TEST  MACRO  A  3X :

PROVA  PRATICA  ALL' ELEVATO  RAPPORTO

DI  RIPRODUZIONE  DI  3 : 1  SU  QUATTRO  OBIETTIVI

CHE  LO CONSENTONO:  NIKON  MEDICAL-NIKKOR

200mm f/5,6 - CANON EF 65mm f/2,8 MP-E 1x - 5x - CANON

FD 35mm f/2,8  MACRO  BELLOWS - ZEISS LUMINAR 63mm f/4,5

CON  I  DETTAGLI  SU  UN  PROGETTO  DI  HARADA  PER

EVOLVERE  IL  65mm MP-E  CON L'ADOZIONE  DI  UN  ELEMENTO

OTTICO  DIFFRATTIVO  (DO)  E  L' ELIMINAZIONE  DELLA  LENTE  UD

ABSTRACT

A brief peek at 3X high-ratio with four special close-up lenses that allow such a kind
of magnification, with a premiere about Akira Harada's project for  an improved Canon
65mm MP-E with a front diffractive (DO) lens and without the UD glass

24/10/2007

Parlando di macrofotografia, anche quelli che si considerano specialisti superano solo occasionalmente
il rapporto di riproduzione di 1:1, vuoi perchè i soggetti più diffusamente immortalati (elementi naturali
come fiori, insetti, etc.) non richiedono ingrandimenti più spinti, salvo rari casi, vuoi perchè le specializzatissime
ottiche macro dell'ultima generazione, autofocus e dotate di complessi flottaggi, non digeriscono aggiunte
artigianali come prolunghe o soffietti per andare oltre il loro limite di progetto, mentre un tempo le ottiche
macro, meccanicamente ed otticamente più semplici, venivano sovente applicate a prolunghe, magari in
posizione invertita, per raggiungere gli elevati ingrandimenti saltuariamente necessari.

La gamma di rapporti di riproduzione compresa fra 1x e 20x è una sorta di limbo, una terra di nessuno
che si interpone fra le ottiche macro convenzionali ed i microscopi fotografici veri e propri; a onor del vero
ci sono molti soggetti interessanti e molti campi d'impiego che potrebbero richiedere ingrandimenti di questo
genere, ma la scarsa disponibilità e diffusione di presidi idonei fa si che la maggior parte degli appassionati
abbandoni il campo, forse anche spaventati dalle oggettive difficoltà di ripresa...

Dal momento che questo spazio web è di mio esclusivo dominio e competenza, mi trovo nella situazione privilegiata
di scrivere e dissertare di quanto meglio mi aggrada, senza assilli di tiratura o rientri economici, perciò ho deciso
di testare brevemente all'elevato rapporto di riproduzione di 3:1 alcuni obiettivi, scelti nella sparuta schiera di
quelli progettati per raggiungere effettivamente simili ingrandimenti; 3:1 significa riempire il fotogramma inquadrando
un'area di appena 8 x 12mm: insomma, si fa già sul serio.

Considerando che le già specializzatissime ottiche macro arrivano normalmente ad ingrandimenti
sul fotogramma pari a 0,5x o ad 1x, effettuare riprese a ben 3x rientra già nel campo dell'insolito,
e richiede obiettivi davvero speciali...

Gli obiettivi scelti per la prova di super-macro a 3:1 sono il Nikon Medical-Nikkor 200mm f/5,6,
il Canon EF 65mm f/2,8 MP-E 1x - 5x, il Canon FD 35mm f/2,8 macro bellows e lo Zeiss Luminar
63mm f/4,5; il denominatore comune di questi obiettivi sta nel fatto di essere stati progettati in modo
da comprendere l'ingrandimento 3X fra le specifiche di progetto; il Medical-Nikkor, un residuato bellico
progettato nel 1962, ha una messa a fuoco fissa su un rapporto di circa 1:15, e sfruttando un set di sei
lenti addizionali (in dotazione) può spingersi di misura fino alla fatidica soglia di 3:1, grazie all'adozione
simultanea delle lenti addizionali 1x e 2x montate in cascata, una soluzione che apparentemente sa di
tirato per i capelli; il vantaggio di questa applicazione sta nel fatto che non si utilizzano prolunghe ma lenti
addizionali, ed il T= effettivo a 3:1 differisce in modo trascurabile dall'f/5,6 nominale (occorre conteggiare
soltanto l'assorbimento delle due lenti addizionali, una delle quali è un doppietto acromatico): in pratica,
non esiste al mondo un  obiettivo che permetta 3:1 (o eventualmente 4,5-4,8:1 su sensore) ad un'apertura
effettiva di circa f/5,6, ed infatti la visione nel mirino è insolitamente luminosa, al punto che la messa a fuoco
a mano libera è piuttosto facile anche senza forti luci pilota, specie con corpi Nikon sui quali il diaframma
automatico resta funzionante.

