DE2148239C3

DE2148239C3 - Weitwinkel-Objektiv für photographische Zwecke

Info

Publication number: DE2148239C3
Application number: DE2148239A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Kawasaki Kanagawa Shimizu (Japan)
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1979-06-07
Also published as: JPS4920221B1; US3736049A; FR2108105A1; GB1337295A; DE2148239A1; FR2108105B1; DE2148239B2

Description

„, = 1,744

Vd_x = 58,1
Vd₁ = 44,9

= 1,62299 Vd₃ = 58,1

H₄ = 1,7725
H₅ = 1,51680

Vd₄ = 49,5
Vd, = 64,2

variabel zur Anpassung an den Objektabstand H₆ = 1,51680 KcZ₆ = 64,2

π-, = 1,78470 Vd₁ = 26,1

„₈ = 1,74443 Vd₃ = 47,9

H₉ = 1,713 fc = 1406,3, B. F. = 136,1

Vd₉ = 53,9

Die Erfindung bezieht sich auf ein hochgeöffnetes Weitwinkel-Objektiv für fotografische Zwecke.

Zur Erzielung eines Weitwinkel-Objeklivs ist es bekannt (französische Patentschrift 11 45 025), ein Vorsatzsystem aus zwei Wirkungsgruppen vor das eigentliche Objektiv zu schalten, wobei die Vordergruppc des Vorschaltsystems eine einfache sammelnde und zwei einfache zerstreuende Linsen, von denen mindestens eine ein konvexer Meniskus ist, aufweist. Die eine zwischen den Glaslinsen eingeschlossene Luftlinse ist negativ und die andere positiv. Unter diesen Bedingungen wird die Aufeinanderfolge der drei Glaslinsen als unwichtig angesehen.

Es ist auch bereits ein Weitwinkelobjektiv vom umgekehrten Teleobjektiv-Typ bekannt (deutche Öffe.nlegungsschrift 20 04 245), die eine ähnliche Linsenanordnung wie der Anmeldungsgegenstand aufweist, ohne jedoch die Leistungsdaten des neuen Weitwinkel-Objeklivs zu erreichen, insbesondere Was die Möglichkeit Von Nahaufnahmen angeht. Die Ursachp für die mäßige öffnung der Weitwinkel-Objektive vom umgekehrten Teleobjektiv-Typ liegt darin, daß die negative Brechkraft der vordersten Linsengruppe einen solchen hohen Absolutwert hat, daß es schwierig ist, die negative Verzeichnung, die sphärische Aberration und insbesondere die Koma zu korrigieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fotografisches Weitwinkel-Objektiv mit ausreichend gro-5¹) ßer Schnittweite, einer öffnung von F: 2,0 und einem Bildfeldwinkel größer als 74 zu schaffen, wobei die verschiedenen Objektivfehler, auch für Nahaufnahmen, gut korrigiert sind.

Die gestellte Aufgabe wird auf Grund der im Anspruch angegebenen Daten gelöst.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

F i g, I eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Objektiv,

F i g. 2 eine graphische Darstellung verschiedener Linsenfehler des Objektivs, nämlich der sphärischen Aberration (A), des Astigmatismus [B), der Verzeich-

nung (C) für unendlich große Objek(entfernung, und der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung (D), (£) und (F) für eine Nahaufnahme bei einer Vergrößerung von ¹Z₁₀.

