DE2503860A1 - Weitwinkelobjektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkelobjektiv.

Bei Arbeiten auf dem Gebiet der Retrofokus-Objektive ist ein Weitwinkelobjektiv mit kleiner Blendenzahl, also großer Lichtstärke, entwickelt worden. Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv dieses Typs, und insbesondere auf ein Objektiv mit einem Feld- oder Bildwinkel von ungefähr 95 Grad und einer Lichtstärke von un- gefähr 1:2,8.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Weitwinkelobjektiv von hoher Güte und ausgezeichneter Qualität vorgeschlagen, das 12 Linsen aufweist, die zu zehn Gliedern gruppiert sind, die die folgenden vier Bedingungen erfüllen:

(1) F/1,8<|F[tief]1.2.3.4|<F/1.1, F[tief]1.2.3.4<0

(2) i) F/0.6<|F[tief]1.2.3.4.5.6|<F/0.15, F[tief]1.2.3.4.5.6<0

ii) F/1.4<F[tief]1.2.3.4.5.6.7<F/0.8

(3) 0.1<n[tief]8 -n[tief]9 <0.2

(4) 0.3l<(d[tief]1 + d[tief]2 + d[tief]3 + d[tief]4 + d[tief]5 )<0.5l;

dabei sind

F: die zusammengesetzte Brennweite;

F[tief]1.2 ..i: die zusammengesetzte Brennweite des Linsensystems, das aus der ersten bis zur i-ten Linse besteht;

d[tief]j: der j-te Abstand oder Linsendicke;

n[tief]i: Brechungsindex für die d-Linie der i-ten Linse

l: Gesamtlänge des Objektivs.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiligenden schematischen Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Linsensystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Filter;

Fig. 2a bis 2d Aberrations-Kurven, die mit dem Linsensystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wurden;

Fig. 3 eine Ansicht des Linsensystems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem Filter; und

Fig. 4a bis 4d Aberrations-Kurven, die mit dem Linsensystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung erhalten wurden.

Zunächst soll der Aufbau des ersten Objektivs beschrieben werden; die erste Linse ist eine Zerstreuungslinse, die zweite Linse ist eine Sammellinse, und die dritte und vierte Linse sind Linsen mit negativem Meniskus oder Meniskus-Zerstreuungslinsen, die zur Bildseite konkav sind; die fünfte und die sechste Linse sind miteinander verbunden, beispielsweise verkittet, und bilden ein Linsenglied; zwischen der vierten Linse und der fünften Linse ist ein Filter angeordnet. Die siebte Linse ist eine Sammellinse, die achte Linse eine Zerstreuungslinse, während die neunte Linse eine Sammellinse ist, die mit der achten Linse verbunden, beispielsweise verkittet ist. Die zehnte Linse ist eine Sammellinse, die elfte Linse eine Linse mit negativem Meniskus oder eine Meniskus-Zerstreuungslinse, und die zwölfte Linse ist eine Sammellinse.

Das Objektiv nach der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Merkmale:

(1) F/1.8<|F[tief]1.2.3.4|<F/1.1, F[tief]1.2.3.4<0

(2) i) F/0.6<|F[tief]1.2.3.4.5.6|<F/0.15, F[tief]1.2.3.4.5.6<0

ii) F/1.4<F[tief]1.2.3.4.5.6.7<F/0.8

(3) 0.1<n[tief]8 - n[tief]9 <0.2

(4) 0.3l<(d[tief]1 + d[tief]2 + d[tief]3 + d[tief]4 +d[tief]5)<0.5l;

dabei werden die folgenden Bezeichnungen verwendet:

F: zusammengesetzte Brennweite;

F[tief]1.2 i: zusammengesetzte Brennweite des Linsensystems, das aus der ersten bis i-ten Linse besteht;

d[tief]j: der j-te Abstand oder Linsendicke:

r[tief]k: Krümmungsradius der k-ten Oberfläche;

n[tief]i: Brechungsindex für die d-Linie der i-ten Linse;

kleines Ny[tief]i: Abbe´sche Zahl der i-ten Linse;

l: Gesamtlänge der Linse;

f[tief]B: Brennpunktsabstand von der Objektivrückseite.

Im folgenden sollen die Merkmale des Objektivs nach dieser Erfindung, wie sie oben zusammengestellt sind, im einzelnen erläutert werden.

