СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

Предлагаемое изобретение относится к кинотехнике, а именно к киносъемочной и фотоаппаратуре.
Известен светосильный широкоугольный объектив [1], состоящий из двух компонентов, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент включает в себя установленные последовательно: отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, отрицательный мениск, двояковыпуклую линзу, положительный мениск, два отрицательных мениска и двояковыпуклую линзу, и второй компонент, включающий двояковыпуклую линзу, двояковогнутую линзу, положительный двусклеенный мениск и две двояковыпуклые линзы.
Объектив имеет следующие характеристики: относительное отверстие 1:1,2, поле зрения 84°. Но этот объектив может быть использован для съемки кинофильмов на формат S16 (12,3×7,5 мм).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является светосильный фотообъектив с большим относительным отверстием [2].
Объектив состоит из двух компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси, разделенных апертурной диафрагмой. Первый компонент включает в себя положительную линзу менискообразной формы, обращенной выпуклостью к пространству объекта, двусклеенную положительную линзу, состоящую из положительного и отрицательного менисков, отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта.
Второй компонент состоит из отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, склеенного из двояковогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, склеенного из отрицательного и положительного менисков.
Объектив имеет высокое относительное отверстие 1:0,95, удовлетворительное качество изображения, но его линейное поле зрения составляет 12,3×7,5 мм (пленка формата S16), задний отрезок от последней поверхности объектива до плоскости пленки слишком мал, что не позволяет использовать его при съемке профессиональной киносъемочной аппаратурой, содержащей зеркальный обтюратор, с помощью которого оператор имеет возможность одновременно наблюдать за композицией кадра и резкостью снимаемого объекта.
Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение линейного поля зрения до формата пленки S35 (25,5×18,6 мм) при одновременном увеличении заднего отрезка, сохраняя качество изображения.
Для решения поставленной задачи предложен светосильный объектив, который, как и прототип, содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых содержит положительную линзу, склеенную линзу, отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта.
В отличие от прототипа положительная линза первого компонента выполнена двояковыпуклой и перед ней установлены отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, состоящий из положительной двояковыпуклой и отрицательной двояковогнутой линз, при этом склеенная положительная двояковыпуклая линза состоит из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, а во втором компоненте между склеенным отрицательным мениском и положительной двояковыпуклой линзой дополнительно размещен положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, при этом положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, выполнен в виде одиночной линзы.
d
d
Кроме того, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объектов, отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объектов, содержащий положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы и положительная двояковыпуклая склеенная линза, содержащая двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта в первом компоненте и отрицательная двояковогнутая линза в склеенном мениске второго компонента, имеют показатели преломления n>1,71, а отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта первого компонента, и последние четыре положительные линзы второго компонента имеют показатели преломления n<1,62.
Оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз имеют значения 0,23<φ<0,5, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,5,
где ,
л
φ - оптическая сила линзы;
экв
φ - эквивалентная оптическая сила объектива;
экв
f′ - эквивалентное фокусное расстояние объектива;
л
f′ - фокусное расстояние линзы.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что такое выполнение предлагаемого светосильного объектива позволило увеличить линейное поле зрения до формата пленки S35 (25,5×18,6 мм), приблизительно в два раза, при этом сохранено высокое относительное отверстие 1:1.2, а задний отрезок от последней поверхности объектива до поверхности пленки ≥32 мм, что позволяет использовать этот объектив не только в фотокамерах, но и в профессиональной киносъемочной аппаратуре. При этом изображение контрастно по всему полю зрения.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении линейного поля зрения и заднего отрезка, а также контрастности изображения по всему полю зрения.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена оптическая схема светосильного объектива, а также Приложением, в котором даны конструктивные параметры и графики частотно-контрастной характеристики.
Светосильный объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой AD.
Первый компонент содержит положительную двояковыпуклую линзу 1, склеенную положительную линзу, состоящую из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, положительной двояковыпуклой линзы 7 и положительного мениска 8, обращенного выпуклостью к пространству объекта.
Перед положительной двояковыпуклой линзой 1 размещены отрицательный мениск 9, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и состоящий из положительной двояковыпуклой 10 и отрицательной двояковогнутой 11 линз.
Во втором компоненте между склеенным отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к пространству объекта, и состоящего из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз и положительной двояковыпуклой линзы 7 дополнительно установлен положительный мениск 12, обращенный вогнутостью к пространству объекта, а положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству объекта, выполнен в виде одиночной линзы.
d
d
Кроме того, отрицательный мениск 9, обращенный выпуклостью к пространству объекта, отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, состоящий из положительной двояковыпуклой 10 и отрицательной двояковогнутой 11 линз, положительная двояковыпуклая линза 1 и склеенная положительная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, в первом компоненте, а также во втором компоненте отрицательная двояковогнутая линза 5 склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и состоящего из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, имеют показатели преломления n>1,71, а отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, первого компонента, расположенный перед апертурной диафрагмой, и остальные линзы 6, 7, 8 и 12 имеют показатели преломления n<1,62.
Разница дисперсий Δν в склеенных линзах первого и второго компонентов имеют значения Δν>10.
Оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз имеют значения 0,23<φ<0,5, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,5,
где ,
л
φ - оптическая сила линзы;
экв
φ - эквивалентная оптическая сила объектива;
экв
f′ - эквивалентное фокусное расстояние объектива;
л
f′ - фокусное расстояние линзы.
Предлагаемый светосильный объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD.
d
Введение дополнительных одиночных и склеенных линз, выбор конфигурации склеенных и одиночных линз, их оптических сил и параметров оптических материалов (n, ν) позволил обеспечить коррекцию аберраций объектива.
В частности, склеенная положительная двояковыпуклая линза, состоящая из двояковыпуклой 2 линзы и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, вносит значительные по величине положительные сферическую аберрацию, кому, астигматизм и дисторсию.
Положительная двояковыпуклая линза 1 вносит положительную сферическую аберрацию и незначительную кому, астигматизм и дисторсию, отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта и склеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и состоящий из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, в сумме вносят значительные отрицательные сферическую аберрацию и астигматизм, и малые по величине кому и дисторсию.
Положительная двояковыпуклая линза 7 и положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству объекта, вносят положительную сферическую аберрацию, отрицательные астигматизм и дисторсию.
Положительный мениск 12, обращенный вогнутостью к пространству объекта, коррегирует дисторсию и вносит значительную сферическую аберрацию.
Отрицательный мениск 9, обращенный выпуклостью к пространству объекта и отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и склеенный из положительной двояковыпуклой 10 и отрицательной двояковогнутой 11 линз, коррегируют остаточные сферическую аберрацию, кому, астигматизм и дисторсию.
Таким образом, сферическая аберрация первого компонента отрицательна и равна по абсолютной величине сферической аберрации второго компонента.
Кома и астигматизм первого компонента положительны и компенсируют кому и астигматизм второго компонента.
Дисторсия первого компонента положительна и компенсирует дисторсию второго компонента.
d
d
Выбор расположения отрицательного мениска 9, обращенного выпуклостью к пространству объекта и отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству объекта, и склеенного из положительной двояковыпуклой 10 и отрицательной двояковогнутой 11 линз в первом компоненте и положительного мениска 12, обращенного вогнутостью к пространству объекта во втором компоненте, а также выбор оптических материалов в первом компоненте для первых шести линз 9, 10, 11, 1, 2 и 3 в первом компоненте и 5-ой линзы во втором компоненте с показателем преломления n>1,71, а для отрицательного мениска 4, обращенного выпуклой стороной в пространство объекта, первого компонента, и последних четырех линз второго компонента 6, 12, 7 и 8 с показателем преломления n<1,62, позволило минимизировать аберрации высших порядков и обеспечить их взаимную компенсацию.
Разница дисперсий Δν>10 в склеенных линзах 10, 11; 2, 3; 5, 6 позволила минимизировать хроматизм увеличения.
Выбор оптических сил φ одиночных 1, 12; 7, 8, и склеенной из 2, 3 линз с положительной оптической силой, удовлетворяющей условию
0,235<φ<0,5,
а одиночных 9, 4 и склеенных 10, 11; и 5, 6 с отрицательными оптическими силами, удовлетворяющих условию |φ|<0,5, позволило исправить две аберрации:
- кривизну изображения, условием коррекции которой является выполнение условия
- хроматизм положения и увеличения, условием исправления которых является
Введение дополнительных отрицательных линз в первом компоненте, менисков 9 и склеенного из 10, 11, внесло значительный отрицательный хроматизм положения и положительный хроматизм увеличения, компенсируя хроматические аберрации всего объектива.
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан светосильный объектив с фокусным расстоянием f′=25 мм, относительным отверстием 1:1.2 и линейным полем зрения 25,5×18,6 мм.
Результаты расчета приведены в Приложении.
Оптические материалы линз и их оптические силы приведены в таблице.
№ линзы
Материал
n<sub>d</sub>
Оптическая сила φ/φ<sub>экв</sub>
ν<sub>d</sub>
9
N-LAK 8
1,713
-0,28
53,83
10
N-LASF 45
1,801
-0,33
34,97
11
N-LAK 8
1,713
53,83
1
N-LAF 36
1,8
0,26
42,37
2
N-LAK 8
1,713
0,5
53,83
3
N-SF 1
1,717
29,62
4
N-SSK 8
1,617
-0,28
49,83
5
N-SF 1
1,717
-0,45
29,62
6
N-PSK 53A
1,62
63,39
12
N-SK 5
1,59
0,39
61,27
7
N-PSK 53A
1,62
0,23
63,39
8
N-PSK 53A
1,62
0,26
63,39
Разность дисперсий Δν в склеенных линзах 10 и 11 составляют:
10, 11
2, 3
5, 6
Δν=18,9; Δν=24; Δν=34.
Основные характеристики качества изображения:
Телевизионная дисторсия для y′=12,25 мм (нормированная к координате) = 2,45%;
- контраст изображения на частоте 30 л/мм при относительном отверстии 1:1.2 более 25% по всему полю зрения, в то время, как у прототипа ≈20%, при относительном отверстии 1:2.8 - более 40%, у прототипа ≈20%, при относительном отверстии 1:11 - более 28%, у прототипа ≈20%.
Задний отрезок составляет S′≥32 мм, при этом световой диаметр последней линзы D=34.2 мм. Это позволяет использовать объектив как в цифровых киносъемочных камерах, так и в камерах, работающих на кинопленку, в которых из-за наличия оптического обтюратора требуется обеспечить большой задний отрезок.
Таким образом, предлагаемый светосильный объектив позволил увеличить линейное поле зрения до формата пленки S35 (25,5×18,6 мм) при одновременном увеличении заднего отрезка и улучшить качество изображения.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Российская Федерация, патент №2123713, МПК: G02В 9/62, G02B 11/34, опубл. 20.12.1998 г.
2. Германия, патент №269693, МПК: G02В 9/62, G02В 11/34, опубл. 05.07.1989 г. - прототип.