DE2133643C2 - Photographisches Objektiv in Form eines Tripletts - Google Patents

Description

/ 1.000 Haulange -0.II4¹) /' (1.066 1:6.3

I ihm.·

2.4176

1 .9212

2.4176

55.9

35.7

Radien

	0.2467
R. -	0.3277
«,=	15.22*)
/f4 -	0.4119*)
/?< -	-0.8651
R,. =	-0.4530

Abstand der
l.insenfliiclien

ι, ■--- 0.0137
S| 0.0369

l_: -- 0.007V
s, = 0.0449

ι·. - 0.0117
.*■-. = 0.9308

*l .isph;iriM.'h /I; 2.

lh 1.
ι Beispiel J)
/' i'et/salsumme

Die Erfindung bezieht sich auf ein photographisches Objektiv der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solches Objektiv ist aus der US-PS 24 17 942 bekannt. Dieses als Teleobjektiv ausgebildete Objektiv hat ein vergleichsweise kleines Bildfeld und besitzt, wie alle anderen Objektive dieser Gattung die vornehmlich in Teleskopen (vgl. GB-PS 22 276) eingesetzt werden, eine sehr geringe Lichtstärke unter der Voraussetzung, daß die Öffnungsfehler für praktische Anwendungen klein genug gehalten werden.

Ein Triplett extrem kleiner Baulänge, das eine Petzvalkrümmung kleiner als 03 aufweist, muß vergleichsweise große Teil-Koeffizienten nach Seidel an den Linsenflächen aufweisen. Insbesondere ist der Koeffizient der sphärischen Aberration an der objektseitigen Fläche der zerstreuenden Linse groß, was entsprechend große Bildfehler höherer Ordnung und geringe Toleranzen zur Foige hai.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

60

65 Objektiv mit einer Baulänge f/S mit einer Petzvalkrümmung kleiner als 0.3 zu schaffen, bei dem hinsichtlich der Korrektion des Öffnungsfehlers eine Entlastung der der höc.isten Anspannung unterworfenen objektseitigen Fläche der Zerstreuungslinse gegeben ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß die bezüglich der Korrektur kritische objektseitige Fläche der Zerstreuungslinse, der bildseitig vorzugsweise die Aperturblende nachgeschaltet ist. asphärisch ausgebildet wird, können die Öffnungsfehler klein gehalten werden, selbst wenn sich die Scheitelradien der Linsenoberflächen in relativ weiten Grenzen ändern.

Die Petzvalkrümmung ist ein Maß für die Krümmung des Bildfeldes, die von den Brechzahlen und Radien der verschiedenen Linsenoberfiächen abhängt Die Petzvalkrümmung stellt einen Kompromiß zwischen einem

planen Bildfeld und einer Verbesserung der Aberration höherer Ordnung dar, denn eine vollständige Korrektur bezüglich einer bestimmten Größe kann nur durch eine unzulässig große Einbuße an Korrektur anderer Faktoren erkauft werden. Bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden photographischen Objektiv, das in Verbindung mit handelsüblichen Filmen benutzbar sein soll, die eine plane Gestalt aufweisen, soll daher wie erwähnt, die Petzvalkrümmung einen Wert von 0,3 nicht überschreiten.

Durch die Erfindung wird ein photographisches Objektiv geschaffen, welches bei Normalbrennweite (Brennweite « Bilddiagonale) wenigstens bei Einstellung auf unendlich eine so kurze Baulänge besitzt, daß es in einem flachen Objektivgehäuse untergebracht werden kann, wobei zur Scharfeinstellung eine axiale Verschiebung der ersten Sammellinse benutzt wird.

Bei den meisten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I ausgebildeten Objektiven führt ein Radius R I. der kleiner ist als 0.14 F. zu einer zu großen sphärischen Aberration. Bei einem Radius R 1. der größer ist als 0,5 F hat die Linse eine zu kleine Abbildungsleistung, und die Petzvalkrümmung wird zu groß. Bei einem Triplett ergibt sich außerdem ein zu starker Astigmatismus, insbesondere dann, wenn die Baulänge klein gehalten werden soll, wie es gemäß der gestellten Aufgabe vorgeschrieben ist. Wenn bei Objektiven mit Scharfeinstellung durch die vorderste Linse der Radius R I zu groß gewählt wird, dann ist auch die erste Linse entweder zu stark bikonvex oder ihre Brechkraft ist zu gering. Wenn die Brechkraft zu gering ist, muß für die der Scharfeinstellung dienende vordere Linse ein zu großer Verstellweg vorgesehen werden, was wiederum zu einer Vergrößerung der Farbvergrößerungsfehler, der Verzeichnung und des Astigmatismus führt. Wenn der Radius der objektseitigen Fläche der vorderen Linse zu klein gewählt wird, dann wird die Brechkraft dieser Linse zu groß, was eine unzulässig große Koma ergibt. Diese Wirkung verstärkt sich noch, wenn die vordere Linse zum Zwecke der Scharfeinstellung verstellt wird. Wenn aber bei gleich kleinem Radius die Brechkraft der ersten Linse richtig gewählt wird, bildet diese Linse mehr eine positive Meniskuslinse als dies für die der Scharfeinstellung dienenden Vorderlinse möglich wäre. Der Radius der objektseitigen Fläche der Vorderlinse soll daher vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,5 Fund 0,14 Fliegen.

