DE2143701B2

DE2143701B2 - Photographisches super-weitwinkelobjektiv

Info

Publication number: DE2143701B2
Application number: DE19712143701
Authority: DE
Inventors: Yasuo Tokio Takahashi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1970-09-09
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1973-03-22
Also published as: DE2143701C3; GB1289660A; US3738738A; DE2143701A1; JPS4935693B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein photographisches Super-Weitwinkel-Objektiv.

Einer der Nachteile der bekannten Weitwinkel-Objektive besteht darin, daß mit Vergrößerung des Bildwinkels eine gesamte Reduzierung der chromatischen Aberration nur sehr schwierig möglich ist. Die Erfindung befaßt sich mit einem optischen System, das dazu bestimmt ist, die chromatische Aberration über die gesamte, zu nutzende Bildebene zu korrigieren und dadurch ausgeglichene Aberrations-Bedingungen bzw. Fehlerverhältnisse zu erhalten.

Um die vorerwähnten Anforderungen zu erfüllen, wird nach der Erfindung nun vorgeschlagen, daß das Objektiv aus zwölf Linsen besteht, von denen vier zur Bildung zweier Kittglieder jeweils paarweise verbunden sind, wobei die in den Ansprüchen 1 bis 3 enthaltenen Konstruktionsdaten erfüllt sind.

Nachfolgend werden nun die drei erfindungsgemäßen Super-Weitwinkel-Objektive näher erläutert, wobei Aufbau und Eigenschaften aus der Zeichnung ersichtlich sind. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das Linsensystem gemäß Anspruch 1.

F i g. 2 die Fehlerkurven des Systems gemäß Anspruch 1.

F i g. 3 einen Schnitt durch das Linsensystem nach Anspruch 2.

F i g. 4 die Kurven entsprechend F i g. 2 bei dem System der F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt durch das Linsensystem gemäß Anspruch 3 und

F i g. 6 die Fehlerkurven des Linsensystems der F i g. 5.

Die optischen Systeme bzw. Objektive sind dabei folgendermaßen aufgebaut: Die 1. Linse ist eine negative (Zerstreuungs-)Meniskus-Linse, die zum Objekt hin durchgebogen ist. Die 2. Linse ist eine positive (Sammel-) Linse. Bei der 3. und 4. Linse handelt es sich jeweils um eine negative Meniskus-Linse, die ebenfalls zum Objekt hin durchgebogen sind. Die 5. und 6. Linse sind verkittet. Dieses Kittglied kann eine positiv-negative Kombination entsprechend F i g. 1 oder eine negativ-positive Kombination gemäß den F i g. 3 und 5 sein. Es ist dadurch charakterisiert, daß es keine allzu große Brechkraft hat. Die 7. und 8. Linse sind Sammellinsen. Die 8. Linse ist mit der Zerstreuungslinse 9 verkittet. Bei der 10. Linse handelt es sich um einen positiven Meniskus, der zum Bild hin durchgebogen ist. Die 11. Linse ist eine zum Objekt hin durchgebogene Meniskus-Zerstreuungslinse. Die 12. Linse schiieSüch ist eine pian- oder bikonvexe Sammellinse.

Das optische System bzw. Objektiv besteht daher aus zehn Gliedern.

Die Objektive nach den Ansprüchen erfüllen folgende Systembedingungen:

(1) F/1,3 <|F₁.₂₃.₄|< F/0,7 F₁.2-3-4 <0

(2) 0,7 F < (/₄ + d₅ + d_b + I₅) < 1,1 F

(3) 20 < |r₅ - r₆| < 35

(4) 0,8 < l/sl/l/J < 1,2

(5) F/1,2 < IF₁.2...5.

(6) 0,15 < (/ι, - n_a) < 0,4

(7) 0,55 F < |r₁₅i < 0,85 F

(8) 0,7 F < r₂₀ < 1,4 F

(9) ι·,, r₂, )-3, r₄, r₅, > 55

wobei, außer wenn die 5. Linse eine Sammellinse ist, hinsichtlich der 6. Linse gilt: ι·₆ > 55.

In den vorstehenden Bedingungen (1) bis (9) bedeutet :

F/0,6|F₅.₆| > F/0,3

F₁2...5-6<0

r,s < 0

■2..

