DE2750138A1

DE2750138A1 - Weitwinkelobjektiv in retrofokusfassung

Info

Publication number: DE2750138A1
Application number: DE19772750138
Authority: DE
Inventors: Toshiko Shimokura
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-11-09
Publication date: 1978-05-24
Also published as: JPS6032850B2; US4170403A; DE2750138C3; GB1584206A; JPS5359418A; DE2750138B2

Description

Henkel, Kern, Feiler Cr Hänzck Patentanwälte

Möhlstraße 37 Konishiroku Photo Industry Co., Ltd. D-8000 München 80

Tokio Tanan Tel.: 089/982085-87

Tokio, Japan Telex: 0529802 hnkld

Telegramme: ellipsoid

9. November 1977

Weitwinkelobjektiv in Retrofokusfassung

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkelobjektiv in Retrofokusfassung in Form eines, Linsensystems mit fünf Linsengruppen.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Retrofokus-Weitwinkelobjektivsystem mit einer Schnittweite f_n entsprechend dem 1,1- bis 1,3-fachen der Gesamtbrennweite f, einem Bildwinkel von 62 - 76° und einer Öffnungszahl (Lichtstärke) F = 2,8 - 3,5, bei dem die verschiedenen Aberrationsfehler ausreichend korrigiert sind.

In letzter Zeit sind verschiedene Retrofokus-Weitwinkelobjektive mit einer Öffnungszahl F = 2,8 - 3,5 und einem Bild- bzw. Öffnungswinkel von 62 - 76° entwickelt worden, die aus einem Linsensystem aus fünf Linsen bestehen, nämlich einer negativen, einer positiven, einer negativen, einer positiven und einer positiven Linse in der angegebenen Reihenfolge. Bei diesen Objektiven erfolgt die Aberrationskorrektion in der Weise, daß der Vorderabschnitt des Linsensystems verbessert bzw. korrigiert wird. Beispielsweise werden negative Koma- und Verzeichnungsaberration, die durch die vorderste, erste negative Linse hervorgerufen werden, dadurch korrigiert, daß

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der Abstand zwischen der zweiten positiven Linse L2 und der dritten negativen Linse L3 groß gewählt oder die Leistung der zweiten positiven Linse erhöht wurd.

Es stellt jedoch keine gute Maßnahme zur Aberrationskorrektion dar, diese Korrektion lediglich an der Front1insengruppe vorzunehmen, weil dieser Teil bei einem Retrofokus-Weitwinkelobjektiv eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung eines zufriedenstellend großen Weitwinkels und einer ausreichend langen Schnittweite spielt.

Beispielsweise ist es bei ei'nem solchen Objektiv mit einer frontseitig angeordneten negativen Linse Üblich, die Zerstreuungsleistung für die Erzielung eines großen Bildwinkels und die Zerstreuungsleistung zur Verlängerung der Schnittweite an diesem Vorderende des Linsensystems vorzusehen. Eine Erhöhung dieser Zerstreuungsleistung ist unweigerlich mit erhöhter negativer Koma- und Verzeichnungsaberration verbunden. Wenn diese Aberrationen oder Abweichungen nur an der Frontgruppe des Linsensystems korrigiert werden, wird die positive Leistung dieses Teils groß, mit dem Ergebnis, daß der Effektivdurchmesser der Frontlinse unzulässig groß wird. Dieser Nachteil darf insbesondere bei Linsensystemen mit kleiner Linsenzahl nicht übersehen werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines kompakt gebauten Retrofokus-Weitwinkelobjektivs vereinfachter Konstruktion, bei welcher Koma- und Verzeichnungsaberration, die durch eine negative Frontlinse zur Aufrechterhaltung einer großen Schnittweite f„ hervorgerufen werden, hauptsächlich im rückwärtigen Teil des Linsensystems und nicht ausschließlich im Vorderabschnitt korrigiert sind, während die erforderliche lange Schnittweite

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-A-

f-, und die nötige Öffnungszahl F erhalten bleiben. B

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 3 und 5 schematische Darstellungen von Linsensystemen entsprechend drei verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 2, 4 und 6 Aberrationsdiagramme für die drei Ausführungsformen der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Linsensystem mit Merkmalen nach der Erfindung, von der Seite des Aufnahmeobjekts her gesehen, aus einer ersten Gruppe in Form einer einzigen negativen Meniskuslinse L1, die mit ihrer konvexen Seite dem Aufnahmeobjekt zugewandt bzw. nach außen gerichtet ist, einer zweiten Gruppe in Form einer einzigen positiven Linse L2 mit zwei konvexen Flächen, einer dritten Gruppe in Form einer einzigen negativen Linse L3 mit zwei konkaven Flächen sowie einer vierten und einer fünften Gruppe jeweils in Form einer einzigen positiven Meniskuslinse L4 bzw. L5 mit nach außen gerichteter konkaver Fläche.

