NIKON  AF-S  VR  NIKKOR  200mm  f/2  ED  G:

TUTTI  I  SEGRETI  DEL  SISTEMA  OTTICO

DI  QUESTO  ECCEZIONALE  OBIETTIVO





ABSTRACT

A complete series of sheets from it's original project will unveil all the secrets of
this stunning lens' optical system; you'll find the complete optical data of the production
lens with aberrations figures at both far and near focus distance and the section drawings
with aberrations graphics for all the prototypes (six lenses), with an appendix about
homemade Nikon Super-ED glass and the other available low-dispersion glasses.

11/09/2008


Il Nikon AF-S VR Nikkor 200mm f/2 IF ED G lanciato nel 2004 fu la risposta lungamente
attesa ad un analogo superluminoso della concorrenza che - privo di competitori - spopolava
nella sua ristretta nicchia d'elezione: gli eventi sportivi indoor in palazzetti di ridotte dimensioni
e manifestazioni teatrali o performance artistiche in condizioni di luce critica; in realtà l'obiettivo
della concorrenza, lanciato con 15 anni di anticipo sul modello Nikon, era privo di stabilizzatore,
mentre il Nikkor dispone di un moderno modulo VR di seconda generazione, i cui giroscopi sono
in grado di garantire, in condizioni favorevoli, un recupero nei confronti del mosso involontario
stimabile in 3 f/stop; detesto questo tipo di paragoni in quanto impropri, ma sarebbe come disporre
di un 200mm f/0,7, e l'avvento quasi contemporaneo dell'altrettanto sospirato sensore FX full-frame,
caratterizzato com'è noto da un eccellente rapporto noise-to-gain, aprì le cataratte del buio e ben
presto giunsero alla ribalta immagini letteralmente impossibili, realizzate con Nikkor 200mm f/2 a
piena apertura e sensibilità di 6400 ISO.

Si tratta naturalmente di uno strumento squisitamente professionale il cui peso e soprattutto il cui
prezzo di listino lo mettono al riparo dalle brame dei comuni fotoamatori, ma non si può negare che
sia il profilo delle sue prestazioni ottiche che l'ergonomia della concezione che la fattura destinata
a resistere ad un utilizzo rude non porgono il fianco a critiche: si tratta di un obiettivo "nato adulto"
dai lombi di una tecnologia ormai matura e collaudata, e chi ha la fortuna di utilizzarlo ne è molto
soddisfatto.

L'impressionante AF-S VR NIkkor 200mm f/2 IF ED G, teleobiettivo superluminoso, apocromatico,
motorizzato ad ultrasuoni e stabilizzato, si rese disponibile nel 2004 e fu il primo obiettivo della Casa
realizzato per l'impiego convenzionale ad utilizzare lo speciale vetro Nikon Super-UD, nato per
avvicinare le proprietà della Fluorite cristallina (fluoruro di Calcio) senza mutuarne i limiti strutturali;
l'obiettivo è dotato di tutte le caratteristiche più utili al professionista che lo utilizza in situazioni concitate,
fra le quali: settore gommato anteriore per appoggiare l'ottica al suolo senza danni; attacco girevole per
cavalletto in posizione baricentrica con stop percettibili ogni 90°; messa a fuoco con motore ad ultrasuoni
e possibilità di correzione manuale in corsa; pulsante per memorizzare e richiamare una distanza prefissata;
possibilità di limitare il range di messa a fuoco per rendere più veloce l'autofocus; stabilizzatore d'immagine
VR con inedita ghiera coassiale di attivazione, facilmente gestibile anche con l'occhio al mirino; stabilizzatore
VR funzionante su due modalità (normale e attiva); filtro posteriore di diametro ridotto (52mm); range operativo
esteso fino ad 1,9 metri; robusti occhielli per fissare il barilotto alla cinghia da spalla; ampio ed efficace paraluce
HK-31 (ad innesto rapido) in dotazione, anch'esso dotato di settore gommato protettivo; filtro neutro anteriore
in posizione fissa per proteggere la lente frontale in vetro ED; finitura martellata, opaca e resistente all'usura.
Si tratta quindi di una realizzazione curata nei minimi dettagli, il cui cospicuo nocciolo ottico (costituito da 13 lenti
in 9 gruppi, più i due filtri neutri) ha comportato un peso di circa 2,9kg, mentre il barilotto ha un diametro di 124mm
ed una lunghezza complessiva di 203mm; trattandosi di un obiettivo G, privo della ghiera manuale per il diaframma,
il suo utilizzo con i corpi di precedente generazione rispecchia i consueti limiti funzionali.

