST_A7R4_OM28d2,8_2,8
Fig. 7: Summary of the  IMATEST-results for the OM28mm f/2.8 at open aperture f/2.8 on Sony 62 MP-sensor (A7R4) – explanation see text beneath – source: fotosaurier

The upper left curve shows the edge-profile at center of the target (ROI no. 1, which is the left (vertical) edge of the center square in Fig. 6). From this graph the edge-rise between 10% and 90% is taken from the x-coordinate in pixels. The lower left curve is the MTF-curve (contrast over spatial frequency) for the same location. From this graph the MTF30 value (Frequency at 30% contrast) is taken: follow the horizontal line at 0,3 MTF-value to its section with the curve and take the frequency on the abscissa. The right curve shows the MTF30-values of ALL 46 ROIs plotted over the distance from the center in the 35mm-fframe.

I have resumed the IMATEST test-method in more detail in this article here in my blog!

B. Digital measurement of resolution on analog film

Now I decided to make the following experiment:

  • Take a photograph of the IMATEST-target on analog film;
  • digitize the picture with a film-scanner;
  • analyse the resulting digital picture with IMATEST.

For the tests, which I describe here, I used the following hardware:

28mmf2,8-on-OM4Ti_DSCF1655_blog
Fig. 8: Analog SLR Olympus OM-4 Ti with Zuiko Auto-W 28mm f/2.8, loaded with „fresh“ Agfa APX100
  • Camera for the shooting on analog-film: Olympus OM-4Ti
  • Lens: Olympus Zuiko Auto-W 28mm f/2.8 (Ser.no. 232073)
  • Film: B&W negative film AgfaPhoto APX100, iso125, developed in Rodinal 1+25 (8′)
  • Scanner: reflecta RPS 10M film scanner

The OM-4Ti (about 25 years old) and the lens (nearly 50 years old) work still perfect. I let the OM-4Ti automatically generate the exposure time: from 0.4 seconds to 1/250 seconds. The densitiy of the negatives was pretty constant on the film-strip! I use a sturdy tripod, which is made for use with long astronomical telescopes.

With this method I hope to use the full analyzing-power of IMATEST-software on a picture-frame, which is generated through the lens WITHOUT the typical artefacts, which digital sensors MAY generate in the optical path of a historical lens.

ON THE FILM we have now the IMATEST target-pattern, which allows to make a fast and powerfull analysis of optical data over the full picture frame – also very close to the edges and into the corners. This pattern is superimposed by the typical grain-structure of the light sensitive layer – and potential light-diffusion-effects within the film thickness. Both (analog) effects LIMIT the resolution, which can be achieved on FILM.

My first and major interest was always focused on the observation of the enormous difference between the center-resolution (see Fig. 7), which is digitally measured on A7R4 with ca. 3,000 LP/PH or higher) and corner-resolutions of 400-600 LP/PH on the sensor .

The question is: are the low values on edges and in coners of the frame, measured with the digital sensors, an artefact, caused by the different light-path? We know definitely about these effects with rangefinder-lenses, which have a very short back-distance between last lens and film, causing big trouble on sensors of mirrorless cameras. This is today well known, to be mainly caused by the thick filter-stacks in front of the sensors (creating field-curvature and cromatic aberrations with analog lenses).

It has been shown, that this can partly be „cured“ – or at least reduced – by reducing or deleting the filter-stack, and/or putting a positive lens (so-called „PCX-filter“) in front of the lens-sensor-combination.

The 35mm-negative-film:

I made my first attempts to photograph the IMATEST-target on film with

  • b&w-film Agfa APX100, iso 100

which is still available as „fresh“ product. For this first step I decided to stay with b&w-film, because I can process it myself under controlled conditions.

I did the devellopment of the b&w-film myself with Rodinal.

The A/D-converting:

The negatives were digitized through my film-scanner reflecta RPS 10M,which offers a maximum linear resolution of 10,000 pixel per inch (PPI).

To me, this step seemed to be very important: to avoid new artefacts from the digitizing algorithm. So I chose a spatial frequency, which is higher than the expected limiting spatial frequency of the film: I set the scanner at 5,000 ppi. On pixel-level this corresponds to an imaging-sensor of ca. 33.7 MP (for 24mm x 36mm).

From my earlier estimations I had found, that a normal recording film for general imaging purposes should correspond to a digital FullFormat-sensor with 20-12 MP.

The picture height, which the scanner digitally delivers (24mm minus a bit of crop to frame the target safely), was 4,676 pixels and so the „Nyquist Frequency“ of the scanner set-up corresponds to 2,338 LP/PH – corresponding to an effective sensor-size of 32,7 Mpxls.

Fig. 7 shows the b&w-picture, which was generated with the scanner:

AGFA100_OM28f2,8_2,8_H4536
Fig. 7: Scanner-output from the b&w negative-film Agfa APX100 from Olympus OM 28mm f/2.8 at full aperture f/2.8. Picture-hight of this original scan is 4.676 Pxls. You see, that the light-fall-off of this lens into the corners is very moderate … and the linear distortion with exactly 1% acceptable as well! – source: fotosaurier

Let’s have a closer look into the structure of this image – in Fig. 7a you get an impression of the grain structure of the films emulsion at about 200% enlargement of the 33 MP-image:

Enlargement-Film-200%
Fig. 7a: Overview of the grain-structure at ca. 200% enlagement of original scan in Fig. 7. The pixel-size here is 5,3 µm – the grains of the film are bigger than the pixels – source: fotosaurier

Following picture is the MTF-curve of the analog image „as scanned“ (in the center of frame):

Fig 8: MTF-curve in. Center (ROI no.1) of OM-Zuiko 28mm f/2.8 at f/2.8 – source: fotosaurier

The „noise“ in the curve is caused by the film-grain, which is about the same size as pixels.

Film_3024-pixel-height_at-800%
Fig. 9: Here we look at about 1,000% into the pixel-structure of the scanned image. At the edges of the dark rectangle (where the resolution is analysed!) the grain-diameter is about the same size. Only some local „grain-clusters“ are considerably bigger – source: fotosaurier

Previous trials had shown, that with a film with this grain-structure, this digital image-size would give adequate results for MTF and resolution.

In the case of a digital sensor of a digicam I avoided generally to use RAW-data, which would have urged me to use my own very personal „development-parameters“ in Lightroom or other software to generate the final picture. I use OOC-JPEG-Data at „Standard“-settings, due to generate conditions (all important parameters set to „zero“), which are transparent and reproducible for everybody with the same camera-model! That means: it would also have been possible to create pictures with much higher resolution results in Imatest, e.g. by setting higher sharpening-parameters or the „clear“-mode.

Now with a film-scanner I had to go myself through a very intensive process of defining the „development-parameters“ in Silverfast. Starting with the setting to 5.000 ppi for the basic scan-resolution. With 10.000 ppi, which is offered with this model, you will get no REAL increase in EFFECTIVE resolution.

However, using the „Multiple Scan Mode“, you extend the accessible resolutions above the „Nyquist Frequency“, which would be 2.383 LP/PH, corresponding to a Picture size of 32,7 MP

My target was, to reach about the same level of resolution in the center of the scanned images on analog film as with the Sony A7R4 images, which means in the range of 3.168 LP/PH, which is the Nyquist Frequency of the Sony Sensor.

This corresponds with a resolution of 260 Lines/mm.

I came close to this with the following settings:

Fig. 10: Scan-parameters in Silverfast 8 on film-scanner RPS 10M – source: fotosaurier

See the complete results here:


Fig. 11: Analog on film resolution results of Olympus OM 28mm f/2.8 SLR-lens with b+w-film APX100, scanned with RPS 10M film-scanner – source: fotosaurier

The interpretation of this in comparison with the measurement-results on the 62 MP-sensor of the Sony A7R4 (Fif. 2) has been given in the first section of the Article.

Finally I asked myself, whether a PCX-filter (lens) could improve the resolution-artefacts which are found on the sensor? But I found no real positive effect.

Fig. 12: Resolution of OM 28mm f/2.8 lens with PCX-3m lens on the Sony A7R4-sensor: no improvement at all – source fotosaurier

Copyright „fotosaurier“

Herbert Börger, Berlin, November 2023

Voigtländer VM ULTRON 35 mm f/1.7 an Sony A7Rm4 mit und ohne PCX-Vorsatzlinse – und auf Analog-Film

Bei dem Objektiv-Namen „ULTRON“ bekommen die meisten Liebhaber historischer Kameraobjektive eine Gänsehaut: Optik aus der Rechenstube von W.A. Tronnier – aus seinem XENON abgeleitet, das ein perfektioniertes Planar-Design (Doppel-Gauß) ist.

35mm_f1_7_ultron_Explosion
Fig. 1: Linsenschema Ultron 35mm f/1.7 – Quelle: https://www.voigtlaender.de/objektive/vm/35-mm-f-17-ultron-asphaer/

Auffallend ist die goße Linse mit konkaver Frontfläche – aber ist es wirklich ein ULTRON?

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Fig. 2: Linsenschnitt des historischen Ultron 50 mm f/1.8 für Icarex von 1968 (W.A.Tronnier) – Quelle: http://www.klassik-cameras.de/Bessa_RF_histo_dt.html

Das moderne, für Digitalsensoren berechnete und mit asphärischer Linse ausgestattete Objektivdesign ist ein „Zitat“ des Tronnier’schen Ultron 50mm f/1.8 für die Icarex von 1968.

Auffälligster Bestandteil der Anlehnung an das Icarex-Ultron ist die konkave Frontlinsen-Vorderfläche – seinerzeit ein erstmaliges – danach lange Zeit ein sehr seltenes Design! Derzeit ist das allerdings keine Seltenheit mehr: Zeiss, Sony und Leica haben in den letzten Jahren sehr viele Optiken mit konkaver Frontlinse heraus grebracht – mit hervorragenden Ergebnissen.

Ausgerechnet das wichtigste Merkmal, das ein Planar oder Xenon zum „Ultron“ macht, fehlt bei dem neuen Voigtländer-Design: die Aufspaltung einer der beiden inneren verkitteten Doubletten (im Original der vorderen Doublette!) des Doppel-Gauss … und darüber hinaus die typische Tronnier’sche Verschlankung der dabei entstehenden Einzellinsen in eine dünnere Menisken-Form. Beim neuen Ultron 35 mm fehlt dieses Merkmal völlig – und damit ist das Objektiv nach unserem traditionellen Verständnis keinesfalls ein „Ultron“. Aber wer will der Firma Cosina das Recht absprechen, mit einem fast schon kultisch gehypten Namen (an dem Cosina die Rechte hat!) Marketing-Erfolge zu erzielen – solange etwas Gutes dabei heraus kommt … und das Ergebnis ist hier exzellent!

Mit dem LM-Bajonett ausgerüstet ist es maßlich für Leica-RF basierte Kameragehäuse konstruiert – und daher vermutlich für relativ dünne Filterstacks vor dem Sensor. Das ist bekanntlich eine schlechte Nachricht für Nutzer von Sony A7-Kameras, deren Filterstacks bei 2 mm Dicke liegen. Zu erwarten ist dabei, dass die Auflösung bei voller Öffnung am fernen Rand und in Ecken miserabel sein wird – und ja: sie ist es. Das Objektiv, das im Zentrum auch bei dieser 60MP-Kamera die Nyqist-Frequenz (3.168 LP/PH) schon bei voller Öffnung locker „überfliegt“,  startet „nackt“ an die Sony A7R4 adaptiert bei miserablen 513 / 515 Linienpaaren je Bildhöhe bei f/1.7 und f/2.0. Das war zu befürchten – und deshalb hatte Fotofreund Klaus das Exemplar, das er mir für diese Messungen geliehen hat, bereits mit dem sogenannten „PCX-Filter“ ausgestattet: eine einfache plankonvexe Vorsatzlinse – in diesem Falle mit 5 Metern Brennweite.

Das Ergebnis: Die Auflösung beginnt auch in den Ecken bei Offenblende um die 900 LP/PH – das sind nach alter Väter Sitte immerhin dann schon 75 Linien/mm !

Sehen wir uns die vollständigen IMATEST-Messergebnisse an:

a) Das „nackte“ Ultron 35mm f/1.7 an der Sony A7RIV:

IMG_7403
Fig. 3 – hier über den Techart-LM-Adapter an die A7RIV angesetzt – Quelle: fotosaurier – Leihgabe der Optik von Klaus Breustedt – Danke!

Zunächst die Auflösung über den Blendenwerten aufgetragen:

Ultron35f1,7+PCX-5m_ResolGraph
Fig. 4: Auflösung Ultron 35mm f/1.7 an Sony A7R4 – Quelle: fotosaurier

Erkennbar ist die schwache Offenblenden-Leistung in den Ecken (>75% des Bildkreises) bei sonst sehr guter Performance. „part way“ ist die gesamte Bildfläche zwischen 30% und 75% des Bildkreises.

Aber wie steht es mit den anderen wichtigen Eigenschaften des Objektivs wie Kantenschärfe, Verzeichnung und Chromatische Aberration?

Ultron_35f1.7_Spreadsheet
Fig. 5: Tabelle aller optischen Eigenschaften des Ultron 35mm f/1.7 – Quelle: fotosaurier

Auflösung in der Bildmitte und „edge sharpness“ (Kantenschärfe) hängen eng zusammen – und sind bei diesem Objektiv exorbitant!

Das sensationellste ist aber die Verzeichnung, die hier ja sicher „natur-pur“ für die Optik steht, da ja kein Korrektur-Algorithmus „eingreifen“ kann: Kamera und Objektiv haben keine Beziehung zueinander! Wenige hundertstel Prozent und dann noch „Moustache“, also keine eindeutige Linienkrümmung – das ist „NULL“ Verzeichnung – jedenfalls bei der Meßentfernung von ca. 1,2 Metern.

Die C-A in der Bildmitte ist auch an der Sony ordentlich – beginnend bei Offenblende knapp über ein Pixel am Bildrand – da sind dann bei 400% schon deutliche Farbsäume zu sehen:

DSC02304_Ultron_35f1,7_2,0_Radial_2022-09-14_23-01-40
Fig. 6: Radialer C-A Verlauf des Ultron 35f1.7 an A7R4 über die Bildfläche bei Blende 2.0 – Quelle: fotosaurier

In der Bildmitte sehe ich nur einen leichten gelb-rötlichen Schimmer verursacht durch die erkennbare Aufspaltung der RGB-Kurven im Hell-Dunkel-Übergang., aber keinen Farbsaum:

DSC02304_Ultron_35f1,7_2,0_Chr_Aber_2022-09-14_23-00-51
Fig.7: Aufspaltung der RGB-Stahlen am Hell-Dunkel-Übergang – Quelle: fotosaurier

b) Das VM Ultron 35 mm f/1.7 an der Sony A7RIV mit vergüteter (plano-konvexer) PCX-Vorsatzlinse mit 5 Meter Brennweite (PCX-5m)

Die Sammel-Linse soll dabei die objektseitige Wellenfront so deformieren, dass die Bildfeldkrümmung, die durch den dicken Filterstack der Sony-Kamera an Rand und Ecken erzeugt wird, kompensiert wird.

Dieser Effekt tritt tatsächlich ein, allerdings wird die gesamte Bildfläche von der Korrekturlinse beeinflusst – wir sehen uns an, was da passiert. (Nicht zu vergessen, dass wegen der positiven Vorstzlinse nur dann noch auf Unendlich fokussiert werden kann, wenn der Adapter zur Kamera im kürzesten Auflagemass flacher gemacht werden kann bzw diese Reserve schon besitzt …)

Ultron35f1,7+PCX-5m_ResolGraph
Fig. 8: Resolution Graph of Ultron 35 f/1.7 with PCX-Front-Lens of f=5 m – Source: fotosaurier

Die Auflösungen bei offener Blende und den folgenden Stops ist in Ecken und „part-way“ (in den Ecken auch generell über die gesamte Blendenreihe!) deutlich angehoben bei 1.7/2.0 auf fast das Doppelte!

Gleichzeitig sinkt die Auflösung im Zentrum etwas – und auch in der folgenden Tabelle sieht man, dass die Kantenschärfe etwas geringer wird – aber immerhin wird in der Bildmitte immer noch von Bl. 2.0 – 8.0 die Nyquist-Auflösung des A7R4-Sensors erreicht oder übertroffen.

Ultron35f1,7+PCX-5m_Spreadsheet
Fig. 9: All properties of Ultron 35 f/1.7 with PCX-Front-Lens of f=5 m – Source: fotosaurier

Die „edge sharpness“ ist leicht verringert, die Verzeichnung immer noch überirdisch gut, wenn auch nicht mehr „Moustache“ sondern generell „pincushion“, dagegen ist die Chroma (am Bildrand!) deutlich verringert:

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Fig. 10: C-A radial of Ultron 35 mm f/1.7 at f/2.0 with PCX-5m Corrector lens – Source: fotosaurier

Beide Äste der radialen C-A-Kurven sind flacher als in Fig. 6 – besonders auffällig ist das aber bei der roten Kurve!

Tatsächlich ist bei allen meinen Messungen mit der PCX-Korrektur-Vorsatzlinse der gleiche Effekt zu sehen: die Chroma an Rand/Ecken ist damit deutlich reduziert – und damit geht die Verbesserung der Auflösung dort einher!

Stellen wir uns vor, wie die sehr schrägen bildseitigen Strahlen auf den dicken Filterstack (dessen optische Wirkung in der Objektiv-Berechnung nicht berücksichtigt wurde/werden konnte!) auftreffen: die Strahlen werden gebeugt – aber auch im Sinne eines Prismas spektral unterschiedlich abgelenkt (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Prism-rainbow-black.svg).

Damit liegt für mich der Schluss nahe, dass die eigentliche Wirkung der PCX-Linse darin liegt, dass der Farbfehler, den die einfache vorgesetzte Linse unweigerlich hat, den von der planen Filterplatte an Rand und Ecken erzeugten prismatischen Farbfehler kompensiert. Wie wir sehen, nicht vollständig – aber in der Praxis sehr wirksam! Das bedeutet, dass andere Glassorten in der PCX-Linse (hier ist es wohl BK7) noch Optimierungsmöglichkeiten enthalten würden.

Aber vergessen wir bitte nicht: es ist ja eine einfache, sehr preiswerte d.h. pragmatische Maßnahme, die in der gleichen Größenordnung wirken kann, die ein dünnerer Filterstack bewirkt!

Sehen wir uns hier abschließend noch die C-A in der Bildmitte am Hell-Dunkel-Übergang an:

DSC02333_Ultron+PCX5_35f1,7_2,0_Chr_Aber_2022-09-15_08-36-39
Fig.11: Aufspaltung der RGB-Stahlen am Hell-Dunkel-Übergang -Sony A7R4 – Ultron + PCX-5m-Linse – Quelle: fotosaurier

Auf der hellen Seite sieht man eine leichte Verbesserung zu Fig. 7 – auf der dunklen eine gewisse Verschlechterung, wobei diese Abweichungen in den RGB-Strahlen im Bild auch bei hoher Vergrößerung praktisch nicht zu sehen sind. Ab Bl. 4 kommen die drei RGB-Linien dann praktisch perfekt zur Deckung!

Die Ergebisse zeigen damit Fotofreund Klaus, dass seine Kombi aus Ultron 35 mm f/1.7 und PCX-Vorsatzkorrektor-Linse ein fabelhaftes Gespann ist, und er weiß jetzt warum er damit bisher schon so glücklich war…

Ich habe auch praktische Aufnahmen mit der A7R4 mit der Kombination gemacht und kann die Messungen absolut bestätigen – vor allem liefert sie großartige Sonnensterne, die Klaus ja so liebt!

