DE2147776A1 - Weitwinkel (Fischaugen ) Objektiv - Google Patents

Description

Case 178

Ibkyo, Japan

Weitwinkel- (Fischaugen-) Objektiv

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkel-(Fischaugen-) Objektiv, insbesondere die vordere Linsengruppe eines solchen Objektivs.

Das Fischaugen-Objektiv unterscheidet sich in der Art der Projektion von gewöhnlichen Objektiven und hat eine 100%-ige Verzeichnung bei seinem Halb-Bildfeldwinkel 90 . Das bedeutet, daß das

einen Blick _o

Fischaugen-Objektiv/in den Halb-Bildfeldwinkel 90 ermöglicht, der im begrenzten Bereich fokussiert werden kann. Um dieses Merkmal vorzusehen, wird eine Linsengruppe mit negativer Brechkraft im vorderen Teil des optischen Systems vorgesehen, um eine große negative Verzeichnung herzustellen.

Die Form einer solchen zerstreuenden Linsengruppe kann etwa in zwei Kategorien aufgeteilt werden. In einer Kategorie hat der Krümmungsradius der ersten Oberfläche des optischen Systems im Vergleich zum effektiven Durchmesser dieser Oberfläche einen großen Wert, wie es z.B. in der Deutschen Patentschrift 672 393 dargestellt ist. In der anderen Kategorie ist die erste Oberfläche des optischen

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Systems vom Objekt her gesehen konvex, und der Krümmungsradius der ersten Oberfläche ist kleiner als ihr effektiver Durchmesser, wie es in der Japanischen Patentauslegeschrift 18 718/1964 dargestellt ist. In beiden Kategorien wird gewöhnlich hinter der ersten Fläche eine Blende angebracht.

Die zerstreuende Linsengruppe der erstgenannten Kategorie trägt zur Reduzierung der Abmaße des gesamten optischen Systems bei, während es gleichzeitig der breite Einfallswinkel flach auf der ersten Fläche auftreffendefStrahlen mit sich bringt, daß die Strahlen in dieser Fläche stark gebrochen werden. Als Folge davon ist die Querschnitt sfläche des Lichtstrahls nach der Brechung viel größer als vor der Brechung, und das hat wiederum nicht nur eine ungenügende Menge von Randlicht zur Folge sondern auch Aberrationen, die wegen der krassen Lichtbrechung entstehen. Wenn die erste Fläche des optischen Systems flach ist, wie in dem oben angeführten Deutschen Patent, wird die Menge des Randlichtes im Halb-Bildfeldwinkel 90 Null. Es ist somit ohne weiteres einzusehen, daß derartige Linsengruppen wesentliche Schwierigkeiten bereiten, wenn sie als Fischaugen-Objektiv dienen, dessen Halb-Bildfeldwinkel 90° überschreitet.

Im Fall der zweitgenannten Kategorie sind die Abmessungen des

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Linsensystems größer, aber die größere Tiefe der ersten Fläche bringt einen schmaleren Einfallswinkel der flach auf diese Fläche auftreffenden Strahlen und schafft dementsprechend in dieser Fläche eine geringere Lichtbrechung. Das wiederum ermöglicht die Querschnittsflächen des Lichtstrahls vor und nach der Brechung auf einem mäßigen Wert und auf ein Verhältnis von etwa 1:1 zu halten. Somit ist vermieden, daß die Menge des Randlichtes nicht ausreichend ist und es ist in Wirklichkeit größer als die Menge des Lichtes, das durch die Mitte des Bildfeldes eintritt. Die geringere Brechkraft der ersten Fläche macht es jedoch notwendig, daß die zweite und dritte Fläche die Lichtstrahlen stärker brechen, um sie zur optischen Achse parallel zu machen.

Das bedeutet, daß die zweite Oberfläche einen Krümmungsradius haben muß, der kleiner als ihr effektiver Durchmesser ist. Mit anderen Worten, es ist notwendig, daß die negativen Oberflächen der folgenden Linsen, die den vorderen Teil des Fischaugen-Objektivs bilden, eine solche Form bekommen, wie sie nötig ist, um die flach auftreffenden Strahlen nach und nach zu krümmen, d. h. solche Form, daß diese Oberflächen mehr zur Bildseite hin gekrümmt sind.

