DE2522717B2

DE2522717B2 - Langbrennweitiges Spiegelobjektiv

Info

Publication number: DE2522717B2
Application number: DE19752522717
Authority: DE
Inventors: Takeshi Asaka Saitama Machida; Syunichiro Tokio Wadamiya
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1974-05-25
Filing date: 1975-05-22
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2522717A1; JPS50151143A; DE2522717C3; JPS5430288B2

Description

Gesamtbrennweite des Objektivs / = 1000 Schnittweite des Objektivs F_h = 51,3

OpI. Syslem

K rü in niii ngsradius	440,0	Linsendicke tu	7
*R, =*
	1691,6	d, =	6
*R₂ =*
	-533,0	/ι =	5
*R₃ =*
	-882,2	d₂ =	180
R₄ =
	-700,0	J	5
*R₅ =*
	-661,4	«/.1 =	-5
R₁, =
	-700,0	*d_A =*	-182
R-j =
	-1200,0	h =	-3
«8 =
	-450,0	d_s =	3
*R₉ =*
	- 1200,0	*d„ =*	180
Rw =
	-100,0	k =	2
Ru =
	55,0	J₇ =	7
R₁₂ =
	-224,0	d» =
Rn =

Brechungsindex

η, = 1,50977

»2 = 1,62606

/j., = 1,51823

Abbcschc Zahl

ι·ι = 62,1

''2

= 39,

ι·λ = 59,0

H₄ = 1,64000

/I₅ = 1,77252 n„ = 1,67270

r₄ = 60,2

rs = 49,6 «ν, = 32,2

Die Erfindung betrifft ein langbrennweitiges Spiegelobjektiv mit einem vorderen Linsenglied, einem ersten Spiegelsystem, einem zweiten Spiegelsystem und einem hinteren Linsenglied.

Für ein langbrennweitiges Objektiv mit einer Brennweite von 1 m oder 2 m wird im allgemeinen ein Spiegelobjektiv verwendet, weil die Gesamtlänge des Objektivs durch die Verwendung eines Spiegelsystems auf weniger als ein Drittel der Brennweite reduziert wird und das Objektiv dadurch bequem zu bedienen ist. Außerdem hat dieser Objektivtyp nur eine sehr kleine chromatische Aberration. Der Grund Tür die Verwendung von Linsengliedern besteht darin, daß die Gesamtlänge des Objektivs durch Ausnützung des teleskopischen Effekts verkürzt wird und verschiedene durch das Spiegelsystem verursachte Aberrationen korrigiert werden.

Ein typisches Spiegelobjektiv besteht aus vier optischen Komponenten. Diese sind als vorderes Linsenglied, erstes Spiegelsystem, zweites Spiegelsystem und hinteres Linsenglied bezeichnet. Die Linsenglieder können jeweils aus einer einzelnen Linse oder einer Linsenkombination bestehen. Die Spiegelsysteme können jeweils von dem einfachen, an der Vorderfläche reflektierenden Typ sein oder von dem Typ, der an einer Hinterfläche reflektiert und vor der hinteren Reflexionsfläche ein lichtdurchlässiges Linsenglied hat. Das erste Spiegelsystem kann ein ringförmiger Reflektor mit einer Mittenöffnung oder mit einem zentralen lichtdurchlässigen Linsenglied sein. Ein derartiges Spiegelobjektiv ist bereits aus dem DE-GM 18 73 356 bekannt.
Wenn sich bei einem solchen Spiegelobjektiv das Objekt vom Abstand unendlich dem Objektiv nähert, verschiebt sich die Lage des Bildpunktes ebenfalls von dem Objektiv weg weiter nach hinten. Bei den gewöhnlichen photographischen Objektiven wird das Aufnahmeobjektiv nach vorne verschoben, um den Brennpunkt in der Brennebene, d. i. der Filmoberfläche, zu halten. Je länger jedoch die Brennweite des Objektivs wird, desto größer wird die Bewegung des Objektivs, die notwendig ist, um den Brennpunkt auf

der Filmfläche zu halten.

