DE2522717C3

DE2522717C3 - Langbrennweitiges Spiegelobjektiv

Info

Publication number: DE2522717C3
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: 1979-03-08
Also published as: DE2522717A1; JPS50151143A; DE2522717B2; JPS5430288B2

Description

Gesamtbrennweitc des Objektivs / = KMX)
Schniltweite des Objektivs F₁, = 51.3

Opi. S\slum

Kriimniii	itsnidiiis	Linsenilicke ot	7
R₁ =	440,0
		(I₁ =	6
R.2 —	169!,6
		Ί =	5
*Ri =*	-533,0
		*tl₂ =*	180
R₄ =	-882,2
		ι	5
R₅ =	-700,0
		d> =
R₁, =	-661.4
		*d =**	-182
R₇ =	- 700,0
		*h =*	-3
Rh =	-1200,0
		*d_s =*	3
R„ =	-450,0
		d_h =	180
K\|0 —	— i 200,0
		'4 =	2
R_n =	- 100,0
		*(h =*	7
*R,i =*	55,0
		d_H =
^u =	-224,0

/ι, = 1,50977

;i₂ = 1,62606

= 1,51823

Abhcschc
Zahl

'■1 = 62,1

η = 39,1

= 59,0

"5

= 1,64000

1,77252
1,67270

1-4 = 60,2

ι·., = 49,6 .·„ = 32,2

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

Für ein langbrennweitiges Objektiv mit einer Brennweite von 1 m oder 2 in 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 für die Verwendung von Linsenglicdern besieht darin, da(.i die Gesamtlänge des Objektivs durch Ausnützung des teleskopischen Effekts verkürzt wird und verschiedene durch das Spiegelsyslem 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 Spiegel-

><> systeme können jeweils von dem einfachen, an der Vorderfläche reflektierenden Typ sein oder von dem Typ, der an einer Hinlerfläche reflektiert und vor der hinteren Rcflexionsfläche 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

bo 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 Filmflächc in enger Beziehung zu dem Abstand zwischen den Hauptpunkten des Objektivs. Je größer der Abstand zwischen den Hauptpunkten wird, desto größer wird at'.h 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 pholographischen Objektiven ein zerstreuendes Linsenglied |,> relativ zu einem feststehenden optischen System positiver Brennweite und zur ortsfesten Bildebene zu verschieben, um eine Brennweilenänderung zu erreichen.

Bei einem Spiegelobjektiv wird, da die Gesamtlänge des Objektivs im Vergleich zur Brennweile (/) be- ,.-, merkenswert kurz ist, der Abstand zwischen den Hauptpunkten {Λ H) oft groß.

Manchmal erreicht IW eine Länge zwischen 2/ und 5/. Deshalb wird bei einem kompakten Spiegelobjektiv mit langer Brennweile die für die Fokussierung auf dem Fiim erforderliche Verschiebung des Objektivs oft extrem groß. Wenn z. B. die Brennweite / = 1(XX) und I H = 3/ist, beträgt die Linsenverschiebung für die Scharfeinstellung, wenn das Objekt bis zu einem Abstand der zehnfachen Brenn- ₂> weite heranrückt, etwa 172 mm. Wenn der Abstand zwischen den Hauptpunkten noch größer ist, beispielsweise I H = 4,4/, wie bei dem weiter unten beschriebenen Beispiel, wird die zur Scharfeinstellung notwendige Objektivverschiebung etwa 283 mm. Diese _Jn Werte müssen als unvernünftig groß für photogr^phische Objektive angeschen werden. Daraus ergeben sich verschiedene Probleme bei Anwendung dieses Scharfeinsteiiungsvcrfahrens für solche photographischen Objektive. Eine Schwierigkeit besteht darin, _r, daß es not wendig wäre, einen großen Bewegungsspielraum für das Objektiv hinter dem bildseitigen Scheitel der leizlen Linse des Objektivs und der Fassung am Kameragehäuse dadurch vorzusehen, daß man die Schnittweite des Objektivs lang macht und _4(l einen Mechanismus zum Verschieben des Objektivs in diesem Raum vorsieht, daniil 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 Ferli- ₄-, gung unvorteilhaft. Außerdem ist eine derartige große Verschiebung des Objektivs für dessen Funktion 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 5-, Objektivs reduziert wird, wenn man eine Linsengruppe mit hoher Brechkraft verschiebt. Tatsächlich ist die erforderliche Verschiebungsslrecke bei dieser Methode sehr klein.

