СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2011 года по МПК G02B9/00 

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.

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_d>1,71, а отрицательный мениск первого компонента, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, и остальные линзы второго компонента имеют показатели преломления n_d<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 ,

φ_л - оптическая сила линзы;

φ_экв - оптическая сила всего объектива;

f'_экв - 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.

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_d>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_d<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 ,

φ_л - оптическая сила линзы;

φ_экв - оптическая сила всего объектива;

f'_экв - 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:

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_d>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_d<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_экв 9 N-LAK 8 n_d=1,713 φ_9,10=-0,59 V_d=53,83 10 N-LASF 45 n_d=1,80107   V_d=34,97 1 N-LAF36 n_d=1,779952 φ₁=0,36 V_d=42,37 2 N-LAK 8 n_d=1,713 φ_1,2=-0,40 V_d=53,83 3 N-SF 1 n_d=1,71736   V_d=29,62 4 N- SSK 8 n_d=1,61773 φ₄=-0,89 V_d=49,83 5 N-SF 1 n_d=1,71736 φ_5,6=-0,69 V_d=29,62 6 N- PSK 53A n_d=1,618   V_d=63,39 11 N-SK 5 n_d=1,58913 φ₁₁=0,45 V_d=61,27 7 N- PSK 53A n_d=1,618 φ₇=0,40 V_d=63,39 8 N- PSK 53A n_d=1,618 φ₈=0,41 V_d=63,39

Разность дисперсий Δν в склеенных линзах составляют:

Δν_9,10=19; Δν_2,3=24; Δν_5,6=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.

Объектив может быть в киносъемочной и фотоаппаратуре. Объектив содержит два компонента, разделенные апертурной диафрагмой. Первый компонент содержит отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, склеенный из отрицательного и положительного менисков, двояковыпуклую линзу, склеенную положительную линзу, состоящую из двояковыпуклой линзы и отрицательного мениска, обращенного вогнутостью к пространству объекта, и отрицательный мениск, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта. Второй компонент содержит склеенный отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, состоящий из двояковогнутой и двояковыпуклой линз, положительный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, двояковыпуклую линзу и одиночный положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта. Технический результат - увеличение линейного поля зрения до формата пленки S35 (25,5×18,6 мм) при одновременном увеличении заднего отрезка, сохраняя качество изображения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 приложение.

1. Светосильный объектив, содержащий 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, состоящий из отрицательной двояковогнутой и положительной двояковыпуклой линз, положительную двояковыпуклую линзу и положительный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, отличающийся тем, что 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.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что 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 линзы и отрицательного мениска, во втором компоненте отрицательная двояковогнутая линза склеенного отрицательного мениска имеют показатели преломления n_d>1,71, а отрицательный мениск первого компонента, обращенный выпуклой стороной в пространство объекта, и остальные линзы второго компонента имеют показатели преломления n_d<1,62.

3. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что оптические силы φ одиночных и склеенных положительных линз имеют значения 0,35<φ<0,45, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,9,
где ,
φ_л - оптическая сила линзы;
φ_экв - оптическая сила всего объектива;
f'_экв - фокусное расстояние всего объектива.