Объектив

ОБЪЕКТИВ // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2017) // Новая версия

ОБЪЕКТИ́В, оптическая система (или её часть), обращённая к объекту наблюдения или съёмки, формирующая действительное, как правило повёрнутое на 180° относительно объекта, изображение. Это изображение либо рассматривается визуально в окуляр (в оптич. приборах наблюдения), либо получается на светорассеивающей поверхности – экране (при проецировании изображения), либо фиксируется (регистрируется) на светочувствит. слое фотоматериала или фотоэлектрич. приёмнике. В зависимости от типа используемых оптич. деталей О. разделяют на линзовые, зеркальные, зеркально-линзовые и киноформные. Наиболее распространены многолинзовые О. Использование большого числа линз позволяет создавать О. с исправленными аберрациями оптических систем, однако уменьшает светопропускание и повышает риск паразитных переотражений, снижающих контраст изображения. Важное достоинство зеркальных и зеркально-линзовых О. – отсутствие хроматических аберраций и, как следствие, возможность работы в широкой области спектра, ограниченной лишь отражающей способностью зеркальных покрытий; осн. недостаток – экранирование (затенение) центр. части входного зрачка, что приводит к ухудшению качества изображения и дополнит. потерям света (см. также Зеркально-линзовая система). В киноформных О. наряду с линзами и зеркалами (или без них) используются синтезированные фазовые голограммы (т. н. киноформы), аналогичные по своим аберрац. свойствам в монохроматич. свете линзам с асферич. поверхностями. Хроматич. аберрации киноформов не зависят от свойств материала, из которого они выполнены, а определяются (аналогично дифракционным решёткам) пространственной частотой структуры и спектральным диапазоном. Необычные дисперсионные свойства киноформов позволяют в сочетании с линзами, выполненными из обычных марок оптич. стёкол, получать О., обладающие высоким качеством изображения и достаточно простой конструкцией. Применение киноформных О., не содержащих обычных линз и зеркал, возможно лишь в сочетании с лазерами с высокой монохроматичностью излучения.

Осн. параметрами любого О. являются: фокусное расстояние (см. Кардинальные точки и Фокус оптической системы), которое при заданном удалении объекта от О. определяет его оптич. увеличение (масштаб формируемого изображения); диаметр входного зрачка О. (см. Диафрагма в оптике); относительное отверстие и выражающаяся через него светосила О.; угловое поле (см. Поле зрения). Качество формируемого О. изображения характеризуют: разрешающая способность, коэф. передачи контраста изображения (отношение контрастов тест-объекта в реальных условиях освещения и в т. н. стандартных – при освещении равнояркой полусферой), коэф. интегрального и спектрального пропускания света, коэф. светорассеяния в О., падение освещённости по полю изображения и др. 

По характеру оптич. коррекции изображений совр. О. разделяют на анастигматы (сложный многолинзовый О., в котором значительно уменьшены астигматизм и остальные аберрации, в т. ч. кривизна поля изображения; при большой светосиле даёт высококачественное изображение по всему полю; осн. фотографич. О.), ахроматы (О. с частично исправленными хроматич. и сферич. аберрациями, обычно состоящие из двух – собирательной и рассеивающей – склеенных линз, изготовленных из неодинаковых по дисперсии света сортов оптич. стекла), апохроматы (характеризуются более полным, по сравнению с ахроматами, устранением хроматич. аберраций, что достигается использованием линз из спец. сортов стекла и введением в оптич. систему зеркал), планахроматы и планапохроматы (О. с частичной или полной хроматич. коррекцией, у которых исправлены кривизна поля изображения и хроматич. разность увеличения; наиболее совершенные О.).

По назначению различают фотографич. О (применяются в фотоаппаратах, киносъёмочных аппаратах, видеокамерах и др.), проекционные О. (в фотоувеличителях, диа- и эпипроекторах, кинопроекционных аппаратах), О. наблюдат. оптич. приборов (зрительных труб, биноклей, телескопов, микроскопов и др.), а также репродукционные объективы.

Фотографические О., или фотообъективы (к ним также относят аналогичные О. передающих телевизионных камер, приборов ночного видения, тепловизоров и т. п.), создают преим. уменьшенные изображения удалённых объектов. Масштаб создаваемого О. изображения пропорционален фокусному расстоянию f, а освещённость обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа K (K=f/D, где D – диаметр входного зрачка). Предельное значение диафрагменного числа, при котором возможно исправление аберраций, составляет 0,5, реально достигнутые значения K⩾0,6 (для большинства фотообъективов 3>K⩾1,2). Фотообъективы обычно состоят из 3–6 линз (у фотоаппаратов) и 9–13 линз (у киносъёмочных аппаратов). Различают нормальные, или универсальные, О. (у которых фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра; пригодны для любой съёмки), длиннофокусные и короткофокусные (с фокусными расстояниями соответственно больше или меньше диагонали кадра; первые применяются гл. обр. при съёмке удалённых предметов с большим увеличением, вторые – для съёмки с близкого расстояния крупных предметов). Существуют фотообъективы с переменным фокусным расстоянием, которое в процессе съёмки можно произвольно изменять в пределах, обусловленных конструкцией. См. также Съёмочный объектив.

О. телевизионных камер и приборов ночного видения не отличаются принципиально от фотообъективов. В О. тепловизоров, работающих в дальней ИК-области спектра (8–14 мкм), используются оптич. материалы с показателями преломления n>2 (германий, селенид цинка, халькогенидные стёкла), что позволяет уменьшить количество линз по сравнению с аналогичными по характеристикам О. для видимой или ближней ИК-областей спектра. Малая дисперсия Ge позволяет создавать О., все линзы которых выполнены из этого материала, не принимая спец. мер для устранения хроматич. аберраций. 

О. зрительных труб, биноклей и телескопов создают промежуточное изображение удалённых объектов в передней фокальной плоскости окуляра; имеют большое фокусное расстояние, высокую разрешающую способность и большую светосилу, что особенно важно при наблюдениях в условиях недостаточной освещённости. Из-за значит. удалённости наблюдаемых объектов, рассматриваемых в зрительную трубу или телескоп, они характеризуются не линейными, а угловыми размерами. Соответственно характеристиками О. этой группы служат угловое увеличение, угловая разрешающая способность и угол поля зрения. При диаметрах О., не превышающих 100 мм, наиболее распространённым является О., состоящий из двух склеенных линз. При бо́льших диаметрах линзы не склеивают. Начиная с диаметра 500–800 мм используют зеркальные О., что обусловлено трудностями в получении однородных по показателю преломления крупных заготовок оптич. стекла. Диафрагменные числа О. телескопов, как правило, K⩾3; угловые поля не превышают 10°; предел разрешения ε – миним. угол (в секундах) между светящимися равнояркими объектами (напр., звёздами), которые видны раздельно, определяется по формуле ε=140/D, где D измеряется в миллиметрах. 

О. микроскопа – важнейшая часть его оптич. системы, создающая увеличенное изображение объекта наблюдения в передней фокальной плоскости окуляра. Масштаб изображения обратно пропорционален фокусному расстоянию О. и составляет примерно от 1,5 до 100 крат и более. Предел разрешения микроскопа (миним. расстояние между центрами светящихся точек объекта, видимых раздельно) определяется дифракц. явлениями в О. и вычисляется по формуле ε=0,6λ/А, где А – числовая апертура (обычно составляет от 0,01 до 1,4).

Проекционные О. создают увеличенные изображения плоских объектов (кинокадров, слайдов, микрофильмов и т. п.) на отражающих и просветных экранах; по сравнению со съёмочными О. обладают повышенной (в 2–2,5 раза) разрешающей способностью, но меньшими угловыми полями и диафрагменными числами (K⩽1,8), имеют высокий коэф. пропускания света (0,8–0,9). 

Репродукционные О., используемые в репрографии и для фотолитографии при произ-ве микросхем, создают уменьшенные изображения плоских оригиналов чертежей, текстов, рисунков, шаблонов; обладают повышенной разрешающей способностью, определяемой дифракцией и достигающей 1500 мм–1 для фотолитографич. О. и 150 мм–1 для репрографич. О.

Лит.: Теория оптических систем. 2-е изд. М., 1981; Русинов М. М. Композиция оптических систем. 2-е изд. М., 2010.