OPREMA и ZRA1 — воплощение технологического прорыва

OPREMA и ZRA1

Оглядываясь назад, можно сказать, что 1960-е годы можно назвать «золотой эрой» производства объективов в компании Carl Zeiss Jena. Конечно, этот успех во многом был основан на техническом прогрессе, основы которого были заложены еще в середине 1950-х годов. В 1949 г. у Flektogon были параметры 2,8/35 мм, и после пересчета 1953 года теперь он впервые производился в больших количествах. Он же стал связующим звеном в разработке современных объективов Carl Zeiss Jena. В то же время этот объектив прояснил, на сколько далеко зашли пределы осуществимости метода, который использовался тогда для расчета линз.

Для шестилинзового Флектогона, например, однократное вычисление для трех цветов вырождалось в несколько тысяч отдельных арифметических действий, которые приходилось выполнять горстке сотрудников на механических счетных машинах. Можно было предвидеть, что будущие линзы будут конструироваться все более и более сложными, и поэтому расчетные работы с использованием прежних методов больше не будут доступны.

По этой причине работа над компьютерной системой с программным управлением была начата в VEB Carl Zeiss JENA в мае 1954 года, и была завершена всего через семь с половиной месяцев. Тогда был создан один из первых промышленных компьютеров на немецкой земле. «Оптическая вычислительная машина OPREMA» с помощью 17 000 реле, 90 000 селеновых выпрямителей, 500 километров кабеля и 55 квадратных метров площади давала тактовую частоту в 100 Гц. И все же этот монстр был долгожданным прогрессом, потому что вычислитель OPREMA смог автоматически и безошибочно выполнять сложные расчеты линз в течение миллисекунд, тем самым освободив от этой дурацкой работы 120 человек. Последним понадобились бы дни или даже недели для той же самой работы, и всегда существовала опасность, что в расчеты вкрадется ошибка. OPREMA не уставала и работала безотказно. Машина состояла из двух одинаковых компьютеров, которые фактически должны были работать параллельно для проверки ошибок. Но когда были уверены, что в этом нет необходимости, разделяли две системы и, таким образом, имели вдвое большую доступную вычислительную мощность.

Интересно, кстати, что в то время релейная система считалась более надежной, чем ламповый компьютер. Это могло быть правдой для такой низкой тактовой частоты. Благодаря продуманной конструкции реле переключались только при отсутствии тока. Еще одним важным преимуществом было энергопотребление, которое составляло поразительно низкие 30-40 Вт. Этого хватило бы только на то, чтобы нагреть несколько стеклянных трубок.

В статье в Jenaer Rundschau за февраль 1956 года руководитель отдела фотографии профессор Гарри Цёлльнер сообщает: “ОПРЕМА уже год имеется у него для разработки фотообъективов”.

Это означало, что первые плоды можно было собирать сразу же после завершения работы компьютера. Однако Эберхард Дитч отмечает, что OPREMA в основном использовалась для расчетов реактивных двигателей; до ошибок изображения или даже автоматической коррекции оптики еще далеко. Однако большим достижением было то, что теперь так называемые косые лучи, ни разу не пересекающие ось при прохождении через оптическую систему, можно было вычислять с той же скоростью, что и меридианальные лучи.

Раньше механическим счетным машинам типа «Мерседес Евклид» требовалось всего 20 минут на поверхность! Практическое использование OPREMA вышло далеко за рамки того, на что первоначально надеялись, поскольку можно было рассчитать и отклонения, вызванные децентрацией и допусками. Выход тестовых линз, готовых к производству в период с 1948 по 1954 год, составлял всего около 17 процентов. Однако в 1956 году, когда OPREMA впервые полностью заработала, этот процент уже вырос до 70.

Требования быстро росли. Уже в 1956 году был построен преемник, автоматический вычислитель Zeiss ZRA1, который был основан на ферритовых сердечниках, германиевых диодах и электронных лампах. Он был в эксплуатации примерно с 1959 года. В отличие от OPREMA, этот компьютер выпускался даже серийно и, таким образом, приносил пользу не одной компании и научно-исследовательскому институту. Для отдела разработки объективов в Carl Zeiss JENA увеличение скорости вычислений до полутора поверхностей в секунду стало не единственным преимуществом нового компьютера. Из-за измененной базовой концепции, мощной памяти и ввода через считыватель перфокарт теперь стало возможным более обширное программирование:

«Программа оптики была создана Дитером Кляйном, Клаусом Леше, Хансом-Вернером Станко, Дитером Миколаец и Герхардом Энке. Она характеризовалась, среди прочего, тем, что происходило сцепление переменных и формирование общих ошибок изображения путем линейных комбинаций лучевых аберраций и/или параметров системы. Это позволило в значительной степени учесть технологические ограничения. По инициативе Георга Праделя автоматическая коррекция была протестирована в самом начале. Это направление развития последовательно проводилось в Йене вплоть до зрелости программных системы, типа AKOS (автоматическая коррекция оптической системы) или CADOS (автоматизированное проектирование оптических систем) для более быстрых машин. ZRA1 и программная система, предусмотренная для ZRA1, позволили продолжить разработку объективов с более высокими характеристиками». [Дицш, Retrofokusobjektive, 2002, S. 117f.]