Somit bringt ein Fischaugen-Objektiv, das eine vordere Linsengruppe

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der zuvor genannten Kategorie aufweist, wesentliche Schwierigkeiten in der Formgebung dieser Linsengruppe mit sich und benötigt eine größere Zahl Linsen, Es ist jedoch von Vorteil, wenn die Arbeitsweise die primäre Betrachtung ausmacht, da es eine größere Menge von Randlicht und eine stärkere Vergrößerung des Bildfeldwinkels schafft.

Die vorliegende Erfindung liegt in der Schaffung eines Fischaugen-Objektivs, dessen Halb-Bildfeldwinkel durch Teilen eines Streuminiskus in drei Komponenten von 90 bis 110 reicht. Erfindungsgemäß weist die vordere Linsengruppe des Fischaugen-Objektivs drei Streuminisken auf, die mit ihrer konvexen Fläche zum Objekt hin zeigen, eine bikonkave Linse und eine sammelnde, .dieser bikonkaven Linse benachbarte Linse, wobei alle diese Linsen in der genannten Reihenfolge vom Objekt her gesehen angeordnet sind. In einer erfindungs gemäßen Ausführungsform ist die Sammellinse an die bikonkave Linse gekittet, und in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Sammellinse in einem Abstand von der bikonkaven Linse angebracht, wobei zwischen beiden ein Luftspalt gelassen ist. Die Oberfläche der Sammellinse, die sich neben der bikonkaven Linse befindet, ist konvex. Diese Linsen sind so angeordnet, daß sie gewisse Bedingungen erfüllen, die im folgenden ausführlicher beschrieben werden.

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Die Erfindung soll an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen;

Fig. 1 einen Längsschnitt entsprechend dem erfindungsgemäßen Beispiel I;

Fig. 2A, B und C graphische Darstellungen der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnungs-Abbildungsfehler in Beispiel I;

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend dem erfindungsgemäßen Beispiel II;

Fig. 4A, Bund C graphische Darstellungen ähnlich Fig. 2, je-r doch auf Beispiel II bezogen;

Fig. 5 einen Längsschnitt entsprechend dem erfindungsgemäßen Beispiel III;

Fig. 6A, B und C graphsiche Darstellungen ähnlich der Fig. 2, aber auf Beispiel III bezogen.

Entsprechend der Zeichnung, besonders den Figuren 1, 3 oder 5, weist das Fischaugen-Objektiv der vorliegenden Erfindung eine vordere Linsengruppe auf, die drei StreumCnisken Ll, L2 und L3 enthält, die mit ihren konvexen Oberflächen zum Objekt hin angeordnet sind, eine bikonkave Linse L4, und eine Sammellinse L5.

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Die Sammellinse L5 kann mit der bikonkaven Linse L4 zusammengekittet werden, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, oder sie kann von ihr getrennt angeordnet sein, wobei ein Luftspalt bleibt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Oberfläche der Linse L5, die neben der Linse L4 angeordnet ist, ist konvex. Diese Linsen sind in der aufgeführten Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet, so daß sie die folgenden Beziehungen erfüllen;

2.0> ^-> 1.5,

2> f±_ > 1.5, ^R4

wobei R₁ bis R_R die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden Oberflächen der Linsen Ll bis L3 darstellen, und φΐ bis ^6 die effektiven Durchmesser dieser Oberflächen. Diese Bedingungen erlauben den Lichtstrahlen 10 mit Winkeln einzufallen, die gleich oder größer als der Bildfeldwinkel von 90 sind, um entsprechend gebrochen zu werden, und sie sind wichtig für die Bestimmung der

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Art und Weise des Fischaugen-Objektivs. Die Oberfläche der Linse L3, die neben der Linse L2 angebracht ist, hat einen Krümmungsradius, der größer als der effektive Durchmesser dieser Linse ist, da flach auftreffende Strahlen, die in die Linse L3 eintreten, schon durch die vorhergehenden Linsen Ll und L2 gebrochen worden sind.

Aus demselben Grund ist die Linse L4 bikonkav. Ihre der Linse L3 benachbarte Oberfläche ist bezüglich dieser Linse L3 konkav. Das von den Linsen Ll bis L3 gebrochene Licht wird durch die Linse L4 weiterhin gebrochen, um dann durch die Linse 5 hindurchzugehen und in eine nachfolgende Sammellinsengruppe mit kleinem Einfallwinkel einzutreten, um so die Flachheit des Bildfeldes wirksam aufrechtzuerhalten.

