DE2323672A1 - Photographisches superweitwinkellinsensystem - Google Patents

Description

ASAHI KOGAKU KOGYO K.K. y-as-136

Dr.Jae/er Io. Mai 1973

Photographisches Superweitwinkel-Linsensystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsensystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Gattung.

Die Fortschritte bei der Entwicklung von Linsensystemen mit Retrofokus sind in jüngerer Zeit beachtlich gewesen. Sie zielten im allgemeinen auf eine Verbesserung des Verhältnisses von rückwärtigem Fokus zu Brennweite, auf eine Verbreiterung des nutzbaren photographisehen Aufnahmewinkels und auf eine Verbesserung des Öffnungsverhältnisses.

In diesem Rahmen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Superweitwinkel-Linsensystem zu schaffen, dessen Öffnungsverhältnis 1 : 3»5 und dessen nutzbarer photographischer Aufnahmewinkel grosser als 100° ist, d.h. also in der Klasse der starken Weitwinkelobjektive ein Linsen-

Mund** Kon«, 70/373« · Weg«*™: Sd,^« Mü„d*„ - Won: (OBU) 778956

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system mit ausgesprochen hohem Öffnungsverhältnis zu schaffen.

Diese Aufgäbe wird gemäss Anspruch 1 gelöst.

In dem Linsensystem gemäss der Erfindung ist die erste Linse ein negativer Meniskus, die zweite Linse positiv, ' sind die dritte und vierte Linse negative Meniskuslinsen und die fünfte und sechste Linse bikonvex. Die siebte und achte Linse sind miteinander verkittet und durch eine Blende von den Linsen 1 bis 6 getrennt. Während die siebte Linse positiv ist, ist die achte eine negative Linse. Die neunte Linse ist positiv, die zehnte negativ und die elfte wiederum positiv. Die jeweils stärker gekrümmte Fläche der neunten, zehnten und elften Linse sind dem Bildraum zugekehrt.

Die Systemcharakteristiken sind durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmalsbedingungen 1 bis 6 bestimmt, wobei die folgenden Bezeichnungen benutzt sind:

F : Brennweite des Gesamtsystems

F
1.2...i : Brennweite eines Untersystems aus den

Linsen 1 bis i
F. : Brennweite der Linse i

d. : der i-te Scheitelabstand, gezählt vom

Dingraum

r.x : der j-ste Krümmungsradius, gezählt vom

Dingraum

n* : Brechungsindex der Linse i für die d-

Linie

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^_i : ABBE-Zahl der Linse i und Fg : rückwärtiger Fokus

Die Merkmalsbedingung 1 dient der Bestimmung der Brechungsgrade der negativen Linsen der dingseitigen Gruppe des Linsensystems, so dass der angestrebte rückwärtige Fokus von im wesentlichen der doppelten Brennweite erhalten werden kann. Es ist offensichtlich, dass die Merkmalsbedingung 1 gleichfalls der Verringerung des Einfällswinkels im Hinblick auf die fünfte und die folgenden Linsen dient, da der Einfallswinkel für die dingseitige Linsengruppe des Systems ausserordentlich gross ist. Wenn F_{1 o} ■,■ _L negativ und kürzer als F/2,3 wird, so würde diese Wirkungs zwar vorteilhaft erreicht werden können, jedoch unter Inkaufnahme erheblicher Nachteile für die bildseitige Gruppe des Systems. Die Forderung nach erhöhter Lichtstärke des Weitwinkellinsensystems steht im Widerspruch mit einer wirksamen Korrektur der Abbildungsfehler, insbesondere einer Korrektur der Koma, während die Verringerung der PETZVAL-Summe ihrerseits mit dem angestrebten Ziel eines ausreichend grossen Einfallswinkels im Widerstreit steht. Darüber hinaus dürfte es zu einigen Schwierigkeiten führen, die der zweiten Linse zugeordnete Aufgabe zufriedenstellend zu erfüllen, nämlich die chromatische Aberration und die Verzeichnung wirksam an einer Zunahme in negativer Richtung zu hindern. Wenn ' dagegen F* ₂ 3 4 länger als F/1,4 wird, wäre es, abgesehen vom Auftreten der vorstehend diskutierten Schwierigkeiten in umgekehrter Richtung, ausserordentlich schwierig, die gestellten Aufgaben zu erfüllen, da die bildseitige Linsengruppe des Systems von Grund auf neu konzipiert werden müsste.

Die Merkmalsbedingung 2 betrifft im wesentlichen, in Verbindung mit der Merkmalsbedingung 1, die Korrektur der chromatischen Aberration, die ihrerseits auch die Vergrösserung

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beeinflusst, wobei dieses Problem zu den wichtigsten Punkten der Konstruktion von Weitwinkel-Linsensystemen zählt.

