DE2811023C2 - Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive mit großem Öffnungsverhältnis und Bildfeldwinkel enthaltend eine vordere zerstreuende Linsengruppe und eine vordere sammelnde Linsengruppe vor der Aperturblende und eine hintere sammelnde Linsengruppe hinter der Aperturblende.

Bekannte Weitwinkelobjektive dieser Art haben insbesondere bei kurzer Baulänge den Nachteil, daß die wirksame Blendenöffnung für achsenferne, schräg einfallende Strahlenbündel größer ist, als der wirksame Durchmesser der maximalen Blendenöffnung auf der Einfallsseite für achsenparallele Strahlen. Daher ist es nicht möglich, solche Lichtflecken, die auf Grund von Abbildungsfehlern (Queraberrationen) entstehen, durch die Blendenöffnung des Objektivs allein zu begrenzen, wenn die Blende in geöffnetem Zustand benutzt wird, d. h. bei Offenblende. Dieses Phänomen verschlechtert unvermeidbar die Abbildungsqualität

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive zu schaffen, bei dem die bei voller Öffnung vorhandenen Queraberrationen in der Zone unter gleichzeitiger Senkung der den herrschenden (normalerweise bei Objektiven dieses Typs überhöhten) Beleuchtungsstärke verringert sind.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine weitere Blende (E) bzw. (E') in der Nähe des Schnittpunktes eines R^ndstrahls des achsenparallelen Lichtbündels bei maximaler Aperturblendenöffnung mit dem entsprechenden landstrahl des achsenfernen Lichtbündels angeordnet ist, das zum Bildfeldrand gerichtet ist, und daß der Radi I₁₅ der weiteren Blende (E) bzw. (E') gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem angegebenen Schnittpunkt gewählt ist Ausgestaltung^en der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Für ein sogenanntes »Doppel-Zoomobjektiv« ist es aus der DE-AS 24 14 029 an sich bekannt, durch eine zweite Blende, d£ren öffnungen durch eigens hierfür vorgesehene Einrichtungen bei Verstellung der verschiebbaren Linsengruppen verändert wird, das Auftreten von Koma zu vermeiden.

Bei dem erfin<Jungsgemäßen Weitwinkelobjektiv werden hingegen die achsenfernen schräg einfallenden Strahlen durch eine Blende mit konstanter öffnung begrenzt, wodurch die überhöhte Beleuchtungsstärke in der Zone infolge Queraberration auf das normale Maß der Beleuchtungsstärke begrenzt wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Weitwinkelobjektivs anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Es zeigt F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Grundaufbaus eines Weitwinkelobjektivs dieser Gattung,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Blendenwirkung als Funktion der Bildhöhe,

F i g. 3A eine Kurve zur Erläuterung der Queraberration eines Objektivs, bei dem das untere Lichtbündel nicht begrenzt ist,

F i g. 3B eine Kurve zur Erläuterung der Queraberration eines Objektivs, bei dem das untere Strahlenbündel begrenzt wird,

F i g. 4 eine Skizze zur Erläuterung der erfindungsgemäß vorzusehenden Blendenlage,

Fig.5 u. 6 Darstellungen zur Erläuterung von Beispielen der Anordnung der Blende zur Begrenzung der Queraberrationen für schräge Strahlenbündel,

F i g. 7 eine Darstellung des Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform,

F i g. 8A u. 8B Darstellungen der Queraberration des Objektivs nach F i g. 7, wobei keine Blende zur Begrenzung achsenferner, schräg einfallender Strahlenbündel vorgesehen ist,

F i g. 8C eine Darstellung der Queraberration des Objektivs nach F i g. 7 beim Einsatz einer Blende zur Begrenzung der achsenfernen schrägen Sirahlenbündel,

F i g. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Blendenwirkung als Funktion der Bildhöhe,

F i g. 1OA die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) für die sagittale Bildfläche und einen Teil des Bildfeldes,

F i g. 1 OB die Modulationsübertragungsfunktion für die tangentiale Bildfläche und einen Teil des Bildfeldes,

F i g. 11 Korrekturkurven der Ausführungsform nach F i g. 7.