Il Canon EF 65mm f/2,8 MP-E 1x - 5x è un obiettivo moderno ed estremamente specializzato, dal momento
che è un super-macro che lavora soltanto fra i rapporti 1:1 e 5:1 compresi; l'ottica, ovviamente priva di
autofocus, vanta un sofisticato schema a 10 lenti vagamente imparentato con quello dell'EF 50mm f/2,5 macro,
dove un primo gruppo Gauss a sette lenti avanza decisamente, con un minimo flottaggio asolidale della sua
lente posteriore, che resta leggermente indietro, mentre un secondo gruppo costituito da tre lenti rimane "al palo"
all'altezza del bocchettone porta-ottiche, configurando quindi tre sotto-gruppi la cui spaziatura varia reciprocamente
al variare del rapporto di riproduzione; un vetro UD di classe Schott FK-52A (vD= 81,6) controlla l'aberrazione
cromatica e sottolinea la sofisticazione del progetto; ovviamente il diaframma è automatico e l'esposimetro
regolarmente accoppiato tramite contattiera, mentre per la messa a fuoco prima si sceglie un rapporto di riproduzione
e poi si sposta avanti e indietro tutto il complesso (come del resto avviene anche con gli altri obiettivi del lotto), fino a
centrare la massima messa a fuoco.

Il Canon FD 35mm f/2,8 macro bellows (appartenente alla vecchia generazione di obiettivi Canon) e lo Zeiss
Luminar 63mm f/4,5 rientrano nella categoria dei super-macro RMS, cioè dotati di una filettatura microscopica
da w0,8" x 1/36", identica a quella degli obiettivi da microscopio; si tratta di obiettivi estremamente specializzati,
una sorta di ibrido fra le ottiche macro e quelle da microscopia, progettate proprio per colmare il già citato gap
fra i macro fotografici ed i microscopi; ecco una tabella con i rapporti di riproduzione ammessi del costruttore
per questi quattro obiettivi: come vedete, 3X è un comune denominatore garantito da tutti, anche se il medical-
Nikkor è proprio al limite del suo range.

un dettaglio del Nikon medical-Nikkor 200mm f/5,6 degli anni '60 che evidenzia la procedura necessaria per
raggiungere l'ingrandimento di 3X, il massimo consentito: come specificato anche dalla decalcomania applicata
sul barilotto, è necessario avvitare alla filettatura anteriore la lente addizionale progettata per ottenere 1X,
montando quindi in cascata anche quella dedicata al 2X (l'unica del set ad essere composta da un doppietto
collato), prestando attenzione a non invertire la sequenza

un dettaglio sul barilotto del Canon EF 65mm f/2,8 MP-E 1x - 5x evidenzia la scala relativa
ai rapporti di riproduzione (in giallo) ed anche la corrispondente distanza di lavoro utile fra
la montatura anteriore ed il soggetto, espressa in mm (colore bianco) e pollici (colore verde):
51mm a 3x non sono affatto male! Va rilevato che la montatura di quest'obiettivo è di eccellente
qualità e l'azionamento della ghiera è pastoso e privo di qualsiasi gioco meccanico

Lo schema ottico dei quattro obiettivi è estremamente diversificato, palesando come - se viene scelto un
ben ristretto range di rapporti da ottimizzare - praticamente qualunque struttura di base può portare a
risultati soddisfacenti: infatti, si passa da un vetusto tipo Tele-Tessar per il Medical-Nikkor ad un sofisticato
schema a flottaggio multiplo per il Canon EF MP-E, da un classico Gauss simmetrico per il Canon FD bellows
ad un tripletto di sconcertante semplicità per il pregiato Zeiss Luminar!

