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Die Erfindung betrifft ein kompaktes fotografisches Weitwinkelobjektiv vom abgewandelten Retrofokustyp mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
US 2013/0162886 A1 ist ein gattungsgemäßes Weitwinkelobjektiv konstanter Baulänge bekannt, welches eine vom Objekt her gesehen feststehende Vordergruppe positiver Brechkraft aufweist. Eine erste Teilhintergruppe mit positiver Brechkraft ist zu Fokussierungszwecken verschiebbar und eine zweite Teilhintergruppe ebenfalls positiver Brechkraft ist feststehend ausgebildet. Zwischen Vordergruppe und erster Hintergruppe ist eine Aperturblende angeordnet.
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Aus der
US 5,909,319 A ist ein Objektiv bekannt, bei dem sich die Baulänge über den gesamten Fokussierweg nicht ändert. Das Objektiv weist in Lichtrichtung von der Objektseite her gesehen eine erste Linsengruppe positiver Gesamtbrechkraft auf, die eine negative Linse enthält. Die in Lichtrichtung gesehen zweite und dritte Linsengruppe bestehen je aus einem Kittglied mit negativer Brechkraft und die vierte Linsengruppe weist eine positive Brechkraft auf. Die Linsenglieder zwei und drei sind zur Fokussierung verschiebbar gelagert.
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Aus der
DE 33 45 987 A1 ist ein Teleobjektive bekannt, bei dem die Frontlinsengruppe positive, die Zwischenlinsengruppe negative und eine hintere Linsengruppe positive Brechkraft aufweisen. Die Zwischenlinsengruppe ist in zwei Untergruppen geteilt, wobei die Fokussierung des Objektivs durch Bewegung der beiden Untergruppen zur Bildseite hin unter Veränderung des Abstandes zwischen den Untergruppen vorgenommen wird.
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Fotografische Objektive vom Retrofokustyp weisen üblicherweise eine vom Objekt her gesehen vordere Linsengruppe negativer Brechkraft (Vordergruppe) und eine hintere Linsengruppe positiver Brechkraft (Hintergruppe) auf. Objektive vom Retrofokustyp werden auch als umgekehrter Teleobjektivtyp bezeichnet. Zur Begrenzung der Öffnung der einfallenden Strahlenbündel ist bei diesen Objektiven eine Aperturblende üblicherweise entweder zwischen der Vordergruppe und der Hintergruppe oder innerhalb der Hintergruppe angeordnet. Bei derartigen Objektiven wird üblicherweise die gesamte, hinter der Blende angeordnete Linsengruppe (Hintergruppe) axial zur optischen Achse verschoben. Das Gewicht solcher zur Fokussierung zu bewegenden Linsengruppen ist hoch und z. B. für Autofokuszwecke zu träge. Eine bei solchen Objektiven dann für Autofokuszwecke notwendige kräftige Motorisierung erzeugt eine hohe Geräuschentwicklung und einen hohen Stromverbrauch. Überdies bewirkt diese Art der Fokussierung bei Retrofokusobjektiven, dass sich Bildfehler, wie astigmatische Differenz, Farbquerfehler und Bildfeldwölbung während der Fokussierung verstärken, bzw. ändern. Der Korrektionszustand des Objektivs insbesondere im Nahbereich ist damit ungenügend.
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Ein weiteres Problem dieser Objektive ist, dass die Längen der Fokussierwege oftmals für eine schnelle Fokussierung, wie sie z. B. für Autofokuszwecke erforderlich sind, ungeeignet sind.
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Aufgabe der Erfindung war es, die bei Objektiven vom Retrofokustyp bekannte Bildfeldwölbung und den Farbquerfehler weitestgehend zu beseitigen und große Aberrationen und eine Verschlechterung der Abbildungsqualität beim Fokussieren zu vermeiden.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung war es, eine hohe Öffnung, kompakte Bauform, höchste Abbildungsleistung und einen möglichst gleichbleibenden Korrektionszustand des Objektivs über den gesamten Entfernungseinstellbereich, insbesondere jedoch im Nahbereich, bis etwa 0,3 m Objektentfernung zu gewährleisten und gleichzeitig die Eignung für Autofokuszwecke zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden bei einem Objektiv der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Zu den in den Ansprüchen angegebenen Lösungsmerkmalen ist zu beachten, dass beim modernen Optik-Design üblicherweise automatische Korrektionsprogramme, wie z. B. „code V” von Optical Research Associates, eingesetzt werden, die in der Lage sind, aus vorgegebenen Linsenfolgen und Brechkraftverteilungen Vorschläge für funktionsfähige Objektivsysteme mit einem für eine bestimmte Aufgabe optimiertem Korrektionszustand zu berechnen. Aufgrund gezielter Veränderungen der angegebenen Parameter durch den Optikkonstrukteur wird der automatisch erreichte Korrektionszustand jeweils weiter verbessert.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 1 lassen sich auf diese Weise bereits die Konstruktionsdaten für Radien, Linsendicken, Linsenabstände, Brechzahlen und Abbezahlen der einzusetzenden optischen Gläser gewinnen. Bei Berücksichtigung der in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale lassen sich die Konstruktionsparameter schrittweise gezielt verbessern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs maßstäblich dargestellt. Dabei zeigt die Figur einen Linsenschnitt durch ein Objektiv bei Fokussierung auf einen Gegenstand bei unendlich.
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In der Figur ist die Unterteilung des Objektivs in eine in Lichtrichtung, also in eine vom Objekt (OE) her gesehen, feststehende Vordergruppe (G1) positiver Brechkraft und eine einer Bildebene (IM) zugewandten Hintergruppe (G2) positiver Brechkraft dargestellt. Zwischen Vordergruppe (G1) und Hintergruppe (G2) ist eine Aperturblende (AP) ortsfest angeordnet. Die Hintergruppe (G2) besteht aus einer der Aperturblende (AP) zugewandten und zur Fokussierung entlang der gestrichelt dargestellten optischen Achse verschiebbaren ersten Teilhintergruppe (G2a) und einer gegenüber der Bildebene (IM) feststehenden zweiten Teilhintergruppe (G2b). Die erste Teilhintergruppe (G2a) und die zweite Teilhintergruppe (G2b) weisen eine positive Brechkraft auf. Während der Fokussierung von Unendlich auf den Nahbereich verringert sich der Abstand zwischen der ersten Teilhintergruppe (G2a) und der Vordergruppe (G1). Eine verbesserte Eignung für Autofokuszwecke wird durch einen kurzen Fokussierhub von kleiner 4 mm erreicht. Die Bewegungsrichtung ist durch eine Pfeilangabe beim Bezugszeichen G2a dargestellt. In einer alternativen, nicht weiter dargestellten Ausführungsform, kann die Brechkraft der zweiten Teilhintergruppe (G2b) negativ ausgebildet sein und in einer weiteren Variante kann auch die Vordergruppe (G1) mit einer negativen Brechkraft vorgesehen sein. Mit diesen Ausführungsformen lassen sich Weitwinkelobjektive vom kompakten abgewandelten Retrofokustyp konstanter Baulänge, das heißt, die Baulänge des Objektivs ändert sich während des Fokussiervorgangs nicht, mit besonderer Eignung für Autofokuszwecke realisieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Vordergruppe (G1) positiver Brechkraft das Verhältnis der Brennweiten f1 der Vordergruppe (G1) und der Brennweite f2 der Hintergruppe (G2) größer als +3 und bei einer Vordergruppe (G1) negativer Brechkraft das Verhältnis der Brennweiten –f1 der Vordergruppe (G1) und der Brennweite f2 der Hintergruppe (G2) kleiner als –3. Als besonders vorteilhaft hat sich zusätzlich ein Verhältnis der Brennweiten f2 der Hintergruppe (G2) zur Brennweite f2a der ersten Teilhintergruppe (G2a) zwischen 1/3 und 3 erwiesen.
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In vorteilhafter Weise kann bei geringem Korrektionsaufwand das Objektiv besonders kompakt und mit geringen Kosten ausgeführt werden, wenn die Vordergruppe (G1) eine schwache negative Gesamtbrechkraft zwischen z. B. –0,01 dpt und 0 dpt oder schwach positive Gesamtbrechkraft zwischen z. B. 0 dpt und 0,01 dpt aufweist. Durch eine positive Gesamtbrechkraft der Vordergruppe (G1), insbesondere durch eine positive Brechkraft der dritten Linse (L3) lässt sich ein geringer Durchmesser der Aperturblende (AP) realisieren, was sich vorteilhaft auf einen geringen Außendurchmesser und eine geringe Baulänge (L) vom Linsenscheitel des ersten Linsengliedes (L1) bis zur Bildebene (IM) des Objektivs auswirkt.
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Die Vordergruppe (G1) besteht aus drei Linsengliedern (L1, L2, L3), wobei das erste Linsenglied (L1) negative, das zweite Linsenglied (L2) positive und das dritte Linsenglied (L3) positive oder negative Brechkraft aufweisen. Die Linsenglieder (L1, L2, L3) der Vordergruppe (G1) lassen sich jeweils als Einzellinse, verkittete oder separat gefasste Linsendublette (L3a, L3b) realisieren, wobei das Zusammenwirken die jeweilige Brechkraft der ersten (L1), zweiten (L2) und dritten (L3) Linsenglieder bzw. Linsendublette (L3a, L3b) eine der Gesamtbrechkraft der Vordergruppe (G1) entsprechende Brechkraft ergibt. Das dritte Linsenglied (L3) ist bevorzugt aus einer ersten plankonkaven Linse negativer Brechkraft (L3a) und einer zweiten plankonvexen Linse positiver Brechkraft (L3b) als Linsendublette ausgebildet. Besonders vorteilhaft hat sich für die Vordergruppe (G1) eine positive Gesamtbrechkraft von 1/240 dpt (Brennweite f1 = 240 mm) erwiesen.