Wenn die vordere Linse zum Scharfeinstellen benutzt wird, dann ergeben weitere Untersuchungen, daß die bildseitige Fläche der ersten Linse nahezu oder genau plan sein muß. Das heißt, eine optimale Scharfeinstellung durch die vordere Linse über einen größeren Bereich macht es erforderlich, daß die bildseilige Oberfläche der ersten Linse einen großen positiven oder negativen Radius erhält Wenn nämlich diese zweite Fläche zu stark konvex oder zu stark konkav gekrümmt ist, führt ein größerer Verstellweg zu einer Vergrößerung des Astigmatismus. Die bildseitige Räche der ersten Linse ist bei kurzen Tripletts mit geringer Baulänge und Linsen aus Glassorten mit hoher Brechzahl konkav. Hieraus ergibt sich, daß die vorderste Linse eine Meniskuslinse ist Der Linsenradius dieser bildseitigen Fläche der vordersten Linse liegt zwischen 0,4 F und plus oder minus unendlich. Die zusätzliche Forderung, daß die vordere Linse der Scharfeinstellung dient, erfordert, daß die bildseitige Fläche der ersten Linse annähernd eben ist Untersuchungen haben gezeigt, daß der Radius dieser zweiten F fache einen

Wert haben sollte, der innerhalb der im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Grenzen liegt.

Die objektSiitige Fläche der zweiten Linse ist konkav. Sie besitzt einen asphärischen Linsenradius, der sphärische Aberrationen korrigiert. Die bildseitige Fläche der zweiten Linse ist ebenfalls konkav und asphärisch ausgebildet.

Die dritte Linsenfläche, d. h. die objektseitigc; Fläche der zweiten Linse ist in ilen meisten Fällen weniger stark konkav als die bildseitige Fläche der gleichen Linse. Bei Objektiven mit geringer Baulänge ist diese asphärische Fläche im mittleren Bereich stärker konkav als in den äußeren Zonen. Bei einer /u stark konkav gekrümmten dritten l.insenoberfläche besteht die Gefahr, daß sie zu einer zu starken nach innen verlagerten Koma und einer erheblich tiberkorrigierten sphärischen Aberration führt, wenn man nicht eine asphärische Form vorsieht, oder wenn man die Baulänge nicht vergrößert. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Scheitelradius zwischen minus 0.18 /'und minus unendlich liegen sollte. Wenn diese Fläche weniger konkav gekrümmt ist als es dem Radius minus 1,0 F entspricht, kann man keine geringe Baulänge et reichen, oder es ergibt sich eine sehr unsymmetrische Konstruktion, die ungünstig'· Schrägzerstreuungen aufweist, wenn man nicht außergewöhnlich hohe Brechzahlen vorsieht.

Die Rückfläche der zweiten Linse ist bei den meisten Objektiven nach der Erfindung die am siärksten gekrümmte Fläche des Systems, und sie ist stets konkav. Ein großer Anteil der Abflachung des Bildfeldes ist auf diese vierte Linsenfläche zurückzuführen. In der Praxis muß der Linsenradius etwa zwischen 0.14 Fund 0.35 F liegen. Ist der Linsenradius kleiner als 0,14 F, weist das optische System eine zu stark überkorrigierte sphärische Aberration und eine sehr starke Koma auf, was insbesondere für die sphärische Aberration der fünften Ordnung gilt. Ist der Linsenradius größer als 0.3:5 Fwird die Petzvalkrümmung so groß, daß das Objektiv für photographische Zwecke nicht mehr brauchbar ist.

Bei nahezu allen nach den Lehren der Erfindung aufgebauten Tripletts ist die objektseiti.ne Fläche der dritten Linse, d. h. die fünfte Fläche des Systems schwach konkav, jedoch kann sie in gewissen Fällen auch schwach konvex sein. Der Linsenradius richtet sich nach der Brechzahl und der Brechkraft der dritten Linse. Bei Tripletts geringer Baulänge ist diese fünfte Fläche gewöhnlich konkav. Wenn diese Fläche nämlich konvex ist. dann würde entweder die Brechkraft dieser Linse zu stark oder der Radi js der objektivseitigen Fläche würde zu klein, so daß sich ein unterkorrigierter Astigmatismus ergibt. Wenn die Fläche zu stark konkav ist, ergibt sich eine zu große Verzeichnung, oder das System wird unsymmetrisch, oder es müssen an die bildseitige Fläche der dritten Linse zu hohe Anforderungen gestellt werden. Im Hinblick hierauf ergibt sich für den Radius der objektseitigen Fläche der dritten Linse ein brauchbarer Bereich, der zwischen 0,8 Fund unendlich und minus 0,8 Fliegt

Die hinterste Fläche, d. h. die bildseitige Fläche der dritten Linse ist stets in starkem Maße konvex. Ein großer Anteil der Korrektur des Linsensystems ist auf diese Fläche zurückzuführen, die zu der gewünschten resultierenden Abbildungsleistung führt, wobei eine Korrektur bezüglich der sphärischen Aberration, der Koma und des Astigmatismus erzielt wird. Wenn der Radius dieser sechsten Linsenfiäche zu klein ist, ergibt sich eine stark unterkorrigierte sphärische Aberration.

Del einem zu großen Linsenradiiis werden Bildfehler durch die dritte Linse so eingeführt, beispielsweise ist das Bildfeld nicht eben genug und der Astigmatismus isi nicht genügend korrigiert, wobei auch die allgemeine Symmetrie des Triplett verlorengeht, oder aber die objektseitige Fläche der dritten Linse muß a's konvexe Flache mit einem zu kleinen Linsenradius ausgebildet werden, was die oben erwähnten Fehler ergibt. Daher soll der Radius dieser Fläche im Bereich zwischen minus 0,16 F und minus 0.6 F liegen, wobei sich der Radius jeweils nach der gewählten Brechzahl der dritten Linse richtet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Lrfindung im Rahmen dieser oben diskutierten Lehre ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5. Durch die im Anspruch 4 gekennzeichnete asphärische Ausbildung der Flächen der zweiten Linse wird verhindert, daß die Randstrahlen zn stark nach innen gebrochen werden, wodurch insbesondere die sphärochromatischen Fehler wesentlich verringert werden können.

