СВЕТОСИЛЬНЫЙ ОБЪЕКТИВ Российский патент 2011 года по МПК G02B9/62 

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.

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_d>1,71, а отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта первого компонента, и последние четыре положительные линзы второго компонента имеют показатели преломления n_d<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 ,

φ_л - оптическая сила линзы;

φ_экв - эквивалентная оптическая сила объектива;

f′_экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;

f′_л - 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.

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_d>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_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 0,23<φ<0,5, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,5,

где ,

φ_л - оптическая сила линзы;

φ_экв - эквивалентная оптическая сила объектива;

f′_экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;

f′_л - фокусное расстояние линзы.

Предлагаемый светосильный объектив работает следующим образом.

Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD.

Введение дополнительных одиночных и склеенных линз, выбор конфигурации склеенных и одиночных линз, их оптических сил и параметров оптических материалов (n_d, 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.

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_d>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_d<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_d Оптическая сила φ/φ_экв ν_d 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:

Δν_{10, 11}=18,9; Δν_{2, 3}=24; Δν_{5, 6}=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.

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

1. Светосильный объектив, содержащий 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, отличающийся тем, что 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.

2. Светосильный объектив по п.1, отличающийся тем, что отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, содержащий положительную двояковыпуклую и отрицательную двояковогнутую линзы, и положительная двояковыпуклая склеенная линза, содержащая двояковыпуклую линзу и отрицательный мениск, обращенный вогнутостью к пространству объекта, первого компонента и отрицательная двояковогнутая линза в склеенном мениске второго компонента имеют показатели преломления n_d>1,71, а отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к пространству объекта, первого компонента, и последние четыре положительные 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 0,23<φ<0,5, а с отрицательными оптическими силами |φ|<0,5,
где ,
φ_л - оптическая сила линзы;
φ_экв - эквивалентная оптическая сила объектива;
f'_экв - эквивалентное фокусное расстояние объектива;
f'_л - фокусное расстояние линзы.