Sind die Zerstreuungskräfte der Zerstreuungslinse L4 und der Sammellinse L5 jeweils durch V. und V dargestellt, dann stehen sie in folgender Beziehung zueinander:

V **· V ^V4 / ^V5

Da die Linsen Ll bis L4 alle Zerstreuungslinsen sind, dient diese Beziehung zur Aberrationskorrektur in den Vergrößerungsoberflächen.

Der beschriebene Aufbau der vorderen Linsengruppe für ein Fisch -

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augen-Objektiv sieht einen Bildfeldwinkel von 220 vor, aber einer solchen Linsengruppe, deren Brennweite negativ ist, muß eine Sammellinsengruppe folgen, da sie kein wirkliches Bild formen kann. Die Form der positiven Linsengruppe, die der vorderen Gruppe folgt, istleicht aus den verschiedenen erfindungsgemäßen Beispielen zu sehen ist, die in den Unteransprüchen 4, 5 und 6 dargestellt sind. In den Tabellen in diesen Unter ansprüchen stellt R den Krümmungsradius aufeinanderfolgender Oberflächen der Linsen dar (inklusive der hinteren Linsengruppe), φ ist der effektive Durchmesser der aufeinanderfolgenden Linsenoberflächen, d stellt die Linsendicken oder Luftspalte zwischen Linsen dar, η die Brechungsindizes der die Linsen formenden Gläser für die gelbe Helium-d-Spektrallinie, und Vd sind die Abbeschen Zahlen der Linsengläser»

Somit ist zu sehen, daß die vorliegende Erfindung in der Tat ein verbessertes Weitwinkel-Fischaugen-Objektiv schafft, das in Einfachheit und Wirksamkeit besser ist als Systeme nach Stand der Technik.

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Claims (6)

Nippon Kogaku K. K. -Case Patentansprüche . 1J Weitwinkel-(Fischaugen-Objektiv, gekennzeichnet durch eine vordere Linsengruppe und eine hintere Linsengruppe mit positiver Brechkraft, wobei die vordere Linsengruppe von der Objektseite her gesehen drei zerstreuende, zum Objekt hin konvexe Menisken aufweist, sowie eine bikonkave Linse und eine sammelnde, dieser bikonkaven Linse benachbarte Linse, und durch folgende Systembedingungen: h R R3 2 > 2 > tL \ 1^5' R4 ?

1.5 ,

V \ V
^V4 > ^V5

worin R bis R die Krümmungsradien und φ. bis ^₆ die effektiven Durchmesser aufeinanderfolgender Flächen der drei Zerstreuungs-

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mÄiisken sind, und V . und V die jeweiligen Zerstreuungskräfte der bikonkaven Linsen und der Sammellinsen sind.

2. Objektiv nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die bikonkave Linse mit der Sammellinse verbunden ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bikonkave Linse mit einem Abstand zur Sammellinse angebracht ist, um einen Luftspalt zwischen beiden zu lassen.

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4. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Daten: Gesamtbrennweite f * 6,3

Brennweite der hinteren Linsengruppe B. f. « 37, 657

Relative Öffnung F/2,

Bildfeldwinkel 220

R₁ »+143,47

R » + 52,5

R₃ « + 76,4

R₄ »+ 31,521

R » +150,00

R₆ »+17,1

R₇ - - ⁶⁰> °

R₀ »+ 22,625

R « + 23,9

+ 78,988

11

213

104,6

100,0

61,0

56,0

33,0

+278,333

- 7,0 » 28,0 « 3,8 « 21,8 * 3,0 « 16,5 « 7,0 « 0,6 » 12,6 25,0 1.8 2,8 3,00

η - 1,5168

η * 1,5168

η κ 1,5168

η η 1,62041

η μ 1,72825

η - 1,51823

Vd * 64,2

Vd « 64,2

Vd » 64,2

Vd « 60,3

Vd « 28,3

(Filter)

1,64831 Vd « 33,8

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R « -185,420

R₁-+ 52,03 d, ■ 7, 0 η «1,53375 Vd- 55,4

15 ö

-28,5 d - 2,0 n_g «1,7725 Vd « 49,5 - 77,0

45,0 d_1Q« 8,0 n₁₀- 1,51823 Vd - 59, 0

-14,4 d_1Q- 0,6 η «1,79631 Vd - 40,8

-110,0 d_o1 « 1,0 n₁₂ - 1,71736 Vd «29,5

35,0 d₂₂- 3,5 n₁₃« 1,5168 Vd « 64, 2

R₂₃- - 25,763

^d14" 0,1 ^d15- 7,0 ^d16- 2,0 ^d17" 13,0 ^d18" 8,0 ^d19- 0,6 ^d20- 0,1 ^d2l" 1,0 ^d22" 3,5