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Fig. 12: Gegenlichtbild mit Sonnenstern VM ULTRON 35mm f/1.7 an A7R4 mit PCX-5m Vorsatzlinse – Quelle: fotosaurier

AKTUALISIERUNG:

Nachdem es mir in den letzten Monaten gelungen ist, Analog-Aufnahmen auf Film ebenfalls mit der IMATEST-Software zu analysieren (Grundsatzartikel hier!), kann ich nun noch hinzufügen, wie das Auflösungsvermögen des ULTRON 35mm f/1.7 auf Film im Vergleich zu den Aufnahmen direkt auf dem Sony-Sensor ist – dies ist sozusagen „die Wahrheit“ über das Objektiv, denn hierfür ist es konstruiert worden:

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Fig. 13: Auflösungsvermögen des Ultron 35mm f/1.7 auf Analog-Schwarzweiß-Film Agfa APX100. Kamera: Minolta CLE. Die blaue Linie bei 2.360 LP/PH repräsentiert die Nyquist-Frequenz des verwendeten Film-Scanners RPS 10M – Mehrfachscan mit 5.000 ppi, entsprechend ca. 33 Megapixel im ganzen Bildrahmen – Quelle: fotosaurier

Hier erkennen wir, dass das Objektiv eine sehr gleichmäßig hohe Auflösung beginnend schon bei voller Öffnung über den gesamten Blendenbereich liefert – wobei die höchste Auflösung in der Bildmitte ähnliche Werte erreicht wie der Sensor der Sony A7R4 mit 61 Megapixeln. Natürlich wird das mit relativ hohen (aber nicht extremen!) Schärfungsparametern (USM) erreicht – die Kontrolle von „real world-Fotos“ auf demselben Film zeigte dann aber noch keine Schärfe-Artefakte!

Besonders auffallend ist die hohe Auflösung in den Bildecken bereits bei voller Öffnung. Deutlicher zu sehen in der folgenden vergleichenden Zusammenstellung:

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Fig. 14: Ultron 35mm f/1.7 Auflösungskurven an Sony A7R4 (Nyq-Fr 3.168 LP/PH) – grün+grau+gelb – und auf Analogfilm Agfa APX100 gescannt bei 5.000 ppi (Nyq-Fr 2360 LP/PH) – rot+magenta+blau – Quelle: fotosaurier

Hier wird sehr deutlich, dass die Eckenauflösung am Digitalsensor (gelbe Kurve, ohne PCX-Vorsatzlinse) dramatisch gegenüber der Performance auf dem Film (hellblaue Kurve) „abstürzt“ – eindeutig keine Schwäche des Objektivs, sondern ein Artefakt durch einen ungünstigen Lichteinfall auf den Sensor im Eckenbereich. Ich bin ziemlich sicher, dass das verursacht wird durch laterale CA, die an dem sehr dicken Filter-Stack der Sony A7R4 vor dem Sensor.

Im Bildzentrum erscheint die Auflösung am Sensor deutlich höher zu sein im Vergleich zum Analog-Film. Hier bin ich allerdings vorsichtig mit der Deutung, denn die Ausrichtung der Rangefinder-Kamera ist sehr problematisch, da man keinerlei Hilfen im Sucherfenster dafür hat – und eine gute Optik erreicht ihre optimale Leistung beim Fokussieren mit dem Entfernungsmesser einer beliebigen Kamera (hier der Minolta CLE) nur nach präziser Justage dieses spezielle Objektivs auf diese spezielle Kamera! 

Durch die PCX-Vorsatzlinse an der Sony-Digicam wird diese Schwäche nur zum Teil ausgeglichen (s. Fig. 8). Da ich erwartete, dass ein wesentlich dünnerer Filterstack hier bessere Ergebnisse mit Digitalsensor ermöglicht, habe ich mir eine

Nikon Z7 II

geliehen, die bekanntlich einen weniger als halb so dicken Filterstack besitzt, und damit das VM Ultron 35mm f/1.7 durchgemessen.

Zuerst ohne PCX-Filter:

Fig. 15: Auflösungskurven des VM Ultron 35mm f/1.7 an der Nikon Z7 II mit 45,4 Megapixel und dünnem Filterstack – Quelle: fotosaurier

Der Abfall in den Ecken ist relativ gesehen geringer. Hier beseitigt das PCX-Filter dann den Eckenabfall der Auflösung vollständig:

Fig. 16: Auflösungskurven des VM Ultron 35mm f/1.7 MIT PCX-Vorsatzlinsean der Nikon Z7 II mit 45,4 Megapixel, die blaue Linie entspricht der Nyquist-Frequenz von 2.752 LP/PH – Quelle: fotosaurier

Allerdings wird hier ein sehr spezielles Problem der Nikon Z7 II (genau gleich bei der Vorgängerin Z7) sichtbar:

Bei noch vertretbarer Schärfung bleibt die Auflösung des Sensors deutlich unterhalb des Nyquist-Frequenz für die 45,4 MP. Tatsächlich messe ich exakt die gleichen Auflösungswerte, wenn die Kamera intern auf 25,6 MP umgestellt wird.

Auf (mehrfaches) Fragen an Nikon, warum das so ist, erhielt ich bisher keine Antwort.

Anhand der MTF-Mess-Kurven dieser Kamera konnte ich mir selbst die Erscheinung erklären:

Dies ist die MTF-Kurve der Nikon ZII mit dem VM Ultron 35mm:

Fig. 17: MTF-Kurve mit VM Ultron 35mm f/1.7 bei f/2.0 an der Nikon Z7 II – Quelle: fotosaurier

Hier sieht man, dass Nikon die MTF-Kurve (für JPEG-Bilder ooc) so beeinflusst, dass der Kontrast bei NIEDRIGEN Frequenzen stark erhöht ist – das (vorläufige) Minimum aber (dann zwangsläufig?) genau bei der Nyquist-Frequenz (2.752 LP/PH entspr. der Sensorgröße von 45,4 MP) liegt. Es beträgt dort dann 10-20%. Das heißt, dass MTF30 nie auch nur annähernd bei der Nyquist-Frequenz liegen kann. Aber bei höheren Frequenzen deutlich über der N.-Fr. kann der Kontrast dann wieder über 30% steigen. Ist das Aliasing? Ich habe versucht diesen Effekt mit dem Siemensstern  sichtbar zu machen – bisher ohne Erfolg.

Diese Form der MTF-Kurve ist bei allen Optiken an der Nikon Z 7II ähnlich – auch bei typischen SLR-Optiken!

Zum Vergleich hier die MTF-Kurve an der Sony A7R4:

Fig. 18: MTF-Kurve mit VM Ultron 35mm f/1.7 bei f/2.0 an der Sony A7R4 – Quelle: fotosaurier

Hier liegt das Minimum der MTF-Kurve weit oberhalb der Nyquist-Frequenz. Es findet auch keine starke Kontrast-Überhöhung bei niedrigen Frequenzen statt.

Ähnliche MTF-Kurven liefern fast alle mir bekannten Digicams (Leica M11, Fuji X und GFX). Die Nikon Z7 II ist hier die absolute Ausnahme.

Offensichtlich will der Hersteller Nikon seinen Nutzern dieses besondere Kontrastübertragungs-Verhalten von Out-Of-Camera Bildern ja bieten, bei dem ein deutlich überhöhter Kontrast bei niedrigen und mittleren Bildfrequenzen entsteht – unter Verzicht auf die technisch mögliche Sensorauflösung – immerhin von über 20%!

Aber warum erklärt der technische Kundendienst in Dresden das dann nicht, wenn man gezielt nachfragt.

Ich werde abschließend noch einmal der Frage nachgehen, wie die Situation sich beim Arbeiten mit RAW-Dateien bei der Nikon zeigt. Die Erkenntnisse werde ich dann hier ergänzen

© fotosaurier

Herbert Börger, Berlin, September 2022 / November 2023

My Crazy Lenses – Topcor R 30cm f/2.8 and its Modern State-of-the-Art Counterparts – „Supertele-Lenses“

  1. Travel on my time-machine
  2. The known Facts – Topcor 30cm f/2.8
  3. Topcor 30cm f/2.8 – Optical Performance
  4. The Reference: Canon EF 300mm f/2.8 IS USM
  5. Three more 300mm f/2.8-teles

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Fig 1: From left to right – Topcor R 30cm f/2.8, Arsat Yashma 300mm f/2.8, Tamron SP LD (IF) 300mm f/2.8, Minolta AF Apo-Tele 300mm f/2.8, Canon EF 300mm f/2.8 L IS USM

I part from my „crazy lenses“ due to my age: it takes too much time to take care for my optical baybies! If you are interested in the Topcor R 30cm f/2.8, please leave a price-proposal in the comment-section (this is seen only by me) or by mail to webmaster@fotosaurier.de

1. On my time-machine:

I own the Topcor R 30cm f/2.8, which I am looking at here, since a few years – but I have not used it too often.  It is very heavy, long and dark, giving the impression of a tank-breaking weapon: you definitely will get trouble at any security check nowadays … and in the best case you will earn compassion instead of admiration! Too bad, because it is an ingenious piece of optical engineering.

Information about Topcor lenses today are rare and not always reliable. I will restrict myself to reliable information and I will try to verify legends … or destroy them.

So I entered my time machine and travelled back into the year 1958. I was 13 years old at my arrival there – and at the Topcon (Tokyo Kogaku) factory I met a team of innovative engineers, who were fanatically burning for the QUALITY of their products – and really proud of it! The year before (1957) they had introduced a new SLR-camera (Topcon R), which was designed in Bauhaus-style, i.e. with clear and modern lines – and they were ready to ignit a firework of innovations around the SLR-concept within the next few years (from first-in-industry TTL-exposure-metering to first electric winder).

And they had introduced a line of lenses for this SLR-system-camera, among which the Topcor 30cm f/2.8 peaked out. Another „first-in-industry“-innovation.

I looked around in the photo-stores and could not find any Canon- or Nikon-SLRs there: the dealers told me, that both companies were just bringing out SLRs. It seemed, that the Topcon-people had considered the German SLRs, which were already on the market, as their competition. Personally at that time I was already a SLR-user (of my father’s Contaflex – which means, that from time to time my father was still allowed to use it himself).

Everybody, who is acqainted with the rules of the market, would have expected, that shortly after an innovation like the Topcor R 30cm f/2.8, the major competitors would bring out a similar product.

But that did not happen – so I returned in my time-machine. Finally I found out, that it took the new japanese competitors more than a decade! And there was no comparable Lens in Europe, as far as I could see. 13 years later Nikon presented a prototype, to be tested during the Olympic Winter Games of Sapporo in 1972.

The real next step was taken by Canon with a 300mm f/2.8 Lens for their new FD-System, using a lens made of FLUORITE in 1973 (some say 75)! This was finally 16 years after the arrival of the Topcor-lens … and just in that year, when Topcon stopped the production of their supertele-lens.

2. The known facts:

This Topcor R 30cm f/2.8 monster-tele-lens with 300mm focal length was presented to the world in 1958 („Topcon Club“ says 1957!) – one year before Canon or Nikon started to produce any SLR – and 13-16 years before any other lens- or camera-maker presented such a fast 300mm tele-lens. Not only at the 1964 Olympic Games in Tokyo but all the time until 1972 it was without any competition. As a consequence, there even was produced quite a number of lenses with Nikon mounts! Next to Topcon, Canon brought out its Canon FD 300mm f/2.8 S.S.C. Fluorite lens in 1973 – setting the level for professional superlele-lenses for the next decades and until today.  Just a few years later Topcon went completly out of the business with SLR-cameras and lenses. Sad, but even the extensive book „Topcon Story“  by Marco Antonetto and Claudio Russo (1) does not answer the question „why?“.  Today Topcon is a market-leader in geodesic instruments.

Stephen Gandy (3) estimates –  cameraquest.com  – that 700-800 lenses have been produced in total during 18 years of production.

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Fig. 2a: R.Topcor 1:2.8 f=300mm on Topcon SuperD- source: fotosaurier

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Fig. 2b: R.Topcor 1:2.8 f=300mm – source: fotosaurier

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Fig. 2c: Lens scheme of Topcor 1:2.8 30cm  – source: http://www.topgabacho.jp/Topconclub/lens3.htm

The lens is made of six single lenses in four groups – of which lens no. 6 (group 4) is the filter (diameter 39mm), which is, of course, part of the optical design! This filter is an early (maybe the first) example of a filter which is positioned in a slot in the rear part of the lens-body. In the book „Topcon Story“ (page 128) there is an error in the spreadsheet listing of the data of the R.Topcor-lenses: the data in the last line are the data of the „300mm 2.8“ and not of the f/5.6-lens. Here the no. of elements is „five“, which is correct, when you don’t count the filter as an active optical member …

The lens has a preset diaphragm and has a built-in sunshade (telescoping in two stages!). It is 383 mm long (from camera-flange to front-edge of the pulled-back sunshade – total length with shade pulled out is 477 mm)  and weighs 3.1 kgs (without front and rear caps). Measured at my sample (ser. no. 34.1359). The initial sales-price was $ 1.125,–. (In the literature  you will find: 415/412 mm length and 3.3 kgs weight).

It may be interesting to mention here, that right away from the introduction of the first Topcon-SLR, an extremely ambitious lens-program was planned – however, realized only partly. The Topcor R 13,5 cm f/2.0 (6 lenses) had also preset diaphragm and it was discontinued with the Topcon RE camera system – so it is said to be extremely rare. It has a yellowish color cast (due to rare-earth-glass?), not a big problem with todays digital cameras …

However, a 50mm f/0.7 lens, which is mentioned in „Topcon Club“ only, was never made for the SLR-camera market – maybe, this was one of the very early oscilloscope-registration-lenses, which are also known from Germany and GB even at WWII-times.

And a 1000mm f/7 catadioptric lens was only experimentally made in 1958.

„Topcon Club“ (2) writes about this:

„The interchangeable lenses which appeared with the appearance of TOPCON R are various kinds of the Auto Topcor of 35mm/100mm, and R TOPCOR (a preset diaphragm) of 90mm/135mm/200mm/300mm among these – although the bright thing and the dark thing were prepared about 135mm and 300mm – it should mention especially – it is the „high-speed lens“ of 135mm f2 and 300mm f2.8. 50mm f0.7 – such a bright lens was already completed during wartime by the Tokyo optics. Do you believe it ? Although possibly this grade was an easy thing, even so, the 300mm f2.8 lens will be an astonishment thing in 1957. I talked in detail on „the page of TOPCOR“ about this lens. We have to wait for marketing of the product of NIKON which is the next 300mm f2.8 lens at any rate till 1977. However, TOPCON did not build the super telephoto lens 500mm /800mm those days. Furthermore, the Refrector Topcor 1000mm f7 is appearing in the catalog in ’59. However, this was not launched regretfully.“

Later – from 1969 on – a RE Topcor 500mm f/5.6 telephoto-lens was even produced with automatic diaphragm and meter coupling!

Can such a fast long telephoto lens like this early 300mm f/2.8-design without Fluorite- or ED-lenses be any good – on the scale of professional photography? There are hints, that rare-earth glasses were used to make these lenses (also for the other famous 13,5cm f/2.0, also supplied since 1958). But I do not know details about this.

I will answer the question about the optical quality here – also comparing this lens with a modern top-notch tele-lenses like Canon EF 300mm f/2.8 L IS USM, which I personally classify as today’s state-of-the-art reference, supported by photo-friend Thomas, who borrowed his Canon lens to me.

Finally I will take a glance on a state-of-the-art modern astronomical refractor, which normally does perform at diffraction-limited resolution on stars!

Topcor 30cm f/2.8 – The Optical Performance on analog film (year 1969):

Stephen Gandy (3) wrote in his blog:

WIDE OPEN its resolution was 56lines/mm center and 34lines/mm at the edges.  By f/8 it was 80 lines/mm center and 65 at the edges.   Many normal lenses don’t achieve this sharpness — much less 300/2.8 leviathans !  Camera 35 summed it up by saying „INCREDIBLY FANTASTIC.“  I would have to agree.

(In the original text in Stephen’s blog, the reported resolution values are noted as „56mm“ or „34mm“. I have taken the freedom, to correct this to what it should read: lines per mm, „lines/mm“!)

The resolution values, which I use in my digital IMATEST measurements, typically are given in „Line-pairs per picture-height“ = „LP/PH“. Picture-height being 24mm with 24×36-format, you have to divide the „lines/mm“-values by two to get to „line-pairs“ – and then multiply with 24 to achieve LP/PH.

The highest given value of 80 lines/mm corresponds to 960 LP/PH stopped down to f/8 in the center or 760 LP/PH at f/8 at the edge – the lowest value 34 lines/mm with open diaphragm at the edge corresponds to 408 LP/PH.

What does that mean?

In 1969 the test results for resolution were measured on film – „Modern Photography“ used Plus-X Pan with standardized development – and the reading of the „just resolved“ line-pattern was done with a standardized enlarging glass … I personally used the method myself at that time, too, and it is quite reproducible as long as the same person does the reading … It is somewhat sensitive to the vision-capabilities of the reading person! And of course the grain of the analog film material (negative b&w film!) is the limiting factor for the resolution-reading on film for really high resolutions.

Today’s modern 24 MP-sensors deliver resolutions of 2,000-2,400 LP/PH using MTF30 (30% contrast) as  the parameter for reading out the resolution values from the MTF-curve. My Sony A7R4-Camera (62 MP), which I use for my measurements, has a Nyquist frequency of 3.168 LP/PH and delivers up to 3.800 LP/PH-readings with the best known lenses.

The following spreadsheet gives an overview on the physical data of the Topcor-lens and the other lens-monsters, analysed here:

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Fig. 3: Physical Data of the five 300mm f/3.8-Lenses – source: measured by fotosaurier

3. Topcor 30cm f/2.8 – Optical Performance

My IMATEST-Results of the optical properties of the Topcor R 30cm f/2.8 lens:

To exclude potential vibration-initiated degradation of resolution in my test-shots at these long focal-lengths I used my heavy (>10 kgs) and sturdy astronomical telescope-mount:

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Fig. 4: My massive astronomical lens mount – here with SonyA7R4 attached to Topcor 30cm f/2.8 – source: fotosaurier

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Fig. 5: The set-up keeps the lens and camera steady even at 0,4 seconds. – source: fotosaurier

Following you see the results of my IMATEST-measurements:

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Fig. 6: Optical measurment-results for Topcor R 300mm f/2.8 adapted to Sony A7R4 with 62 MP – resolution values given in LP/PH – source: fotosaurier

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Fig. 7: Resolution measurement-results for Topcor R 300mm f/2.8 as graph – source: fotosaurier

The lens is unique at that time regarding to „speed“ – an extremely ambitious piece of optical engineering. Remind, that the distortion is practically zero and the CA-area in the center 0,8-1,4 pixel – 1 pixel at Sony A7R4 is 3,8 microns on the sensor!

What is center, what is part way and what is corner? In the following graphs from IMATEST you see: „Part-Way“ is the large part of the picture extending close to the narrow side (left/right). „Corner“ is the narrow area outside the second dotted circle on the picture below.