F die resultierende Brennweite des gesamten

optischen Systems,
i die resultierende Brennweite der erster, bis

zur i-ten Linse,
Ij den Abstand der /-ten Linse, d_k die Dicke der /i-ten Linse, r, den /-ten Krümmungsradius, n_m den Brechungsindex der rf-Linie der «i-tcn Linse.

i-„, dieAbbeschc Zahl der m-ten Linse. /„ die Brennweite der η-ten Linse und /„ die hintere Schnittweite.

Die Bedingung (1) gewährleistet mit der Bedingung (2) ein /_B, das größer als 1,7 F ist.

Wenn IF₁.2.3.41 kleiner ist als F/1.3. so ergibt dies eine Belastung auf den negativ arbeitenden (zerstreuenden) Oberflächen von r₂. r₆ und r_R. und dit Korrektur des Koma-Fehlers wird schwierig. Selbsi wenn, als Lösung für dieses Problem. Glas mit eineir größeren Brechungsindex für «,. n₃ und n₄ verwende wird, so daß die erwähnten Oberflächen schwächei gekrümmt sein können, so kann doch der chroma tische Unterschied bei der Vergrößerung nicht voll· ständig über den Wcitwinkel-Bereich korrigiert wer den. so daß noch eine beachtliche Aberration bleibt Dies liegt daran, daß nur Gläser mit vergleichsweis« kleinem i-Wert existieren (wenn beispielsweise dei Brechungsindex größer als 1,7 ist, dann existieren nui Gläser, deren Abbesche Zahl kleiner als 55 ist). An dererseits ist es dann, wenn 'F₁._; , ,^; größer al: F'0.7 ist, schwierig, einen größeren Wert für f_B 71 erreichen, so daß das Objektiv, dessen hlcrstellunj beabsichtigt ist, nicht verwirklicht werden ki.nn.

Wenn (Z₄ + d₅ + d_e + /,) größer is! als 1.1 F. s» ergibt sich eine günstige /„-Bedingung, es entsteh

jedoch der Nachteil, daß es erforderlich wird, die erste Linse oder die Frontlinscn-Gruppe oder aber die rückwärtige Linsengruppe im Durchmesser größer zu machen, so daß die Menge des am Umfang eintretenden Lichtes vergrößert wird, was die Korrektur der Aberration erschwert.

Bei der Bedingung (3) handelt es sich um ein besonders wesentliches Merkmal. Bedingung (1) bewirkt im allgemeinen eine chromatische Überkorrektion, wenn die zweite Linse nicht einen kleinen r-Wert und eine hohe Brechkraft aufweist. Unter der Voraussetzung, daß die Lichtstrahlen die 5. und 6. Linse durchsetzt haben und daß die durch die Bedingung (5) bestimmte negative Brechkrafl vorliegt, erscheint bei Betrachtung des dann unlerkorrigierlen Systems eim· ausgezeichnete Korrektur der chromatischen Aberration über den Weitwinkel-Bereich schwierig. Man erhält jedoch ein ausgezeichnetes Ergebnis mit Hilfe verhältnismäßig starker Unterkorrektur und unter Hinzunahme der Wirkung der rückwärtigen Linsengruppe.

Gemäß der Bedingung (3) ist es wünschenswert, daß die i'-Differenz groß ist. Ist jedoch diese Differenz zu erheblich größer als 35, so erfolgt eine zu starke Unterkorrektur, und es verbleibt somit zuviel unkorrigierte Aberration, die durch die rückwärtige Gruppe des Linsensystems noch korrigiert werden muß. Wenn andererseits die i-Differenz kleiner als 20 ist. so ist es schwierig, die erforderliche Unterkorreklur zu bewirken.

Die Bedingung (5) besagt, daß unter Voraussetzung der Bedingung (1) das aus der 5. und 6. Linse zusammengekittete Glied nahezu keine Brechkraft hat. Die Bedingung (4) ist selbstverständlich innerhalb des Bereichs der Bedingung (5) gültig. Wenn das Linsensystem bemerkenswert von der Bedingung (4) abweicht, so erfüllt es auch nicht die Bedingung (5). Infolgedessen ist — unabhängig vom Vorzeichen — hinsichtlich der Werte von |/_s[und |/₆| der Bereich der Bedingung (4) günstig, wie die Durchrechnungen zeigen. Die Bedingung (5) ist ursprünglich zur Verkleinerung des Objektivs vorgesehen. Es ist anzunehmen, daß eine Brechkraft wie IF₅.₆| > F/0.3 die verschiedenen Aberrations-Bedinsungen nicht stören dürfte. Zur Verkleinerung kommen die Dicken der 5. und 6. Linse natürlich in Frage. Es ist davon auszugehen, daß ein Wert von |F₅.₆[ der kleiner als F/0,3 ist. bis zu einem gewissen Maße für das Objektiv gemäß der vorliegenden Erfindung ungeeignet ist.