Besonde-s vorteilhafte Objektiv-Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Datentabellen nach den Ansprüchen 6 bis 14. Dabei können die Konstruktionsdaten der Objektive gemäß diesen Ausführungsbeispielen variiert werden, sofern die Seidel-Koeffizienten nur um einige Prozent abweichen und die Summen der Seidel-Koeffizienten hinreichend klein bleiben.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Tripletts. bei dem zur Scharfeinstellung die erste objektseitige Linse verstellbar ist.

F i g. 2 eine Datentabelle eines nach der Erfindung ausgebildeten Objektivs.

In Fig. 1 befindet sich auf der linken Seite des Objektivs das Objekt und die rechte Seite ist die Bildseite. Die drei Linsen des Tripletts sind mit I. 11 und IM bezeichnet. Die objektseitige Linse I dient der Scharfeinstellung und ist in der ausgezogenen Stellung auf unendlich eingestellt und in der strichpunktierten Stellung auf eine nahe Entfernung, die etwa der doppelten Brennweite entspricht. Der Abstand der Linsenflächen ist mit f bezeichnet, und der Luftabstand zwischen zwei Linsenflächen mit 5. Die Linsenflächen sind mit R bezeichnet. Zwischen den Linsen 11 und III befindet sich eine Aperturblende.

Die Linsen I und III sind Sammellinsen, während die Linse II eine Zerstreuungslinse ist.

Wenn die Linse I axial verstellt wird, um das Objektiv scharf zu stellen, haben die vorderen Linsen eine relativ hohe Abbildungsleistung. Wenn man eine Linse I mit einer hohen Brechkraft verwendet, verkleinert sich die notwendige Bewegimgsstrecke über den ganzen Einstellbereich auf ein Minimum.

Die Linse I ist gemäß F i g. 1 als plankonvexe Linse ausgebildet Diese Linse soll eine relativ hohe Brechkraft haben, die vorzugsweise größer ist als das Dreifache der Brechkraft der Tripletts, vrenn die vordere Linse I zum Scharfeinstellen dient wie es bei dem dargestellten Objektiv der Fall ist Zu diesem Zweck kann man eine stark gekrümmte erste Fläche R^ und eine hohe Brechzahl vorsehen. Bei einer sehr hohen Brechzahl kann die Krümmung der Fläche R\ relativgering sein, so daß ihr Beitrag zur Aberration verkleindert wird. Die zweite Fläche /?2 soll nur eine geringe oder überhaupt keine Krümmung aufweisen.

Die Flächen R^ und Ra der Linse Il sind relativ stark gekrümmt. Bei dem in F i g. I gezeigten Ausführungsbeispiel und weiteren noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen ist die Fläche R₁ und/oder die Fläche R=, ". asphärisch. Die Fläche R, hat bei allen Ausführungsformen nur eine geringe Krümmung und ist nahezu eben. Die Fläche Rt, der Linse III weist eine starice Krümmung auf.

Die ungewöhnlich geringe Baulänge des photogra-Ii phischen Tripletts nach F i g. 1 ermöglicht es. eine se'·"· wenig Raum beanspruchende zusammenlegbare photographsiche Kamera zu konstruieren. Bei den Ausführungsformen, bei denen zum Scharfstellen die vordere Linse 1 verstellt wird, ist eine im wesentlichen konstante '·'< hintere Schnittweite vorhanden. Infolgedessen erhält man eine photographische Kamera, die bei allen Aufnahmeentfernungen im wesentlichen den gle-chen Bildwinkel aufweist. Hierbei ist ein erheblich kürzerer Verstellweg erforderlich als in Fällen, in denen beim :ii Scharfeinstellen das ganze Objektiv bewegt werden muß. Wenn ein Zentralverschluß vorgesehen werden soll, wird dies durch das Vorhandensein ortsfester Einzellinsen erleichtert und vereinfacht.

Die Konstruktionsdaten eines in Fig. I dargestellten r> Tripletts sind ·η F i g. 2 in Form einer Tabelle angegeben. Alle Zahlenangaben beziehen sich auf die Brennweite als Einheit. Die Gesamtlänge des Tripletts zwischen der Eintrttsfläehe R 1 und der Austrittsfläche Rt beträgt weniger als 7% der Objektivbrennweite. Die in Bildfeldkrümmung ist ziemlich gering, da die Petzvalkrümmung nur 0.160 beträgt. Tatsächlich ist die Bildfeldkrümmung bei dieser Konstruktion erheblich geringer als bei älteren, mehr Raum einnehmenden Tripletts. Die Brechzahl nj und die Abbesche Zahl v,i r. sind für die Helium-d-Spektrallinie von 587.6 nm angegeben. Der Abstand S\ wird zum Zweck der Scharfeinstellung variiert. In Fig. 2 ist 5| für einen Gegenstand angegeben, dessen Aufnahmeabstand etwa dem ° 7fac!ien der Brennweite entspricht. Die für die in Flächen Ri und R^ angegebenen Zahlen werte repräsentieren die Scheitelradien der sphärischen Flächen.

Wird die vordere Linse I verstellt, ändert sich der Abbildungsmaßstab des Objektivs. Die Objektivbrennweite wird für die folgende Beschreibunp bei den 4-, Ausführungsformen mit einer vorderen Linjo für den Fall gemessen, daß das Objektiv auf einen unendlich weit entfernten Aufnahmegegenstand eingestellt ist.

Bei dem Triplett nach Fig. 1 und 2 hat die nutzbare

Bildfläche einen Durchmesser, der annähernd gleich der

->m Brennweite des Objektivs ist. Die Petzvalkrümmung darf nicht zu groß werden, wenn eine ausreichende Bildqualität erhalten bleiben soll. Bei allen nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen entspricht der Durchmesser der nutzbaren Bildfläche annähernd der Brennweite des betreffenden Objektivs, d. h. es handelt sich um Kameraobjektive mit Normalbrennweite.

Weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße, wenig Raum beanspruchende photographische Tripletts werden im folgenden anhand der Beispiele A bis J behandelt Für jeden bestimmten Fall, bei dem die Erfindung angewandt wird, läßt sich bei der Konstruktion ein bevorzugter Bereich des Spektrums wählen. Um eine gleichbleibende Ausgangsbasis zu schaffen, sind die Brechzahlen und Abbeschen Zahlen für die gelbe Helium-d-Spektrallinie, d. h. für 587,6 nm angegeben. Die Petzvalsche Summe P ist für die blaue Wasserstoff-F-Spektrallinie, d. h. für 486,1 nm berechnet

	13	.·-■	21 33 643	= 766.4	14	— Ρίο Ί
		55.2	Beispiel A		— rig. λ
F= 1.000			P= 0.160 1 : 8,6
Linse		44.4	Radien	Abstand der Linsenflächen
I	Baulänge = 0.0696		R1 = 0.1823	/ι = 0.0153
	"j	51.2	R2 = plan	S1 = 0.0137
II	1.678		R:, = -0.2585*)	h = 0.0065
		20.150 )-, -20.S33 )4	RA = 0.1624*)	j: = 0.0199
III	1.519	R; = -2.578	h = 0.0142
		/?„ = -0.2496	ί, = 0.9708
1.615
*) asphärisch jSj = P = Petzvalsumme

Für das Beispiel A gelten die Konstruktionsdaten, die in F i g. 2 für das photographische Triplett nach F i g. 1 angegeben sind. Von besonderer Bedeutung ist die geringe Baulänge des Objektivs, die weniger als 7% seiner Brennweite beträgt. Die Petzvalkrümmung ,P hat rmr den Wert 0,160. Bei dieser Ausführungsform dient die vordere Linse I zum Scharfeinstellen, und daher ist S\ variabel. Der angegebene Wert gilt für einen Objektabstand entsprechend dem 9,7fachen der Brennweite. Die bildseitige Schnittweite S3 bleibt konstant, während sich St beim Einstellen ändert. Die Flächen R3 und Λ» haben eine asphärische Krümmung. Die Zahlenwerte gelten für die Scheitelradien der betreffenden Flächen. Auf eine Polynomdarstellung, weiche die asphärische Krümmung beschreibt, wird weiter unten näher eingegangen. Die Koeffizienten zur Verwendung bei der die asphärischen Flächen Rj und Rt beschreibenden Polynomdarstellung sind ebenfalls angegeben. Die Indizes geben an, zu welcher Fläche der betreffende Koeffizient gehört. Das Ausführungsbeispiel A ist für einen großen Einstellbereich optimiert, der sich von 3F bis unendlich erstreckt.

Beispiel B

F= 1.000 Baulänge = 0.0614 P = 0.188 1:8,6

Linse	1.678	«■,,	Radien	0.1915	Abstand der Linsenflächen
I		55.2	R\ =	-7.632	/, =0.0141
	1.519		R2 =	-0.2189*)	.ν, = 0.0106
II		44.4	A3 =	0.1795*)	I2 = 0.0067
	1.611		«4 =	-1.0021	.5 j = 0.0168
(Il		55.9	fs =	-0.2021	/., = 0.0132
	*) asphärisch /?, = 20.227 Jh = -22.134 P= Petzvalsumme				sy = 0.9946
	}■, = 670.7 Yi = 498.2

Bei dem Ausfuhrungsbeispiel B ist die Baulänge zwischen der ersten und der letzten Fläche nur etwas größer als 6% der Brennweite des Objektivs. Die Petzvalkrümmung beträgt 0,188. Ein Objektiv entsprechend diesem Ausführungsbeispiel kann durch Verstellen der vorderen Linse fokussiert werden. Der Luftabstand *i ist variabel, und die angegebene Größe gilt für einen Objektabstand vom 9,8fachen der Brennweite. Die hintere Schnittweite 53 ist konstant. Die bildseitige Schnittseite bezeichnet den axialen Abstand h-, zwischen der letzten Fläche R* und der Bildebene. Die Flächen R) und Ra sind beide asphärisch. Die zugehörigen Koeffizienten sind in der vorstehenden Tabelle angegeben.

I = 1.000

Ba u länge = 0.120

Beispiel C P= 0.160 I :8,6

16

Linse

Radien

Anstand der
Linsenflächen

III

1.836

.617

1.836

42.3

31.0

42.3

Λ, =	0.2568
Λ,=	0.6078
R; =	-0.5648*)
«4 =	0.2938
R,=	-14.63
Λ,,=	-0.3959

ί, = 0.0200
λ, =0.0341

/_: = 0.0100
S₂ = 0.0359

ι, = 0.0200
.ϊ, = 0.937

') asphärisch β; =- 3.590

/' = l'ei/vakummc

Bei dem Ausführungsbeispiel C beträgt die Baulänge des Objektivs etwas weniger als ein Achtel seiner Brennweite. Die Petzvalkrümmung beträgt 0,160. Bei diesem Objekt wird das Einstellen nicht durch das Verstellen der vorderen Linse I bewirkt. Es ist nur eine asphärische Fläche R} vorgesehen. In der vorstehenden Tabelle sind ihr Scheitelradius und ihr asphärischer Koeffizient angegeben. Es ist zu beachten, daß bei den Linsen I und III die gleichen sehr hohen Brechwerte und mittlere bis niedrige Abbesche Zahlen vorgesehen sind, und daß die Fläche R2 verhältnismäßig stark gekrümmt ist. Die Anwendung mittlerer bis niedriger Abbescher

2ϊ Zahlen und der verhältnismäßig starren Krümmung der Fläche R2 wird dadurch ermöglicht, daß s\ konstant bleibt Da zum Fokussieren keine Linse verstellt wird, werden die Korrekturen bezüglich der restlichen Aberrationen nicht gestört.

