Ống kính máy ảnh – Công nghệ và kỹ thuật

Hầu hết trong chúng ta, những người sử dụng máy ảnh SRL, cho dù là nghiệp dư hay dân Pro, thường trang bị một hoặc hai thân máy là quá đủ nhưng nhu cầu trang bị ống kính thì hầu như bất tận và ngân sách đầu tư ống kính chiếm một tỉ lệ khá lớn trong tổng giá trị thiết bị. Tuy nhiên, khi quyết định trang bị một ống kính nào đó, chúng ta hết sức bối rối trước mê cung ống kính; từ hàng chính hãng cho đến hàng “for” và nhất là hàng lô lốc những thuật ngữ viết tắt rối rắm, bí ẩn như chính…giá thành thật sự của ống kính!!! Xin mạn phép tổng hợp, biên dịch và giải thích một số thuật ngữ/công nghệ liên quan đến ống kính máy ảnh hòng giúp các bác hiểu rõ thêm về ống kính máy ảnh và một số vấn đề liên quan.
1. Phần Một: Những thấu kính đặc biệt trong công nghệ chế tạo ống kính máy ảnh

ASPHERICAL:
Các thấu kính bình thường mang hình dạng chỏm cầu. Tuy nhiên các thấu kính hìng dạng chỏm cầu thường làm cho hình ảnh mất nét ở rìa bức ảnh do ánh sáng đi qua rìa thấu kính không hội tụ chính xác trên mặt phim/sensor. Thấu kính Aspherical được chế tạo dưới hình dạng đặc biệt để khắc phục hiện tượng này. Nói một cách đơn giản, thấu kính Aspherical làm giảm thiểu tình trạng out nét ở rìa bức ảnh và hạn chế tối đa sự khác biệt độ nét giữa tâm và rìa bức ảnh.

APO (Apochromatic elements): Thấu kính làm giảm hiện tượng quang sai (chromatic)
Được các hãng quảng cáo/đặt những ký hiệu khác nhau. Vd: UD: Canon, ED: Nikon, LD: Tamron, APO/SLD: Sigma…. Ống kính được trang bị những thấu kính này sẽ làm tăng sự sắc nét cũng như giảm hiện tượng quang sai (chromatic aberration), nhất là đối với ống kính tele. Như chúng ta đã biết, ánh sáng là quang phổ tập hợp nhiều bước sóng có dộ dài (wave legnth) khác nhau. Đối với thấu kính thộng thường, những bước sóng này không tập trung vào một chỗ gây nên hiện tượng quang sai. Thấu kính APO được chế tạo ra để tập trung các bước sóng khác nhau vào một điểm. Tuy nhiên, đây là một công nghệ khá cao cấp do đó các hãng đều quảng cáo là ống kính của mình có sử dụng thấu kính APO nhưng chất lượng rất khác nhau.

Những thuật ngữ / công nghệ chế tạo lens rất đa dạng và dễ gây nhiễu thông tin cho những ai muốn tìm hiểu về chúng. Các hãng đều có những ký hiệu riêng dành cho sp của mình. Trong số đó, Canon là hãng có nhiều terminology/symbol nhất, đồng thời giải thích cũng chi tiết, nhiều thông tin nhất. Cũng bởi Canon luôn là hãng tiên phong trong R&D những công nghệ mới cho lens. Nhưng về mặt nguyên lý cũng ít nhiều có thể áp dụng cho lens nói chung.

Nếu bạn vào Website của Canon USA, khi tìm hiểu về một chiếc lens nào đó, bạn sẽ gặp một hoặc nhiều những terminology/symbol sau:

USM, AL, DO, IS, Float, CA, FTM, FP, DW-R, CaF2 – UD – S UD, I/R, EMD…

Liên quan đến Phần I này, xin bổ sung thêm một chút thông tin về Canon Lens.

AL: Aspherical Lens
Về nguyên lý chung, Nicky đã trình bày khá rõ ràng và đầy đủ.
Canon đã nghiên cứu và sx AL từ khá sớm. Năm 1971, hãng tung ra chiếc FD 55mm f/1.2 AL lens, ống kính độ mở lớn đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ AL. Sau đó, AL được đưa vào sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, ngay trong lòng Canon, AL cũng có đẳng cấp khác nhau: Loại thấu kính đúc, và thấu kính “lai”.
– AL thấu kính đúc: loại này có hình dạng được đúc trực tiếp từ máy nên vật liệu đồng nhất, chất lượng cao và được dùng cho các dòng high end.
– AL thấu kính “lai”: phần bề mặt phi cầu được tạo bởi một lớp “nhựa tổng hợp” phủ lên trên sau khi trải qua một quá trình gia công và làm cứng bằng tia cực tím.
Nói chung, AL đã trở thành một tiêu chuẩn rất bình thường đối với Canon cũng như các brand khác. Phần lớn các lens hiện nay đều có ít nhất một aspherical element nên nó không còn là một tiêu chí mạnh trong quảng cáo thương mại.

APO: Thấu kính giảm hiện tượng quang sai.
Với Canon, đặc tính này được ký hiệu bởi thuật ngữ UD. Nhưng nhiều lens của Canon được trang bị thêm cả những UD, S-UD, CaF2 cho cùng một mục đích này.

– CaF2: Nếu chiếc Canon lens của bạn có ký hiệu này tức là nó được trang bị một thấu kính làm từ một loại vật liệu đặc biệt – Calcium Fluorite. Đây k0 phải là một loại vật liệu thủy tinh. Nhưng khi bị nung chảy ở nhiệt độ cao, CaF2 sẽ tồn tại dưới dạng những tinh thể khoáng có một đặc điểm quý báu là cho ánh sáng đi qua với độ khúc xạ cực thấp mà không một loại vật liệu thủy tinh nào có được. Đặc điểm này của CaF2 thực ra không phải là mới trong lĩnh vực quang học vì người ta đã sử dụng nó từ rất lâu để chế tạo những kính hiển vi. Nhưng để sản xuất một thấu kính CaF2 có đường kính lớn cho máy ảnh 35mm thì là cả một thách thức lớn. Cần phải áp dụng những kỹ thuật mài nhẵn, đánh bóng đặc biệt, k0 thể áp dụng như với vật liệu thủy tinh thường. Sau đó, mỗi thấu kính lại được làm sạch một cách cẩn thận bằng…. tay !? Tiêu chuẩn ưu tiên cao nhất cho độ chính xác của sản phẩm làm cho thời gian gia công một thấu kính CaF2 này lâu gấp 4 lần một thấu kính thường. Sau 3 năm lọ mọ, Canon cũng cho ra được sản phẩm đầu tiên trên thế giới sử dụng thấu kính CaF2, ống kính 300mm f/5.6, vào năm 1969.

Sự phức tạp của CaF2 buộc Canon phải quay lại với việc chế tạo các thấu kính UD từ vật liệu thủy tinh. Công nghệ chế tạo các sản phẩm quang học chất lượng cao cũng đem lại cho Canon những thành công với thấu kính UD.

CaF2 vs. UD (S-UD)
Các kỹ thuật đánh bóng, mài nhẵn, tráng phủ… tạo ra thấu kính UD giúp giảm khá nhiều hiện tượng quang sai, nhưng không triệt để. Nó vẫn tồn tại, dưới tên gọi “hiện tượng quang sai thứ cấp”. Hiện tượng này trở nên nghiêm trọng hơn đối với các ống kính có tiêu cự lớn (tele & super tele).
CaF2 loại bỏ “hiện tượng quang sai thứ cấp” này cực tốt và cho kết quả tương đương với việc kết hợp 2 thấu kính UD.

S-UD (Super UD) cũng là một thấu kính thủy tinh có chất lượng cao hơn UD và gần bằng CaF2.

Chính vì vậy, CaF2, UD, S-UD chỉ xuất hiện trong những dòng ống kính high end của Canon, chủ yếu là L serie. Một vài ví dụ:

EF-S 10-22mm f/3.5-4.5 USM : 1 S-UD
EF 17-40mm f/4L USM : 1 S-UD
EF 16-35mm f/2.8L USM: 2 UD