Das erste Merkmal (1) definiert ein vorderes Zerstreuungslinsensystem, das aus den vier Vorderlinsen besteht, wobei das darauf einfallende Licht in einem breiten Winkel gebrochen wird, so dass es in einem vergleichsweise kleinen Winkel auf die fünfte Linse fällt. Dies soll in Bezug auf den Bereich der Lichtstärke des Objektivs definiert werden. Wenn die Brennweite |F[tief]1.2.3.4| etwas über F/1.8 liegt, wird die Beanspruchung, insbesondere die Anforderung an die optischen Eigenschaften, der fünften Linse und der dahinter liegenden Linsen verringert. Wenn jedoch der Öffnungs- bzw. Blendenwirkungsgrad im Bereich von in der Praxis verwendbaren Werten innerhalb des Lichtstärkenbereichs liegt, der nicht kleiner als 2.8 ist, so wird die Koma-Aberration möglicherweise verschlechtert. Wenn andererseits die Brennweite des Linsensystems, das aus den vier Linsen besteht, länger als ein F/1.1 entsprechender Wert ist, so werden die Beanspruchungen, insbesondere die Anforderungen an die optischen Eigenschaften der fünften Linse und der dahinter liegenden Linsen in Bezug auf die lange bildseitige Brennweite

und den großen Feld- bzw. Bildwinkel sehr hoch, was unter dem Gesichtspunkt des Gesamtsystems nachteilig ist. Die zweiten Merkmale (2) i) und ii) definieren die Brechkraft der siebten Linse, um die chromatische Aberration des Linsensystems zu kompensieren, das aus der ersten bis siebten Linse besteht; die entsprechenden Größen werden unter Bezugnahme auf die Eigenschaften des Glasmaterials für die fünfte, sechste und siebte Linse bestimmt. Weiterhin tragen diese Merkmale wesentlich dazu bei, einen Ausgleich der Aberration in dem Linsensystem zu schaffen, das aus den vorderen sieben Linsen besteht. Wenn |F[tief]1.2.3.4.5.6| kürzer als die Brennweite ist, die F/0.6 entspricht, so werden die Anforderungen an die siebte Linse hoch, wenn die Brennweite F[tief]1.2.3.4.5.6.7 kürzer als die Brennweite ist, die F/1.4 entspricht. Diese strengen Anforderungen führen zu Schwierigkeiten bei der Herstellung der Linsen. Weiterhin tritt aufgrund der extremen Kompensation die Aberration in unnatürlicher Form auf, die nur mit sehr großen Schwierigkeiten kompensiert werden kann. Wenn die Brennweite |F[tief]1.2.3.4.5.6| kürzer als die F/0.6 entsprechende ist, dann läßt sich ein großer Brennpunktsabstand von der Objektivrückseite vergleichsweise leicht erreichen, die Linsen hinter der siebten Linse müssen jedoch eine höhere Sammelwirkung haben. Wenn auf der anderen Seite die Brennweite länger als der F/0.15 entsprechende Wert ist, so läßt sich ein langer Brennpunktsabstand von der Objektivrückseite nicht leicht erreichen. Darüberhinaus ist in diesem Fall die Sammelwirkung der siebten Linse gering, und der Ausgleich der Koma für das Licht mit vergleichsweise kleinem Einfallwinkel wird in Kombination mit der achten und neunten Linse schwierig. Wenn die Brennweite F[tief]1.2.3.4.5.6.7 kürzer als der F/1.4 entsprechende Wert ist, wird die Kompensation durch die achte und neunte Linse extrem groß, was unter dem Gesichtspunkt der Kompensation der Aberration unerwünscht ist. Wenn die Brennweite länger als der F/0.8 entsprechende Wert ist, reicht die Kompensation nicht aus, und die Petzval-Summe steigt an.

Das dritte Merkmal (3) definiert einen Unterschied im Brechungsindex, um die sphärische Aberration und in geeigneter Weise die Koma-Aberration zu kompensieren. Dieses Merkmal ist insbesondere dafür wesentlich, die Koma der chromatischen Aberration in geeigneter Weise zu kompensieren und die chromatische Aberration des gesamten Linsensystems in Verbindung mit dem Wert kleines Ny und dem Krümmungsradius auszugleichen.

Das vierte Merkmal (4) definiert die Beziehung zwischen den Aberrationen und der Länge des Linsensystems. Das bedeutet folgendes: Wenn die Länge des Linsensystems kleiner als 0,3l ist, so wird das angestrebte Ziel, das Linsensystem kurz zu machen, in Bezug auf das erste und das zweite Merkmal (2) i) erreicht, jedoch die Aberration verschlechtert. Wenn die Länge des Linsensystems größer als 0,5l wird, wird zwar die Aberration verbessert, die Gesamtlänge des Linsensystems jedoch zu hoch. Wird das Hinterglied des Objektivs klein gemacht, um dieses Problem zu lösen, so wird der Ausgleich der Aberrationen verschlechtert.

Im folgenden sollen zwei spezifische Beispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben werden.

Das erste Beispiel ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus folgenden Elementen bzw. Gliedern: Eine Linse L[tief]1 mit negativem Meniskus bzw. einer Meniskuszerstreuungslinse; eine dicke bikonvexe Linse L[tief]2; eine Linse L[tief]3 mit negativem Meniskus oder eine Meniskus-Zerstreuungslinse; eine Linse L[tief]4 mit negativem Meniskus oder eine Meniskus-Zerstreuungslinse; ein erstes, verkittetes Doppelglied, das aus einer Linse L[tief]5 mit negativem Meniskus bzw. einer Meniskus-Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Linse L[tief]6 besteht; eine bikonvexe Linse L[tief]7; ein zweites, verkittetes Doppelglied, das aus einer plankonkaven Linse L[tief]8 und einer Linse L[tief]9 mit positivem Meniskus bzw. einer Meniskussammellinse besteht; eine bikonvexe Linse L[tief]10; eine Linse L[tief]11 mit negativem Meniskus bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse; und eine plankonvexe Linse L[tief]12; zwischen den Linsen L[tief]4 und L[tief]5 ist ein Filter eingefügt. Die Radien r[tief]1 bis r[tief]22, die Dicke und Abstände d[tief]1 bis d[tief]21 sind neben den Brechungsindizes n[tief]1 bis n[tief]12 und den Abbe´schen Zahlen kleines Ny[tief]1 bis kleines Ny[tief]12 für die Linsen L[tief]1 bis L[tief]12 in der folgenden Tabelle I angegeben:

Tabelle I

F = 100

F[tief]1.2.3.4 = -70.42

F[tief]1.2.3.4.5.6 = -274.72

F[tief]1.2.3.4.5.6.7 = 108.22

f[tief]B = 178.14

(Fortsetzung auf der nächsten Seite)

Fig. 2a zeigt die sphärische Aberration; Fig. 2b zeigt die chromatische Aberration; Fig. 2c die Verzeichnung; und Fig. 2d zeigt den Astigmatismus des in Fig. 1 gezeigten und in Tabelle I definierten Linsensystems.

Das zweite Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt und besteht aus folgenden Elementen bzw. Gliedern: Eine Linse L[tief]1 mit negativem Meniskus bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse; eine bikonvexe Linse L[tief]2; eine Linse L[tief]3 mit negativem Meniskus bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse; eine Linse L[tief]4 mit negativem Meniskus bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse; ein erstes, verkittetes Doppelglied, das aus einer Linse L[tief]5 mit negativem Meniskus bzw. einer Meniskus-Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Linse L[tief]6 besteht; eine bikonvexe Linse L[tief]7; ein zweites, verkittetes Doppelglied, das aus einer Linse L[tief]8 mit negativem Meniskus bzw. einer Meniskus-Zerstreuungslinse und einer Linse L[tief]9 mit positivem Meniskus bzw. einer Meniskussammellinse besteht; eine Linse L[tief]10 mit positivem Meniskus bzw. eine Meniskus-Sammellinse; eine Linse L[tief]11 mit negativem Meniskus bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse; und eine bikonvexe Linse L[tief]12. Ein Filter ist zwischen die Linsen L[tief]4 und L[tief]5 eingefügt. Die Radien r[tief]1 bis r[tief]12 und die Abbe´schen Zahlen kleines Ny[tief]1 bis kleines Ny[tief]12 sind für die Linsen L[tief]1 bis L[tief]12 in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II

F = 100

F[tief]1.2.3.4. = -62.89

F[tief]1.2.3.4.5.6 = -239.80

F[tief]1.2.3.4.5.6.7 = 90.74

f[tief]B = 183.95

(Fortsetzung auf der folgenden Seite)

Fig. 4a zeigt die sphärische Aberration; Fig. 4b zeigt die chromatische Aberration; Fig. 4c zeigt die Verzeichnung; und Fig. 4d zeigt den Astigmatismus des in Fig. 3 gezeigten und in Tabelle II definierten Linsensystems.

Selbstverständlich sind die beschriebenen bzw. dargestellten Ausführungsformen nur als Beispiele gedacht, so dass zahlreiche Modifikationen am Aufbau und in der Anordnung der einzelnen Glieder vorgenommen werden können, die noch im Umfang der Erfindung liegen, wie er durch die nun folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (7)

1. Weitwinkelobjektiv, gekennzeichnet durch zwölf Linsen, die zu zehn Gliedern gruppiert sind, die die folgenden vier Bedingungen erfüllen:

(1) F/1.8<|F[tief]1.2.3.4|<F/1.1, F[tief]1.2.3.4<0

(2) i) F/0.6<|F[tief]1.2.3.4.5.6|<F/0.15, F[tief]1.2.3.4.5.6<0

ii) F/1.4<F[tief]1.2.3.4.5.6.7<F/0.8

(3) 0.1<n[tief]8 -n[tief]9 <0.2

(4) 0.3l<(d[tief]1 + d[tief]2 + d[tief]3 + d[tief]4 + d[tief]5)<0.5l,

wobei die Zeichen die folgenden Bedeutungen haben:

F: zusammengesetzte Brennweite;

F[tief]1.2 ..i: zusammengesetzte Brennweite des Linsensystems, das aus der ersten bis i-ten Linse besteht;

d[tief]j: der j-te Abstand oder Linsendicke;

n[tief]i: Brechungsindex für die d-Linie der i-ten Linse:

l: Gesamtlänge des Objektivs.

2. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (L[tief]1) eine Zerstreuungslinse ist, dass die zweite Linse (L[tief]2) eine Sammellinse ist, dass die dritte und vierte Linse (L[tief]3, L[tief]4) Meniskus-Zerstreuungslinsen sind, die zur Bildseite konkav sind, dass die fünfte und sechste Linse (L[tief]5, L[tief]6) ein verkittetes Doppelglied bilden, dass die siebte Linse (L[tief]7) eine Sammellinse ist, dass die achte Linse (L[tief]8) eine Zerstreuungslinse ist, dass die neunte Linse (L[tief]9) eine Sammellinse ist, die mit der achten Linse (L[tief]8) verkittet ist, dass die zehnte Linse (L[tief]10) eine Sammellinse ist, dass die elfte Linse (L[tief]11) ei- ne Meniskus-Zerstreuungslinse ist, und dass die zwölfte Linse (L[tief]12) eine Sammellinse ist.

3. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vierten Linse (L[tief]4) und der fünften Linse (L[tief]5) ein Filter angeordnet ist.

4. Weitwinkelobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (L[tief]1) eine Meniskus-Zerstreuungslinse ist, dass die zweite Linse (L[tief]2) eine dicke bikonvexe Linse ist, dass die fünfte Linse (L[tief]5) eine Meniskus-Zerstreuungslinse ist, dass die sechste Linse (L[tief]6) eine bikonvexe Linse ist, dass die siebte Linse (L[tief]7) eine bikonvexe Linse ist, dass die achte Linse (L[tief]8) eine plankonkave Linse ist, dass die neunte Linse (L[tief]9) eine Meniskus-Sammellinse ist, dass die zehnte Linse (L[tief]10) eine bikonvexe Linse ist, und dass die zwölfte Linse (L[tief]12) eine plankovexe Linse ist.

5. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien (r[tief]1 bis r[tief]22), die Dicken und Abstände (d[tief]1 bis d[tief]21), die Brechungsindizes (n[tief]1 - n[tief]12) und die Abbe´sche Zahlen (kleines Ny[tief]1 bis kleines Ny[tief]12) der zwölf Linsen (L[tief]1 bis L[tief]12) jeweils die folgenden Bedingungen erfüllen:

F = 100

F[tief]1.2.3.4 = -70.42

F[tief]1.2.3.4.5.6 = -274.72

F[tief]1.2.3.4.5.6.7 = 108.22

bildseitige Brennweite

f[tief]B = 178.14

(Fortsetzung auf der folgenden Seite)

6. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (L[tief]1) eine Meniskus-Zerstreuungslinse ist, dass die zweite Linse (L[tief]2) eine bikonvexe Linse ist, dass die fünfte Linse (L[tief]5) eine Meniskus-Zerstreuungslinse ist, dass die sechste Linse (L[tief]6) eine bikonvexe Linse ist, dass die siebte Linse (L[tief]7) eine bikonvexe Linse ist, dass die achte Linse (L[tief]8) eine Meniskus-Zerstreuungslinse ist, dass die neunte Linse (L[tief]9) eine Meniskus-Sammellinse ist, dass die zehnte Linse (L[tief]10) eine Meniskus-Sammellinse ist, und dass die zwölfte Linse (L[tief]12) eine bikonvexe Linse ist.

7. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Radien (r[tief]1 -r[tief]22), die Dicken und Abstände (d[tief]1 -d[tief]21), die Brechungsindizes (n[tief]1 bis n[tief]22) und die Abbe´schen Zahlen (kleines Ny[tief]1 - kleines Ny[tief]12) der zwölf Linsen (L[tief]1 -L[tief]12) jeweils die folgenden Bedingungen erfüllen:

F = 100

F[tief]1.2.3.4 = -62,89

F[tief]1.2.3.4.5.6 = -239.80

F[tief]1.2.3.4.5.6.7 = 90.74

(bildseitige Brennweite)

f[tief]B = 183.95

(Anspruch wird auf der folgenden Seite fortgesetzt)