Darüber hinaus muß das Linsensystem gemäß der Erfindung den folgenden Bedingungen genügen:

(D 1,60< —-—-—^- < 1,85,

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worin η. und η,- die Brechungsindizes des Glasmaterials der Linsen L4 und L5 in bezug auf die Linie d bedeuten;

(2) O,O5f

worin f die Gesamt-Brennweite des gesamten Systems und D₅ die Dicke der Linse L3 auf ihrer Achse bedeuten;

(3) O,13f

(4) O,

worin d. den Abstand zwischen den Linsen L2 und L3, gemessen auf ihrerAchse, und d₃ die Dicke der Linse L2, auf der Achse gemessen, bedeuten.

Im folgenden sind die technischen Hintergründe sowie die Bedeutungen der obigen Beziehungen oder Bedingungen gemäß der Erfindung erläutert.

Das Linsensystem gemäß Fig. 1 umfaßt fünf Gruppen aus einer negativen Meniskuslinse L1, einer bikonvexen Linse L2, einer bikonkaven Linse L3 sowie positiven Meniskuslinsen L4 und L5, deren Konkavseiten zum Aufnahmeobjekt bzw. nach außen gewandt sind. Üblicherweise wurde bei einem so einfachen Linsensystem, wie dem beschriebenen, Zerstreuungskoma- und Verzeichnungsaberration, die an der vordersten Linse hervorgerufen werden, mittels einer Vergrößerung des Abstands zwischen der zweiten Linse L2 und der dritten Linse L3 oder durch Verstärkung der bildseitigen Krümmung der zweiten Linse L2 korrigiert.

809821/0716 " ⁶ "

Beim erfindungsgemäßen Linsensystem besitzt die erste Linse L1 eine beträchtliche negative Leistung (Verkleinerungsfaktor) zur Aufrechterhaltung einer langen Schnittweite f_ß, welche das 1,1- bis 1,3-fache der Brennweite f beträgt. Die unvermeidlich an der ersten Linse L1 auftretenden Koma- und Verzeichnungsaberrationen v/erden hauptsächlich im hinteren Abschnitt des Linsensystems korrigiert. Genauer gesagt, läßt sich diese Korrektionsmaßnahme dadurch kennzeichnen, daß zwei im rückwärtigen Bereich des Systems angeordnete positive Linsen durch positive Meniskuslinsen gebildet werden, deren Konkavseiten zum Aufnahmeobjekt hin gewandt sind. Damit wird nämlich angestrebt, daß das Objektbild durch die von den beiden nach außen gewandten Konkavseiten der beiden positiven Linsen bewirkte Zerstreuungsfunktion auf einen größeren (Abbildungs-)Maßstab vergrößert wird, um dadurch die durch die negative Frontlinse hervorgerufene negative Verzeichnungsaberration weitgehend zu korrigieren.

Bei Retrofokus-Objektiven dieser Art sind jedoch die negativen bzw. Verkleinerungsleistungen der Linsen L1 - L3 sehr hoch, und die positive bzw. Vergrößerungsleistung der beiden positiven Linsen ist daher entsprechend groß. Wenn daher die objektseitigen Flächen der vierten und der fünften Linse L4 und L5 konkav sein sollen, ist es unbedingt nötig, übermäßige positive Leistungen bzw. Vergrößerungen an den bildseitigen Flächen dieser Linsen zu vermeiden.

Zur Gewährleistung einer solchen Gegenmaßnahme ohne Beeinträchtigung der Wirksamkeit der vorgesehenen Streufunktion besteht daher erfindungsgemäß die Bedingung bzw. das Erfordernis (1),

das sich durch ₁ ,.^s 4 ¹¹S y _Λ _Qc ausdrücken läßt. Der Ί,ίιΟς; 2 N. 1,85

untere Grenzwert für diese Bedingung ist ein Schwellenwert,

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bei dem die genannte Gegen- oder Korrektionsmaßnahme erreicht wird, während der obere Grenzwert einen Schwellenwert zur Erzielung eines Ausgleichs für die Farbstreuungen an diesen positiven Linsen darstellt.