Auch bei dieser Methode treten einige Probleme _fao auf. Ein Problem besteht darin, daß eine große Kraft notwendig ist, um die große Linsengruppe zu bewegen, und daß demgemäß der Bewegungsmechanismus groß und kompliziert wird, was für seine Fertigung und Betätigung unzweckmäßig ist. Ein zweites Problem _b5 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 Ohjektivs durch dfe zur Scharfeinstellung notwendige Verschiebung praktisch nicht verschlechtert wird.

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

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 / = KX)O und der Abstand Objekt —Bild 10/ beträgt,

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

In F i g. 1 ist das erfindungsgemäße Spiegelobjektiv gezeigt. Es besteht aus vier optischen Komponenten, nämlich einem vorderen Linsenglied K₁, einem ersten Spiegelsystem R₁, einem zweiten Spiegelsystem R_u und einem hinteren Linsenglicd K_n- Die Linsenglieder K₁ und K_n bestehen jeweils aus einer Linsenkombination. Die Spiegelsysleme R₁ und R₁₁ sind jeweils von der Art, bei der eine Reflexion an einer hinleren Oberfläche erfolgt, wobei ein transparentes Linsenglied voider spiegelnden Fläche vorgesehen isD<^ls erste Spiegelsystem R₁ 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 L, und L₂ besteht, aus einem ersten Spiegelsystem mit einer Reflexion an einer hinleren Fläche, bestehend aus einem Linsenelemeni L₁ und einem Spiegelelement M₁, aus einem zweiten Spiegelsystem ebenfalls mit einer Reflexion an einer hinteren Fläche, bestehend aus einem Linsenelemeni L₄ und einem Spknteielement M₂- und aus einem hinteren Linscuglicd. bestehend aus einer zusammengesetzten Linse mit den Linsenelementen L₅ und U,. Die Radien R₁ R₁, und die Dikken d,—f/₈ der Linsen und die Abstände /, ■■- L zwi-

Stilen den Linsen r, /.,, und den Spiegeln Λ/, und M₂ sind zusammen mit den Breclnmgsiiidizes n, n_H und die Abbeschen Zahlen ι·, ι·,, in der nachstehenden Tabelle niedergelegt:

(je.-..·iiuliKMinweile Jes Objektivs: / - KtOO.
Sehniiiweite des gesamten ()bjckti\s: /■„ = 51.3. Abstand zwischen ilen I laiiplpunklcn ties Ob i-.-kii\s: I // - 4431.«

Hivnnweile der kombination der bewegbarer optischen Elemente: /(Ki) R, I R₁₁) - 728.3

(=./7137)

.\bsland /wischen den Haupl punkten doi Linsenkombination: I IHK-, f R₁ + R₁₁) 2KO.9.

K r urn n

ike oilei AhsUiiu!

UiLchiii

ΛιΙιΙ

«4 =

R„ = R-

Rn = —

Rn = -

440,0
1691.6

- 533.0
-882.2

- 700.0
-661.4

- 700.0

12(KUl
450.0
Z(KU)

100.0
55.0
224.0

Im folgenden wird die Scharfstellung des angegebenen Spiegelobjektivs beschrieben. Da die Verschiebung des Objektivs, um die Bildebene auf der Filmfläche zu halten, klein gemacht werden kann, wenn die Brennweite und der Abstand zwischen den Hauptpunkten des bewegten Objektivs kurz ist. wird der Abstand zwischen dem hinteren Linsenglied und der Filmfläche. wie in Fig. 1 gezeigt, konstant gehalten, und die Kombination von K₁ + R_t + R„. die eine bestimmte Brechkraft hat. wird bewegt, um durch diese Verschiebung eine Scharfstellung zu erreichen und die Brennweite klein zu hallen. Das heißt, die Kombination K, + R, + Rn wird um eine Strecke verschoben, die der Verschiebung der Bildebene der Kombination K, + R, + R₁, entspricht, welche durch die Bewegung des Objekts verursacht wird, damit die Bildebene des Objektivs an einem zur Filmfläche bezüglich K₁₁ konjugierten Punkt gehalten wird. Da das hintere Linscnglied Kn in dem Spiegelobjektiv als ein Element angesehen werden kann, mit dem die Brennweite des gesamten Linsensystems und der Abstand zwischen den Hauptpunkten vergrößert wird, kann im allgemeinen die zur Scharfeinstellung notwendige Objektivverschiebung reduziert werden, indem man die gleiche Kombination K₁^ R,+ R_n unabhängig von dem hinteren Linsenglied K₁₁ verschiebt. Nimmt

7	»1	1,50977
h
N		^ 1.62606

1X0

= -182

/ι., = 1.51823

= 39.1

-3

180

;i₄ = 1.64(XK)

/ι, = 1.77252
/i„ = 1,67270

,j -^ 60.2

i-s = 49.6 ,-.. = 32.2

man an. daü die Brennweite dieser Kombinatior JiK₁^ R₁ + R_n) = //1.2 ist, und berechnet man die erforderliche Verschiebung, dann ist die Verschiebungsstrecke etwa 94 mm, was nur etwa die Hälfte vor 172 mm ist. die zur Scharfeinstellung bei Verschiebuni, des Objektivs als Ganzes notwendig wären. In der praktischen Ausführung des Objektivs ist es zweckmäßiger, die Kombination, die die größeren Abmessungen hat. festzuhalten und das verhältnismäßig kleine Linsensystem Kn zusammen mit dem Kameragehäuse zu bewegen. In diesem Fall ist der zu verschiebende Teil kleiner und auch seine Verschiebungsstrecke ist kürzer. Bei diesem Verfahren sind die Spiegelsysteme natürlich fest; demgemäß verringert sich die Beeinträchtigung der optischen Qualität durch Exzentrizität, was für die Funktion und Fertigung des Objektivs vorteilhaft ist.

Das Verfahren zur Scharfeinstellung ist auch noch insofern vorteilhaft, als die Aberration durch die Bewegung des Objektes kaum vergrößert wird. Dieser Objektivtyp ist an sich so konstruiert, daß er die Aberration für ein Objektiv im Unendlichen korrigiert, und das hintere Linsenglied K₁, bewirkt die Korrektion für die restliche, von der Kombination K,+ R, + R„ verursachte Aberration. Je stärker die Brechkraft der Kombination K,+R, +R₁, ist. desto

größer isl die iiiif «Jcm hinicrcn Linscniiliud Ka liegende Liisl für die Korrektion der Aberration. Wenn jedoch das Objekt bis /u einem bestimmten Absland näher heranrückt, ändert sich die Lage des von der Kombination λ|-) R₁ +R₁₁ fokussieren Bildes, und der für das unendlich entfernte Objekt er/ieltc Aberrationsausgleich \crschlcchteri sich. Gemäß der Lrlindung wird jedoch dei Abstand von dem hinteren Linsenglied K'n ebenfalls um die Slrecke verändert, die der Verschiebung des durch die Kombination

Ak ι i R\ + Ru

scharf abgebildeten Bildes entspricht, und dementsprechend verschlechten sich derAbcrralion.xausgleieh nicht und die Aberration bleibt gut korrigiert.

Man kann deshalb sagen. daß das Verfahren der Scharfeinstellung durch Verändern des Abstandes /wischen dem hinteren Linsenglicd und den vorderen, die Spiegelsvsieme einschließenden optischen Komponenten 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 erreichlc Vorteil anhand der korrigierten Aberrationen gemäß den F i g. 2Λ 2G, in denen die Aberrationen eines herkömmlichen Objektivs für den Fall der Verschiebung des Objektivs gezeigt sind, und gemäß den F i g. 3A 3G, in denen die Aberrationen des erlindungsgcmüßen Objektivs gezeigt sind, beschrieben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv reduziert sich die Verschiebung des Objektivs auf V₄ 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 2G und 3A 3G zeigen die Korrcklurkurvcn des erfindungsgemäßcn Spicgclobjcklivs. Die effektive relative Öffnung des Objektivs für die F i g. 2Λ und 2 B bzw. 3Λ und 3 B beträgt 2 · tan 1,04 bzw. 2 lan 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 Wf beträgt die erforderliche Änderung der Schnittweite i / B bei Verschiebung des gesamten Objektivs 282,7. Im Gegensatz hierzu ist bei einem Objektabstand von 10 /die Änderung des Abstandest zwischen dem vorderen optischen System

K₁ + R₁ + R₁₁
und dem hinteren Linsenglied K_n nur 64,9.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Langbrennweitiges Spiegelobjektiv mit einem vorderen Linsenglied, einem ersten Spiegelsyslem, einem zweiten Spiegelsystem und einem hinleren 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 (Ki), dem ersten Spiegelsystem [R₁) und dem zweiten Spiegelsystem !R.,), verschiebbar ist und daß das Spiegelobjektiv die folgenden Werte aufweist: