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

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.

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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.

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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).

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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

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!

DSC06513_A7R4_VS1-800f11_rooftop_nach3h_blog

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:

DSC06506_A7R4_VS1-800f11_rooftop-start_crop67%

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:

DSC06513_A7R4_VS1-800f11_rooftop_nach3h_crop67%

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:

VS1_SolidCat_800f11_pat_grau

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

Katadioptrische Foto-Objektive – Teil III

Teil III: Katadioptrische Foto-Objektive von 1946 – heute.

(Teil I finden Sie hierTeil II hier.)

Die Erkenntnisse aus Teil II führen zu dem Schluß, dass für die ab den 1950er Jahren aufkommenden katadioptrischen Foto-Objektive aus den vielfältigen, bereits für Astro-Anwendungen bekannten „katadioptrischen Dialyten“ (Brachymediale) abgeleitet wurden, von denen einige schon bis zu 150 Jahre bekannt waren und unter denen Maksutov eine spezielle Variante ist.

Eine kurze Geschichte der Katadioptrischen Foto-Objektive:

Mit dem starken Aufkommen der Spiegel-Linsen-Objektive in den 1960-70er Jahren bildeten sich spezielle Konstruktionsmerkmale heraus, die in dieser Form bei astronomischen Fernrohren meist nicht zu finden sind:

a) Außer der Tatsache, dass die Foto-Optiken sehr robust und hermetisch dicht gebaut sind, wurde zunehmend auf die Bohrung im Primärspiegel verzichtet! Das bedeutet, dass die Strahlen, die vom Sekundär-Spiegel zurück geworfen werden, nicht mehr durch eine Öffnung im Hauptspiegel zur Kamera bzw. Filmebene gelangen, sondern durch einen unverspiegelten zentralen Bereich der Spiegelfläche durch das Glas des Spiegelkörpers treten.

Das bedeutet, dass der Innenbereich der Optik zwischen den beiden Spiegeln noch besser hermetisch abgeschlossen ist. Es bedeutet gleichzeitig, dass der zentrale Bereich des Spiegelkörpers auch noch als brechendes Linsenelement im Strahlengang einbezogen ist. Dieser Bereich bildet dann oft zusammen mit 1-3 weiteren Linsen den Sub-Apertur-Korrektor im Strahlengang nach dem Sekundärspiegel. Er muss aus Linsen-Glas allerhöchster Güte bestehen, da dieser Bereich des Hauptspiegels – im Falle eines Mangin-Spiegels – dreimal von jedem Lichtstrahl durchlaufen wird!

b) Immer häufiger treten nach 1965 Mangin-Spiegel auf, was ja der Grundkonfiguration des Hamilton-Teleskopes entspricht. Zuerst finden sich Primärspiegel als Mangin-Typ, bald auch beim Sekundärspiegel bzw. in beiden Positionen gleichzeitig oder auch nur beim Sekundärspiegel. Wie wir oben gesehen haben (Hamilton-Teleskop) ist der Mangin-Spiegel bereits ein Grund-Element des kadadioptrischen Dialyts – für sich genommen ist er meines Wissens nie als Teleskop oder Astrokamera verwendet worden.

Bild 1: Mangin-Spiegel – Quelle: Wikipedia – Autor: not known – https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

Neben der Wirkung als Element der optischen Rechnung liefert der Mangin-Spiegel zwei weitere Vorteile für das Foto-Objektiv:

  • Die an der polierten Glasfläche anliegende reflektierende Spiegeloberfläche ist in der Mikro-Oberflächenstruktur wesentlich glatter als eine aufgedampfte Aluminium-Schicht auf ihrer „offenen“ Seite, die auch noch mit einer transparenten Schutzschicht (meistens Si02) überzogen werden muss.
  • Die Verspiegelungs-Schicht ist gegen den Zutritt von korrosiven Gasen, Feuchtigkeit etc. perfekt geschützt und behält langfristig seine uneingeschränkte Wirkung. Dies alleine wäre schon ein ausreicheder Grund, um diese Bauweise zu bevorzugen!

c) Foto-Objektive katadioptrischer Bauart benötigen zur Abschirmung gegen Falschlicht rohrförmige Blenden um den Zentralen Strahlen-Durchlass im Zentrum des Primärspiegels (nach vorne in Richtung des Sekundärspiegels) bzw. um den Sekundärspiegel herum (in Richtung Hauptspiegel), um die Kamera vor einfallendem Falschlicht zu wchützen. Auf dem folgenden Linsenschnitt sind die Tubus-Blenden und das Problem des Falschlichtes gut zu erkennen:

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Bild 2: Linsenschnitt mit Abschirmtubus-Blenden gegen „Falschlicht“am Olympus Zuiko Reflex 500mm f/8 (in diesem Bild ist der Lichteintritt rechts!) – Quelle: Olympus Produktbeschreibungs- und Spezifikationsdatenblatt zum Objektiv

An diesem Bild kann man gut erkennen, dass ohne diese beiden Blenden Lichtstrahlen durch die ringförmige Apertur-Öffnung (rechts) direkt und ohne Reflexion an den Spiegeln auf das Zentrum des Hauptspielgels und damit auch in die Kamera gelangen könnten! Eine Gegenlichtblende vor dem Objektiv kann das nur dann sicher verhindern, wenn die Gegenlichtblende extrem lang wäre – was natürlich dem Objektiv-Konzept widerspricht …

Die Existenz dieser rohrförmigen Blenden im zentralen Bereich hat Auswirkungen auf die sog. Obstruktion – also die Abschattung der Lichtstrahlen im Zentrum der Apertur:

Bei Strahlenbündeln, die vom Bildfeldrand schräg in die Optik einfallen, werfen die Tubusblenden einen Schatten auf den Hauptspiegel. In der Folge ist nicht mehr die gesamte Ringförmige Spiegelfläche „aktiv“. Sie ist in der Breite des Blendentubus unterbrochen. Man kann das bei geeigneter Bildstruktur an den außerfokalen Apertur-Ringbildern von Lichtreflexen sehen, wie folgend in dem absichtlich unscharf gestellten Aufnahme des Hausdaches gut zu erkennen ist:

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Bild 3:Tubusblenden-Schatten“ bei den außerfokalen Unschärferingen im Randbereich mit dem Olympus OM Zuiko Reflex 500mm f/8: unten-links und -rechts sieht man die kleinen „Packman-Ringe“ – die Öffnung weist zum Bildzentrum hin. – Quelle: fotosaurier

d) Die große Korrektor-Linse in der Lichteintritts-Apertur dient immer auch gleichzeitig als Tragstruktur für den Sekundärspiegel. Wie im Teil I ausführlich beschrieben wurde, führt die „Obstruktion“ durch den Sekundärspiegel im Strahlengang zu einer Kontrastverringerung des Beugungsbildes 1. Ordnung. Aber wenigstens werden durch das Fehlen von Tragspinnen die dadurch verursachten Beugungs-Spikes in den Bildern einer Punktlichtquelle vermieden, wie sie beim normalen Newton und Cassegrain auftreten.

Meine persönlichen MEILENSTEINE katadioptrischer Foto-Objektive (CATs):

Vorbemerkung: die Einordnung bestimmter Objektive als „Meilenstein“, die ich hier vornehme, ist rein SUBJEKTIV und basiert auf meinem – begrenzten – Wissen bzw. meiner Erfahrung. Mir ist bewusst, dass andere Fotografen und Beobachter zu etwas anderen Schlüssen kommen können, die ihrer eigenen Erfahrung entsprechen.

An dieser Stelle möchte ich noch einmal ins Gedächtnis rufen, dass in den 1950er bis 70er Jahren gegenüber „langen“ Teleobjektiven (>200mm Brennweite) nicht nur Kompaktheit (Baulänge) und geringes Gewicht für die „CATs“ sprach, sondern vor allem die Freiheit von Farbfehlern (Chromatische Aberration, „CA“) – im Verhältnis zum Preis! Es gab zwar in den 1970ern bereits die ersten farbreinen Telekanonen mit Fluorid-Linsen – aber zu einem extrem hohen Preis unter Verwendung eines sehr empfindlichen Materials. Den Preis konnten/wollten sich sicher wenige Amateurfotografen leisten. So bin ich überzeugt, dass die „Blüte“ der katadioptrischen Teleobjektive hauptsächlich vom Amateur-Segment getragen war.

Darüber, warum die katadioptrische Objektivbauform fast völlig wieder verschwunden ist,  werde ich am Ende dieses Artikels einige (begründete) Vermutungen anstellen.

Hier nun mein kurzer Überblick auf die Zeitskala und die Entstehungsgeschichte geschlossener katadioptrischer Systeme, die als Foto-Objektive geeignet waren oder spezifisch dafür gebaut wurden.

Ich führe hier auch die mir bekannte Grundlagenentwicklungen ebenfalls im Zeitstrahl mit auf, damit die zeitliche Dimension mit einem Blick sichtbar wird.

Ich führe dann Foto-Objektive auf, die aus meiner Sicht Meilensteine der Entwicklung solcher Optiken darstellen. Dies ist keine vollständige Beschreibung dieses Objektiv-Segmentes! Ich versuche derzeit Informationen über alle jemals gelieferten Photo-CATs zu sammeln und hoffe in einigen Monaten eine fast vollständige Liste veröffentlichen zu können.

Fast alle bekannten katadioptrischen Teleobjektive wurden für das Kleinbildformat gerechnet. Einige wenige zeichneten Mittelformat 6×6 oder 6×7 aus: Carl Zeiss Jena Spiegelobjektive 500mm und 1.000mm, Kilfitt 500mm und 1.000mm und Pentax 6×7 1.000mm f8 – soweit mir bekannt ist.

1814

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) des Katadioptrischen Dialyts (auch „Brachymedial“ genannt) durch Hamilton und darauf folgend eine  große Reihe von Varianten und Weiterentwicklungen.

Hier der Link zu Hamiltons GB-Patent Nr. 3781.

Bis in jüngerer Zeit hat eine italienische Firma tatsächlich noch Hamilton-Teleskope/-Kameras für astronomische Zwecke geliefert (Ceravolo).

1930

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) der Schmidt-Korrektor-Platte – daraus entstanden Schmidt-Kamera und Schmidt-Cassegrain-Teleskop

1940/41

Grundlagen-Erfindung (Astronomie) des Maksutov-Korrektor-Meniskuslinse – daraus entstanden das Maksutov-Cassegrain-Teleskop – genau betrachtet ist es aber eine Sonderform des katadioptrischen Dialyts.

ab 1945

Maksutov-Cassegrain 3,5″ f/12-Teleskope – Lieferung großer Stückzahl des Teleskops an sowjetische Schulen, gebaut (anfangs) vermutlich in Nowosibirsk. Wenn Sie wissen wollen, wie das Schul-Teleskop aussah, folgen sie bitte diesem Link zu einer sehr kompakten Biografie Maksutovs auf Prabook. Dort sehen Sie ein Bild von D. Maksutov mit „seinem“ Schul-Teleskop vor ihm auf dem Schreibtisch. Mit ähnlicher Spezifikation wurde es in Polen als „PZO“ hergestellt und in der DDR von Zeiss als „Telementor„. Diese Geräte wurden auch (da sie Devisen brachten!) in den Westen verkauft.

Bemerkenswert ist, dass die Motivation, ein extrem robustes und haltbares sowie wartungsarmes Fernrohr für Schulen zu schaffen, bei Dimitri Maksutov zu der ursprünglichen Idee für das Meniskus-Tesleskop-Design führte. Ich sehe darin ein Beispiel, dass auch das Streben nach Gemeinwohl zu hervorragenden Innovationen führen kann!

In diesem Link zu „cloudynights.com“ fand ich weitere interessante Fotos des polnischen PZO-Instruments.

ab 1954

QUESTAR Maksutov-Cassegrain-Teleskop 3,5″ (in Großserie gefertigt bis heute)

Klassisches Maksutov-Cassegrain, Brennweite 1280mm f/14.4 (Spezifikation ab 1961) – wurde und wird auch als Teleskop-Tubus („Field-Model“ oder „Birder“) mit Okular- oder Kameraanschluss geliefert.

Ein Kult-Klassiker der Amateur-Astronomie. Aber auch die NASA soll einige beschafft haben …

Bild 4: Questar-3,5″-Teleskop mit ausgezogener Taukappe – Quelle Wikipedia, Autor:Hmaag – https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0

ab 1936 bis in die 1960er Jahre

wurden mindestens in Deutschland (Zeiss), Japan (Nikon) und Russland (GOI) und USA (Kodak) große semi-transportable (meist katadioptrische) Spiegelobjektive für militärische und satellitengestützte Anwendungen entwickelt. Diese waren ausschließlich vom Maksutov-Typ und hatten Brennweiten von 1.800mm – 8.200mm. Viele Informationen dazu gibt es im Übersichtsartikel von Marco Cavina in diesem Link. Auf diese umfangreichen Erfahrungen konnten sich die Optik-Unternehmen dann nach dem 2. Weltkrieg bei der Entwicklung von katadioptrischen Wechselobjektiven für Spiegelreflex-Kameras stützen.

vor 1958

Erste Maksutov-Cassegrain-Teleobjektive für SLR von LZSO, Sowjetunion: MTO 1.000mm f/10.5  und MTO 500mm f8 – erhielten eine Goldmedallie auf der EXPO in Brüssel 1958.