Weiterhin ist erfindungsgemäß die zweite Bedingung (2), d.h. O,O5f< d₅ <O,O9f, gültig, um die Wirksamkeit oder Wirkung der genannten Korrektionsmaßnahme sicherzustellen. Dies bedeutet, daß das durch die Konkavflächen beider positiver Linsen L4, L5 und die bildseitige Fläche der Linse L3 hindurchfallende Licht zur Randseite gestreut wird, indem der Faktor d,- (Dicke der Linse L3) ziemlich groß gewählt und dadurch die Divergenz bzw. Streuung der Konkavflächen der beiden positiven Linsen L4 und L5 vergrößert wird. Der untere Grenzwert obiger Bedingung (2) stellt somit den unteren Schwellenwert für die Wirksamkeit dieser Korrektion dar, während der obere Grenzwert dieser Bedingung (2) den Schwellenwert für'die Wirksamkeit der Korrektion der Farbaberration im rückwärtigen Bereich des Linsensystems darstellt. Neben den im rückwärtigen Bereich, d.h. an den Hinterlinsen, des Linsensystems vorgenommenen Korrektionsmaßnahmen wird eine Korrektionsfunktion am Vorder- bzw. Frontbereich des Linsensystems dadurch begünstigt, daß der Abstand zwischen den Linsen L2 und L3 sowie die Dicke der zweiten Linse L2 wie folgt festgelegt werden:

(3) O,13f <d₄ <O,19f

(4) O,15f<d₃<O,4f

Allgemein gesagt, ist für Linsensysteme dieser Art ein Korrektionsverfahren bekannt, bei dem der Luftspalt bzw. Abstand d. zwischen der zweiten Linse L2 und der dritten Linse L3 groß gewählt wird, während der zweiten Linse l>2 eine große positive bzw. Vergrösserungsleistung und eine große Dicke verliehen werden, um die

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durch die erste Linse hervorgerufene negative Koma- und Verzeichnungsaberration sowie eine übermäßig korrigierte sphärische Aberration zu korrigieren. Im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Zerstreuungswirkung des Luftspalts und der Dicke der Linse stellt es jedoch keine günstige Maßnahme dar, den Luftspalt d. zu groß auszulegen. Obgleich nämlich durch einen übermäßig großen Luftspalt bzw. Abstand d. eine wirksame Korrektion der Verzeichnungsaberration erreicht wird, sind damit Nachteile verbunden, etwa eine Vergrößerung der Petzvalschen Summe (Petzval sum) die von einer Zunahme (increment) der Krümmung der Meridional-Bildfläche zur negativen Seite hin abhängig ist, sowie eine Vergrößerung des Effektivdurchmessers der ersten bzw. Frontlinse.

Beim erfindungsgemäßen Linsensystem wird daher der Luftspalt bzw. Abstand zwischen zweiter und dritter Linse L2 bzw. L3 so klein gehalten, daß die Einfügung einer Blende noch möglich ist, und die durch die Dicke der zweiten Linse L2 bedingte Sammelfunktion wird bezüglich der Korrektion stärker berücksichtigt. Der untere Grenzwert von Bedingung (3) ist somit ein Schwellenwert zur Erhaltung der mechanischen Maße für die Einfügung der Blende, während sich der obere Grenzwert durch einen Schwellenwert bestimmt, bei dem die eben genannten Nachteile nicht auftreten. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß Bedingung (4) in Abhängigkeit von Bedingung (3) bestimmt wird. Wenn nämlich d_. über den unteren Grenzwert nach Bedingung (4) hinaus verkleinert wird, wird die Sammelwirkung ungenügend, während sie dann, wenn d-, den oberen Grenzwert übersteigt, übermäßig groß wird, was zur Folge hat, daß es schwierig wird, eine lange Schnittweite zu gewährleisten, und auch die anderen Nachteile, wie zu stark negative sphärische Aberration, auftreten.

Die folgenden Tabellen und Beispiele verdeutlichen einige Aus-

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— Q _

führungsformen der Erfindung.

Beispiel 1

f	= 1	F 2,	8	0	,0423	2«> =	■ 1	nd-	64^	' ^fB =	1,116	,1
= 1,	4169	^d1 ⁼	0	,2540	^ndi		= 1	,5163 μ	'(I₁ = 64
= ο,	4143	^d2 ⁼	0	,3386	nd₃				,9
= ο,	7614	^d3 =	0	,1467		= 1	,7570 ν	Fd₂ = 47
= -1,	3390	^d4 -	0	,0705	nd₄				,8
= -ο,	5800	^d5 =	0	,O372		= 1	,7407 if	d₃ = 27
= 1,	4698	d₆ =	0	,0592	nd₅*				,5
= -0,	8472	^d7 =	0	,0028		= 1	,6968 y	^d4 ^{= 55}
= -ο,	5243	^d8 =	0	,0874				,9
=-13,	986	^d9 -			= 1	,7130 0	d₅ = 53
= -ο,	6324

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Seideische Aberrationskoeffizienten nach Beispiel 1

	C \ O	ο,	C	A	P	D
	0,0795	1,	0777	o,0759	0,2403	0,3090
1	-10,8808	1,	0623	-0,1037	-0,8219	0,0904
2	7,2098	-1,	0044	0,1309	0,5658	0,0983
3	3,4101	2,	8068	0,9573	0,3217	-0,6776
4	-8,0073	-1,	3751	-0,7044	-0,7336	0,4265
5	-1,6288	-ο,	2475	-0,9554	-0,2895	-0,9534
6	0,0434	-ο,	0913	0,1922	-0,4847	0,6156
7	1,5111	ο,	4537	0,1362	0,7831	-0,2760
8	0,0019	-ο,	0144 i	0,1086	-0,0298	0,5911
9	9,3529		9709	0,1008	0,6582	-0,0788
10

1,0912 -0,0363 -0,0526 0,2097 0,1450

Diese Koeffizienten gelten für Aufnahmeabstand "unendlich" und Lage der Blende bei 0,07 hinter der Oberfläche der vierten Linse. S, C und A sind Koeffizienten der sphärischen Aberration, der Komaaberration bzw. des Astigmatismus, während P und D einen Petzvalschen Ausdruck bzw. die Verzeichnungsaberration bedeuten. χ. gibt die Summe der Aberrationskoeffizienten an.

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BeisDiel 2

	f = 1	F 2,	8 2g>	- 75° f_B -	1,219
^r1	= 1,1263	d₁ =	0,0521	M₁ = 1,6230	Vd₁ = 58,2
^Γ2	= 0,4869	d_{2 =}	0,5555
^r3	= 0,9921	d₃ =	0,3194	M₂ = 1,7859	Vd₂ = 44,2
^Γ4	= -1,4612	^d4 ^c	0,1736
r₅	.·= -0,5742	^d5 ⁼	0,0729	M₃ = 1,7407	Vd₃ = 27,8
^Γ6	= 1,6640	^d6 ⁼	0,0278
^Γ7	= -1,8897	d₇ =	0,0764	M₄ e 1,6968	vd₄ = 55,5
^Γ8	= -0,5883	^d8 ⁼	0,0035
^Γ9	= -2,7570	^d9 ⁼	0,0799	ndr » 1,6968	"d. = 55,5
^Γ1Ο	- -0,7365

Seideische Aberrationskoeffizienten nach Beispiel 2

	S	-' C	A	P	D
1	0,1655	0,0891	.0,0480	0,3407	0,2094
2	-6,6445	1,2020	-0,2174	-0,7883	0,1819
3	4,9329	1,0143	0,2086	0,4435	0,1341
4	4,9282	-2,1231	0,9146	0,3011	-0,5237
VJl	-12,3120	. 2,7072	-0,5953	0,7410	0,2938
6	-1,9778	-1,3539	-0,9268	-0,2557	-0,8095
7	0,0288	0,1051	0,3834	-0,2173	0,6059
8	3,5568	-0,7469	0,1568	0,6980	-0,1795
9	-0,0877	0,1077	-0,1322	-0,1489	0,3452
10	9,0518	-1,0152	0/1138	0,5575	-0,0753
Σ	1,6420	-0,0135	-0,0463	0,1897	0,1824

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- 12 -

Diese Koeffizienten gelten für Aufnahmeabstand "unendlich" und Lage der Blende bei 0,07 hinter der Oberfläche (Scheitel) der vierten Linse. S, C, A, P und D sowie 2. besitzen dieselbe Bedeutung wie vorher.

Beispiel 3

f = 1 F 3,5 20) = 75° f_B = 1,241

T₁ = 1,0809 Cl₁ = 0,0523« 1Id₁ = 1,5891 ^₁ = 61,1

T₂ = 0,4386 d₂ = 0,4886

V₃ = 0,8076 d₃ - 0,2094 nd^ = 1,7200 vd_? = 43,7

r₄ = -1,4515 d₄ = O,1C/75

r₅ = -0,54Γ>6 d₅ = 0,0698 nd^ - 1,7847 i/d, = 26,2

r₆ = 1,5009 d₆ = 0,0209

IV₇ = -1,97^8 d_? = 0,0698 nd₄ = 1,8061 ^d^ = 40,9

r_ö = -0,5869 d₈ = 0,0035

r₉ = -2,2968 d₉ = 0,0698 nd^ = 1,6230 t/d₅ = 58,2 r₁₀ = -0,6203

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Seidelsche Aberrationskoeffizienten nach Beispiel 3

	0/	S	0,	C	ο,	A	ο,	P	D
1	-8,	1834	1,	1027	-ο,	,0575	-ο,	3429	0,2243
2	7/	7613	1,	3312	0,	2023	ο,	8452	0,1592
3	4,	5275	-2,	3255	0,	2334		5183	0,1324
4	-13»	8099	3,	1246	-°'	9385	-ο,	2884	-0,5419
5	-3/	8309	-2,	1072	-1,	6981	-ο,	8043	0,3375
6	0,	9010	0,	1583	0,	1942	-ο,	2929	-0,8?Ρ8
7	3,	2105	-σ,	3603	ο.	6166	ο,	2260	0,6684
8	-0,	3756	ο,	8134	-ο,	1960	-0,	7605	-0, 2305
9	12,	0857	-1,	1007	0,	1182	ο,	1671	0, 3352
10	1,	1392	-ο,	2943	-ο,	1380	ο,	6188	-0, 0807
Σ	6672	0629	0327	1934	0, 1811

Diese Koeffizienten gelten für Aufnahmeabstand "unendlich" und Lage der Blende 0,087 hinter der Oberfläche (Scheitel) der vierten Linse. S,C,A,P, D und ^ besitzen dieselbe Bedeutung wie vorher.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, wird beim erfindungsgemäßen Objektiv eine zweckmäßige Aberrationskorrektion über das gesamte Linsensystem erreicht. Infolgedessen

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wird mit der Erfindung also ein kompakt gebautes Weitwinkelobjektiv in Retrofokusfassung geschaffen, bei dem, ungeachtet einer kleinen Linsenzahl, die Aberrationsfehler zufriedenstellend korrigiert sind.

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Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feier 8- Handel Patentanwälte

Konishiroku Photo Industry Co. uLd. Möhlstraße 37

Tokio, Japan D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

9. November 1977

Patentanspruch

Weitwinkelobjektiv in Retrofokusfassung, dadurch gekennzeichnet, daß es, von der Aufnahmeobjektseite her gesehen, eine erste Gruppe in Form einer einzigen negativen Meniskuslinse (L1), deren konvexe Fläche zum Aufnahmeobjekt hin bzw. nach außen gewandt ist,.eine zweite Gruppe in Form einer einzigen bikonvexen Linse (L2), eine dritte Gruppe in Form einer einzigen bikonkaven Linse (L3) sowie eine vierte und fünfte Gruppe jeweils in Form einer einzigen positiven Meniskuslinse (L4 bzw. L5) aufweist, deren konkave Flächen dem Aufnahmeobjekt zugewandt sind, und daß dieses Objektiv den folgenden Bedingungen genügt: ,

n. , n,
(1) 1,60 < —2— * < 1,85

worin n₄ und n₅ Brechungsindizes des Glasmaterials der vierten und fünften Linse (L4 und L5) in bezug auf eine Linie (d) bedeuten.

(2) O,O5f <d₅^O,O9f,

worin f die Gesamtbrennweite des Systems als Ganzes und d₅ die Dicke der dritten Linse (L3), längs ihrer Achse gemessen, bedeuten,

(3) O,13f^d₄^O,19f und

(4) O,

worin d. den Abstand zwischen zweiter und dritter Linse (L2 bzw. L3), längs ihrer Achse gemessen, und d₃ die Dicke der zweiten Linse (L2), längs ihrer Achse gemessen, bedeuten.

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ORIGINAL INSPECTED