Im folgenden wird auf F i g. 1 Bezug genommen, in welcher das erfindungsgemäße Weitwinkelobjektiv eine Reihe von -- von der Objektseite her gesehen — aufeinanderfolgend angeordneter optischer Glieder aufweist. Diese umfassen eine negative Meniskuslinse H mit objektseitig konvexer Vorderfläche, eine positive L inse L 2, eine negative Meniskuslinse 1.3 mit konvexer Vorderfläche, eine bikonvexe Linse LA, die mit einur negativen Linse LS verkittet ist, eine bikonvexe Linse L6, eine Blende S, eine bikonkave Linse Ll, eine positive Meniskuslinse L8 mit konkaver Vordeifläche und eine positive Linse L 9. Bei Betrachtung in Lichteinfallrichtung werden die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden Linsen durch T₁, r,... r₁₇, die Dicken der Linsen und der Luftspalte mit d_u d₂ ... t/_!6 und die Brechungsindizes der jeweiligen Linsengläser mit /i₍, /I₂.. .n₉ gekennzeichnet. Die Linsen von der negativen Meniskuslinse Li bis zur negativen Linse LS bilden zusammen eine vordere Wirkungsgruppe C und die Linsen von der bikonvexen Linse Lb bis zur positiven Linse L9 bilden zusammen eine rückwärtige Wirkungsgruppe M, wobei der Abstand zwischen der vorderen Linsengruppe C und der rückwärtigen Linsengruppc Λ/ variabel ist, um auch bei geringer Objektentfernung eine gute Korrektion zu erhalten. Das Linsensystem ist so ausgebildet, daß es die folgenden Bedingungen erfüllt:

Die Korrektur der sphärischen Aberration und der Verzeichnung erfolgt insbesondere in dem umgekehrten Galileisystem C. Die Verwendung von zwei getrennten negativen Linsen, beispielsweise der nega-5 tiven Meniskuslinse Ll und L3, ist auf eine zusätzliche Aufteilung des Anteils der Brechkraft gerichtet, wodurch die sphärische Aberration und Koma verringert wird, und die zwischen ihnen angeordnete positive Linse Ll dient zur Korrektur der negativen Verzeich-IO nung.

Im folgenden wird die Bedingung (2) betrachtet, die lautet:

I/el > 3/

1 «5 - "4 1

5/ " r₈ 10/

/I₄ — H₅ > 0,1

Γιο > I - r_u I (3)

0,55/ < |-r_I2| < 0,73/ (4)

0,75/ < d_l2 + _£/,j + (Z₁₄ < 0.45/ (5)

wobei fc die kombinierte Brennweite der vorderen Wirkungsgruppe C und / die Brennweite des Gesamtsystems bezeichnet.

Die Bedingung (1) bedeutet, daß der Absolutwert der kombinierten Brennweite/c der von der nagaliven Meniskuslinse Ll bis zur negativen Linse LS gebildeten Wirkungsgruppe größer als der Wert der Gesamtbrennweite / ist und daß dieser Abschniti: C des Linscnsyslemsein im wesentlichen umgekehrtes afokales Galileisystem als Vorschaltsystem darstellt, während die bikonvexe Linse Lb bis zur positiven Meniskuslinse L9 ein Hauptsystem W mit positiver Brechkraft bilden. Es ist also die Kombination eines umgekehrten im wesentlichen afokalen Galileisyiitems C und eines Haüptsystons M vorgesehen. Allgemein gesprochen neigt dasi umgekehrte Galileisystem zu negativer Verzeichnung, innerer Koma, überkorrl· gicrter sphärischer Aberration und, relativ zum Hauptsystem, zu kleinem Eildfeldwinkel, was eine geringe Krümmung des Bildfdds zur Folge hat.

5/

0,1

Diese Bedingung ist Für die Korrektur der sphärischen Aberration einzuhalten. Im einzelnen bedeutet sie, daß der Krümmungsradius r₈ eine rlrechkraft erfordert, die erheblich größer als die an der Zwischenfläche zwischen zwei Linsen zu erwartende Brechkraft ist, und einen hohen Grad an Korrektur der sphärischen Aberration bewirkt, die bei optischen Systemen mit einer öffnung von F: 2 selbstverständlich berücksichtigt werden muß. Nach dieser Bedingung tritt ein hoher Grad von sphärischer Aberration im negativen Sinn auf, wenn die Brechkraft der Linse ihre obere Grenze überschreitet, jnd sie nimmt eine positive Krümmung an, wenn die untere Grenze der Brechkraft überschritten wird. Die Vergrößerung des umgekehrten Galileisystems C liegt bei etwa 0.7.

was zur Verminderung des Auftreffwinkels auf das Hauptsystem M und zur Errichung eines guten endgültigen Bildfeldes dient.
Die Bedingung (3) lautet:

MO -^ I ~ M1 * · 40

Diese Bedingung bezieht sich auf die Korrektur der inneren Koma. Diese Bedingung führt zu einer Brechkraft in der Vorderfläche der bikonvexen Linse Lb, die geringer als die in der rückwärtigen Fläche dieser Linse ist. Die Form dieser Linse ist angepaßt an die Kurve der sphärischen Aberration in negativem Sinn, wenn ein weiter von der Linse entfernterer Objektpunkt in einen näher an der Linse liegenden Brennpunkt gebracht werden soll. Eine solche Linsenform Führt zu einer positiven Sinusbedingung und schafft äußere Koma, wodurch die von dem umgekehrten Galileisystem C" erzeugten inneren Koma unwirksam gemacht werden.