Ich weiß nicht, wann genau diese Maksutov-Cassegrain auf den Foto-Markt gebracht wurden. Es muss noch unter der strengen Überwachung von Dimitri Maksutov selbst gewesen sein, der ja bis 1964 lebte. Gibt es Leser, die da weiter helfen können?

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Bild 5a: MTO-500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

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Bild 5b: MTO-1.000mm f/10 – Quelle: fotosaurier

Das archaische Design und die solide Bauweise führten dazu, dass die Optiken (bis heute) von Fotoamateuren liebevoll als „Russentonnen“ bezeichnet werden. Herstellerbezeichnungen waren und sind MTO, Arsenal, Rubinar. Nicht immer waren die Optiken leider in der Qualität konstant, was oft an verspannt eingebauten Spiegeln gelegen haben soll. Ein Bericht dazu (Dr. Wolfgang Strickling) finden Sie hier.

1959/1961Nikon bringt nach den russischen MTOs bereits 1959 sein erstes CAT mit ehrgeizigen Daten auf den Markt, das Reflex-Nikkor 1.000mm f/6.3 – und bereits 1961 folgt ein Reflex-Nikkor 500mm f/5. Ab den frühen 1970er bis in die 2000er Jahre bietet dann Nikon kontinuierlich das „Reflex-Nikkor-Trio“ 500 f/8 + 1.000 f/11 . 2.000 f/11 an. Viele Details findet man in dem Artikel von Marco Cavina – für die Liebhaber der italienischen Sprache! Die 2.000mm f11 wurden demnach alle von 1971 bis 1975 in zwei Versionen gefertigt. Das eklärt wohl zur Genüge, warum Ihnen das 2.000er CAT so selten in „freier Wildbahn“ begegnet.

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Bild 6: Reflex-Nikkor C 500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

1961Carl Zeiss Jena

stellt das katadioptrische „Spiegelobjektiv“ 500mm f4,0 auf der Leipziger Messe vor (Entwickelt ab 1955 von Dr. Harry Zöllner, W. Dannenberg. (Kurze Zeit später kommt auch ein Spiegelobjektiv 1.000mm f5,6, die sog. „Stasi-Kanone“, hinzu). Die Optiken sind für Mittelformat 6 x 6 gerechnet und geliefert worden!

Frei zugängliche Darstellungen von Linsenschnitt, Auflösung und MTF-Kurven stehen mir bisher zu diesen Optiken nicht zur Verfügung. Allerdings gibt es einen fabelhaften synoptischen Artikel von Marco Cavina, in dem das Jena-Spiegelobjektiv 500mm f/4.0 und das Mirotar f/4.5 im Detail ausführlich beschrieben und verglichen werden.

Bereits 1941 hatten bei Zeiss die Konstrukteure Robert Richter und Hermann Slevogt ein CAT-System (Richter-Slevogt-Teleskop) entwickelt und angemeldet, das dem kurz vorher in GB angemeldeten „Houghton-Teleskop“ (s. Teil II) ähnelt. Wahrscheinlich wussten beide Gruppen damals im Krieg nichts voneinander.

Auf diese Entwicklungen von 1941 geht offensichtlich dieses Carl Zeiss Jena-Spiegelobjektiv zurück.

Cavina äußert in seinem Artikel die Vermutung, dass die optische Leistung des Jena-Objektivs nicht an das folgend beschriebene, kurz danach heraus gekommene Objektiv von Zeiss Oberkochen heran kommt, da es vermutlich als IR-Fernobjektiv für Aufnahmen auf IR-Schwarzweißfilm entwickelt wurde.

In dem Blog „Zeissmania“ (Teil II) finden sich einige Aufnahmen,die der Autor selbst mit dem Zeiss Jena 1.000 f/5.6 gemacht hat (Website der Burgenländischen Amateurastronomen BAA).

1963Zeiss Oberkochen (West)

stellt das MIROTAR 500mm f/4,5 vor und fertigt 200 Exemplare für Contarex.  Zeiss-Konstrukteure sind Helmut Knutti und Alfred Opitz. Später wird noch einmal ein kleines Los speziell mit dem Kyocera-Contax-Anschluss (c/y) gefertigt. Etliche nagelneue Contarex-Objektive wurden (lt. Marco Cavina) auch im Werk auf  c/y umgerüstet. Ab 1975 liefert Zeiss ein MIROTAR 1.000mm f5,6 und fertigt 20 Exemplare. (Alle Mirotare sind für Kleinbild-Format gerechnet.)

Mirotar 500mm f4,5_strahl

Bild 7: Linsenschnitt des Zeiss Mirotar 500mm f4.5 – Maksutov-Design mit zwei Korrektur-Menisken aber noch kein Mangin-Spiegel – Quelle: Datenblatt Fa. Zeiss

Spezifikations-Datenblätter von Zeiss mit Linsenschnitten finden Sie hier und hier.

Dies ist ein Vertreter der „Maksutov-Fraktion“, noch mit durchbohrtem Primärspiegel.

Zeiss verwendet hier noch keinen Mangin-Spiegel! Für das benötigte große Bildfeld des Kleinbild-Formates und dem großen Öffnungsverhältnis von f/5.6 ist ein einfacher Maksutov-Meniskus allerdings nicht ausreichend als Korrektor bei höchsten Ansprüchen. Daher verwendet Zeiss davor noch einen zweiten (umgekehrten) und sehr dicken Meniskus – eine Lösung, die auch Maksutov selbst für die großen astronomischen MAK-Kameras in Chile und im Südkaukasus bereits verwendet hatte.

Das Mirotar 500mm f4.5 gilt als Referenz-CAT im Kleinbild-Bereich. Im Artikel von Marco Cavina ist die MTF-Kurve – im Vergleich mit anderen APO-Objektiven und dem 500mm f/8 von Zeiss – dargestellt: sie ist allen anderen Optiken weit überlegen.

vor 1964Canon

stellte für die Olympiade in Tokyo drei CATs der Superlative zur Verfügung, die wohl weniger in den Amateurfotografen-Sektor passten, aber umso bemerkenswerter sind:

  • Canon TV-800 f3.8
  • Canon TV-2.000mm f11
  • Canon TV- 5.200mm f14

Sie haben richtig gelesen – kein Druckfehler! Ich habe keine Ahnung, in welchen“Stückzahlen“ Canon diese Optiken gefertigt hat. Sie wurden also offensichtlich mit Vidicon für das Fernsehen eingesetzt. Hier findet man in einem weiteren Artikel von Marco Cavina (auf Italienisch) mehr Informationen darüber.

1965 – Der US-Photodistributor „Spiratone

beginnt ein Maksutov-Cassegrain-Objektiv 500mm f/8 – gefertigt bei LZOS in der Sowjetunion – im Westen zu liefern. Es bekommt in Fotozeitschriften sehr gute Testergebnisse. Später (jedenfalls VOR 1983) kommt ein katadioptrisches Spiegelobjektiv 300mm f5.6 hinzu.

1965 bis 1980 – dies ist die Periode,

in der JEDER Kamera- oder Objektiv-Hersteller ein oder mehrere Foto-CATs heraus brachte.

Binnen kürzester Zeit war es Standard, dass jeder Original-Hersteller (Nikon, Canon, Pentax, Minolta, Yashica) mindestens zwei CATs in seinem Programm anbot: alle hatten ein 500mm f/8 CAT zu bieten, sowie am langen Ende entweder 800mm f/8 (Minolta) oder 1.000mm f/10 oder f/11. Es kamen auch einige 1.200mm- und  2.000mm-Optiken auf den Markt. Wie schon gesagt, arbeite ich an einer möglichst vollständigen Übersicht. Pentax  brachte zusätzlich zu seiner Kleinbild-Linie ein Reflex Takumar 1.000mm f/8 für Mittelformat (die Pentax 67) heraus. Das gab es meines Wissens sonst nur bei Zeiss Jena und Kilfitt.

Eine Ausnahme bildete Olympus, wo man zögerte um erst 1982 ein einziges aber sehr kompaktes Zuiko Reflex 500mm f/8 heraus zu bringen (s.u.).

Die Leica CATs „MR-Telyt-R“ waren Minolta-Objektive in einem Leica-Design.

Die „echten“ Fremdobjektiv-Hersteller („3rd-party-lenses“) reagierten ebenfalls sehr schnell: anscheinend allen voran SIGMA, die sehr früh (Datum?) ein super-lichtstarkes 500mm f/4.0 heraus brachten. Ich fand einen Bericht eines amerikanischen Fotofreundes, der diese Optik in einem völlig  verwahhrlosten Zustand  fand und mit seinen eigenen Bordmitteln „aufarbeitete“ (Respekt!). Schließlich stellte er fest, dass es nicht so schlecht gewesen sein kann.

Sigma hat dann über die Jahrzehnte den größten „Zoo“ von katadioptrischen Brennweiten auf den Markt gebracht. Dabei auch die eher ungewöhnlichen Brennweiten 400mm und 600 mm. Ich hatte einmal ein 600er Sigma-CAT, das mich aber nicht voll überzeugen konnte.

Dabei waren natürlich auch Tokina und Tamron mit eigenen katadioptrischen Designs – wobei man feststellen muss, dass die 1979/81 erschienenen Tamron 500mm f/8 und 350mm f/5.6 an die Spitzengruppe der (späteren!) Objektive von Olympus und Zeiss heran kamen. Das Tamron 500 f/8 CAT war sogar noch etwas kürzer und leichter als das 1982 erschienene Olympus 500 f/8. Bild und Linsenschnitt hier auf der Adaptall-2-Website. Beim 350er Tamron ist die aufschraubbare Gegenlichtblende (unbedingt benutzen!) praktisch genau so lang, wie das Objektiv selbst.

Makinon war ein weiterer echter japanischer Fremdobjektiv-Hersteller mit meist recht guten Produkten.

In Europa/Deutschland gab es nun ab 1972 keinen ernst zu nehmenden SLR-Hersteller mehr. Es gab allerdings noch berühmte Fremdobjektiv-Hersteller, allen voran Kilfitt/Zoomar. Legendär ist das Kilfitt-Zoomar Sports-Reflectar 500mm f/5.6 (Ende der 1960er), detailliert beschrieben hier auf der Pentaconsix-Website – und hier das 1970 vorgestellte Kilfitt/Zoomar Sports-Reflectar 1.000mm f/8 beide gerechnet für Mittelformat und mit dem Kilfitt WE-Adaptersystem auch an vielen Kameras verwendbar.

Eine unübersehbare Menge von Handelsmarken boten eine große Zahl von CAT-Varianten sehr billig an. Meines Wissens war 1965 zeitlich der früheste Spiratone, USA (siehe oben) – bei dem man auch wusste, wer der Hersteller war (MTO bzw. LZSO in Russland). Bei den anderen habe ich keine Ahnung, wer der Hersteller gewesen sein kann. Mir ist – ausser dem besagten Spiratone – keines bekann, das durch eine besonders hohe optische Qualität aufgefallen wäre.

1975 VivitarSeries1 Solid CAT 800mm f11 und 600mm f8

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Bild 8: Vivitar Series 1 Solid Cat 800mm f/11 an der Sony A7RIV (ohne Gegenlichtblende)- Quelle: fotosaurier

Anfang der 1970er Jahre las ich über ein neu veröffentlichtes Patent von Perkin Elmer über eine sogenannte „Solid Catadioptric Lens“ – d.h. ein Spiegellinsen-Objektiv, das quasi „aus einem einzigen Glaszylinder“ bestehen sollte (gelesen möglicherweise bei Herbert Keplers „Kepler on the SLR“ in Modern Photography?):

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Bild 9: Skizze aus der Patent-Anmeldung Perkin Elmer „Solid-Cat“ von 1967, erteilt 1970. Quelle: US-Patentanmeldung US3547525A

Diese Optik sollte extrem kurz bauen – ich war begeistert. Einige Jahre später erfuhr ich schließlich in der „Modern Photography“, dass dieses Objektiv als Vivitar Series 1 Optik 800mm f/11 tatsächlich am Markt erschienen sei.

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Bild 10: Linsenschnitt VivitarSeries1 Solid-Cat 800mm f/11. Er liegt erstaunlich nahe am ursprünglichen Entwurf! – Quelle: Patent Perkin Elmer Patent Patent application

Da war sofort klar, dass ich das irgendwann haben müßte – was dann noch einige Jahre gedauert hat… Über die Geschichte der Vivitar Series 1-Optiken wird irgendwann separat zu berichten sein. Für uns waren diese Objektive damals in den 1970er Jahren eine Offenbarung – und die meisten davon besitze ich noch bis heute!

Die beiden Solid-Cats (600mm und 800mm) bauen extrem kurz – sind aber deutlich schwerer als die sonst gängigen CATs am Markt.

Erst Jahrzehnte später stieß ich dann auf die spezielle Geschichte dieses Objektivs, das mich so fasziniert hat. in den Archiven der „SPIE“ findet sie sich in Form eines Interviews mit dem Konstrukteur dieses Objektivs, Juan L. Rayces (1918 – 2009). Darin enthalten auch ein Foto des Konstrukteurs mit seinem Objektiv auf dem Stativ – am belebten Strand! (Heute wohl nicht mehr denkbar…)

Auch Perkin Elmer lieferte Exemplare diese Objektivs unter der eigenen Marke (und auch Spezialausführungen an die NASA).

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Bild 11: Solid Cat-Ausführung 800mm f/11 unter Perkin-Elmer-Eigenmarke – Quelle: fotosaurier

Was unter der Marke „Vivitar Series 1“ wirklich geschah: die Fertigung lief 1975 an – wurde aber nach 3 Monaten wieder gestoppt, weil Vivitar feststellte, dass es für ein Amateur-Objektiv zu teuer war. Daher gibt es wohl tatsächlich nur eine relativ geringe Stückzahl von Objektiven weltweit (obwohl es damals heftig – auch in Deutschland – beworben wurde).

1978Minolta RF Rokkor 250mm f5.6

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Bild 12: Linsenschnitt Minolta RF Rokkor-X 250mm f/5.6 – Quelle: Datenblatt Minolta

In Beschreibungen werden die Mangin-Spiegel oft als „Innovativer Schritt“ an sich hervorgehoben – was ja, wenn man von katadioptrischen Dialyt (von 1814!) ausgeht, nicht richtig ist. Auch ist die Bezeichnung eines „Rumak“, die ich schon gelesen habe, nicht wirklich zutreffend: Rumak würde einen Maksutov-Typen bezeichnen, der – nach Rutten als Rutten-Maksutov benannt – nicht den verspiegelten Fleck auf der Rückseite des Meniskus als Sekundärspiegel nutzt, sondern einen auf ein Podest auf dem Meniskus montierten Cassegrain-Sekundärspiegel. Aber diese Optik ist überhaupt kein Maksutov-Typ.

Diese Optik hat einfach ein hervorragendes Brachymedial-Design – insbesondere unter Berücksichtigung der kurzen Brennweite und extrem kurzen Baulänge von 58mm (ohne Gegenlichtblende).

Wie bei allen CATs ist die Benutzung der Gegenlichtblende dringend empfohlen!

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Bild 13: Minolta RFx Rokkor 250mm f/5.6 (ohne Gegenlichtblende) – Quelle: fotosaurier

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Bild 14: Größenvergleich RF Rokkor zu lichtstarkem Normalobjektiv (Olympus OM 50mm f/1.2 – das ist aber das kompakteste unter den f/1.2-Normalobjektiven. Mein heutiges Sony GM-50mm f/1.4 hat das ungefähr 3- bis 4-fache Volumen des RF Rockor …) – Quelle: fotosaurier

Das RF-Rokkor 250mm f/5.6 eröffnete damit Ende der 1970er Jahre noch einmal ein neues Brennweiten-Segment für katadioptrische Objektive mit einem wirklich großen Wurf in jeder Hinsicht – optisch wie geometrisch! Vielleicht lag es auch in der Luft? – umgehend tummelten sich in diesem Segment die Fremdobjektiv-Hersteller („Third-Party“) aber interessanterweise folgte keiner der großen Kamerahersteller Minolta in dieses Segment (meines Wissens …). Ich halte den Brennweitenbereich (250-350) für sehr sinnvoll, da  der „Durchschnitts-Fotoamateur“ mit dem Mmanuell-Fokussieren von 500er-Objektiven schon mal leicht überfordert ist – siehe meine Bemerkungen am Ende des Artikels.

Die Brennweite 250mm hat sich dabei nur einer der Fremdobjektivhersteller mal „zugetraut“. Vertrieben wurde das Produkt wohl nur über Handelsmarken – in Deutschland als „Berolina 250mm f/5.6“ bekannt, anderswo auch unter „Focal“ etc. Mir ist nicht bekannt, wer da der Konstrukteur bzw. Hersteller war. Die optische Qualität ist eher bescheiden und die Optik ist auch wesentlich größer als das RF Rokkor (fast so lang wie das Olympus Reflex 500mm f/8).

Die anderen Optiken lagen alle im Bereich von 300mm (f/4.5 bis f/6.3) oder 350mm f/5.6 (Tamron – sehr gute Optik!) – dabei war sogar ein russischer Maksutov-Typ (Rubinar) und auch Astro-Hersteller wie Celestron haben das probiert. Auch die Handelsmarke Spiratone war hier wieder dabei (viel gelobt!).

1978/79Celestron (Schmidt-Cass.) 750 f/6.3 und Questar (MAK) 700mm f/8

Dies sind Versuche, aus dem Astro-Geräte-Segment heraus reine Foto-Teleobjektive anzubieten (was ja mit dem russischen MTO früher schon mal sehr gut gelungen war – bis heute!).

Celestron  (1978) war das einzige reinrassige Schmidt-Cassegrain-Objektiv, das an den Foto-Markt gebracht wurde. Es verschwand ab 1986 wieder.

Das Questar-Gerät (1979) war als „lichtstarker Maksutov-Typ“ auch nicht lange am Markt.

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Bild 15: CAT-Teleobjektiv „Celestron 700“ 700mm f/8 – Quelle: fotosaurier

Qualitativ hochwertig und hervorragend gebaut – aber der Foto-Markt funktioniert eben anders als die „Astro-Nische“.

1982 – Olympus OM Zuiko Reflex 500mm f/8

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Bild 16: Das kompakte Olympus Zuiko Reflex 500mm f/8 an der „zierlichen“ OM4Ti (Gegenlichtblende eingeschoben) – Quelle: fotosaurier

Ich hebe dieses 500er CAT besonders hervor, weil es praktisch keine Fehler hat – außer dem Fehlen des Stativanschlusses, der allerdings dem Olympus-Konzept widersprochen hätte! Sein auffälligster Vorteil ist der hervorragende Bildkontrast, der das (sehr feinfühlige!) Fokussieren leicht macht – selbst ohne Fokusvergrößerung an der digitalen Systemkamera. Das Bild „springt“ geradezu in die Schärfezone. In mittleren Entfernungen ist die Bildstruktur („Rendering“) – auch des Hintergrundes! – sehr schön. Auch die ausziehbare Gegenlichtblende ist sehr praxisgerecht.

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Bild 17: Beispiel des schönen Renderings beim Olympus OM Reflex Zuiko 500 f/8 – Quelle: fotosaurier

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Bild 18: Linsenschnitt Olympus OM Reflex Zuiko 500mm f/8 (Lichteintritt von rechts! – Gegenlichtblende eingeschoben) – Quelle: Datenblatt Olympus

Zusammen mit dem Minolta AF Reflex 500 und dem fast 20 Jahre später erschienenen Mirotar 500mm f/8 ist es das beste 500er-CAT das ich persönlich und praktisch kenne. Beide Spiegel sind Mangin-Spiegel. Das Auffälligste ist, dass hier ALLE optischen Elemente in nur zwei Gruppen um die beiden Spiegel zusammengafasst sind! Es ist das CAT mit der geringsten Zahl von Glas-Luft-Flächen. Ich vermute, dass dies ein Teil des Geheimnisses des hervorragenden Bildkontrastes ist.

Bei meinen jüngsten Messungen mit einer Nyquist-Frequenz des Sensors von 3.168 LP/BH messe ich beim Zuiko-Reflex ca. 1.500 LP/BH (entsprechend 125 Linien/mm) in der Bildmitte – in der äußersten Ecke bei ca. 860 LP/BH. Ich gebe die Auflösungswerte für 30% Kontrast an (wie meistens üblich …) Für die damalige analoge Fotografie waren das Werte, die noch über der praktischen Filmauflösung lagen (zumal mit ISO 400-Filmen – oder noch höheren ISO-Werten!).

Deutlich kompakter als diese Optik ist meines Wissens nur das Tokina 500mm f/8 – aber das spielt in der optischen Qualität eine Liga darunter. Auch das Tamron 500mm f/8 ist etwas kürzer – man muss aber eine Gegenlichtblende aufschrauben, die fast so lang ist wie das Objektiv selbst!

1982/83Vivitar Series 1 450mm f4.5

Hier ist die Datierung ganz sicher:  Oktober 1982 wurde das Objektiv auf der Photokina in Köln vorgestellt. Ab 1983 wurde es meines Wissens ein Jahr lang gefertigt. Es gibt dazu auch noch einen 2-fach-Telekonverter, der speziell für die Optik gerechnet ist und direkt am T2-Gewinde angeschlossen wird.

Diese Optik hat nichts mit den früher gelieferten Vivitar Series 1 „Solid Cat“ zu tun!(Das war vereinzelt angenommen worden …)

Dies ist die wohl (bisher) exotischste katadioptrische Foto-Optik, die es tatsächlich an den Markt geschafft hat! – Eindeutig ein Fall für  die Rubrik „My Crazy Lenses“ – demnächst hier in diesem Blog

Das Design stammt von der Optik-Designfirma OPCON Associates, die der ehemalige Perkin-Elmer Mitarbeiter Ellis Betensky 1969 mit zwei anderen Partnern (Melvin Kreitzer und Jacob Moskovich) 1969 gegründet hatte – und die bis heute existiert (seit 1996 ohne Betensky).

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Bild 19: Vivitar Series 1 450mm f4.5 (Länge 150mm – ohne die Gegenlichtblende) an der Olympus OM – Quelle: fotosaurier

Nach intensiver Suche habe ich schließlich das Patent für dieses katadioptrische Objektiv gefunden: US-Patent 4523816 angemeldet 1983 für Vivitar. Anders als oft zu lesen, ist als Erfinder Melvin Kreitzer eingetragen und nicht nicht Ellis Betensky. Die Bilder „Fig.3 und Fig.4“ sind durch klicken auf „Full Pages“  (am linken Rand) einzusehen.

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Bild 20: Grobe Linsenschnitt-Skizze aus dem US-Patent 4523816 für das Vivitar Series 1 450mm f/4.5 – entspricht sicher nicht in allen Details dem endgültig hergestellten Objektiv – es fehlt z.B. die nach vorne abschließende dünne Planglasscheibe (s. FIG-4) – Quelle: US-Patent 4523816

Der EXOT besitzt vier höchst innovative Besonderheiten:

a – Der (sehr dicke!) Front-Korrektor L1 besteht laut Spezifikations-Claims aus PMMA-Kunststoff („Acryl-Glas“).

b – Der Korrektor L1 hat auf der Vorderseite eine asphärische Fläche! … also eine Art „verkappte-Schmidt-Platte“?

c – Das System besitzt eine Innenfokussierung durch Verschiebung der Korrektor-Linsengruppe G2. Dabei ändert sich die Brennweite des Objektivs in Naheinstellung.

d – das vordere Kunststoff-Korrektorelement L1 ist an der Objektiv-Vorderseite durch eine dünne planparallele Glas-Scheibe geschützt (fehlt in Fig.3 – angedeutet nur in Fig.4 des Patentes).

Weitere Informationen zu diesem Objektiv im Artikel in der Reihe „My Crazy Lensesdemnächst.

1989Minolta AF Reflex 500mm f/8

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Bild 21: Minolta AF Reflex 500 an der Sony A7RIV (mit Gegenlichtblende) – Quelle: fotosaurier

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Bild 22: Minolta Autofocus 500mm f/8 – Quelle Minolta Objektiv-Spezifikation

Minolta hat damit – 4 Jahre nach der Einführung der AF-SLR als erster weltweit und bis heute einziger Hersteller – etwas gemacht, was eigentlich als „unmöglich“ galt: Funktion eines zuverlässigen Autofokus bei Blende 8!  Ich hatte das Objektiv an der Dynax 7D und ich benutze es bis heute an der Sony A7RIV (mit Adapter LAEA4)  – das funktioniert hervorragend und sehr schnell auch noch bei schwachem Licht! Das Objektiv wurde auch lange Zeit noch mit dem Sony A-Mount ausgeliefert und ist in anscheinend fast beliebiger Menge und günstig am japanischen Gebrauchtmarkt zu erhalten – in Deutschland eher selten und viel teurer als in Japan!). Es ist auch eine meiner „crazy lenses„.

Der Aufbau benutzt zwei Mangin-Spiegel und ähnelt dem Design des Minolta RF 250mm f/5.6. In der Bildqualität spielt es absolut in der Oberliga – wegen der grundsätzlichen  Fokussier-Schwierigkeiten mit den manuell zu fokussierenden CAT-Objektiven ist der Autofokus für sich in der Praxis ein großer qualitativer Nutzen!

Ich halte es – zusammen mit dem RF Rokkor 250mm f/5.6 – für das unter heutigen Bedingungen an D-SLR und Spiegelloser Systemkamera nützlichste historische CAT – auch frei Hand einsetzbar für „normale Alltagsfotografie“. Die Klasse der manuell fokussierbaren 500er CATs ist sonst doch schon etwas für das Staiv!

1997Zeiss Mirotar (für Contax c/y) 500mm f8

Dies ist das letzte relevante 500er CAT (eines Originalherstellers), das auf den Markt kam – und es ist eines der Besten, das Zeiss nun als „Spätgebärende“ herausbrachte. Allerdings kann man den MFT-Kurven bei Marco Cavina entnehmen, dass es nicht an das überragende Referenzobjektiv 500mm f/4.5 heran reicht. (Ich finde: das ist keine Schande – ca. 800 Gramm treten gegen fast 4 kg an …)

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Bild 23: Zeiss Mirotar 500mm f/8 von 1997 – Quelle: Zeiss Datenblatt

Dieses Objektiv hat nun alle Merkmale der „modernen“ CAT-Bauweise: Mangin-Spiegel und nicht durchbohrter Hauptspiegel. Es ist allerdings kein Maksutov-Typ mehr sondern eine Hamilton-Bauweise mit ausgeklügelten Sub-Apertur-Korrektoren. Der Mangin-Primärspiegel ist ungewöhnlich dick! Zusätzlich zu einer ausziehbaren Sonnenblende besaß das Objektiv einen sehr schlank gebauten drehbaren Stativanschluss – es war also in jeder Hinsicht  perfekt.

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Bild 24: Zeiss MIROTAR 500mm f/8 – Quelle: fotosaurier

Anfang der 2000er Jahre erschienen plötzlich viele nagelneue Mirotar-500mm f/8-Objektive zum Preis von 500 EUR im Angebot (unter halbem Listenpreis)! Es ging das Gerücht, dass ein ganzer Container mit diesen Objektiven geraubt worden sei – danach wäre das alles Hehlerware gewesen … Vielleicht hatte aber auch Zeiss nur wieder ein größeres Los vorweg gefertigt und versuchte die Ware rechtzeitig vor der Einstellung der Kyocera-Contax-SLR (2005) los zu werden – es fand also ein radikaler Abverkauf statt? Ich weiß nicht, was wirklich der Grund war – aber ich habe es gekauft. (War ich ein Hehler?) Im Vergleich zum Olympus-CAT habe ich damals festgestellt, dass beide Objektive gleichwertig an der Spitze des Wettbewerber-Feldes liegen (seinerzeit mit Vergleich auf Analog-Film festgestellt). Ich habe dann das Zuiko-CAT behalten, da es kompakter und leichter war. Bei einem Vergleich am aktuellen 63 MP-Digital-Sensor könnte sich heute allerdings herausstellen, dass eines der Objektive doch dem anderen überlegen ist, da unsere Vergleiche auf Analog-Film einen praktischen Grenzwert von ca. 100 Linien/mm besaßen – entsprechend 1.200 Linienpaare/Bildhöhe. Wie schon oben angemerkt liegt das Olympus-CAT am digitalen Sensor bei 1.500 LP/BH.

In der Zeit nach dem Jahr 2.000:

Nachdem Sony als letzter Anbieter das AF Reflex 500 (original Ex-Minolta!) eingestellt hat, gibt es meines Wissens kein CAT-Objektiv eines Original-Herstellers mehr am Markt.

Einige Fremdobjektiv-Hersteller (auch neuere wie Samyang) haben sehr preiswerte CAT-Objektive im Programm. Die weitaus meisten CATs, die heute herum geistern, werden unter Handelsmarken vertrieben. Man sollte von denen nicht zu viel erwarten. Darunter sind auch solche, die schon in den 1980/90er Jahren exakt so geliefert wurden – erkennbar z.B. an der identischen Ausführung der auffälligen Gummierung des Fokussier-Rings.

Gerade vor wenigen Wochen hat allerdings einer der renommierten Fremdobjektiv-Hersteller (Tokina) wieder ein neues CAT mit 400mm f/8 und T2-Anschluß neu auf den Markt gebracht.

Ist das der Beginn einer Renaissance?

Man wird sehen …

Warum sind die katadioptrischen Teleobjektive (CAT) nach der ersten großen „Welle“ (1965-1990) fast wieder verschwunden?

Auffallend ist, dass extrem viele der im Netz angebotenen CATs in ganz hervorragendem Zustand – oft neuwertig – sind. Das könnte bedeuten, dass sie kaum benutzt wurden. Das ist auch meine persönliche Meinung. Eine Ausnahme bilden überdurchschnittlich oft die „Russentonnen“.

a) Im professionellen Bereich wurden die frühen CATs wohl hauptsächlich wegen der farbreinen Abbildung eingesetzt. Dieser Vorteil fiel mit dem Erscheinen der Tele-Objektive mit ED-Glas ab ca. 1982 weg. Allerdings wurde dieses „Versprechen“ der Abwesenheit von Farbfehlern tatsächlich nur von den Spitzen-CATs am Markt eingelöst. Möglicherweise blieb noch der Grund eines federleichten, kompakten „Immer-dabei-Lang-Brennweiters“ erhalten, der für den Fall des Falles hinten in der Reportage-Tasche schlummern durfte.

b) Das manuelle Fokussieren mit den CATs geringer Öffnungsverhältnisse (f/5.6 bis f/11 !) war selbst für erfahrene Manuell-Fokussierer sehr schwierig. Die Hilfsmittel wie Schnittbildindikator oder Mikroprismenring fielen ab f/8 aus – es blieb meist nur das Fokussieren auf dem Mattglasbereich übrig! Bei professionellen Kameras gab es teilweise wechselbare Einstellscheiben für den SLR-Sucher. Aber ehrlich: wer legt sich zwischendrin ins Gras und fummelt eine Einstellscheibe raus und wieder rein …?

Es ist auch festzuhalten, dass mit sehr wenigen Ausnahmen gerade an preislich günstigen CATs das präzise Fokussieren – für das man eigentlich eine Mikrometer-Schraube gebraucht hätte! – sehr schlecht und grob gelöst war. Das dauert dann, wenn man immer wieder vorbei gedreht hatte … oder die Schärfeergebnisse waren eben unterirdisch!

c) Alle CATs waren mehr oder weniger Streulichtempfindlich, wenn man gegen die Sonne fotografierte. Wenn man den Effekt eines großflächigen „Flares“ nicht bildnerisch nutzen will, kann ich tatsächlich nur davon abraten.

d) Die Verschlusszeit: Hinzu kam der Punkt, dass man an Analog-Kameras mit typischerweise maximal ISO400-Film für ein 500mm-Objektiv doch eine tausendstel Sekunde für ein scharfes Bild gebraucht hätte – also gerade die kürzeste Verschlußzeit, die typischerweise in den 1960er Jahren zur Verfügung stand! Die Stative, die wir als Amateure damals hatten, waren auch für 500er Teles nicht wirklich geeignet.

Da die Dinger so kurz bauen, unterschätzt man unbewusst die Brennweiten-Wirkung auf das Verwackeln. Darüberhinaus hat das „Handzittern“ mit dem kurzen Griff ein großes Übersetzungverhältnis.

Im Grunde waren die weitaus meisten Amateure, die sich erstmals ein so langbrennweitiges Objektiv zulegten, unerfahren in der Nutzung und manuellen Fokussierung solcher wirklich langbrennweitiger Objektive. Mit Übung und Zähigkeit kann man da viel erreichen – aber das bedeutet nur eines: fotografieren – fotografieren – fotografieren!

e) Nun war da auch noch die Situation des großen Zeitverzuges zwischen Auslösen der Kamera und dem Vorliegen der Ergebnisse mit entwickeltem Film/Dias und Vergrößerungen – mit denen eventuell die Enttäuschung aufkam, dass die Ergebnisse einfach nicht scharf oder doch verwackelt sind. Da landete dann vermutlich ein großer Teil dieser zunächst attraktiv erschienenen Objektive in Schubladen und Vitrinen – bis heute: und warteten auf den Weckruf durch die hoch auflösenden, bis ISO3200 nutzbaren digitalen Systemkameras, die binnen Sekunden ein Feedback/Bildergebnis liefern?

Werden die Karten für die CATs mit den modernen Systemkameras heute neu gemischt?

Ich halte das durchaus für möglich, dass die wahre Zeit für solche Objektiv-Designs nun erst begonnen hat:

Mit der praktisch gut nutzbaren ISO-Empfindlichkeit bis zu 3.200 oder 6.400 und elektronischen Verschlüssen bis 1/40.000 Sekunde gibt es eine dramatisch verbesserte Ausgangslage.

Allerdings muss man sich immer bewusst machen, dass trotz der tollen Fokussierhilfen an digitalen Kameras das manuell Fokussieren dennoch eine echte Herausforderung bleibt – zumal der  jüngere Normalfotograf keine Routine im manuellen Fokussieren besitzen dürfte! Wenn man bei 500mm Brennweite und 11-facher Fokussiervergrößerung versucht zu fokussieren tanzt das Bild im Sucher wie beim Blick durch ein Objektiv mit 5,5 Meter Brennweite – mit etwas Pech verliert man sogar sein Ziel aus dem Auge … Da hilft nur ein Stativ!

Ein Autofokus wäre hier eine durchschlagende Verbesserung der Nutzbarkeit.

Anscheinend testet auch schon ein renommierter Fremdobjektivhersteller (Tokina) gerade den Markt mit einem nagelneuen CAT mit 400mm f/8. Aber auch manuell zu fokussieren …

Aufhorchen lässt dabei auch die jüngste Ankündigung der Firma Canon, nicht mit CATs aber mit neuen DO-Tele-Objektiven von 600mmund 800 mm mit Öffnungsverhältnissen von f/11 neu entwickelt für die Sensoren der spiegellosen Systemkameras mit AF und IS im Objektiv und ebenfalls sehr kurz bauend bzw. zum Transport zusammenschiebbar. („DO“ bedeutet „Diffraktions-Optik“ – das sind dünne, leichte Beugungs-Elemente, die Linsen ersetzen können. Canon testet diese Technik seit Jahrzehnten bei langen, lichtstarken Teleobjektiven.)

Bei der Benutzung von historischen CAT-Objektiven an den modernen Digital-Systemkameras muss man sich klar machen, dass die Optiken nicht für die Benutzung am digitalen Sensor berechnet wurden und nicht jedes CAT mit jedem Sensor harmoniert. Da kann es auch vorkommen, dass eine Optik an einer Sony Probleme zeigt, an einer Fujifilm- oder Olympus-Kamera aber nicht. Typische Probleme sind helle „Halos“ in der Bildmitte, niedrige Auflösung am Bildrand oder generell flauer Kontrast.

Viel Spaß beim Ausprobieren – ich werde sobald es passt über einige CAT-Sensor-Kombinationen in meine Rubrik „My Crazy Lenses“ berichten.

Herbert Börger, Berlin, 8. November 2020

 

 

My Crazy Lenses / Meine sehr speziellen Objektive: Focal-Length 40 mm / Die Brennweite 40 mm – Part I

40 mm/45 mm (or 43 mm) is one of my very favorite focal lengths: in fact it corresponds very close to the diagonal of the 35 mm still photo format!

… and it is the perfect focal length for street photography – and it may be the best, which can happen to you for all situations in which you have just one focal legth to choose, which means: you have no choice really …

The first camera, which very early „socialized“ me for Single Lens Reflex Cameras was the Contaflex II with Tessar 45mm f2.8 of 1953.

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It was the time before the German photo industry „suddenly“ collapsed and when the local camera dealer still could repair a Contaflex II mechanically just within a day! (And there was nothing else really but mechanics – you will not seriously call a Selen photosensitive cell „electronics“?!)

This history may have strongly influenced me in my preference for this focal length – but you may also find one thousand good reasons for this focal length, which is the „real normal focal length = the diagonal of the 24 x 36-format“ indeed: longer than 35mm, shorter than 50mm.

In early times most of the point-and-shoot-cameras with fixed (built-in) normal lenses had 38mm to 45mm lenses … and there are still some today.