(credits: immagine Nikon Co.)

Naturalmente quanto sopra è un semplice dovere di cronaca, trattandosi di informazioni ben note a chi possiede
ed utilizza quest'ottica o agli appassionati del Marchio; il vero argomento della trattazione si concentra invece su
quanto resta sotto la pelle, ovvero il sofisticato gruppo ottico dell'obiettivo, a riguardo del quale le informazioni
sono scarne o nulle, una lacuna alla quale porremo rimedio senza indugio.

Il gruppo ottico dell' AF-S VR NIkkor 200mm f/2 IF ED G fu progettato da Mitsuaki Wada-San
e brevettato in Giappone nel Giugno del 2004, quando l'ottica definitiva era ormai in produzione; si
tratta di un progetto razionale ed interessante soprattutto perchè utilizza una lente in vetro Nikon
Super-ED, un materiale proprietario realizzato dalla Casa nelle sue vetrerie e caratterizzato da una
dispersione ancora più ridotta di quella del vetro ED (il suo numero di Abbe è addirittura 91,0 contro
l'82,6 garantito dal vetro ED); alla luce di questi dati, se ripartissimo idealmente la differenza in valori
dispersivi che separa il vetro ED dalla Fluorite in tre settori di uguale ampiezza, il vetro Super-UD si
troverebbe due steps al di sopra del vetro ED ed uno step al di sotto della Fluorite.

E' interessante notare che la focale effettiva di progetto corrisponde a 195mm mentre la luminosità
geometrica teorica sarebbe addirittura f/1,84, poi corretta con grande onestà dalla Nikon su un valore
nominale di f/2, corrispondente al "T" effettivo (considerando l'assorbimento e le riflessioni dei 9 gruppi
di lenti e dei due filtri); un atteggiamento molto trasparente e corretto che a suo tempo non fu seguito
dal principale rivale nipponico, il cui 200mm f/1,8 risulta anch'esso dal progetto teorico come un f/1,84,
quindi leggermente meno luminoso nell'uso pratico rispetto al dato di targa.

Il sistema ottico nasce sulla base di uno schema di tipo Ernostar (ideato da Ludwig Bertele durante i suoi
trascorsi giovanili alla Ernemann di Dresden, per la quale progettò - appunto - i celebri Ernostar superluminosi
che equipaggiavano le fotocamere Ernemann e che arrivarono ad f/1,8 in produzione e ad f/1,4 nei progetti
teorici), un tipo di obiettivo in grado di concentrare progressivamente il fascio luminoso su un campo molto
più ridotto rispetto al diametro iniziale, e soprattutto su una coniugata posteriore caratterizzata da uno spazio
retrofocale molto ridotto, in alcuni casi quasi nullo (inferiore ad 1mm!); esempi famosi del tipo Ernostar
superluminoso sono gli obiettivi Rayxar della De Oude Delft e gli XR- e TV-Heligon di Rodenstock.