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Fig. 8: „Center“ resolution is calculated as mean from the values inside the inner circle (in my setting always two values), „part way“ is the mean of all values between the inner and outer circle, „corner“ is the mean of all values positioned outside the outer circle – source: fotosaurier

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Fig. 9: Topcor R 30cm f/2.8 resolution plotted over radius of picture circle – source: fotosaurier

So, let’s compare the measurements to the value, that were given in analog times on film:

The comparison in the spreadsheet Fig. 10 shows: The  lens „out-resolves“ normal analog films by far! Stopped down it reaches the limits of the analog medium even at the edges of the frame! 

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Fig.10: „Camera35’s“ resolution measurements for Topcor R 30cm f(2.8 of 1969 on film compared with digital IMATEST values (at 30% MTF = „MTF30) with Sony A7R4 – source: fotosaurier

I found no real technical explanation, how Topcon-engineers managed to generate this phantastic lens at that time without ED/LD/AD/Fluorite-glass. There is a second tele-lens – the 13,5cm f/2.0, also introduced 1958, with first-in-industry potential – and finally the Topcor 2,5cm f/3.5 super-wide, which surprises with best-in-class resolution values (see my blog-article on historical 24/25mm-lenses!).

If somebody knows the secret: please, tell us!

Look at a sample picture taken with the Topcor at the end of this article at 65% enlargement size (see Fig. 24).

Now, let’s have a glance on some other historical Superteles:

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Fig. 11: From left to right: Topcor R 300mm f/2.8, Canon EF 300mm f/2.8 IS USM, Minolta AF Apo-Tele 400mm f/2.8, Tamron SP (60B) 300mm f/2.8 LD (IF), Arsat Yashma-4H MC 300mm f/2.8

4. The Reference: Canon EF 300mm f/2.8 IS USM

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Fig. 12: Canon EF 300mm f/2.8 IS USM – source: fotosaurier

Canon EF 300mm f/2.8 IS USM is rated as the reference of this class of lenses.  In this case it is not the latest „Mk II“-version of it, which came out 2011 –  but the first version of 1999, which is tested here. It represents nevertheless already the top-class of the super-teles (as all its predecessors since 1973!)

Here are the IMATEST results of its optical properties:

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Fig.13: Optical properties of Canon EF 300mm f/2.8 IS USM from my IMATEST-measurements, with autofocus – source: fotosaurier

And here the Graphs of resolutions center, part way and corner:

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Fig. 14: IMATEST-Resolution (LP/PH) of Canon EF 300mm f/2.8 IS USM – center – part way and corners – source: fotosaurier

Not may comments necessary to this – the figures and graphs should speak for itself … Just to mention: the distortion at the Topcor-lens is even lower than that of the Canon – but both are neglectable for a supertele!

Canons leadership in this class of professional supertele-lenses was generated by the policy, not to drop a product into the market, which was „just possible“ at present, but to persue a consequent plan for the future: to solve the „secondary spectrum“-problem of long tele-lenses, which means to use extreme „anormal dispersionlens-materials, which do the job without optical compromising.

So in 1975 – 2 years after Nikons first presentation of its first 300mm f/2.8 ED-lens (which was not very convincing and had to be replaced four years later by the ED-IF-version) – Canon introduced their FD 300mm f/2.8 Fluorite-Supertele, in which they used a front-lens made of fluorite-monocrystal material (no glass!) and a UD-glass-lens. This lens was already praised close to perfect (absence of chromatic aberrrations). Canon accepted for this a compromise, which made the lens longer and heavier: to protect the soft and sensitive fluorite-crystal-material in the front lens, there was a fixed additional plane protection element of glass in front!

Finally new fluorite-glass-formulations became available, which allowed to drop the sensitive crystal-lens. Over the introduction of Autofocus (EOS – 1987) and still more glass-elements, Canon finally introduced the legenday lens EF 300mm f/2.8L IS USM in 1999 with very fast AF and image-stabiliser, which is tested here.

Enjoy the results!

5. Finally – three more 300mm f/2.8-teles:

  • Minolta AF APO-Tele 300mm f/2.8 (1985)
  • Tamron SP LD (IF) 300mm f/2.8 (60H) (1984)
  • ARSAT MC Yashma-4H 300mm f/2.8 (1990?)

For these three lenses I also have to thank foto-friend Thomas, who borrowed them to me!

5a. Minolta AF APO-Tele 300mm f/2.8 (1985)

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Fig. 15: Minolta AF APO-Tele 300mm f/2.8 – source: fotosaurier

This lens had a mechanical defect: the diaphragm could not be closed below f/5,6. However: in these lenses principally mainly the open aperture is really significant – why should you carry around such a weight, to make pictures with f/11?

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Fig. 16: Optical properties of Minolta AF 300mm f/2.8 Apo – source: fotosaurier

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Fig. 17: IMATEST-Resolution (LP/PH) of Minolta AF 300mm f/2.8 Apo – center – part way and corners – source: fotosaurier

This Minolta lens comes closer to the Canon-legend than any of the others – but with quite some distance in resolution in the corners open aperture.

Excelent lens!

5b. Tamron SP LD (IF) 300mm f/2.8 (60B) (1984-1992):

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Fig. 18: Tamron SP LD (IF) 300mm f/2.8 (60B) – source – fotosaurier

This is the shortest and lightest lens of the quintuple, which arrived even one year before the Minolta – containing two low-dispersion (LD) lenses – with manual focusing:

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Fig. 19: Optical properties of Tamron SP 300mm f/2.8 LD (IF) 60B – source: fotosaurier

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Fig. 20: Imatest resolution graphs of Tamron SP 300mm f/2.8 LD (IF) 60B – source: fotosaurier

Tamron – third party winner: Great Lens!

5c. ARSAT MC Yashma-4H (1990?):

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Fig 21: ARSAT MC Yashma-4H – source: fotosaurier

I do not know much about this lens. Funny about it is to me, that in most cases, when it is offered as a used lens, it is given the addendum „sovjet lens„! In 1990, when it was delivered first (I saw other sources with the date 2007 …) the Sovjet Union no longer existed – which means that, ARSAT being located in KIEW, the lens has UKRAINIAN roots.

As far as I know, it was generally produced in Nikon-mount.

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Fig. 22: Optical performance of Arsat MC Yashma-4H 300mm f/2.8 – source: fotosaurier

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Fig. 23: Resolution graphs of ARSAT MC Yashma 300mm f/2.8 – source: fotosaurier

Open aperture and stopped down the lens is convincing in the center – about 10-15% below the other superteles – but with still very good CA in the center.

From f/4.0 it is also very good in the large part of the frame – just 10% below the Topcor.

In the corners it is on par with the Topcor open aperture – but it does not improve so much while stopping down. For analog film use it was also a good lens – with exception of the softer corners with typical CA-values of non-apochromatic lenses … and a much higher distortion than all the other superteles.

What about apochromatic correction in supertele-lenses?

Lenses of 300mm f/2.8 need apochromatic correction to be really sharp. The chromatic aberrations („secondary spectrum“) are the major restictions in sharpnes for these long focal lengths all over the frame! All these lenses, tested in this report, have apochromatic correction – in varying degrees of perfection! In the ARSAT Yashma the apo-correction is only partly successful.

Herbert Börger

fotosaurier, Berlin 13.02.2023

Literature:

1- „Topcon Story – Topcon Enigma“ by Marco Antonetto and Claudio Russo, by Nassa Watch Gallery, Collectors Camera Publishing, CH 6907 Lugano, Switzerland – 1997

2- Web site „http://www.topgabacho.jp/Topconclub/FPslr1.htm

This, the first super fast long telephoto lens produced for any camera system world wide, came to the market in 1957. This was a large and heavy lens, with a 130mm maximum diameter, a length of 412 mm and a weight of 3.3 kg. The optical design was one of 6 elements in 4 groups. The selling price, at the time, was 135,000 Yen making it the most expensive lens on the market. Special filters slide into a slot at the rear of the lens barrel and this lens was probably the first to use this method. Unlike the 135mm f2 R Topcor, this lens was listed in catalogues into the later half of the 1970s. Because of it’s large aperture it was chosen as the official lens of record for the Tokyo Olympics. An odd thing concerning this lens is that many of those remaining have been modified for the Nikon mount, while those with the original Topcon mount are very scarce. The early lens case was made of leather but later on Topcon began supplying a hard case with the TOPCON emblem promontory displayed. The R Topcor 300mm f2.8 lens still compares favorable, with regards to regards to sharpness and contrast, to modern lenses with fluorite elements. Today this lens is almost forgotten but was highly praised in former times.

3- Web site of Steven Gandy: „https://www.cameraquest.com/top30028.htm“


Fig. 24
: Mathäuskirche in Hambühl, seen from 1,2 km distance with Topcor 300f2,8  (taken at f/5,6 with Sony A7R2 at iso800) – narrow vertical crop of nearly full frame, which you see here at about 65% enlargement – „ooc“ – no post-treatment of the picture) – source: fotosaurier

Two crazy lenses of the 1950s – Angénieux 50mm f/0.95 and Carl Zeiss Jena Biotar 50mm f/1.4 for 35mm Cine-Format – plus Canon Lens 50mm f/0.95 from end of 60s

A few weeks ago I was blessed, having an Angénieux 50mm f/0,95-lens and a „Biotar 50mm f/1.4″, at the same time in the same place !

An Angénieux 50mm f/0,95-lens in perfect optical quality and with aperture-mechanism  and rehoused into a perfect Sony-E-body, focusing to infinity and ready for measurement in my optical IMATEST-Lab…. this is really a „unicorn“!


Fig. 1: Ultra-rare 50mm f/0.95-lens for Cine 35 movie-format – this lens-series (10mm, 25mm and 50mm) founded Pierre Angénieux‘ high reputation in cinematic optics! – source: fotosaurier

The „Biotar 50mm f/1.4″, in great overall condition, which I even did no know about, before I saw it for the first time.

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Fig. 2: One of the best high-speed-lenses ever made in Jena – Biotar 50mm f/1.4 of 1955/56 for Pentaxflex AK-16 cine-camera system – professional performance for professional use! – source: fotosaurier

Photo-friend and co-nerd Thomas handed out both ultra-rare lenses to me for closer optical inspection. I am a happy man!

Fig. 3: Two very rare lenses at the same time in the same place … in my IMATEST-Lab! Sheer happiness! – Source: fotosaurier

  1. Angénieux 50mm f/0,95 (Type M1):

Thomas has proven, that it is possible to re-house the Angénieux-lens for general photographic use with infinity focus:

Fig. 4: The early super-fast Angénieux 50mm f/0.95 lens 0f 1954/55 here in a „Unikat„-version – the basic lens is directly fitted to E-Mount for Sony – source: fotosaurier

Starting in 1953 Pierre Angénieux brought out a series of lenses with f/0.95. In 1953 it was firstly the 25mm f/0.95 (which became the most famous Angénieux lens due to the use in NASA-spaceflights to the moon!) made for cine 16mm format and the 10mm f/0.95 for 8mm-cine.

A few months later he pushed out also a version for 35mm-cine: the 50mm f/0.95 – probably this was in in 1954 – originally in C-Mount. Hartmut Thiele dates this to 1955. It is important to understand, that this is not a lens made for still-photogray amateur use – but Pierre Angénieux showed here all his knowledge dedicated for professional cine-use. He went to the limits of everything, which was possible with glass-types and design- and production-methods at that time!

If you need more information on Pierre Angénieux, please look up my Blog article here!

Following my measurements on the IMATEST-target the picture-circle, that this lens covers is 37mm – so it is falling a bit short from the 43mm needed for covering the still-photo-35mm-full-format (24 x 36 mm).

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Fig. 5: Picture of IMATEST-Target through Angénieux 50mm f/0.95 at f/0.95 in the 24 x 36 mm full-frame of the Sony A7R4 – Source: fotosaurier

This test-set-up generates the following resolution-measurement results:

Fig. 6: Resolution at center/part way/corner of Angénieux 50mm f/0.95 on Sony A7R4 (60,2 MP-sensor – 9.504 x 6.336 pixels!) at standard distance full-frame (24×36) – Source: fotosaurier

In spite of the heavy darkening in the corners, the system does still generate results, but these readings are not very reproducible … these corner-readings are located clearly outside the picture-circle for this lens!

So I made a second set-up with the camera set a little bit further away from the target, so that the individual measuring areas move somewhat towards the center of the picture and do not suffer too much from the dark areas out of the picture circle of the lens.

Fig. 7: Angénieux 50mm f/0.95 moved a bit backwards from the target – measurement-areas (marked magenta rectangles) moved somewhat further towards the picture center – avoiding overlap with the dark corners – this picture is at f/8, showing a sharper limit to the dark corner-areas! – source: fotosaurier

Now the furthest measurement locations are at 82% of the full-frame picture radius, clearly inside the bright circle which this lens covers at 86% of full-frame radius!

The result is seen in the following picture:

Fig. 8: Resolution with refocussed Angénieux lens 50mm f/0.95. The corner-resolution-values are still located outside the Cine35-picture-frame!!! The „peak“ at f/4 in the corner reading is real – no error – never seen anything like this with any other lens! – source: fotosaurier.

In Chapter 4 at the end of the article I will ad thwe measuremts at cine-format for all three lenses (Super 35: 18,66mm x 24,89mm). This will give more realistic resolution-readings. The Super35 crop-mode on the A7R4 is  6.240 x 4.160 pixels.

2. Carl Zeiss Jena Biotar 50mm f/1.4:

About the same time, DDR-based Carl Zeiss Jena created a high-speed lens for its own Pentaxflex AK-16 cine-camera system in Pentaflex-16 mount.

It seemed logical to follow the already successfull BIOTAR-formula and it came out around 1955 or 1956 the Biotar 50mm f/1.4:

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Fig. 9: Carl Zeiss Jena Biotar 50mm f/1.4 for Cine-Format, arriving 1955/56 – Source: fotosaurier

Looked at with the sensor of the Sony A7R4, the picture-circle is a bit larger than with the Angénieux … there are only minimal dark corners!

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Fig. 10: Full-frame picture of IMATEST-target through Biotar 50mm f/1.4 at f/1.4 – Source: fotosaurier

Of course, we have here the same situation, that the corner-measurements are quite a bit outside the cine-picture frame of typically 16mm x 22mm:

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Fig. 11: Biotar 50mm f/1.4 in the same frame as Angénieux seen in Fig. 7 – source: fotosaurier

I will also with this lens repeat the measurement, restricting the resolution-target to the cine-picture frame – see section 4 at the end of the article.

The results show for both lenses, that the resolution in the center is extremely high – even wide-open! Both lenses are extraordinary lenses of their time – the mid-1950s!!!

Unique: „first-in-industry“ point of view for the Angénieux 50mm f/0.95 in its extreme speed, without sacrifycing to the center resolution!

3. Canon Lens 50mm f/0.95 for rangefinder (Canon7) cameras with LTM 39mm – of 1969

As we are just talking about early historical high-speed lenses, the step to the famous CANON 50mm f/0.95 (for rangefinder) is logical. It is a step of 15 years in time – and this time the lens is really dedicated to 35mm still-photo full-format 24mm x 36mm!

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Fig. 12: Angénieux 50mm f/0,95 of 1954, left, and Canon 50mm f/0.95 of 1969 / the normal still-photo-version here – Source: fotosaurier

Here is my comparable resolution-measurement with two samples of (s.n.18924 and s.n.22372) of the Canon 50mm f/0.95 on Sony A7R4 for this lens at full 24×36-format:

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Fig. 13: Resolution-Graph of Canon 50mm f/0.95 on Sony A7R4 (60,2 MP) – Source: fotosaurier

Fig. 13a: Resolution-Graph of Canon 50mm f/0.95 on Sony A7R4 (60,2 MP) – Source: fotosaurier

To allow for the necessary rangefinder-coupling besides the huge rear lens, this lens is „cut free“ at the edge for this purpose.

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Fig. 14: Cut-away at the 50f/0.95 Canon’s rear lens, to allow for the rangefinder-coupling! – source: fotosaurier

However, the 50mm f/0.95 lens was also released in a version for video cameras, with an additional engravureTV“ on the nameplate: consequently these lenses were delivered with C-mount. As these lenses do not need the rangefinder-coupling, the rear lens is not cut at the edge here.

Hopefully I wil be able to add a picture of the 50mm f/0.95 TV-lens rear section for comparison soon.

4. Finally: Resolution-Data of these Lenses, measured for the Cine Super35-format, which the Angénieux and CZJ Biotar Lenses are originally dedicated to – on all three lenses:

a) Angénieux 50mm f/0.95 – at Super35-format:

Fig. 16: Angénieux 50mm f/0.95 at Super35-frame on Sony A7R4 – absolutely phantastic for this „first-in-speed“  – source: fotosaurier

b) Biotar 50mm f/1.4 – at Super35-format:

Fig. 17: CZJ Biotar 50mm f/1.4 at Super35-frame on Sony A7R4 – absolutely phantastic for this „first-in-speed“  – source: fotosaurier

c) Canon 50mm f/0.95 – at Super35-format on Sony A7R4:

Canon lens f=50 mm f:0.95_A7R4_Super35_Graph
Fig. 18: Canon Rangefinder 50mm f/0.95 – primarily dedicated to still-photo 24×36 but also delivered as a TV-version – just a bit better than the Angenieux, but 15 years later! – source: fotosaurier

All three lenses have very low chromatic aberrations in the center but the Canon peaks out in maximum CA, Biotar and Canon are close to zero in distortion, while the Angenieux has around -1% distortion, which is still excellent for such an early, extreme lens!

5. Appendix:

Here you see all properties of the three lenses in detail – for 24×36 (full frame) and Super 35 (cine-format).

5-a1. Angenieux M1 50mm f/0.95 – FullFormat 24×36.

5-a2. Angenieux M1 50mm f/0.95 – Super35.

5-b1. Carl Zeiss Jena Biotar 50mm f/1.4 – FullFormat 24×36.

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5-b2. Carl Zeiss Jena Biotar 50mm f/1.4 – Cine35.

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5-c1. Canon Rangefinder 50mm f/0.95 – FullFormat 24×36.

Spreadsheet_Crf50f0,95_FF_sn18924

5-c2. Canon Rangefinder 50mm f/0.95 – Cine35.

Spreadsheet_Canon-50f0,95_Cine35

Herbert Börger

Berlin, 24.12.2022

Hey Sony! Was passiert bei der Objektiv-Korrektur in meiner Sony A7Rm4 ?

Bei hochwertigen digitalen Systemkameras hat man üblicherweise die Möglichkeit, eine digitale „Objektiv-Korrektur“ zuzuschalten – für moderne Objektive, deren Eigenschaften in der Firmendatenbank des Kameraherstellers meines Vertrauens gespeichert und für das Kameramodell verfügbar sind. Dazu muss die Kamera das Objektiv-Modell erkennen und die notwendigen Korrektur-Algorithmen besitzen – oder das Objektiv könnte diese Informationen über seine Fehler in sich tragen.

Ich mchte nur generell erwähnen, dass ich in allen meinen Testberichten, in denen ich historische und moderne Objektive verglichen habe, immer die Objektiv-Korrektur ausgeschaltet habe.

Geben Sie es zu: Sie waren bisher auch so naiv, zu glauben, dass da auf wundersamem – eben digitalem! – Wege die aufgrund der bekannten Rest-Fehler der Optik fehlerhaften Bildinformationen „nachgebessert“ werden. Es entstehe bitte: DAS PERFEKTE BILD – bei Verwendung eines un-perfekten (und damit billigeren) Objektives, dessen Rest-Fehler durchaus sehr groß sein könnten – man müsste sie nur kennen …

Nachdem ich persönlich schon relativ sicher war, dass von der „Objektiv-Korrektur“ KEINE WUNDER zu erwarten sein werden, wollte ich mal nachschauen, was denn wirklich passiert. Was können wir heute von einer Objektiv-Korrektur erwarten, wobei ich das Thema erst einmal auf die 60 Megapixel-Sony-Kamera A7Rm4 beschränken muss, also einen aktuellen, hochauflösenden Sensor.

Meine Hoffnung ist, dass beim Aufbereiten der Sensor-Rohdaten diese Kamera nicht schon ohne mein Wissen die Bilddateien manipuliert, solange die Objektiv-Korrektur ausgeschaltet ist! Bei den historischen Objektiven, die ich normalerweise sehr überwiegend analysiere, besteht diese Sorge ja ohnehin nicht, da das Objektiv normalerweise nicht mit der Kamera kommunizieren kann – die Kamera aber auch sowieso nichts über mein „Ernostar“ von 1926 weiß!

Ich sollte nicht verschweigen, dass meine Motivation, diesen Bereich näher zu untersuchen dadurch plötzlich für mich höhere Priorität erlangte, dass ich versucht habe, in Dateien auf Basis des IMATEST-Test-Targets die Vignettierung mittels Photoshop zu kompensieren, um zu erfahren, welchen Einfluß die Vignettierung alleine (also der Helligkeitsabfall zum Rand) auf die Auflösungsmessung haben könnte.

Die erneute Analyse der manipulierten IMATEST-Target-Datei ergab: einen KATASTROPHALEN Einbruch der Auflösungswerte überall im Bild. Das hat mich schon sehr alarmiert!

Zufällig um dieselbe Zeit habe ich mein Referenz-Normalobjektiv (Sony Planar FE 50mm f/1.4 ZA) erneut mit IMATEST gemessen – und erreichte nicht annähernd die mir geläufigen hohen Auflösungs-Werte. Ich sellte fest, dass – durch irgendeinen Zufall – die Objektiv-Korrekturen eingeschaltet waren.

In der Folge führte ich folgendes Messprogramm durch – wobei ich das exzellente (aktuelle) Planar FE 50mm f/1.4 ZA im E-Mount (Sony) verwendete. Nach meinen umfangreichen Erfahrungen kann das verwendete Objektiv aber durchaus als Referenz dessen gelten, was in diesem Preissegment heute möglich ist.

Auflösungs-Messung (mit CA- und Verzeichnungs-Daten sowie Kantenschärfe-Messung) an der Sony Planar FE 50mm f/1.4 ZA am Imatest-Target (SFRplus):

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Bild 1: Messanaordnung Mit Sony A7Rm4-Kamera und dem großen IMATEST-SFRplus-Target. Die Höhe des Targets zwischen den oberen und unteren Balken beträgt 783 mm, Der Abstand mit 50mm-Objektiv ca. 1,6 m.

Beschreibung des Messverfahrens im Detail siehe:

Fotosauriers optisches Testverfahren für Objektive mit IMATEST

Die typischen individuellen Fokussier-Unsicherheiten der (eigentlich überlegenen) Manuellen-Fokussierung wollte ich zunächst vermeiden, deshalb wählte ich Autofokus für die Schärfeeinstellung – und zwar mit Fokusfeld im Zentrum.

Die Objektiv-Korrekturen sind AUSGESCHALTET (OFF):

50f1,4_AF-oKorr
Bild 2: Auflösung, Kantenschärfe und Verzeichnung (IMATEST) mit Autofokus, Objektiv-Korrekturen ausgeschaltet – PLANAR 50mm f/1.4 – gegenwärtiger Stand der Technik (2018)

Anschaulicher sind die folgenden Grafiken, Auflösung (LP/PH = Linienpaare/Bildhöhe) über der Blende aufgetragen – jede Zahl ist ein Mittelwert über mehrere Messpunkte (insgesamt 46 Messpunkte bei jeder Blende über die gesamte Bildfläche verteilt):

FE 50f1,4_Autofocus_oKorr_Diagramm
Bild 3: Diagramm Auflösung (Mitte-Übergang-Ecken) des FE 50f1.4 ZA mit Autofokus

Das folgende Diagramm zeigt die Auflösung desselben Objektivs  mit EINGESCHALTETER VERZEICHNUNGS-KORREKTUR

FE 50f1,4_Autofocus_mVerzKorr_Diagramm
Bild 4: Auflösung (Mitte-Übergang-Ecken) (IMATEST) mit Autofokus, Objektiv-Korrekturen eingeschaltet – PLANAR 50mm f/1.4 – gegenwärtiger Stand der Technik (2018)

Man erkennt sofort, dass die Auflösung in der Bildmitte („Center“ – grüne Linie!) sehr stark abgesunken ist gegenüber der Messung ohne Verzeichnungskorrektur. Wenn man genau in die Rand-Auflösungswerte schaut, sieht man, dass zwischenBlende 2.8 und 8 die Auflösung auch in den Ecken und im Übergang (part way) leicht verringert ist. Außerdem ist die Kantenschärfe in der Bildmitte (Wert „Edge profile bzw. sharpness“) deutlich – nämlich ebenso um ca. 20% wie die Auflösung in Bildmitte – reduziert.

Die Aufgabe der Verzeichnungskorrektur wird dabei allerdings vorbildlich gelöst: die Verzeichnungswerte werden mit 0,03-0,07% auf bis zu ein Zehntel der ursprünglichen Verzeichnung von 0,35% abgesenkt – dann meist mit der Charakteristik „Moustache“.

Die Frage ist nur: zu welchem Preis in der Bilqualität geschieht das hier? Und ist das Objektiv damit sinnvoll verwendet. Mit Listenpreis € 1.500 erstehe ich eine 12-linsige Festbrennweite mit state-of-the-art Optik (Asphäre, Sondergläser). Da möchte ich die volle optische Leistung (schon ab Offenblende!) gerne genießen!

Die oben dargestellte Erkenntnis ist daher wohl von eher theoretischem Interesse. Eine Verzeichnung von 0,35% ist ohnehin so gering, dass sie praktisch nicht auffällt. Man solte den 12-Linser nicht „abdrosseln“ und ihm damit seine optische Potenz nehmen.

Zu der anderen angebotenen Objektiv-Korrektur, die man in der A7Rm4 einzeln zu- und ab-schalten kann, läßt sich allerdings nur Positives sagen: die CA-Korrektur beeinflusst hier die Auflösungswerte allenfalls positiv – nämlich da, wo im Rand-Ecken-Bereich der Farbfehler reduziert wird: dort steigt dann auch die Auflösung. Das Zuschalten ist also auch bei einem derart hoch-korrigierten Objektiv zu empfehlen. Die Wirkung ist auch in der Bildmitte nachweisbar.

Für dieses hier besprochene Objektiv würde ich dringend empfehlen, die Lens-Correction Funktion auszuschalten und lediglich die CA-Korrektur einzeln zuzuschalten.

Bei anderen Hochleisungs-Objektiven habe ich dasselbe überprüft und bin – glücklicherweise – ausschließlich zu anderen Ergebnissen gekommen, wie man in den folgenden Tabellen sieht. Ich habe dabei nur die Performance bei voller Öffnung dargestellt, da die Objektiv-Korrektur da typischerweise am stärksten eingreift.

Hier drei Beispiele mit drei der aktuellsten hochklassigen Optiken mit 40 mm Brennweite ebenfalls an der Sony A7R4:

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Bild 5: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am Batis 40mm f/2.0 – ohne und mit Lens-Correction – Quelle: fotosaurier

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Bild 6: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am Sony FE 40mm f/2.5 – ohne und mit Lens-Correction – Quelle: fotosaurier

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Bild 7: Auflösung, Verzeichnung und CA bei voller Öffnung am SigmaArt 40mm f/1,4 – ohne und mit Lens-Correction – Quelle: fotosaurier

Diese drei Beispiele nähren bei mir die Hoffnung, dass die Situation beim Planar 50mm f/1.4 eine Ausnahme sein könnte. In allen drei Fällen zeigt sich grundsätzlich sowohl eine Verbesserung der Verzeichnung als auch der Auflösung, die vermutlich unmittelbar auf die nachträgliche Korrektur der Chromatischen Aberration zurück geht.

Herbert Börger

Der Brandenburger Tor, Berlin, 11. Dezember 2022

„Überflieger“ auf Kollisionskurs

… gemeint sind damit hier keine Wesen, die über-schlau jedem Alltags-Maßstab ent-eilen, sondern die Objekte, mit denen man einen guten Teil vieler Tages verbringt, wenn man in der Einflug-Schneise eines größeren Flughafens wohnt.

Ich beschwere mich nicht – irgendwo müssen sie ja fliegen – und es besteht die Hoffnung darauf, dass sie noch erheblich viel leiser werden und auch die Zeiten der 19,95-Euro-Sitzplätze irgendwann enden werden, wenn es notwendig werden sollte, ALLE Kosten denen aufzubürden, die sie verursachen/verantworten.

Bis es so weit ist, werde ich aber auch nicht versuchen, den Feind zu lieben oder durch eine innige Umarmung unschädlich zu machen – will sagen: zum PLANE-SPOTTING wird es bei mir nicht kommen.

Allerdings „spiele“ ich manchmal mit den wohl-bekannten Flug-Objekten – dann nämlich, wenn sich eine meiner Liebhabereien – die Astronomie – damit verbinden läßt!

Das Spiel besteht hier darin, landende Flugzeuge mit dem Mond scheinbar kollidieren zu lassen! An meinem Wohnort befinden sich die landenden Maschinen in ca. 800 Metern Höhe. Das ist relativ passend, da die Maschinen im Tele da schon relativ groß erscheinen – aber nicht zu groß, denn dann würde der Mond winzig neben dem Flugzeug erscheinen. Ideal wären wahrscheinlich1.000 – 1.500 Meter Höhe. Aber diese Gedanken habe ich mir anfangs gar nicht gemacht:  mir fiel die Kollisions-Situation  sozusagen zufällig in den Schoß … und ich habe einfach abgedrückt – wie folgend zu sehen:

Mir war nachmittags schon aufgefallen, dass die landenden Maschinen die Bahn des Mondes  kreuzten. Der Mond stand bei wolkenlosem Himmel im Südwesten gegen Untergang und ich habe dann gewartet, bis der Kontrast der Mondscheibe zum Himmel größer wurde – aber die Flugzeuge von der Sonne noch gut beleutet waren.

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Fig. 1: Viertelmond (erstes Viertel) am 20. April 2021 – 250 mm-Teleobjektiv an Fuji GF100 – frei Hand 1/1300 s. Die formatfüllende Bildhöhe ist hier 850 Pixel (0,5 Grad am Himmel). Bildkontrast nachträglich leicht angehoben. Quelle: fotosaurier

Der Mond steht hier 7 Tage vor „Supervollmond“, der am 27.4.21 eintreten würde im ersten Viertel – also ziemlich nahe am Perigäum und erscheint daher ziemlich groß.

Ausrüstung: ich habe die GFX100 mit 100 MP auf dem Format 33mm x 44mm benutzt – mit dem 250mm f/4 Teleobjektiv mit OIS. Dessen DIAGONALER Bildwinkel ist 12° – der Durchmesser des Mondes entspricht etwa 0,5°.

Erster Versuch:

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Fig. 2: Erster Versuch … DANEBEN! Dies bild zeigt den vollen Ausschnitt des 250er Teles an der Fujifilm GFX100 und die natürlichen Helligkeits- und Kontrastverhältnisse. Optischer IS + IBIS ! Schärfe auf dem Mond. Quelle: fotosaurier

Ich hätte noch die Option gehabt, den 1,4-fach-Teleconverter und den Kleinbild-Ausschnitt auf dem Sensor zu verwenden. Damit hätte ich eine weitere 1,75-fache Vergrößerung erzielt. Von der Bildwirkung wäre das eindrucksvoller gesesen – allerdings hätte ich dann vielleich am Anfang gleich so große Probleme bekommen, Flugzeug und Mond gleichzeitig einzufangen, dass ich möglicherweise entnervt hingeworfen hätte (das Projekt – nicht die Kamera!).

Sofort werden mir die ersten Probleme der Umsetzung des Spiels bewusst:

Erstens: Stellt man auf das Flugzeug oder den Mond scharf?

Auf diesem Bild 2 hatte ich auf den Mond scharf gestellt. Das Flugzeug zeigt – trotz Image Stabilizers – hier eine leichte Bewegungsunschärfe in der 100%-Ansicht:

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Fig. 3: 100%-Ansicht des Flugzeuges aus Bild 2. Quelle: fotosaurier

Die Alternative – auf das Flugzeug scharf gestellt – auch weit daneben:

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Fig. 4: Auch daneben – aber auf das Flugzeug scharf gestellt. Quelle: fotosaurier

Das Flugzeug ist jetzt knack-scharf in 100%-Ansicht, wie es sich für einen optischen Image Stabilizer gehört – aber was ist das da unten hinter dem Flieger?

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Fig. 5: Brutal deformierter Mond aus dem Bild 4. Die Ursache ist IBIS! Quelle: fotosaurier

Die Fujifilm GFX100 besitzt ein „In-Body-Image-Stabilizer“ (IBIS)-System, das den Sensor bei Bewegung und Erschütterung der Kamera nachführen soll. Es arbeitet auch gleichzeitig zusammen mit dem „Optischen-Image-Stabilizer“ (OIS)-System des Objektives.

Hier hat der OIS des Objektivs (mit kleiner Wirk-Amplitude) offensichlich das Flugzeug scharf auf den Sensor gebannt – während die Kamera den Sensor mit IBIS (große Korrektur-Amplitude!) der Bewegung des Flugzeuges nachgeführt hat – wobei das Bild des Mondes nicht etwa bewegungsunscharf und verwischt entsteht sondern „gestreckt“ in die Bewegungsrichtung des Flugzeuges – aber ebenfalls scharf!

Was für eine Kamera! Allerdings ist der „verbeulte“ Mond nicht gerade das, was ich bildlich anstrebte. Folglich fällt die Entscheidung zu: Schärfe auf den Mond setzen!

Zum Test der beiden anderen Optionen – a) nur mit OIS des Objektivs, b) nur mit IBIS der Kamera – blieb mir nicht die Zeit, wenn ich noch Treffer erzielen wollte, denn die Sonne sank unaufhaltsam Richtung Horizont.

Zweitens: Wie bringe ich Flugzeug und Mond „eng“ genug zusammen, damit man den Eindruck einer „Kollision“ erhält?

Der Mond hat einen scheinbaren Durchmesser von 0,5° (in Erdnähe = „Perigäum“ etwas mehr) – das Flugzeug hat in der Richtung quer zur Fortbewegung zwischen 1,5° und 3° Bildwinkelabdeckung – je nach Winkel unter dem die Maschine erscheint.

Die Versuche zeigten sehr bald, dass das Problem darin lag, dass die Flugzeuge bei der Landung zwar auf einem Leitstrahl geführt werden, der aber bedeutende seitliche Abweichungen zuläßt. Der Einsatz eines Stativs war damit auszuschließen. Man muß den Anflug der Maschine beobachten und dann seine eigene Position vorausschauend korrigieren, so dass das Zusammentreffen von Flugzeug und Mond in einem „Punkt“  möglich wird. Das erfordert Übung – es ist grenzwertig!

Vorausschauend hat man auf den Mond fokussiert und wartet mit dem Mond im Sucher darauf, dass das  (wirklich schnelle!) Flugzeug erscheint. Bei 12° Diagonal-Bildwinkel ist das schon ambitioniert, genau im richtigen Moment auszulösen, damit die Objekte auf ca. 1° genau in Beziehung stehen. Ein „ideales Bild“ ist mir so an diesem Tag nicht gelungen.

Halbwegs zielführende Ergebnisse waren:

Diese „Kollision“ des Mondes mit dem Leitwerk einer Lufthansamaschine, wobei das Bild des Mondes durch den turbulenten Abgasstrahl der Turbine verwischt ist;

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Fig. 6: „Kollision mit dem Leitwerk … nicht besonders eindrucksvoll … Quelle: fotosaurier

Eine Überflug-Konstellation einer Austrian-Maschine, bei der der Mond entsprechend scharf abgebildet ist und der Abgasstrahl der Turbine einen schmalen Bereich darauf verwischt;

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Fig 7: Meine beste „Passage“ an diesem Tag … der unter den Bauch des Austrian-Flugzeuges geschriebene Gruß „Servus“ musste im Schatten absaufen, damit der Mond auch durchgezeichnet erscheint. Quelle: fotosaurier

Und dieser letzte Vorbeiflug eines deutschen Luftwaffen-Airbusses in den letzten direkten Sonnenstrahlen des Abends – die Maschine kam etwas tiefer als erwartet ins Bild:

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Fig 8: 0,5 Sekunden früher hätte die Flügelspitze den Mond „erwischt“. Quelle: fotosaurier

Aus der zufällig beobachteten Überkreuzung der Mondbahn mit der Einflugsroute am „BER“ resultierte kein perfektes Ergebnis der Bild-Idee „Kollision Mond mit Flugzeug“ – aber die Erkenntnis, wie überraschend komplex und schwierig selbst diese einfach erscheinende fotografische Aufgabenstellung in der Umsetzung ist.

Dabei kann man dem Thema selbst noch eine riesige Spannweite mit dem Größenverhältnis Flugzeug/Mond verleihen: von einer kleinen Mondkugel, die dem Flugzeug „auf der Nase tanzt“, bis hin zu einer (Voll-)Mondscheibe vor der das Flugzeug als kleiner Schatten vorbei fliegt. (Ein solches letzteres Bild ist wohl nur durch glücklichen Zufall plus Geduld zu ergattern – habe so etwas schon veröffentlicht gesehen und auch mir selbst ist es am Fernrohr bereits passiert, dass ein Flugzeug – unerwartet – über die Mondscheibe flog!)

Die Variable ist in diesem Falle nicht etwa die Brennweite des Objektivs, sondern einzig und alleine die Flughöhe des Flugzeugs – und natürlich auch noch die Größe des Flugzeugs!

  1. Sinnvolle Flughöhen (bzw. Abstände) für eine „Kollisions-Illusion“ liegen nach meinen Erkenntnissen zwischen 500 m und 1.500 m.
  2. Der Himmel sollte weitestgehend längere Zeit wolkenlos sein!
  3. Da der Mond im Laufe des Monats ziemlich schnell um 360° über unseren Himmel zieht (ist ja die Definition unseres MONats!), ist sein Aufenthalt zur richtigen Tageszeit auf der Einflugbahn der Flugzeuge ziemlich selten – man kann das für einen Standort aber durchaus aus den astronomischen Daten vorplanen – wobei dann noch das richtige Wetter und der Landeflugbetrieb passen müsste, wobei der letztere auch wieder Windrichtungsabhängig ist!
  4. Bei Flugzeug-Startbetrieb halte ich die Aufgabe für nochmals deutlich schwieriger, da die Flugzeuge dann sehr schnell an Höhe gewinnen und dabei auch je nach geplanter Abflugrichtung oft schon im Steigflug wegdrehen!

Angesichts der Vielzahl der Variablen tippe ich darauf, dass ich da in diesem Jahr nicht noch einmal „zum Schuss“ kommen werde. Als ich die oben gezeigten Bilder machte, war ich mir ehrlich gesagt noch nicht bewusst, welcher Zufall sich da gerade ereignete …

Berlin, 24. August 2021

Herbert Börger – fotosaurier

 

 

 

ROBOT – Wer hatte die Idee? Kilfitt oder Berning? Zwei Ahnenforscher kommen gemeinsam zu neuen Erkenntnissen …

von Herbert Börger und Jürgen Bahr, im April, 2021

ZUSAMMENFASSUNG und NACHTRAG eingefügt am 19. Mai 2021

Wir haben eine etwas langatmige Erzählform (einen Dialog) für unsere Recherchen zum Thema gewählt. Deswegen ist es sicher sinnvoll hier eine kurze ZUSAMMENFASSUNG voran zu schicken (wir danken dem einen ungeduldigen Leser, der uns auf den Mangel hinwies – den wir hiermit versuchen zu beseitigen!):

Es gibt zu wenige völlig sichere primäre Quellen zu dem Thema, um die Frage „Kilfitt oder Berning“ mit absolut letzter Sicherheit zu entscheiden. Aber: wir haben systematisch alle verfügbaren Quellen analysiert und sind zu dem Schluss gekommen,

dass mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Heinz Kilfitt bereits den integrierten Federmotor in seiner Kamera vorgesehen hatte, als er mit H.-H. Berning zusammen traf.

Dabei handelt es sich sozusagen um einen „Indizienbeweis“.

„Der Robot“ – die Kultkamera der 1930er und 1940-60er Jahre, die sogar noch bis 2001 gebaut wurde und als Prinzip bis heute in anderem technischen Gewand fortlebt: als Verkehrs- oder Banken- bzw. Raumüberwachungs-System (heute Teil von Jenoptik).

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Fig. 1: aus dem Berning-Familienalbum – Bild und Text zeigen in den frühen 50er Jahren den ersten Einsatz eines Robot in einem Polizeiwagen für die Jagd nach Geschwindigkeits-Sündern! – Quelle: freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Jürgen Bahr.

Für alle, denen der Name der Kamera („Der Robot“) nichts sagt: es war die erste im Kameragehäuse „motorisierte“ Kleinbildkamera (Format 24mm x 24mm) die ein tüftelnder (gelernter!) Uhrmacher namens Heinz Kilfitt unmittelbar nach dem Erscheinen der Leica (ab 1926) erdacht und manuell bis zum Prototypen 1931 realisiert hatte. Die Kamera konnte schließlich ab 1935 tatsächlich in großen Stückzahlen geliefert werden. Wenn Sie jetzt 9 Jahre von der Idee zum lieferfertigen Produkt lange finden: Barnack hatte für die Leica 12 Jahre gebraucht!

Die Geschichte der Entstehung dieser Kamera wurde mehrfach erzählt (siehe Literaturhinweise) und basiert grundlegend darauf, dass der „Tüftler“ Kilfitt einen Fabrikantensohn mit mittlerer Reife namens Hans-Heinrich Berning traf, der in der Idee dieser Kamera seine Erfüllung als Unternehmer fand und deswegen nicht zum Playboy werden musste …

Wie um alle derartige Kult-Artikel mit starker Fan-Gemeinde rankten und ranken sich Legenden und Histörchen um die Erfinder und Macher.

Eine der hervorstechendsten Legenden war beim „ROBOT“ jene, dass Heinz Kilfitt die Kamera zwar grundlegend konstruiert hatte, der Unternehmer H.-H. Berning aber die Idee für den Federmotor gehabt haben soll, der ja das eigentliche Unterscheidungs- und Erfolgsmerkmal dieser Kamera gegenüber anderen Kameras war.

Diese Legende ist das Thema dieses Artikels.

Es wird hier ein sehr „spezielles“ Thema im Zusammenhang mit einer großartigen und erfolgreichen Kameraentwicklung besprochen: hatte der Kamerakonstrukteur Kilfitt die (ursprüngliche) Idee für den Federmotor-Antrieb in der ROBOT-Kamera – oder war das sein Geschäftspartner, Geldgeber und zukünftiger ROBOT-Unternehmer H.-H. Berning? Verschiedene Quellen behaupten ausdrücklich das eine oder das andere.

Das klingt jetzt sehr engstirnig – vor dem Hintergrund einer darauf folgenden 85-jährigen erfolgreichen Unternehmens-Geschichte (bis heute).

Wenn man allerdings bedenkt, dass genau diese Eigenschaft als erste Kleinbildkamera mit integriertem Motorantrieb ihren nachhaltigen Erfolg ausmachte, ist der Punkt schon etwas prominenter.

SCHNITT!

Vorgeschichte, erzählt von Herbert Börger: Am 30. April 2018 wies mich mein heutiger Co-Autor Jürgen Bahr in dem von uns beiden genutzten Ahnenforschungs-Portal darauf hin, dass in meinem Stammbaum das Datum einer Person, die wir beide in unseren Stammbäumen führen, fehlerhaft sei. Aus der Tatsache, dass wir diese EINE Person BEIDE  im Stammbaum haben, folgte sogleich der logische Schluss, dass wir IRGENDWIE verwandt sein müssten. Wir telefonierten kurzerhand miteinander und versprachen uns Aufklärung. Das Gespräch war sehr lebhaft und wir kamen auf unser Leben zu sprechen. Ich erwähnte, dass ich mich intensiv mit Fotografie und Technik befasse. Darauf erwähnte Jürgen Bahr, dass er mit der Gründer-Familie der ROBOT-Herstellerfirma verwandt sei. Es machte da noch nicht „Klick“ in meinem fotoaffinen Synapsen – aber es blieb hängen. (Ich steckte damals gerade sehr tief in meiner Angénieux-Forschungsphase.)

Wie es im Leben oft geht: trotz großem Interesse aneinander trat eine längere Kommunikationspause ein. Bis zu dem Zeitpunkt, als ich in meine „Kilfitt-Forschungsphase“ eintrat – und da machte es mit Verzögerung sehr heftig „Klick“: was hatte Jürgen Bahr da erzählt? Die ab 1934/35 als ROBOT an den Markt gebrachte Kamera hatte doch Heinz Kilfitt entwickelt! Sozusagen das erste Gesellenstück des begnadeten Konstrukteurs!  Im Dezember 2020 nahm ich den Kontakt spontan wieder auf – räumlich behindert durch die COVID-19-Pandemie, denn sonst hätten wir uns sicher sofort getroffen – wir sind ja beide Ruheständler.

Es stellte sich heraus: Jürgen Bahr ist der Schwiegersohn des ROBOT-Gründers Hans-Heinrich Berning (H.-H.B.) – seine Frau war die älteste Tochter des erfolgreichen Unternehmers, der die von Heinz Kilfitt (H.K.) erfundene Kamera mit dem legendären Federwerk-Motor (für Verschluss-Spannung und Filmtransport) Markt- und Produktions-reif machte und bis in die 1960er Jahre das Unternehmen dahin entwickelte, dass es auch nach seinem Ausscheiden und durch die Phase des „Zusammenbruchs“ der westdeutschen Kameraindustrie um 1970 herum nachhaltig und erfolgreich Bestand hatte – bis heute. (Worin sich mir übrigens eine starke Analogie zum Unternehmer Pierre Angénieux aufdrängte – und ja: beide Firmen sind heute immer noch erfolgreiche und eigenständige Abteilungen in großen Konzernen!).

Die Eigenschaften des Produkts, die Entwicklung der ROBOT-Kameras, die unglaublich breite Modellpalette und der Weg des Unternehmens ist ausführlich und detailliert dokumentiert in Büchern, Zeitschriftenartikeln, Websites etc. Da besteht für Informationshungrige wirklich kein Mangel.

Mir fiel allerdings bei meinen detaillierten Recherchen auf, dass es gegensätzliche Darstellungen in einem ganz besonders wichtigen Punkt gibt:

Folgt man den Darstellungen der „Kilfitt-Seite“ (z.B. das Kilfitt-Buch von PONT oder der 75-Jahre Jubiläums-Firmenschrift der Firma robot visual systems) so bestand Kilfitts Erfindungsleistung im vollständigen Kamerakonzept der Kleinbildkamera mit allen wichtigen Merkmalen einschließlich Federmotorantrieb – auch wenn unbestritten ist, dass der Prototyp, den Heinz Kilfitt bis 1931/32 erstellt hatte, tatsächlich den Federmotor noch nicht enthielt. (… und nicht einmal das auf der Leipziger Messe 1934 vorgestellte Vorserienmodell enthielt das Federwerk!)

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Fig. 2a: Der Ur-Robot – und tatsächlich hier mit dem Federmotor ab 1935 geliefert. Später wurde er dann zur Unterscheidung „ROBOT I“ genannt. Eine solche Bezeichnung findet sich auf diesen Kameras natürlich nicht – Quelle: fotosaurier – Repro eines Firmenprospektes

Einige Fotos von HHB - Robot-Doppelportrait
Fig 2b: Der ROBOT II (Blitzkontakt auf Vorderseite und geänderter Sucher – nicht schwenkbar) mit zwei verschiedenen Standardobjektiven – Quelle: Archiv-Bild im Besitz von Jürgen Bahr

Folgt man der ROBOT-Berning-Seite (z.B. dem Buch von Hans Grahner oder der ROBOT-Website von Michael Ensel und anderen) so hatte H.K. nur die Basis-Kleinbildkamera erfunden und als die beiden (Kilfitt/Berning) 1932 zusammen kamen, soll H.-H.B. die entscheidende Idee des Filmtransportes mittels Federmotor beigetragen haben.

Allerdings ist die Darstellung auf der Kilfitt-Seite der Website www.robot-camera.de widersprüchlich. Dort steht wörtlich in aufeinanderfolgenden Sätzen Folgendes:

(Zitat) „Das Kleinbildformat hatte neue Möglichkeiten eröffnet, mit einer Uhrwerkkamera – so Kilfitts Überlegung – könnten Aufnahmen in ausgesprochen dynamischem Stil gemacht werden. Die Idee für den Robot war geboren. (Absatz) Mit Hilfe von H.H. Berning, der Geld und die Idee mit einem Federwerkmotor beisteuerte, wie schon in der Geschichte zum Robot näher erläutert, gelang Kilfitt die Entwicklung seiner automatischen Kleinbildkamera im Format 24×24 mm …“

Hier stoßen also die Gegensätze schon innerhalb einer einzelnen Quelle aufeinander.

Das Problem ist: trotz intensivster Suche vieler kluger Köpfe war bisher keine primäre Quelle zu diesem Thema gefunden worden – nur Behauptungen, indirekte Zitate und Meinungen.

Mich als Ingenieur und ehemaligen Unternehmer störte sehr bald, dass die Hypothese der Berning-Idee für das Federwerk unlogisch erschien – aber dazu später.

Der Leser kann sich sicher vorstellen, dass das Treffen eines Familienmitgliedes des Unternehmers H.-H.B. in Person von Jürgen Bahr in mir Hoffnung aufkeimen ließ … findet sich die Primär-Quelle doch noch, mit der die Frage endgültig entschieden werden kann?

Der Dialog zu dem Thema zwischen uns beiden fand pandemiebedingt per e-Mail-Austausch statt. Diesen weitläufigen Austausch von Informationen, Dokumenten und Recherche-Ergebnissen haben mein Co-Autor Jürgen Bahr („JB„) und ich („HB„) hier gemeinsam in ein „virtuelles Gespräch“ zusammengefasst. Die Inhalte des Dialogs sind authentisch – allerdings liegen zwischen den einzelnen Teilen des Dialogs in Wirklichkeit oft mehrere Wochen der Recherche und des Studiums von Unterlagen.

„Wer hatte die Idee?“ – ein Dialog.

HB: Lieber Herr Bahr, ich bin auf der Suche nach primären Informationen zu der Frage, wer hatte die Idee zum fest in das Gehäuse integrierten Federmotor bei der Entwicklung der „ROBOT“-Kamera? In der Literatur ist das Thema umstritten. Sie sind ein Schwiegersohn von Hans-Heinrich Berning. Was hat man darüber in der Familie erzählt? Kann es irgendwo noch Original-Unterlagen geben, aus denen hervorgeht, wie es tatsächlich war? Was wurde in der Familie Berning über Heinz Kilfitt erzählt?

JB: Meine Frau, Eva-Maria Berning, wurde geboren ein Jahr nach dem Beginn der Zusammenarbeit zwischen HHB, wie ihr Vater in der Familie genannt wurde, und Herrn Kilfitt. der ja die Firma wieder verließ als sie fünf Jahre alt war. Das ist keine gute Voraussetzung für persönliche Erinnerungen zu Firmenangelegenheiten. Leider ist meine Frau schon 2016 verstorben. Auch der einzige Berning-Sohn, Peter Hans-Heinrich Berning ist nun gerade in 2020 auch gestorben. Er war Ingenieur und der Einzige, der nach dem Verkauf der Firma (1963/64) noch eine Zeit lang in der Firma gearbeitet hatte.

Als die Firma nach dem Krieg (1946/47) praktisch aus dem Nichts wieder aufgebaut wurde, war meine Frau ein Teenager – die Menschen hatten andere Sorgen, als längst überholte Vorkriegsgeschichten zu besprechen: man blickte nach vorne! Und das waren ja fast abenteuerliche Verhältnisse, in der alliiert verwalteten Tri-Zone – es gab keinen „Deutschen Staat“ – eine Firma wieder aufzubauen. Seit 1941 war fast nur noch für die deutsche Luftwaffe gefertigt worden (Kameras, die in Jagdflugzeuge und Bomber eingebaut wurden um die Einsatzerfolge zu dokumentieren). Die gesamte Fertigung war aus dem von den Bombardierungen bedroten Rheinland in die Oberlausitz bei Zittau verlegt worden. Restbestände der Luftwaffen-RoBoT’s waren zunächst das einzige, was man hatte. Die Fertigungsmaschinen waren in den Wirren des Kriegsendes verloren gegangen. Dennoch gelang bereits 1947 ein Neustart der Fertigung – unter anderem, weil die Firmengebäude in Düsseldorf (ohne die Maschinen) wenig beschädigt waren. Wer blickt in dieser Situation zurück?

Die Firma strebte schnell auf große Erfolge zu – das folgende Bild zeigt die gute Stimmung dabei Anfang der 1950er Jahre:

Bundespräsident Heuss -Fotokina 1952 bei RoBoT Kopie
Fig. 3: Bundespräsident Theodor Heuss besucht den ROBOT-Photokina-Stand (Aufnahme wahrscheinlich am 4. April 1954 entstanden) – auf dem Bild links von Heuss: H.-H. Berning, der seiner Tochter Eva-Maria (der späteren Ehefrau von Jürgen Bahr) die Hand auf die Schulter legt. – Quelle: Originalfoto im Besitz von Jürgen Bahr (mit freundlicher Genehmigung)

Von meiner Frau (Eva-Maria Berning) und meiner Schwiegermutter wurde – wenn sich das Gespräch über RoBoT entwickelteüber Herrn Kilfitt in der Familie nie gesprochen. Es ist meines Wissens heute niemand mehr da, den man diesbezüglich als Zeitzeugen fragen könnte. Interessant finde ich auch, dass nach Sichtung von Fotos aus der Gründungszeit der Firma, Herr Kilfitt nicht auf einem einzigen Foto zu endecken ist. Er schwebt sozusagen wie ein Geist darüber.

Die überlieferten Aussprüche aus der Familie bewegten sich meist in einem gewissen „anekdotischen“ Rahmen – wie zum Beispiel HHB’s Lieblings-Spruch: „Der „RoBoTist die einzige männliche Kamera der Welt“ – das scheint zu stimmen, ist aber relevant und vermittelbar nur in der deutschen Sprache, also der Sprache in der „die Kamera“ weiblich und „der Roboter“ männlich ist – im angelsächsischen Sprachraum sind die alle sächlich … und damit etwas umständlich zu vermitteln.

Ich habe mich immer sehr für Robot interessiert und auch Kontakte zu den Robot-Sammlern und -Forschern gepflegt. Aber letztlich bin ich davon ausgegangen, dass die bei den Herren Hans Grahner, Dr. Beltermann und Peter Lausch beschriebene Version – nämlich dass mein Schwiegervater die entscheidende Idee beigetragen haben soll – stimmt.

HB: Damit haben Sie meiner ursprünglichen Hoffnung auf neue Quellen nun einen sehr schnellen Garaus bereitet. Gibt es irgendwo noch Dokumente, die man heranziehen könnte – haben Sie Kontakte zu der heutigen Nachfolgefirma?

JB: Nachdem mein Schwiegervater die Firma verkauft hatte (1963/64) ging das Unternehmen ja 35 Jahre lang durch mehrere Zwischenbesitzer-Hände, ehe es 1999 im Jenoptik-Konzern landete. Die Archive sind irgendwann vernichtet worden – oder eben immer ein Stück mehr untergegangen. Das hat man versucht zu erforschen. Es soll nichts mehr da sein.

Meine Frau und ich – und auch noch andere Familienmitglieder (unter anderen ihre jüngste Schwester Veronika nebst Ehemann sowie einer meiner Söhne) – waren zur 75-Jahr-Feier der Firma Robot (nunmehr Tochter-Firma von Jenoptik in Monheim am Rhein) eingeladen. Das war unser letzter Kontakt. Meine Frau wurde da im Laufe der Feier über Ihre Erinnerungen an die Firma befragt. Vielleicht gibt es darüber noch eine Aufzeichnung bei der Firma?

Im Jahr 2002 tauchten bei der Auflösung von Räumen der OBECO ( moderne Kurzfassung des früheren Firmen-Namens „Otto-Berning & Co.“ des Vaters von HHB und Großvaters meiner Frau) einige Unterlagen aus der Anfangszeit der Robot-Firma auf. Die habe ich hier und will diese gerne einmal sichten.

Was veranlasst Sie denn, an der Geschichte mit der Federwerks-Idee zu zweifeln?

HB: Ich bin Physiker und Ingenieur. Zweifeln – sogar an eigenen Erkenntnissen – ist unsere zweite Natur in diesem Berufsfeld. Man braucht Beweise. Erschwerend ist hier die Lage: die Geschichte erscheint mir nicht logisch:

Wenn Sie ein gelernter Uhrmacher wären (wie es Herr Kilfitt war – und schon sein Vater war Uhrmacher!) – bräuchten Sie dann einen technisch nicht ausgebildeten Laien, der Sie auf die Idee bringt, dass ein FEDERWERK ein technisches Gerät antreiben könnte? Klar: es ist nicht ausgeschlossen, dass Berning der war, der auf diese Idee kam – aber es erscheint nicht besonders wahrscheinlich.