В последующие годы на заводе Zeiss была создана целая серия конструкций объективов, свойства которых были бы немыслимы доступными к тому моменту ручными методами. Особенно, в широкоугольном диапазоне. Результаты исследовательской работы позволили компании VEB Carl Zeiss JENA, которая десятью годами ранее лежала в руинах, а затем была разобрана до кирпича, в 1960-е годы вновь подняться и стать одним из ведущих мировых производителей фотообъективов.

Электрическая передача значения апертуры

Вместе с ООО «Практика» осенью 1969 года на рынок была выпущена концепция системной камеры, важность которой мы можем в полной мере оценить только сегодня, полвека спустя. Из обходных путей и тупиков, которые встречались с механической передачей значения диафрагмы на Pentacon Super, в Дрездене возникла идея полностью пересмотреть передачу значения диафрагмы.

Вместо механического ввода значения диафрагмы задумали делать это чисто электрически, но для этого желательно полностью интегрировать в объектив необходимые для этого компоненты. Другие производители уже работают с переменными электрическими резисторами, чтобы передать ожидаемое значение диафрагмы на экспонометр камеры перед закрытием.

В 2022году, в эпоху беззеркальных системных камер и засилия смартфонов, уже невозможно представить механические передачи между камерой и объективом. Аналоговые значения напряжения сегодня уже не используются, но электрическая связь между электрикой фотоаппарата и объективом, которая впервые была реализована во второй половине 1960-х годов благодаря кооперации всей индустрии фототехники в ГДР, стала базовой моделью для всех последующих преемников.

С 1963 новые методы изготовления позволили сделать многозаходную резьбу червячных передач геликоидов более крутой, что позволило значительно удлинять объективы. С Flektogon 2,8/35 мм теперь можно было приблизить заднюю линзу до 18 см к плоскости пленки. За этим большим ходом геликоида также должна была следовать передача пружинно-диафрагменного механизма, что требовало новых технических решений.

Sonnar 3,5/135

3 марта 1965 года светосила ретроспективного объектива была увеличена примерно на треть ступени диафрагмы с 1:4 до 1:3,5 без каких-либо изменений в базовой конструкции. Второе изменение коснулось корпуса. Новые обрабатывающие станки позволили изготавливать особо крутую восходящую резьбу, что сделало возможным необычно большое увеличение расстояния установки линз в корпусах. С этим удлинителем можно было увеличить ход до 16 мм, что сократило минимальную дистанцию фокусировки до одного метра. Однако возникла проблема обеспечения работы пружинного механизма диафрагмы, т.к. внутри объектива он тоже смещался на эти 16 мм при фокусировке. Такие решения, как шлицевый полый вал, создавали серьезные проблемы, поскольку эти валы имели склонность к заклиниванию. Кроме того, пружинный механизм затвора не должен иметь трения, чтобы затвор можно было закрыть достаточно быстро.

Пауль Клупш разработал простой механизм, который работал с коромыслом, скользящая кромка которого могла быть любой длины и напрямую управляла приводным кольцом диафрагмы. Соответствующий патент был подан 3 августа 1965 г. под номером DD55.902.

Это была одна из причин, по которой Zeiss Jena намного опережала международных конкурентов со своими объективами в 1960-х годах, в том числе и с точки зрения механики. Второе важное изобретение, которое обеспечило автоматическую компенсацию потери интенсивности света при таком изменяемом пути, более подробно на следующих Sonnar 2.8/180 и 4/300.

180mm и 300mm Sonnar

Эти два объектива будут обсуждаться вместе. Ни один из них не был новым, но они были пересчитаны для среднего формата 6×6 для использования на лидирующей на тот момент в мире, среднеформатной зеркальной камере Praktisix. Однако, перерасчет был связан и с введением полностью автоматического пружинного затвора. Поразительно, что большинство старых систем подвергались пересчету, когда должны были модернизировать лишь механику. Причиной этого является ошибка изображения, называемая разницей апертур. Под этим понимается особенность некоторых конструкций, заключающаяся в том, что уровень наиболее сильного сужения пути луча со стороны изображения (т. е. там, где лежит «точка резкости») смещается вдоль оптической оси при изменении диафрагмы. В принципе, это прямое следствие сферической аберрации оптических систем и того факта, что эту сферическую аберрацию можно значительно уменьшить за счет диафрагмы.