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In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die als Fokusgruppe ausgebildete erste Teilhintergruppe (G2a) aus einer Linse (L4), zwei verkitteten Einzellinsen (L4a, L4b) oder zwei Einzellinsen (L4a, L4b) aufgebaut. Im Fall der Ausführung mit zwei Einzellinsen (L4a, L4b) ist zu beachten, dass die jeweiligen Brechkräfte der Einzellinsen (L4a, L4b) zusammen eine Gesamtbrechkraft entsprechend der Brechkraft der ersten Teilhintergruppe (G2a) ergeben. Dabei ist in vorteilhafterweise die vordere Einzellinse (L4a) als konvexkonkave Linse negativer Brechkraft und die hintere Einzellinse (L4b) als bikonvexe Linse positiver Brechkraft ausgebildet. In einer optisch besonders gut korrigierten Ausführungsform der Fokusgruppe (G2a) ist die vordere Einzellinse (L4a) oder die hintere Einzellinse (L4b) der ersten Teilhintergruppe (G2a) zur Fokussierung von einer unendlichen Objektentfernung zum Nahbereich entlang der optischen Achse getrennt von der eigentlichen Fokussierbewegung der jeweils anderen Einzellinse (L4b oder L4a) der ersten Teilhintergruppe (G2a) als Floating-Element verschiebbar.
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In vorteilhafter Weise ist die zweite Teilhintergruppe (G2b) aus zwei Linsengliedern (L5, L6) positiver oder negativer Brechkraft gebildet. Sowohl das erste Linsenglied (L5) als auch gleichzeitig oder alternativ das zweite Linsenglied (L6) können aus je zwei Einzellinsen (L5a, L5b und nicht in 1 dargestellt L6a, L6b) separat gefasst oder als Kittglied ausgebildet sein. Bevorzugt besteht die zweite Teilhintergruppe (G2b) aus einer bi-konvexen ersten Linse (L5a) positiver Brechkraft und einer bi-konkaven zweiten Linse (L5b) negativer Brechkraft und ist als Kittglied ausgebildet. Das zweite Linsenglied (L6) ist in vorteilhafter Weise zur Reduzierung von Verzeichnungen als Linse mit einseitiger oder besonders vorteilhaft mit zweiseitiger asphärischer Flächenkrümmung ausgebildet.
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Die Eignung des erfindungsgemäßen Objektives für Autofokuszwecke wird zusätzlich verbessert durch das ausgewogene Verhältnis der Masse der ersten Teilhintergruppe (G2a) zu der Masse der Vordergruppe (G1) (Masse G2a/Masse G1) bzw. der Masse der ersten Teilhintergruppe (G2a) zu der Masse der zweiten Teilhintergruppe (G2b) (Masse G2a/Masse G2b), welches jeweils kleiner 0,7 beträgt. Das verwendete Glas der ersten Teilhintergruppe (G2a) wiegt weniger als 3,6 Gramm bei einer Dicke im Bereich der optischen Achse von 5,5 mm. Die auf diese Weise gering gehaltene bewegte Masse beim Fokussiervorgang begünstigt einen schnellen und wenig Energie erfordernden elektro-mechanischen Antrieb des zur Fokussierung zu bewegenden optischen Elements (G2a). Bei einer solchen Dimensionierung sind besonders leise Autofokusbewegungen realisierbar.
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Der Aufbau und die Brechkraftverteilung in der Hintergruppe (G2) ermöglichen eine große Schnittweite (S), die ausreichend Raum zur Unterbringung von mechanischen Bauteilen, wie z. B. eines nicht dargestellten Kameraverschlusses für eine digitale photographische Bildaufnahme bietet. So beträgt bei der konkreten oben beschriebenen Ausführungsform des Weitwinkelobjektivs die Schnittweite (S), d. h. die Bauraumlänge zwischen dem der Bildebene (IM) zugewandten letzten Linsenscheitel der zweiten Linse (L6) der zweiten Teilhintergruppe (G2b), vorliegend also der asphärischen Linse (L6), ca. 15,7 mm.