Ich liste hier kurz die Reihe der Fakten auf, aufgrund derer es mir unwahrscheinlich vorkommt, dass die Federwerks-Idee ursprünglich von Berning beziehungsweise NICHT von Kilfitt stammte:

  1. Die eben genannte Tatsache, dass Kilfitt gelernter Uhrmacher war … alle Uhren jener Zeit wurden von Federwerken angetrieben. Fünf Jahre hatte er alleine an der Kamera getüftelt.
  2. Bekannt und nicht bestritten ist, dass das Merkmal „Schnelligkeit“ bei seiner angestrebten Erfindung von Anfang an ganz im Vordergrund stand. Auch wurde schon ganz am Anfang der Begriff „automatisch“ verwendet – und die Belichtungsautomatik konnte damals noch nicht gemeint gewesen sein.
  3. Kilfitt arbeitete vor dem Kontakt zu Berning in einer Firma in Berlin, in der Fotoapparate, aber auch Filmkameras verkauft wurden, während das Medium Film geradezu einen Boom erlebte – auch Barnacks Leica war bei der Wahl des 35mm-Filmmateriales ja von den verfügbaren Film-Grundmaterialien (Meterware) ausgegangen. Die dort zu erwartenden riesigen Produktions-Mengen verhießen ein günstiges Filmmaterial für die Kleinbildkamera. Kilfitt ging aber mehrere Schritte weiter: Er verwendete für seinen 1931er Prototypen einen Verschluss-Typ, wie er für Filmkameras eingesetzt wurde: den Rotationsverschluss. Alle Filmkameras jener Zeit (nachdem niemand mehr die Handkurbel drehen mochte …) hatten aber als Antrieb des Filmstreifens einen FEDERMOTOR. Es liegt mehr als nahe, dass der bei Kilfitt auch VORGESEHEN war. Vor allem aber hatte der Prototyp auch schon die sehr komplizierte mechanische Steuerung für einen „Freilauf“ des Filmbandes beim Weitertransport fast ohne Reibung. Das hätte man für einen Weitertransport des Filmes von Hand bekanntlich nicht gebraucht. Auch war die Koppelung von Weitertransport und Verschluss-Aufzug schon detailliert vorgesehen, was zu diesem Zeitpunkt (vor 1931) noch nicht bei allen Fotoapparaten selbstverständlich war.
  4. Stellen wir uns das Zusammentreffen der beiden Männer H.-H. Berning und Heinz Kilfitt vor: Berning war von Kilfitts Idee so begeistert, dass er auch Vater (Otto) und Onkel (Hermann – der gleichzeitig sein Schwiegervater war) leicht von dem Projekt überzeugen konnte – das waren gestandene Geschäftsleute, die sicher nicht die Angewohnheit hatten, ihr Geld für Spinnereien in einer Branche, die ihnen fremd war, aus dem Fenster zu werfen. Was hätte an einer Kamera, an der im Grunde gegenüber der Konkurrenz nur etwas WEGGELASSEN war – kein Entfernungsmesser, kein Quer- und Hoch-Format (gut: etwas kompakter war der Apparat) so begeisternd sein können, dass ein sehr junger Mann ohne Fachkenntnisse sein Schicksal und ein rheinländischer Geschäftsmann sein Geld hinein steckt? Das kann ich mir nicht vorstellen.
  5. Last but not least: tatsächlich war Kilfitts Prototyp als Kleinbildkamera im Vergleich sehr kompakt – und wenn man den Prototyp von 1931 mit dem „ROBOT I“ (der damals natürlich nur ROBOT hieß …) mit dem Federmotor darin vergleicht, haben diese Kameragehäuse exakt die gleichen Dimensionen. Ich kann mir schwer vorstellen, dass es gelingen konnte in einem ohnehin schon zierlichen Gehäuse NACHTRÄGLICH einen – auch tatsächlich anforderungsgerechten – Federmotor (samt ergonomisch funktionsgerechtem Aufzugsrad!) zu integrieren, ohne einen Millimeter mehr in Länge-Höhe-Breite zu brauchen. Diesen letzten Punkt führt auch besonders P.-H. Pont in seinem Kilfitt-Buch an.

Ehrlich gesagt habe ich mich schon sehr amüsiert, wie hier das Klischee so zutraf, wie man es im Allgemeinen erwarten würde:

Die „ROBOT/Berning-Fraktion“ (Sammler, Forscher und auch die Wikipedia-Berning-Seite) vertritt die Legende der Berning-Erfindung beim Federmotor; die „Kilfitt-Fraktion“ (Sammler, Forscher und Autoren) vertritt den Standpunkt der Kilfitt-Gesamterfindung.

Während es im Web unterschiedliche Lesarten dazu gibt, hat HHB’s  jüngste Tochter Veronika in ihrer privatschriftlichen Familien-Chronik über die Entstehung der Firma RoBoT dieses Detail nicht erwähnt.

Ich finde das so wunderbar exemplarisch, dass es mich reizt nachzusehen, ob man das grundsätzlich klären könnte. Da keimte mit einem Kontak zur Unternehmer-Familie natürlich Hoffnung auf.

Herr Bahr, was hat man denn in der Familie zu dem Punkt erzählt?

JB: In der Familie galt wohl weitgehend die Auffassung, dass die Federwerks-Idee von HHB stammte – vielleicht war das auch von den Sammler-Forschern beeinflusst. Und man hörte es wahrscheinlich auch gerne. Warum sollte man das hinterfragen – klingt doch schön aus Sicht der Nachfahren! Ich kann mich aber an keine einzige familieninterne Aussage erinnern, dass HHB tatsächlich irgendwann gesagt haben soll, dass in Wahrheit ER die Idee mit dem Federmotor hatte.

HB: Da wir offensichtlich bisher noch keine Primär-Quelle zu dieser Frage besitzen, werde ich mich jetzt erst einmal auf die Kilfitt/Berning-Patente zum ROBOT konzentrieren: das sind schließlich per se Primär-Dokumente, die sich nicht nachträglich manipulieren lassen. Das Patentwesen ist in Europa schließlich seit über 150 Jahren sehr wohl geordnet und dokumentiert. Ich habe da auch genug Erfahrung, um das selbst recherchieren zu können und bin gespannt, ob wir daraus etwas schließen können.

Es wäre schön, wenn Sie an den im Jahr 2002 aufgetauchten Dokumenten dran bleiben könnten.

SCHNITT – so wurde es dann gemacht: beide Autoren haben erst einmal ihre Recherche-Hausaufgaben gemacht.

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Fig 4: Pause beim Recherchieren der ROBOT-Unterlagen – Quelle: fotosaurier

Gut sechs Wochen später schickte ich Jürgen Bahr das Ergebnis meiner Patentrecherche zu, zunächst zusammenfassend in Form einer Tabelle:

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Fig. 5: Alle Kilfitt/Berning-Patente laut DEPATISnet, die sich zwischen 1931 und 1938 auf den ROBOT bezogen haben. In den Spalten Erfinder und Anmelder habe ich strikt die Angaben aus der dortigen Bibliographie verwendet – source: fotosaurier

Und so ging der Autoren-Dialog weiter:

HB: Hallo, Herr Bahr. Ich habe meine Patentrecherche abgeschlossen. Dazu habe ich mich des digitalen Deutschen Patent-Portals „DEPATISnet“, des Europäischen „espacenet“ und auch direkt der nationalen „Canadian Patent Database“ bedient. Dabei habe ich sowohl alle Berning-Patente als auch alle Kilfitt-Patente gesichtet, die sich von 1931 bis 1938 (Ausscheiden von Kilfitt aus der Firma Berning) auf die Kamera bezogen haben. Die Tabelle habe ich Ihnen inzwischen zugeschickt.

JB: Das habe ich mir angesehen und ich habe eine Frage: warum sind bei den englischen Patentanmeldungen keine Erfinder genannt?

HB: Das liegt offensichtlich an dem – zumindest damaligen – britischen Patentsystem, das meines Wissens erst ab 1977 international harmonisiert wurde. Kilfitt selbst ist in der Bibliographie als Anmelder (und damit Patentinhaber) benannt. Im GB-Patent erklärte sich damals der Erfinder persönlich im Text der Patentsbeschreibung (Patent-Specification), wie im folgenden Bild zu sehen ist:

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Fig. 6: Titel-Ausschnitt aus dem zweiten Britischen Patent – Quelle: Europäisches Patentportal „espacenet“

Daher müsste bei den GB-Patenten, die beide mit dem Text „I, Heinz Kilfitt, …“ beginnen – mit dem Unterschied, dass im älteren Patent GB 411 347 die Scheibenstraße in Düsseldorf als Adresse genannt ist – ebenfalls Kilfitt als ERFINDER genannt werden.

Ich will hier kurz dieses Recherche-Ergebnis aus meiner Sicht interpretieren:

Vor 1931 hat Heinz Kilfitt nach meiner Recherche keine Patente für die Kamera angemeldet. Ich kenne auch keine Aussagen, mit welchen Ankündigungen der endgültigen Ausstattung Kilfitt den anderen Kamerabauern den Prototyp angeboten hat.

Alle deutschen Patentanmeldungen (6) wurden von Fa. Otto-Berning & Co, Schwelm, (in dieser väterlichen Firma war das RoBoT-Entwicklungs-Büro in Düsseldorf, Scheiben-Str. eine externe Abteilung) angemeldet und nennen Heinz Kilfitt als alleinigen Erfinder. Patentrechtlich (es ist ja ein Persönlichkeitsrecht) ist diese Tatsache sehr wichtig. Man kann ja auch mehrere Erfinder nennen.

Bis Februar 1934 (also bis kurz vor der öffentlichen Vorstellung des ROBOT mit Motorantrieb auf der Messe und in Zeitungsanzeigen) taucht das Federwerk nicht EXPLIZIT in den (deutschen und internationalen) Patenten auf.

Die Nennung des Erfinders Heinz Kilfitt als alleinigen Erfinder stärkt Kilfitts rechtliche Position gegenüber der Firma Berning. Auch wenn H.-H. Berning selbst noch in diesen Dingen unerfahren gewesen sein sollte: für den Geschäftsbetrieb und das Kaufmännische haben Vater (Otto) und Onkel (Hermann) ja klugerweise anfangs eine schützende Hülle über den jungen Firmengründer gespannt – und beide Senioren waren in ihren Firmen erfahren in Patentdingen, die sicher auch von einer Anwaltskanzlei unterstützt und beraten waren. Immerhin ging es hier um viel Geld!

Ab Februar 1934 wird das Federwerk in den Patenten offen gelegt. Das ist völlig im üblichen Rahmen: man vermeidet die Beschreibung einer Kern-Erfindung, die die Erfindung für den Markt besonders interessant macht, bevor das Produkt sowieso öffentlich vorgestellt oder geliefert wird. Der Grund: ab der „Offenlegung“ der Patentschrift (1 Jahr nach der Anmeldung) kann die Konkurrenz „mitlesen“ und gegebenenfalls eigene „Umgehungslösungen“ suchen oder finden, um die Neuheit zu kontern.

Diese Alleinerfinder-Position Kilfitts bleibt bei den Patenten ab 14./15.2.1934, in denen das Federwerk offen gelegt wurde, uneingeschränkt erhalten. Wäre die Basis-Idee des Federwerks tatsächlich primär von H.-H. Berning gewesen, wäre es eine erstaunliche Schwächung der rechtlichen Position der EIGENEN Firma gegenüber Kilfitt gewesen, dann NICHT Berning als Mit-Erfinder der Kamera zu nennen. Das geschah aber nicht.

Das würde auch dann gelten, wenn die „Idee“ des Federwerk-Filmtransportes in einer mündlichen Besprechung initiativ als „Idee“ durch Berning eingeflossen wäre. dabei muss man ja sagen: als Anmelder hatte die Firma Berning die Macht und die Kontrolle über den Inhalt und die Rechte aus der Anmeldung.

Also ist aus den Grund-Aspekten des Patentrechtes allein nahezu sicher davon aus- zugehen, dass Kilfitt das Federwerk seinerseits bereits im Basis-Paket der Kamera-Ausstattung vorgesehen hatte. Aber eine absoluter Beweis ist auch dies nicht, denn:

Selbstverständlich konnten die rechtlich-wirtschaftlichen Verhältnisse zwischen Kilfitt und der Firma Berning bzw. dem Gründer H.-H. Berning VERTRAGLICH ZUSÄTZLICH und anders geregelt sein – durch Anstellungsverträge, gesonderte Verträge über das geistige Eigentum und dessen Nutzung und auch durch den Gesellschaftervertrag der Fa. Berning, da ja H. K. auch Gesellschafter (40%) gewesen sein soll.

Auf privatschriftlicher Vertragsbasis könnte also dennoch im Grunde alles offen sein – ohne Kenntnis dieser Verträge kann man das Thema rechtlich-wirtschaftlich nicht abschließend beurteilen.

Trotz dieser Einschränkung hat nach der Patent-Lage – unter Annahme eines allgemein üblichen Geschäftsgebarens der Beteiligtenmit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit Heinz Kilfitt die Federmotor-Idee gehabt.

JB: Welche Rolle können die ausländischen Patentanmeldungen in diesem Zusammenhang spielen?

HB: Zur Frage „Wer hat die Idee gehabt“ spielen die aus meiner Sicht zunächst keine Rolle.

Ich habe meine Schlussfolgerung aus den deutschen Patentanmeldungen gezogen, weil diese fast bei allen ausländischen Anmeldungen auch als Priorität genannt und eingetragen sind – mit Ausnahme des Kanadischen Patentes. Das spielt – wie das Schweizerische Patent – wahrscheinlich eine Sonderrolle, mit der ich mich hier aber gar nicht befassen möchte. Diese beiden Anmeldungen haben vermutlich mit den ursprünglichen Erfinderrechten gar nichts zu tun – die waren ja jeweils längst dokumentiert.

JB: Welche Rolle könnten sie gespielt haben?

HB: Das wird jetzt rein spekulativ! Die Kanadische Anmeldung hat Herr Kilfitt im September 1934 auf sich als Anmelder/Patentinhaber UND Erfinder getätigt. Davon muss Berning nicht unbedingt etwas gewusst haben. Sie enthält übrigens die umfangreichste und detaillierteste Beschreibung der Kamera sogar bis hin zu Zubehördetails!

Und schon davor, im Juli 1934, hatte Firma Berning eine Anmeldung in der Schweiz getätigt, ohne Kilfitt als Erfinder zu nennen – bzw. mit der Nennung der Firma als Erfinder. Sowas ist ja rechtlich bei uns heute auch möglich – besonders bei Arbeitnehmer-Erfindungen. Die Erfindung MUSS ja an die Firma übertragen werden, wenn die sie beansprucht.

Der Interpretations-Spielraum ist da groß. Es könnten quasi „Rückfall-Patentanmeldungen“ sein, die jeweils für den Fall gemacht wurden, dass in der Geschäftsbeziehung der Partner etwas schief ginge. Es kann genauso gut zwischen den Partnern vereinbart und abgesprochen gewesen sein. Ich habe keine Informationen darüber gefunden.

JB: Ihre Schlüsse aus der Patentlage wirken überzeugend auf mich. Ich bin bisher noch nicht zu einer gründlichen Auswertung des kleinen Aktenfundes aus Schwelm im Jahr 2002 gekommen. Ich sende Ihnen die Papiere jetzt einfach zu und wir besprechen dann gemeinsam, ob sich daraus neue Aspekte ergeben.

SCHNITT – so wurde es gemacht und eine Woche später meldete ich mich nach der interessanten Lektüre der Unterlagen, die Herr Bahr mir geschickt hatte wieder:

HB: Der Original-Aktenfund aus dem Jahr 1934 lieferte leider keine neuen Erkenntnisse in Bezug auf die Frage der Federmotor-Idee. Das interessanteste Fundstück in dem Konvolut, das Sie mir zugeschickt haben, ist diesbezüglich die Kopie des Interviews mit H.-H. Berning im „Südkurier“ (Konstanz) vom 14.11.1981, 17 Jahre nach seinem Rückzug  aus und Verkauf der Firma ROBOT. Diese Interview kannte ich bisher nicht.

In diesem Zeitungsartikel, der das Interview summarisch zusammenfasst und nicht im Interview-Wortlaut wiedergibt, findet sich folgende Passage über die Entstehung des ROBOT (Sie hatten mir ja die Stelle extra angestrichen):

Interview-Südkurier-14.11.1981

Fig. 7: Ausschnitt aus dem Bericht über das H.-H. Berning-Interview am 14.11.1981 im Südkurier, Konstanz – Quelle: fotosaurier , Repro nach einer Kopie der Zeitung

Mir erscheint das hier fast grotesk, dass Herr Berning hier den Namen des „Tüftlers“ – nämlich Kilfitt, der die Grundlage seines Unternehmer-Wohlstandes geschaffen hatte – unterdrückt, ihm aber in der Sache selbst alle Ehre gibt: die Erfindung einer Kamera, die Filme selbständig transportiert.

Ich gehe einmal davon aus, dass dieser Text von HHB inhaltlich autorisiert erschienen ist. Wie sehen Sie das?

JB: HHB war alles andere als naiv, er galt als sehr guter, gewiefter – ja sogar sehr cleverer – Geschäftsmann. Unter dieser Annahme, dass dieser Artikel im Südkurier im Detail autorisiert war, ist das für mich persönlich das „letzte Puzzlestück“ in dieser Recherche, das das Bild vervollständigt:

Fazit – Ja, Kilfitt hatte von Anfang an die Idee des Federmotors im „ROBOT“.

Hätte H.-H. Berning ausgerechnet die Idee für das WICHTIGSTE Merkmal für den Erfolg des Produktes selbst gehabt – er hätte diesen Umstand historisch nicht einfach so untergehen und Spekulationen anheim fallen lassen … Und – mal ehrlich – wäre Kilfitts Leistung ohne dieses Hauptmerkmal 40% der Anteile an der Firma Wert gewesen (die H.K. ja gehabt haben soll!)?

Ich habe auch noch einmal gründlich nachgedacht: aber es scheint keine lebende Personen mehr zu geben, die man darüber hinaus heute noch fragen könnte. Haben Sie einmal versucht, in der Kilfitt-Familie nach Spuren zu suchen?

HB: Gut, dass Sie das ansprechen, Herr Bahr. Nein, ich habe das meinerseits nicht mehr versucht. Der Grund: Patrice-Hervé Pont, der ja ein kundiger und begnadeter Rechercheur in der Foto-Historie ist, hatte das anscheinend für sein KILFITT-Buch, das 2010 in französischer Sprache erschien, versucht. Er schreibt auf Seite 6 des Buches, dass die Familie Kilfitt leider nicht zur Bereicherung seines Buches („enrichir la documentation“) beitragen wollte. Wir haben meiner Meinung nach nicht das Recht, Privatpersonen wiederholt in einer solchen Angelegenheit zu kontaktieren, wenn bekannt ist, dass sie das nicht wünschen.

Allerdings: Wenn jemand dieses liest, der zu dem Thema etwas beizutragen hat, dann würde ich mich freuen, wenn er sich melden würde: entweder über die Kommentar-Funktion oder die Kontaktadresse im Impressum.

JB: Das ist ein gutes Schlusswort.

HB: Dann sind wir am Ende dieser Reise angekommen, die wir ein halbes Jahr lang gemeinsam gemacht haben. Es war spannend – und ich habe dabei viele Erkenntnisse gewonnen und es sind so viele neue Fragen aufgekommen, dass ich sicher noch einmal auf das Lebenswerk von H.-H. Berning aus anderen Blickwinkeln zurück kommen werde.

Berlin/Radolfzell, im April 2021

NACHTRAG:

Nachdem wir unsere Geschichte veröffentlicht hatten, haben wir die klassischen ROBOT-Chronisten in Deutschland (Hans Grahner, Michael Ensel und Dr. Beltermann) und auch weitere Foto-Historica-Experten nach ihrer Meinung dazu befragt (mit Pont und  Bellon haben wir leider noch keinen Kontakt herstellen können).

Der entschiedenste Einwand kam danach von Hans Grahner, der uns mitteilte, er könne in unseren Argumenten keinen endgültigen „Beweis“ sehen. An dieser Stelle möchten wir darauf hinweisen, dass wir in unserem Text selbst festgestellt haben, dass trotz der Stärke der gefundenen Indizien dies kein „endgültiger Beweis“ sein könne und vielleicht nie sein werde, solange keine neuen primären Quellen auftauchen. Also nennen wir es ab jetzt einen „Indizienbeweis“.

Herr Grahner wiederholte die bekannten Argumente für seine Sicht der Dinge, und er machte außerdem per Mail an uns eine überraschende Mitteilung: er habe 1985 im Zuge der Recherchen für sein erstes ROBOT-Buch mit Herrn H.-H. Berning ein Interview geführt, in dessen Verlauf Herr Berning festgestellt habe, dass er die entscheidende Idee des Federwerks beigetragen habe – Herr Kilfitt habe nur die Konstruktion dazu durchgeführt. Die Idee alleine sei eben nicht patentfähig (stimmt!), deshalb sei Herr Kilfitt patentrechtlich der alleinige Erfinder (dieser Standpunkt ist im gegebenen Zusammenhang allerdings nicht korrekt – eine Begründung steht am Ende dieses Textes).

Der genannte Zeitpunkt für das Interview war ein Jahr vor H.-H. Bernings Tod und vier Jahre vor dem Erscheinen des ersten Buchs von Hans Grahner (ROBOT – Geschichte und Technik, Aachen, 1989). Nach erneuter sorgfältigster Überprüfung dieses Buches und auch des zweiten, 2002 erschienenen, Sammler-Buches stellen wir fest, dass ein solches Interview in beiden Büchern nicht als Quelle genannt wird. Das ist bedauerlich, denn es wäre bei der extrem dünnen Primär-Quellen-Situation in diesem Falle für alle Interessierten eine wichtige Information gewesen, die wir nun – quasi beiläufig – 36 Jahre später erhalten.

Es soll nicht der Eindruck entstehen, dass wir Herrn Grahners neue Information für unglaubwürdig halten – es ist nur so, dass wir Herrn Bernings Aussage nach dem umfangreichen Indizien-Check für wahrscheinlich unzutreffend halten, nachdem Herr Berning vier Jahre vorher (14.11.1981) im Interview mit dem Süd-Kurier sich entgegengesetzt zitieren ließ – und der Inhalt dieses Interviews damals auch zeitnah veröffentlicht wurde.

Nun haben wir auch noch zusätzlich das Interview zum 80sten Geburtstag von Heinz Kilfitt im Münchner Merkur zu berücksichtigen, in dem Kilfitt die Idee des Motorantriebs klar für sich beansprucht, und das die ROBOT-Nachfolgefirma (robot visual systems im Jenoptik-Konzern) in der Jubiläums-Schrift „Den Augenblick festhalten“ zum 75sten ROBOT-Firmen-Jubiläum 2008 zitiert mit dem Satz: „Es wäre schön, … wenn es eine Kamera gäbe, die man beim Fotografieren am Auge lassen könnte, ohne sie jedes Mal beim Filmtransport wegnehmen zu müssen.“

In dieser internen Firmen-Denkschrift (ohne ISBN-Nr. – das 135seitige Buch liegt uns vor) wird die Entstehung der Kamera sehr sachlich und konsequent so beschrieben, dass damit Heinz Kilfitts vollständiges Konzept einer motorisierten Kamera umgesetzt wurde. Wir sehen darin einen ähnlich sachlich-logischen Umgang mit der Materie, wie wir ihn uns auf die Fahne geschrieben haben.

Um es noch einmal zusammen zu fassen: es sind heute insgesamt 4 Interviews bzw. Zeitungsartikel zwischen 1978 und 1985 bekannt. Zwei Interviews mit Heinz Kilfitt (Münchner Merkur 1978 und Salzburger Nachrichten 1980), in denen dieser die Idee des Federmotors für sich beansprucht, was durch die gesamte uns bekannte sachliche „Indizienlage“ gestützt wird. Von zwei Interviews mit H.-H. Berning (Südkurier, 1978 und mit H. Grahner, 1985) spricht dieser im ersteren Kilfitt die Federwerks-Idee zu (dass der zusammenfassende Zeitungstext das Gespräch korrekt wiedergibt und autorisiert war ist ebenso wahrscheinlich wie die Möglichkeit, dass er im Wortlaut nicht autorisiert gewesen wäre) – im zweiten Interview, das Hans Grahner kürzlich als seine Quelle offenbarte, soll er die Idee für sich beansprucht haben. Eine Autorisierung dafür seitens H.-H..Berning ist auch hier nicht vorliegend bekannt. Zu diesem Zeitpunkt war Heinz Kilfitt bereits verstorben – das Erscheinen des ersten Buches von H. Grahner (1989) haben beide Herren nicht erlebt.

Tatsächlich müssen wir wohl damit leben, dass über den „Indizienbeweis“ und Wahrscheinlichkeits-Aussagen hinaus keine absolut sichere  Aussage mehr möglich sein wird. Glücklicherweise gibt es aber zwei Lebenswerke, die in ihrer jeweiligen Art und Größe davon unbeeinflusst Bestand haben werden:

  • das Lebenswerk des begnadeten Konstrukteurs Heinz Kilfitt, das bei Weitem nicht nur aus ROBOT bestand,
  • und das Lebenswerk des erfolgreichen Unternehmers H.-H. Berning, das in großer Nachhaltigkeit bis heute fortgeführt wurde und Bestand hat.

Leider muss man aus dem Verlauf der bekannten Ereignisse schließen, dass das gemeinsame Werk am Anfang beider Laufbahnen die Menschen nicht dauerhaft zu Freunden werden ließ. „Unkomplizierte Charaktere“ waren wohl beide nicht – aber das spielt hier keine Rolle, beweist in der Sache nichts – und geht uns auch nichts an …

Das Literaturverzeichnis wurde dem neuen Stand entsprechend bereits ergänzt und korrigiert, wo es nicht korrekt war.

P.S. – zur Rolle des Erfinders im patentrechtlichen Sinne:

Ein Patent ist ein persönliches Recht (Privileg). Es muss einerseits eine Neuheit in seiner Art darstellen („Die Idee“) und andererseits realisierbar sein: die offenbarte „Konstruktion oder das Verfahren“ müssen ausreichend nachvollziehbar dargelegt werden.

Richtig ist, dass eine bloße „Idee“ – ohne die Anleitung zu Ihrer Realisierung – nicht patentfähig ist. Die schönste Konstruktion nützt jedoch auch nichts, wenn die entsprechende „Idee der Neuheit“ nicht dahinter steht – also die Idee, die aus dem besonderen Konstrukt ein patentwürdiges Ding macht. Es ist also falsch, dass nur die Konstrukteurs-Tätigkeit als Erfinder-Eigenschaft zählt.

Es ist absolut unglaubwürdig, dass ein Unternehmer auf seinen anteiligen Erfinderstatus verzichten würde, da er damit seine rechtliche und wirtschaftliche Position dramatisch schwächen oder verschlechtern würde. Wer täte das – vor allem, wenn er selbst Anmelder und Inhaber des Patents ist. Das können wir uns – speziell bei den gestandenen Kaufleuten der Berning-Familie – nur schwer vorstellen.

Literaturverzeichnis:

  1. Verschiedene persönliche Mitteilungen durch Herrn Jürgen Bahr von Dez. 2020 bis April 2021.
  2. Website „www.robot-camera.de“ von Michael Ensel
  3. Hans Grahner, ROBOT – Geschichte und Technik, Eigenverlag, 1. Auflage, Aachen 1989 (ohne ISBN-Nr.)
  4. Hans Grahner, Robot – Das Sammlerbuch, Eigenverlag, 1. Auflage 2002, Aachen (ohne ISBN-Nr.)
  5. Artikel von Dr. Beltermann in Photografica Cabinett, https://www.cabinett.de/heft-7/
  6. Blog-Artikel „Robot Royal III“ – 2. Teil in Website „KAMERAS“ von Peter Lausch, https://www.lausch41.com/robotroyal2.htm
  7. Patrice-Hervé-Pont, Kilfitt / Zoomar, 2010, Club Niepce Lumière, Ecully (F), ISBN 978-2-953-1991-4-7
  8. Patentliteratur aus den digitalen Archiven DEPATISnet, espacenet und Canadian Patent Databases
  9. Artikel im Münchner Merkur zum 80. Geburtstag von Heinz Kilfitt, 1978 – zitiert in Nr. 13 dieses Literaturverzeichnisses
  10. Artikel über Heinz Kilfitt in Sonderbeilage der Salzburger Nachrichten 31.3.1980
  11. Interview mit H.-H. Berning, Südkurier, Konstanz, vom 14.11.1981
  12. Mitteilung von Herrn Grahner im Mai 2021 über sein Interview im Jahr 1985 mit H.-H. Berning – wörtlicher Inhalt dieses Interviews ist nicht bekannt.
  13. Den Augenblick festhalten / Capture the Moment – Firmenschrift zum 75. Robot-Jubiläum der ROBOT-Nachfolgefirma robot visual systems, Monheim, 2002, Redaktion Sabine Preller (ohne ISBN-Nr.)

Bemerkung: es gibt natürlich viel mehr Literatur zum Thema ROBOT (siehe Literaturverzeichnis im Buch von Herrn Grahner), ich habe hier nur angegeben, welche Literatur beziehungweise Mitteilungen wir heran gezogen haben, um diesen Text zu verfassen.

 

My Crazy Lenses / Meine sehr speziellen Objektive – Focal length 24mm / Brennweite 24mm – FoV 84° – Part I

What was the real improvement in SLR-wideangle-lenses since the invention of the retrofocus principle over the last 65 years? Does my personal judgement from analog-film-days which lead to the definition of „legendary optics“ – which I kept in my lens-portefolio over that time – correlate with objective resolution-measurements? Here are my findings.

Actualisation: Im my first published version there was an error regarding the year of appearance of the Topcor 2,5cm-lens, which was communicated to me by a reader: thank you: it’s 1965 instead of 1959! But this difference does not change anything in my findings and conclusions …

1 – Introduction

24mm focal length is a real milestone in spreading the field of the view in wideangle lenses, coming down from FL 35mm over 28mm. For the SLR-camera-user this age started with the appearance of the retrofocus lenses in the 1950s. Several designers came out with this optical principle within three years – with Pierre Angénieux earning the honours of being FIRST (in time and quality – 1950, 35mm f/2.5) in this disciplin.

This is a report about SLR-lenses for 35mm-still-foto-cameras with focal lengths (FL) between 23mm and 25mm.

This is a report about a number of legendary lenses, which I happen to own or could lend from a friend  („phothograf“), most of them being milestones of optical engineering in their respective design-periods.

Drei_24er-Oldies_DSCF1838
Fig 1: three of the very first historical retrofocus-lenses with FL 24mm and 25mm – source: fotosaurier

Over the decades of my own practical use of SLR-lenses (of nearly all makers-brands!) has lead me to an understanding of the quality for normal photographic use.

This collection of test candidates does NOT claim to be a COMPLETE collection of all design legends of 24mm/25mm. There is a large gap in time with prime-lenses between 1984 and 2015. That means: the legendary first historical aspherical lenses in this range are missing in the comparison. If I ever will be able to get hold of them for a test, I would update this article. The modern lenses tested for comparison are (of course) all aspherical types!

In spite of the fact, that important legendary lenses of the 1980s and 90s are missing here, this report allows to draw some interesting conclusions about important steps in optical lens-engineering, which finally lead to Ultra-Wideangel-Lenses which have uniform resolution and contrast over the complete field of view (FoV).

I have always looked for a method to show the quantitative progress in optical quality of photographic lenses over the nearly last 100 years – and I think I have found a good way to understand this progress with my new comparison-charts (Fig. 4 and Fig. 5 see below). What was surprising: the progress over time is independent of the lens-maker and brand. It is generated by a sequence of milestone-like innovations by singular design-legends, innovative calculation progress, creation of new glass-formulations and finally the lens-making-process – espacially allowing for the production of aspherical lens-surfaces! Once the innovation-step is basically made, it is spreading around the globe very quickly (typically within one or two years!).

There are few lenses, which stand out of the general quality-development curve, reaching a higher level of resolution earlier than most others – to be seen here mostly in Fig. 5:

ATTENTION: These measurements are made with USED lenses today, some of which are more than 60 years old! There are influences from ageing and wear (even abuse …) which have become part of the lens-properties when we measure them after long time. However, I only make measurements with samples of lenses, if the optics are clear and undamaged and the mechanics do not show excessive wear or abuse.

Vier_24+25er
Fig. 2: Starting with big-big negative front-meniscus-lenses (at left Angenieux Retrofocus 24mm f/3.5 and Zeiss Jena Flektogon 25mm f/4) the lens-designers soon learnt to reduce the front-lens diameter (at right: Distagon 25mm f/2.8 for Contarex and Olympus OM 24mm f/2,0), creating better results and generating lens-bodies, which were more acceptable  – source: fotosaurier

2 – Data section for 15 historical 24/25mm-prime lenses, 3 modern 23/25mm prime lenses and 4 modern zooms at 24mm-setting:

Auflösung ETC 23-25mm korr

Out of this Chart I have filtered two separate charts, showing the development of RESOLUTION over the decades.

Fig. 4 shows the center-resolution open aperture (blue) and stopped down to the aperture with the highest resolution (green) in the center:

23-25mm_Resol_Center_korr

23-25mm_Diagram_Center_korr

The second chart is showing the corner-resolution at open aperture (blue) vs. the best resolution-value stopped down (green) in the corners (mean value over all four corners) – where „corner“ means a value of 88% – 92% of the full picture circle of the lens which is 21.5 mm radius:

23-25mm Resol_Corners_korr

23-25mm_Diagramm_Corners_korr
Fig. 5: Corner Resolution-values  of 21 Lenses at FL 23-25mm at open aperture (blue) and optimum aperture (green, which means: the aperture at which the weighted mean of all the 46 measurement-places over the 24x36mm-frame is maximum. (The maximum corner resulution-value of the individual lens may be higher.) – source: fotosaurier

You see, that nearly all of the difference in resolution of historical top-notch wideangle-lenses for SLR is in the corners of the picture (and of course also continuously in-between center to corner areas). This is easy to understand, because the difficulties for lens-correction rise dramatically with the FoV, which is here 84 degrees corner to corner diagonally.

Besides the resolution, there are other important properties, which improved dramatically over these six decades of lens-engineering history:

a – Chromatic aberration (CA in pixel): It is very low in all these lenses in the center. It typically ranged between 4 and 8 pixels in the corners for the very first lenses of this type. It stayed around 2-3 over the time before aspherical lens-surfaces could practically erase it. Today with the best modern lenses, the value is close to zero (under 0.5) without camera correction and zero with correction.

Among the early lenses the Zeiss Distagon 25mm f/2.8 (though not really outstanding in resolution compared to the other early lenses) pops out, because it had already values of 2-2.5 pixel in the corners – together with the „unicorn“ Topcor 2,5cm f/3.5.

Please consider, that the CA-value in pixel for the same lens is the higher the smaller the pixel size of the sensor is  – here 1 pixel is 3.77 µm.

b – Linear distortion (%): distortion shows – from the beginning – the biggest differences between the legendary lenses of the different designers and brands. The designer has to do a compromise-job in each lens, balancing out the design between resolution, chromatic aberrations and distortions. 0,5 pixel is a very good CA-value even acceptable for acrchitectural work (though „zero“ would be better, of course), 0,75-1,0 pixel is a good compromise-value and 1.5 pixel just acceptable for alround use.

Looking at the spread-sheet Fig. 3, it is surprising, that Angénieux with the very first retrofocus-lens of this wide angle decided to go for nearly „ZERO“ distortion in his design! He had gone close to zero in the 35mm and 28mm-designs before that, too! Probably he wanted to give a statement of his art, because this was really difficult at that time … At the same time he accepted a somewhat higher CA of 7-8 pixels (corresponding to 0.03-0.04 mm). In my collection of top-notch lenses such a low distortion does not appear again before the modern Zeiss Batis Distagon 25mm f/2.0 – and only the legendary 1971 Minolta MD 24mm f/2.8 (including the VFC-Version) came very close with ca. 0.18-0.29% distortion in my measurements.

c – The close-focusing system: there are further innovations to consider, e.g. the lens-design for close focusing. Here one of the important innovations is the floating-element close focusing system – introduced 1971 by Nikon and Minolta first for wideangle lenses as far as I know. This is one of the early merits of the two 1971/75 24mm-Minolta-lenses.

3 – Conclusions:

3.1 Center-resolution:

Since the early days of geometrical optic lens-design with Petzval, Abbe and Seidel, lenses could be designed absolutely perfect for nearly unlimited image-quality (resolution and CA) „on-axis“, which means: in the center of the picture-field … And the  famous designers did it all the time – as soon as they used 4 or more elements in a photographic lens-system.

The first time, I found a proof for that, was with my resolution-measurements on Bertele’s first Ernostar 100mm f/2.0 from 1923 (a four-element-design WITHOUT COATING!). Compared to the legendary Leitz Apo-Macro-Elmarit 100mm f/2.8 from 1987, this lens achieved 98% of the resolution in the center – but only in the center! See my Ernostar-Bog-Article here. (This was the very first report in my photo-blog …)

So, it is not really surprising, what Fig. 4 is telling us: all top-notch lenses show a very high resolution level in the image center since the invention of the retrofocus wideangle design in the 1950s – and they are all on the about same level – though being historical lenses with up to 65 years of age on their back! The reason for that result is, of couse, that only legendary lenses of all brands are taken into the comparison! Maybe the Takumar-lens happens to be one of the weaker examples …

The Olympus OM 24mm f/3.5 „shift“ drops down somewhat against its neighbours. That is no quality issue: this lens has an image-circle diameter of 57mm for up to 10 mm shift! It came out 1984 long before Canon brought out its famous tilt-shift-lenses … Look at the corner-resolution result of this lens in Fig. 5 – it resolves extremely even over its FoV!

in this graph I marked two horizontal lines: one for the resolution of 2.000 LP/PH (linepairs per picture height), corresponding to the resolution of a 24 MP-sensor, which today is the de-facto-standard for  modern digicams. It normally has 4.000 by 6.000  pixels – and 4.000 pixels in the picture height, corresponding to 2.000 Linepairs. At the same time it is just (+15%) above the 21 MP which I estimate for the resolution of modern analogue (general purpose) film emulsions.

The other (upper) horizontal line marks the 3.184 LP/PH Nyquist-frequency of the Sensor in the Sony A7R4-digicam. This is physically the limiting resolution-value for the camera itself. Today, however, the software-algorithms in the camaras can generate structures in the picture, which are typically 15 – 20% higher in resolution, compared to the Nyquist-frequency. And they do this without creating an artificially looking „oversharpened“ picture! Good job!

This means:

All the legendary historical 24/25mm-retrofocus-lenses for SLR-cameras do out-resolve the modern 24 MP-Digicams in the center – mostly even with open aperture! And many of these lenses even come very close to (or exceed) the Nyquist-Frequency of my 60,2 MP digital camera.

Among the historical lenses two examples peek out a little bit (they peek out much more in the graph for the corner-resolution!):

The legendary 1965 Topcor 2,5cm f/3.5 exceeds the Nyquist-frequency of 3.184 LP/PH – and stopped down to f11 it is in the center the highest resolving of my 24/25mm-lenses until today. Together with the tremendous result of its corner-resolution it is one of the exceptional lenses, which I call my „UNICORNS„. Until today, I have not found any explanation for the astonishing early level of performance of this lens – how could that have been achieved? (15 years before the next-best Olympus-lens!) – and who did it? – and where did this person go afterwards, when Topcons innovative power faded out, to bring in her/his inginuity? (… to Olympus?). (This observation refers to other early Topcor-lenses al well!)