С введением объективов с диафрагмой это изменение резкости уже нельзя было не заметить. Это потому, что они всегда и исключительно сфокусированы, когда диафрагма открыта. В этом случае фотографии почти всегда делаются с более или менее закрытым объективом, а это означает, что разница в апертуре будет почти всегда и неизбежно возникать при каждом снимке. Конечно, с новыми системами камер такое уже нельзя было допустить, и поэтому преобразование механизма диафрагмы с обычной на автоматическую диафрагму также потребовало пересмотра оптической конструкции. Например, одна из причин, по которой профессор Цёлльнер заменил Tessar 80 мм f/2.8 как можно быстрее после выхода Praktisix на новый Biometar, было то, что первый, как говорили, имел значительную разницу в резкости и фокусе на различных диафрагмах. С четырехлинзовым Tessar дальнейшая оптимизация была невозможна; а вот с другими объективами, переделанными на пружинную диафрагму, можно предположить, что в ходе пересчета особое внимание уделялось улучшению устранения этой ошибки изображения.

• 180 Sonnar производился в новой версии с пружинной диафрагмой не позднее апреля 1961 г.
• 300 с апреля 1964 г.

Первоначально 300-я серия выпускалась по несколько сотен штук в год. Их производство должно было быть очень трудоемким и дорогим с точки зрения использования материалов. Но это были одними из лучших по качеству объективы, которые были доступны на мировом рынке в то время.

Переход на подпружиненную диафрагму на этих двух Sonnar шел рука об руку с переходом на байонет Praktisix. В принципе, это давало возможность подключения соответствующего объектива к различным 35-мм камерам через адаптер. Когда эта концепция была выпущена, Praktina и Exakta были ведущими системами в производстве. Благодаря этим двум соединениям стало возможным поддерживать ПОЛНУЮ АВТОМАТИЧЕСКУЮ ДИАФРАГМУ на обеих камерах.

Что касается переходника с Praktisix на M42, то, к сожалению, при этом соединении не удалось добиться полной автоматики, – диафрагму всегда приходилось открывать вручную. Это было неблагоприятным само по себе, но стало еще более проблематичным, когда в PRAKTICA mat было введено измерение посредством TTL. Теперь диафрагма закрывалась при каждом измерении экспозиции, а затем ее приходилось снова открывать вручную, чтобы иметь возможность сфокусироваться. Это было крайне муторно и нелогично, но в основном и делалось 20 лет, потому что в 1959 году было принято (неосознанно) такое решение. Некоторое облегчение давала электроника, которая исключала необходимость диафрагмирования объектива для измерения потока света.

Для этого, однако, пришлось снова создавать механические устройства, для передачи положения кольца диафрагмы на адаптер, содержащий потенциометр. Это излишне усложняло систему, не имея возможности преобразовать единственный полуавтоматический пружинный привод в полностью автоматический. Тем самым устранялось только подскакивание диафрагмы при каждом измерении. По этой причине во второй половине 1970-х годов, например, с Sonnar 2.8/200 и Prakticar 4/300, от адаптера отказались и разработали линзы, совместимые с соответствующими системами.

Конечно, все это развитие нельзя было предвидеть в начале 1960-х годов. Решения, принятые в то время в Дрездене и Йене, указывают на то, что винтовой привод Praktina IIA изначально задумывался как будущий эталон. Крепления объективов Praktina и Praktisix были, за исключением разного заднего фокуса и диаметра байонета, полностью совместимыми друг с другом, так что адаптер был просто механическим удлинителем. Однако год спустя это решение умерло, и дрезденский производитель камер непреднамеренно сосредоточился на проблематичной уже тогда резьбе M42.

Эта комбинация Olympiasonnar с адаптером для автоматической пружинной диафрагмы на Praktina IIA встречается редко. Связано с тем, что серийное производство Sonnar с моргающей диафрагмой началось только в сентябре 1962 года. Производство Praktina было прекращено уже в мае 1960, хотя сменные объективы для Praktina выпускались эпизодически (скорее больше от желания продать остатки со склада). Кстати, этот пример — первая версия 180-мм Sonnar, который имеет кратчайшую для телевика с таким фокусным, дистанцию фокусировки в 2,2 м. Ниже представлены детали, изготовленные очень современным для того времени способом (1962 год!). Обратите внимание на диафрагменную клетку, установленную на шарикоподшипниках. Эта сложная конструкция была необходима для обеспечения времени закрытия (25 миллисекунд) массивного механизма привода.

