Светосильный объектив

Использование: в кинотехнике, а именно в киносъемочной фото и цифровой аппаратуре.

Задача: увеличение фокусного расстояния при сохранении высокого относительного отверстия 1:1,2, заднего отрезка и высокого качества изображения.

Сущность: в светосильном объективе, содержащем два компонента, разделенных апертурной диафрагмой, первый из которых содержит линзу с положительной оптической силой _I,1, склеенный мениск с оптической силой _I,2 содержащий положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2, обращенные выпуклостями к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, содержащий двояковыпуклую положительную и двояковогнутую отрицательную линзы, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостями к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3, обращенного выпуклостями к пространству объекта, положительная линза первого компонента с положительной оптической силой _I,1 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостями к пространству объекта, а относительные оптические силы склеенного мениска с оптической силой _I,2 первого компонента I, содержащего положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2; а также положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3 второго компонента II имеют значения:

0,5<_I,1/_ЭКВ=|_I,2/_ЭКВ|<0,8;

0,25<_I,2,1/_ЭКВ<0,35; 0,9<|_I,2,2/_ЭКВ|<1,1;

1,3<_II,2/_ЭКВ<1,5; 0,7<_II,3/_ЭКВ<0,9.

1 н.п. ф-лы, 1 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к кинотехнике, а именно к киносъемочной фото и цифровой аппаратуре.

Известен светосильный объектив с большим относительным отверстием [1].

Объектив состоит из двух компонентов, последовательно расположенных вдоль оптической оси, разделенных апертурной диафрагмой.

Первый компонент состоит из положительного мениска, положительной склеенной линзы и отрицательного мениска.

Второй компонент состоит из отрицательного склеенного мениска, положительной двояковыпуклой линзы и положительного мениска.

Объектив имеет относительное отверстие 1:0,95, удовлетворительное качество изображения, но его линейное поле изображения составляет 12,3×7,5 мм (пленка формата S16), задний отрезок от последней поверхности объектива до плоскости пленки слишком мал, что не позволяет его использовать при съемке профессиональной киносъемочной аппаратурой, содержащей зеркальный обтюратор, с помощью которого оператор имеет возможность одновременно наблюдать за композицией кадра и резкостью снимаемого объекта.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является светосильный киносъемочный объектив [2] для формата пленки S35 (22,5×18,6 мм) с увеличенным задним отрезком для возможности работы зеркального обтюратора и высоким качеством изображения.

Светосильный объектив, содержит два компонента, разделенных апертурной диафрагмой, первый из которых содержит линзу с положительной оптической силой _I,1, склеенный мениск с оптической силой (_I,2, содержащий положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2; обращенные выпуклостями к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, содержащий двояковыпуклую положительную и двояковогнутую отрицательную линзы, и второй компонент, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостями к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3, обращенного выпуклостями к пространству объекта.

Светосильный объектив, принятый за прототип, имеет высокое качество изображения только при фокусном расстоянии f'50 мм, а с увеличением фокусного расстояния f' качество изображения существенно падает.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение фокусного расстояния при сохранении высокого относительного отверстия 1:1,2, заднего отрезка и высокого качества изображения.

Для решения поставленной задачи предлагается светосильный объектив, который, как и прототип, содержит два компонента, разделенных апертурной диафрагмой, первый I из которых содержит положительную линзу с положительной оптической силой _I,1, склеенный мениск с оптической силой _I,2; содержащий положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2; обращенные выпуклостями к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, содержащий двояковыпуклую положительную и двояковогнутую отрицательную линзы, и второй компонент II, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостями к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3, обращенного выпуклостями к пространству объекта.

В отличие от прототипа, положительная линза первого компонента с положительной оптической силой _I,1 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостями к пространству объекта, а относительные оптические силы склеенного мениска с оптической силой _I,2 первого компонента I, содержащего положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2, также положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3 второго компонента II имеют значения:

0,5<_I,1/_ЭКВ=|_I,2/_ЭКВ|<0,8;

0,25<_I,2,1/_ЭКВ<0,35; 0,9<|_I,2,2/_ЭКВ|<1,1;

1,3<_II,2/_ЭКВ<1,5; 0,7<_II,3/_ЭКВ<0,9.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что такое выполнение предлагаемого светосильного объектива позволило увеличить фокусное расстояние более чем в 1,7 раза при сохранении относительного отверстия 1:1,2 и обеспечении высокого качества изображения: визуальная разрешающая способность по всему полю достигает более 100 л/мм.

Кроме того, в светосильном объективе обеспечивается большой задний отрезок, световой диаметр положительной линзы первого компонента с положительной оптической силой _I,1, выполненной в виде мениска, обращенного выпуклостями к пространству объекта, соизмерим с диаметрами положительных линз первого компонента с положительной оптической силой _I,1 ряда объективов с меньшими значениями фокусных расстояний, что позволяет применять унифицированную бленду и фильтры.

Таким образом, достигнут технический результат, заключающийся в увеличении фокусного расстояния и высокого качества изображения.

Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена оптическая схема светосильного объектива, а также Приложением, в котором приведены 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 мениск 2 и отрицательный мениск 3, обращенные выпуклостями к пространству объекта, а также отрицательный склеенный мениск, содержащий двояковыпуклую положительную линзу 4 и двояковогнутую отрицательную линзу 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.

Первый I и второй II компоненты разделены апертурной диафрагмой AD.

Кроме того, положительный мениск 1 первого компонента I с положительной оптической силой _I,1, отрицательный мениск первого компонента I, содержащий положительный мениск 2 с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск 3 с оптической силой _I,2,2, а также положительная двояковыпуклая линза 8 с оптической силой _II,₂ и положительный мениск 9 с оптической силой _II,₃ второго компонента II имеют значения:

0,5<_I,1/_ЭКВ=|_I,2/_ЭКВ|<0,8;

0,25<_I,2,1/_ЭКВ<0,35; 0,9<|_I,2,2/_ЭКВ|<1,1;

1,3<_II,2/_ЭКВ<1,5;

0,7<_II,3/_ЭКВ<0,9,

где _I,1 - оптическая сила положительной двояковыпуклой линзы;

_I,2 - оптическая сила отрицательного склеенного мениска;

_I,2,1 - оптическая сила положительного мениска склеенного мениска;

_I,2,2 - оптическая сила отрицательного мениска склеенного мениска;

_II,2, - оптическая сила двояковыпуклой линзы;

_II,3 - оптическая сила положительного мениска;

_ЭКВ - эквивалентная оптическая сила объектива в целом.

Работа светосильного объектива осуществляется следующим образом.

Лучи от объекта съемки проходят через первый компонент I, ограничиваясь апертурной диафрагмой AD, и второй компонент II объектива в плоскости, совмещенной приемником.

Выбор конфигурации первой линзы 1, оптических сил одиночных и склеенных линз позволил обеспечить коррекцию аберраций объектива при увеличении фокусного расстояния, которые пропорциональны его значению.

Выбор первой линзы двояковыпуклой позволил внести значительные положительные сферическую аберрацию, кому, астигматизм и дисторсию, которые по своим значениям более, чем в 10 раз превышают значения аберраций менисковой первой линзы прототипа.

Отрицательный склеенный мениск, содержащий положительный мениск 2 с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск 3 с оптической силой _I,2,2 вносят отрицательные аберрацию и кому и положительные астигматизм и дисторсию.

Одиночная положительная двояковыпуклая линза 8 с отрицательной силой _II,3, вносит положительные сферическую аберрацию, кому и астигматизм, и значительную отрицательную дисторсию.

Положительный мениск 9 с оптической силой _II,3, обращенный выпуклостью к пространству объекта, вносит большой отрицательный астигматизм.

Окончательно отрицательная сферическая аберрация первого компонента I компенсируется положительной сферической аберрацией второго компонента II. Кома каждого из компонентов незначительна, практически скорректирована.

Астигматизм положительный первого компонента I компенсирован отрицательным астигматизмом второго компонента II.

Положительная дисторсия первого компонента I скомпенсирована отрицательной дисторсией второго компонента II.

Выбор оптических сил первой линзы 1 с положительной оптической силой _I,1, склеенного мениска, содержащего положительный мениск 2 с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2, а также двояковыпуклой линзы 8 с оптической силой _II,2 и положительного мениска 9 с оптической силой _II,3, удовлетворяющих условию:

0,5<_I,1/_ЭКВ=|_I,2/_ЭКВ|<0,8;

0,25<_I,2,1/_ЭКВ<0,35; 0,9<|_I,2,2/_ЭКВ|<1,1;

1,3<_II,2/_ЭКВ<1,5;

0,7<_II,3/_ЭКВ<0,9,

позволило исправить хроматизм положения, который с увеличением фокусного расстояния пропорционально увеличивается, и кривизну изображения.

Благодаря использованию предлагаемого технического решения был разработан и рассчитан светосильный объектив с фокусным расстоянием f'=85 мм, относительным отверстием 1:1,2 и линейным полем изображения 25,5×18,6 мм. Конструктивные параметры и результаты расчета приведены в Приложении.

Основные характеристики светосильного объектива:

Качество изображения:

Оптические силы линз составляют: _I,1/_ЭКВ=0,70|_I,2/_ЭКВ|=0,59;

_I,2,1/_ЭКВ=0,3; |_I,2,2/_ЭКВ|=1;

_II,2/_ЭКВ=1,424; 0,7<_II,3/_ЭКВ<0,82.

Контраст изображения линзы с частотой 30 л/мм при относительном отверстии 1:1,2 по всему полю не зачетном расстоянии от объектива, равном 4200 мм более 0,3.

Таким образом, предлагаемый светосильный объектив позволил увеличить фокусное расстояние в 1,7 раза по сравнению с прототипом, а при относительном отверстии 1:1,2 получить высокое качество изображения по всему полю формата кадра S35 (25,5×18,6 мм).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Германия, патент 269693, МПК: G02В 9/62, G02В 11/34, опубл. 05.07.1989 г.

2. Российская Федерация, патент на полезную модель 98258, МПК: G02В 9/00, опубл. 10.10.2010 г. - прототип.

Светосильный объектив, содержащий два компонента, разделенных апертурной диафрагмой, первый I из которых содержит положительную линзу с положительной оптической силой _I,1, склеенный мениск с оптической силой _I,2; содержащий положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2, обращенные выпуклостями к пространству объекта, отрицательный склеенный мениск, содержащий двояковыпуклую положительную и двояковогнутую отрицательную линзы, и второй компонент II, состоящий из склеенного отрицательного мениска, обращенного вогнутостями к пространству объекта, состоящего из отрицательной двояковогнутой линзы и положительной двояковыпуклой линзы, положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3, обращенного выпуклостями к пространству объекта, отличающийся тем, что положительная линза первого компонента с положительной оптической силой _I,1 выполнена в виде мениска, обращенного выпуклостями к пространству объекта, а относительные оптические силы склеенного мениска с оптической силой _I,2 первого компонента I, содержащего положительный мениск с оптической силой _I,2,1 и отрицательный мениск с оптической силой _I,2,2, а также положительной двояковыпуклой линзы с оптической силой _II,2 и положительного мениска с оптической силой _II,3 второго компонента II имеют значения: 0,5<_I,1/_ЭКВ=|_I,2/_ЭКВ|<0,8;

0,25<_I,2,1/_ЭКВ<0,35; 0,9<|_I,2,2/_ЭКВ|<1,1;

1,3<_II,2/_ЭКВ<1,5; 0,7<_II,3/_ЭКВ<0,9.