DE2537058B2 - Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive - Google Patents

Description

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des Weitwinkelobjektivs mit Konstruktionsdaten gelöst, die den im Kennzeichen des Anspruches 1 bzw. den im Kennzeichen des Anspruches 2 aufgeführten Konstruktionsdaten insofern entsprechen, als die Flächenteilkoeffizienten nach Seidel bzw. deren Summen innerhalb der im Kennzeichen angegebenen Toleranzbereiche liegen.

Die erfindungsgemäßen Weitwinkelobjektive zeichnen sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, daß sie sehr klein sind, wobei die bildseitige Schnittweite größer als das l,48fache der Brennweite ist, während das Öffnungsverhältnis ungefähr 1 :2 und das Bildfeld mehr als 2 · 40° betragen. Obgleich die erfindungsgemäßen Weitwinkelobjektive ein großes Öffnungsverhältnis aufweisen, sind ihre Aberrationen in zufriedenstellender Weise korrigiert

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schnittbild eines ersten Objektivs nach der Erfindung,

Fig.2a bis 2d die Aberrationen des ersten erfindungsgemäßen Objektives,

F i g. 3 ein Schnittbild eines zweiten Objektivs nach der Erfindung und

Fig.4a bis 4d die Aberrationen des zweiten erfindungsgemäßen Objektivs.

Zunächst soll der Aufbau des Objektivs beschrieben werden. Die erste Linse ist eine Sammellinse, deren stärker gekrümmte Oberfläche dem Gegenstand zugewandt ist; die zweite Linse ist eine Meniskus-Zerstreuungslinse, deren stärker gekrümmte Oberfläche dem Bild zugewandt ist; die dritte und vierte Linse sind eine Meniskus-Zerstreuungslinse bzw. eine Sammellinse, die miteinander verkittet sind, wobei die Oberflächen mit der größeren Krümmung der dritten und vierten Linse miteinander verkittet sind; die fünfte Linse ist ebenfalls eine Meniskus-Zerstreuungslinse, deren stärker gekrümmte Oberfläche dem Bild zugewandt ist. Die erste bis fünfte Linse werden miteinander kombiniert, so daß eine negativ« Linsengruppe entsteht; diese Linsengruppe wird als erste Linsengruppe bezeichnet. Die sechste und siebte Linse sind eine dicke Sammellinse bzw. eine Meniskus-Zerstreuungslinse, deren Oberflächen mit größerer Krümmung miteinander verkittet sind; die achte Linse ist eine bikonkave Zerstreuungslinse, die neunte Linse ist eine Meniskus-Sammellinse, deren stärker gekrümmte Oberfläche dem Bild zugewandt ist; und die zehnte Linse ist eine Sammellinse. Die sechste bis zehnte Linse bilden die zweite Linsengruppe, die positiv ist Diese zweite Linsengruppe ist gegenüber der ersten Linsengruppe so angeordnet daß ein Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive entsteht

Es wurde gefunden, daß es für den Korrektionszustand des erfindungsgemäßen Objektivs von Vorteil ist, daß dieses die folgenden Bedingungen erfüllt:

(6)

0,6

1.2..1.4.5.6.7

0,45

n₂, n₃ > 1,7,*, < 50,

^< 095

0,1 < «te - «7 < 0,3,
0,48F < |r_n| < 0,63F, r„

darin bedeuten:

>58,

F die Brennweite des Objektivs
F\... i die Brennweite der Linsen 1 bis /

η der Krümmungsradius dery-ten Linsenfläche,

dk die betreffende Linsendicke bzw. der betreffend!

ίο Luftabstand,

n, der Brechungsindex für die d-Linie

ν: die Abbosche Zahl, und

/β die biidseitige Schnittweite.

Die oben aufgeführten Bedingungen sollen ir folgenden im einzelnen erläutert werden.