2 Q9 S *< 5/1024

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5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Daten: Gesamtbrennweite f » 2, 0

Brennweite der hinteren Linsengruppe B. f. ■ 22,306

Relative Öffnung F/2

Bildfeldwinkel

Beispiel II

"9
10
11
12
13

15

16

' +143,47 + 52,63 + 76, 4 + 33,0 +125,114 + 17,1

- 40,0 + 20,0 +139,1 +600, 0 -234,7 + 53,0

- 53,0 + 55,0 -788, 91 + 48,789

215

104,5

101,2

63,0

57,2

³³'°

10

¹Il

14

7,0 ⁿi - 1,51729 Vd · 64, 3 28,0 3,8 n₂ - 1,51707 Vd ■ 64, 1 21,2 3,0 ⁿ3 - 1,51707 Vd « 64, 1 16,5 5,0 ⁿ4 - 1,69037 Vd - 54, 9 15,0 ⁿ5 - 1,68871 Vd- 31, 1 240, 00 3,0 ⁿ6 - 1,61995 Vd ■ 60, 4 0,1 7,0 ⁿ7 - 1,48617 Vd « 82, 0 1.2 ⁿ8 ■ 1,60321 Vd - 38, 1 4,7 ⁿ9 « 1,61624 Vd - 31, 0 48,1 4,7 _n - 1,48617 Vd ■ 82, 0

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R₁₇*- 44,5 R₁₈-+ 63,1

R₁.* +1077,78 ι y

R₂₀-+ 40,0 R₂₁-- 60,0 R₂₂-+ 60,0 R₂₃ » -1466,043

■¹⁴~ 2U7776

^du· 0,7 ⁿii" 1,60294 Vd « 38, 1 ^d18"
rl s 4,0
1 η ⁿi2" 1,61624 Vd « 31,0 ^d19
^d20- L, U
4,7 ^ηΐ3" 1,48617 Vd ■ 82,0 ^d21- 0,8 ⁿl4" 1,68871 Vd » 31,1 d_nn* 4,0 1,61995 Vd « 60, 4

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6. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Daten: Gesamtbrennweite f = 10, 2 Brennweite der hinteren Linsengruppe B. f. « 25, 09

Relative Öffnung F/4

Bildfeldwinkel 220°

Beispiel III « +143, 47 u· 215 5 ^di - 7,0 ^Rl « + 52, 5 ^Ψ2 104, 2 ^d2 ' 28,0 ^R2 « + 76, 4 101, 0 ^d3 - 3,8 ^R3 « + 31, 521 u- 63, 0 ^d4 ■ 21,8 ^R4 * +125, 0 u- 56, 0 ^d5 * 3,0 ^R5 » + 17, 1 u- 33, ^d6 * 15,5 ^R6 « - 90, 0 ^d7 ■ 7,0 ^R7 - + 25, 5 ^d8 - 0,7 ^R8 ■ + 27, 16 ^d9 - 12,6 ^R9 « +180, 0 ^dio" 10,0 ^R10 « + 31, 0 ^dn" 10,0 ^BU ■ - 29, 0 ^d12- 2,0 ^R12 ■ - 58, 0 ^d13- 8,0 ^R1S - + 65, 00 ^d14" 11,3 ^R14 » - 16, 0 d - 1,6 ^R15

η « 1, 5168 Vd « 64,2

n₂ * 1,5168 Vd « 64,2

n₃ - 1,5168 Vd ■ 64,2

n₄ ■ 1,62041 Vd ■ 60,3

η « 1,72825 Vd ■ 28,3 n„ « 1, 51454 Vd » 54, 6

η » 1, 7847 Vd ■ 26,1

n_o « 1,51454 Vd « 54,6

n_g « 1,7495 Vd « 35,0

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-679,823

" ³⁶'¹⁴ d_lß- 10,0

17* ^1O'° ⁿ ₁₀" 1,56384 Vd « 60,8

^R17"⁺⁴⁰'° d₁₁₇- 10,0

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