30

	1.000 Bau länge =	1.729	Beispiel	D	0.2538 2.430	Abstand der Linscnflachen
/■=	Linse η,/	1.596	0.120 P= 0.160	1 : 8.6	-0.3871*) 0.2555	I1 = 0.0200 λ, = 0.0302
	I	1.788			-2.283 -0.3395	I; =0.0100 .?: = 0.0398
Il	sphärisch //; = 10.3 Pcl/viilsiimmc	54.2			/., = 0.0200 λ, = 0.9276
111	39.2	Radien
*) a P-	50.5	R1 = Λ; =
	Ry =
R,=

Bei dem Ausführungsbeispiel D beträgt die Baulänge des Objektivs etwas weniger als ein Achtel seiner Brennweite. Seine Petzvalkrümmung beträgt 0,160. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die vordere Linse I nicht zum Zweck des Foki'ssierens verstellt wird, bleibt der Luftabstand s<, konstant. Die Fläche /?j ist asphärisch. In der vorstehenden Tabelle sind ihr Scheitelradius und ihr asphärischer Koeffizient angegeben. Bei dieser Ausführungsform hat die hintere Linse III die höchste Brechzahl.

Beispiel I·

/—1.000 HiIUlUiIgC = (M20 /'=0,160 I : 8,6

I inse

KiI(IlCIl

\hslaml der I iMsiMilliiche

.802

0.2583
0.5146

!■ 0.(1200
ν 0.0420

Fortsetzung

Linse

ihi

Radien

Abstand tier
Linsenlläehen

II!

1.617

1.881

JM)

41.0

*) asphärisch ß_s = 2.512
/' = I'etzvalsumme

Ri = -0.4750*)
R, = 0.3.18')

R, = 21.42
R₁, = -0.3848

h =0.0100
S₂ - 0.0280

/., = 0.0200
ν, = 0.9412

Bei dem Ausführungsbeispiel E betragt die Baulange des Objektivs weniger als ein Achtel seiner Brennweite. Die Petzvalkrümmung P beträgt 0,160. Es ist nicht vorgesehen, die vordere Linse I zum Zweck des Fokussierens zu verstellen. Die Fläche Rz ist asphärisch. In der Tabelle sind der Scheitelradius und der asphärische Koeffizient angegeben. Die Fläche R2 hat eine verhältnismäßig starke Krümmung. Da der Luftabstand s\ nicht variabel ist, kann man mittlere bis niedrige Abbesche Zahlen vorsehen. Infolgedessen können die Linsen I und III daher sehr hohe Brechzahlen aufweisen. Die Linse III hat die höchste Brechzahl, d.h. ifa= 1,881. Die asphärische Krümmung der Fläche Ri ist sehr gering. Dieses wenig Raum beanspruchende Triplett nähert sich ziemlich weitgehend einer Konstruktion an, bei der nur asphärische Flächen vorhanden sind.

Beispiel F F= 1.000 Baulange = 0.089 />= 0.140 1:8,6

Linse	n„	>■,/	Radien	0.1775	Absland der Linsenllachen
I	1.6'3	57.4	K1 =	2.027	/, =0.0213
			R, =	-0.2928*)	ν, = 0.0139
Il	1.519	44.4	R; =	0.1605*)	/: = 0.0091
			Rx =	1.490	.ν, = 0.0264
III	1.697	56.2	Ä.=	-0.3379	0 -0.0183
			Λ..=		ν= =U.96I9
*) asphärisch /' l'e'/valsiimm	lh = 23.444 //, = -14.178 C	>··. = 600.4 Yi = 550.7

Bei dem Ausfuhrungsbeispiel F beträgt die Baulänge des Objektivs weniger als 9% seiner Brennweite. Seine Petzvalsche Summe P hat den Wert 0,140. Dieser Wert repräsentiert eine Bildfeldkriimmung, die für ein Triplett ungewöhnlich gering ist. Bei dieser Ausführungsform, wird die vordere Linse 1 zum Zweck des Fokussierens verstellt, d. h. der Luftabstand s\ ist variabel. Der in der Tabelle angegebene Wert gilt für einen Aufnahmeabstand, der dem 25,4fachen der Brennweite entspricht. Die bildseitige Schnittweite s\ ist konstant. Die Flächen Ri und Ra haben jeweils eine asphärische Krümmung. Bei den genannten Werten handelt es sich um die Scheitelradien der asphärischen bzw. nichtsphärischen Flächen. Ferner sind die Koeffizienten angegeben, welche die asphärischen Flächen bestimmen.

/·"= 1.000 Uaiiliingc = 0.0729

Beispiel Ci /' - 0.028 I :

I.ins

1.519

1.678

44.4

55.2

Radien	0.2635	Abstand der
	6.7715	Linsenlliichcn
«1	0.1X90*)	f, 0.0080
Ii,	O.23X6M	s, 0.0169
R:	/. 0.(1329
K,	s, 0.0071

Linse

Uadien

Abstand tier

III

asphärisch

1.519

//; -2'). 705
/I₁ 24.(134

44.4

/'■= l'et/\alsumme

Das Ausführungsbeispiel G nach der vorstehenden Tabelle zeigt, daß sich die Grundgedanken der Erfindung auch bei Tripletts anwenden lassen, bei denen die Linsen nicht so angeordnet sind, daß eine Zerstreuungslinse zwischen zwei Sammellinsen liegt. Zwar handelt es sich hierbei nicht um ein Objektiv, doch veranschaulicht auch diese Ausführungsform die Grundgedanken der Erfindung.