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Das erfindungsgemäße Weitwinkelobjektiv weist eine Brennweite (f') zwischen 20 mm und 25 mm bei einem Öffnungsverhältnis zwischen 1:1,4 und 1:2,8 auf. Die Brennweitenangabe ist abhängig von einer, bzw. bezieht sich auf eine in der Bildebene (IM) vorgegebene und nutzbare Bildaufnahmediagonale zwischen 25 mm und 31,5 mm. Bevorzugt ist das Verhältnis der vom Linsenscheitel des ersten Linsenglieds (L1) der Vordergruppe (G1) bis zur Bildebene (IM) gemessenen Objektivbaulänge (L) zur Brennweite (f') des Objektivs größer oder gleich 2,0.
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Bei einem vorliegend in der Bildebene (IM) nicht weiter dargestellten Bildsensor der Format-Größe APSC, mit den Abmessungen 16 mm × 24 mm weist die für eine Bildaufnahme nutzbare Bilddiagonale 28,4 mm auf. In diesem Fall beträgt die Brennweite (f') des Weitwinkelobjektivs 23 mm, wobei die Vordergruppe (G1) eine Brennweite von 240 mm aufweist. Das Verhältnis der Objektivbaulänge (L) zur Brennweite (f') des Objektivs entspricht dem Wert 2,35. Die Objektivbaulänge (L) beträgt in diesem Fall 54 mm.
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Das Öffnungsverhältnis ist nicht von der für die Bildaufnahme nutzbaren Bilddiagonale abhängig und beträgt bei dem erfindungsgemäßen Weitwinkelobjektiv bevorzugt 1:2,0. Auf diese Weise ist ein besonders kompakt bauendes Objektiv bei gleichbleibender guter optischer Leistung realisierbar.
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Der mit einer Fokussierbewegung der Teilhintergruppe (G2a) von 4 mm erzielbare Fokussierbereich erstreckt sich von unendlich bis zu einer Naheinstellgrenze, die dem Vierfachen der Objektivbaulänge (L) entspricht.
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Es versteht sich von selbst, dass das der Erfindung zugrunde zu legende Objektiv in seiner Anwendung nicht auf eine konkrete Sensorgröße einer Kamera beschränkt ist, da bei einer Skalierung des erfindungswesentlichen optischen Aufbaus beispielsweise für das klassische Kleinbildformat (24 mm × 36 mm) sich die oben für das APSC Format angegebenen Brennweitenbereiche um einen entsprechenden Formatfaktor skaliert ergeben. Auf diese Weise sind ohne weiteres für das klassische Kleinbildformat Objektive mit Äquivalenzbrennweiten zwischen 30 mm und 40 mm realisierbar.
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Zur weiteren Verbesserung der Abbildungsleistung im Nahbereich, also bei einer Naheinstellgrenze, die dem Vierfachen der Objetivbaulänge (L) entspricht oder diese unterschreitet, kann der Durchmesser der Aperturblende (AP) reduziert werden. Diese Maßnahme ändert ebenfalls das Öffnungsverhältnis des Objektivs. Als weitere Maßnahme zur Verringerung der Naheinstellgrenze können das dritte Linsenglied (L3) oder die plankonkave Linse negativer Brechkraft (L3a) oder die plankonvexe Linse positiver Brechkraft (L3b) der Vordergruppe (G1) getrennt von der eigentlichen Fokussierbewegung der ersten Teilhintergruppe (G2a) als Float-Element verschiebbar sein. Als alternative Maßnahme mit demselben Zweck können auch das Linsenglied (L5) oder die bi-konvexe Linse positiver Brechkraft (L5a) oder die bi-konkave Linse negativer Brechkraft (L5b) der zweiten Teilhintergruppe (G2b) getrennt von der eigentlichen Fokussierbewegung der ersten Teilhintergruppe (G2a) als Float-Element verschiebbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- L1
- Linse negativer Brechkraft
- L2
- Linse positiver Brechkraft
- L3
- Linse positiver oder negativer Brechkraft
- L3a
- plankonkave Linse negativer Brechkraft
- L3b
- plankonvexe Linse positiver Brechkraft
- L4
- Fokussier-Linsengruppe positiver Brechkraft
- L4a
- konvexkonkave Linse negativer Brechkraft
- L4b
- bi-konvexe Linse positiver Brechkraft
- L5
- Linse positiver oder negativer Brechkraft
- L5a
- bi-konvexe Linse positiver Brechkraft
- L5b
- bi-konkave Linse negativer Brechkraft
- L6
- asphärische Linse
- G1
- Vordergruppe
- G2
- Hintergruppe
- G2a
- erste Teilhintergruppe
- G2b
- zweite Teilhintergruppe
- IM
- Bildebene
- OE
- Objektebene
- S
- Schnittweite
- AP
- Aperturblende
- L
- Objektivbaulänge