Wie später noch im einzelnen beschrieben ist, tritt zwischen den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ein beachtlicher Unterschied hinsichtlich der Anordnung der verschiedenen Gläser des Systems auf. Beide Ausführungsbeispiele gleichen sich jedoch ganz charakteristisch in der Hinsicht, dass die chromatische Aberration im Bereich von der ersten bis zur zwölften Oberfläche in etwa gleichem Mass unzureichend korrigiert ist. Im Ausführungsbeispiel 1 wird jedoch ein R^stwert der chromatischen Aberration gefunden, der grosser als im Ausführungsbeispiel 2 ist, und zwar dadurch, dass der Wert von i) * zu 40 gewählt wird, während i.' ~ ^2U 48,9 gewählt ist, so dass die chromatische Aberration geringfügig in den ungenügenderen Bereich korrigiert wird. Im Ausführungsbeispiel 2 dagegen wird ]/* zu näherungsweise 60 und 1^2 ^zu näherungsweise 64 gewählt. Beide Ausführungsbeispiele sind jedoch mit einer chromatischen Restaberration behaftet, die auf diese Uberkorrektur zurückzuführen ist. Im Hinblick darauf, dass das Linsensystem gemäss der Erfindung für einen weiten photographischen Aufnahmewinkel entworfen sein soll, wird man in Verbindung mit den vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen 1 und 2 diskutierten Sachverhalten vernünftigerweise erwarten, dass die chromatische Aberration im wesentlichen in gleichem Mass in einem Bereich des Systems korrigiert werden kann, der an der zwölften Oberfläche endet. Eben dieses Ziel zu erreichen, ist Aufgabe der Merkmalsbedingung 2. Wenn F₁ 2 3 4 5 6 kürzer als F/1,2 wird, so kann dieses Ziel durch verschiedene Korrekturkombinationen der chromatischen Aberration zwar erreicht werden, jedoch müsste eine verkleinerte PETZVAL-Summe, eine wesentlich verminderte Leistungsfähigkeit der dingseitigen Gruppe des Systems und

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möglicherweise eine ungenügend korrigierte sphärische Aberration in Kauf genommen werden, so dass eine Korrektur in der siebten und den folgenden Linsen schwierig würde. Wenn auf der anderen Seite ^F-i ο 3 4 5 6 -^nger ^al^s F/0»6 wird, so würde sich auch hinsichtlich der Anordnung der Gläser zur Korrektur der chromatischen Aberration eine beachtliche Erschwerung bemerkbar machen. Auch würde durch die Zunahme der PETZVAL-Summe eine angemessene Korrektur des Astigmatismus nicht unwesentlich erschweren.

Die Merkmalsbedingung 3 wirkt mit der Merkmalsbedingung in der Weise zusammen, dass die noch ungenügend korrigierte sphärische Aberration in Richtung einer Uberkorrektur korrigiert wird. Eine ungenügend Korrektur der sphärischen Aberration tritt notwendigerweise in der bildseitigen Gruppe des Linsensystems immer dann auf, wenn der rückwärtige Fokus wie im vorliegenden Fall eine kritische Langer überschreitet. Dieser Effekt macht sich insbesondere auf der siebzehnten und einundzwanzigsten Oberfläche bemerkbar. Dennoch ist es jedoch nicht ratsam, eine stark gekrümmte, dem Dingraum zugekehrte konvexe Oberfläche zur Unterdrückung der Koma auf der sechzehnten, zwanzigsten und den folgenden Oberflächen für die Strahlen mit relativ niedriger Einfallshöhe vorzusehen. Es ist daher praktisch unvermeidbar, dass auch die siebzehnte und einundzwanzigste Oberfläche noch belastet sind. Das gleiche gilt für die Verzeichnung. Hierin liegt auch der Grund, dass die sphärische Aberration auf der vierzehnten Oberfläche durch Einsetzen des Brechungsindex korrigiert wird. Wenn r*r einen negativen Wert von mehr als 0,5F annimmt und n_Q - n^ grosser als 0,35 wird, würde der Korrekturmangel der sphärischen Aberration, wie er in der bildseitigen Gruppe des Linsensystems auftritt, möglicherweise überkorrigiert werden. Wenn r^^ dagegen grosser als 0,8F und n_Q - n~ kleiner als 0,25 werden, lässt sich

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eine akzeptable Balance der Abbildungsfehler in vernünftiger Weise nur dann erreichen, wenn man das Gesamtsystem grundlegend änderte.

Die Merkmalsbedingung 5 dient der angemessenen Abgrenzung eines zweckentsprechenden Bereiches, innerhalb dessen die Koma prinzipiell für einfallende Strahlen mit niedriger ' Einfallshöhe wirkungsvoll korrigiert werden kann. Wenn r.Q kleiner als 0,9F wird, verändern sich die Strahlen in ihrer Richtung mit zunehmender Bildhöhe und bilden möglicherweise einen Hof. Wenn r^q dagegen grosser als 1,5F wird, würde der Grund für die Einführung dieser negativen Linse insbesondere · für Strahlen mit weiten Einfallswinkeln praktisch entfallen.

Die Merkmalsbedingung 6 dient, auch in Verbindung mit den Merkmalsbedingungen 3 und 4, einer angemessenen Ausgleichung und Zuordnung der Korrekturen der Koma, der chromatischen Aberration, der sphärischen Aberration und anderer Abbildungsfehler, die von dem speziellen Brennweitenverhältnis F7/F0 der siebten und achten Linse, die miteinander verkittet sind und insgesamt eine negative Linse bilden, abhängen. Wenn das Verhältnis Fy/F_Q kleiner als 1,2 wird, würde die Korrektur der Koma in Richtung zunehmender Bildhöhe schwierig werden hinsichtlich der Strahlen mit relativ niedrigen Einfallshöhen, und zwar insofern, als das Gewicht auf eine Uberkorrektur der sphärischen Aberration gelegt wird. Fg würde nämlich im Vergleich zu F₇ zu lang werden. Es wird hier angenommen, dass die Korrektur der sphärischen Aberration am vorteilhaftesten diesen miteinander verkitteten Linsen zugewiesen wird, da es ansonsten schwerfallen würde, diese Korrektur der sphärischen Aberration irgendeiner anderen Linse im Rahmen des Linsensystems gemäss der Erfindung zu übertragen. Wenn dagegen Fy/Fg grosser als .2 wird, so müsste vorzugsweise

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n_Q grosser gewählt werden, da die Korrektur der Koma im Gegensatz zum vorigen Fall übermässig ausfallen würde, wenn die Korrektur der sphärischen Aberration zufriedenstellend gelöst werden sollte. Ausserdem würde dabei die Gesamtbalance der Abbildungsfehler verloren gehen, da gleichzeitig die Merkmalsbedingung 4 nicht erfüllt sein würde. Der Grund hierfür liegt in dem unterschiedlichen Grad des Einflusses auf die verschiedenen Arten der Abbildungsfehler.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Linsensystems gemäss der Erfindung,

Fig. 2 die Fehlerkurven des in Fig, 1 gezeigten Ausführungsbeispiels 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des

Linsensystems gemäss der Erfindung und

Fig. 4 Fehlerkurven des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels 2.

Nachstehend sind die numerischen Daten für die Ausführungsbeispiele 1 und 2 zusammen mit den SEIDEL-Koeffizienten zusammengestellt.

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Beispiel

	dl	9,57	F ■ 100
196r25	d2	17,09	nl/vl lt80610/10,8
95,73	d3	13,17
3033,11	d1	0,65	n2/^2 I,53172/18,9
-312,39	d5	7,23
130,31.	d6	IS7 81	JiJK 1,69350/53,3
57,80	d7	7,15
216,91	d8	11.71	nH/Vh 1,71300/51,0
72,22	d9	18rll	1
235,07	d10	18,97	lie/iV 1,71077/27,8
-357,57	dll	36,59
272,12	d12	13,70	n-'/K. 1.60562/13,7 ob' '
- 86,37	d13	IS1U-
312717	d11	5,76	n?/^7 1,51823/59,0
- 52,11	d15	8,-13	ng/^8 1.83100/37,2
891r12	d16	16,61
1116,27	d17	0,19	ng/i/g lT69350/53r3
110,97

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Beispiel 1 (Fortsetzung,)

^r18 * ⁸⁸⁷T^{30 d}18 ^S7^{27 11}IO^lO M0518/25,H

r_ig HS₇OO d₁₉

v_2Q -1386_T5H d₂₀ 16,31 n^/i/^ !^»»850/53,0 r₂₁ - 98_T62

F₇ « 102,06 JF_1-2.,., F₈ - -69,76 F₁.,.,.,,.,.,

Vt^l * ¹I"^{63 F}B ' if⁹⁸⁷¹¹ · 198,7

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Beispiel 2

γ * ιοα

Γ_χ 229,52 Cl₁ 8,64 ^ηχ^/;/ι 1,64000/60,2

r₂ 9Hj56 U₂ 47,57

r*3 &> ^d3 39,89 η

r_H -312,73 d_H 1,62

r₅ 150,12 dg 9,62 . η

r_e 56_f47 d₆ 18,91

r₇ 167j82 d_? 9_?62 η

r_ft 65,37 d_o 15,22

r9	333,50 r	d9	9,62 n5/	V5 1T64000/60
Γ10	-1093,72	d10	21,62
Γ11	181,10	dll	25. «*0 nK/	i/c 1,62588/35
r12	-95,77	d12	15,68
r13	I	d13	23,24 n7/	t/j 1,51633/64
rm	-58T17	dI*	6,40 n8/	iS~ 1*83400/37
ris	253T87	d15	8,11