Наряду с пружинной диафрагмой во многих объективах того времени постепенно внедрялась сверхкрутая косозубая передача и автоматическая коррекция диафрагмы.

Последнее гарантировало, что потери света, вызванные выдвинутой оправой, автоматически компенсировались открытием диафрагмы при фокусировке вблизи. Это был практический вопрос, который оказал особенно полезное влияние на Flektogon 2,8/35 мм и Sonnar 3,5/135 мм с их длинными червячными передачами, т.к. с ними больше нельзя было пренебрегать коэффициентом удлинения корпуса.

Эта идея была запатентована 17 октября 1960 г. [Патент ГДР № 29.092]. Изобретателями были Гельмут Шарффенберг, Рудольф Пауль и Герман Фрибе. Основой послужила косая прорезь направляющей диафрагмы (деталь 7), которая показана ниже на чертеже и справа на практическом примере. Эта приблуда быстро устарела, так как во второй половине 1960-х годов стал стандартом TTL-замер, который теперь автоматически учитывал эту потерю света.

Кстати, у 180-мм пружинной диафрагмы Sonnar изначально не было сверхкрутого наклона. Первоначально МДФ составляла 2,2 м, но была сокращена до 1,7 м по сравнению с версией в корпусе “зебра”. Отдельные экземпляры двух соннаров были даже выпущены для Pentacon Super, в которых дополнительный плунжер передавал установленное значение диафрагмы на эту специально разработанную приблуду. В целом, все было очень современно и действительно задавало тон на международном уровне. В частности, 180 Sonnar с его крутой спиралью и, как следствие, прыгающим фокусом, до сих пор остается желанным объективом для Pentacon Six. Не говоря уже о качестве изображения. Оригинальные смазочные материалы в основном изнашиваются через 40-50 лет, и некоторые объективы сейчас, конечно, требуют смазки.

Sonnar 180 мм стоил 652,80 марки для Praktisix, 734,80 марки для M42 и Exakta (с дополнительным адаптером) и 747,80 марки для Pentacon Super. Не случайно Sonnar 2.8/180 мм считается лучшим среднеформатным портретным объективом. Эффект изображения и экспозиция этого объектива легендарны.

Такое оборудование использовалось во всем Восточном блоке. Доктор Зигмунд Ян имел эту сборку в капсуле «Союз» в 1978 году.

Zeiss Jena Pentovar 2,8/35-100 мм

Наконец, объектив, защищенный патентом, но, к сожалению, не выпущенный на рынок. В своем патенте № DD48.057 от 18 мая 1965 г. Вольфганг Наундорф и Харальд Менц разработали «объектив с переменным фокусным расстоянием и оптической компенсацией смещения положения изображения», что могло быть реакцией на Voigtlander Zoomar 2.8/36-82мм. Это весьма вероятно, поскольку в патенте явно упоминается известный объектив этого типа, кратчайшее фокусное расстояние которого меньше диагонали изображения и максимальное изменение фокусного расстояния которого составляет 2,3x. Оба применимы именно к вышеупомянутому вариообъективу Voigtländer, который в то время практически не имел себе равных. Он был разработан проживающим в США австрийцем по имени Франк Герхардт Бак (DBP № 1.116.427 от 14 ноября 1958 г.) и производился с 1959 г. в Брауншвейге. Своим изобретением Наундорф и Менц хотели расширить светосилу более чем до 1:2,8 и, таким образом, избежать проблем с искажениями, характерных для продукта конкурента.

Этот зум с диапазоном фокусных расстояний от 35 до 100 миллиметров потребовал бы значительной работы над объективом, при этом использовались только стекла с высоким индексом. Линза номер шесть даже должна была быть изготовлена ​​из нового типа боратного стекла, которое Вернер Фогель и Вольфганг Хайндорф разработали всего за несколько лет до этого, на Йенском стекольном заводе (патент ГДР № 22535 от 26 июня 1959 г.). Одни только материальные затраты подняли бы цену этого объектива до заоблачных высот; не говоря уже о затратах на производство. Кроме того, он содержит не менее 26 стекловоздушных поверхностей. В эпоху однослойных покрытий от диафрагмы f/2,8 практически ничего бы не осталось.

• Использованы материалы zeissikonveb
• Адаптация машинного перевода Алексей Гвоздев