Beuingung (4) dient zur Umwandlung eines durch die bikonvexe Linse Lb hindurchtretenden konvergierenden Lichtstrahls mit großer negativer sphärischer Aberration in einen divergierenden Lichtstrahl und dadurch zur Korrektur der sphärischen Aberration in positivem ^inn. wobei die Schnittweite erheblieh vergrößert wird. Das bedeutet, daß die Bedingung (4), d.h.

0,55/ < |-r_u| < 0,73/

anzeigt, daß die Vorderfläche der bikonkaven Linse Ll einen größeren Absolutwert der negativen Brechkraft hat. Diese Bedingung dien t deshalb zur Korrektur der von der bikonvexen Linse L6 erzeugten negativen sphärischen Aberration. Wenn die untere Grenze der

Bedingung (4) überschritten wird, wird die sphärische Aberration überkorrigiert, und wenn die obere Grenze überschritten wird, wird die sphärische Aberration nicht allein untcrkorrigief t, sondern es kann auch keine große Schnittweite erreicht werden. Die Bedingung (4) reicht jedoch nicht zur Erhöhung der Schnittweitc auf einen erforderlichen Wert hin, und für diesen Zweck muß außerdem die Bedingung (5) erfüllt sein, die lautet:

0.25/ < d_n + d_n + d_u < 0,45/.

Diese Bedingung bestimmt den Scheitelabstand zwischen der Vorderfläche der bikonkaven Linse Ll und der rückwärtigen Fläche der positiven Linse L8. Zwischen diesen Flächen wirkt keine positive Brechkraft, so daß ein größerer Wert von d_i2 + d_l3 + d_u zu einer größeren Schnittweiie führt. Mit anderen Worten, wenn der untere Grenzwert der Bedingung (5) erreicht wird, kann die notwendige Größe der Schnittweite nicht mehr erhalten werden, und wenn die obere Grenze überschritten wird, wird die Schnittweite zu lang, und das Bildfeld neigt zu einer Krümmung in positivem Sinn.

Durch Erfüllung sämtlicher vorstehend erläuterter Bedingungen kann ein Weitwinkel-Objektiv geschaffen werden, welches eine öffnung von F : 2, einen Bildfeldwinkel von 74,5" und eine Schnittweitc hat, die l,3mal so groß wie die Brennweite ist.

Allgemein kann gesagt werden, daß bei Objektiven vom umgekehrten Teletypus ein sehr geringer Objckt-Abstand (Nahaufnahme) eine Krümmung des Bildfeldes in positivem Sinn zur Folge hat und daß der Grad dieser Krümmung um so größer ist, je größer die relative öffnung und der Bildfeldwinkel sind. Bei einem Weitwinkel-Objektiv mit relativ großer öffnung, wie bei dem erfindungsgemäßen Objektiv, muß der Abstand für Nahaufnahmen deshalb üblicherweise auf die Größenordnung von 20/ beschränkt werden.

Daraus erklärt sich die Tatsache, daß ein Weitwinkel-Objektiv, dessen Bildfcldwinkel in der Größenordnung von 60° liegt, üblicherweise eincfi kürzeren Nahaufnahmeabstand hat, als ein Weitwinkelobjektiv, dessen Bildfeldwinkcl in der Größenordnung von 74" liegt, obwohl das erstere eine längere Brennweite und eine größere relative öffnung hat. Die crfindungsgemäße Kombination eines im wesentlichen afokalen umgekehrten Galileisyslcms C und eines Hauptsyslcms /Vi ermöglicht es, den Abstand d_q zwischen ihnen in Abhängigkeit vom Aufnahmeabstand zu verändern, so daß die positive Krümmung des Bildfeldes praktisch aufgehoben wird. Die Abweichungen in der sphärischen Aberration und der Verzeichnung, die in diesem Fall auftreten können, sind vernachlässigbar, weil sie durch das umgekehrte im wesentlichen afokalc Galileisystcm C selbst korrigiert werden.