Außerdem steht die Verschiebung zum Halten der Bildebene auf der Filmfläche in enger Beziehung zu dem Abstand zwischen den Hauptpunkten des Objektivs. Je größer der Abstand zwischen den Hauptpunkten wird, desto größer wird auch die notwendige Verschiebung für die Fokussierung auf dem Film. Aus »Phototechnik und Wirtschaft« 1951, S. 356—358 und 373 war es auch bereits bekannt, bei photographischen Objektiven ein zerstreuendes Linsenglied relativ zu einem feststehenden optischen System positiver Brennweite und zur ortsfesten Bildebene zu verschieben, um eine Brennweitenänderung zu erreichen.

Bei einem Spiegelobjektiv wird, da die Gesamtlänge des Objektivs im Vergleich zur Brennweite (/) bemerkenswert kurz ist, der Abstand zwischen den Hauptpunkten (A H) oft groß.

Manchmal erreicht AH eine Länge zwischen 2/ und 5/. Deshalb wird bei einem kompakten Spiegelobjektiv mit Janger Brennweite die für die Fokussierung auf dem Film erforderliche Verschiebung des Objektivs oft extrem groß. Wenn z. B. die Brennweite / = 1000 und AH = 3/ist, beträgt die Linsenverschiebung für die Scharfeinstellung, wenn das Objekt bis zu einem Abstand der zehnfachen Brennweite heranrückt, etwa 172 mm. Wenn der Abstand zwischen den Hauptpunkten noch größer ist, beispielsweise ,IH= 4,4/, wie bei dem weiter unten beschriebenen Beispiel, wird die zur Scharfeinstellung notwendige Objektivverschiebung etwa 283 mm. Diese Werte müssen als unvernünftig groß Tür photographische Objektive angesehen werden. Daraus ergeben sich verschiedene Probleme bei Anwendung dieses Scharfeinstellungsverfahrens für solche photographischen Objektive. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß es notwendig wäre, einen großen Bewegungsspielraum Tür das Objektiv hinler dem bildseitigen Scheitel der letzten Linse des Objektivs und der Fassung am Kameragehäuse dadurch vorzusehen, daß man die Schnittweite des Objektivs lang macht und einen Mechanismus zum Verschieben des Objektivs in diesem Raum vorsieht, damit es möglich ist, das Objektiv über eine lange Strecke zu verschieben. Dies steht dem Ziel entgegen, das Spiegelobjektiv leichtgewichtig und klein zu machen, und ist für die Fertigung unvorteilhaft. Außerdem ist eine derartige große Verschiebung des Objektivs für dessen Funkiion ungünstig.

Eine andere Methode zur Scharfeinstellung bei einem Spiegelobjektiv besteht darin, den Abstand zwischen zwei Spiegeln bzw. Spiegelsystemen d. i. die Brennweite zu verändern, indem man den ersten Spiegel bzw. das erste Spiegelsystem relativ zum zweiten Spiegel bzw. Spiegelsystem bewegt. Dies beruht auf dem Gedanken, daß die Verschiebung des Objektivs reduziert wird, wenn man eine Linsengruppe mit hoher Brechkraft verschiebt. T-itsächlich ist die erforderliche Verschiebungsstrecke bei dieser Methode sehr klein.

Auch bei dieser Methode treten einige Probleme auf. Ein Problem besteht darin, daß eine große Kraft notwendig ist, um die große Linsengruppe zu bewegen, und daß demgemäß der Bewegungsrnechanismus groß und kompliziert wird, was für seine Fertigung und Betätigung unzweckmäßig ist. Ein zweites Problem besteht darin, daß es beim Bewegen der Spiegel bzw. der Spiegelsysteme leicht zu einer exzentrischen Fehlstellung des Linsensystems kommt, was die optische

Leistung des Objektivs in hohem Maße beeinträchtigt. Die wichtigsten optischen Komponenten in dem Spiegelobjektiv sind natürlich die Spiegel bzw. die Spiegelsysteme, daher ist der Einfluß der Exzentrizität der Spiegelsysteme auf die optische Leistung beträchtlich größer als die von den anderen durchlässigen Flächen oder Linsengliedern stammenden Einflüsse. Deshalb muß die Genauigkeit in der Position der spiegelnden Flächen sorgfältig eingehalten werden. Es ist folglich unerwünscht, die spiegelnden Flächen beim Scharfeinstellen zu bewegen, die ja die optische Leistung in hohem Maße beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Spiegelobjektiv der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem die Aberration des Objektivs durch die zur Scharfeinstellung notwendige Verschiebung praktisch nicht verschlechtert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Spiegelobjektiv der eingangs erwähnten Art mit den im Anspruch genannten Merkmalen ge/öst.

Dadurch, daß das hintere Linsenglied in bezug auf die Bildebene feststehend und relativ zu dem vorderen optischen System, bestehend aus dem vorderen Linsenglied, dem ersten Spiegelsystem und dem zweiten Spiegelsystem, verschiebbar ausgebildet ist, wird erstens die für die Scharfeinstellung des Objektivs notwendige Verschiebung, wenn das Objekt näher an das Objektiv heranrückt, verringert, und zweitens wird die Aberration des Objektivs durch die Verschiebung praktisch nicht verschlechtert.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand näher anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Objektiv,

Fig. 2A—2G Diagramme der Aberrationen für den Fall, daß das Objektiv als Ganzes zur Scharfeinstellung bewegt wird, wobei die Brennweite / = 1000 und der Abstand Objekt—Bild 10/ beträgt,

Fig. 3 A — 3 G Diagramme der Aberrationen Tür das erfindungsgemäße Objektiv, wobei die Brennweite / = 1000 und der Abstand Objekt —Bild 10/ beträgt.

In F i g. I ist das erfindungsgemäße Spiegelobjektiv gezeigt. Es besteht aus vier optischen Komponenten, nämlich einem vorderen Linsenglied K\, einem ersten Spiegelsystem R₁, einem zweiten Spiegelsystem R₁₁ und einem hinteren Linsenglied K_n. Die Linsenglieder K_t und K_tl bestehen jeweils aus einer Linsenkombination. Die Spiegelsysteme R₁ und Ä,, sind jeweils von der Art, bei der eine Reflexion an einer hinteren Oberfläche erfolgt, wobei ein transparentes Linsenglied vor der spiegelnden Fläche vorgesehen ist. Das erste Spiegelsystem R, ist ein ringförmiger Reflektor, der in der Mitte eine öffnung oder einen mittleren lichtdurchlässigen Teil hat.

Im einzelnen setzt sich dieses Objektiv zusammen aus einem vorderen Linsenglied, das aus einer zusammengesetzten Linse mit den Linsenelementen L₁ und L₂ besteht, aus einem ersten Spiegelsystem mit einer Reflexion an einer hinteren Fläche, bestehend aus einem Linsenelement Z^ und einem Spiegelelement Λίι, aus einem zweiten Spiegelsystem ebenfalls mit einer Reflexion an einer hinteren Fläche, bestehend aus einem Linsenelement L₄ und einem Spiegelelement M₂, und aus einem hinteren Linsenglied, bestehend aus einer zusammengesetzten Linse mit den Linscnelementen L₅ und L,,. Die Radien R₁-R₁₃ und die Dikken (I₁ —i/₈ der Linsen und die Abstände /,—U 7wi-

sehen den Linsen L₁ — L,, und den Spiegeln M₁ und M₂ sind zusammen mit den Brechungsindizes n,—n_H und die Abbeschen Zahlen i>, — ι·,, in der nachstehenden Tabelle niedergelegt:

Gesamtbrennweite des Objektivs: / = 1000.
Schnittweite des gesamten Objektivs: F₁, = 51,3. Absland zwischen den Hauptpunkten des Objektivs: IW =4431,8

Brennweite der Kombination der bewegbarci optischen Elemente: / (/C,+ R,+ R„) = 728,3 (=//1,37)

Abstand zwischen den Hauptpunkten der Linsen kombination: \ H(Ki+ Ri + R_n) = 280,9.

R_n

Krümmungsradius	440,0	Linsendicke oc	7
«1
	1691,6	d_t =	6
Ri
	= -533,0	/\| =	5
Ri
	= -882,2	d₂ =	180
R₄
	= -700,0	'2 =	5
Rs
	= -661,4	4. =
R„
	= -700,0	*<U =*	-182
Ri
	= -1200,0	h =	-3
Rh
	= -450,0	ds =	3
«9
	= -1200,0	du =	180
*RlI)*
	= -100,0	/4 =	2
All
	55,0	di =	7
Rn
	= -224,0	ds =
Rn

Brechungsindex

= 1,50977

//2 = 1,62606

/ι.λ = 1,51823

AbbcsL'hc Zahl

= 62,

η = 39.1

im = 59,0

K₁,

Im folgenden wird die Scharfstellung des angegebenen Spiegelobjektivs beschrieben. Da die Verschiebung des Objektivs, um die Bildebene auf der Filmfiäche zu halten, klein gemacht werden kann, wenn die Brennweite und der Abstand zwischen den Hauptpunkten des bewegten Objektivs kurz ist, wird der Absland zwischen dem hinteren Linsenglied und der Filmfiäche, wie in F i g. 1 gezeigt, konstant gehalten, und die Kombination von Κι+Λι + Äu, die eine bestimmte Brechkraft hat, wird bewegt, um durch diese Verschiebung eine Scharfstellung zu erreichen und die Brennweile klein zu halten. Das heißt, die Kombination K, + Ri + R_n wird um eine Strecke verschoben, die der Verschiebung der Bildebene der Kombination Ki+ Ri + Rn entspricht, welche durch die Bewegung des Objekts verursacht wird, damit die Bildebene des Objektivs an einem zur Filmfiäche bezüglich K_n konjugierten Punkt gehalten wird. Da das hintere Linsenglicd Kn in dem Spiegelobjektiv als ein Element angesehen werden kann, mit dem die Brennweite des gesamten Linsensystcms und der Absland /.wischen den Hauptpunkten vergrößert wird, kann im allgemeinen die zur Scharfeinstellung notwendige Objektverschiebung reduziert werden, indem man die gleiche Kombination K,+R_t+Rn unabhängig von dem hinteren Linsenglicd K_M verschiebt. Nimmt H₄. = 1,64000

H₅ = 1,.77252 H₁, = I,iJ7270

ι·4 = 60,2

»■5 = 49,6 .·„ = 32,2

man an, daß die Brennweite dieser Kombination f (Ki+ Ri + Rn) = //1,2 ist, und berechnet man die erforderliche Verschiebung., dann ist die Verschiebungsstrecke etwa 94 mm, v/as nur etwa die Hälfte von 172 mm ist, die zur Scharfeinstellung bei Verschiebung des Objektivs als Ganzes notwendig wären. In der praktischen Ausführung des Objektivs ist es zwcek-

M mäßiger, die Kombination, die die größeren Abmessungen hat, festzuhalten und das verhältnismäßig kleine Linsensystem Ku zusammen mit dem Kameragehäuse zu bewegen. In diesem Fall ist der zu verschiebende Teil kleiner und auch seine Verschicbungsstrecke ist kürzer. Bei diesem Verfahren sind die Spicgelsystemc natürlich fest; demgemäß verringert sich die Beeinträchtigung der optischen Qualität durch Exzentrizität, was für die Funktion und Fertigung des Objektivs vorteilhaft ist.

ω Das Verfahren zur Scharfeinstellung ist auch noch insofern vorteilhaft, als die Aberration durch die Bewegung des Objektes kaum vergrößert wird. Dieser Objcklivtyp isl an sich so konstruiert, daß er die Aberration für ein Objektiv im Unendlichen korri-

h^r) gicrl, und das hintere Linsenglicd Kn bewirkt die Korrektion für die restliche, von der Kombination K\+ Ri Ί Rn verursachte Aberration. Jc stärker die Breclikrafl der Kombination KH-KH-Λ11 ist, dcslo

größer ist die auf dem hinteren Linsenglied Kn liegende Last für die Korrektion der Aberration. Wenn jedoch das Objekt bis zu einem bestimmten Abstand näher heranrückt, ändert sich die Lage des von der Kombination K₁ + R] + Ru fokussierten Bildes, und der für das unendlich entfernte Objekt erzielte Aberrationsausgleich verschlechtert sich. Gemäß der Erfindung wird jedoch der Abstand von dem hinteren Linsenglied Ku ebenfalls um die Strecke verändert, die der Verschiebung des durch die Kombination

K₁ +R₁ +R₁₁

scharf abgebildeten Bildes entspricht, und dementsprechend verschlechtert sich der Aberrationsausgleich nicht und die Aberration bleibt gut korrigiert.

Man kann deshalb sagen, daß das Verfahren der Scharfeinstellung durch Verändern des Abstandes zwischen dem hinteren Linsenglied und den vorderen, die Spiegelsysteme einschließenden optischen Kornponenten deutlich vorteilhaft für die Fertigung der optischen Elemente und im Gebrauch des Objektivs, sowie für die Leistung des Objektivs ist. Im folgenden soll der durch das erfindungsgemäße Objektiv erreichte Vorteil anhand der korrigierten Aberrationen gemäß den F i g. 2A—2 G, in denen die Aberrationen eines herkömmlichen Objektivs für den Fall der Verschiebung des Objektivs gezeigt sind, und gemäß den F i g. 3A—3 G, in denen die Aberrationen des erfindungsgemäßen Objektivs gezeigt sind, beschrieben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv reduziert sich die Verschiebung des Objektivs auf '/4 oder weniger im Vergleich zu herkömmlichen Objektiven, bei denen das gesamte Objektiv bewegt wird, und die Aberration ist bei dem erfindungsgemäßen Objektiv deutlich verbessert.

Die F i g. 2A—2 G und 3A—3 G zeigen die Korrekturkurven des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs. Die effektive relative Öffnung des Objektivs für die F i g. 2A und 2 B bzw. 3A und 3 B beträgt 2 · tan 1,04° bzw. 2 tan 2,41°.

Für das oben definierte Objektiv veranschaulicht ein Vergleich der zur Scharfeinstellung auf dem Film erforderlichen Verschiebung bei Bewegung des gesamten Objektivs und bei einer Verschiebung lediglich des vorderen optischen Systems gegen das hintere Linsenglied noch deutlicher die Vorzüge des erfindungsgemäßen Objektivs. Bei einem Objektabstand von 10/ beträgt die erforderliche Änderung der Schnittweite AfB bei Verschiebung des gesamten Objektivs 282,7. Im Gegensatz hierzu ist bei einem Objektabstand von 10/dieÄnderung des Abstandest zwischen dem vorderen optischen System

K₁ + R₁ + R_n
und dem hinteren Linsenglied K_n nur 64,9.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Langbrennweitiges Spiegelobjektiv mit einem vorderen Linsenglied, einem ersten Spiegelsystem, einem zweiten Spiegelsystem und einem hinteren Linsenglied,dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Linsenglied (K) in bezug auf die Bildebene feststehend und relativ zu dem vorderen optischen System, bestehend aus dem vorderen Linsenglied (K₁), dem ersten Spiegelsystem (R_t) und dem zweiten Spiegelsystem (Rn), verschiebbar ist und daß das Spiegelobjektiv die folgenden Werte aufweist: