Статья, как я обещал Валерию — до Нового Года.

использованы материалы: Canon, Nikon, Tamron, зарубежных статей и форумов.

фото: (с) Тамрон

Вопрос про пластиковые линзы в объективах возникает в последнее время всё чаще. Обусловлено это двумя моментами.

1-ая причина почему люди считают, что в современном объективе могут быть пластиковые линзы

Во-первых современные объективы становятся всё легче и кажется предела этому нет. Когда вы покупаете объектив за 30-50тыс.руб вы ожидаете, что и весит он будет солидно. Иначе не очень понятно, куда уходят деньги. Проще понять дорогое = большое и тяжелое.

Но в современных объективах производитель старается максимально уменьшить вес, заменяя большинство тяжелых элементов лёгкими. Так корпуса объективов уже давно заменены в большинстве случаев на пластиковые. Хорошо ли это? Для долговечности объектива само собой плохо. Старые объективы 30-летней давности и сейчас вполне служат, а пластиковые разбиваются и обдираются очень быстро по этим меркам.

Насколько лучше пластик или металл защищают объектив от падения сложно сказать. С одной стороны металл крепче, но пластичен — деформируется и заклинивает внутренности при сильном ударе. А пластик хоть и более хрупкий, но пружинит и сохраняет форму, пока не треснул. Также пластиковый объектив более легкий и потому тоже менее склонен к разрушению при падении.

С другой стороны я видел падавшие объективы металлические и пластиковые. И те и другие часто выживают. Хотя давать падать объективу крайне нежелательно.

Но вернемся к линзам.

2-ая причина почему люди считают, что в современном объективе могут быть пластиковые линзы

Все мы знаем, что в наше время есть вполне приличные очки, сделанные из пластика, а если быть более точным — акрила. Оптические типы пластика позволяют производить линзы, не уступающие по качеству стеклянным, но сильно снижать вес и себестоимость.
Чем за это приходится расплачиваться? В первую очередь царапиноустойчивостью. Во-вторую — устойчивостью к нагреву.

Также вы, наверное, уже слышали о гибридных асферических элементах в современных объективах. Такие элементы на сегодняшний день производят и вставляют в свои объективы уже все крупнейшие производители.

гибридный асферический элемент

Никон:

Три типа асферических элементов у Никон.
1. Асферические элементы полученные точной шлифовкой
2. Гибридные асферические элементы полученные наплавлением пластика на стеклянную основу.
3. Асферические стеклянные элементы, полученные формовой отливкой

Canon:

Кэнон использует 4 типа асферических элементов
1. Шлифованные и полированные асферические элементы
2. Отлитые стеклянные асферические элементы
3. Отлитые пластиковые асферические элементы
4. Специальный пластик, затвердевающий на стеклянной сферической линзе, придающий ей асферическую форму

фото (с) Canon

Также мне известно про Pentax, который тоже использует гибридные элементы.

Хорошо это или плохо, что в объективе используется гибридный элемент?

Во-первых оптические свойства используемых типов пластиков не уступают стеклу. Во-вторых те же сорта пластика используются для формирования «склейки» линз (даблеты, триплеты).

Гибридные асферические элементы

Плюсы использования гибридных элементов:
— пластики легкие в отливке, так что можно придавать асферическому элементу любую форму
— пластик может быть нанесен с обеих сорон линзы, причем это не сильно увеличит себестоимость объектива

Минусы использования гибридных элементов:
— пластик намного мягче стекла и потому не может быть использован для внешних элементов объектива, не для заднего или переднего элемента.
— пластики легко царапаются и потому сильно усложняют ремонт объектива.
— пластики подвержены «деламинированию», т.е. отслоению от стекла

Шлифованные асферические элементы

Это асферические элементы полученные традиционным путем шлифования стекла.

Плюсы:
— Можно использовать любой тип стекла и придать элементу любую необходимую форму.

Минусы
— Даже с развитием технологий и использованием шлифовальных машин, контролируемых компьютером, это долгий и затратный по времени процесс. Если вам нужно, чтобы обе стороны линзы были асферическими, то ваши затраты по времени и соответственно себестоимость удваиваются.

Поэтому такой тип асферических элементов встречается очень редко.

Литые асферические элементы

Изготовление литых асферических элементов довольно сложное. Вы не можете просто отлить стекло в форму и получить асферический элемент. Стекло соберется в складки и не примет нужную форму. Также для формирования правильной формы стекло должно находится в отливной форме достаточно долго при высокой температуре, что повредить отливную форму. Поэтому будущему асферическому элементу придают грубую форму, а далее нагревают и «запрессовывают» до необходимой окончательной формы при высокой температуре.

Плюсы

— Данный процесс позволяет получить недорогие асферические элементы, которые могут быть использованы и для внешних элементов объектива.
— Это единственный способ получить обе стороны линзы асферическими без дополнительных трудозатрат и удорожания себестоимости

Минусы
— Несмотря на то, что металлические пресс-формы используются только для окончательно «запрессовки» стекла и сделаны из устойчивого к высоким температурам металла, стекло все же горячее и химически активное, так что пресс-формы не служат особенно долго. Потому вы вынуждены заказывать пресс-формы на замену изношенным, а также все новые формы для других типов асферических элементов. Это большая головная боль для производителя.

пресс-формы для литья стеклянных асферических элементов

Что лучше — пластик или стекло?

Возвращаясь к идее, что раз пластик используется в очках, то почему ему не быть в линзах объективов.
Учтите, что пластиковые стекла очков по фотографическим меркам весьма «тёмные» (2 диоптрии очков, 60см в диаметре дают светосилу F9) и «мутные». Всё прощает несовершенство оптической системы глаз и наш суперкомпьютер-мозг, который исправляет все дефекты оптической системы человека.

предложение от китайских производителей пластиковой оптики

Также нужно учесть:
1) Очки имеют один оптический элемент (как правило), а количество элементов в объективе может доходить до 28
2) Относительное отверстие глаза может принимать значение F2.3-10.4 (лекции ИТМО)

Для стекла существует масса формул, которые позволяют получить стекло с разной степенью рассеивания. Комбинируя положительные и отрицательные элементы с разными значениями дисперсии вы можете контролировать хроматические аберрации. Для пластика это невозможно.

Пластик не сохраняет свою форму так, как стекло. Со временем он «ползет». Через месяцы или годы, он уже не имеет той идеальной формы, выставленной на заводе с точностью до долей длины волны света и потому теряет разрешение.

Пластик гигроскопичен (впитывает воду). Поликарбонат, например, впитывает около 0.2% своего веса, при этом изменяя свою форму на 0.1%. Он распухает и деформируется. При 12Мпикс снимке 3000×4000пикс, если линза напитает 0.1%, то фокус сместится на 30-40пикселей вдоль кадра. Другие пластики дают лучшие показатели, но никто их них не показывает такие показатели как стекло.

При максимальных рабочих температурах 120-200С (для поликарбоната это 130С) сложно нанести на пластик оптическое просветление. Производители фотооптики сейчас бьются над задачей нанесения мультипросветления на пластик, которую решали 60лет назад для стекла.

Где удобно использовать пластиковые линзы

Простые, светосильные и не очень резкие объективы. Это могут быть дешевые цифрокомпакты или легендарные старые фикс-объективы, производимые сейчас. Очень удобно заменять большие склейки в старых объективах на пластик, тем самым экономя вес и сильно снижая себестоимость. В если речь про просветление, так в старых объективах оно и было 1-2х слойным, так что пластики вполне годятся для этого применения.

Добро пожаловать в 21-ый век в мир пластиковых вещей!

Проверяйте год изготовления «старых» объективов. Особенно простых по конструкции с большими склейками (даблетами, триплетами) в оптической схеме.

Выводы

Если говорить об идеальном и совершенном объективе, который вы хотите использовать лет 10, то вам имеет смысл смотреть в сторону объектива с литыми стеклянными асферическими элементами.

Чем больше в объективе гибридных асферических элементов, тем больше он подвержен всем болезням пластика и тем он менее ремонтопригоден. Избегайте гибридных асферических элементов и склеек линз.

Тем не менее, можно констатировать, что на текущий момент объективы в основном состоят из стекла. Даже дешевые и легкие по весу. Разработки в отношении полностью пластиковых линз активно ведутся, но пока заметных успехов достигнуть не удалось и потому их используют только на цифромыльницах, где не нужна большая светосила объектива и его долговечность.

Следите за новинками. Вполне возможно, что такие объективы все-таки появятся в скором времени, если удастся преодолеть ограничения пластика.

Надеюсь этот небольшой обзор внесет некоторую ясность в вопрос о пластиковых линзах в объективах.