Die Petzvalkrümmung P ist kleiner als 0,300, und die Ii, = -0.5510
K₁,= 0.1775

I_x = 0.0080 ν, - 1.0624

Baulänge des Objektivs überschreitet ein Achtel der Nennbrennweite nicht. Die Aberrationen der dritten Ordnung sind gegen Aberrationen von höherer Ordnung abgeglichen, um den äußeren Teil des Bildfeldes zu verbessern. Zwar arbeitet dieses Objektiv hinreichend gut bei 1:11 und einem Bildwinkel von 40°, doch wird das Bild bei 1 :8,6 und einem Bildwinkel von 48° an den Ecken unscharf. Eine Fokussierung mit Hilfe der vorderen Linse I ist nicht vorgesehen.

Beispiel II F= 1.000 Baulünge = 0.0683 /^J = 0.163 1:8,6

Lins

Radien •\bsland der Linscntlächcn

') asphärisch

1.678

1.519

1.615

55.2

44.4

lh - 20.22')') )-, ■ 757.4
/(, " -21.00(W ,4 ')I8.') K₁ = 0.1828
R₁ = plan

R, -- -0.2549*1
Λ,- 0.1634*)

K, - -2.24·;
K₁, - -0.2440

r, = 0.ÜI53 .ν ι = 0.0133

I₁ = 0.0065 v_: - 0.0189

/, = 0.0143 v, = 0.9731

/' l'ciivulsummc

Das Objektiv nach dem vorstehenden Beispiel H hat eine sehr geringe Bildfeldkrümmung, da die Petzvalkrümmung P den Wert von 0,163 hat. In diesem Fall ist die vordere Linse I zum Zweck des Fokussierens verstellbar. Die Baulänge des Objektivs beträgt weniger als 7% der Nennbrennweite bei einem Aufnahmeabstand, der dem 9,7facl;en der Brennweite entspricht. Bei der Einstellung auf »Unendlich« ist die Baulänge des Objektivs sogar noch geringer. Es sei bemerkt, daß bei den Ausführungsbeispielen A₁ B und F mit Fokussierung mit Hilfe der vorderen Linse I die angegebene Baulänge für den genannten Luftabstand S\ gilt und daß die Baulänge bei diesen drei Ausführungsbeispielen noch geringer wird, wenn man die Objekti /e auf »Unendlich« einstellt. Der Luftabstand S\ ist variabel. Der genannte Wert gilt für einen Objektabstand, der dem 9,7fachen der Brennweite entspricht. Der bildseitige Schnitt 5) ist konstant. Die Flächen /?j und /?4 sind beide asphärisch. Die sie bestimmenden Koeffizienten sind in der vorstehenden Tabelle ebenfalls angegeben.

Aus dieser Ausführungsform ist das Beispiel A abgeleitet, das im vollen Ausmaß optimiert ist und einen erweiterten Fokussierbereich aufweist.

Beispiel J

/■■=1.000 Haulüimc = 0.1149 /'-0.066 I : 8.6

Lins

U.ulien

Abstand der l.inscnllhuhcn

2.41

55.9 K, -- 0.246"

I₁ =0.0137

1.¹L¹12

2.417h

K.I.I	κ-η	I 5.22'I	\bsl.iml ikT
		0.41 I'd	I πΗ,ηΙΙ.κΊη
K	(>.Χ(.5Ι	Γ 0.007"
κ.	(I 4>ΐ(Ι	^ ΙΙ.Ο441»
K	/. 0.0117
R	S 0.'MI)S

ι ι-.i-h.i11v_V h /ι' .¹IiII

/.war sind bei dem Ausführungsbeispiel | nach der vorstehenden Tabelle die Materialien auf ungewöhnliche Weise gewählt, doch veranschaulicht .inch dieses Aiisfühmngsbeispicl die Grundgedanken der I.rfiniliing; /wischen zwei Linsen nut sehr hohen Hrech/ahlen ist eine Linse mit einer niedrigeren, jedoch ebenfalls noch hohen Brechzahl angeordnet. Das Bildfeld ist ziemlich ' eben, da die l'et/valkrümmung /' bei /7h.3 und einem Bildwinkel von 48 nur 0.06b betragt. Hie Hiichcn K₁ und Ri sind asphärisch, doch werden nur ^-Koeffizienten benötigt. Die Linsen I und III bestehen aus Diamant. Bei dem für die Linse II verwendeten (ilas handelt es ' sich um die Sorte LaSt -7. die Licht in einem hohen Ausmab absorbiert. Ls steht jedoch auch ein starker lichtdurchlässiges und optisch ähnlich wirkendes Material zur Verfügung. Hierbei handelt es sich um ein gesintertes kristallinisches, zusammengeschmolzenes Gemisch aus Yttrium- und Thoriumoxiden

Wenn die erste Linse I verstellbar ist um ein Fokussieren zu ermöglichen, erreicht die [!reite des Luftabstandes s ihren kleinsten Wen. wenn das Obiektiv auf unendlich eingestellt wird. ^:

Im folgenden werden nähere Angaben über asphärische flächen gemacht. Das Ziel der optischen Konstruktion besteht dann, ein kompliziertes optisches System so zu vereinfachen, daß sich cm mathematisches Modell der Konstruktion ebenso verhält wie ein ^: idealisiertes einfaches Linsensystem mit der gleichen Brennweite und der gleichen Apertur. Hierbei werden die Aberrationen von höherer Ordnung vernachlässigt, si) daß nur die Bildfehler niedrigerer Ordnung verbleiben. Wenn man die Apertur '.ergrößert. \er- "■ schlechten sich bei einem einfachen Objektiv die Bildqualitat sehr schnell. Diese Verschlechterung ist auf die Aberrationsgiieder von höherer Ordnung zurückzuführen. Man kann diese Glieder bei einem Linsensystem dadurch vernachlässigbar klein machen, daß man mit >' veränderlicher: Konstniktionsgrößen arbeitet, die bei zahlreichen Flächen, Glassorten usw. gegeben sind, um die achsenfernen Lichtstrahlen und Strahlenbündel zu beherrschen. Wenn die Aberrationen nicht zu groß sind, und das Objektiv mehrere Finzeüinsen umfaßt, steht -■ eine ausreichende Anzahl von Parametern zur Verfügung, so daß man nur sphärischen Flächen vorzusehen braucht. Wenn erhebliche Aberrationen austreten.