EF 70-200mm f/2.8L (IS) USM: 4 UD
EF 70-200mm f/4L USM : 2 UD, 1 CaF2

EF 100-400mm f/4.5-5.6L IS USM: 1 S-UD, 1 CaF2

EF 180mm f/3.5L Macro USM: 3 UD

EF 300mm f/2.8L IS USM: 1 CaF2
EF 400mm f/2.8L IS USM: 2 UD, 1 CaF2

Một định nghĩa ngắn gọn sẽ giúp bạn hiểu rỏ kỹ thuật mới đầy thú vị của hãng Canon. Những thủy tinh thể chuyển hướng, bẻ lái ánh sáng chiếu qua thấu kính để tạo nên ảnh. Chúng ta dùng nhiều mảnh kiếng nhỏ và đặc biệt để giữ những tia sáng hội tụ thay vì trải dài thành cầu vòng 7 màu mà ta thường thấy khi ánh sáng xuyên qua mặt kính phẳng. Để đổi chiều các tia sáng có nghĩa là tia sáng đổi chiều trước khi chiếu qua ống kính. Sự đổi chiều được điều khiển bởi những mảnh chuyển hướng – những mảnh song song nhỏ xếp lớp trên bề mặt. Canon dùng hai lớp kính chuyển hướng hai mặt úp vô nhau mà có các lớp kính chuyển hướng xếp lớp ở giữa. Sự chuyển hướng ánh sáng qua nhiều lớp thấu kính điều chỉnh sự biến dạng của màu sắc (chromatic aberration) của hệ thống thấu kính và hoàn thiện khả năng tạo ảnh.
Tại sao hãng Canon lại thay đổi ống kính kiểu thử nghiệm và thật sự vật lý? Về mặt cấu trúc và sản xuất, công nghệ này cho phép tạo ra ống kính ngắn và nhẹ hơn so với các hệ thống thấu kính cùng loại. Ống kính 400mm f/4 DO IS sẻ trở thành khoảng 27 phần trăm ngắn hơn và 36 phần trăm nhẹ hơn là loại ống kính 400mm thông thường. Chất lượng ảnh của ống kính DO của Canon cũng tương đương với loạt ống kính L, đem đến cho các nhà nhiếp ảnh chất lượng ảnh rất cao.

Chú ý: Nếu một vùng rất sáng như đèn thủy ngân được chụp bằng ống kính DO, một vòng ánh sáng sẻ tạo ra xung quanh nguồn sáng, đó là do đặc điểm của ảnh qua nhiều lớp thấu kính chuyển hướng.

  • Cấu trúc của thấu kính gồm nhiều lớp kính chuyển hướng

  • Sự điều chỉnh Chromatic Aberrations bằng thấu kính gồm nhiều lớp kính chuyển hướng

  • Sự điều chỉnh Chromatic Aberrations bằng thấu kính gồm nhiều lớp kính chuyển hướng (tiếp theo)

    2.Phần hai: Những cấu trúc cơ khí đặc biệt trong công nghệ chế tạo ống kính máy ảnh

    2.1. Cơ chế chống rung

    Chống rung quang học

    Chống rung quang học trước đây chỉ dùng chủ yếu trong các đời ống kính cao cấp dành cho máy cơ của các hãng nổi tiếng như Canon (với tên IS-Image Stabilizer – ổn định hình ảnh), Nikon (VR-Vibration Reduction – chống rung) hay Sigma (OS-Optical Stabilizer – ổn định quang học).

    Hệ thống chống rung quang học IS của Canon sử dụng công nghệ VAP.

    Chống rung quang học về cơ bản là dùng một chip cảm biến để nhận biết độ rung của máy theo góc nào, từ đó gửi thông tin về cho một bộ vi xử lý điều khiển một thấu kính cơ động nằm trong lòng ống kính theo góc đó sao cho hình ảnh thu được trên CCD vẫn giữ nguyên. Có hai loại chống rung quang học chính.

    Loại thứ nhất dùng công nghệ VAP (vari-angle prism – lăng kính đa góc) bao gồm hai thấu kính phẳng đặt song song hai bên, ở giữa là một loại chất lỏng đặc biệt trong suốt có vai trò như một thấu kính cơ động. Ở điều kiện bình thường, nhóm thấu kính này truyền ánh sáng thẳng. Khi camera bị rung, bộ vi xử lý điều khiển chất lỏng này theo góc và hướng bị rung của camera. Lúc này hai thấu kính bên ngoài chất lỏng không song song với nhau nữa, do đó tạo thành một hệ kính mới lái ánh sáng sao cho ảnh vẫn luôn nằm trong khuôn hình bắt sáng của CCD.

    Loại còn lại dùng hai thấu kính cơ động, một có khả năng chuyển động lên xuống, một sang trái phải. Khi bộ vi xử lý nhận được thông tin máy ảnh bị rung theo một góc nào đó, sẽ điều khiển hai thấu kính này di chuyển theo góc bị lệch, từ đó cũng lái được ánh sáng vào đúng khuôn hình của CCD.

    Ưu điểm của công nghệ này là hoàn toàn dùng thấu kính quang học để dẫn hướng ánh sáng chứ không tác động lên quá trình xử lý hình ảnh nên chất lượng hình ảnh vẫn được đảm bảo mà không bị suy giảm. Nhưng nhược điểm là chi phí chế tạo lại đắt và không phải người dùng nào cũng sẵn sàng bỏ tiền thêm cho một máy ảnh số với tính năng ít dùng đến trong cuộc đua giá cả máy ảnh số hiện nay.

    Cũng theo bài viết trên thì một số dòng máy PnS cao cấp có zoom quang lớn cũng được áp dụng công nghệ chống rung quang học như trên. Ngoài ra, cũng còn có các phương pháp chống rung khác nhưng k0 liên quan đến ống kính nên k0 trích dẫn. Bác tnl có thể tìm thấy niềm tự hào về máy Minolta với công nghệ chống rung CCD.

    Một số liên hệ thực tế:
    – Lợi ích của ống kính chống rung (IS, mượn tạm thuật ngữ của Canon) rõ ràng phải kéo theo giá thành cao. So sánh giữa hai lens cùng loại 70-200mm f/2.8 L non IS vs. IS version thì giá cả chênh lệch khoảng 500 USD trở lên. IS version có nhiều hơn đến 5 optic elements và nặng hơn một chút (1.47kg vs. 1.31kg)
    – IS lens không phải lúc nào cũng cho hình ảnh nét hơn non IS lens. Nó chỉ hữu dụng trong những trường hợp bị rung máy khi chụp ở tốc độ chậm (cầm tay và có so sánh với tiêu cự sử dụng) hoặc khi người chụp ngồi trên các vật chuyển động (tàu, xe). Còn trong trường hợp chụp ảnh tĩnh, hay camera/lens được gắn trên tripod thì cơ chế IS coi như k0 có tác dụng.
    Tóm lại, nên hiểu đúng nghĩa IS là có tác dụng “làm giảm mức độ nhòe của hình ảnh do hiện tượng rung máy gây ra”
    – Vì vậy, trên thân những IS lens (Canon) thường có nút bật / tắt chế độ IS để sử dụng vào những tình huống hợp lý. Kích hoạt chế độ IS cũng làm ảnh hưởng đến tốc độ lấy nét (focus) và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn vì lúc đó hệ thống cơ khí của lens phải làm việc vất vả hơn do phải “điều động” nhiều thấu kính cùng một lúc.

    Loại thứ nhất dùng công nghệ V.A.P kèm hình minh họa, là công nghệ áp dụng cho Canon Camcorder chứ k0 áp dụng cho ống kính máy ảnh (camera lens).

    Loại thứ hai dùng 2 thấu kính cơ động mới là nguyên lý làm việc trong các IS camera lens của Canon, gọi là Shift-Method Image Stabilizer System

    2.2. Hệ thống lấy nét tự động Auto Focus (AF)

    Lĩnh vực chế tạo camera/lens bước sang một kỷ nguyên mới vào năm 1987 khi Canon tung ra dòng máy EOS (electro-optical system), đi kèm với nó là một hệ thống lens hoàn toàn mới giúp người sử dụng trong việc tự động lấy nét. Kể từ đó, tất cả các lens của Canon dùng cho máy EOS đều có ký hiệu EF (electrofocus). Dù sớm hơn, nhưng công nghệ này cũng sớm phổ biến ở tất cả các hãng khác như Nikon, Minolta, Pentax, Sigma, Tamron…

    Tuy khác nhau về mặt công nghệ chế tạo, nhưng nguyên lý chung vẫn là sự tích hợp một hệ thống cơ khí truyền động trong ống kính nhằm di chuyển các thấu kính để ảnh của vật chụp rơi đúng lên bản phim (focused).

    Thời gian đầu, cơ chế AF dịch chuyển các thấu kính thông qua trục truyền động dưới tác dụng của lực từ trường trong các cuộn dây (một cơ chế chuyển động cơ khí cổ điển). Đó là các công nghệ Arc-form Drive (AFD) hay Microdrive (MD). Hệ thống nặng nề, nhiều bánh răng nên tốc độ AF rất chậm, ồn và tốn nhiều năng lượng, nhất là đối với những lens có tiêu cự dài hoặc zoom lớn vì quãng đường dịch chuyển của các thấu kính xa hơn. Do đó, loại này phù hợp hơn với những lens có tiêu cự ngắn và cố định.

