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Weitwinkelobjektiv

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkel-Aufnahmeobjektiv bzw. -Fotoobjektiv und insbesondere ein kompaktes Weitwinkel-Fotoobjektiv mit kurzer Gesamtlänge.

FUr ein Objektivsystem nut kurzer bzw. kleiner Gesamtlänge, welches aus drei Teilen mit insgesamt vier Linsen besteht, ist es zur günstigen Korrektur von Aberrationen bekannt, beispielsweise die objektseitig oder bildseitig liegende Oberfläche der dritten Linse asphärisch zu gestalten oder diese

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beiden Flächen der dritten Linse als asphärische .Flächen auszubilden. Im allgemeinen ist es jedoch sehr schwierig, asphärische Linsen herzustellen. Es ist insbesondere sehr schwierig, eine gekrümmte bzw. gebogene Fläche mit kleinem Krümmungsradius als asphärische Fläche auszubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Weitwinkel-. Fotoobjektiv mit kleiner Gesamtlänge zu schaffen, welches ein transparentes Plattenglied aufweist, von dem wenigstens eine Oberfläche als asphärische Fläche ausgebildet ist und welches zwischen derjenigen Linse und der Bildebene angeordnet ist, die der Bildebene am nächsten liegt.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht das erfindungsgemäße Objektivsystem aus drei Linsen-Bestandteilen .mit vier Linsen, wobei der erste Linsen-Bestandteil bzw. die erste Linse L, eine gekittete Doppellinse ist, die aus einer positiven und einer negativen Linse besteht. Die zweite Linse L~ ist eine positive Linse und die dritte Linse L„ ein negativer Meniskus, dessen

konkave Fläche objektseitig angeordnet ist. Außerdem ist ein transparentes Plattenglied P zwischen der dritten Linse L~ und der Bildebene vorgesehen, wobei eine oder beide Flächen als asphärische Flächen bzw. asphärische Flächen ausgebildet sind.

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Das erfindungsgemäße Objektiv erfüllt die nachstehenden Bedingungen, wobei f die Brennweite des Objektivs als Ganzes,, f. und f~ die Brennweiten der ersten Linse L. bzw. der dritten Linse L-, die Bezugszeichen r,- und r, die Krümmungsradien der Fläche auf der Bildseite der zweiten Linse L„ und der objektseitig liegenden Fläche der dritten Linse L,, darstellen:

(1) 0,8f <Τί_Ί <C l,7f

(2) 0,4f<fg^0,8f

(3) 0,3f <-r

(4) 0,12f<-r₆<0,3f

In dem erfindungsgemäßen Objektiv ist wenigstens eine der Flächen des transparenten Plattengliedes P, welches zwischen der dritten Linse L, und der Bildebene liegt, als asphärische Fläche ausgebildet und wird durch die Gleichungen (5) bestimmt, wenn die Richtung der optischen Achse durch die x-Achse und die senkrecht zur optischen Achse liegende Richtung durch die y-Achse wiedergegeben wird:

(5) χ = Ay⁴ + By⁶ + Cy⁸ + Dy¹⁰ lAK5/f³, B .

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Wenn bei dem vorstehend erläuterten Aufbau des Objektivs die Brennweite f.. der ersten Linse L, größer als die obere Grenze mit l,7f der Bedingung (i) ist, wird das Tele-Verhältnis (d.h. der Wert, der sich durch Division des Abstands zwischen der ersten Linsenoberfläche des Objektivs und der Bildebene durch die Brennweite des Linsensystems als Ganzes ergibt) groß und es wird unmöglich, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu erfüllen, nämlich ein Objektiv mit kleiner Gesamtlänge zu schaffen. Wenn f. kleiner als die untere Grenze mit 0,8f ist, wird es unmöglich, Aberrationen günstig zu korrigieren, auch wenn eine asphärische Fläche in dem Objektivsystem angenommen wird, es sei denn, daß die Zahl der Linsen , die das Objektiv bilden, erheblich verändert wird.

Wenn die Brennweite f«, der dritten Linse L« größer als 0,8f wird, d.h. die obere Grenze der Bedingung (2) überschreitet, wird es zusätzlich zu der Tatsache, daß die Brennweite f, der ersten Linse L, in der gemäß der Bedingung (i) gezeigten Weise festgelegt ist, nachteilig, das Tele-Verhältnis klein zu gestalten. Wenn andererseits f« kleiner als 0,4f wird, d.h. kleiner als die untere Grenze der Bedingung (2), wird es unmöglich,

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Aberrationen bei einer Linsenanordnung gemäß der Erfindung günstig zu korrigieren. Wenn die Fläche r,- bildseitig der zweiten Linsenkomponente L« die Bedingung -r_ > 0,7f erfüllt, wenn die Vergrößerung der jeweiligen JLinsen im Objektiv die vorerwähnten Bedingungen erfüllen, kann die Verzeichnung in negativer Richtung korrigiert werden. Die meridionale Bildebene wird sich jedoch in Richtung auf die negative Seite stark neigen und derAsymmetriefehler der oberen Strahlen im Randbereich wird verschlechtert. Wenn dagegen -T₁- ^0,3f wird, wird eine starke kissenförmige Verzeichnung hervorgerufen. Es ist daher notwendig, daß r,- die Bedingung (3) erfüllt.

Die Bedingung (4) bezieht sich auf die objektseitig angeordnete Fläche r, der dritten Linse L_. Wenn -r, größer als 0,3f ist, und die Vergrößerung der dritten Linse L« die Bedingung (2) erfüllt, wird der Asymmetriefehler der oberen Strahlen im Randbereich und im Zwischennahteil groß. Wenn -r, kleiner als 0,12f ist, wird eine kissenförmige Verzeichnung hervorgerufen und kann auch dann nicht korrigiert werden, wenn eine asphärische Fläche benützt wird.

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Neben der oben erwähnten Linsenanordnung gemäß der Erfindung weist das Weitwinkelobjektiv mit kurzer Gesamtlänge die transparente Platte P, die eine asphärische Fläche aufweist, die durch die erwähnten Gleichungen (5) bestimmt ist; die Platte P befindet sich zwischen der dritten Linse L„ und der Bildebene. Die transparente Platte P weist eine asphärische Fläche auf, die in der nachstehend erläuterten Weise ausgebildet ist. Im paraxialen Bereich und in dem Bereich, der dem paraxialen Abschnitt nahe liegt, ist die asphärische Fläche als plane Fläche ausgebildet. Da der Abstand zum paraxialen Gebiet größer wird, ist die asphärische Fläche in Richtung auf die Fläche auf der anderen Seite der transparenten Platte P schwach gebogen, während die asphärische Fläche im Randgebiet stark in dieser Richtung gekrümmt ist. Die asphärische Fläche wird durch die angegebenen Gleichungen (5) ausgedrückt. Die transparente Platte P mit der vorstehend erläuterten Anordnung ist vorgesehen, um achsenferne bzw. außeraxiale Aberrationen zu korrigieren, die im Randgebiet erheblich verschlechtert sind, wenn der Bildfeldwinkel groß ist. Wenn in den Gleichungen (5), welche die asphärische Fläche dieser transparenten Platte wiedergeben, der Koeffizient A den Wert IA I ^5/f animmt, wird die Differenz der asphärischen Fläche vor der planen Fläche

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an dem Gebiet, der dicht neben dem paraxialen Gebiet liegt, in Richtung auf das Zwischengebiet bzw. den Zwischennahteil zu groß. Infolgedessen sind Aberrationen in dem Zwischengebiet Uberkorrigiert und können nicht mit Aberrationen im Randbereich ausgeglichen werden. Dies ist nicht wünschenswert. Wenn das Produkt aus den Koeffizienten B und C positiv wird, wird die Differenz der asphärischen Fläche zur planen Fläche insbesondere im Randgebiet zu groß. Infolgedessen wird es schwierig, Aberrationen im Zwischengebiet und in den Randgebieten auszugleichen, auch wenn der Koeffizient A den WertlAI<T5/f annimmt.

Durch das transparente Plattenglied P mit einer asphärischen Fläche ist es möglich, den oben erwähnten Aberrations-Korrektureffekt zu erhalten, auch wenn nur dessen vordere oder rückwärtige Fläche als asphärische Fläche ausgebildet ist. Wenn Jedoch beide Flächen, d,h. die vordere und rückwärtige Seite asphärisch sind, kann der Aberrations-Korrektureffekt erhöht werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen veran-

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schaulicht. Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Objektivs,

Figur 2A₇B, C graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Ausführungsbeispiels 1,

Figur 3A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Ausführungsbeispiels 2,

Figur 4A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Beispiels 3₇

Figur 5A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Ausführungsbeispiels 4,

Figur 6A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven des Ausführungsbeispiels 5₇_

Figur 7A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven für das Ausführungsbeispiel 6₇

Figur 8A₇B₇C graphische Darstellungen der Aberrationskurven für das Ausführungsbeispiel 7, und

Figur 9 ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die asphärische Fläche.

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In den nachstehend angegebenen Ausführungsformen stellen f die Brennweite des Linsensystem als Ganzes, f, und f„ die Brennweiten der ersten und dritten Linse, r, bis Tg die Krümmungsradien der jeweiligen Linsen, d, bis d~ die Dicke der jeweiligen Linsen und die Luftspalte zwischen den Linsen, n. bis n,- die Brechungsindizes der Linsen_xT, bis "*4 die Abbeschen Zahlen der Linsen, S¹ den Abstand zwischen der letzten Linsenfläche und der Bildebene , P das Tele-Verhältnis und A,B,C und D die jeweiligen Koeffizienten in den angegebenen Gleichungen dar. f.. und f~ sind die Brennweiten der ersten und dritten Linse und r_c und r, der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche der zweiten Linse bzw. der objektseitigen Fläche der dritten Linse.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsforinen des erfindungsgemäßen Weitwinkelobjektivs näher erläutert.

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f = ι

= 0,23094

-10-

ö'ffnungsverhältnis 1 : 4,5

cL = 0,1013 n_} = 1,62280

-0,38753 d₂ = 0,0203 n_o = 1,83400

0,43402 d₃ = 0,0943

2,33484 d, = 0,0492 ru = 1,66672 4 ο

-0,43435 d₅ = 0,1010

-0,17467 d, = 0,0434 , n. = 1,51633

r7	= -0,50173	= OO	1,4424	= 0,0579 n5 =	1,51633	238,46
	d7:	0,42281	0,446
r8	= 0,0145	D a-36,904	B = 28,223	C = -	,5435
	= oo (asphärische Fläche)	fr
r9	d8:	S1 =	f2= 0,5532	ν-0
A =	P = 0,928

Bildfeldwinkel 6 4°

= 57,1

= 37,2 = 48,3 = 64,2 = 64,2

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f = 1

-11-AusfUhrunqsbeispiel 2

Öffnungsverhältnis T : 4,5

f1	= 0,23868	n1 =	n5 =	h	62230
	d1= 0,1013		45,731
r2	= -0,33877	n2 =		h	78300
	d2= 0,0203		0,5658
r3	= 0,44423
	d.= 0,0949 O
r4	= 5,81158	n3s		h	66672
	d/= 0,0492
r5	= -0,40196
	d, = 0,1016
r6	= -0,17533	n4 =	\	62041
	d6 = 0,0463
r7	= -0,41661
	άγ = 0,0145	s oo (asphärische Fläche)
r8		dg = 0,0579		51633
	= - 0,07209 B =		C = - 385,22
A	s -61,136
D	= 1,2841 f2a		f3= -0,5268
f1	= 0,445
S'	= 0,931
P