Vorrei approfondire ulteriormente al riguardo del Canon EF 65mm f/2,8 MP-E, senz'altro l'obiettivo più interessante del lotto:
innanzitutto, la lunghezza focale e la luminosità dichiarata sono valori astratti, riferiti probabilmente ad una configurazione di
progetto con posizione di infinito che non esiste nell'obiettivo finito: infatti, è facile rilevare come la luminosità fotometrica
effettiva sia molto inferiore, anche al rapporto base di 1x, mentre l'angolo di campo dichiarato - 18°40' - corrisponde
all'incirca ad un obiettivo di focale doppia, così come la sua luminosità T reale si approssima ad f/5,6... In pratica -
nell'uso effettivo - ci stiamo baloccando con un 130mm f/5,6 etichettato 65mm f/2,8, cioè quello che sarebbe su infinito
se tale settaggio fosse presente...

A sostegno di queste considerazioni voglio condividere alcune sezioni tratte da un corposo ed impegnativo progetto
di Akira Harada, che all'inizio del nuovo millennio progettò per Canon le versioni ricalcolate e riviste di tutti gli
obiettivi macro EF esistenti ed anche più, prevedendo per ciascuno di essi un elemento diffrattivo (analogo a quello
montato sugli obiettivi EF - DO di produzione), che permetteva di aumentare la risoluzione e controllare l'aberrazione
cromatica, al punto che entrambe le ottiche dotate di vetri UD (il 65/2,8 MP-E ed il 180/3,5 L) in questo progetto
ne sono sprovviste... In pratica, Harada aveva previsto una versione riveduta e corretta del 35mm f/2,8 di derivazione
FD (quello presente a questa prova), del 50/2,5 macro, del 65/2,8 MP-E, del 100/2,8 macro (più alcune versioni alternative
mai prodotte prima, con focale fra 97 e 102mm) ed infine del 180/3,5 macro L, applicando ad ogni versione una lente
con superficie ottica diffrattiva; la superiore correzione dell'aberrazione cromatica garantita dalle lenti DO gli permise
di eliminare i vetri UD: infatti, nel progetto evoluto per il 65/2,8 MP-E, il vetro UD con numero di Abbe 81,6 è stato
sostituito da due elementi più convenzionali di tipo FK5, con numero di Abbe limitato a 70,2.

Al di la di questa primizia, voglio sfruttare i grafici delle aberrazioni calcolati per il 65/2,8 MP-E diffrattivo (peraltro
pressochè identico a quello corrente) per evidenziare la sua luminosità effettiva ai rapporti di riproduzione di 1x e 5x:
come i grafici confermeranno, si fluttua fra f/5,6 ed f/16, ed il valore nominale f/2,8 non si capisce a cosa si riferisca...

il progetto di Harada per un 65 MP-E evoluto, nel quale la superficie anteriore della prima
lente presenta un elemento ottico diffrattivo, grazie al quale ha potuto eliminare la lente UD
in seconda posizione, sostituita da due più convenzionali vetri di tipo FK5 in posizione 2 e 5;
questo ed altri monumentali progetti che ho analizzato confermano quanto Canon puntasse
sull'adozione generalizzata delle lenti DO in gran parte della produzione, ed è probabile che
stime più precise sui costi effettivi abbiano smorzato gli entusiasmi, obbligando a lasciare nel
cassetto le evoluzioni di molti obiettivi EF e a limitare la produzione ai due modelli noti, il
400mm ed il 70-300mm.

in queste proiezioni sullo stato di correzione dell'ipotetico 65/2,8 MP-E diffrattivo, peraltro - come
accennato - quasi identico alla versione di serie, sono riportate le aperture T effettive ad 1x e 5x,
pari ad f/5,77 al valore minimo ed f/16,7 a quello massimo; pur trovando giustificazione logica la
fluttuazione di luminosità fra i due estremi, non mi spiego la discrasia sulla luminosità massima:
infatti, anche nei dati relativi a questo progetto si parla di un 62,23951mm f/2,89 !

Archiviata questa verbosa precisazione, vediamo cosa si può fare con questi strani obiettivi...