Bedingung (1)

Mit dieser Bedingung soll ein Nachteil vermiedei werden, der mit der Miniaturisierung verbunden isl Eine Zerstreuungslinse mit einem Brechungsindex, de größer als ih, nz> 1,7 ist, muß vorgesehen werden, um zi vermeiden, daß der Krümmungsradius der dem BiIc zugewandten Oberfläche, wie es bei der Meniskus-Zer Streuungslinse der Fall ist, zu klein ist, wenn dif Zerstreuungslinse bei der Miniaturisierung dicker wird Durch diese Bedingung wird auch verhindert, daß dif Koma in der ersten Linsengruppe größer wird. Dies is in Anbetracht von Bedingung (2) notwendig. Diesf Bestimmung ist auf den kleinsten Wert des Öffnungs Verhältnisses zurückzuführen. Die Bedingung V\ < 50 is auf die Auswahl an optischen Gläsern zurückzuführen die für die Zerstreuungslinse mit dem Brechungsind« nz, ih> 1.7 verwendet werden. Zur Zeit müssen optische Gläser mit relativ kleinen Abbeschen Zahlen eingesetzi werden; daraus ergibt sich, daß eine Linse mit relativ kleinem v-Wert als vierte Linse verwendet werden muß um für einen Ausgleich der chromatischen Aberration ir der ersten Linsengruppe zu sorgen. Diese Bemessung isl zwingend notwendig, weil ein Unterschied im Brechungsindex zwischen der dritten Linse und der vierter Linse die Wirkung einer Zerstreuungslinse darstellt Es ist auch nicht zweckmäßig, die Brechkraft durch die Krümmung zu kompensieren, da hierdurch die Dicke dt größer wird, so daß die Baulänge des Objekivs zu groß wird. Deshalb muß die Beziehung i>i<50 beibehalten werden; die entsprechende Brennweite Fi kann so bestimmt werden, daß eine Kompensation verschiedener Aberrationen möglich ist

Bedingung (2)

Diese Bedingung ist für die Miniaturisierung notwendig; gleichzeitig muß sie für Objektive unbedingt erfüllt sein, die ein Öffnungsverhältnis von ungefähr 1 :2 und ein Bildfeld von näherungsweise 80° haben. Wenn der

Wert für Fiü« kleiner als -Γ75- ist so muß die

M³

Brechkraft der Zerstreuungslinse erhöht werden; als Ergebnis hiervon nimmt der Krümmungsradius sogar ab, wenn die Bedingung (1) gut ausgenutzt wird; dies führt zu einem Zustand, bei dem die Koma bei den obengenannten Weiten für das Öffnungsverhältnis und das Bildfeld zusätzlich größer wird, wodurch Schwierigkeiten bei der Korrektur der Bildfehler der zweiten Linsengruppe entstehen. Das ist also nicht zweckmäßig.

Wenn umgekehrt der Wert für F1.2.3.4.5 größer als Q-jjy ist,

läßt sich die Miniaturisierung nur mit Schwierigkeiten erreichen; darüber hinaus muß die zweite Linsengruppe dazu dienen, die gewünschte bildseitige Schnittweite zu erhalten; dies kann jedoch zu einer Vergrößerung der Baulänge führen; außerdem nimmt die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand stark ab, so daß wesentliche Teile des Gegenstandes verlorengehen können. Das ist ebenfalls ungünstig.

Bedingung (3) und (4)

Durch die Bedingung (3) soll die sphärische Aberration im Bereich höherer Ordnungen unter Berücksichtigung der Bedingung (4) korrigiert werden. Der Radius /ϊο trägt wesentlich zu der absoluten Größe bei. Die Brechkraft der Oberfläche r\1 wirkt relativ stark in Richtung einer Unterkorrektur. Wenn die Differenz /7e—/Ϊ7 der Brechungsindizes in Bedingung (3) kleiner als 0,1 ist, lassen sich die Vorteile der Erfindung selbst dann nur mit Schwierigkeiten erreichen, wenn ru kleiner als 0.48F ist, wie es in der Bedingung (4) vorgeschrieben wird. Um einen Wert von weniger als 0.48F zu erreichen, muß die Linse dicker gemacht werden, um die Baulänge zu beeinflussen; dabei läßt sich durch den Durchmesser der Vorderlinse und ähnlicher Elemente ein kompaktes Objektiv nicht schaffen. Wird ein Wert für den Radius rn, der größer ist als 0,63F, in Bedingung (4) zugrunde gelegt, so ergibt sich für die Randstrahlen eine Überkorrektur, so daß sich auch in diesem Fall die Vorteile der Erfindung nicht erreichen lassen. Wenn umgekehrt η^—πη größer als 0,3 ist, so bewirkt das eine sehr starke Unterkorrektur der Randstrahlen, die ungünstig ist Insbesondere bei gleichzeitiger Korrektur der chromatischen Aberration ergibt sich eine starke Änderung des sphärisch-chromatischen Fehlers. Bei den erfindungsgemäßen Objektiven bestehen die sechste und siebte Linse aus Glas mit nahezu gleicher Dispersion, um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden.