besieht eine gebräuchliche Lösung dieser Aufgabe tiarin, weitere Linsen hinzuzufügen, so daß zusatzliche Parameter für eine weitere Korrektur der restlichen Aberrationen verfügbar sind. Häufic ergibt sich hierbei eine Grenze ftir die Anzahl von Linsen, die sich in dem verfügbaren Raum unterbringen lassen. Häufig macht die Korrektur restlicher Aberrationen Schwierigkeiten, nur bei einem bestimmten Teil des Objektivs, bei dem spezielle Korrekturmaßnahmen getroffen werden müssen. Hierbei erweist sich die Verwendung einer asphärischen Fläche als die /weckmäßigere Lösung. F^:.ine asphärischc Korrektur bietet den großen Vorteil, daß sie sich direkt auf die .Störungsursache auswirkt.

Die Verwendung einer asphärischen Fläche führt zur Finführung der benötigten zusätzlichen Parameter, die benutzt werden können, um eine erheblich größere Zahl von Aberrationen zu korrigieren. Sie führen zu einer meßbaren Verbesserung der Abbildlingsleistung im äußeren Teil des Bildfeldes.

Wenn zusätzliche sphärische Flächen eingeführt werden, um eine starke Aberration zu verringern, muß man ziemlich starke Krümmungen vorsehen, bevor die I 'nterschiede zwischen den aufeinanderfolgenden Brechzahlen zur Wirkung gebracht werden können, um eine bestimmte restliche Aberration zu korrigieren Solche starken Krümmungen führen jedoch zu neuen Störungen anderer Art.

Die Formel für die asphärischen Flächen, die gemäO der firfindunp bei photographischen Tripletts angewen det w ird. lautet wie folgt:

i -■

cp-

vT -r/v

Up'

Diese Formel beschreibt eine Rotationsfläche durch die Angabe ihrer Höhe f über einer ebenen Bezugsfläche in einem Abstand ρ von der Rotationsachse. Diese Rotationsachse fällt mil der optischen Achse zusammen Die Krümmung der Fläche an ihrem Scheitel ist mit ί bezeichnet. Diese Größe entspricht dem reziproker Wert MR dei Scheitelradius. Die asphärische Krüm mung ist durch die Koeffizienten β und >· bestimmt. Die Werte dieser Koeffizienten richten sich nach dei beabsichtigten Wirkung der asphärischen Fläche aul achsenfernen Lichtstrahlen.

Ilicr/u 1 Blatt

Claims (1)

1. 2 133

   Piiioniii nsprüchc:

   1. Photographisches Objektiv in Form eines Tripletts, das von der langen Konjugierten, ausge- > hend in Richtung zur kurzen Konjugierten mit Luftabstand aufeinanderfolgend eine erste, als Sammellinse ausgebildete Linse mit einer in Richtung der langen Konjugierten orientierten konvexen Fläche, eine zweite als bikonkave Linse ι ο ausgebildete Zerstreuungslinse und eine dritte als Sammellinse ausgebildete Linse mit einer in Richtung der kurzen Konjugierten orientierten konvexen Fläche aufweist, wobei die Abbesche Zahl der ersten und dritten Linse um wenigstens 20% a größer ist als die Abbesche Zahl der zweiten Linse und wobei die Brechzahlen der ersten und dritten Linse erheblich höher sind als die Brechzahlen der zweiten Linse, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die objektseitige Linsenfläche der Bikonkavlinse (II) asphärisch ausgebildet ist und daß die Scheitelradien der drei Linsen innerhalb der nachstehend angegebenen Grenzen liegen:

   Erste Sammellinse (I)

   0.14 F < Ri ^ 0.50F

   -<» < A₂ < -l.OOFode

   0.4OF< R₂ ^ °°

   Bikonkavlinse (II)

   - °* < Λ₃ < -0.18F

   0.14 F < A₄ < 0.35 F

   Zweite Sammellinse (III)

   0.80F<|Ä.,|< °°
   -0.60F< Ä_h < -U.16F

   2.Objektiv nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Abbesche v-Zahl der ersten urd dritten Linse größer als 40 ist.

   3. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse eine Brechkraft besitzt, die wenigstens dreimal so groß ist wie die Brechkraft des Objektivs.

   4. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Oberflächen der zweiten als Bikonkavlinse ausgebildeten Linse asphärisch sind und mathematisch durch die polynomische Gleichung beschrieben werden können, die mindestens die nachfolgenden Ausdrücke umfaßt:

   CD²

   i = + Jp⁴ + yp"

   30 I +

   wobei I die Höhe der betreffenden nicht-sphärischen Flächen über eine Bezugsfläche, c der Reziprokwert des Scheitelradius und ρ der Abstand von der Achse ist, wobei β und γ Konstante sind, deren Werte so gewählt sind, daß die nicht-sphärischen Flächen eine optimale Wirkung auf achsenentfernte Strahlen ausüben.

   5. Objektiv nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse zum Zwecke der Entfernungseinstellung verstellbar ist

   6. Objektiv nach einem der Λ nsprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten aufweist:

   F=LOOO Baulänge = 0.0696 P = 0.160 1:8,6

   Linse 1.678 20.150
   -20.833 55.2 Radien 0.1823 *) Abstand der
   Linsrnflächen I R₁ = plan ·) I₁ =0.0153 I.5I9 44.4 R₂ = -0.2585 S₁ = 0.0137 II Ry = 0.1624 I₂ = 0.0065 1.615 51.2 R₄ = -2.578 .S₂ = 0.0199 III R_s = -0.2496 h = 0.0142 *) asphärisch ß_} =
   A =
   (Beispiel A = Fig. 2)
   /*= Petzvalsumme γ, = 766.4
   Y₄ = 929.8 Re = s, = 0.9708

   7. Objektiv nach einem der Ansprüche 2 bi,s 5 , dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten aufweist:

   F= 1.000 Baulänge = 0.0614 P= 0.188 1:8,6

   Linse

   Radien

   Abstand der
   Linsenflächen

   1.678

   55.2

   ₁= 0.1915
   , = -7.632

   I_x -0.0141
   s, = 0.0106

   3 Baulänge = 0.120 Baulänge = 0.120 21 I',, ''j 33 643 7 ■
   2 4 Abstand der
   Linscnflüchen I'nrtNi-'l/imu "d "rf 44.4 42.3 dadurch gekennzeichnet, daß I₂ = 0.0067 Linse il.i 1.836 1.729 K.idicii 0.160 1:8,6 S₁ = 0.0168 Π 1.519 55.9 31.0 A₃ = -0.2189*) Radien I₁ =0.0132 1.617 1.596 R₄= 0.1795*) R₁ = 0.2568 .T₃ - 0.9946 III 1.611 Y₃ = 670
   )4 = 498 42.3 A₅ = -1.0021 R₁ = 0.6078 1.836 1.788 2 bis 5, A₆ = -0.2021 R_}= -0.5648*) es die folgenden Konstruktions- ♦) asphärisch β- = 20.227
   ß₄ = -22.134
   (Beispiel B)
   P = Petzvalsumme P = R_A = 0.2P38 8. Objektiv nach einem der Ansprüche
   daten aufweist: ·) asphärisch ß₃ = 3.590
   (Beispiel C)
   P= Petzvalsumme *) asphärisch jS, - 10.323
   (Beispiel D)
   P= Petzvalsumme 2 bis 5, R₅ = -14.63 Abstand der
   Linsennachen F = 1.000 9. Objektiv nach einem der Ansprüche
   daten aufweist: P = A₆= -0.3959 f, = 0.0200 Linse F= 1.000 i, = 0.0341 I Linse 54.2 dadurch gekennzeichnet, daß I₂ =0.0100 I 0.160 1:8,6 S₁ = 0.0359 II 39.2 Radien I₃ = 0.0200 II A₁ = 0.2538 S₁ = 0.937 III 50.5 R₁ = 2.430 III Ri = -0.3871') es die folgenden Konstruictions- Zf₁= 0.2555 Λ, = -2.283 Abstand der
   Linsenflächen A₆ = -0.3395 I, = 0.0200 5, = 0.0302 I₂ = 0.0100 S₂ = 0.0398 I₃ = 0.0200 j, = 0.9276

   K). Objektiv nach einem der Λ η spun, he 2 Ims v d.ulini h gckenn/ek hnel. il.tll es die leitenden K ι in stm kl ion ■ iliiten iuirwcist:

   / 1.(HKl Hiiuljniu· 0.120 /' ο INI I S.6

   I 11IM-IiIl₁HIiIn

   R 0. 2>83 /, 0.0200 R 0. 5146 i, 0.0420 H 0 / onion R: II. V-S¹I 0.02X0 R 21 P ι 0.0200 R 0. ISIS 0.¹M I 2

   I.S02 4-1..Ϊ

   IM

   I >X| Il 0

   ι H₁-isi'ii-l I ■

   I' IVl/'..lUuil!:l'.·

   Il (thick Ιι\ iiiii. h eiin-ni ilcr \ μ sprue he 2 I¹I^ ^ς. (Ι.κΙιιγι,Ιι tiekenn/eiehnel. (I ι« es die Γι ι Ιμ end cn KiinstriikliDiisd.ileii .lulweisl

   / I.IMKl H.niHinL'e 0 iiX'l /' Ii | In | s.(>

   Ll.

   I.s I·. 44 J

   Iv .•■hen O.I":" I v,- Ι.ιικΙ iler R 2.027 I. 0.0213 R ■ο.2')28*ι > (1.0139 R . 0.1605*1 I- 0.(KWl K 1.4¹XI ν-- (1.0264 R -0. ·?ί7ι) I: 0.0183 R ^. - 11¹If-19

   12 Ohiektn n.nil einem der \π-ρπι^Ικ- 2 his 5. vl.ulnri.li μ_■ kennzeichnet. d:iB es die folgenden Konslruktionsd.ilen .lufweist

   / I.IKKl H.iul.iniie on-;'-) /' ll.iCS ] : Si.

   1 m~e ■: K.idi.n Ahstiind der

   Lins-enfliichen

   I 1.519 44.4 R= -0.2635 r = 0.0080

   /? - -6.7715 5; = 0.0169

   II 1.6-v vv2 R - 0.1890*) r_: = 0.0329

   R: -0.2286*) λ- = 0.0071

   III \ \ί t: : R 0.5510 ; = 0.0080

   Λ O.I7^T5 S-. = 1.0624

   7 8

   13. Objektiv nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet daf.s es die folgenden Konslruklionsilaten aufweist:

   / 1.000 Haulange 0.0683 /' 0.163 1:8.6

   linse ",; I·./ Radien 0.1828 Absland der hin linsenDäeheii I !.678 55.2 Ii 0.2549*1 i, -- 0.0153 Ii* ■- ρ 0.1634") s, - 0.0133 Il 1.519 44.4 Ii: 2 249 / 0.0065 R, 0.244(1 s, 0.0189 III 1.615 51.2 Ii. ι-. Ο.ΟΙ43 R, S-. 0.9731 ' I .tsnh.trisi.ll "; λ¹')') ). ",I (Heisniel lh ' ' 1

   14. objektiv nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daH es die folgenden Konstrtiktionsdalen .iiifweist: