DE2347737A1

DE2347737A1 - Anamorphotisches zoomobjektiv

Info

Publication number: DE2347737A1
Application number: DE19732347737
Authority: DE
Inventors: Ryusho Hirose
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1974-04-04
Also published as: FR2200536B1; FR2200536A1; JPS5239293B2; JPS4953450A; GB1416580A

Description

Anmelder: CANON KABUSHIKI KAISHA, No.30-2, 3-chome, Shimomaruko, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Anamorphotisches Zoomobjektiv

Die Erfindung betrifft ein anamorphotisch.es Zoomobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Anamorphotische Objektive, die auch als Anamorphoten bezeichnet werden, sind bekannt, beispielsweise solche, bei denen eine Zylinderlinse oder ein Prisma verwendet wird. Entsprechend der Lage, an der die Zylinderlinse oder das Prisma eingebaut ist, unterscheidet man zwischen zwei Gruppen von anamorphotischen Linsensystemen. Die eine Gruppe wird von den vorderseitigen anamorphotischen Systemen gebildet, bei denen die Zylinderlinse oder das Prisma auf der Vorderseite des Hauptobjektivs angebracht ist. Die andere Gruppe bilden die rückseitigen anamorphotischen Systeme, bei denen die Zylinderlinse oder das Prisma hinter dem Hauptobjektiv angeordnet ist. Wenn jedoch das vorderseitige anamorphotische System für Zoomobjektive angepaßt wird, benötigt man eine große Zylinderlinse, während der Scharfeinstellungsmechanismus sehr kompliziert wird. Das vorderseitige anamorphotische System wird daher im allgemeinen nicht verwendet, so daß an

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seiner Stelle das rückseitige anamorphotische System herkömmlicherweise verwendet wird.

Das rückseitige anamorphotische System wird zwar in der Hauptsache als anamorphotisches Zoomsystem verwendet. Das vorderseitige anamorphotische System wird jedoch im Hinblick auf das Abbildungsvermögen dann vorgezogen, wenn das Hauptobjektiv kein Zoomobjektiv ist. Es wird daher zum gegenwärtigen Zeitpunkt das rückseitige anamorphotische System aufgrund seiner Vorteile hinsichtlich seiner Betätigung oder des Gewichts verwendet, wobei man den Nachteil hinsichtlich des Abbildungsvermögens in Kauf nimmt. Darüberhinaus war bekannt, daß im Bereich der Aberration dritter Ordnung die sphärische Aberration als die Summe der in Richtung X der Zylinderlinse auftretenden Aberration und der in Richtung Y der Zylinderlinser auftretenden Aberration ausgedrückt werden kann, während die Ausdrücke für die Aberration in die von X und Y verschiedenen Richtungen Null sind, wenn das anamorphotische System- äfokal ist.

Der Ausdruck für den Astigmatismus, welcher die Charakteristik der Bildebene wiedergibt, hängt hauptsächlich von der Blendenstellung ab, wobei mit zunehmender Entfernung der Blende von der Zylinderlinse der Astigmatismus im Bereich der Aberration dritter Ordnung umso geringer ist. Die oben erwähnte Tatsache wurde auch für jeden Typus eines bis heute bekannten anamorphotischen Systems empirisch bestätigt. Beispiele eines derartigen bekannten Objektivsystems nach dem rückseitigen anamorphotischen Prinzip sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Hierbei sind die sphärischen Aberrationen, die in den Richtungen mit Ausnahme der X- und Y-Richtung der Zylinderlinse auftreten, so groß, daß diese Wirkung des rückseitigen anamorphotischen Systems nicht vermieden werden kann, selbst wenn die Kennwerte der abbildenden Ebene vergleichsweise gut sind und die sphärischen

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Aberrationen in den Richtungen X und Y allein gut korrigiert sind..

In den Fig. 1 und 2 bzw. in den Fig. 3 und 4 sind mit den Bezugszeichen 1 und 1· die Hauptobjektive, mit 2 und 2¹ die Blenden in den Hauptobjektiven (d.h. die Blendenlage), mit 3 und 3* die konvexen Zylinderlinsen, mit 4 und 4* die konkaven Zylinderlinsen sowie mit F die Bildebene bezeichnet. Des weiteren wird die Richtung längs der Mantellinie der Zylinderlinse als X-Richtung bezeichnet, während die zu der X-Richtung normale Richtung als Y-Richtung bezeichnet wird.