Bildfeldwinkel 64°

= 53,2

- 36,2

= 48,3

60,3

64,2

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f = .= 0,23348

= -0,38780

r₃= 0,53683

.= co

r₅= -0,40185

d_r= 0,1011

r₆= -0,16154

Öffnungsverhältnis 1 : 4,5

= 0,1016 n. = 1,62280

J₂= 0,0203 n₂ = 1,83400

d₃= 0,0947

= 0,0493 n₃ = 1,66672

d₆= 0,0435 n₄ = 1,62041

X₇= -0,39902

d₇= 0,0145

r_fi- OO (asphärische Fläche)

d_R3 0,0580 η, = 1,51633

Bildfeldwinkel 64°

=57,T

V₂ = 37,2

= 48,3

60,3

, 64,2

1,9575 -13^97 1,0422

0,417 0,900

B = 4,7586 C=- 81,660

= 0,6014 f₃= -0,4694

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f = 1

Ausführungsbeispiel 4 Öffnungsverhältnis 1 = 4,5

= 0,23341

Ci₁ = 0,1013 n.j = 1,62280

x₂ = -0,37997

cL = 0,0203 n₂ = 1,83400

r₃ = 0,43926

cL = 0,0948

r₄ = 2,27030

d. = 0,0492 n„

4 <i

-0,42573

^r8 = *°

1,66672

d₅ = 0,1008

-0,17875

a, = 0,0434 n. = 1,51633 6 ' 4 '

-0,54311

d₇ = 0,0145

d = 0,0579 n. = 1,51633

χ s oo (asphärische Fläche j

A a 0,02833 B β -21,007 C = 105,56 D a 22,669

f₁ = 1,4987 f₂ s 0,5427 f₃ a - 0,5389

S¹ = 0,449

P = 0,931

Bildfeldwinkel 64°

57,1

« 37,2

•V₃ = 48,3

= 64,2

64,2

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	Ausfuhrungsbeispiel 5	9	2521528
	Öffnungsverhältnis		Bildfeldwinkel
f = 1	1 : 4,5	ro = <*> (asphärische Fläche)	64°
γί = 0,22394
d1 = 0,1017	Π] = 1,62280	Ύλ = 57,1
τ2 = -0,50057
O2 = 0,0177	n2 = 1,83400	T2 = 37,2
r3 = 0,47527
d3 = 0,0947
r4 = 12,0754
d, = 0.0494	n3 = 1,66672	T3 = 48,3
r5 = - 0,55765
d5 β 0,1017
r, = -0,15399
d6 = 0,0436	n. - 1,51633	-V4 = 64,2
T7 = -0,32699
d7 = 0,0145

dg = 0,0581 n₅ = 1,51633

V₅ = 64_/2

A = 2,5225 B a -21,599 C = 188,31 D= 19,270 S¹ = 0,424 P = 0,905·

f₁ = 0,9758 f₂ = 0^8007 f₃ = -0.6166

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	f =; 1	0,1013	-15- Ausführungsbeispiel 6	252152
	0,26170		Öffnungsverhältnis	Bildfeldwinkel
	d1 =	0,0203	1:4,5	64°
Γ1 =	-0,37379
I	d2*	0.0.965	η .j = 1,62230	^1 = 53,2
Γ2 =	0,73454
	d3 =	0,0492	n2 = 1,78300	V2 = 36,2
Γ3 =	-0,67440
	d4 =	0,1027
r4 =	-0,30235
	d5 =	0,0434	n3 = 1,66672	V3 = 48,3
Γ5 =	-0,15002
	d6 =	0,0145
ΓΑ =	-0,33843
ο	d7 =	n4 = 1,51633	V4 s 64,2
Γ7 =

r₈= co

(asphärische Fläche)

d = 0,0579 n₅ = 1^51633

^r9 A = B : C : D :

S¹ = P :

S! CSO

2,4878

0,6161

-78,464

-1,5304

0,445

0,931

= 0,8861 = 0,7807 = -0,5663

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f = 1
0,24217

d₁ = 0,1159

-0,39139

ά₀ = 0,0145

r. = 2,69376

^r3
^f4
^Γ5 ⁼

^r6 ⁼

= 0,44949

= 0,0985

d, = 0,0507
-0_; 46019

d₅ = 0,1014
-0,18870

= 0,0435

-0,52266

-16-AusfUhrungsbeispiel 7

Öffnungsverhältnis
: 4,5

η .j = 1,62230 n₂ = 1,83400

n₃ = 1,70000

n₄ = 1,51633

Bildfeldwinkel

JHA⁰

64

= 53,2

= 37,2

= 48,1

64,2

= 0,0145

dg = 0,0580 n₅ = 1,51633 r_o = oo (asphärische Fläche)

= 64,2

A
B
C
D

-0,01257
-16^272
60,204
13,853
= 0,450
= 0,946

1,5514 0,5652 -0,6037

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In den vorgenannten Ausführungsbeispielen sind r.. bis r_ die Krümmungsradien der jeweiligen Flächen der Linsen und des transparenten Plattenglieds P.

Bei der Herstellung zur Bildung einer asphärischen Fläche des transparenten Plattenglieds in dem erfindungsgemäßen Objektiv ist es möglich, zusätzlich zur Herstellung zwecks Bildung einer asphärischen Fläche direkt aus einer Glasplatte eine asphärische Fläche aus einer planen Fläche unter Verwendung von thermoplastischem Glasmaterial zu bilden und eine asphärische Fläche durch Formung von Kunststoffen bzw. Kunstharzen zu erzeugen. Außerdem ist es auch möglich, eine asphärische Fläche dadurch herzustellen, daß eine dünne asphärische Schicht aus Kunststoff auf einer sphärischen Basislinse aufgeklebt wird, welche einen geeigneten Krümmungsradius besitzt oder es kann eine asphärische Fläche gebildet werden, indem ein Glasmaterial auf eine Fläche der sphärischen Basislinse aufgedampft wird.

Die numerischen Wer eines Ausführungsbeispiels zur Erzeugung einer asphärischen Fläche mit Hilfe einer sphärischen Fläche nach den vorstehend erläuterten Verfahren werden nachfolgend gegeben. Die numerischen Vierte dieses Ausfuhrungsbeispiels ergeben

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— ΙΟ—

sich in der zu erläuternden Weise, wobei gemäß .Fig. 9 r„ und Tg beide plane Flächen, r¹ den Krümmungsradius der das Grundelement darstellenden sphärischen Linse, d¹ die Dicke der asphärischen Schicht auf der optischen Achse und n* den Brechungsindex des Glases zum Aufdampfen darstellen.

„ = oo (asphärische Fläche)

	d1 =	O	n1 = 1	,469
r1 =	7,47470
	d8 = o	,0578		,51633
r9 =	OO
A =	0,47573
B =	30,539
C =	-260,82
D =	-40,392

Die Dicken der asphärischen Schicht bei vorstehendem Beispiel entsprechen verschiedenen Werten für y und χ in Gleichung (5) und ergeben sich wie folgt:

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y 0	χ O	Dicke der asphärischen Schicht 0
0,05	0,0000022	0,0001333
0,10	0,0000595	0,0005442
0,15	0,0004430	0,0009635
0,20	0,0022377	0,0005235
0,228	0,0033249	0
0,25	0,0049018

In vorstehendem Beispiel wird die asphärische Schicht in einem Durchmesserbereich von 0,456 auf der Vorderfläche der transparenten Platte P gebildet.

Aus vorstehenden Erläuterungen und Ausführungsbeispielen ergibt sich, daß die Erfindung ein kompaktes VJeitwinkelobjektiv mit kurzer Gesamtlänge schafft, bei dem Aberrationen sehr günstig korrigiert werden. Die asphärische Fläche in dem erfindungsgemäßen Objektiv wird aus einer planenFläche auf einer transparenten · Platte gebildet und kann daher nach einem sehr einfachen Verfahren hergestellt werden, wie dies bei dem Beispiel gemäß Fig. 9 veranschaulicht wird.

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