In questo caso il progettista, oltre all'elevata luminosità, doveva garantire tre ulteriori caratteristiche: lo
spazio retrofocale compatibile con le reflex Nikon, un sistema aggiuntivo di messa a fuoco interna che
evitasse di movimentare chili di vetro, ed infine la presenza di un modulo di lenti per lo stabilizzatore VR;
Wada-San ibridò il concetto Ernostar superluminoso introducendo il classico modulo IF già visto su molti
teleobiettivi Nikkor (costituito da due doppietti collati affiancati, indicati nello schema come G2) ed aggiunse
un modulo posteriore (G3) che lavorava in sinergia con G2 per aumentare lo spazio retrofocale (che è quasi
60mm, quindi ben più che sufficiente); lo stesso modulo G3 costituisce il nocciolo di lenti dotate di movimento
di traslazione sui due assi pilotato dal sistema VR, e la sua struttura ricorda da vicino gli analoghi gruppi di
lenti inseriti in alcuni prototipi di obiettivi Nikkor VR concepiti da due specialisti del settore (Sei Matsui e
Kenzaburo Suzuki) molti anni prima del primo stabilizzato di produzione (arrivato nel 2000).

L'obiettivo incorpora naturalmente numerosi vetri speciali dalle caratteristiche moderne: trattandosi di un
teleobiettivo da circa 13°, la massima attenzione è stata rivolta al controllo di aberrazione cromatica e
sferocromatismo, adottando tre lenti in vetro ED (la prima, la seconda e la sesta) e - come detto - una in
vetro Super-ED (la quarta); visto il diametro di questi elementi possiamo già trovare una parziale giustificazione
al vistoso prezzo di listino; l'ottica incorpora anche sei lenti ad alta rifrazione, delle quali una di "vecchia scuola"
(lo Short-Flint ad alta rifrazione ed alta dispersione in posizione L12) e cinque realizzate con moderni vetri
ad alta rifrazione e bassa dispersione (L3, L5, L7, L9 ed L11); nell'inedita tabella sono riportati anche
i raggi di curvatura, gli spessori degli elementi e le spaziature sull'asse.

Durante la messa a fuoco il pesante modulo G1 resta statico, mentre i due doppietti G2, passando da
infinito ad 1,9m, arretrano verso il corpo macchina di circa 9,5mm, per cui lo spazio d1 passa da 5,5000mm
a 15,0995mm e lo spazio d2 si riduce da 15,5529mm a 5,9244mm; noterete che la variazione dei due
spazi, teoricamente identica, presenta una lieve discrasia: infatti l'obiettivo dispone di un ulteriore flottaggio
micrometrico asolidale del modulo G3, messo probabilmente in atto per correggere di fino le aberrazioni
alle distanze più ridotte, per cui lo spazio retrofocale su infinito è di 59,4575mm e sulla posizione di messa
a fuoco minima aumenta a 59,4386mm, con un arretramento misurato sull'ultima lente pari a 0,0189mm;
dal momento che le "anomalie" dello spazio d2 indicano un avvicinamento del gruppo G3 pari a 0,029mm,
è probabile che durante il flottaggio lo spazio fra le ultime tre lenti aumenti, il che richiede un sistema complessivo
realmente critico da mettere a punto e certamente molto costoso, a meno che le quote riportate sul progetto
non siano un refuso del compilatore...

L'obiettivo presenta su infinito una correzione eccellente, ma alla Nikon erano coscienti che i professionisti
interessati a questa tipologia di obiettivi operano prevalentemente al chiuso e a distanze sostanzialmente
ravvicinate, per cui è stata posta attenzione in sede di progetto per contenere il degrado di queste ottime
prestazioni operando a coniugate ridotte; ecco i diagrammi corrispondenti alle principali aberrazioni, sia
in posizione di infinito che a distanza di messa a fuoco minima, riferiti all'obiettivo in questione.