Im Falle eines vorderseitigen anamorphotischen Systems, das afokal ist, reicht es dagegen aus, wenn die Korrektion der sphärischen Aberration lediglich in der X- und Y-Richtung durchgeführt wird, wobei, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, die Blende auf der entfernten Seite der Zylinderlinse liegt, so daß sich bei guter Korrektion von jeder Aberration eine gute Charakteristik der Bildebene ergibt. Hierbei wird das vorderseitige anamorphotische System verwendet, da die Charakteristiken der Bildebene gut sind, wenn das Hauptobjektiv ein Objektiv mit fester Brennweite ist. Andererseits wird das vorderseitige anamorphotische System kaum verwendet, wenn die Hauptobjektive Zoomobjektive sind. Der Grund hierfür beruht darin, daß ein großes Linsensystem verwendet werden muß, daß das Anamorphotenverhältnis entsprechend dem Objektabstand variiert wird, daß man einen sehr komplizierten Scharfeinstellungsmechanismus verwenden muß und daß die von dem Zoomvorgang herrührenden Aberrationen nicht korrigiert werden können, falls auf der Vorderseite des Zoomsystems Zylinderlinsen angebracht sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Vorteil einer einfachen Betätigung und eines kiel* nen Gewichts auf Zoomobjektive zu übertragen, wenn man das rückseitige anamorphotische System verwendet, bei dem dieses

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- 4 -an der rückwärtigen Seite des Zoomteils angeordnet ist.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine ausreichende Verbesserung des Abbildungsvermogens, das bisher der schwächste Punkt bei dem rückseitigen anamorphotischen System war.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, daß das anamorphotische Linsensystem in zwei Gruppen unterteilt wird, die mit den Zylinderlinsen zusammengesetzt werden, wobei die objektseitige Linsengruppe eine positive Brennweite, die bildseitige Linsengruppe eine negative Brennweite der Art erhält, daß der Astigmatismus korrigiert wird, während eine Korrektur der sphärischen Aberration durch eine Anordnung des Systems als afokales System erreicht ^T rd. Des weiteren wird der Abstand zwischen der Ebene des afokalen Zoomteils, der näher an dem Objekt als das anamorphotische Linsensystem angeordnet ist, und der Ebene der Abbildungslinse, die auf der Seite der Abbildungsebene angeordnet ist, auf bestimmte, festgelegte Weise gemäß dem Anamorphotenverhältnis einreguliert oder es erfolgt eine Einregulierung des Radius der Oberfläche von der letzten,zu dem anamorphotisehen Linsensystem gehörigen Linse in derartiger Weise, daß das Abbildungsvermögen verbessert wird.

Mit der Erfindung wird somit ein anamorphotisehes Zoomobjektiv nach Art des rückseitigen anamorphotischen Systems geschaffen, das für Photographie- oder Projektionszwecke dient und das von der Objektseite .gesehen aus einem afokalen Zoomteil, einem, afokalen anamorphotischen Linsensystem und einem Abbildungslinsensystem besteht. Das hierbei erwähnte anamorphotische Linsensystem besteht aus einer vorderen, objektseitigen Linsengruppe und einer rückwärtigen,

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bildseitigen Linsengruppe und ist als afokales System ausgebildet, bei dem die vordere Linsengruppe eine positive Brechkraft und die hintere Linsengruppe eine negative'Brechkraft aufweisen. Durch diesen Aufbau läßt sich das Verhältnis zwischen der Blendenlage in der anamorphotischen Linse und dem anamorphotischen Linsensystem derart steuern, daß das Abbildungsvermögen verbessert wird.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:

Fig. 1 und 2 Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips der bereits bekannten rückseitigen anamorphotischen Systeme;

Fig. 3 und 4 Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips der bereits bekannten vorderseitigen anamorphotischen Systeme;

Fig. 5 eine Ausführungsform des anamorphotischen Zoomobjektivs in einem Schnitt längs der X-Richtung der Zylinderlinse;

Fig. 6 eine Schnittansicht von einem Teil des in Fig. 5 gezeigten anamorphotischen Zoomobjektivs, wobei die Schnittrichtung jedoch in die Y-Richtung verläuft.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert werden.

■ In den Fig. 5 und 6 bezeichnet 1 den afokalen Zoomteil, 2 das anamorphotische Linsensystem, I die vordere (konvexe) Gruppe der Zylinderlinsen und II die rückwärtige (konkave) Gruppe der Zylinderlinsen. 3 kennzeichnet das Abbildungslinsensystem. Das Linsensystem besteht irn Hinblick auf die von ihm erzielten Wirkungen aus (dem afokalen Zoomteil) (dem Glasblock) (dem Abbildungssystem) gemäß der Darstellung von Fig. 5 in X-Richtung gesehen, andererseits dem (afokalen Zoomteil) (dem Telephoto-Umwand-

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ler des Abbildungslinsensystems) ■ ■ (dem Abbildungslinsensystem) gemäß Fig. 6 in Y-Richtung gesehen.