The other unicorn peeking out here is the Olympus OM 24 mm f/2.0 of 1973. In my lens-collection it is exceeded only by the 40 years younger Zeiss Batis 25mm f/2.0. But, to be honest, the difference is not really that dramatical – considering the four decades …

Referring to the zoom-lenses (set at FL 24mm) in this test: I just was curious, where the modern zooms would stand in such a comparison. We learn that the 1kg-Monster-Tokina 24-70mm zoom at 24mm has one of the best results – even at f/2.8 … in the center of the picture.

At the end of the line-up of 21 lenses I put the Fujinon-Zoom 32-64mm f/4 at 32 mm on the Fujifilm GFX100 (33x44mm – 102 MP), which corresponds to FL 26mm on „full-frame 35mm“. This shows, that for an essentially higher resolution in the picture-center, we today have to go to a larger sensor-format.

3.2 Corner-resolution:

Fig. 5 contains the important informations of this comparison-test. It shows, that step by step all the improvements in innovative design, glass-formulations and aspherical surface-generation were needed to bring finally the corner-resolution of the picture up on par with the center resolution at 24mm focal length, which is possible today – but only with the use of aspherical lens-elements!

In the graph for the corner-resolution I have added a third horizontal line, which marks the resolution at 50 Lines/mm – corresponding to 600 LP/PH. This is needed to judge the corner-resolution of the early historical lenses.

In the 1960s a wideangle-lens was rated „very good“, when it achieved a resolution of 40 Lines/mm (Modern Photography and others). I have written an article about this already here (in German).  Open aperture most super-wideangle-lense started open aperture in the range of 26 to 32 L/mm in the 1950s and 60s. Stopped down practically all the tested historical lenses surpassed the 40 L/mm-limit.

From 1958 on (ENNA) the stop-down corner-resolution rises continualy (with the exception of the two „unicorns“, already identified in Fig.4) until end of the 1970s,  it arrives close to the 2.000 LP/PH-level, which means: from now on the top-notch-lenses out-perform standard analogue fine-grain film (1977 Nikkor and 1984 Olympus). This last step was then achieved by the use of extraordinary dispersion glass-types.

The two „unicorns“ in this test arrive much earlier at this level: the Topcor 2,5cm f/3.5 out-performs analogue film already in 1959 and the 1973 Olympus OM 24mm f/2.0 exceeds this and comes close to todays modern aspherical lenses.

The modern aspherical prime-lenses are represented in my test by two very different samples:

There is the 23mm f/4 Fujinon, which originally is a GFX-lens – but in this test it is measured in the 24x36mm-Mode also with 60.2 MP on the GFX100, achieving the state of the art for 24x36mm lenses (Batis and Sigma-i) as a middle-format lens!

Just as I made my measurements for this test, the SIGMA i-Series 24mm f/3.5 arrived as a representative of a new thinking: no „impressive“ technical data   – but (hopefully) impressive preformance instead. The result shows: it achieves reference status on a 60.2 MP-sensor with corner-resolution at 85-95% of center-resolution, plus zero-distortion, zero-CA and very close focussing!

Also great news: modern zooms like the Sigma G 12-24mm f/4 – measured at 24mm – arrive now at this level of prime-lenses also in the corners!

As I had no samples of the early historical aspherical lenses in this test, we can not see, in which steps the aspherical lens surfaces moved the wideangle-performance in the picture-corners to the present level.

Maybe this gap can be filled out in some future times.

NOTE 1 – All resolution-values, which are published in this article, refer to MTF30 – what means: the point on the MTF-curve (see Fig. 7), which hits the 30% contrast value.

NOTE 2 – in Part II of this Article I will share some more informations about each individual lens (including pictures, MTF-curves and  lens-schemes).

Appendix: Method of measurement and definition of results

I use the set-up and software by IMATEST with the original IMATEST-Target. I use the large SFRplus-Setup-Image with a physical hight of 783mm bar-to-bar vertically. The distance from target to lens-flange is 0,97 meters. In this area 46 targets are analysed and I share MFT30-weighted-mean-resolution-values (all-over, center and corner), edge-sharpness, linear distortion and maximum lateral CA-values.

Resolution-values are given in Line-Pairs per Picture Height (LP/PH) – where the picture-height is always 24mm. Edge-sharpness is given in pixels (width 3,77 µm).

#TestChart_Angén90f2,5_f2,5
Fig. 6: IMATEST test-target 783mm-bar-to-bar distance. Resolution is NOT measured in the small concentric targets, but at the outside-edges of the black boxes, which are tilted b ca. 5 degrees – source: fotosaurier.

For the measurement I used a SONY A7Rm4 with 60,2 MP-resolution which has a pixel-width of 3,77 µm. The theoretical resolution-limit of the sensor is 3.184 LP/PH (Nyquist Frequency).

The camera setting is used basic as delivered from factory at ISO100 and exposure-compensation of -0.7 stops, using out-of-camera JPEGs. All measurements are made with the identical camera-body (which is important for a precise comparison: I have used one other (earlier) body of this model in comparison, which gave resolution-values between 50 and 200 LP/PH lower than my own camera-body). The repeatability with this method I estimate at 2-2.5%, using ALWAYS manual focusing on the lens with maximum focusing enlargement (11.9-fold) in the camera-viewing-system. Measurement is repeated with re-focusing until a stable maximum resolution at open-aperture of the lens is found and then pictures of the resolution-target are taken with the focussing made wide open for all full down-stops of each lens.

Edge profile (edge-sharpness) is the width of the rise from 10% to 90% intensity at a dark-bright edge in the test target – measured in pixel (width 3,77 with the camera used) – Example shown here for the latest 24mm-prime-lens SIGMA i-Series 24mm f/3,5 – at open aperture f/3,5:

Edge+MFT_Sigma24f3,5
Fig. 7: Edge-profile (top) and MTF-curve (bottom) from the IMATEST software – here the perfect graphs for the brand new Sigma 24mm f/3.5 – at open aperture. I will publish these Curves for all the lenses in PART II of this article – source: fotosaurier

Cromatic Aberration (lateral in the picture-plane) is also measured in pixel separate for red against green and blue against green over the full picture field – in the spread-sheet I note the maximum value, which is in most cases for blue and for most historical lenses in the corners of the picture – sometimes however in the intermediate area.

For more details of testing read my special blog-Article here.

Copyright: Herbert Börger

Berlin, March/April 2021

Ice-Age in Berlin – Berliner Eiszeit

Berlin, Ferbruary 21, 2021

During February 2021 we received a new lesson about the difference between „Weather“ and „Climate“. During rising average-temperatures, accompanied by very mild winters normally, we experienced something, which in fact deserved the name of „WINTER“ with snow, accompanied by temperatures outside your front-door, which you used to know from your deep-freezer!

Water is a fascinating element, which again and again creates wonderworlds for photographers: and I am going to show here some of these wonders, using my „Gartenmikroskop“ („Garden-Microscope“), as I have done with liquid water last summer – see my blog-article „Nach dem Regen“.

For this winter I had hoped, that there would be the occasion to photograph the crystallized form of water in nature (hoarfrost – German: Raureif) – but there were no appropriate conditions here for hoarfrost this year.

Instead we got an impressive occasion to observe amorphous ice.

Here is a teaser-photo:

Picture 1: I called this „The Frozen Torso“ – it is created by water from dewing snow, coming down from our roof. The sun has two important functions here: first dewing the snow and then creating the illumination for this picture…


NOTE: In my photography I only use natural ambient light. My pictures are out-of-camera with just minimal (necessary) adjustments of brightness, gradation-curve, color-dynamic and saturation to show the „real“ scene, which I have seen. My camera for this expedition is the GFX100 with the 120mm-Macro-lens.


In these days before 12.02.2021 (a nice panlindrome date!) we had -15 °C even at noon time with bright sunshine. the days before there had come down 25 cm of snow.

During a short noon-period with the sun perpendicular to the roof, melt-water was generated and was pouring out of the rainwater gutter – down the heavy steel-chain – refreezing directly on the ice-cold steel structure.

Picture 2: Melt-water running down the steel-chain fom the rainwater-gutter at -15 °C, creating a phantastic sculpture on the chain.

Eisaufstieg3_DSCF2020

Picture 3: Detail – process of „building“ the ice-sculpture.

In the following picture you see the the steel-chain, carrying the ice-sculpture, before it was completely enclosed

Eisige-Nordwand3A_BlogHk_DSCF2026

Picture 4: The golden colour of the steel-chain is real – in summer it is sprinkled with ground-water, which contains high amounts of iron and generates this nice „plating“ at the lower end of the chain. Reflexes and deflections of this chain-surface generate the „Whisky-on-the-rocks“ colour situation on some of the following pictures (and there I may have increased dynamic and saturation, to pronounce this …)

Close to the rainwater-chain there are standing a forsythia and a rose-bush.

The splashing around „undercooled“ melt-water is creating sculptures of their own in these:

ForsythiaEis_Blog_DSCF2004Eisknospe_Blog_DSCF2011

Picture 5A and 5B: The forsythia-buds, which is dreaming in the ice here, are about to break open within three days from today (14 days after I took this picture), due to a dramatic temperature-rise of 30 K following the deep cold.

Hagebutten_Blog_DSCF2034

Picture 6: Rosehips „on the rocks“. The blue is from cold, clean-white snow in shadow-areas under clear-blue skies!

If I were a notorious photoshopper, I would have composed myself as a 30 mm tall climber on a rope into the icy „north-side“ of the sculpture …

Eismenagerie1F_Blog_DSCF2013

Picture 7: Freshly sculptured ice at the north-side during the freezing-process.

Picture 8: … and here the promised „Whisky-on-the rocks“, deflecting the golden colour of the rainwater-chain – colour saturation set „high“.

Eiswirbel4_Blog_DSCF2022Eiswirbel5F_Blog_DSCF2009

Picture 9A+B: Spacy formations, which are created in the first freezing period – surface still wet.

Eisdynamik11F_Blog_DSCF2024

Picture 10: Extremely dynamic ice-formations – drops still falling down from the rain-gutter…

Eisglut1F_Blog_DSCF2013Eisglut2_Blog_DSCF2013Eisglut3_Blog_DSCF2013

Pictures 11 A-C: Clear and deep ice against the sun.

Some sections in the ice looked like deep-sky objects straight against the sun:

InSpace11F_Blog_DSCF2010

Picture 12: „Deep-sky object“

The sculpture boosted my phantasy in many different views.

Eiswirbel3D_Blog_SCF2022

Picture 13: „Asteroid“

After another deep-freezing night and dry weather, the surface of the ice re-crystallized in the surface, which generated a completely different appearance: a matte skin with an opaque, shining body of the ice-sculpture.

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Picture 14 A+B: „Frozen Goliath“ – with a huge Nose and a moustache …

During the freezing-process the water-drops, which hit the growing ice-sculpture, did freeze so fast, that icicles grew in horizontal direction, where the splashing drops had a horizontal component of the dynamic momentum:

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Picture 15: Generation of an oblique icicle due to horizontal momentum of drops and very low temperature, which forces to freeze the water extremely quick.

This leads to such extraordinary details – seen at the next day:

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Pictures 16 A-C: 3D-Icicles

And under certain (natural) lighting conditions, the ice-sculpure can get the look of Metal …

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Pictures 17 A-C: „Frozen Metal Insects“ – this is Ice – Not Metal! I assure you again, that I use no digital filters and no HDR for these pictures – just natural ambient lighting and the fine-adjustment of gradation-curve, colour-dynamic and -saturation.

I hope, you enjoyed my trip through the ice-sculpture, which was created by a fancy mood of nature – and is gone by now since several days!

Copyright – Herbert Börger, fotosaurier – Berlin, 21.02.2021

Long Telephoto-Lenses and Temperature

Would you expect, that the optical performance of your photographic lenses can be seriously influenced by the operating temperature? Have you ever realized lack of sharpness in extreme environmental temperature conditions?

The simple answer is, of course, that within the specifications for use, given by the makers, there should be no such concern. But it is not that simple.

For amateur astronomers with their mostly very long telescope-focal-length optics (mirror or lens) this fact is very common:

before using the instrument in the clear and mostly cold winter-nights, you have to put the telescope early enough outside (shielded against due) to bring it into a thermal equilibrium with the ambient air at the time you start your observations. The reason: during essential temperature-changes of the optical components (mirrors, lenses) and their mounting devices, their surface-shapes and adjustment change and destroy the extremly precise optical alignment – until the thermal equilibrium is restored. The refractor-lenses may be mounted to allow for some thermal differences, but large mirrors have to be mounted and adjusted extremely precise, so that the cooling-down of the mount, that holds the mirror, may even generate mechanical tension on the mirror – and that generates optical distortions! So we should remind: the absolute temperatures are not the problem – but the thermal transition stages from warm to cold or opposite way!

This fact is also an important design aspect for telescopes: the preferred structure is „as open as possible“ to allow the air to circulate and to generate a good heat-exchange with the internal telescope structure to speed up this process. While the air gets colder during the night, the instrument’s optics can follow close enough to keep the temperature difference low.

There is an impressive document in the archives of the Mt. Wilson Observatory (near L.A., USA) describing the „first-light“-moment of the new 2,5 meter mirror telescope (Hooker-Telescope) on November 1, 1917 – use this link to the adventurous story! („First light“ is the moment, when somebody looks through the finished instrument for the first time.) Here the first-light moment at Mt. Wilson is described near the end of the long text in this link and shows, what a three hour cool-down time made to the optical properties of the 2.5 meter mirror, (which was made by George Willis Ritchey – and allowed for the detection of the expansion of the Universe by Edwin Hubble shortly after taking this telescope into service.).

Picture 1: 2,5 m (100 inch) Hooker-telescope on Mt. Wilson: just struts hold the mirrors to ease the circulation of air for for a fast achievement of  temperature equilibrium – source: Ken Spencer, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, via Wikimedia Commons

Many instruments in astronomy are closed assemblies, using a corrector-plate (Schmidt-system) or meniscus-lens (Maksutov-System) in the entry of the tube and the mirror at the rear-end (catadioptric telescope – see also my specific blog-article here.) The big disadvantage of these closed systems is the „inertia“ in cooling down due to the closed volume in the telescope tube. Therefore often slits around correctors and mirrors are placed, which allow for sufficient circulation of air through the tube – and even active ventilation is used to shorten the period to reach equilibrium. In some big modern telescopes, the mirror may even be actively temperature-controlled.

Picture 2: „Closed“-tube optical system Maksutov-Cassegrain-Teleskop – source: Wikipedia – Author: Halfblue – http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/.

Long telephoto-lenses for normal photography can not be open systems, because the lens-barrels definitely have to be tightly sealed to avoid the invasion of dust, humidity or corrosive gases.

This means, that you have to plan and prepare carefully to bring your equipment to ambient temperatueres in time to avoid these thermal problems. For photographic equipment this would equally refer to the situation, when you come from climate-controlled environment (e.g. hotels) into wery hot (and humid) areas. There is an additional problem, that in bringing cold equipment into hot-humid environment, there might be condensation of humidity on the lenses/mirrors.

This problem is even more delicate with catadioptric lenses (mirror/lens-systems often called just „mirror-lenses“ – in German „Spiegel-Objektive“). In these the surface-shape of the mirrors and the adjustment from mirror to mirror is extremely sensitive for the optical performance of the lens-systems.

I have to-date not realized this with focal lengths of up to 350 mm (though it might be also there to a certain dergree) – but this is definitely an important aspect for focal lengths between 500 mm and 1,000 mm or longer.

From which focal length on these problems may occur, will mainly depend of the type of optical system  – and of course the resolution of your cameras sensor!

Here I want to show you this effect with an example of a catadioptric lens of 800 mm focal length: the Vivitar Series 1 Solid Catadioptric 800mm f/11, used on the Sony A7Rm4 (60,3 MP, 35mm format – 3.77 µm pixel-pitch).

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Picture 3: Vivitar Series 1 Solid Catadioptric 800mm f/11 – source: fotosaurier

It was the first day this year with just sligtly above zero outside temperature (+2 degree Celsius) and very clear air. At ca. 1:15 p.m.I set out the 800mm f/11 lens on the tripod on the balcony and tried to focus on my favorite landscape test target: a roof-top at about 40 m distance.

The advantage of this target is, that it has large AND fine details, low contrast AND high contrast areas and – most important – a sufficient depth, so that I can detect focusing errors very well!

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Picture 4: Overview picture – complete field of view of the „roof-top“ landscape target in ca. 40 m distance taken with Sony A7Rm4 and Vivitar Series 1 Solid Cat 800mm f/11 – this is the „sharp“ picture after the cool-down period of the lens – source: fotosaurier

It was nearly impossible to meet the positive focus position – so I did the best guess and made the photo – and here is the 100%-crop around the focus-position, which is the first steel spring at the right side of the roof edge:

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Picture 5: The 67% detail of the focus-area (clamp and spiral-spring!) made 15 minutes after setting the lens outside. Best guess of focus, however, you will find no sharper point in front or behind – the distance scale on the lens says 50 meters in this non-equilibrium temperature situation – source: fotosaurier

At this point of time the lens internally is still on room temperature of about 21 degrees … starting to cool down for about 15 minutes, which it took me to set everything up and focus carefully – but desperately, becaus no really sharp focus was seen in high viewing-magnification.

I had focused using the maximum viewfinder enlagement in the Sony camera and was sure: this is not a really sharp picture. But I could not find a better focus. Picture 5 is a 67% crop of the image taken. And as the subject has some depth: no – there is no better focus to be seen on this picture in front or behind the plane of the spring.

I left the lens with camera in this position for three hours and refocused the lens: now I experienced a quite snappy focus – and you can see the same crop-area here:

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Picture 6: The 67% detail of the focus-area (refocused!) after additional 3 hours of the lens outside – source: fotosaurier

The gain in sharpness is damatical – and it exists over the whole field of view, not only in the plane of focus! Also out-of-focus areas show higher contrast now.

However, it connot be ignored, that this catadioptric lens in this picture does by far not use the potential 3,168 Line-Pairs per Picture Height Nyquist frequency of the cameras sensor. My estimate is, that we have here an MTF30 of about 1,100-1,200 LP/PH. So either the three hours of cool-down time were not yet sufficient – or the lens may be not better than this.

(The 1,200 LP/PH MTF30-resolution would correspond to 100 Lines/mm in older „analog“ data. Very good CATs in the 1970s had center-resolutions (measured on film) between 50 and 60 Lines/mm. This relation makes sense, as the difference (factor 0.6 lower for film!) may be owed to the effect of grain and the thickness of the emulsion.)

The „Solid Cat“ 800mm f/11 is a massiv piece of optics – the lens barrel is nearly completely filled with glass, as you see in the lens-scheme:

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Picture 7Lens-scheme of the Vivitar Series1 Solid Cat  – source: Perkin Elmer Patent application

It is an absolutly unusual mass of glass – so I would not exclude, that the cooling time should even be longer to reach the thermal equilibrium. My plan is, to make a sequence of photos taken in shorter intervals and over a longer time – as soon as the outside temperatures go down again.

I am not so happy with the fact, that I had to use landscape-scene-shots to demonstrate the performance of the lens, however, for 800mm focal length my IMATEST testing-arena is too short. Maybe I will make a parallel IMATEST-trial then with a 500mm CAT.

So, please, consider this as a first teaser for the topic which has shown clearly, that photographic lens performance may seriously suffer during the time, a lens is undergoing strong temperature-change and before equilibrium is reached.

I promise to come back with a more elaborate research-plan soon.

Herbert Börger

Berlin, December 4th, 2020

Aphorism of the day: Scientific research is most successfull, when it brings up more new questions than it has answered. (fotosaurier)

Copyright: fotosaurier