Come potete notare, su infinito la correzione delle aberrazioni, in particolare di quelle a componente cromatica,
è sull'asintoto della perfezione e testimonia in modo lampante l'attuale stato dell'arte in questo settore; a
distanze ravvicinate, nonostante il sofisticato sistema di messa a fuoco interna (IF), la correzione è inferiore
ma sempre su livelli molto soddisfacenti e con una buona corrispondenza reciproca delle curve riferite alle
due frequenze di riferimento dello spettro (d-line e g-line, corrispondenti agli standard di Fraunhofer pari a
587,5618nm e 435,8343nm); focalizzo la vostra attenzione sui diagrammi del coma, in quanto sono riferiti
all'ottica con stabilizzatore spento oppure attivo al massimo del flottaggio ammesso per il gruppo mobile:
è soprattutto questa l'aberrazione chiamata in causa dai "decentramenti" di lenti causati dallo stabilizzatore
in funzione, e curiosamente pare che il degrado sia inferiore a coniugate brevi.

Come sovente avviene, nel progetto di Mitsuaki Wada sono presenti sei prototipi diversi, tutti strettamente
imparentati fra loro, dei quali il terzo fu scelto per la produzione definitiva; analizzeremo gli schemi ed i
diagrammi aberrazionali dei sei esemplari, valutando come le differenze siano principalmente riferibili alla
distribuzione delle lenti a bassa dispersione, in un'escalation progressiva cui corrisponde un incremento
proporzionale nei costi di produzione.

I sei obiettivi presentano differenze marginali e non di concetto, mentre è interessante
osservare la disposizione dei vetri a bassa dispersione che ho debitamente evidenziato:
i prototipi 1 e 2 si "accontentano" di quattro lenti ED ma non sfruttano il tipo Super-ED;
il prototipo n° 3 (quello poi avviato alla serie) è il primo ad usufruirne, e dispone di tre
lenti ED ed una lente Super ED; i modelli successivi fanno un uso più massiccio di questo
prestigioso materiale: due lenti Super-ED e due lenti ED nel prototipo n° 5 e addirittura
tre lenti Super-ED di grande diametro ed una lente ED nei prototipi 4 e 6.

Questo tipo di materiale, realizzato direttamente da Nikon, ha caratteristiche ottiche molto
simili a quelle della Fluorite (fluoruro di Calcio, CaF₂), con una dispersione solo marginalmente
superiore a quella di questo materiale cristallino (in realtà la Fluorite ha una particolarissima
dispersione anomala dello spettro secondario, ma non complichiamo inutilmente i concetti!);
questo tipo di vetri, in effetti, è realizzato anch'esso impiegando una elevatissima percentuale
di fluoruri aloidi, e le procedure di fusione sono estremamente complesse e costose, quindi
- probabilmente - nella scelta del modello di produzione si è trovata una mediazione fra le
prestazioni garantite dal vetro Super-ED ed i costi finali di realizzazione, limitandone l'uso ad
una lente soltanto...

A titolo di curiosità presento i diagrammi aberrazionali di tutti i prototipi appena descritti,
sempre riferiti ai due estremi della scala di messa a fuoco prevista.

Osservando i dati nel loro complesso, l'esemplare giunto alla serie
costituisce forse il miglior compromesso fra correzione e costi di produzione
dovuti all'impiego di lenti speciali di ampio diametro.

Senza mezzi termini, l'obiettivo andò a contrapporsi al rivale Canon EF 200mm f/1,8 L
(poi anch'esso "normalizzato" come 200mm f/2 stabilizzato), un'ottica progettata nell'ormai
lontano 1987 e presente sul mercato dal 1989; analizzando i due schemi ottici si può notare
come esistano filosofie di fondo congruenti, a riprova che in obiettivi estremi la scelta della
configurazione è spesso unica ed obbligata.

Entrambi i "rivali" hanno un modulo anteriore riferito al tipo Ernostar superluminoso,
ed entrambi presentano un gruppo di messa a fuoco interna di concezione analoga
(basato su due doppietti nel Nikon e su un doppietto singolo nel Canon); le differenze
maggiori sono ravvisabili nel gruppo posteriore: il Canon presenta un emi-Gauss davvero
da manuale, al punto che ho sempre considerato quest'obiettivo come un'estrema ibridazione
del Gauss stesso (se escludiamo le tre grandi lenti anteriori lo schema residuo è analogo a quello
dello Zeiss Planar Hasselblad 80mm f/2,8 o del Voigtlaender Septon 50mm f/2!), mentre il Nikkor
esibisce il modulo già descritto e simile a quello ideato per i primi prototipi VR di inizio anni '90.

E' doveroso annotare che il 200mm Nikkor AF-S VR ED ebbe un illustre progenitore nel Nikkor Ai
ed AiS 200mm f/2 IF-ED, prodotto dal 1977 al 2005 e progettato nel 1976 dal "duo delle meraviglie"
Soichi Nakamura e Kiyoshi Ayashi; effettivamente l'obiettivo non poteva contare su natali migliori:
Nakamura fu il progettista che inventò il concetto di moderno teleobiettivo Nikkor IF a messa a fuoco
interna mentre Ayashi ha concepito il Nikkor 300mm f/2 IF-ED, e scusate se è poco...

La scheda  (ricavata da un catalogo Nikon) del Nikkor 200mm f/2 IF-ED, un obiettivo introdotto
per affiancare il 300mm f/2,8 nelle riprese indoor in palazzetti di piccole dimensioni e poco illuminati.

(credits: scheda Nikon Co.)


Sono in grado di produrre uno schema con le principali referenze ricavate dal progetto originale
(schema, quote geometriche, caratteristiche dei vetri ed aberrazioni), e ritengo interessante osservare
le caratteristiche ottiche del vetro ED utilizzato nelle prime due lenti.

I parametri originali di progetto del Nikkor Ai 200mm f/2 IF ED rivelano l'efficacia del sistema IF
ideato a suo tempo da Nakamura nel contenimento delle aberrazioni a distanza ravvicinata; come
potete osservare le caratteristiche ottiche del vetro ED impiegato (indice di rifrazione nD= 1,50032
numero di Abbe vD= 81,9) differiscono da quelle del vetro ED impiegato nel successivo 200mm f/2
AF-S VR ED (indice di rifrazione nD= 1,49782  numero di Abbe vD= 82,6): si tratta infatti di due
generazioni diverse di vetro Nikon ED proprietario, realizzato all'interno dell'Azienda, la prima delle
quali esordì negli anni '70 con ottiche come il 300mm f/2,8 ED, il 200mm f/2 ED del quale stiamo
discutendo ed il Nikkor 180mm f/2,8 ED; questi dati forniscono lo spunto per una considerazione
ad ampio spettro sui vetri a bassa dispersione utilizzati da Nikon in generale e specificamente nel
200mm f/2 AF-S VR ED.

In questa tabella potete notare che il primo vetro ED prodotto da Nikon differisce leggermente dai successivi;
faccio presente che in alcuni obiettivi (come ad esempio l'AiS 180mm f/2,8 ED) tale vetro viene utilizzato per la
lente frontale senza l'ausilio di un filtro neutro di protezione (come avviene ora), quindi è lecito supporre che:
A) questo vetro possedeva superiori caratteristiche di resistenza meccanica e minore igroscopicità rispetto alla
versione successiva, ovvero B) i progettisti avevano inizialmente sottovalutato il problema, correndo poi ai ripari
con l'adozione dei filtri anteriori in montatura fissa (come in effetti avvenne in qualche caso); il taluni progetti la
Nikon ritenne invece più vantaggioso acquisire ed utilizzare un vetro ED commerciale di caratteristiche quasi analoghe,
presente nei cataloghi Schott, Ohara ed Hoya con la rispettiva denominazione N-FK52A, S-FPL51 ed FCD10,
mentre di recente è tornata al vetro ED proprietario di seconda generazione. Dalla tabella si può notare che, in pratica,
nei progetti recenti solamente Nikon e Minolta hanno messo in campo un vetro ED di formulazione e produzione
esclusiva, mentre altri costruttori (come i citati Canon, Fuji, Olympus e Pentax, ma anche Leica e Zeiss) si sono
serviti della versione commerciale disponibile a catalogo; nel caso di Canon sia il vetro UD che quello Super-UD
corrispondono alle caratteristiche di due omologhe famiglie di vetri commerciali, utilizzate estensivamente dal
costruttore nipponico senza darsi la pena di produrlo in proprio e concentrandosi piuttosto sulla Fluorite, autentica
bandiera della casa.