Die Bedingung (6) ist eng mit der Bedingung (7) verknüpft und bestimmt in geeigneter Weise den Betrag, der von der Korrektur der sphärischen Aberration und Koma-Aberration an der 15. Oberfläche abhängt. Wenn U₉-H₈ größer als 0,4 ist, so kann die Korrektur der sphärischen Aberration übermäßig werden. Hinsichtlich der Koma-Aberration bezüglich der Lichtstrahlen niedrig einfallender Strahlung wird die Höhenkorrektur in der Richtung, in der die Bildhöhe zunimmt, überc'^rk. Ist U₉-Ti₈ kleiner als 0,15, so kann durch das gesamte System die Wirkung der 15. Oberfläche, welche eine große negative sphärische Aberration hat, verlorengehen. Selbst wenn beabsichtigt ist, dies mittels einer anderen Oberfläche zu korrigieren, so ist es doch schwierig, dies einfach innerhalb des Bereiches zu tun, in dem die Aberrations-Bedingungen nicht ungünstig beeinflußt werden. Auch wird hinsichtlich der Koma-Aberration der Fehler in einer Richtung erzeugt, die der erwähnten Richtung entgegengesetzt ist.

Mit der Bedingung (7) soll die vorerwähnte Situation mit Hilfe einer anderen Voraussetzung kompensiert werden. Ist |r_1?| kleiner als 0,55 F, so ist der Effekt jedoch übermäßig, was zu einem Fehler führt, der auch erhalten würde, wenn n₉ — M₈ größer als 0,4 ist.

Mit der Bedingung (8) soll die Koma-Aberration hinsichtlich Strahlen niedrig einfallender Strahlungshöhe eines Bündels aus Lichtstrahlen korrigiert werden, welche einen verhältnismäßig großen Einfallwinkel haben. Wenn r₂₀ kleiner als 0,7 F ist, so ergibt sich als Ergebnis eine zu große Aberration bzw. ein zu großer Fehler in Richtung größerer Bildhöhe. Ist T₂₀ größer als 1,4 F, so kann der Fehler in der entgegengesetzten Richtung entstehen. Eine Kompensation dieses Mangels mittels eines anderen Gliedes des Systems ist nicht wünschenswert, da dadurch auch Lichtstrahlen beeinflußt würden, welche einen verhältnismäßig kleinen Einfallwinkel aufweisen.

Mit der Bedingung (9) soll ursprünglich erreicht werden, daß keine chromatische Aberration entsteht, d. h., es soll wirkungsvoll ein Achromatismus mittels der 6. Linse und der folgenden, restlichen Linsen erzeugt werden. Wenn der l-Wert einer Zerstreuungslinse, der in der Bedingung (9) erwähnt ist, kleiner als 55 ist, so muß der Wert der 2. Linse (einer Sammellinse) klein sein. Dies verstärkt chromatische Differenzen bei der Vergrößerung hinsichtlich Lichtstrahlen von großem Einfallswinkel. Selbst wenn die chromatische Differenz bei der Vergrößerung hinsichtlich großer Winkel korrigiert ist, so wird sie doch in bemerkenswertem Umfang hinsichtlich kleiner Winkel entstehen, was insgesamt zu einem unerwünschten Ergebnis führt. Infolgedessen ist es, um eine bessere Korrektur der chromatischen Differenz der Vergrößerung mit den Sammellinsen hohen i'-Wertes zu erreichen, wünschenswert, daß auch die negativen (Zerstreuungs-)Linsen keine chromatische Aberration infolge einer Uberkorrektur erzeugen. Die übliche Methode ist hierbei, negative Linsen mit hohem r-Wert zu verwenden. Der bemerkenswerte Umstand ist jedoch, daß Farbdifferenzen infolge der Vergrößerung durch eine Anordnung exzellent korrigiert werden, bei der jede Linse aus der Mehrzahl der Linsen, welche die Front-Linsengruppe bilden, einen hohen i-Wert hat, und daß der dazwischenliegende Teil in einen unterkorrigierten Zustand versetzt wird.