In fact this focal length was ALWAYS present in the photo industry for system cameras – and I own some of them:

Tessar 45mm f2.8 as fixed lens in the Contaflex II of 1953
„New“ Tessar 45mm f2.8 for Contax/Yashica-Mount – a 1983 design based on new glass
MD-Rokkor 45mm f2.0 – a pancace-type standard lens for Minolta SRT cameras of 1978
Minolta M-Rokkor 40mm f2.0 with Leica-M bayonet  (for the 1973 „CL“ Leica/Minolta)
Olympus 40mm f2.0 – an ultra compact pancake design of 1978 for OM cameras
Planar 45mm f2.0 for Contax G1/G2 of 1994

… and the modern available to-date lenses:
Fujinon 27mm f2.8 pancake design for APS-format X-trans sensors (correspond. to 43mm)
Panasonic 20mm f1.7 for Micro Fourthirds (corresponds to 40mm at FullFormat)
Batis (Distagon) 40mm f2.0 for Sony E-Mount (FullFormat) of 2018
Sigma 40mm f1.4 for Sony-E-Mount (FullFormat) of 2018
Fujinon 50mm f3.5 for Fujifilm GFX50/100 with sensor 44mm x 33mm

From this list of 11 lenses you can make the conclusion how important this focal length is to me!

… and there is an interval of 65 years in making betweeen all of these lenses!

There are other famous historical lenses, which are not available to me:

I once owned a Nikkor 45mm f2.8 pancake-lens of 1977 on the Nikon F3M – it was a just average Tessar design. The Pentax DA 45mm f2.8 Limited is famous (a Gaussian!). As far as I know, Canon never played around with something like that … nor did Leica! What a pitty!
There is as far as I know also a modern Voigtländer lens 40mm f2.0, which I never tried! As it is an „Ultron“-design (and also includes an aspherical lens) it should also be of top notch performance. About the Voigtländer Nokton 40mm f1.2 aspherical I know nothing but that it probably is a „Distagon“-type lens as my Batis is …

Now here is my odd couple of the week:

–> look at the Olympus 40mm f2.0 pancake vs the Sigma 40mm f1.4 !

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Bild 1 / picture 1: Olympus OM 40mm f2.0 und Sigma 40mm f1.4 – David and Goliath?

The Olympus 40mm f2.0 is a modified (6 lens – 6 groups!) double Gauss design – but extremly sophisticated due to the extremely short physical length combined with a very respectable speed of 2.0 at a length of 26mm and weight of 146 grams – Filter diameter 49 mm … and the close-focusing ability to 0.3 meters in spite of its compactness! You must however consider, that the OM is made for an SLR: that means, to put it on the same mirrorless Sony-E-Mount-Camera, the adapter adds another 28 mm. But in spite of that – the optical construction is actually pressed into the 26 mm length – including space for a filter-thread… Sitting on my Olympus OM 3Ti camera body it is as perfect package!

The Sigma 40mm f1.4 DG HSM / Art for E-Mount is a monster weighing 1,200 grams and stretching over a length of 157mm. It is composed from 16 lenses, which are stacked nearly face-to-face in the volume of the assembly – including all types of modern glasses  … and even one aspherical lens! And it uses 82mm diameter filters … You could call this a „stretch-limousine“ of modern photo-technique … When you put it on a Sony A7R you feel crazy – and in the street everybody thinks, you are peeping into the crowd with a super-telephoto! That is somewhat embarrassing.

And no: it has NO tripod-thread somewhere near the lens+camera-center-of-gravity. So you have to balance the massive lens on one hand while you take care of that tiny miniaturized camera at the near end of it…

Could there be any rational sense in the making of the Sigma-Monster? Serving exactly the same purpose on the camera: taking a picture with an angle of view of circa 57 degrees?

O.k., lets try:

The lens has a very high speed – I do not know personally any other 40mm-lens with f1.4 so far  – at least for FullFormat. (There has been a 40mm f1.4 for Olympus Pen HalfFrame-Cameras in the nineteen-sixties and yes: there is even a Voigtländer Nokton 40mm f1.2 now for 35mm) … and this Sigma is the best photographic lens I know at present for 35mm-format (independent of focal length and brightness)  – a fact that might justify even the price … Beware: this is my personal ranking – nothing more nor less.

The optical qualitiy of the lens is overwhelming … I instantly saw the brilliant performance of this lens – just through the finder of my Sony camera! An extraordinary situation! At f1.4 !!!

So now let us look at the resolution facts measured with IMATEST. For this I use generally the Sony A7RM4. How much better is the super-ambitioned super-modern Sigma against the antique Olympus gem of 1978?

The spreadsheet shows some other historical and modern lenses for comparison purpose.

(Remark: As I cannot measure resolution with a fixed lens in an analog camera like the Contaflex II, I chose a typical 50mm-Tessar of the nineteen-fifty/sixties from Zeiss-Ikon for the first comparison-position. The „old“ Tessar from 1961 is what you expect from it (based on 1902 invention by Paul Rudolph): good anastigmatic design but a little bit soft.

Tabelle2_Odd-Couple-40mm

Bild2 / picture 2: Resolution, edge-profile width, distortion and  CA for a group of 40/45mm-lenses for 35mm-FullFormat (In the same range of FoV – 56 degrees –  I added data for the corresponding Fujinon 27mm-lens for APS-sensor format of X-H1 and the 50mm-lens for 33x44mm-Format of GFX)

(Bemerkung zu der hier neu hinzugefügten Spalte 4 – „Kantenschärfe“: das ist die Breite des Übergangs an einer standardisierten Hell-Dunkel-Kante von 10% bis 90% (in Bildmitte) – siehe untenstehendes Bild 2

Remark in reference to the column 4 width of „edge-profile“: this is the width of the transition from white to black at a standardized edge between 10% and 90% of brightness (in the center) – see picture 2 below, upper graph:

Kante_Sigma40f1,4

Bild 3 / picture 3: Edge profile (10-90% rise – upper picture) and MTF-curve (lower) for Sigma 40mm f1.4 fully open (f1.4). Absolute perfect performance! Remarkable MTF-result: MTF is stunning 0.403 at Nyquist-frequency and drops slowly stopping down! Excelent lenses like the Batis 40mm f2.0 start at 0.3 and reach 0.35 at optimum f-stop (f4.0).

Note: in this comparison I left out the potential options for 40-45mm focal length in zoom-lenses! This is a focal length, which is available in many zoom lenses, of course. And once you are using zoom-lenses, this is a viable option, too. But it would have led to an epic length of the article (adding about the same number of zoom-lenses to the test-field of fixed focal-lengths …)

The optical quality-results of the Sigma 40mm f1.4 / Art (on the 62 MP Sony A7R4 –  Nyquist frequency: 3.168 LP/PH):

  • At f1.4 the weightet mean resolution of MTF30 over full frame is 93% Nyquist-frequency (center 102%, corner 78%)
  • 10-90% rise of edge profile is 0.96 pixels at f1.4 – which is lowest at this f-stop
  • MTF at Nyquist-frequency is 0.403 at f1.4 – going down to 0.34 at f5.6.
  • Center resolution is max. at f2.0 with 110% Nyquist-frequency (3.472 LP/PH)
  • weighted mean resolution is max. at f5.6 with 99% Nyquist-frequency
  • at this f5.6 f-stop the corner-resolution (average over 4 corners!) reaches 88%
  • The differences of resolution between f2.0 and f8.0 are irrelevant under practical photographical aspects: 3.017 – 3.141 LP/PH weighted average over the full frame!
  • Distortion is -0.01% to -0.1% – at most f-stops around 0.05% – let’s say: „ZERO“
  • Lateral Chromatic Aberration (CA) is max. 0.1 mostly ca. 0.03 pixels around f5,6
  • Autofocus is excellent!
  • Due to the high image-contrast, manual focusing is very easy, fast and precise with this lens!

(LP/PH means: Line pairs per picture hight – picture hight für Sony A7R4 is 6336 pixels.)

Conclusion: The Sigma 40mm f1.4 is a highly convincing lens opticaly and in build quality. A bit closer focusing range would have been nice for its price (like the Batis 40f2.0 – and even the pancake OM-40mmf2.0 focuses closer!) – the handling on the Sony mirrorless camera is a serious task … I cannot recommend to put the camera with this lens on a tripod for day-to-day-work – just using the tripod-thread of the camera-body! (For my IMATEST test-frames it worked just o.k.). I would recommend to use this lens on a massive and solid D-SLR to be really happy with it! Personally I would use it for Street Photography and for Architecture – if there were not the handling restrictions.

And what about the optical merits of the compact side of the „Odd Couple„? —- The Olympus OM 40mm f2.0?

The merits are fantastic – even in comparison to modern lenses – especially under the aspect of its compactness. I was very amazed, when I read, that the lens was considered by Olympus as a low-cost alternative to other standard lenses (entered at just below 80 Dollars!). In spite of that (and the quality!) there were not so many sold … (good for the price on the second hand market – eh-yes, good for the seller only!).

This lens was designed just a few years before the exciting new glass-types (like ED-glass) entered the industry – delivered from 1978. In the center it is just about 3% behind the Batis – even open at f2.0. In the corners it starts low – typical for the time (see the MD 45mm f2.0). Stopped down to f8 it improves dramatically in the corners (at 90% of the FOV!) – resolving ca. 7% close to the corner performance of the Batis 40mm. This resolution-perfomance of the OM 40mm f2.0 is much better than it could be used practically on the normal analog film-emulsions of the 1970s times (or even today) – with good contrast at the same time.

The price, this Olympus OM-lens has to pay for its compactness is obviously the distortion (at -1.5% still really acceptable for the time) and the CA – twice as big than contemporary „standard-Lenses“ and 20 times larger than typical today (not to forget both properties could be corrected afterwards today as well!).

Stopped down this ultra-compact Olympus OM-gem  40mm f2.0 reaches results in practical picture-taking, which use the resolution of the 62 MP mirrorless sensor seriously! Look at the two comparison-shots of a Montbretia-colony below, which are taken free-hand, manual focussing. The depth of the scene allows to judge, where the sharpness-plane really is. And with a large number of similar objects you have the chance, to hit one of these with the focus-point exactly. At least you can tell: no – it is not the lens, which is not sharp: it is you, who focused wrong …

I chose a „nature-scene“, because in this you have the chance, that below the larger structure of the object there is still a sub-structure … and below that another sub-structure … and so on! The picture of a bicycle-frame does not offer too much of that … I did focus at the stamens of the highest upright blossoms near the center. (Natural sunlight came from the right side.)

DSC06004_HD

Bild 4 /picture 4: The scene for the comparison shot – here with Olympus OM 40mm f2.0 at f8  – distance ca. 0.9 m (on Sony A7R4) – MANUAL focussing

Following are sections at 100%-view-level (no corrections made on the data-file):

Here with the Sigma-lens I exactly hit the target, which I focused (blossom in the middle of the three) – on a big screen you see the wonderfull plasticity of the stamens-details even on this level of enlargment. Red is a difficult colour and the contrast within the blossom-leaves is very low.

DSC06000_Sigma100%

Bild 5 /picture 5: Detail of this scene – here with Sigma 40mm f1.4 at f8 (H:1325 pixel)

Next is taken with the Olympus OM 40mm f2.0: the focus sits about one cm more in front compared to the Sigma-shot: here it is the right blossom with stamens – nearly as sharp as with the sigma. I had not noticed, that a wasp had settled on the Montbretia flower – exactly in the focal plane …!

DSC06001_OM100%

Bild 6 / picture 6: Detail of the scene with Olympus OM 40mm f2.0 at f8 (H: 1300 pixel)

Next picture:  Look how the insect pops out from the picture with the Olympus OM-lens at 0.9 meters focusing distance, with a surprising plasticity even at 100% viewing-enlargement (see picture 7) – even the fine hairs on the insects body starting to show.

DSC06004_OM40_Wespe_100%

Bild 7 /picture 7: Detail of a second shot with the wasp taken with Olympus OM 40mm f2.0 at f8 (height: 763 pixel) – at 100%-enlargement (picture taken at distance 0.9 meters!)

Conclusion: if you like to stay nearly „invisible“ in the street (where corner-resolution rarely matters!) and if you are well used to and experienced with manual focusing (MF), this more than 40 years old Olympus lens-design still is a valid option to use – even on the Sony A7R4! My copy still is clear and contrasty (obviously!). Near the center, the detail-resolution is really comparable to the Sigma monster-lens stopped down (f5.6 … 8.0). The merits of the Sigma-lens are its phantastic performance between f1.4 and f2.8 and into the corners – at practically zero distortion and CA!

The closest modern competitor to the Sigma 40mm is the Batis 40mm f2.0 (Distagon), which is just slightly behind the Sigma in every single optical property – fortunately it is also somewhat behind in price … and very-very-much lower in weight. As mentioned already it focuses very close! In practical picture-taking situations, you would probably not be able to tell which picture is made with the Sigma and which with the Zeiss-Batis – if close focusing is not part of the game…

The optical properties of all the other historical lenses in the comparison show very well the typical development in optical quality of standard-lenses over the time since just shortly after World War II (from 1953 – when I was 8 years old).

Two of these lenses ar made not for SLRs but for Rangefinder-Cameras, with the typical short distance between the rear of the lens and the film/sensor (rear focus). Especially at wider field of view this leads to light-rays, hitting at very flat angles onto the picture-plane. That is no problem with analog film – but a desaster with digital sensors!

These RF-lenses are the Minolta-M 40mm f2.0 (for Leica-M-Mount, coming with the Minolta CL in 1973) and the Planar 45mm f2.0 for the legendary (Autofocus!) Contax G1/G2 – early 1990s. Both are suffering severely under the oblique-ray-problem on the Sony-Sensor leading to very low corner-resolution in my measurements! This does not reflect the real performance on analog film!

The Planar 45mm f2.0 was famous as one of the best standard-lenses of its time – and I can confirm, that there is no such corner-resolution issues on analog film with my Contax G2. Interesting, that the issue vanishes stopped down to f8. Together with the Sonnar 90mm f2.8 on the Contax G2 you had one of the best lens-sets  of the 90s (plus autofucus!) on one of the most beautiful cameras EVER… That you could additionally have a crazy HOLOGON 16mm f8 on this camera makes it even more remarkable.

Sensational is the „New Zeiss Tessar“ 45mm f2.8 for Contax SLR – an extreme pancake-lens  (length 16mm !) based on the new glass-types of the early 1980s. In this Zeiss has extended the performance of the famous 4-lens-Triplet (invented 1902) to the level of the best double-gauss designs (Olympus 40mm and Contax-G-Planar 45mm). Only the edge-profile-sharpness did not arrive at the level of the Gaussians. It was also edited as aniversary-lenses for both Contax-aniversaries 1992 (60th) and 2002 (70th) – the latter one together with the Contax Aria: a much beloved combination, which I owned once.

Stopped down (to f8-f11) it nearly reaches the performance of the modern Batis 40mm! This lens was very expensive for a 4-lens design (starting at DM 698,00 – later € 449,00)! Due to this probably not too many should have been sold – however, still today it is legendary! The legend is justified by the measured data.

The Angénieux-Zoom 45-90mm f2,8: I could not resist to put this first Photo-Zoom of Angénieux (designed ca. 1964 – delivered exclusively for Leica SL/Leica R from 1968 to 1980!) into this comparison. The reason: in the 1960-70s in Germany, the so called „German doctrine“ was common sense, which says: „No zoom-lens can ever reach the performance of a fixed-focal-length lens!“ I can testimony this myself: that is what I thought at that time, too. And it was unfortunately confirmed, after we bought the first cheap zoom-lenses for amateurs.

For the professional cine-lens sector, this was not true any more since 1956/1960 – when Pierre Angénieux launched the first 4x-cine-zoom-lenses in production … and 10x-zooms since 1964. (More details about this in my article about Pierre Angénieux – a detailed analysis about his photo-zooms will follow soon in this blog.)

Look at the resolution-data of the 45-90mm-Zoom at 45mm: it reaches 96% of Nyquist-frequency on the 62 MP-Sony in the center. It is on par with fixed-focals of that time – and even wide open it surpasses them in the corners!

Finally I put in at the end of the comparison list, the (in my opinion) most under-rated Fujinon-X pancake-lens 27mm f2.8 (corresponding to 43mm at full-frame). It reaches 125% Nyquist at f4.0 on the Fujifilm H-1 (24 MP), has low distortion and perfect CA and corner-sharpness values. It is a bit soft in the corners wide open. Perfect for street-photography!

Berlin, 7. August 2020

fotosaurier – Herbert Börger

P.S.: I personally own all lenses and cameras, about which I am writing here in my blog. There are no lenses, which the maker or distributer has given to me for free or temporarily. And as you see, there is no advertisement in my blog… and I do not ask for other „support“ from you than that you tell me, if you have found an error. Of course, you are welcome to share your own experience with us in comments.

PPS: Parallel to the Sony A7R4 I shot the same scene with the 50mm f3.5 lens on the Fujifilm GFX100 (also stopped down to f8.0) – which corresponds exactly to the 40mm focal lenth on 24x36mm. See the following detail of the Montbretia blossoms – here again the rightmost blossom with stamens is exactly in the focal plane. The structueres are recorded here even with higher smootheness and plasticity, which is the advantage of the 100 MP sensor, an excelent algorithm and a very good lens as well, which resolves up to 5.051 LP/PH (at f5.6) in the center!

DSCF7459_50mm100%

Bild 8 / picture 8: Detail of same scene with Fujinon 50mm f3.5 on Fujifilm GFX100 at the same distance of 0.9 meters. (height: 1439 pixel)

 

 

Die Rand-/Ecken-Auflösung historischer SLR-Objektive (Test-Targets)

Beim „Neustart“ der Foto-Objektiv-Produktion direkt nach dem 2. Weltkrieg lag die Rand-/Ecken-Auflösung typischer Objektive für das Kleinbildformat im Bereich von 300 … 400 … 500…600 Linienpaaren je Bildhöhe von 24 mm (entsprechend ca. 25 … 32 … 40 … 50 Linien/mm), während  diese Objektive in der Bildmitte (auch bei Offenblende) über 3.000 LP/PH liefern können. („Bildhöhe“ engl. „picture height“ – daher LP/PH in der IMATEST-Software!) Bei den damals neuen Retrofokus-Weitwinkelobjektiven konnten bei offener Blende die Auflösungswerte in den Ecken auch bei 200 LP/PH oder darunter liegen (entspr. 17 Linien/mm).

Das sind nüchterne Zahlen – der Fotograf „denkt“ aber in Bildstrukturen! Ihn interessiert, was er SIEHT.

Was bedeutet dieser Auflösungsabfall von der Bildmitte zu Rand/Ecke für die praktische Fotografie?

Zunächst möchte ich dieser Frage an reproduzuierbar verfügbaren ebenen Bildstrukturen in einem Testbild für Auflösungsmessungen nachgehen, in dem man außer dem allgemeinen Schärfeeindruck auch Erscheinungen wie (Rest-)Astigmatismus und Farbfehler beurteilen kann.

40 L/mm am Rand galten bei Fotoobjektiven der 1950/60er Jahre bereits als „sehr gut“. In den 50er Jahren erreichten Objektive nach den Stand der Technik am Rand ganz selten Werte über 50 … 60 Linien/mm nach den damaligen Tests auf üblichen, feinkörnigem und normal bildgebenden Filmemulsionen, wie sie auch vom Normal-Fotografen verwendet wurden. In der Bildmitte gemessen erreichte die „analoge“ Kombination Objektiv/Film selten Werte oberhalb 90 L/mm.  Auf Spezial-Platten mit hoch-auflösenden Emulsionen – ausgewertet unter dem Mikroskop – konnte man aber auch damals durchaus bis zu 500 Linien/mm messen, was „digital“ 6.000 LP/BH entsprechen würde.

Der Bild-Sensor in der hier verwendeten  Sony A7Rm4 erreicht 3.184 LP/PH (60,2 MP).

Schon in den ersten 25 Jahren des 20.Jh. konnte mit den ausgereiften Anastigmaten in der Bildmitte („axial“) praktisch „beliebig hohe“ Auflösungen erreicht werden und es standen dafür auch geeignete Glassorten zur Verfügung. Man betrachte die mit IMATEST ermittelte Auflösungskurve (über dem Bildradius aufgetragen) des 1923er Ernostar 100mm f2.0 bei nahezu voller Öffnung (f2.8) an der 60MP-Sony-Kamera:

Ernostar100f2_2,8_Vgl
Bild 1: Kantenprofil, MTF-Kurve in der Bildmitte und Auflösung (LP/BH) über Bildfeld des Ernostar 100 f2.0 bei Blende 2.8

Es ist ein 4-Linser mit vier einzel stehenden Linsen – ohne Vergütung! Dafür erscheint Kantenprofil und MTF-Kurve sehr gut. Aber die Auflösungskurve über dem Abstand von der Bildmitte (100% auf der Abszisse entsprechen einem Bildkreis von 21,5mm Radius!) zeigt einen beängstigenden „Absturz“ von über 2.600 LP/BH auf ca. 300 LP/PH an Rand/Ecken!

Hier die Situation dreißig Jahre später – dazwischen liegt der 2. Weltkrieg:

Ang90f2.8_Vgl
Bild 2: Angénieux 90mm f2.5 von 1951  – Auflösung Rand/Ecken liegt bei 400/600 LP/PH – bei f2,5 – immerhin leicht verbessert

Die deutlich größere Verbesserung gegenüber dem Ernostar zeigt sich erst abgeblendet:

Ernostar100f2+Ang90f2,5_f11_Lens_MTF
Bild 3: Ernostar 100f2.0 (links) und Angénieux 90f2.5 (rechts), jeweils abgeblendet auf Blende 11 (optimale Blende)

zwar hat sich das Ernostar noch einmal auf olympische 3.000 LP/PH in der Mitte gesteigert (was 93% der Nyquist-Frequenz der verwendeten Kamera entspricht!) aber am Rand bleibt es bei 700-800 LP/PH (allerdings: immerhin verdoppelt).

Das Angénieux 90mm f2,5 erreicht nun aber über die gesamte Bildfläche gemittelt 2.789 LP/PH.

Machen wir noch einmal einen Sprung 30 Jahre weiter in das Jahr 1987. Die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Glastypen hat nun weltweit neue Voraussetzungen geschaffen und war die Voraussetzung für das folgende typische Ergebnis am Beispiel einer anderen Optik-Legende:

Apo-Macro-Elmarit100f2,8_f2,8_Vgl
Bild 4: Leitz Apo-Macro-Elmarit 100mm f2.8 volle Öffnung Blende 2.8 – die extrem nach unten streuenden Messpunkte im rechten Bild stammen von der linken-unteren Ecke des Bildes, in der die Auflösung lokal dramatisch abfällt – die Ursache kenne ich nicht (ein Leitz Apo sollte eigentlich keinen so großen Zentrierfehler haben…).

Dank der neuen Gläser ist das Apo-Macro-Elmarit nun „offenblendentauglich“ – obwohl Kantenprofil und MTF-Kurve in der Bildmitte sehr ähnlich den Kurven des über 60 Jahre älteren Ernostar 100mm f2,0 sind! Abgeblendet, bei optimaler Blende (5,6) ist der Mittelwert der Auflösung über das gesamte Bildfeld des Apo-Macro-Elmarit (2.907) dann gerade mal 120 LP/PH höher als der Wert des „ollen“ Angénieux – und die Maximal-Auflösung des Apo-Macro-Elmarit in der Bildmitte ist abgeblendet nicht höher als beim Ernostar ….

Noch eine für seine Entstehungszeit sehr bemerkenswerte Eigenschaft des Angénieux 90mm f2.5 sticht hervor – der sehr niedrige Farb-Fehler (CA):

Angén90f2,5_f11+Apo-Macro-Elmarit100f2,8_Radial_Vgl Kopie
 Bild 5: Achtung: unterschiedliche Nullpunktlage und Maßstäbe in den Ordinaten!

Auf sehr geringen Niveau ähnlich Apo-Macro-Elmarit bei blau, dreifach so groß bei rot! Aber immer noch ein Drittel vom Contarex-Sonnar 85mm – zehn Jahre später. Einen Kompromiss musste Angénieux aber seinerzeit offensichtlich eingehen, um das zu erreichen: eine relativ hohe Verzeichnung von -1,2% gegenüber +0,4 beim Ernostar und +0,17 beim Apo-Macro-Elmarit.

Man kann also sagen:

der Fortschritt in der optischen Technologie lieferte für die Foto-Objektive überwiegend verbesserte Randauflösung bei Offenblende bei gleichzeitig verbesserter Farbkorrektur, Verzeichnung und erhöhtem Kontrast und verbesserter Streulichtresistenz bei niedrigen Frequenzen – letzteres nicht zuletzt durch die dramatisch verbesserte Beschichtungs-Technologie.

In diesem Link finden Sie Vergleiche des Angénieux 90mm mit weiteren Objektiven über den gesamten Zeitraum 1923 – 2015.

Ich schließe aus meinen vielen Messungen an historischen Objektiven aller Epochen, dass man ab Anfang der 1970er Jahre, den extremen Randabfall der Objektive bei Offenblende schrittweise reduzieren konnte – bereits 1977 gibt es ein Beispiel eines quasi „Ideal-Objektivs“ im Bereich Kurztele (Porträt): das VivitarSerie1 90mm f2,5 Macro! (Mit Einschränkung bei der Streulichtfestigkeit…)

Bei wesentlich größeren Bildwinkeln war das natürlich wesentlich schwieriger und gelang bei Weitwinkelobjektiven entsprechend später mit immer höher- und niedriger-brechenden Gläsern – und im Extremfall (großer Bildwinkel und hohe Lichtstärke) zuletzt erst mit dem Einsatz asphärischer Linsen.

Was bedeuten aber nun die niedrigen Rand-Ecken-Auflösungen bei den frühen historischen Optiken in den Bildstrukturen?

Fangen wir mit einer reproduzierbar beleuchteten, ebenen Objekt-Situation an, in der wir auch diese Auflösungswerte messen: dem detailreichen Test-Chart, das wir abfotografieren. Die Beschreibung der Testmethode finden Sie in diesem Link.