    Việc cải thiện tốc độ AF trở nên vấn đề cấp bách, các hãng đều lao vào tìm tòi và nghiên cứu lĩnh vực này. Kết quả là sau một thời gian, trên các lens thế hệ mới đều xuất hiện những ký hiệu “lừng danh” nhấn mạnh vào khả năng AF nhanh của chúng. Đó là:
    USM (Ultra Sonic Motor, động cơ “siêu thanh” – Canon),
    AF-S (Auto focus Speed/Silence, HT lấy nét nhanh và êm – Nikon),
    HSM (High speed Motor, động cơ tốc độ cao – Sigma)…

    Thực vậy, so với thế hệ trước, những lens này đều có khả năng lấy nét nhanh, chính xác và rất êm tai.

    Do k0 có tài liệu về các hãng khác, nên chỉ xin đi sâu một chút vào một số điểm đáng lưu ý của công nghệ USM – Canon.

    Là hãng đầu tiên có những phát minh trong lĩnh vực này, USM lens của Canon có tốc độ focus khá nhanh nhờ cơ chế truyền động bằng những dao động ở tần số cao. Đồng thời, giảm mức tiêu thụ năng lượng và tiếng ồn gây ra do không dùng các bánh răng mà thay vào đó là các “ring USM”.

    Tuy nhiên, sau này USM đã trở thành một thương hiệu nổi tiếng của Canon, và người tiêu dùng k0 mấy ai để ý rằng tồn tại 2 cái gọi là USM khác nhau.

    – Loại thứ nhất sử dụng các “ring USM” như nói ở trên, thực sự là một điểm mạnh vượt trội của Canon so với các hãng khác. Nó được sử dụng cho những ống kính có độ mở lớn, tiêu cự dài và chất lượng cao. Điển hình là L serie. Ngoài ưu điểm trên, công nghệ này đi kèm theo tính năng FTM (full time manual), sẽ trình bày sau.

    Ring type USM

    – Loại thứ hai mang tên USM nhưng thực chất là một sự cải tiến cũng đáng ngạc nhiên từ nhưng Microdrive mà sau này được mang tên MicroMotor USM. Công nghệ này tuy vẫn phải dùng những bánh răng nhưng những cải tiến về mặt cơ khí đã giúp nó đạt được độ chính xác và tốc độ khá cao. Dù sao, năng lực của loại này cũng còn kém xa “ring USM” và không support FTM.

    Micro Motor USM

    Như vậy, Canon tung ra sản phẩm với thương hiệu USM mà k0 hề có ý định “nhắc nhở” rõ ràng với khách hàng về bản chất của nó. Tuy nhiên, hãng cũng không lạm dụng điều đó để lừa gạt người dùng mà vẫn có ký hiệu riêng cho từng loại ngay trên chính thân lens. Vì vậy, khi đứng trước một Canon lens có ký hiệu USM, các bạn chỉ cần lưu ý một điểm nhỏ sau.

    – Nếu là L serie, DO lens, chắc chắn bạn có trong tay một ống kính với công nghệ “ring USM” cao cấp của Canon.

    – Nếu là loại non L thì chỉ cần để ý viền màu đặc trưng cho thương hiệu USM:
    + Nếu là viền màu vàng, gồm những vạch đứt quãng thì đó cũng là “ring USM”, ví dụ:

    Canon EF 28-105mm f/3.5-5.6 II USM

    + Nếu là viền trắng liền thì USM lens đó vẫn sử dụng MicroMotor Driver, ví dụ:

    Canon EF 28-105mm f/4-5.6 USM

    Hai ví dụ trên cũng cho thấy một trong những sự khác nhau giữa các model EF 28-105mm USM.

    Hiện nay, công nghệ USM một số loại super tele cao cấp của Canon còn được cải tiến để có tốc độ AF cao hơn nữa và được coi là nhanh nhất thế giới. Điển hình như những lens: EF 300mm f/2.8 L IS, EF 400mm f/2.8 L với ký hiệu đi kèm là AF-S (bắt chước Nikon?! ). Đây cũng là một lý do tại sao Canon lens chiếm được lòng tin tuyệt đối của giới phóng viên thể thao.

    Cuối cùng, một chiếc lens mà chúng ta vẫn thường ngưỡng mộ, Canon EF 50mm f/1.8 II. Lens này ngoài chất lượng thấu kính tốt, thì chẳng có USM mà vẫn dùng cơ chế AF cổ điển Microdrive do cấu trúc lens nhỏ bé. Nhờ đó mà lens này có giá khá rẻ.

    ……Còn tiếp

    Tổng hợp : Atkinson; Nicky7803; TheAmateur.

    Biên tập : Ducnc@VNPhoto dot Net

  • Gửi phản hồi

    Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

    WordPress.com Logo

    Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

    Twitter picture

    Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

    Facebook photo

    Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

    Google+ photo

    Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

    Connecting to %s