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Beispiel 2 (Fortsetzung)

	-1502,70	d16	14,59 ng	48749/70,1
r17	-72,53	d17	0,54
r18	324T32	d18	5,78 ^	80518/25,4
r19	121,74	d19	10,81
r20	10« ,1»	d20	18,92 H11	51633/64,1
Γ21	-106,74
F7	s 100,70	iFl.	2.3.4I- F/]	5,99
F8	* -56^22	Fl.	2.3.4.5.6 '	« 113,90
V	|F8i « 1,791	FB	« 1,997FB ]
/'10 1I
L,786 = 51
s F/0,878
L99.7

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SEIDEL-Koeffizienten für Beispiel 1

	Sl	S2	S3	P	S5
1	0,03	0,03	0,03	0,23	0.f25
2	- 1,09	0,2U	-0,05	-0,H7	0,11
3	0,06	O1 08	0^11	0,01	0,17
H	- 0,00	0,01	-0,02	0,10	-0,36
5	0,65	0,21	0,07	0,31	0.13
6	-15,60	0|91	-0,05	-0,71	0,0H
7	3,12	0,69	0,15	0,17	0,07
8	-H$,9H	0,87	-0,02	-0,58	0,01
9	22,50	1,60	0,11	0,18	0,02
10	- 0,37	-0,30	-0,25	0,12	-0,11
11	6.65 i	1,29	0,25	0.1H	0,08
12	37,45	-H, 67	0.58	0,HH	-0,13
13	- 0,08	0,12	-0,18	0,11	0,11
IU	-37,38		-0,0H	-0,18	O1Ol
IS	0,00	0,00	0,03	oTos	-0,18
16	- 0,02	0,0H	• -0,06	-0,03	0,15
17	23.38	-1,H3	. 0,09	0,37	-0,03
18	- H, 20	0,98	' -0,23	-0,05	0,06
19	- 3,69	-1,Η5	-0,57	-0,38	-0,0H
20	0,00	0,01	0,05	-0?03	"0,18
21	20,11	0,01	0,00	0,H0	0,00
SUMME	H,59	0,37	0,02	0.11	0,23

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SEIDEL-Koeffizienten für Beispiel 2

	Sl	S2	S3	P .	S5
1	0,20	0,03	0,03	0,17	0,25
2	- 0,99	0,23	-0,06	-0.41	0,11
3	0,04	0,07	0,11	O1OO	O1Ie
	0.00	O1OO	-0.01	O1Il	-0,38
5	0.42	0,18	0,07	0,26	0,14
6	-ie,oo	1,04	-0,07	-0,69	0,05
7	H,24	0,65	0,10	0,20	O1Oa
8	-37,55	0,41	-O1OO	-0*52	0,01
S	11.98	1,53	0,19	0,12	0T04
10	- 2,02	-0,73	-0,27	0,04	-0,08
11	15,27	2,15	0,30	0,21	0,07
12	25.72	-3,83	0,57	0,40	-0,15
13	- 0,12	0,14	-0,18	0,08	0,12
IH	-34.75 I	0,83	-0,02	-0,20	0,01
15	- 1,95	-0,90	-0,42	-0,18	-0,27
16	O1IO	0,13	0,16	-0?02	0,18
17	26,60	-0,61	0,01	0,45	-oToi
18	- 0.,Ol	0.04	-0,17	0,11»	0,12
19	- 2,60	-1,09	.-0,46	-0,37	-0r34
20	O1Ol	0,02	0.05	0,03	0,17
21	16,22	0,13	0,00	0,32	0,00
SUMM£	4,61	O.;40	-0,03	0,14	0r26

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Claims (1)

Patentanspr uc h

1. Photographisehes Superweitwinkel-Linsensystem aus 11 Linsen in 10 Wirkungsgruppen, gekennzeichnet durch die folgenden Me rkma Is "be dingung en 1 bis 6, die "bei kompakter Bauweise zu hoher Systemleistung und einem rückwärtigen Fokus von langer als dem 1,85-fachen der Brennweite führen:

(2) F/1.2<.F. ,,„.«< F/0.6

(3) 0.5F<
U) 0.25

(5) 0.9F

(6) 0.8F < F₇ <(l.2F

Ip₇I/|p₈( <2.o , F₈ <o

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