Das ist das Test-Bild, hier durch das Angénieux 90mm f2.5 bei voller Öffnung fotografiert.

#TestChart_Angén90f2,5_f2,5
Bild 6: Imatest-Test-Chart SFRplus, fotografiert im Kleinbild-Format 3:2

Der Abstand zwischen den oberen und unteren schwarzen Balken ist 783 mm im Original.

Die Analyse-Software von IMATEST verwendet übrigens nicht die kleinen Rosetten, die in die dunklen Quadrate eingebettet sind, sondern die Seitenkante der Quadrate, die um 5.71° VERDREHT sind. Mehr erfahren Sie in dem oben aufgeführten Link.

Das Übersichts-Bild soll Ihnen ein Gefühl davon vermitteln, wie fein die Rosetten-Details sind, wenn man ein Bild im normalen Betrachtungsabstand ansieht.

Hier das Detail eines Quadrates mit Rosette in einer Größe, die der Betrachtung des mit der 60MP-Kamera aufgenommenen Bildes bei „100%-Betrachtungsmaßstab“ entsprechen würde (d.h. 1 Bildschirmpixel entspricht 1 Kamerapixel) – wenn Sie das Quadrat auf Ihrem Bildschirm mit ca. 22cm Kantenlänge sehen.

Dies ist das Quadrat genau im Zentrum:

#TargetCenter_Angén90f2,5_f2,5
Bild 7: Zentrales Target-Quadrat, 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – laut Analyse beträgt die Auflösung des Objektivs hier 2.500 – 2.700 LP/PH (sagittal/meridional) – 100%-Ansicht bei 60 MP!

Folgend nun der entsprechende Ausschnitt in der oberen-rechten Ecke (wegen der sichtbaren Verzeichnung von -1,2% sind die Qadrate in der Mitte und in der Ecke nicht genau gleich groß!):

#TargerCornerUR_Angén90f2,5_f2,5
Bild 8: Target Nr.3 (obere rechte Ecke),, 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – laut Analyse beträgt die Auflösung des Objektivs hier im Mittel 560 LP/PH 

Die Vignettierung (im Mittel über alle Ecken 2 f-stops) hat hier natürlich noch einen bedeutenden Einfluss auf das visuelle Betrachtungsergebnis! Es fällt allerdings sofort auf, dass trotz der hohen Vergrößerung fast keine Farbsäume zu sehen sind – allenfalls ein sehr kleiner roter Schimmer, wie vom CA-Diagramm zu erwarten ist.

Das folgende Bild zeigt dasselbe Detail, auf das ich nun die Vignettierungs-Korrektur von ca. zwei Blendenwerten angewendet habe, wie man Sie mit Photoshop oder als kamerainterne Korrekturmaßnahme durführen könnte:

#TargerCornerUR_corr_Angén90f2,5_f2,5
Bild 9: Target Nr.3 (obere rechte Ecke), 100%-Ansicht (966 x 966 Pixel) Angenieux 90mm f2.5 bei Blende 2.5 – Vignettierung kompensiert. Meridional ca. 400, sagittal ca. 600 LP/PH

Hier erkennt man drei Dinge:

  1. Die 560 LP/PH-Auflösung liefern tatsächlich noch klare Bildstrukturen – wenn auch „weicher“
  2. Die Farbreinheit der Abbildung bestätigt sich – allerdings erkennt man einen leichten generellen Gelbstich hier in der Bildecke
  3. Man erkennt sogar den Unterschied zwischen ca. 400 LP (meridional) und ca. 600 LP (sagittal) in den Rosetten-Details: die Ringe sind in der Bild-Diagonale von links oben nach rechts unten erkennbar „kantenschärfer“!

Die Struktur ist „weicher“ wiedergegeben – aber dennoch deutlich und mit gutem Kontrast sichtbar.

Beachten Sie bei diesen Bildern bitte: es handelt sich um die 100%-Darstellung des 60 MP-Bildes!

Anmerkung: In Imatest-Diagrammen wird der angelsächsischen Nomenklatur folgend „meridional“ meist als „tangential“ bezeichnet (tangential = meridional) diese Kuven sind durchgehend gezeichnet, die sagittale Auflösungskurve gestrichelt.  In MTF-Diagrammen der Fa. Zeiss ist die Zuordnung umgekehrt: gestrichelt meridional und durchgezogen für sagittal

Kritischer ist diese Situation bei Weitwinkel-Objektiven, bei denen Farblängsfehler und Astigmatismus an Rändern und Ecken eine deutlich größere Rolle (wegen der viel größeren off-axis-Winkeln) spielen.

Wir betrachten das folgend an von 24/25mm-Retrofokus-Objektiven „der ersten Stunde“ (1957/71):

Angénieux wahrte seinen zeitlichen Vorsprung konsequent und brachte seine „Retrofocus“-Weitwinkel-Brennweiten in schneller Folge auf den Markt: 35mm f2.5 in 1950 (6-Linser) vorgestellt und in kleinen Mengen geliefert (ab 1953 Großserie!), 28mm f3.5 (6-Linser) ebenfalls ab 1953, 24mm f3.5 (8-Linser) ab 1957. (Besonderheit: danach wurde von Angénieux niemals wieder eine Neuberechnung dieser Foto-Optiken herausgebracht sondern diese Optiken bis 1971 unverändert geliefert und das Segment der Festbrennweiten dann völlig eingestellt.

Bei diesen frühen Weitwinkel-Objektiven ist bei Offenblende die Auflösung noch deutlich niedriger als bei dem 90er Objektiv. Bei dem Angénieux Retrofocus 24mm f3.5  liegt die Auflösung in den Ecken bei 310-354 LP/PH (sagittal) und  ca. 600 LP/PH (meridional) bei den Einzelwerten – der Ecken-Mittelwert beträgt 328 LP/PH:

Angén24f3,5_Offen_sagittal
Bild 10: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende – Auflösung über Bildfeld der sagittalen Strahlenbündel

Sehen wir uns das Target Nr.5 in der rechten unteren Ecke an (sagittal mit 345 LP/PH gemessen – meridional mit 560 LP/PH):

#Target RU_Angén24f3,5_f3,5
Bild 11: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende f3.5 – Target Nr. 5 – rechte untere Ecke (Vignettierung kompensiert) – sagittal 345 LP/PH – meridional 560 LP/PH

 

Trotz der deutlichen Rest-Fehler ist die Struktur noch deutlich erkennbar, wenn auch richtungsabhängig. Der sagittale Wert entspricht 29 L/mm. Die visuelle Auswirkung des Farbfehlers ist – trotz des hohen CA von 8 Pixel! – auf die Farbsäume begrenzt.

Das Nachbar-Target (Nr. 21) links davon hat 500 LP/PH sagittal und 502 LP/BH meridional – also frei von Astigmatismus, aber mit CA von ca. 4,5 Pixeln:

#Target21_corr_Angén24f3,5_f3,5
Bild 12: Angénieux 24mm f3.5 bei Offenblende f3.5 – Target Nr. 21 – links von der rechten unteren Ecke (Vignettierung kompensiert) – sagittal 500 LP/PH – meridional 502 LP/PH

Folgend sehen wir das entsprechende Auflösungs-Diagramm des Zeiss Jena Flektogon 25mm f4.0 (1959):

Flektogon25f4,0_f4,0_Multi-ROI
Bild 13: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende – Auflösung über Bildfeld der sagittalen Strahlenbündel

Angesichts des in den Ecken „noch“ bei 301 LP/PH liegenden Mittelwertes (gilt für sagittale und meridionale Strahlen) liegen hier die sagittalen Einzelwerte Rand/Ecken bei erschreckend niedrigen 104 – 222 LP/PH.

Sehen wir uns den Linken Rand (Mitte) mit sagittal 222 LP/PH / meridional 610 LP/PH an (Target-Nr.10):

#Target LRmitte10_corr_Flektogon25f4,0_f4,0
Bild 14: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 10 – linker Rand, Mitte (Vignettierung kompensiert) – sagittal 222 LP/PH – meridional 610 LP/PH

Hier ist die Struktur schon sehr weich aber deutlich zu erkennen – kräftiger Rest-Astigmatismus, aber sehr geringer Farbfehler. Es ist schwer zu sagen, wie diese Situation analog auf Film gemessen worden wäre: 222 LP/PH entsprächen 18,5 Linien/mm… das wäre wohl nicht mehr als gut bewertet worden.

Nur wenige mm weiter nach außen am Target 17 (rechter Rand ein Taget nach unten) liegt die Auflösung bei sagittal 160 LP/PH und meridional bei 591 LP/PH:

#TargetNr17_corr_Flektogon25f4,0_f4,0
Bild 15: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 17 – rechter Rand, eins unter Mitte (Vignettierung kompensiert) – sagittal 160 LP/PH – meridional 591 LP/PH

Hier bricht im sagittalen Sektor der Struktur der Kontrast endgültig ein – fast schon verschwommen und man erkennt, dass noch weiter rechts am äußersten Rand (es fehlen noch 4mm bis zum Rand) der Kontrast noch einmal dramatisch absinken wird.

In der Ecke oben rechts (Target Nr. 3) mit 104 LP/PH sagittal, 338 LP/PH meridional:

#Target3-UR_corr_Flektogon25f4,0_f4,0
Bild 16: Flektogon 25mm f4.0 bei Offenblende f4.0 – Target Nr. 3 – Ecke oben rechts (Vignettierung kompensiert) – sagittal 104 LP/PH – meridional 338 LP/PH

Man kann die Struktur nur noch erahnen – die extrem niedrige sagittale Auflösung und der hohe Rest-Astigmatismus lösen die Bildstruktur auf – obwohl die Chromatische Aberration mit ca. 1,6 Pixel nur ein Fünftel der CA bei dem Angénieux 24mm in der Ecke ist.

Betrachten wir im direkten Vergleich das entsprechende Objektiv von Zeiss-West, das 3 Jahre später heraus kam und eine Blende lichtstärker ist – Distagon 25mm f2.8 (für die Contarex 1961):

CtrxDistagon25f2,8_f2,8_Offen_sagittal
Bild 17:

Auch hier liegen die sagittalen Werte am Rand bei Offenblende f2.8 unter 200 LP/PH.

Ich zeige folgend die beiden Targets Nr.10 (linker Rand, mitte)  und Nr.5 (rechte untere Ecke):

#TargetNr10_corr_CtrxDistagon25f2,8_f2,8
Bild 18: Zeiss Distagon 25mm f2.8 bei Offenblende Target 10 (linker Rand mitte) – Vignettierung korrigiert

Hier beginnt bei sagittal 195 LP/PH die Bilddefinition sich durch eine Kombination eines starken Rest-Astigmatismus (meridionaler Wert: 917 LP/PH) und des Farbfehlers aufzulösen – der Kontrast ist schwach.

#TargetNr5_corr_CtrxDistagon25f2,8_f2,8
Bild 19: Zeiss Distagon 25mm f2.8 bei Offenblende Target 5 (rechte untere Ecke) – Vignettierung korrigiert

In der Ecke sagittal 185 LP/PH mit starkem Rest-Astigmatismus findet sich nur noch in einem sehr schmalen meridionalen Sektor eine klar definierte Struktur (mit 379 LP/PH) mit niedrigem Kontrast.

In dieser Gruppe der FRÜHEN Retrofocus-Objektive mit 24 oder 25 mm Brennweite (Angénieux, Carl Zeiss Jena Flektogon und Zeiss-Ikon Distagon) gibt es ein viertes (1963) aus Japan: Topcon Topcor 2,5cm f3.5, das unter diesen Optiken herausragt:

Topcor24f3,5_f3,5_Offen_sagittal
Bild 20: Topcor 2,5cm f3.5 – sagittale Auflösung bei Offenblende im gesamten Bildfeld (443 … 618 LP/BH)

Der Mittelwert der (sagittalen und meridionalen) Rand-/Ecken-Auflösungswerte beträgt hier 683 LP/PH. Das folgende Bild zeigt die Struktur von Target Nr.5 in der rechten unteren Ecke:

#TargetNr5_corr_Topcor24f3,5_f3,5
Bild 21: Topcor 2,5cm f3.5 bei Offenblende, Target Nr.5  – untere rechte Ecke bei sagittal 587 LP/PH (meridional 914 LP/PH) – also mit mäßigem Rest-Astimatismus – Vignettierung korrigiert

Bei diesem Auflösungs-Niveau  (mit mäßigem Astigmatismus und geringem Farbfehler (CA-Wert in der Ecke 1,5 Pixel!) liegt nun eine klare Bildstruktur vor – nur deutlich weicher als im Bildzentrum.

Dieses Objektiv ragt damit in der Bildqualität deutlich aus dem Feld der zeitgenössischen „Superweitwinkel“ zwischen 1957 und 1963 hervor.

Sehen wir uns noch den nächsten Qualitäts-Schritt am Beispiel des Minolta MD W-Rokkor 24mm f2.8 an:

#TargetNr5_corr_MD24f2,8_f2,8
Minolta MD W-Rokkor 24mm f2.8 Offenblende f2.8 – Target Nr.5 (untere rechte Ecke) – CA mit 3 Pixel deutlicher als beim Topcor – Vignettierung korrigiert

Der Kontrast liegt hier deutlich höher mit einem Durchschnittswert der Auflösung Rand/Ecken von 1002 LP/PH.

Schließlich die gegenwärtige moderne Referenz – das Zeiss Distagon 25mm f2.0:

#TargetNr3_Batis25f2,0_f2,0
Bild 23: Zeiss Distagon 24mm f2.0 Offenblende f2.0  –  Target Nr.3 (obere rechte Ecke) – sagittal 1.206 , meridional 1.897 LP/PH und CA von 0.5 Pixeln

Das Objektiv ist mit der Auflösung bei Blende 2.0 in der Ecke mit durchschnittlich 1.517 LP/PH visuell kaum noch von der Bildmitte zu unterscheiden (Vignettierung auch hier korrigiert!).

Man sieht an diesen Beispielen deutlich, dass außer dem meßtechnischen Wert der Auflösung die Rest-Bildfehler die visuelle Wirkung wesentlich mit beeinflusst. Wobei man den Eindruck hat, dass ein größerer Farbfehler sich ggf. weniger zerstörerisch auf den Bildkontrast auswirkt als ein starker Rest-Astigmatismus.

FAZIT:

Man sieht, dass 200-300 LP/PH als Untergrenze einer bildgebend noch brauchbaren Auflösung gelten können (s. Bild 14), wenn Rest-Astigmatismus und Farbfehler im mäßigen Grenzen bleiben. Der absolute Auflösungswert entscheidet in diesem Bereich allerdings nicht alleine über das bildliche Ergebnis. Genauso entscheidend ist der Korrekturzustand – also die anwesenden Rest-Linsen-Fehler. Allgemein sind diese historischen Objektive in der Rand-/Ecken-Auflösung ab ca. 400 – 600 LP/PH als gut zu bezeichnen (s. Bilder 11, 12 und 21) – mit gewissen Abstrichen beim Kontrast.

Ab Anfang der 1970er Jahre werden Auflösungs-Werte in den Ecken um 1.000 LP/PH bei Offenblende auch bei Weitwinkelobjektiven erreicht, womit zumindest in der Analog-Fotografie hervorragende Ergebnsise möglich waren.

Moderne Objektive erreichen dank asphärischer Linsenflächen hervorragend ausgeglichene Ergebnsise auch bei Offenblende über das gesamte Bildfeld – auch bei sehr großen Bildwinkeln (s. Bild 23).

Copyright Fotosaurier, Herbert Börger, Berlin, 14. März 2020

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Qualität historischer Angénieux Foto-Objektive – 1. Festbrennweiten, 1b. Retrofocus-Weitwinkelobjektive, B. 28mm f3.5

Zu Leben und Werk von Pierre Angénieux finden Sie bei mir einen eigenen Text hier: Pierre Angénieux -. Sternstunden der Foto-Optik.

Die Optik mit Festbrennweite 90mm behandle ich hier.

Die Optik mit Festbrennweite 35mm behandle ich hier.

Die Optik mit Festbrennweite 24mm behandle ich hier.

B – Angénieux Retrofocus 28mm f3,5 (R11) von 1953: Mit Alpa-Anschluss wie die meisten anderen meiner Angénieux-Festbrennweiten. Diese Optik wurde auch im gleichen Jahr schon ausgeliefert, in dem das 35er richtig in Großserie anläuft. Es hatte 1951 bereits einen Prototypen mit f2.8 gegeben, dessen Aufbau aber wieder fallen gelassen wurde. Tatsächlich ist der Linsenschnitt gegenüber dem 35mm f2.5 wesentlich geändert – mit 6 Einzellinsen.

Angénieux28mmf3,5_900

Der früheste Wettbewerber dazu tauchte meines Wissens in der BRD 1956 mit dem Ultra-Lithagon 28mm f3.5 von Enna auf (ebenfalls 6 freistehende Einzellinsen). Das entsprechende ISCO-Westron 28mm f4.0 taucht erst 1961 auf – 3 Jahre nach dem Westron 24mm f4.0!

Zeiss Jena und Zeiss-Ikon West haben beide diese Brennweite 28mm damals nicht „bedient“ – dafür war in der DDR Meyer-Optik Görlitz zuständig (bis auch dieser ruhmreiche Name in dem Großkonzern „Pentacon“ unterging). Dort brauchte man noch etwas Zeit – das Lydith 30mm f3.5, für das schon 1958 Schutzschriften eingereicht war, wurde schließlich erst 1963 ausgeliefert. Mit Patent von 1964 folgte dann das Orestegon 29mm f2.8 (7-Linser) – später hieß es Pentacon 29mm f2.8.

Die japanischen SLR-Hersteller waren ja gerade dabei, ihre Systeme aufzubauen: ein Nikkor 28mm f3.5 gab es erst 1959, ein Auto-Takumar 28mm f3.5 erst ab 1962. Canon baute 28er erst ab der Einführung des FL-Bajonetts (1964).

Außer den beiden Meyer-Optiken besitze ich keine weiteren frühen Objektive in diesem Brennweitenbereich.

Ich war später kein großer Anhänger des Brennweitenbereiches 28mm, weshalb ich auch kein entsprechendes Leica-Exemplar besitze und auch keine wirklich moderne 28mm-Linse. Ausnahme ist die der Zeit um 1975/80, als erste lichtstarke Typen aufkamen (siehe Vivitar Serie1). Wie man der Tabelle entnehmen kann, können Zooms bis f2.8 heute die Funktion gut übernehmen – man muss dann deren Größe allerdings in Kauf nehmen wollen.

Dagegen gestellt:

  1. Meyer-Optik Goerlitz Lydith 30mm f3,5 (1958/60/63)
  2. Meyer-Optik (Orestegon) Pentacon 29mm f2,8 MC (1964)
  3. Olympus OM 28mm f2,8 (1973)
  4. Vivitar Serie1 28mm f1,9 (1975)
  5. Contax G Zeiss Biogon 28mm f2,8 (1994)
  6. Canon EF 28mm f1,8 (1995)
  7. Extra: Tamron Zoom 28-75mm f2,8 bei 28mm (2018)

Hier der Auflösungsvergleich als Tabelle:

Angénieux28 und Co Aufl2

Vier_28er
Die wichtigsten Vergleichs-Kandidaten v.l.n.r.: Angénieux 28mm f3.5  –  Lydith 30mm f3.5 Meyer/Pentacon 29mm f2.8 – Olympus OM 28mm f2.8 

Vier_28er_2
Die wichtigsten Vergleichs-Kandidaten v.l.n.r.: Angénieux 28mm f3.5  –  Lydith 30mm f3.5 –  Vivitar Serie1 28mm f1.9   –   Canon EF 28mm f1.8

Bei dem Angénieux Retrofocus 28mm f3.5 ist – nun bei 75° Bildwinkel – die Auflösung im Vergleich zum 35mm-Objektiv in Rand/Ecke geringfügig reduziert (auch abgeblendet – bei Offenblende liegt die Ecke jetzt bei 31 Linien/mm). Aber die Auflösungswerte sind exzellent für den zeitgenössischen Analog-Standard. Die Verzeichnung ist noch einmal verringert bei jetzt besseren CA-Werten. Tatsächlich ist die Verzeichnung mit Abstand die geringste mit allen 28mm-Vergleichsobjektiven in meinem 28mm-Vergleich.

Wieder kann man sagen, dass der allgemeine Stand der Technik erst Anfang der 1970er Jahre wirklich über das Angénieux hinaus geht: das Olympus OM 28mm f2.8 ist in diesem Vergleich die neue Landmarke (ab 1973) für die nächsten 20 Jahre.

Das Vivitar Serie1 28mm f1.9 erreicht bei Blende 2.8 übrigens ziemlich genau die Auflösungswerte des Olympus 28mm f2.8 und hat darüber hinaus noch die Besonderheit des „floating element“ Designs. Tatsächlich wude es damals von Modern Photography in höchsten Tönen gelobt:

ResolChartVS1_28f1,9_ModernPhot

Dabei wird die Schwäche mit „flare“ bei voller Öffnung (Streulichtanteile von überkorrigiertem farbneutralem Astigmatismus, die bei Blende 4 praktisch verschwinden) erwähnt, die man an der MTF-Kuve unten auch sehen kann.

Das ContaxG Biogon 28mm f2.8 (tatsächlich einmal ein 28er von Zeiss… 1994) ist im Aufbau ein Meßsucher-Objektiv, auch wenn die Kamera automatisch fokussiert! Die extrem schlechten Rand/Ecken-Auflösungswerte dieses Objektivs sind nicht real: durch den sehr nah an die Filmebene heran reichenden hinteren Linsenscheitel (kleine hintere Schnittweite) ist dieses Objektiv nicht geeignet für einen digitalen Sensor wegen der am Rand extrem flach auf den Sensor einfallenden Strahlen. Das ist aber heute bereits weitgehend bekannt – alle Biogone sind an Digitalsensoren sehr schwach im Außenbereich des Bildfeldes.

Das 1995er Canon EF 28mm f1.8 (1995) ist noch nicht eine Optik auf dem heutigen Stand der Technik. Es ist in fast allen Auflösungswerten schlechter als das über 20 Jahre ältere Vivitar Serie1 ! Nur Chroma und Verzeichnung sind etwas besser. Ich kenne den Grund nicht. Es gehört eben nicht der L-Klasse an …  Aber es gibt auch Positives zu berichten: Die optimale Blende ist bereits bei f8 erreicht. An der MTF-Kurve kann man erkennen, dass das Objektiv bei niedrigen Frequenzen einen deutlich höheren Bildkontrast liefert als die älteren Systeme. Trotz der schwächeren Auflösung im höheren Frequenzbereich wirken die Bilder daher insgesamt „knackiger“. Auch die Kantenschärfe ist verbessert.

Die ganz große Überraschung des Vergleiches ist das frühe Meyer-Optik Lydith 30mm f3.5 von 1958: die Auflösungsleistung in der Bildecke ist zeitgenössisch gesehen überragend. Es ist ein 5-Linser!!! und bei Offenblende eine Klasse besser als der 7-Linser „Orestegon 29mm f2.8“ – und auch besser als das Angénieux! Die Schwäche der 29er Optik läßt sich vielleicht nach „zeissikonveb.de“ daraus erklären, dass aus Preisgründen überwiegend (6 von den 7 Linsen!) 30er-Jahre-Glastechnologie zum Einsatz kam. Zur Ehrenrettung muss man sagen, dass das Orestegon bei Blende 4 die Werte des Lydith bei Blende 3.5 erreicht oder übertrifft und die CA-Werte und die Verzeichnung deutlich verbessert sind. Das Lydith überragt noch ein ganzes Jahrzehnt die üblichen (meist japanischen) „third-party-lenses“, wie das „normale“ Vivitar 28mm f2.5 in diesem Vergleich – und das war eines der besseren Fremdobjektive.

Fazit: Wieder kann man sagen, dass dieses Angénieux 28mm ein Spitzenobjektiv seiner Zeit ist – mit sehr langer „Halbwertzeit“ bezüglich des Standes der Technik. Es wurde dann ja auch in dieser Form bis 1971 geliefert – 18 Jahre lang. Einen Nachfolger gab es nicht.

Ich weise darauf hin, dass die Auswahl der Vergleichsoptiken nicht marktrepräsentativ ist sondern sich aus dem Bestand meines Objektivbesitzes ergab. Ein wirklich „modernes“ 28er Objektiv war diesmal nicht dabei – außer dem Tamron-Zoom mit den wirklich erfreulichen Werten.

Untenstehend sehen Sie die einzelnen Meßergebnisse der relevanten Optiken bei Offenblende und bei optimaler Blende:

Vgl_Angén28f3,5_f3,5

Vgl_Angén28f3.5_f11
Angénieux Retrofocus 28mm f3.5 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius

Vgl_Lydith30f3,5_f3,5

Vgl_Lydith30f3,5_f11
Meyer-Optik Lydith 30mm f3.5 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius

Vgl_OM28f2,8_2,8

Vgl_OM28f2,8_11
Olympus OM 28mm f2.8 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius

Vgl_VS128f1,9_f1,9

Vgl_VS128f1,9_f11
Vivitar Serie1 28mm f1.9 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 11 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradius

Vgl_CAF28f1,8_f1,8-n

Vgl_CAF28f1,8_f8-n
Canon EF 28mm f1.8 bei Offenblende (oben) und optimaler Blende 8 (unten) – Kantenprofil, MTF-Kurve und Auflösung über Bildkreisradiu

Die Festbrennweite 24mm behandle ich im folgenden Text.

Copyright Fotosaurier, Berlin, 4. März 2020