Dementsprechend läßt sich das Anamorphotenverhält-

nis wiedergeben durch das Verhältnis der Brennweite in X-Richtung zu der Brennweite in Y-Richtung.

Das anamorphot!5ehe Linsensystem gemäß obiger Darstellung ist zwar afokal. Die sphärische Aberration, die eine der schwachen Punkte des rückseitigen anamorphotischen Systems ist, läßt sich hierbei jedoch korrigieren. Dies geschieht auf eine derartige Weise, daß der erwünschte Zweck, das Abbildungsvermögen zu verbessern, erreicht werden kann. Die Charakteristiken der Bildebene werden zwar herabgesetzt, da der auf das anamorphotische System zurückzuführende Astigmatismus auftritt, der auf den Umstand zurückzuführen ist, daß die Blende auf der Vorderseite oder in Nachbarschaft zu der Ebene der Zylinderlinsen angeordnet ist. Wenn man jedoch die unten aufgeführten Bedingungen erfüllt, ist es möglich, die Aberration derart zu korrigieren, daß man ein verbessertes Abbildungsvermögen auf derartige V/eise erhält, daß der Vorzug des rückseitigen anamorphotischen Systems aufrechterhalten bleibt.

Als erste Bedingungen bei einem anamorphotischen System müssen f^ größer als Null sein, während gleichzeitig f₂ kleiner als Null ist; d.h.

f₁ > 0 und f₂ < 0 (1)

Hierbei bedeutet f., die Brennweite der vorderen Linsengruppe I, während fp die Brennweite der hinteren Linsengruppe II bedeutet. Falls die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, insbesondere wenn f^ < 0 und fρ } 0 sind, dient das anamorphotische Linsensystem als Weitwinkelumwandler (längs der X-Richtung) vor dem Abbildungslinsensystem. Dies bedeutet, daß

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ein Strahlenbündel mit einem größeren Winkel in das anamorphotische Linsensystem eintritt, was die Erzielung des gewünschten Zwecks stört, die Charakteristik der Bildebene zu verbessern; 3Ss ist daher wesentlich, die Bedingung (1) zu erfüllen.

Des weiteren muß, falls das anamorphotische Linsensystem hinter dem afokalen Zoomsystem angeordnet werden soll, die folgende Bedingung erfüllt sein:

£-L < 1

^f2

(2)

Hierbei bedeutet e den Abstand zwischen dem Hauptpunkt der vorderen Linsengruppe I und dem Hauptpunkt der hinteren Linsengruppe II des anamorphotisehen Linsensystems. Obige Bedingung bezweckt die afokale Ausbildung des anamorphotischen Linsensystems. Wenn das anamorphotische Linsensystem nicht afokal ist, werden die Aberrationen in den von X und Y verschiedenen Richtungen so groß, daß das.Abbildungsvermögen gemäß obigen Darlegungen abnimmt. Es ist daher wesentlich, die Bedingung (2) zu erfüllen.

Des weiteren sollte das anamorphotische Zoomobjektiv die folgende Bedingung erfüllen:

a-f_R £ e· (3)

Hierbei ist a =0,8, wenn das Anamorphotenverhältnis größer

^f 1
als 1,5( I y 1|5) ist, während a = 0,5 ist, wenn das

ι ^f 1

das Anamorphotenverhältnis kleiner ist als 1,5 ( \—f—| ^1»5).

f„ ist die Brennweite des Abbildungslinsensystems, während e¹ die Entfernung zwischen dem afokalen Zoomteil und dem Ab-

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ORIGINAL INSPECTED

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bildungslinsensystem bedeutet. Obige Bedingung ist wesentlich zur Korrektion der Aberration, die in den von der X- und Y-Richtung der Zylinderlinse in dem anamorphot!sehen Zoomobjektiv verschiedenen Richtungen auftreten, wobei die Aberration des anamorphotischen Zoomobjektivs längs der X-Richtung der Zylinderlinse zur Aufrechterhaltung des notwendigen Abbildungsvermögens gut korrigiert ist.

