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, 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 положительную линзу, состоящую из положительной линзы и отрицательного мениска, и отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, а второй компонент содержит склеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, и состоит 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 размещен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, склеенный из отрицательного и положительного менисков, при этом положительная линза склеенной положительной линзы выполнена двояковыпуклой, а отрицательный мениск обращен вогнутостью к пространству объекта, кроме того, во втором компоненте между склеенным отрицательным мениском и положительной двояковыпуклой линзой дополнительно размещен положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, а положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, выполнен в виде одиночной линзы.
d
d
Кроме того, в первом компоненте отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, склеенный из отрицательного и положительного менисков, положительная двояковыпуклая линза и склеенная положительная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, во втором компоненте отрицательная двояковогнутая линза склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, имеют показатели преломления n>1,71, а отрицательный мениск первого компонента, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, и остальные линзы второго компонента имеют показатели преломления n<1,62.
Оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз имеют значения 0,35<φ<0,45, а с отрицательными оптическими силами
|φ|<0,9, где ,
л
φ - оптическая сила линзы;
экв
φ - оптическая сила всего объектива;
экв
f' - фокусное расстояние всего объектива.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что такое выполнение 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 ≥33 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 АД.
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 первого компонента размещен отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, и выполнен склеенным из отрицательного 9 и положительного 10 менисков.
Во втором компоненте между склеенным отрицательным мениском, обращенным вогнутостью к пространству объекта, и состоящим из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, и положительной двояковыпуклой линзой 7 дополнительно размещен положительный мениск 11, 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, обращенный выпуклостью к пространству объекта, склеенный из отрицательного 9 и положительного 10 менисков, 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, и отрицательная двояковогнутая линза 5 во втором компоненте имеют показатели преломления n>1,71, а отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, первого компонента и остальные линзы 6, 7, 8 и 11 второго компонента 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 0,35<φ<0,45, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,9,
где ,
л
φ - оптическая сила линзы;
экв
φ - оптическая сила всего объектива;
экв
f' - фокусное расстояние всего объектива.
Предлагаемый светосильный объектив работает следующим образом.
Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент, ограничиваясь апертурной диафрагмой.
Дополнительно введенный отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и склеенный из отрицательного 9 и положительного 10 менисков, позволяет увеличить задний отрезок, внося при этом отрицательную сферическую аберрацию, кому, небольшие астигматизм и кривизну, дисторсию.
Положительная двояковыпуклая линза 1 первого компонента частично компенсирует сферическую аберрацию и дисторсию. Склеенная положительная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, переисправляет сферическую аберрацию, кому, астигматизм, внося значительную дисторсию. Отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, коррегирует сферическую аберрацию, кому, астигматизм, внося кривизну и дисторсию. Склеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, частично компенсирует сферическую аберрацию, кому, астигматизм и кривизну.
Дополнительно размещенный положительный мениск 11, обращенный вогнутостью к пространству объекта, положительная двояковыпуклая линза 7 и положительный мениск 8, обращенный выпуклостью к пространству объекта, компенсируют остаточные сферическую аберрацию, кому, астигматизм, кривизну и дисторсию, создавая контрастное изображение по всему полю зрения на пленке формата S35, при этом задний отрезок достаточно велик и позволяет использовать светосильный объектив не только в фотокамерах, телевизионных камерах, а также в профессиональной киносъемочной аппаратуре.
Введение дополнительных одиночной и склеенной линз, выбор конфигурации линз, их оптических сил и оптических материалов позволили обеспечить коррекцию аберраций объектива.
В первом компоненте:
- положительная двояковыпуклая линза 1 частично компенсирует сферическую аберрацию, дисторсию, а также хроматические аберрации положения и увеличения;
- размещенный перед ней отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта и выполненный склеенным из отрицательного 9 и положительного 10 менисков, позволил увеличить задний отрезок и при минимальных значениях аберраций высших порядков внести значительные аберрации III-го порядка отрицательные сферическую, кому, а также отрицательные астигматизм и дисторсию;
- склеенная положительная линза, состоящая из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, вносит значительную положительную сферическую аберрацию, кому, астигматизм и дисторсию III-го порядка, а также отрицательный хроматизм положения;
- отрицательный мениск 4, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, коррегирует сферическую аберрацию, кому, астигматизм, внося значительную отрицательную дисторсию III-го порядка.
Во втором компоненте:
- склеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта и состоящий из отрицательной двояковогнутой 5 и положительной двояковыпуклой 6 линз, вносит значительную отрицательную сферическую аберрацию III-го порядка, а также отрицательные кому, астигматизм, положительный хроматизм положения и увеличения.
Применение в первом компоненте в первых пяти линзах:
d
d
отрицательном мениске, обращенном выпуклостью к пространству объекта, склеенном из отрицательного 9 и положительного 10 менисков, положительной двояковыпуклой линзой 1 и склеенной положительной линзы, состоящей из положительной двояковыпуклой линзы 2 и отрицательного мениска 3, обращенного вогнутостью к пространству объекта, а также отрицательной двояковогнутой линзы 5 второго компонента материалов с большими значениями показателей преломления n>1,71, а в остальных шести линзах: отрицательном мениске 4, обращенном выпуклостью к пространству объекта первого компонента и линз 6, 11, 7 и 8 второго компонента материалов со значениями n<1,62, позволило минимизировать аберрации высших порядков.
Разница дисперсий Δν более 10 в склеенных линзах 9, 10, 2, 3 первого компонента и 5, 6 второго компонента позволило минимизировать хроматизм увеличения.
Выбор оптических сил φ одиночных 1, 7, 8, 11 и склеенных 2, 3 линз положительными со значением сил, удовлетворяющими условию
0,35<φ<0,45,
а одиночных 4 и склеенных 5, 6 и 9, 10 - отрицательными со значением сил, удовлетворяющих условию |φ|<0,9, позволило решить две задачи:
- исправить кривизну изображения, условием коррекции которой является обеспечение
- исправлен хроматизм положения и в достаточной степени хроматизм увеличения, условием коррекции которых являются
Благодаря использованию предлагаемого технического решения был рассчитан сверхсветосильный объектив с фокусным расстоянием f'=35 мм, относительным отверстием 1:1.2 и линейным полем зрения 25,5×18,6 мм.
Результаты расчета приведены в Приложении.
В объективе линзы имеют оптические силы и выполнены из
оптических материалов.
Линза
φ/φ<sub>экв</sub>
9
N-LAK 8
n<sub>d</sub>=1,713
φ<sub>9,10</sub>=-0,59
V<sub>d</sub>=53,83
10
N-LASF 45
n<sub>d</sub>=1,80107
V<sub>d</sub>=34,97
1
N-LAF36
n<sub>d</sub>=1,779952
φ<sub>1</sub>=0,36
V<sub>d</sub>=42,37
2
N-LAK 8
n<sub>d</sub>=1,713
φ<sub>1,2</sub>=-0,40
V<sub>d</sub>=53,83
3
N-SF 1
n<sub>d</sub>=1,71736
V<sub>d</sub>=29,62
4
N- SSK 8
n<sub>d</sub>=1,61773
φ<sub>4</sub>=-0,89
V<sub>d</sub>=49,83
5
N-SF 1
n<sub>d</sub>=1,71736
φ<sub>5,6</sub>=-0,69
V<sub>d</sub>=29,62
6
N- PSK 53A
n<sub>d</sub>=1,618
V<sub>d</sub>=63,39
11
N-SK 5
n<sub>d</sub>=1,58913
φ<sub>11</sub>=0,45
V<sub>d</sub>=61,27
7
N- PSK 53A
n<sub>d</sub>=1,618
φ<sub>7</sub>=0,40
V<sub>d</sub>=63,39
8
N- PSK 53A
n<sub>d</sub>=1,618
φ<sub>8</sub>=0,41
V<sub>d</sub>=63,39
Разность дисперсий Δν в склеенных линзах составляют:
9,10
2,3
5,6
Δν=19; Δν=24; Δν=24.
Основные характеристики качества изображения.
Телевизионная дисторсия для у'=12,25 (нормированная координата) = 1,5%;
- контраст изображения на частоте 30 л/мм по всему полю - более 40%, в то время, как у прототипа ≈ 20% при относительном отверстии 1:1,2 и при относительном отверстии 1:2,8 - более 65% (у прототипа ≈ 20%).
Задний отрезок составляет S'=33,73 мм, при этом световой диаметр последней линзы D=37.2 мм. Это позволяет объектив использовать как в цифровых киносъемочных камерах, так и в камерах, работающих на кинопленку.
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.