AREA  TEST

Per questa breve ed insolita prova a ben 3x ho utilizzato un soggetto altrettanto insolito:
si tratta di un magnifico trilobite fossile (un artropode articolato marino, estinto) del
genere Phacops Africanus, lungo ben 14cm (misura eccezionale per il genere) e
perfettamente conservato; ho portato a casa questo reperto a metà anni '80 dai
sedimenti di Alnif (prime propaggini del Sahara, area del Tafilalet marocchino), ascrivibili
al Devoniano; la scala centimetrica è in proporzione reale, e come soggetto ho utilizzato
uno dei suoi magnifici occhi composti, sfacettati di ommatidi (questa specie, infatti, viveva
in fondali bassi e limacciosi, nella zona fotica, e gli occhi sviluppati e peduncolati sporgevano
come periscopi dal fondale in cui l'animale era semi-infossato).

Il campo inquadrato copre un'area di 8 x 12mm (corrispondenti ad un rapporto di 3x sul formato 24x36) e ritrae un dettaglio
dell'occhio composto del trilobite; ciascun ommatide è in realtà una piccola lente convessa pietrificata... insomma, con queste
lenti speciali abbiamo immortalato minuscole lenti organiche prodotte 360 milioni di anni fa: ganzo, no?

Le riprese sono state effettuate con una Canon EOS 5 D in RAW a formato pieno (sensore 24x36mm, file da 4.368 x 2.912
pixel), esponendo in manuale con un colpo di flash fornito dal Canon 580EX, per minimizzare il micromosso; per ottenere
una messa a fuoco precisa ho naturalmente montato l'apparecchio su cavalletto e sfruttato una lampada pilota; questa inquadratura
è solamente indicativa: infatti, il Canon FD 35mm f/2,8 macro Bellows e lo Zeiss Luminar 63mm f/4,5 sono stati utilizzati sul
soffietto Nikon PB-6 (con adattatore anteriore RMS-Nikon e posteriore Nikon-EOS), mentre il Canon EF 65mm f/2,8 MP-E
ed il Medical-Nikkor 200mm f/5,6 sono stati applicati direttamente al corpo macchina; questo, unitamente alle diverse distanze
di messa a fuoco effettive, mi hanno impedito di replicare alla perfezione l'inquadratura, ma si tratta di differenze trascurabili;
ai files, aperti in Adobe Camera Raw e poi passati in Photoshop, non è stata applicata alcuna ulteriore maschera di contrasto.

Purtroppo il Canon FD 35mm f/2,8 macro bellows, a causa della corta focale e del ridotto tiraggio richiesto, ha portato il corpo
EOS 5 D così a ridosso del soggetto da causare un'illuminazione flash dall'alto molto radente e meno frontale rispetto a quella
utilizzata con gli altri tre obiettivi; del resto, si tratta di prove-limite, e qualche elasticità è inevitabile.

Con ogni obiettivo ho eseguito uno scatto ad f/8 ed uno ad f/16 (col medical-Nikkor - che parte da f/5,6, ho replicato anche
ad f/32), per valutare gli effetti della diaframmazione sia sulla nitidezza che sulla diffrazione, problema molto serio nella macro
spinta: infatti, nella regola generale sulla diffrazione, una delle variabili (oltre all'apertura adottata) è la coniugata anteriore: più
ridotta è quest'ultima, più ampia sarà l'apertura alla quale la diffrazione farà sentire i suoi effetti negativi, contrastando con le
esigenze pratiche che porterebbero a diaframmare abbondantemente per guadagnare profondità di campo...

Da ogni scatto ho ricavato un crop al 100% da 500 x 400 pixel su un ommatide della zona centrale che presentasse una
messa a fuoco soddisfacente; riguardo alla nitidezza percepita, faccio presente che sono scatti a 3x, ed il campo inquadrato
da 8 x 12mm, trasferito su uno schermo a 72 Dpi con visione al 100% del file originale di 4.368 pixel, porta ad una
schermata effettiva di circa 1.540mm, pari ad un ingrandimento di circa 128 VOLTE rispetto alle dimensioni reali del
campione... tenete conto di questi valori !

 NIKON  MEDICAL-NIKKOR  200mm f/5,6

CANON  EF  65mm f/2,8  MP-E  1x - 5x

CANON  FD  35mm f/2,8  MACRO  BELLOWS

ZEISS  LUMINAR  63mm f/4,5

Il vecchio Medical-Nikkor, basato su uno schema Tele-Tessar (storicamente resistente alla
diffrazione) e scalato da f/5,6 ad f/45, ha un comportamento dissimile agli altri compagni, dal
momento che è l'unico a migliorare nel passaggio da f/8 ad f/16, comportamento peraltro benvenuto
e che permette di andare alla ricerca della profondità di campo senza pagare troppo in dettaglio;
gli altri obiettivi, caratterizzati da una progettazione più diffraction-limited (specie il Luminar) e da
una luminosità d'esordio superiore, sono invece penalizzati vistosamente dalla chiusura ad f/16,
evidenziando come in questi obiettivi speciali le minime aperture siano assolutamente da evitare,
anche se la logica direbbe il contrario; ad f/8 lo Zeiss Luminar (accreditato peraltro di oltre 300
l/mm ad f/4,5 - certamente meno ad f/8 per diffrazione) appare come logico il più nitido di tutti,
ma questa visualizzazione, come già accennato, è eccessivamente penalizzante con simili ingrandimenti
(sul monitor, stiamo guardando il formato 34x36mm originale ingrandito quasi 43 volte...), e prendendo
in considerazione i fotogrammi interi le immagini sono tutte molto soddisfacenti. Considerando anche
la praticità d'uso, il 65 MP-E è sicuramente il più interessante, permettendo di operare in un range
molto sfruttabile (1x - 5x) con diaframma automatico ed esposimetro accoppiato a moderni corpi,
anche digitali, tuttavia il medical-Nikkor stupisce per la grinta che è ancora in grado di sfoderare
(nonostante lo schema semplice e datato e la ridicola soluzione delle lenti addizionali) e per l'eccezionale
luminosità di visione che garantisce a 3x; il Canon FD macro bellows è stato penalizzato dalla distanza
operativa, dal momento che per ammorbidire la luce radente ho dovuto adottare un pannello bianco
dal basso, la cui riflessione ha creato una certa soglia di flare, abbassando il contrasto...

a titolo puramente indicativo, aggiungo anche il crop dell'immagine
ottenuta col medical-Nikkor ad f/32, valore solitamente associato
a forte diffrazione (come confermato dall'immagine)

un'altra caratteristica unica del medical-Nikkor consiste in un periscopio a pozzetto che intercetta
la luce da una finestra ricavata nella parabola del suo flash anulare anteriore e la fa passare attraverso
 una maschera alfanumerica, la fa scorrere lungo il barilotto dell'obiettivo ed infine la proietta con
un gruppo ottico nell'angolo in basso a destra del fotogramma; anche se ho usato un flash ausiliario
sulla slitta superiore, la sua forte luce è passata ugualmente dalla finestra del sistema datario,
impressionando il rapporto di riproduzione prescelto (avevo infatti settato 3x)




il fotogramma del medical-Nikkor 200mm f/5,6 a pieno formato; la cornice rossa
evidenzia la sovrimpressione programmabile, che solitamente è molto più evidente
grazie alla luce prelevata direttamente dal flash anulare incorporato, in questo caso
inattivo; a seguire un crop al 100%

il dettaglio col promemoria programmabile proiettato sul fotogramma, una caratteristica
esclusiva di quest'obiettivo (si poteva scegliere il numero di fotogramma da 1 a 39 o
il rapporto di riproduzione); notare sullo sfondo i fringings di aberrazione cromatica
causati dal tipo Tele-Tessar con due lenti addizionali aggiunte: il diavolo fa le pentole
ma non i coperchi....

In definitiva, con le opportune cautele d'uso, sono tutti obiettivi in grado di fornire ottimi risultati
nella super-macro, spalancandoci mondi inaspettati e confermandosi fedeli compagni nella documentazione
scientifica, nell'indagine medica, nella foto naturalistica con specifiche implicazioni nella botanica,
nella mineralogia, nella paleontologia... In realtà, a ben pensarci, le applicazioni possibili anche
per il fotografo non specializzato sono moltissime, sconfinando persino nella foto creativa,
concettuale o astratta: basta avere il coraggio di rompere i vincoli ed oliare gli ingranaggi della mente!

(testi, foto ed attrezzature di marco Cavina)

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