СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ
LARGE-APERTURE LENS

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, а второй компонент включает 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 изображения до формата пленки S35 (25,5×18,6 мм) при одновременном увеличении заднего отрезка и сохранение качества изображения.
Для решения поставленной задачи предложен светосильный объектив, который, как и прототип, содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой, первый из которых содержит три мениска, обращенных выпуклостями к пространству объекта, положительный мениск, отрицательный склеенный мениск, содержащий положительный и отрицательный мениски, обращенные выпуклостями к пространству объекта, и отрицательный мениск, а второй состоит 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.
I
I,1
I,2
п
В отличие от прототипа отрицательный мениск первого компонента с оптической силой φ выполнен склеенным, состоящим из двояковыпуклой положительной с оптической силой φ и двояковогнутой отрицательной с оптической силой φ линз, а положительный мениск с оптической силой φ второго компонента выполнен в виде одиночной линзы, при этом относительные оптические силы одиночных и склеенных линз имеют значения:
экв
где φ - эквивалентная оптическая сила объектива в целом.
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), т.е. приблизительно в два раза, при сохранении относительного отверстия 1:1,2 и обеспечении высокого качества изображения: визуальная разрешающая способность по всему полю достигает 100 л/мм. Кроме того, в объективе обеспечивается большой задний отрезок, превышающий 32 мм.
Это позволяет применять объектив в киносъемочных камерах - цифровых и фотопленочных. В последних используется обтюратор, требующий большого заднего отрезка.
Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении линейного поля зрения, заднего отрезка и высокой разрешающей способности по всему полю.
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 I содержит положительный мениск 1, обращенный выпуклостью к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, содержащий положительный 2 и отрицательный 3 мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, а также отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, выполненный склеенным, состоящим из двояковыпуклой положительной линзы 4 и двояковогнутой отрицательной линзы 5.
Второй компонент II содержит отрицательный склеенный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, состоящий из отрицательной двояковогнутой линзы 6 и положительной двояковыпуклой линзы 7, положительной двояковыпуклой линзы 8 и положительного мениска 9, обращенного выпуклостью к пространству объекта и выполненного в виде одиночной линзы.
I
I,1
I,2
п
Кроме того, отрицательный мениск первого компонента с оптической силой φ, содержащий двояковыпуклую положительную линзу 4 с оптической силой φ и двояковогнутую линзу 5 с оптической силой φ, и одиночная положительная линза 9 второго компонента с оптической силой φ имеют значения:
I
где φ - оптическая сила первого компонента;
I,1
φ - оптическая сила положительной двояковыпуклой линзы отрицательного склеенного мениска;
I,2
φ - оптическая сила отрицательной двояковогнутой линзы отрицательного склеенного мениска;
п
φ - оптическая сила положительного мениска;
экв
φ - эквивалентная оптическая сила объектива в целом.
Предлагаемый светосильный объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент I, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD, и второй компонент II объектива в плоскости, совмещенной с приемником.
Введение одиночной и склеенных линз, выбор их конфигурации, их оптических сил позволил обеспечить коррекцию аберраций объектива.
Положительный мениск 1 уменьшает угол главного луча и вносит значительные положительные сферическую аберрацию, кому, астигматизм, дисторсию и отрицательный хроматизм положения.
Отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, содержащий положительный 2 и отрицательный 3 мениски, обращенные выпуклостью к пространству объекта, вносит отрицательные сферическую аберрацию, кому, астигматизм, дисторсию и хроматизм положения, меньше по абсолютной величине аберрации положительного мениска 1.
Склеенный отрицательный мениск, состоящий из двояковыпуклой положительной линзы 4 и двояковогнутой отрицательной линзы 5, вносит отрицательные значения сферической аберрации, комы, астигматизма, положительные дисторсию и хроматизм увеличения и тем самым минимизирует аберрации первого компонента в целом.
Отрицательный склеенный мениск, состоящий из отрицательной двояковогнутой линзы 6 и положительной двояковыпуклой линзы 7, второго компонента вносит отрицательные сферическую аберрацию, кому, астигматизм, дисторсию и положительные хроматические аберрации, которые в основном минимизируют аберрации положительной двояковыпуклой линзы 8 и положительного мениска 9, обращенного выпуклостью к пространству объекта и выполненного в виде одиночной линзы.
Окончательно отрицательная сферическая аберрация первого компонента I компенсируется положительной сферической аберрацией второго компонента II.
Кома первого и второго компонентов скоррегированы.
Положительный астигматизм первого компонента I компенсирован отрицательным астигматизмом второго компонента II.
Дисторсия первого компонента I, положительная по величине, минимизирована отрицательной дисторсией второго компонента II.
Хроматические аберрации положения и увеличения скоррегированы в первом I и во втором II компонентах самостоятельно.
I
I,1
I,2
Выбор оптических сил отрицательного мениска первого компонента - φ и содержащих его двояковыпуклой положительной линзы 4 с оптической силой φ и двояковогнутой отрицательной линзы 5 с оптической силой φ удовлетворяет условию:
и положительной линзы 9 второго компонента
и позволило исправить кривизну изображения и хроматические аберрации положения и увеличения.
Выполнение отрицательного мениска первого компонента склеенным из двояковыпуклой положительной линзы 4 и двояковогнутой отрицательной линзы 5, а положительного мениска 9 второго компонента в виде одиночной линзы позволило минимизировать аберрации высших порядков.
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан светосильный объектив с фокусным расстоянием f'=50 мм, относительным отверстием 1:1,2 и линейным полем изображения 25,5×18,6 мм.
Результаты расчета приведены в Приложении.
Оптические материалы линз и их оптические силы приведены в таблице.
Основные характеристики качества изображения
Телевизионная дисторсия ρµ координаты поля изображения
у'=12,25 мм,
- контраст изображения на частоте 30 л/мм при относительном отверстии 1:1,2 >30% по всему полю изображения, в то время как у прототипа 20%, при относительном отверстии 1:2,8 - более 30%, у прототипа ≈ 20%, при относительном отверстии 1:11 - более 40%, у прототипа ≈ 20%.
Задний отрезок составляет S'=33,32 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 между объективом и кинопленкой устанавливается под углом 45° к оптической оси обтюратор, требующий большого заднего отрезка S'.
Таким образом, предлагаемый светосильный объектив позволил увеличить линейное поле изображения до формата кинопленки S35 (25,5×18,6 мм) при одновременном увеличении заднего отрезка и улучшить качество изображения.
Источники информации
1. Патент RU №2123713, МПК G02B 9/62, G02B 11/34, опубл. 20.12.1998 г.
2. Патент DE №269693, МПК G02B 9/62, G02B 11/34, опубл. 05.07.1989 г. - прототип.