Линза
Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и«асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы.
В современной фотоаппаратуре к качеству изображения предъявляются высокие требования. Изображение, даваемое простой линзой, в силу целого ряда недостатков не удовлетворяет этим требованиям. Устранение большинства недостатков достигается соответствующим подбором ряда линз в центрированную оптическую систему — объектив. Изображения, полученные при помощи простых линз, имеют различные недостатки. Недостатки оптических систем называются аберрациями, которые делятся на следующие виды:
Асферическая линза
Большинство объективов, использующихся для фотосъемки, состоят из нескольких сферических линз. Радиус кривизны и тип оптического стекла каждого элемента, воздушный зазор между элементами разрабатывается так, чтобы в окончательной комбинации линз сократить аберрации различных линз до уровня, достаточного для достижения требуемых характеристик. Сегодня компьютеры предоставляют технологии автоматизированного проектирования и моделирования, которые позволяют быстро разрабатывать высококачественные объективы. Однако использование только сферических линз представляет собой фундаментальную проблему: параллельные тучи света, проходя через сферическую линзу, теоретически не сходятся в одной точке, что приводит к ограничениям следующих параметров:
Для того чтобы снять эти ограничения и создавать объективы даже с более высокими характеристиками, снизить искажения и уменьшить размер, остается один путь - использование технологии асферических линз.
Асфери?ческими называют линзы, одна или обе поверхности которых не являются сферическими.
Компания Canon начала разработку технологий асферических линз в середине 60-х годов XX века, а теории проектирования и технологии точной обработки и измерений создала в начале 70-х. В 1971 году компания Canon выпустила коммерчески успешный объектив для зеркальных камер, содержащий асферическую линзу, - FD 55mm f/1.2М. Этот успех явился следствием следующих двух пунктов:
Изначально этапы обработки асферической поверхности и сверхточного измерения формы необходимо было многократно повторять, так что каждая линза фактически изготавливалась вручную. Затем, в 1974 году, в компании Canon был разработан особый станок, который позволял производить более 1000 асферических линз в месяц и тем самым проложил путь для серийного производства.
Рисунок 1 – Асферическая линза
Рисунок 2 – Оптическая система объектива EF 85mm f/1.2L II USM диаграмма трассировки лучей
Однако существовали пределы серийного производства шлифованных асферических линз, поэтому около 1978 года компания Canon успешно применила эту технологию асферической обработки к формам для литья и разработала практичную и высокоточную систему формования пластмасс для производства асферических линз с малой апертурой в серийных объемах и по низкой стоимости. Линзы, изготовленные с помощью этой системы нашли применение в компактных камерах в системе дальномера автофокусировки и в некоторых объективах для фотосъемки (Snappy/AF35MlI). В начале 1980-х годов компания Canon продолжила исследования и разработки в области литья стеклянных асферических линз с большой апертурой и в 1985 году успешно разработала действующую производственную систему.
Разработка линз DO
Однослойные дифрационные оптические элементы, хотя и используются в оптических устройствах считывания для проигрывателей CD и DVD, в которых применяются лазеры, не пригодны для фотографических объективов. Это вызвано тем, что, в отличие от лазерного света, свет в фотографических объективах (видимая область) состоит из большого числа волн различной длины. Для использования дифракционного оптического элемента в фотообъективе весь свет, попадающий в объектив, должен на 100% дифрагировать. Линза DO с ее многослойной дифракционной структурой разрабатывалась как метод преобразования всех диапазонов видимого света в фотографический свет. В случае объектива EF 400mm f/4 DO IS USM линза DO содержит два однослойных дифракционных оптических элемента с концентрическими круговыми дифракционными решетками, которые обращены друг к другу (рис. 19). Так как свет, входящий в линзу, не формирует нежелательных дифракционных лучей, линза DO использует почти весь свет как фотографический свет, что позволяет использовать ее в фотообъективах. Реальная линза DO изготавливается из стеклянной сферической линзы, а дифракционная решетка формируется в шаблоне из специального пластика. Толщина дифракционной решетки составляет всего несколько микрон, а период решетки постепенно изменяется от нескольких миллиметров до нескольких десятков микрон.
Так как линза DO, раположенная в передней группе, почти полностью нейтрализует хроматические аберрации, формирующиеся в группе преломляющих линз, остаточные хроматические аберрации подавляются до исключительно низкого уровня. А вследствие того, что дифракционные оптические элементы также отличаются асферическими свойствами, сферические аберрации также эффективно исправляются, позволяя достичь исключительного качества изображения с высоким разрешением и контрастностью. В будущем линзы DO будут использоваться во многих объективах EF как новые оптические элементы, которые превосходят флюоритовые, UD и асферические линзы.
В принципе, линза DO позволяет также создавать более компактные зум-объективы. Однако использование двухслойной линзы DO, примененной в объективе EF 400mm f/4 DO IS USM, в зум-объективах затрудняется следующими причинами.В объективах с фиксированным фокусным расстоянием, таких как EF 400mm f/4 DO IS USM, свет входит в объектив, в основном, под определенным углом (угол падения).
Рисунок 1 – Линза DO
Рисунок 1 – Конструкция линзы DO