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.

Contaflex-II_900

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 !

OddCouple_OM+Sig_
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 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