Перспективные объективы

ПО «Красногорский завод» им. С.А. Зверева

«Утверждаю»
Зам. начальника ЦКБ
Главный конструктор направления 3
Г.Г. Чижиков

28.03.1985 г.

ОТЧЁТ
по теме НГ 10-485-83
«Поиск и исследование путей существенного повышения технико-экономических характеристик и конкурентоспособности объективов для любительской фотокинотехники»
Этап I: «Поиск и исследование оптических схем, перспективных в отношении габаритных и технологических характеристик объективов»

Начальник отдела 731 Г.И. Федченко
Зам. начальника отдела 623 А.А. Токарев
Начальник отдела 651 С.Н. Бездидько
Начальник отделения 620 А.Я. Качарава

Красногорск, 1985 г.

Список исполнителей:
От отдела 731:

Герчиков А.С., ведущий инженер
Смирнова Т.А., инженер
Полякова О.А., инженер
Нечкина В.А., инженер
Ермакова Т.И., инженер

От отдела 623:

Токарев А.А., зам. начальника отдела
Никитин С.М., начальник сектора

От отдела 651:

Бездидько С.Н., начальник отдела
Гришина Л.И., ведущий инженер

1. Введение

(Опущено...) 1)

2. Анализ состояния разработок по сменным фотографическим объективам для однообъективных зеркальных фотокамер с форматом кадра 24×36 мм

(Опущено...)

3. Разработка оптических схем перспективных фотографических объективов для однообъективных зеркальных фотоаппаратов типа «ЗЕНИТ»

3.1. Разработка технических заданий на расчёт оптических схем перспективных фотографических объективов.

Технические задания содержат требования к расчёту оптических схем следующих сменных фотографических объективов:

длиннофокусный телеобъектив 4,5/300 мм;
телеобъектив 3,5/200 мм;
нормальный объектив 1,8/40 мм;
объектив переменного фокусного расстояния широкоугольный-нормальный 2,8/25 – 3,5/45 мм;
объектив переменного фокусного расстояния широкоугольный-нормальный 2,8/28 – 3,5/50 мм;
универсальный объектив переменного фокусного расстояния широкоугольный-теле 3,5/28–80 мм.

Требования, предъявляемые к качеству изображения указанных объективов, находятся на уровне «отличного» («excellent») по принятой зарубежными фотожурналами шкале для телеобъективов, и на уровне «хорошо — очень хорошо» для нормального и объективов переменного фокусного расстояния.

По габаритным характеристикам требования находятся на уровне лучших мировых образцов объективов соответствующего класса.

Частное техническое задание на расчёт указанных объективов приведено в Приложении 1.

3.2. Результаты расчёта оптических схем перспективных фотографических объективов.

Фотографические объективы являются одним из наиболее динамично развивающихся классов оптических систем. За последние годы появилось большое число новых схем объективов, их оптические характеристики постоянно повышаются.

Основными факторами, определяющими современный уровень развития схемных решений фотообъективов являются: достижения прикладной оптики в области расчёта оптических систем и успехи в области стекловарения, где, прежде всего, следует отметить создание новых марок стёкол групп ОФ, ФФС, ТБФ 2).

Всё шире применяются в качестве сменных для фотоаппаратов панкратические объективы. В последние годы на мировом рынке появилось большое число двухкомпонентных панкратических объективов. Они имеют небольшую кратность изменения фокусного расстояния, применяются в основном в диапазонах с f′=24–40; 28–50; 35–70 мм, т.е. охватывают классы широкоугольных и нормальных, а иногда даже и портретных типов объективов. Такие объективы легки, удобны в обращении, не уступают широкоугольным объективам по качеству изображения, незначительно отличаются от последних по числу линз (панкратические объективы имеют на 2–3 линзы больше).

В ЦКБ ПО КМЗ был рассчитан панкратический широкоугольный фотографический объектив «Вариозенитар 2,8–3,5/25–45» к зеркальным камерами типа «ЗЕНИТ».

При разработке оптической схемы объектива к нему был предъявлен ряд требований:
1. Получение минимального фокусного расстояния f′_min≤25 мм
2. Относительное отверстие f′_min — не менее 1:2,8
3. Получение минимальных габаритов и высокого качества изображения на всех фокусных расстояниях
4. Использование в конструкции объектива многослойных ахроматических просветляющих покрытий, обеспечивающих минимальное светорассеяние и максимальное пропускание
5. Обеспечение минимально возможной стоимости комплекта заготовок оптического стекла для снижения себестоимости изготовления объектива.

Обеспечение выполнения всех предъявленных к объективу требований наложило на конструкцию ряд ограничений и потребовало нахождения компромиссных вариантов.

Объектив построен по двухкомпонентной схеме «перевёрнутого телеобъектива». Первый компонент объектива — четырёхлинзовый. Конструктивные элементы, графики аберраций и ФПМ 3) приведены в Приложении 2.
Первый компонент — четырехлинзовый. Его конструкцию определили: значительное угловое поле 2β=82° и большое относительное отверстие. Конструкция линз первого компонента такая же, как и в объективе «Вариогоир-21» и в ряде схем зарубежных объективов, но за счёт приближения входного зрачка, световой диаметр уменьшен до 52,6 мм по сравнению с 66 мм у объектива «Вариогоир-21».

Для получения минимальных аберраций схема требовала применения стёкол с высоким показателями преломления. Это приводит к необходимости использования при коррекции хроматизма стёкол марок: ТБФ9, ТФК11, СТК19, ТФ4. Анализ схемы показал, что требуемое качество изображения — 45 линий/мм в центре поля зрения и 26 линий/мм по полю можно получить и при использовании стёкол ТФ1, ТК12, СТК10, ТФ8. Применение этих марок стекла позволило решить задачу получения требуемого качества изображения и при этом отказаться от дорогостоящего дефицитного стекла. Кроме того, применение большой массы стекла типа ТФ в схеме было ограничено вследствие его большого поглощения в ультрафиолетовой части спектра, а требование применения в конструкции объектива многослойных ахроматических просветляющих покрытий приводит к необходимости получения близкой к правильной цветопередачи без учёта отражения.

Наводка на дистанцию в объективе осуществляется первым компонентом, минимальная дистанция 0,7 м. На минимальном фокусном расстоянии проектом предусмотрена наводка на дистанцию 0,25 м за счёт подвижки второго компонента.

Таким образом, рассчитанный фотографический объектив «Вариозенитар 2,8–3,5/25–45» по своей оптической схеме имеет габариты, соответствующие широкоугольному объективу с постоянным фокусным расстоянием «Мир-10А», по светосиле превосходит большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, а по своим техническим характеристикам может заменить четыре объектива (см. табл. 4)

Таблица 4

Название	Число линз/комп.	f′, мм	Относительное отверстие	∅_св., мм	Длина оптики, мм	R, линий/мм центр/край
Мир-14	8/7	24	1:3,5	46,34	58,52	45/20
Мир-10	8/7	28	1:3,5	51,5	70,2	42/20
Мир-24	8/7	35	1:2	46,1	56,3	40/21
Индустар-50	4/3	50	1:3,5	14,8	31,02	45/17

Вариозенитар 25–45	10/10	25–45	1:2,8–1:3,5	52,6	57,0	45/26
Вариогоир-21	11/10	24–45	1:3,5	66,0	63,5	50/20–50/25
Osawa	11/11	24–43	1:3,5	63,0	57,0	--

При этом он не уступает этим объективам с постоянным фокусным расстоянием по качеству изображения. Светосила 2,8 на минимальном фокусном расстоянии позволяет производить съёмку в помещении без использования лампы-вспышки.

Себестоимость нового объектива незначительно превысит себестоимость таких широкоугольных объективов с постоянным фокусным расстоянием, как «Мир-24» или «Мир-20».

Повышение качества изображения длиннофокусных сменных объективов за счёт их апохроматизации и сокращение габаритов — одна из основных тенденций развития современной фотооптики.

В ЦКБ ПО КМЗ была разработана базовая схема длиннофокусного объектива с рекордно малым коэффициентом телеукорочения. На основе этой базовой схемы были рассчитаны объективы: «АПО Телезенитар 4,5/300» и «АПО Телезенитар 3,5/200». Оптические схемы объективов приведены в приложении 3 и 4.

Коэффициент телеукорочения объектива «АПО Телезенитар 4,5/300» составил только K_t=0,64. Малого коэффициента телеукорочения удалось добиться за счёт оригинально выполненного второго компонента объектива. Оптические силы линз этого компонента увеличены до 12–13 единиц для коррекции кривизны Петцваля, неизбежно возникающей при достижении такого телеукорочения. Показатели преломления марок стекла, применённых в линзах компонента, резко различаются по величине.

В первоначальном варианте второй компонент был выполнен в виде трёх склеенных линз, однако, затем, с целью обеспечения хорошего качества изображения, на ближайшей дистанции съёмки, конструкция его была изменена. Одна из линз сделана одиночной. При этом в объективе несколько ухудшилось качество изображения на краю поля на дистанции ∞, зато появилась возможность компенсации аберраций на конечной дистанции съёмки за счёт подвижки одиночной линзы второго компонента. При этом также сократилось перемещение всего объектива при фокусировке на дистанцию 3 м.

Первый компонент объектива состоит из 4-х линз, вторая и третья линзы выполнены из стёкол с особым ходом дисперсии ОФ4 и ФФС2. Такое решение позволило значительно сократить вторичный спектр объектива и обеспечить высокое качество изображения по всему полю.

Попытка получить ещё большее телесокращение при сохранении угла поля зрения нецелесообразна из-за роста аберрации вторичного хроматизма увеличения, возникающей ввиду крайней асимметрии схемы вдоль главного луча. В объективе «АПО Телезенитар 4,5/300» при значении монохроматической ФПМ K=0,7 на пространственной частоте N=30 линий/мм полихроматическая ФПМ ввиду появления этой аберрации упала до 0,32.

Объектив «АПО Телезенитар 3,5/200» явился прямой модернизацией схемы объектива «АПО Телезенитар 4,5/300». В нём во втором компоненте с целью обеспечения лучшей коррекции дисторсии и астигматизма отрицательная линза заменена на положительную.

В результате проведённой работы созданы длиннофокусные объективы с высокой разрешающей способностью как в центре поля, так и по всему полю зрения. Ожидаемая разрешающая способность этих объективов в условиях серийного производства предполагается для объектива «АПО Телезенитар 4,5/300» 55/32 линий/мм, а для объектива «АПО Телезенитар 3,5/200» 55/38 линий/мм.

В широкоугольных панкратических объективах с углом поля зрения более 75° с кратностью изменения фокусных расстояний 1,5^x–2^x необходимо реализовать такие требования как широкоугольность, светосила при хорошем качестве изображения и небольших габаритах. Это представляет для разработчиков трудную задачу.

Объектив f′=28–50 мм относится к вышеупомянутому классу объективов. Этот объектив с кратностью изменения фокусных расстояний 1,76^x, с углом поля зрения 75°, относительным отверстием 1:2,8–1:3,63 представляет собой двухгрупповой вариообъектив с нелинейной компенсацией сдвига плоскости изображения. Первая группа линз имеет отрицательную оптическую силу, вторая группа линз — положительную оптическую силу. Изменение фокусного расстояния выполняется путём взаимосвязанного перемещения первой группы линз по линейному закону и второй группы линз по нелинейному закону. Фокусировка объектива на дистанцию осуществляется перемещением группы линз в сторону объекта, причём максимальная величина перемещения первой группы линз составляет 3,94 мм на дистанции 0,7 м. В объективе осуществляется макрофокусировка для f′=28,25 мм подвижкой второй группы линз на величину 8,48 мм.

Выполнение объектива по схеме двухгруппового вариообъектива с нелинейной компенсацией сдвига плоскости изображения позволяет получить при угле поля зрения 2ω=76°52′—47°06′ высокое относительное отверстие 1:2,8–1:3,5 при хорошем качестве изображения по полю.

Ожидаемая разрешающая способность соответственно для f′=28 / 37 / 50 мм составляет:
центр — 48 / 60 / 45 линий/мм;
край (y′=19 мм) — 25 / 28 / 38 линий/мм.

Конструкция оптической схемы, графики аберраций и ФПМ приведены в приложении 5.

4. Выводы

(Опущено...)

Приложение 1

(Опущено...)

Приложение 2

(Опущено...)

Приложение 3

(Опущено...)

Приложение 4

(Опущено...)

Приложение 5

(Опущено...)

Примечания:

Текст откорректирован, исправлены замеченные ошибки и опечатки.
1) — Текст «Отчёта» публикуется не полностью.
2) — ОФ — особый флинт, ФФС — фтор-фосфатное стекло (близкое к особым кронам), ТБФ — тяжёлый баритовый флинт. Стёкла марки ФФС были уникальны и изготовлялись только на таллинском заводе «Tarbeklaas».
3) — ФПМ — функция передачи модуляции.

Ссылки по теме:

Архивы: Объектив MC Вариозенитар-K 2,8–3,5/25–45
Архивы: Объектив MC АПО Телезенитар-М 2,8/135
Вопросы и ответы: Характеристики качества изображения
Распоряжение главного инженера ПО КМЗ № 10 от 20.09.1988 г.