Die Linscniehicr des ernndungsgemäßen Objekiivsystems sind in F i g. 2 graphisch dargestellt, wobei {A), [B) und (C) in dieser Reihenfolge die sphärische Aberration, den Astigmatismus und die Verzeichnung für einen unendlich großen Aufnahmeabstand und (D), (E) und (F) die sphärische Aberration, die Astigmatismus und die Verzeichnung für eine Nahaufnahme

bei einer Vergrößerung von fi = — Vio wiedergeben. Im Falle einer Nahaufnahme bei einer Vergrößerung in der Virößenordnung von '/io ^w'^rd eine gute Korrektion erreicht, ohne daß, verglichen mit den Werten bei unendlichem Aufnahmeabstand, erhebliehe Differenzen auftreten. Im vorliegenden Fall liegt die Größe der Änderung des Linsenzwischenraums dg bei —2,2 mm für / = 100 mm.

Die Seideischen Aberrationsfaktoren der jeweiligen brechenden Flächen des erfindungsgemäßen Objek-

tivs sind in der folgenden Zusammenstellung angegeben, wobei I, II, III, IV und V die sphärische Aberration, Koma, Krümmung des ersten Hauptschnitts, Krümmung des zweiten Hauptschnitts und Verzeichnung bezeichnen:

Fläche Nr.	I	0,020	H	0,029	III	IV	V	0,304
1	-2,042	0,403	0,295	0,211	0,115
2	0,505	0,186	-0,742	-0,583	0,091
3	-0,007	-0,026	0,385	0,248	-0,379
4	0,144	0,110	-0,296	-0,103	0,204
5	-8,111	0,822	0,435	0,265	-0,069
6	7.005	0,723	-0,850	-0,683	0,046
7	0,718	-0,348	0,596	0,447	-0,116
8	-0,013	-0,022	0,576	0,239	-0,250
9	0,0170	0,027	-0,220	-0,144	0,255
10	6,568	-2,078	0,247	0,159	-0,309
11	-10,598	1,993	2,292	0,978	0,194
12	-1,334	-1,082	-1,779	-1,030	-0,852
13	0,035	0,111	-2,806	-1,051	0,583
14	2,643	-0,352	0,895	0,182	0,080
15	-0,00001	-0,0007	0,695	0,602	0,336
16	5,258	-0,366	-0,079	0,005	-0,025
17	0,809	0,131	0,403	0,352	0,187
V	0,047	0,093

Es zeigt sich, daß erfindungsgemäß ein verbessertes Weitwinkel-Objektiv für photographische Zwecke verfügbar gemacht wird, das im Vergleich zu den bekannten Objektivsystemen überlegene Eigenschaften hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Weitwinkelobjektiv vomTyp eines umgekehrten Teleobjektivs für photographische Zwecke, gekennzeichnet durch die folgenden Daten:

Bildfeldwinkel 74,5°, Brennweite 100,0 mm, rel. öffnung T₁ = +227,238 r₂ = +76,224 r₃ = +237,762 r₄ = +5956,748 r_s = +213,252

r_b = +63,986

r-, = +117,098

r₈ = -134,266

/·, = +321,24!

r,o = +297,203

ι·,, = -106,388

r_I2 = -67,133

T₁₁ = +253,497

r_I4 = -244,755

r,ä = -76,923

r₁₆ = +875,524

r₁₇ = -127,295

</, = 11,189

d₂ = 22,727

d₃ = 16,434

</₊ = 0,350

d_s = 6,993

4 = 38,461

d₇ = 23,427

d₈ = 15,743

J₉ = 5,245

d_i0 = 17,483

<f,, = 20,280

(Z₁₂ = 18,881

J_n = 4,895

d_u = 11,888

i/,5 = 0,350

i/,₆ = 12,238

H₁ = 1,62299