Für die Linsensysteme gemäß den F i g. I bis 3 gelten die nachfolgend aufgeführten Daten:

f, 23.4)

Fig. 1

Fig.2
Fig.3

-0,919 F
-0,918 F
-0,9186 F

-1,OF
1,19 F
■1,25 Γ

44,98 F

10,11 F

8,15 F

0,98 F
-0,97 F
-1,04 F

- 1,05 F
0,97 F
!,00F

309512/428

ίο

Tabelle der Seidel-Koeffizienten von F i κ. 1

	s,	S₂	S₃	P	S₅
1	0,002	0,007	0,029	0,075	0,424
2	-0,417	0,029	-0,002	-0,282	0,020
3	0,231	0,067	0,020	0,163	0,053
4	0,001	-0,005	0,037	0,045	-0,570
5	0,677	0,046	0,003	0,498	0,034
6	-5,429	0,951	-0,167	-0,795	0,169
7	1,235	0,320	0,083	0,331	0,107
8	-12,037	0,202	-0,003	-0,669	0,011
9	0,438	0,363	0,300	-0,101	0,165
10	0,483	-0,128	0,034	0,033	-0,018
'11	-0,486	-0,366	-0,275	0,060	-0,162
12	2,292	0,927	0,375	0,057	0,175
13	6,503	-1,191	0,218	0,349	-0,104
14	3,603	0,957	0,254	0,446	0,186
15	-21,010	0,589	-0,017	-0,107	0,003
16	-1,100	-0,529	-0,255	-0,351	-0,291
17	-0,395	0,185	-0,087	-0,177	0,124
18	16,147	-1,023	0,065	0,433	-0.032
19	-0,064	0,111	-0,191	0,107	0,145
20	-2,864	-1,271	-0,564	-0,397	-0,427
21	0,039	0,061	0,096	0,046	0.223
22	16,469	0,068	0,000	0,380	0,002
Summe	4,317	0,371	-0,047	0,142	0,239

libelle der Seidel-Koeffizienten von F i g. 2

	s,	S₂	S₃	P	s.
1	0,002	0,007	0,029	0,075	0,428
2	-0,419	0,021	-0,001	-0,282	0,014
3	0,228	0,072	0,023	0,161	0,058
4	0.001	-0,006	0,038	0,047	-0,570
5	0,721	0,054	0,004	0,508	0,038
6	-5,608	0,895	-0,143 - -	-0,807	0,152
7	1,171	0,341	0,099	0,321	0,123
8	-11,769	-0,062	-0,000	-0,658	-0,003
9	0,046	0,113	0,282	-0,203	0,197
10	4,981	0,233	0,011	0,048	0,003
11	-0.001	-0,013	-0,177	0,164	-0,174
12	1,411	0,671	0,319	0,053	0,177
13	4,601	-0,985	0,211	0,311	-0,112
14	3,278	0,907	0.251	0,447	0,193
15	-22,353	0.554	-0,014	-0,115	0,003
16	-0,917	-0,472	-0.243	-0,340	-0,300
17	-0,367	0,179	-0.087	-0,178	0,129
18	15.618	-0,993	0.063	0.439	-0,032
19	-0,057	0,106	-0.195	0.113	0,151
20	-2,875	-1.301	-0.589	-0.410	-0,452
21	0,037	0,060	0,098	0,046	0,234
22	15.993	0,105	0.001	0387	0,003
Summe	3,720	0,487	-0.019	0,127	0,260

Tabelle der Seidel-Koeffizienten von F i g. 3

	S₁	S₂	S₃	/'	S₅
I	0,002	0,007	0,027	0,075	0,412
2	-0,416	0,054	-0,007	-0,282	0,038
3	0,202	0,082	0,033	0,136	0,069
4	0,002	-0,011	0,051	0,060	-0,530
5	0,763	0,068	0,006	0,477	0,043
6	-5,897	0,795	-0,107	-0,754	0,116
7	1,366	0,354	0,092	0,322	0,107
8	-13,134	-0,038	-0,000	-0,643	-0,002
9	0,038	0,101	0,265	-0,197	0,180
10	6,062	0,292	0,014	0,055	0,003
11	-0,000	0,001	-0,160	0,161	-0,164
12	0,729	0,435	0,259	0,010	0,161
13	5,904	-1,124	0,214	0,327	-0,103
14	3,876	0,990	0,253	0,446	0,178
15	-24,559	0,625	-0,016	-0,113	0,003
16	-1,059	-0,508	-0,244	-0,341	-0,280
17	-0,379	0,179	-0,084	-0,171	0,120
18	18,675	-0,915	0,045	0.493	-0,024
19	-0,060	0,110	-0,202	0,126	0,139
20	-2,667	-1,196	-0,536	-0,407	-0,423
21	0,033	0,052	0,083	0,052	0,216
22	14,571	0,107	0,001	0,350	0,003
Summe	4,052	0,459	-0,012	0,129	0,263

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Photpgraphisches Super-Weitwinkel-Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß es a zwölf Linsen besteht, von denen vier zur Bildung zweier Doppellinsen jeweils paarweise verbundea sii wobei folgende Konstruktionsdaten vorliegen:

R₂ R₃ R₄

R*

R₉
Rio

R„

₁₂

Rn Rib R_t9

R20 R21

R₂₂

519,231 138,498 209,135

-757,390 78,365 49,066 117,788 58,350 -384,615 -55,288 -619,439 649,038 -106,296 83,111 -73,077 128,104 -192,308 -78,832 403,846 108,806 743,971 -89,216

Brennweite F = 100 11,06 dt 22,12 d₂ 37,50 d₃ 0,72 d₄ 8,99 ds 24,04 de 8,99 d₇ 20,67 ds 31,25 d₉ 31,25 dio 14,42 du 10,58 dl2 0,48 d_i3 16,83 d_l4 7,69 dis 7,69 die 7,21 du 0,48 die 6,73 d_l9 8,17 d₂₀ 16,83 d₂i

1,64000/60,2 «2 1,51633/64,1 «3 1,64000/60,2 M₄ 1,64000/60,2 «5 1,63636/35,4 «6 1,58913/61,2 "7 1,58913/61,2 «8 1,58913/61,2 M₉ 1,81554/44,4 »10 1,51823/59,0 "Il 1,76182/26,5 I₁₂ 1,51190/58,2

2. Photographisches Super-Weitwinkel-Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwölf Linsen besteht, von denen vier zur Bildung zweier Doppellinsen jeweils paarweise verbunden sind, wobei folgende Konstruktionsdaten vorliegen:

Brennweite F = 100

Ki 518,657 R₂ 138,308 R₃ 211,305 R₄ -726,730 R_s 76,838 R₆ 48,384 Ri 121,471

d₄

d₅

11,04

22,09

37,46

0,72

8,98

24,01

8,98

1,64000/60,2

1,51633/64,1

1,64000/60,2

1,64000/60.2

3 59,271 2 143 701 y 4 1,51633/64,1 Rs -168,083 1,60342/38,0 ds 20,65 Λ, 74,331 ds 21,61 «5 -R₁₀ -229,587 1,58913/61,2 dio 31,21 «6 •«u 696,345 du 14,41 «12 -119,358 1,58913/61,2 d₁₂ 10,56 «7 «13 83,019 1,81554/44,4 d₁₃ 0,48 A₁₄ -67,978 «14 16,81 "8 «IS 132,229 1,51823/59,0 d_l5 7,68 /I₉ R_lb -192,095 d\b 7,68 «.7 -77,808 1,76182/26,5 d\i 7,20 "io «18 384,190 d_is 0,48 «19 105,595 1,51633/64,1 d₁₉ 6,72 »Π «20 743,149 8,16 «21 -88,028 d₂i 16,81 "12 «22

3. Photographisches Super-Weitwinkel-Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwölf Linsen besteht, von denen vier zur Bildung zweier Doppellinsen jeweils paarweise verbunden sind, wobei folgende Konstruktionsdaten vorliegen:

Brennweite F =

«2

R,

«4

«6 «7 «8

R₉

«10

«„

«12

«14 «15 «■„ «,7

519,231

130,205

250,000

-569,697

81,731

51,734

121,154

60,657

-173,077

80,288

-239,723

3605,769

-113,405

83,173

-69,711

131,757

-199,519

ds d_b d-, ds

du, rf,·,

13,85

40,86

38,46

0,24

8,99

24,04

8,99

23,08

19,23

33,65

13,46

11,06

0,24

16,83

8,65

9.61

"2

"3

1,64000/60,2 1,51633/64,1 1,64000/60,2 1,64000/60,2

1,51633/64,1 1,62588/35,6

/I₇ 1,58913/61,2

1,58913/61,2 1,81554/44,4

1,51633/64,1

«18 -77,619 R_ig 353,365 «20 109,566 «2, 649,038 «22 -97,328

ί/_1Η 0,48

d_ig 6,73

(I_2n 9,61

ί/₂₁ 19,23

»j ,, 1,80518/25,5

;i₁₂ 1,51633/64,1