Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. - Теория оптических систем (1060803), страница 49
Текст из файла (страница 49)
206. Оптические схемы фотографических объективов: а — триплет т.езк б — «иидустар.6!а; в — Вега-! °; в — юпитер-6»; д — «Гелипслма; в — Мир-!К аа — Мр.т а — Ореол-!5к и — МТО-500; и — Таир-Эа: в — Телеиар-тта 266 теристики которых имеют средние значения, т.
е. относительные отверстия ие превышают 1: 2,8, а угловые поля 2в' ( 60'. К этой группе относятся объективы марок «Триплет», «Вега» и «Индустар». Объективы марки «Триплет» являются трехлинзовыми объективами (рис. 206, а), и их широко используют в простых любительских фотоаппаратах. Относительное отверстие у большинства объективов этой группы составляет 1: 4. С появлением лаитаиовых стекал были созданы объективы с относительным отверстием до 1: 2,8.
Существуют несколько теорий расчета «Тривлета», например, Г. Г. Слюсарева, Д. В. Валосова и др. Самым распространенным объективом-анастигматом является «Иидустар», более совершенный по исправлению аберраций, чем «Триплет», и поэтому обеспечивающий лучшее качество изображения. В объективе «Иидустар-6Ь (см.
табл. 9 и рис. 206, б) применены лаитановые стекла, что позволило получить достаточио хорошее разрешение. Объективы «Вега» находятся на границе универсальных и светосильиых абъектинов, их относительное отверстие 1: 2,8, угловые поля до 50', оии обеспечивают достаточно хорошее качество изображения. Объективы этой группы «Вега-Ь (рис. 206, в) и «Вега-3» являются пятилиизовыми объективами. Большую группу составляют свегосильиые фотографические объективы, относительные отверстия которых имеют значение порядка 1: 2, угловые поля не более 40 ...
45'. Наиболее типичными представителями этой группы являются объективы «Юпитер» и «Гелиос», в частности «Юпитер-8» (рис, 206, г) и «Гелиос-44» (рис. 206, д). Оба объектива шестилиизовые, ио в «Юпитере-8» испальзоваио пять различных сортов стекла, а в «Гелиосе-44» только три, при этом в ием точно совпадают визуальная и фотографическая плоскости изображения. К этой же группе светасильиых относятся объективы с несколько увеличенным фокусным расстаяиием, равным 85 мм («Юпитер-9» и «Гелиос-40»). К группе широкоугольиых относятся объективы марок «Мир», «Орион», «Юпитер-! 2». Объективы «Мир-!» (рис. 206, е), «Мир-10», «Юпитер-12» можно причислять к светосильиым широкоугольным объективам, причем объективы <Мир» имеют несколько выше разрешение на краю поля.
Схема объектива «Мир-1О» отличается сравнительно небольшим количеством использованиых сортов стекол. У объектива МР-2 (рис. 206, ж), разработанного лауреатом Ленинской и Государственных премий проф. М. М. Русиновым, яаибольшее из перечисленных объективов угловое поле. Объектив «Орион-15» (рйс. 206, з) отличается простой конструкцией (четыре линзы и всего два сорта стекла). В последние годы отечественная оптическая промышленность серийно выпускает фотографические объективы новых моделей, значительиая часть которых имеет многослойное ахроматическое просветление (условное обозначение — МС), благодаря которому 258 в Миоголинзовых оптических системах достигаются существенное повышение коэффициента пропускания и .практически полное уничтожение вредного рассеянного света. К их числу относятся объективы, которые можно разделить на следующие группы.
1. Ряд сменных объективов для малоформатных зеркальных фотоаппаратов (далее в скобках последовательно указаны: фокусное расстояние 7', мм; угловое поле, ', диафрагменное число К; фотографическая разрешающая способность в центре поля М«, мм-', и на краю поля У, мм «): объектив для макросъемки «МС Волна-9К> (50; 46; 2,8; 42; 30); особосветосильный объектив «МС Фодис-1К» (!35; 18; !,8; 50; 30); длиннофокусный апохромат «МС Апо телезенитар-К> (300; 8; 4,5; 60; 35); зеркально-линзовый объектив МС ЗМ-7К (300; 8; 5,6; 45; 32), имеющий продольные размеры в 2 раза меньшие, чем размеры предыдущего объектива.
2. Объективы переменного фокусного расстояния (далее последовательно в скобках приведены: диапазоны изменений фокусных расстояний, угловых полей и диафрагменных чисел): «МС Янтарь-14Н> (28 ... 85; 75 „. 29; 2,8 ... 4) с разрешающей способностью, мм-', при !', мм 5~« дм ° 28 50 30 50 45 35 85 40 28 «МС Я нтарь-20Н> (35 ... 200; 63,5 ... 12; 3,5 ... 4,5) с разрешающей способностью, мм ', при /', мм У« !«м .
70 200 55 55 30 30 35 55 30 3. Объективы для среднеформатных зеркальных фотоаппаратов (далее в скобках указано то же, что и для малоформатных объективов): длиннофокусный компактный «МС Телеар-5Б» (250; 19; 5,6; 55; 40); сверхширокоугольные светосильные объективы серии «Зодиак-8» (30; !80; 3,5; 52; 15). Особую группу фотообъективов составляют так называемые телеобъективы. Основным преимуществом телеобъективов перед нормальными объективами является уменьшенная длина Л от первой поверхности до фокальной плоскости, Показатель укорочения длины характеризуется коэффициентом телеобъектива й» = = ь/1' Принцип построения телеобъектива из бесконечно тонких компонентов иллюстрирует рис. 207.
17» 250 д д Наиболее распростра- нена двухкомпонентная е„=д система, в которой первый компонент положительн~,' нд нд' г/ и' ный, а второй — отрнца- ад тельный. Каждый из бес- ъо конечно тонких компонен- Ф' тов в реальном объективе представляет собой группу Рнс. 207, Свеча теаеобъентнва линз. Поэтому поотноше- нию к реальному объективу следует применять термин — двухгрупповой телеобъектив. Обычно величина Е = ~й + зр несколько больше /.е = б + + аа. Используя коэффициент Ц и формулу (68), получим: Фд = Ф + (1 — /ед)/д(; (377) Ф, = (йд — 1)/[б А — Фд(Н; (378) аг = (йд — (Ы)/Ф. (379) После перехода от оптических сил Ф к фокусным расстояниям будем иметь: 1! =/'б/[1+Г(1 — йди; (380) /д = с[ (/'ъд й)/[/' (ъд 1)[~ (381) ад = йд/' — д[.
(382) Определим наибольшее значение /д, взяв первую производную от /д по д( в равенстве (381), тогда получим: д = йд/'/2. (383) После подстановки в выражения (377) — (379) будем имегеп /1 = /'нд/(2 — йд); (384) /е = М/[4(/ед — 1))' (385) йе = /ед/'/2. (386) Формулы (383) — (386) являются основными формулами, позволяющими найти оптимальные параметры телеобъектива при условии минимальности оптической силы второй группы линз по абсолютному значению.
Ход лучей, положение входного Р и выходного Р' зрачков, а также апертурной диафрагмы в двухгрупповом (двухкомпонентном) телеобъективе показаны на рис. 208. В телеобъективах световой диаметр первой группы линз обычно равен световому диаметру объектива, т. е. Р, = Р = /'/К. Тогда нижний луч наклонного пучка лучей проходит первый компонент на высоте Р,/2, а главный луч определяет положение ар входного зрачка с учетом принятого коэффициента виньетирования /е„: пр = Р (й„— 1)/(21$ едд).
Рис. 208. Положение зрачков и апертурной диафрагмы в телеобъективе Положение апертурной диафрагмы определится из формулы отрезков аад = ар)з/(ар -! (;). Положение выходного зрачка ар от второго компонента также можно найти по формуле отрезков: ар — — !а (Н вЂ” аад'у(г( — аад + (т). Световой диаметр второго компонента определяется ходом верхнего наклонного луча, высота которого на втором компоненте определяется расчетом луча по формулам углов и высот (78). Телеобъективы применяются преимущественно при требовании больших фокусных расстояний. Как правило, телеобъективы имеют Аз ж 0,8, 2оз ~( 30' и относительное отверстие до 1: 2,8, В большинстве случаев последняя группа линз имеет отрицательное фокусное расстояние, что и позволяет получить меньшее значение лз. Иногда последняя группа линз имеет положительную оптическую силу, но тогда лг мало отличается от единицы («Юпитер-11а и «Юпитер-16») и мала эффективность укорочения длины.
Применяя последовательно формулы углов и высот (52) и (53) и учитывая вывод формулы оптической силы двух систем (см. п. 21) при а, = 0 и аа = 1, получим основные уравнения трех- групповой системы, составленной из бесконечно тонких компонентов: Ф = Ф, (1 — Фзг(а) + (1 — Фзс(т) (Ф, + Фа — ФзФас(з); аа = (' Н! — Фзбз) (1 — Фзс(з) — ФзА).
При у' = 1 и йз — — Е, где Е = А + с(т + аа. ( — Фз Фз + Ф«Фзаз Ф,= ( — ФМ(з — Фаад + Ф«Фза,з(з * Ф аз (( Ф~з(~ Ф~л~) ( Фз(а~+ азз(1 (' — Фзг(з) + А" (ФзА — ') + Фанзе Трехгрупповая система имеет большое число параметров: Ф,, Ф„ Ф„з(з и г(з, поэтому частью их задаются, например Ф„с(з и с(,. 261 Мг Рис. 209. Двухзеркальная система с блендами На рис. 206, к, л приведены схемы телеобъективов «Таир-3» и «Телемар-22» с коэффициентами йс соответственно равными 0,96 и 0,8.
К телеобъективам также относятся зеркальные и зеркально- линзовые объективы, коэффициент йа которых значительно меньше, чем й» линзовых объективов, Например, у зеркально-линзового объектива МТО-500 (см. рис. 206, и) йс — — 0,32. Зеркальные системы имеют то преимущество перед линзовыми, что свободны от хроматиечских аберраций. Наибольшее распространение в качестве телеобъектива благодаря своей компактности получила двухзеркальная система Кассегрена (рис. 209), Коэффициент телеобъектива двухзеркальной системы определяется выражением /а~ = зг//'. Фокусное расстояние зеркальной системы рассчитывают по формуле /' = г,г /(2 (г, — г, — 2Цс) ), а задний фокальный отрезок— зй = га (г1 — 24)/(2 (г1 — га — 2с(1)).
Конструктивные данные двухзеркальной системы зависят от выбора величин: /', зя и с(. При /" = 1, /а1 = 1, а1 — — 0 и аа = 1 на основании формулы высот /са = /сх — а с( и с учетом того, что /са = згь получим: сха = (1 зй')/а Использование формулы радиуса (79) при л, = и, = 1 и л, = = — 1 дает г~ = 2/ае и гг = 2зг /(1 + аг). При определении относительного отверстия двухзеркальной системы учитывают кольцеобразпую форму входного зрачка. Площадь входного зрачка находят по формуле (см. рис. 209) Яп = и (/Мь — /с(н).
262 Приравнивая это выражение к плошади круглого зрачка, найдем диаметр условного входного зрачка О, = 2 у'й1, — и(„, а затем и относительное отверстие О,!!', применяемое для свето- энергетических расчетов. Угловой предел разрешения вычисляют по диаметру осевого пучка О = 26„.
Для предупреждения засветки изображения посторонним («паразитным») светом в двухзеркальных системах применяют бленды цилиндрическую ИММ1!«*, и коническую (У»К,К»й!» (см. рис. 209). Размеры бленд определяют по ходу критического луча МшК,В возможной засветки. Лучи, идущие под меньшим углом к оси, чем луч МВ, будут задерживаться малым зеркалом и конической диафрагмой. Лучи, идущие под большим углом, не пропустит цилиндрическая диафрагма.
Разместим центр прямоугольной системы координат в вершине малого зеркала. Тогда точка К, будет иметь координаты г и (!, которые можно вычислить по следующим приближенным формулам: (з»в "гн) »»' — (ь,„ — и,„) »,', + ь„л $» ° — « д= '. И„. 5» Луч МтК,В отсекает в плоскости изображения отрезок В'В длиной ~ Р"В ) = (у — М„) з» (г + л,„. Если изображение у' меньше по абсолютному значению ! Р'В (, то цилиндрическая диафрагма не требуется. Если (у' ! ) ! Р'В ), то необходима цилиндрическая диафрагма диаметром 26„ = Р, удаленная от вершины малого зеркала на расстояние гм = з~ (йы — йы)/(у — (1ы).
Для получения хорошего качества изображения в двухзеркальной системе используют асферическне поверхности (33! или применяют дополнительные линзовые элементы. В последнем случае система становится зеркально-линзовой и может состоять (рис. 210) из переднего линзового компенсатора Г, установленного в параллельном ходе лучей, зеркальных частей !! большого и малого зеркал и заднего линзового компенсатора (!(, устанавливаемого в сходящемся пучке лучей. Передние компенсаторы могут состоять из нескольких линз (одной, двух, трех) со сферическими поверхностями, одной линзы Шмидта с несфернческой поверхностью нлн ахроматического меннска Максутова, обращенного к предметам вогнутой стороной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