Per quanto concerne il vetro Super-ED, alcuni avevano supposto che Nikon avesse seguito l'esempio di Canon e
del suo Super-UD e che avesse sfruttato lo Schott N-FK51A, viceversa le caratteristiche del materiale Super-ED
di Nikon sono esclusive (nD= 1,44679  vD= 91,0) e tradiscono una produzione autarchica; la bassissima rifrazione,
inferiore addirittura a quella dei vetri ED, evidenza il massiccio impiego di fluoruri che richiedono sofisticatissime
procedure di fusione, espulsione dei gas, agitazione e raffreddamento, causando costi produttivi altissimi.

Infine, anche Nikon ha utilizzato la Fluorite cristallina, sia in alcuni obiettivi industriali degli anni '60 (Ultra-Micro-Nikkor
29,5mm f/1,2), sia nelle ottiche da microscopio, sia nello specialissimo UV-micro-Nikkor 105mm f/4,5 per riprese
a spettro allargato; la ridottissima dispersione della Fluorite (nel caso del materiale Nikon vD= 95,57) è praticamente
garantita anche da due vetri Schott ed Ohara (N-FK56 ed S-FPL53), che altro non sono che Fluorite ricristallizzata
artificialmente con grande difficoltà e poi rivenduta a prezzi altissimi, mentre il vetro di punta della Hoya, il tipo FCD1
ha caratteristiche quasi analoghe al tipo Super-ED realizzato da Nikon.

Alla luce di questo chiarimento, la realizzazione Nikkor AF-S VR 200mm f/2 IF-ED G è ancora più meritevole, dal
momento che gli specialissimi vetri a bassa dispersione adottati sono frutto di tecnologia interna alla Casa.

Spero che questo viaggio all'interno di questo gioiello sia stato in qualche modo interessante; le caratteristiche tangibili
del Nikkor 200mm f/2 sono ottimali e l'analisi del "dietro le quinte" conferma il giudizio di chi considera questo pezzo
uno strumento di lavoro pressochè perfetto, sia pure venduto ad un prezzo consono al suo lignaggio.

(Marco Cavina)


MARCOMETER

LA  "RADIOGRAFIA"  DELL'OGGETTO  HA  SOLO
CONFERMATO  L'IMPIEGO  DI  TUTTO  IL  KNOW-HOW
POSSIBILE  PER  DOTARE  I  CLIENTI  PROFESSIONALI
DI  UN  PEZZO  FINALMENTE  IN  GRADO  DI  FRONTEGGIARE
E  SURCLASSARE  L'ANALOGA  REALIZZAZIONE  DELLA
CONCORRENZA,  PER  ANNI  FIORE  ALL'OCCHIELLO  DEL
SUO  CORREDO;  LA  CONSTATAZIONE  CHE  I  VETRI  ED
E  SUPER-ED  UTILIZZATI  SONO  DI  PRODUZIONE  AUTARCHICA
(DISSOCIANDOSI  DALLA  PRASSI  COMUNE  DEI  COMPETITORI)
E'  UNA  PIACEVOLE  SORPRESA  CHE  AUMENTA  IL  PLUSVALORE
DI QUEST'OBIETTIVO,  PURTROPPO  DESTINATO  AD  UNA  ELITE
CHE  PUO'  ANTEPORRE  LE  SUE  PRESTAZIONI  AL  PORTAFOGLIO...

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