Falls die Bedingung (3) nicht erfüllt ist, wird insbesondere die Gesamtlänge des anamorphotischen Zoomobjektivs kürzer, da der Abstand e zwischen dem afokalen Zoomteil und dem Abbildungslinsensystera die Gesamtlänge bestimmt. Dies bedeutet, daß unter den Bedingungen (1) und (2) die von der Zylinderlinse hervorgerufene Brechkraft stärker wird. So wird beispielsweise lediglich in Y-Richtung der Zylinderlinse die Petzval-Summe derart negativ, daß die Charakteristiken in der Bildebene bemerkenswert schlechter werden. Des weiteren nehmen mit zunehmender Brechung von der Zylinderlinse die auf die Zylinderlinse zurückzuführenden Aberrationen in die von der X- und Y-Richtung verschiedenen Richtungen derart zu, daß die Korrektion des Abbildungsvermögens und insbesondere der Charakteristiken in der Bildebene unmöglich wird.

Es versteht sich jedoch, daß die Bedingung (3) in starkem Maße von dem Anamorphotenverhältnis (dem Verhältnis der Brennweiten in Y-Richtung) abhängt, wobei beispielsweise mit einer Annäherung des Anamorphotenverhältnisses an 1 der Einfluß der Zylinderlinse abnimmt, so daß zur Erreichung einer normalen sphärischen Linse die Bedingung (3) entsprechend dem Anamorphotenverhältnis erfüllt werden muß.

Zur Korrektion der in Fig. 5 gezeigten Zylinderlinse in der X-Richtung genügt es, die Korrektion des Zoomteils und des Abbildungsteils derart durchzuführen, daß man unter Einhaltung der Bedingung (3) die besten Wirkungsgrade erhält, entsprechend dem Fall einer Korrektion der Aberration

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eines normalen Zoomobjektivs, wobei man die Zylinderlinse als Glasblock betrachtet.

Es muß jedoch beachtet werden, daß die in dem Zoomteil auftretenden Aberrationen und die in dem Abbildungslinsensystem auftretenden Aberrationen sich gegenseitig kompensieren, wenn die Aberration der Zylinderlinse in den von der X-Richtung verschiedenen Richtungen korrigiert wird, so daß man auch jede weitere Richtung der Zylinderlinse beachten muß.

Es ist daher notwendig, die Zusammensetzung der Zylinderlinse so festzulegen, daß hierbei die Bedingungen(1), (2) und (3) beachtet werden.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist das Zylinderlinsensystem in die vordere Linsengruppe und die rückwärtige Linsengruppe unterteilt, wobei die vordere Linsengruppe I aus einer konvexen Linse oder einem konvexen Linsensystem aus einer Kombination von konvexen und konkaven Linsen besteht, während in der rückwärtigen Linsengruppe II konvexe Linsen und konkave Linsen derart angebracht sind, daß die rückwärtige Linsengruppe II von der Objektseite her gesehen als Ganzes ein konkaves Linsensystem bildet. Die Reihenfolge der konvexen Linsen und der konkaven Linsen kann hierbei in jeder Linsengruppe geändert werden.

Für die gemäß obiger Darstellung angeordnete Zylinderlinsengruppe ist es wesentlich, daß der Radius r₂ auf der Bildebenenseite der konkaven Linse in der rückwärtigen Linsengruppe II erheblich größer als Null ist. Dies bedeutet:

r₂ * 0 (4)

Wenn eine Zylinderlinse in ein Zoomobjektiv eingefügt wird, dessen Aberration in X-Richtung gesehen gut

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korrigiert ist, wird der Winkel eines in das Abbildungslinsensystem einfallenden Strahlenbündels unter der Bedingung(1) in der Y-Richtung weit(loose), so daß die Lage des durch die Abbildungslinse hindurchgehenden, das Bild bildenden Lichts unterschiedliche Werte einnimmt.

Da die Abbildungslinse einen ausreichenden Abstand von der Blende aufweist, -vie dies in-Fig. 5-und 6 gezeigt ist, erweist sich insbesondere die Korrektion des Astigmatismus (der Charakteristiken der Bildebene) als wesentlich, wobei die Korrektion der Charakteristiken in der Bildebene möglich wird, indem eine konkave Linse für die Zylinderlinsengruppe in einer ausreichenden Entfernung von der Blende angeordnet wird und indem man r^ erheblich größer als Null macht (r₂ Σ 0).

Aus obigen Darlegungen ist ersichtlich, daß mit der vorliegenden Erfindung eine Optik geschaffen wird, welche in ihrem Abbildungsvermögen und in ihrem Betrieb überlegen ist und die zudem leicht konstruiert werden kann.

Im folgenden ist ein Zahlenbeispiel von einer Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben.

	R	D	N	V
1		3,50000	1,80518	25,4
2	127,03100	10,80000
3	823,29000	11,25000	1,75700	47,9
4	-210,54107	0,2000
5	185,31600	3,25000	1,75520	27,5
6	89,33900	12,75000	1,51633	64,1
7	423,10000	0,20000
8	95,47700	14,75000	1,80610	40,8
9	-786,13000	¹I
10	75,52000	1,50000	1,67000	57,4

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V '

11	29	■	-364	,01160	10	,35000	1,60311	60	,7
12	-43	-74.	,50220	1	,50000	1,71736	29	,5
13	27	151.	,83100	6	,00000
14	156	-134,	,37390		¹Z	1,58900	48	,6
15	-65	-52,	,62300	1	,25000	1,59270	35	,6
16	35	-77,	,9950	3	,50000	•
17	313	77,	,82043
18	443,		1	,50000	1,60729	59	,4
19	75,	,93000	3	,00000
20	38,	,95544	0	,20000	1,60729	59;	,4
21	38,	,50200	3	,00000
22	-129,	,09000	1,	,15000	1,80518	25;	,4
23	46,	,80000	1,	,80000
24	129,	,46800	O₁	,20000	1,60729	59,	Λ
25	-110	,17700	4,	,00000
26	44,	,28500	6,	,00000	1,80610	4O₁	,8
27	-232,	,8	1.	,50000
28	-34,	ι	1,	,150000	1,48749	70,	,1
29	-103,	,	4,	,00000
30	196,	,63	60,	,387	1,72342	38,	,0
31	58,	,05	3,	,50000
32	-128,	,63 ·	3,	,00000	1,77250	49,	,6
33	53,		1,	50000
34	482,	8	4,	50000	1,62230	53,	2
35	49000	7,	00000	1,80610	40,	8
36	18800	2,	00000
37	82000	4,	95000	1,85518	25,	4
38	80000	1,	75000	1,51112	60,	5
39	50300	6,	75000
40	14832	ο,	20000	1,64850	53,	0
41	14800	5,	00000
42	29000

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Fur ί	86
: = 25	045
(in X-Richtung)	633
ο,
60,
2,

Für f = 125

59,0
1,905 2,633

Hierbei bedeutet R den Radius jeder Linse, D die Dicke jeder Linse oder des Luftspalts von jeder Linse, N den Brechungsindex für die d-Linie und V die Abbe'sehe Zahl.

4098U/Q963 ·

Claims

Patentansprüche

1. ' Anamorphotisches Zoomobjektiv in einem Linsensystem, in dem von der Objektseite gesehen aufeinanderfolgend ein afokaler Zoomlinsenbereich, ein anamorphotisches Linsensystem sowie ein Abbildungslinsensystern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingungen erfüllt sind, wenn das anamorphot!sehe Linsensystem in eine vordere Linsengruppe (I) und eine rückwärtige Linsengruppe (II) unterteilt wird, von denen jede aus Zylinderlinsen besteht,

> 0, f₂ < 0

= ^f1 "

wobei 1* die Brennweite der vorderen Linsengruppe (I) des ana morphotischen Linsensystems, fp die Brennweite der rückwärtigen Linsengruppe (II) und e den Abstand zwischen dem Hauptpunkt der vorderen Linsengruppe und dem der hinteren Linsengruppe bedeuten.

2. Anamorphotisches Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

a · f _R _£ e^f

wobei fp die Brennweite des Abbildungslinsensystems, e' der Abstand zwischen der Oberfläche des Zoomlinsenteils und der des Abbildungslinsensystems ist und wobei a = 0,8, wenn das anamorphotische Verhältnis größer als 1,5 ist

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\ind a = 0,5 Ist, wenn das Anaraorphotenverhältnis kleiner als 1,5 ist

3· Anamorphotisches Zoomobjektiv nach Anspruch 2,

gekennzeichnet durch die Erfüllung der folgenden Bedingung:

wobei r₂ der bildseitige Radius der rückwärtigen Gruppe des anamorphotischen Linsensystems in der Y-Richtung ist.

4. Anamorphotisches Zoömobjektiv nach Anspruch 2, d a

durch gekennzeichnet, daß die vordere Linsengruppe (I) des anamorphotischen Linsensystems aus der Kombination von konvexen Linsen und konkaven Linsen besteht, während die rückwärtige Gruppe (II) aus der Kombination von konvexen Linsen - und konkaven Linsen besteht, von der Objektseite her gesehen=,

5· Anamorphotisches Zoomobjektiv nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Gruppe (I ) des anamorphotischen Linsensystems aus konvexen Linsen besteht, während die rückwärtige Gruppe (II) aus der Kombination von konvexen Linsen und konkaven Linsen, von der Objektseite gesehen, besteht.

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/sr .

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