Предел развития апланата Рихтера
В 1931 г. немецким оптиком Робертом Рихтером был получен патент США US 1843519 на проекционный объектив, обладающий удивительно простой конструкцией: всего 4 линзы в двух склейках, всего 2 марки оптического стекла — самый простой крон и самый обычный флинт, всего 4 разных кривизны на 6 поверхностей. Задачей изобретателя был расчёт максимально простого и доступного светосильного объектива, который который мог бы позволить себе даже небогатый кинотеатр. Объектив Роберта Рихтера получился очень удачным и выпускался в разных странах под разными названиями — в СССР это были объективы КО и некоторые РО, в Германии — Kipronar и Kinon.
В отличие от объективов Петцваля, апланат Рихтера более технологичен и способен достигать светосилы ~F/1.8 с максимально простыми стеклами. Сопоставлению дизайнов проекционных объективов Петцваля и Рихтера посвящено мое видео.
Дошедшие до нынешнего времени экземпляры — в основном советские объективы типа КО-120М 120/1.8 и КО-140М 140/1.8 — очень часто адаптируются для использования с современными камерами в качестве художественных портретников. В принципе, это самый дешевый способ приобрести объектив класса 135/2 для своей камеры. Но, конечно, столь простые объективы Рихтера обладают массой недостатков. Первое — это очень высокий уровень сферохроматизма. Объектив имеет малый по величине вторичный спектр при малых апертурах, но из-за сферических аберраций к F/2-F/1.8 теряет свое преимущество. Далее — очень малый размер углового поля без астигматизма— всего около 6°, хотя используемый размер поля обычно достигает ~20°. Объектив создавали для проекции и кривизну поля компенсировали астигматизмом, что для фотооптики нежелательно: астигматизм не уходит с диафрагмированием и препятствует получению резкого изображения.
Собственно, для того, чтобы апланат Рихтера стал удобоваримым фотообъективом, необходимо каким-то образом исправить астигматизм при сохранении разумной кривизны поля, а также снизить уровень сферохроматизма. Эти задачи в такой простой оптической системе могут быть решены лишь путем увеличения показателя преломления линз. Это автоматически порождает ряд принципиальных ограничений.
Во-первых, применение особых стекол становится невозможным: самый высокопреломляющий особый крон CDGM H-TK9 имеет показатель преломления всего 1.62 (типично для обычных тяжелых кронов), в схеме Рихтера в пару ему годится разве что бариевый флинт H-ZBAF20 (n=1.70, v=41). В каталоге ЛЗОС из похожего есть разве что обычный крон ТК14 (n=1.61,v=60.4) и особый флинт ОФ4 (n=1.65 v=43.5). При использовании этих комбинаций не удается достичь требуемых характеристик: хотя применение H-TK9 улучшает степень коррекции хроматизма, сферических аберраций и астигматизма все еще слишком много.
С использованием обычных тяжелых флинтов тоже есть проблема: они раздувают вторичный спектр объектива, особенно если использовать современные бессвинцовые стекла. Скажем, можно посчитать объектив буквально на паре двух тяжелых флинтов — H-ZF6 (n=1.755, v=27.5) и H-ZF88 (n=1.95, v=17.95), только вторичный спектр получается совершенно неприличной протяженности. Более-менее приличный результат получается с парой H-ZBAF21 (n=1.72, v=38) и H-ZF7 (n=1.806, v=25.5), но даже в этом случае прибить астигматизм для кадра 44х33 не получается.
В целом, при использовании «простых» стекол (тяжелые/бариевые кроны/флинты) более-менее адекватными комбинациями можно назвать H-ZK11 (n=1.64, v=55.5) + H-ZBAF21 и H-ZBAF21 + H-ZF7. Их применение дает возможность расчета апланата с угловым полем 24° с более-менее приемлемым уровнем коррекции.
Можно предположить, что полезными окажутся стекла типа особых флинтов. Действительно, возможно применение пар тяжелого крона H-ZK50 (n=1.61, v=56.7) и особого флинта H-TF5 (n=1.65, v=39.5), бариевого флинта H-ZBAF50 (n=1.66, v=50.8) и снятого с производства H-TF8 (n=1.72, v=34.8), снятого с производства ZBAF51(n=1.68, v=44.5) и H-TF29 (n=1.77, v=29.8). Собственно, основная проблема в том, что нужные парные стекла сняты с производства, а комбинация с H-TF5 откровенно «не вывозит» ни по каким параметрам.
Собственно, хорошо видно, что качество изображения монотонно растет по мере повышения показателя преломления в используемых парах стекол: уменьшаются сферические аберрации и кривизна поля, снижается размер аберрационных пятен. Однако особых флинтов с еще большим показателем преломления не существует. Это означает, что для расчета требуется использование тяжелых лантановых флинтов (H-ZLAF). Путем нехитрого перебора приходим к паре стекол H-ZLAF68N/H-ZLAF96, которые принадлежат к числу самых высокопреломляющих стекол из серийно выпускаемых. Так, H-ZLAF68N при показателе преломления n=1.883 обладает довольно малой дисперсией v=39.2, что делает его одним из самых полезных материалов в расчете оптики. Стекло H-ZLAF96 обладает наивысшим показателем преломления в каталоге CDGM: n=2.05 при рекордно низкой дисперсии v=27.
Рассчитанный с применением пары стекол H-ZLAF68N/H-ZLAF96 апланат Рихтера 100/1.8 обладает угловым полем 30° с исправленным астигматизмом, что позволяет ему работать с кадром 44х33 мм. При этом сферохроматизм и протяженность вторичного спектра находятся на приемлемом уровне.
Объектив отличается высоким исправлением аберраций в пределах своего кривого поля, что видно по графикам MTF, а также обладает разрешающей способностью не менее 50 лин/мм при F/1.8. Ну а теперь вернитесь назад и посмотрите, с чего мы стартовали. Возможность заставить простейший старый объектив работать с полем в 2-3 раза больше обычного одной лишь заменой стекол — это очень красноречивое доказательство острой потребности в высокопреломляющих материалах. И, к сожалению, в РФ стекол с характеристиками, хотя бы приближающимися к параметрам H-ZLAF68N или, тем паче, H-ZLAF96, просто нет: ЛЗОС за много лет не выпустили ни одного нового материала с 1990-х годов, в то время как каталог CDGM за это срок кратно вырос и содержит теперь по-настоящему уникальные материалы с крайне интересными свойствами, которые позволяют переосмыслить и сделать актуальными простейшие морально устаревшие оптические системы.
P.S. «Когда прототип?» — тогда, когда будет инвестор, готовый проспонсировать разработку и реальное производство. Это дорого из-за требований к серийности. Хотя этот объектив и весьма прост, для его выпуска необходимо не менее 10000$.
19.09.2026, Родион Эшмаков