Bedingung (5)

Diese Bedingung hat eine wesentliche Wirkung für die Beibehaltung des Farbvergrößerungsfehlers. Üblicherweise wird in der ersten Linsengruppe eine Korrektur bis zu der sechsten Linse im Hinblick auf eine bleibende Überkorrektur durchgeführt, wobei stark auf die Zerstreuungslinse eingewirkt wird, wobei bis zu einem gewissen Grade in der sechsten Linse eine Unterkorrektur verbleibt, während in der achten Zerstreuungslinse sich eine Überkorrektur ergibt und die Korrektur der chromatischen Aberration wird schließlich im allgemeinen in der neunten und zehnten Linse durchgeführt Für die Überkorrektur in der achten Linse eignen sich die bekannten Gläser in der Praxis nur im begrenzten Maße; als Folge hiervon wird angestrebt, für die neunte und zehnte Linse größere Abbesche Zahlen vorzusehen. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Mittelwert von mehr als 58 in Abhängigkeit von der Kombination von Parameterwerten der ersten Linsengruppe und der Kombination der Gläser erforderlich. Für den Fall, daß Glas mit einem Wert verwendet wird, der nicht größer als 58 ist, muß die Brechkraft der achten Zerstreuungslinse größer gemacht werden, um die Überkorrektur beizubehalten. Dies führt jedoch zu einer Verringerung der Petzvalsumme, so daß die Gesamtaberration nicht kompensiert wird.

Bedingung (6)

Diese Bedingung steht indirekt in Beziehung zur Bedingung (5), wobei in der Bedingung (6) die Brechkräfte der ersten bis siebten Linse bestimmt werden und Beziehungen zu den Brechkräften der achten bis zehnten Linsen hergestellt werden; insbesondere wird die Brechkraft der achten Linse beeinflußt, so daß es unbedingt erforderlich ist, die chromatische Aberration zu korrigieren und eine Petzvalsumme für die zweite Linsengruppe zu bestimmen, um die gewünschte bildseitige Schnittweite zu erhalten. Wenn

die Brennweite F₁ .2.3.4.5.6.7 kleiner als -^g-ist, muß der Betrag der Brechkraft der achten Linse oder die Dicke c/₁₄ größer gemacht werden. Der erste Vorschlag führt zu einer Verringerung der Petzvalsumme, während der zuletzt gemachte Vorschlag zu einer größeren negativen Verzeichnung führt. Dadurch ergebein sich keine brauchbaren Resultate. Wenn die Brennweite größer als

Q-^g-ist, so hat dies Vorteile für die bildseitige Schnittweite des Objektivs, während die Brechkraft der achten Linse klein ist, was zu einem Fehler bei der Korrektur der chromatischen Aberration führt. Unter den gegebenen Umständen ergeben sich bestimmte Mängel, wie beispielsweise die Notwendigkeit, ausgefallene Gläser vorzusehen; als Alternative hierzu kann auch vorgesehen sein, entweder die achte, neunte oder zehnte Linse zu verkitten.
Die zwei erfindungsgemäßen Objektive sollen im folgenden im einzelnen beschrieben werden:

Das erste Objektiv ist in F i g. 1 dargestellt und besteht aus zehn Linsen, die acht Linsenglieder bilden und in zwei Gruppen zu je fünf Linsen zusammengefaßt sind. Die erste Linse L\ ist eine Sammellinse, deren stärker gekrümmte Oberfläche zum Gegenstand gerichtet ist Die zweite und dritte Linse sind Meniskus-Zerstreuungslinsen, deren Oberflächen mit stärkerer Krümmung zum Bild gerichtet sind. Die vierte Linse ist eine Sammellinse, deren Oberfläche mit größerer Krümmung mit der Oberfläche mit größerer Krümmung der dritten Linse verkittet ist, so daß ein Doppelglied entsteht Die fünfte Linse ist eine Meniskus-Zerstreuungslinse, deren Oberfläche mit größerer Krümmung dem Bild zugewandt ist Diese fünf ersten Linsen sind zu einer ersten Gruppe zusammengefaßt und bilden eine Zerstreuungslinse. Die sechste Linse ist eine dicke, bikonvexe Linse, die mit der siebten Linse verkittet ist, so daß ein weiteres Doppelglied entsteht Die siebte Linse ist eine Meniskus-Zerstreuungsünse, wobei die Oberflächen mit gröBerer Krümmung der sechsten und siebten Linse verkittet sind. Die achte Linse ist eine bikonkave Zerstreuungslinse. Die neunte Linse ist eine Meniskus-Sammellinse, deren Oberfläche mit stärkerer Krümmung dem Bild zugewandt ist Die zehnte Linse ist schließlich eine Sammellinse, deren Oberfläche mit größerer Krümmung dem Bild zugewandt ist Die Krümmungsradien r_t bis rig und die Dicken der Linsen bzw. Abstände der Linsen d\ für d₁₇ sind zusammen mit den Brechungsindizes n\ bis Λ10 und Abbfeschen Zahlen V\ bis Vio für die Linsen L\ bis Li₀ bis das erste erfindungsgemäße Objektiv, wie es in F i g. 1 dargestellt ist, in der folgenden Tabelle I zusammengestellt:

ίο

Tabelle I
F= 100

1,294
0,538

= - 77,28
= 185,87

-,, = 0,126

Linse
L

L₁, L₁

Krümmungsradius

Dicke der Linse oder Abstand

Brechungsindex

rf, = 16.33

rf₂ = 0.41

rf, = 6.12

rf, = 27.11

rf., = 4.98

rf„ = 15.68

rf₇ = 0.98

rf₈ = 4.82

rf₉ = 17.72

rf„) = 49.48

rf,, = 6,12

rf,₂ = 7.47

rf,.,= 7.35

rfi4 = 8.61

rf, 5 = 14.92

du, = 0.73

d„ = 19.03

/J₅ = 1.78590

Abbe'sche Zahl

n, = 1.80610 v, = 40.9

H₂ = 1.73400 V₂ =51.5

/i, = 1.78590 v, = 44.1

IU =1.71736 V₄ = 29.5

V₅ = 44.1

/I₆ = 1.75700 v„ = 47.9

n₇ = 1.54072 v₇ = 47.2

/i« = 1.80518 v„ = 25.4

n, = 1.61800 v.₍ = 63.4

/i,„ = 1.56873 v,„ = 63.1

Fig.2a zeigt die sphärische Aberration und die Abweichung von der Sinusbedingung, Fig.2b die chromatische Aberration, F i g. 2c die Verzeichnung und F i g. 2d den Astigmatismus des in F i g. 1 dargestellten und in Tabelle I definierten Weitwinkelobjektivs.

Das zweite erfindungsgemäße Objektiv ist in F i g. 3 dargestellt; dieses Objektiv ist. wieder aus acht Linsengliedern zusammengesetzt, die aus zehn Linsen bestehen, die jeweils zu zwei Gruppen mit je fünf Linsen zusammengefaßt sind. Das Objektiv enthält im einzelnen folgende Linsen: Eine erste Sammellinse L₁, eine zweite Meniskus-Zerstreuungslinse Li, eine dritte Meniskus-Zerstreuungslinse Lj, deren Oberfläche mit größerer Krümmung mit einer vierten Sammellinse L₄ verkittet ist; eine fünfte Meniskus-Zerstreuungslinse L₅, eine sechste Sammellinse Ls, die mit einer siebten Linse L₇ verkittet ist; eine achte bikonkave Zerstreuungslinse Le, eine neunte Meniskus-Sammellinse Lg und eine zehnte Sammellinse Li₀. Die Krümmungsradien /ϊ bis n₈ sowie die Linsendicken und Linsenabstände d\ bis d\i sind zusammen mit den Brechungsindizes m bis /Jiο und Abboschen Zahlen vi bis v\o für die Linsen Li bis L₁₀ des zweiten, in Fig.3 dargestellten Objektivs in der folgenden Tabelle II zusammengestellt:

11

Tabelle 11

F= 100

/·,,,.,, = - = -79,49
0,258

F_12145117 = -JL- = 184,16

12

0,543

Σ ,.. = 0,122
/β= 1-598 f

Linse

Krümmungsradius

Dicke der Linse oder Abstand

Brechungsindex

Γα = rs =

r-i =

U-

r, = 245.33 r₂ = 605.14 O = 104.88

46.64 152.10

58.76 123.89

73.60

52.07 η₀ = 142.49 r„ = -50.46 η₂= -168.46 r_n = -142.49 r₁₄ = 188.98 O₅ = -458.37 λ_Ι6= -82.77 rn = 690.60 η.= -121.91

d_x = 16.35 d₂ = 0.41 d} = 6.13 </₄ = 27.1.S ds = 4.99 df, = 15.70 d₁ = 0.98 rf₈ = 4.82 d₉ = 17.75 rfio = 49.56 d_u = 6.13 d_n = 7.48 </,3 = 7.36 </i4 = 8.63 rf,5 = 14.84 rfi₆ = 0.74 dn = 19.05

η ι = 1.80400

n₂ = 1.71300

«3 = 1.78650

n₄ = 1.71736

n_s = 1.78590

n₆ = 1.75700

/?₇ = 1.54869

/z₈ = 1.80518

/i, = 1.61800

/z_l0 = 1.56873.

Abbe'sche Zahl

ν, =46.6

V₂ =53.9

V₁ = 50.2

v₄ = 29.5

v₅ =44.1

v₆ =47.9

v₇ = 45.6

v₈ =25.4

V₉

= 63.4

νιο = 63.1

Fig.4a zeigt die sphärische Aberration und die Fig.4d den Astigmatismus des Weitwinkelobjektivs, Abweichung von der Sinusbedingung, F ig. 4b die wie es in Fig. 3 dargestellt und in Tabelle II definiert ist. chromatische Aberration, F i g. 4c die Verzeichnung und

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive aus acht Linsengliedern, bei dem hinter einer objektseitig konvexen positiven Meniskuslinse als Frontlinse eine objektseitig konvexe negative Meniskuslinse angeordnet ist und bildseitig hinter einem positiven Linsenglied und einer Bikonkavlinse zwei positive einzelstehende Linsen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

F = 100

F\.2.1A.S ~ F\.2.1A.5.b3

Σ „ = 0,126
s' = 1,618F

1,294

F 0,538

= - 77,28 185,87

daß die Konstruktionsdaien des Objektivs den nachfolgend angegebenen Konstruktionsdaten insofern entsprechen als die Flächenteilkoeffizienien nach Seidel von den entsprechenden Seidelkoeffizienten um nicht mehr als etwa 10% und die Summen der Seidelkoeffizienten von den entsprechenden Summen um größenordnungsmäßig höchstens 1% abweichen:

