До сих пор задачи этого направления решались на основе применения преломляющих поверхностей сферической формы. Мы пока опустим рассмотрение возможных оптических схем светосильных широкоугольных объективов исключительно больших габаритов, при которых длина объектива в пять-десять и более раз превышает величину его фокусного расстояния. Очевидно, такие решения представляют ограниченный интерес, так как могут найти применение лишь в малоформатной фотографии (например, в 8-мм кинематографии). Эти вопросы будут освещены в главе V. Здесь мы рассмотрим возможные решения на основе применения оптических схем нормальных габаритов, т.е. сравнимых с величинами фокусных расстояний объективов.

Выше были перечислены некоторые общие положения, которыми полезно руководствоваться при проектировании светосильных анастигматов. Задача тем более усложняется при разработке светосильных систем с повышенными полями зрения. Теория аберраций дает лишь общие указания, которых следует придерживаться на втором этапе проектирования оптических схем [3], а именно на этапе сравнительного изучения различных возможных вариантов данной оптической схемы с целью отбора оптимального решения в данной локальной области.

1. Углы i и V на преломляющих поверхностях как для лучей осевого пучка, так для лучей широких наклонных пучков должны оставаться по возможности минимальными. Опыт расчета показывает, что они не должны превышать ~50-55°. Отступление от этого условия может привести к возрастанию аберраций высших порядков.

0 о Да Л?

2. Величины отношении- и --, получаемые в результате

А- Л - п п

расчета вспомогательных параксиальных лучей, должны оставаться по возможности малыми. Это утверждение следует из формулы пропорциональности этих отношений величинам параксиальных углов

i0 и Г0. Для светосильных систем величины отношений А<х и А^

А - А - п п

не должны превышать нескольких единиц.

3. Величины составляющих сумм Зейделя на преломляющих поверхностях системы должны оставаться возможно малыми. Опыт показывает, что эти составляющие у светосильных систем не должны превышать нескольких единиц.

После первой стадии предварительного проектирования сложной оптической системы, состоящей из двух этапов: выбора оптической схемы и сравнительного изучения вариантов намеченной схемы, разработка переходит во вторую стадию, содержащую три этапа:

а) коррекцию различных вариантов системы выбранного типа в области аберраций третьего порядка;

б) вычисление точных значений аберраций и выбор оптимального варианта;

в) окончательную коррекцию (доводку) основного варианта.

Изложенная в общей форме последовательность разработки фотографического объектива являлась классической (домашинной) последовательностью проектирования и расчета, которая конкретизируется уже применительно к отдельным группам фотографических систем (светосильные системы, широкоугольные объективы, телеобъективы и т. п.). Появление автоматизированных методов коррекции аберраций на основе применения ЭВМ (см. главу IX) изменило характер второй стадии разработки. Тем не менее, при определении отправных вариантов систем полезен предварительный просмотр нескольких вариантов решений (с помощью тех же ЭВМ) в области аберраций третьего порядка с фиксированными численными значениями коэффициентов аберраций. Например, для светосильных широкоугольных систем обычно задаются следующими значениями коэффициентов Зейделя:

Si оо 0,2 - 0,3; Sn ± 0,05; Sm оо - 0,05;

Siv 0,15 - 0,20; SWoo ж ±0,1 - 0,2. (IV,36)

В процессе последующих аберрационных расчетов численные значения коэффициентов Зейделя локализуются с учетом величин аберраций высших порядков; уточнение и доводка производятся оптиком-разработчиком или автоматически ЭВМ. у

Заметим, что уже в этой стадии расчета своевременно определение сферохроматической аберрации и вторичного спектра в целях уточнения хроматической коррекции системы.

Тип ахроматизации устанавливается в результате оценки спектрального распределения энергии, в источнике, освещения, отражательной способности фотографируемого объекта (спектральных свойств объекта), спектральной чувствительности приемника изображения, пропускаемое светофильтра, применяемого в данных условиях съемки, и спектрального пропускания объектива.

Строгое решение этой задачи - процесс довольно трудоемкий; приближенное же решение, вполне достаточное для предварительной коррекции, проще всего выполняется графическим методом - на основе анализа спектрального распределения актиничного потока.

В последней стадии расчета из аберрационных фигур рассеяния (см. главу II), построенных для нескольких длин волн в заданном спектральном интервале, определяются кривые освещенности в фигуре рассеяния с учетом относительных величин ординат для каждой из кривых соответственно актиничным потокам. Интегральная кривая распределения освещенности в фигуре рассеяния определяется путем перемножения ординат приведенных кривых, построенных для соответствующих длин волн.

В результате изучения вариаций формы интегральной кривой распределения при изменении области ахроматизации объектива производится уточнение и окончательный выбор типа ахроматизации.

Проектирование оптической схемы сложного анастигмата, обычно состоящего из двух половинок, разделенных апертурной диафрагмой, можно проводить методом разделения коэффициентов аберраций треть-. его порядка по половинкам сложной системы. Воспользовавшись изло-

женной в главе II (§ 5, пункт 8) методикой выражения коэффициентов аберраций сложного двухкомпонентного объектива через коэффициенты аберраций его половинок конечной толщины, можно написать (см. II, 242):

Sy*i -SV*i 0; (а)

S\ftL + eSfalttO; (б)

Sifi-Sifi-e-l; (в)

tfS? + e S!ja? &-(ег - е-2), (г)

(IV, 37)

где для упрощения расчетов в первом приближении пренебрегаем величинами z. Четвертый коэффициент Зейделя сложной системы определится из выражения:

Siv- (1+е)7жв (IV, 37)

Остальные условия установлены в предположении, что величины коэффициентов Зейделя сложной системы имеют значения, близкие к нулю. Последующие аберрационные расчеты уточнят пределы возможных вариаций величин Sioo, Su* Suioo,... в системе данной оптической схемы.

Наиболее устойчивым является четвертый коэффициент Зейделя Sjv, существенно влияющий на кривизну поверхности изображения. Учитывая опыт расчета широкоугольных светосильных систем, величина Siv должна фиксироваться в довольно узких пределах: если пользоваться обычными тяжелыми кронами, то SiV 0,20-0,25; если применять сверхтяжелые кроны, то величину SiV следует уменьшить приблизительно на 20%, приняв Siv 0,15-0 20.

Угловое увеличение в зрачках половинок ух, симметричных или близких к симметричным светосильных анастигматов, изменяется также в сравнительно нешироких пределах:

1 VT*, 0,6 - 0,8. (IV, 38)

Несколько более широкие возможности предоставляются при выборе отношения фокусных расстояний е половинок системы. Чем больше относительное отверстие и угол поля зрения системы, тем обычно более

выгоден выбор большей величины коэффициента е = (jL* например,

в системах с относительным отверстием порядка 1 : 2 величина е 2; в системах с несколько меньшим отверстием (1 : 2,5-1 : 3) величина * & 1,5. В последнем случае из (IV, 37) получим: