Xin chào các bạn!
Mấy ngày vừa qua mình tìm đọc khá nhiều các bài viết, các bình luận xoay quanh ống kính Nikon Nikkor 35mm f/2.0 Ai. Cả hai tuần nay mình cắm ống kính này suốt trong máy, nên đang tính sẽ viết một bài riêng về nó sớm thôi.
Trong lúc tìm hiểu, có một khái niệm mình bắt gặp vài lần mà chưa biết là gì, đó là “retrofocus”. Vậy là mình lại lặn lội đọc thêm, ghi chép lại một số thông tin. Hôm nay, mình muốn chia sẻ với các bạn một số hiểu biết của mình về retrofocus – một thiết kế quang học rất thông minh để giải quyết một vấn đề kỹ thuật cụ thể.
Retrofocus là gì?
Chắc hẳn các bạn đã quen với từ “retro” mang nghĩa thời xưa, thời quá khứ, mang hàm ý hoài niệm, hoài cổ. Khi từ này được dùng như một tiền tố, nó có nghĩa là “ngược lại”, “lùi lại”, hay “ở phía sau”. Từ điển Merriam-Webster định nghĩa tiền tố retro như sau:
retro- (prefix)
1: backward
2: situated behind
Thuật ngữ “retrofocus” dùng để chỉ một thiết kế ống kính góc rộng trong đó chiều dài tiêu cự sau (back focal length – BFL), tức khoảng cách từ mặt sau của thấu kính cuối cùng đến mặt phẳng phim/cảm biến, lớn hơn tiêu cự quang học của ống kính.
Ví dụ, với ống kính tiêu cự 35mm, thì khoảng cách nói trên sẽ lớn hơn 35mm.
Tại sao lại phải như vậy? Mục đích chính là để tạo đủ không gian bên trong thân máy ảnh phản xạ ống kính đơn (Single-Lens Reflex – SLR, bao gồm luôn cả máy kỹ thuật số DSLR), cho phép gương lật thực hiện cơ chế lật lên lật xuống mà không bị cản trở.
Nếu dùng thiết kế đối xứng kiểu Double Gaussian cho các ống kính góc rộng, thì chiều dài tiêu cự sau (BFL) sẽ bằng tiêu cự quang học. Ví dụ với ống kính tiêu cự 35mm thì chiều dài tiêu cự sau cũng là 35mm. Với các máy ảnh rangefinder không có gương lật, đây không phải là vấn đề. Nhưng với các máy ảnh SLR thì đây lại là vấn đề rất lớn vì khi đó gương lật không hoạt động được nữa. Vậy là để giải quyết giới hạn vật lý này, thiết kế retrofocus ra đời.
Nếu dịch một cách nôm na, retrofocus có nghĩa là “lấy nét lùi về phía sau”.
Ví dụ, với máy ảnh SLR ngàm F của Nikon, khoảng cách từ ngàm tới mặt phẳng phim/cảm biến là 46.5mm. Với ống kính tiêu cự 35mm, người thiết kế buộc phải tăng chiều dài tiêu cự sau lên ít nhất là 46.5mm, tức là lùi điểm hội tụ ra sau thêm 46.5 – 35 = 11.5mm.
Thiết kế retrofocus đạt được điều này bằng cách sử dụng cấu hình quang học bất đối xứng, trong đó các thấu kính phân kỳ (thấu kính lõm) lớn được đặt ở phía trước ống kính. Các thấu kính này làm tán xạ các tia sáng đi vào, khiến chúng cần thêm khoảng cách để hội tụ, từ đó kéo dài chiều dài tiêu cự sau. Thiết kế này còn được gọi là “inverted telephoto”, tức “telephoto ngược”.
Thuật ngữ “telephoto” có thể đang làm bạn thắc mắc một chút. Nghe đến telephoto bạn có thể nghĩ ngay đến các ống kính có tiêu cự dài như 200mm. Ở đây, telephoto là một kiểu thiết kế quang học, nó chỉ đơn giản là ngược lại với thiết kế retrofocus, có nghĩa chiều dài tiêu cự sau ngắn hơn tiêu cự quang học của ống kính. Nhờ vậy, kích thước vật lý của ống kính được rút gọn, thuận tiện hơn khi sử dụng.
Sơ đồ nguyên lý
Mình tìm được sơ đồ nguyên lý này trên Lensrental.com, trong bài viết “The Development of Wide-Angle Lenses” của Roger Cicala. Mình thấy nó đơn giản và dễ hiểu, nên đăng lại đây để giúp bạn dễ hình dung ra hơn về retrofocus.
Hình đầu tiên mô tả trường hợp chỉ có một thấu kính hội tụ, với một chiều dài tiêu cự sau (back focal length – BFL) khá ngắn. Hình thứ hai là trường hợp có thêm một thấu kính phân kỳ phía trước, lúc này chiều dài tiêu cự sau dài hơn nhiều so với trường hợp đầu. Đây chính là mục đích cơ bản của retrofocus, kéo dài chiều dài tiêu cự sau ra.
Ưu và nhược điểm
Như mình đã trình bày ở trên, có thể nói ưu điểm lớn nhất của thiết kế retrofocus là nó cho phép các ống kính góc rộng sử dụng được trên các thân máy SLR có gương lật bên trong. Bên cạnh đó, nó còn một ưu điểm tự nhiên nữa là giảm bớt hiện tượng tối góc (vignetting) của ống kính góc rộng so với kiểu thiết kế đối xứng. Mình không có đủ chuyên môn để giải thích, nhưng cũng sẽ cố gắng diễn giải theo cách hiểu của mình như sau. Về mặt quang học, nhóm thấu kính phân kỳ phía trước giúp làm phẳng góc mà các tia sáng ở vùng rìa chiếu lên phim/cảm biến, giảm bớt độ xiên của các tia sáng tại các góc, do đó mang lại độ sáng đồng đều hơn trên toàn bộ vòng tròn ảnh.
Tuy nhiên, giải pháp nào cũng sẽ đi kèm thêm với một số vấn đề mới phải giải quyết. Đầu tiên là độ méo sẽ tăng lên, thường sẽ là méo thùng (barrel distortion), đặc biệt ở khoảng cách lấy nét gần. Độ sắc nét ở các góc cũng giảm rõ rệt so với phần trung tâm. Và vì có những thấu kính lớn ở phía trước, hiện tượng lóe sáng (flare) và bóng ma (ghosting) cũng tăng lên, đặc biệt khi chụp ngược nguồn sáng mạnh.
Những vấn đề trên cũng sẽ có những giải pháp kỹ thuật khác để khắc phục. Người thiết kế có thể phải thêm một số thấu kính để hiệu chỉnh. Hoặc sau này với công nghệ kỹ thuật và chế tạo hiện đại hơn, với máy tính và phần mềm cho khả năng giải các phép tính quang học phức tạp hơn, thì độ méo và độ sắc nét ở các góc đã được cải thiện nhiều. Các lớp tráng phủ kính cũng càng ngày càng tốt hơn nên hiện tượng lóe sáng và bóng ma đã được giảm đáng kể.
Nhưng đi kèm với việc giải quyết các vấn đề đó sẽ là việc tăng độ phức tạp của ống kính, tăng chi phí sản xuất, tăng giá thành. Đây luôn là bài toán kinh tế – kỹ thuật mà bất kỳ nhà sản xuất nào cũng phải tìm cách cân đối.
Một chút lịch sử
Rồi, chắc nói chuyện kỹ thuật khô khan vậy cũng đủ rồi. Trong lúc tìm hiểu về retrofocus, mình cũng có đọc thêm về lịch sử của nó. Mình nghĩ cũng nên giới thiệu thêm hai nhân vật sau cho bài viết đầy đủ hơn.
Thiết kế mang tên gọi retrofocus này được một kỹ sư, một nhà thiết kế quang học người Pháp tên là Pierre Angénieux đăng ký bằng sáng chế vào năm 1950 (US Patent 2,649,022). Có thể bạn đã nhận ra cái tên Angénieux. Đây là tên một hãng chế tạo ống kính rất nổi tiếng, sau này chỉ tập trung chuyên cho điện ảnh. Angénieux đặt tên ống kính retrofocus dành cho nhiếp ảnh đầu tiên của công ty mình là “Angénieux Retrofocus R1”. Ống kính này có tiêu cự 35mm, khẩu độ tối đa f/2.5, cũng ra mắt vào năm 1950. Sơ đồ cấu tạo của ống kính như sau.
Kể từ khi ống kính Angénieux Retrofocus R1 ra đời, thuật ngữ retrofocus đã được sử dụng rộng rãi để mô tả kiểu thiết kế ống kính mà mình trình bày trong bài này. Sau R1, Angénieux tiếp tục cho ra mắt ống kính R11 (28mm f/3.5) vào năm 1953, ống kính R51 / R61 (24mm f/3.5) vào năm 1957. Có điều là trong suốt cuộc đời Angénieux, ông cảm thấy hối tiếc vì đã không đăng ký nhãn hiệu retrofocus.
Thật ra, Angénieux không phải là người đầu tiên phát minh ra thiết kế này. Năm 1930, nhà thiết kế quang học lỗi lạc người Anh Horace William Lee đã phát minh và được cấp bằng sáng chế (GB patent 355,452) cho thiết kế ống kính telephoto ngược (tức retrofocus), khi ông đang làm việc cho công ty quang học Anh quốc Taylor, Taylor & Hobson chuyên sản xuất các ống kính điện ảnh mang thương hiệu Cooke. Phát minh đột phá này của Lee cho phép đặt một bộ tách chùm (beamsplitter) giữa ống kính và phim, tách ánh sáng thành ba thành phần màu được ghi hình đồng thời và kết hợp lại trong quy trình Technicolor.
Cả Pierre Angénieux và Horace William Lee đều là những tên tuổi lớn, có nhiều đóng góp và có ảnh hưởng lớn trong ngành quang học thế kỷ 20. Có lẽ sau này mình cũng sẽ tìm hiểu và viết thêm về họ.
Kết
Mình nghĩ việc phát minh ra thiết kế ống kính retrofocus là một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật quang học, giúp ống kính tiêu cự góc rộng trở nên khả thi trên máy ảnh SLR. Mình là một kỹ sư nên cũng có cái thú tìm hiểu những vấn đề mang tính kỹ thuật như vậy. Không biết các bạn sao, chứ sau khi mình tìm hiểu về ống kính Nikon Nikkor 35mm f/2.0 Ai, bao gồm retrofocus rất thuần túy về mặt kỹ thuật mà mình vừa trình bày trong đây, mình thấy việc sở hữu và sử dụng ống kính này càng thêm phần thú vị.
Bài dài quá rồi, thôi mình dừng tại đây nha! Hẹn các bạn ở bài viết sau, chắc là mình sẽ nói về chiếc ống kính Nikon Nikkor 35mm f/2.0 Ai mà mình đang mê mẩn mấy bữa rày!
An