Linse

Krümmungsradius

Dicke der Linse oder Abstand Brechungsindex

Abbe'sche Zahl

L₄

L₁

d_{ d₂ di d_A df, d_b

d_w d\i d,2 rf,., du </,., d_u,

16.33 0.41 6.12

27.11 4.98

15.68 0.98 4.82

17.72

49.48 6,12 7.47 7.35 8.61

14.92 0.73

19.03

«1 = 1.80610 v, =40.9

/?, = 1.73400

n, = 1.78590

V₁ =51.5

η ι = 1.78590 ν, = 44.1

/Ij = 1.71736 V₄ = 29.5

44.1

n„ = 1.75700 v„ =47.9

/I₇ = 1.54072 v₇ =47.2

»„ =1.80518 v₈ = 25.4

ih, = 1.61800 v„ = 63.4

/;„, = 1.56873 v,„ = 63.1

2. Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive aus acht Linsengliedern, bei dem hinter einer objektseitig konvexen Meniskuslinse als Frontlinse eine objektseitig konvexe negative Meniskuslinse angeordnet ist und bildseitig hinter einem positiven Linsenglied und einer Bikonkavlinse zwei positive einzelstehende Linsen vorgesehen SiHu₁ uäuüi'Cn gcricnnZciüfii'ici, uäu Oic is.Oi"iSii Ui^- tionsdaten des Objektivs den nachfolgend angegebenen Konstruktionsdaten insofern entsprechen als die Flächenteilkoeffizienten nach Seidel von den entsprechenden Seidelkoeffizienten um nicht mehr als etwa 10% und die Summen der Seidelkoeffizienten von den entsprechenden Summen um größenordnungsmäßig höchstens 1% abweichen:

25 3 100 37 058 oder Abstand ds ( r_h = 58.76 di f r_s = 73.60 dt [ r„ = 52.07 ^l 2 ( /·,, = -142.49 du I f,₄ = 188.98 d\ 4 [ η., = -458.37 d_v η» = -121.91 Meniskuslinse angeordnet ist und 22 59 98/ ist ein solches Weitwinkel- = 16.35 4 Abbe'sche relativ gut korrigiert die kompaktes Weitwinkelobjektiv vom zu schaffen, das gut ■ - = - F = -79 49 r d J d_b ι d<) aetrifft ein Weitwinkelobjektiv vom )ildseitig hinter einem positiven Linsenglied und einer Zahl und Teleobjektive Typ F = 0,258 \ /■, = 245.33 1 r₇ = 123.89 /■„, = 142.49 I 'Ί6= -82.77 Teleobjektive aus acht Linsenglie- Jikonkavlinse zwei positive einzelstehende Linsen = 0.41 V kompakte Bauform auf. Jedoch beträgt die eine F, ■> i ,., , - F - 'R4 16 ι d\ 1 «/,„ lern, bei dem hinter einer objektseitig konvexen 'orgesehen sind. relative öffnung nur 1 : 2,8. größere relative öffnung aufweist, als das bekannte ^Γ\.2.3 .4.3.6.7 — ίίΐτ,ιυ
= 0,122 { r₂ = 605.14 )ositiven Meniskuslinse als Frontlinse eine objektseitig Aus der DE-ÖS = 6.13 v, =46.6 Objektiv. Γ· 1.598 F r,i = -50.46 convexe negative Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein V ₌
P f r, = 1O4.«8 = 27.15 b5 korrigiertes S' = I [ /-I2 = -168.46 r_n = 690.60 Brechungsindex umgekehrter Linse Krümmungsradius Dicke der Linse 1 r₄ = 46.64 = 4.99 v₂ =53.9 , d_A η L r_s = 152.10 = 15.70 υ, = 1.80400 L\ = 0.98 v₃ = 50.2 = 4.82 V₄ = 29.5 /Z₂ = 1.71300 L₂ = 17.75 = 49.56 V₅ =44.1 Lt, /I₃ = 1.78650 = 6.13 «4 = 1.71736 L, = 7.48 v₆ =47.9 = 7.36 V₇ =45.6 M₅ = 1.78590 L=, = 8.63 = 14.84 V₈ =25.4 n_b = 1.75700 = 0.74 M₇ = 1.54869 L₁ = 19.05 v, = 63.4 /J₈ = 1.80518 L, v,o = 63.1 60 objektiv bekannt. Bei diesem Objektiv sind /)„ = 1.61800 verschiedenen Aberrationen L, es weist eine «,υ = 1.56873 Z-IO Die Erfindung Typ umgekehrter