Ein Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive mit großem Öffnungsverhältnis und Bildfeldwinkel besteht gemäß F i g. 1 üblicherweise aus einer vorderen zerstreuenden Linsengruppe Lu einer vorderen sammelnden Linsengruppe L2 und einer hinteren sammelnden Linsengruppe L3. Eine Blende S ist im Luftraum zwischen der vorderen sammelnden Linsengruppe L2 und der hinteren Linsengruppe L^ angeordnet. Von den wirksamen Strahlenbündeln, die durch das Objektiv hindurchgehen, weist das achsenparallele Strahlenbündel, welches auf die Bildmitte VO gerichtet ist, einen der maximalen Blendenöffnung entsprechenden Strahl /0 auf, der dem achsenparallelen Strahl entspricht, der durch die Blende bei maximaler Blendenöffnung hindurchgeht, dessen Position durch die Blende 5 bestimmt ist. Das Strahlenbündel zum Bildfeldrand weist einen unteren Strahl h auf, dessen Position durch die öffnung der vorderen Linsengruppe bestimmt ist. Bei einem Weitwinkel-

objektiv mit großem Öffnungsverhältnis ist daher die wirksame Öffnung der vorderen Linsengruppe eher durch den Strahl I₂ des schräg einfallenden Strahlenbündels am Rand bestimmt, als durch das achsenparallele Strahlen- , bündel.

Bei einem derartigen Weitwinkelobjektiv treten jedoch im allgemeinen mehr Strahlen durch die wirksame öffnung hindurch und erreichen einen Zwischenbereich Y\ des Bildes. Im Extremfall kann die Beleuchtungsstär- ' ke der Zone bezogen auf den achsennahen Bereich, 100% überschreiten, wie durch die Kurve (1) in Fig. 2 angedeutet ist Dieses Phänomen tritt insbesondere bei einem Objektiv mit kurzer Baulänge auf, wie aus F i g. 3A hervorgeht. Um die zu hohe Beleuchtungsstärke, die durch Queraberration verursacht wird, in der Zone in Richtung auf das normale Maß zu reduzieren, ist es daher notwendig, den Einfall unterer Lichtstrahlen zu

ίο begrenzen, wie dies in Fig.3B gezeigt ist Eine solche Maßnahme verschlechtert jedoch unvermeidbar die Blendenwirkung, wie aus F i g. 3B hervorgeht. Somit ist es erwünscht, die Beleuchtungsstärke in der Zone infolge ;·,:,' Queraberration zu reduzieren, während die Verringerung der Blendenwirkung auf den möglichen Minimalwert ■;;=·(·

eingestellt wird, jedoch soll dabei die wirksame öffnung des Objektivs nicht auf ein Minimum verringert werden. |ii

Erfindungsgemäß wird eine Blende (E) bzw. (E') zur Begrenzung der Beleuchtungsstärke in der Zone vorgese- % hen (Fig.4), die in der Nähe des Schnittpunkts eines Randstrahis /o und des achsenparaiielen Stranienbündeis ri mit dem zugehörigen Randstrahl h des achsenfernen Bündels, das zum Bildfeldrand gerichtet ist, angeordnet ist, ;■; wobei die öffnung der Blende gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schnittpunkt gewählt ist Die Blende (E) bzw. (E') dient somit dazu, untere bzw. obere Strahlen bis zum Strahl A des zonalen schrägen Strahlenbündels, welches auf den Zwischenbereich K₁ des Bildfeldes gerichtet ist, abzudecken.

Wenn die Blende (E) objektseitig gegenüber dem Schnittpunkt zwischen den Strahlen I₀ und I₂ angeordnet wird, werden alle äußeren Strahlen bis zum Strahl I₂ des Randstrahlbündels abgeschirmt, so daß man zu wenig Randstrahlen erhält. Wenn die Blende auf der Bildseite gegenüber dem genannten Schnittpunkt zwischen den Strahlen /o und I₂ vorgesehen wird, wird damit das achsenparallele Strahlenbündel abgeschirmt, so daß das Öffnungsverhältnis verringert wird. Der Schnittpunkt stellt die optimale Position für die Anordnung dieser Blende dar und ist hinsichtlich der Begrenzung der Beleuchtungsstärke bzw. Vergrößerung der Aberrationen am wirksamsten.

Ein Weitwinkelobjektiv mit großem Öffnungsverhältnis muß jedoch viele Linsen aufweisen und eine kurze Baulänge besitzen. Daher ist es in den meisten Fällen nicht möglich, die Blende, welche die schräg einfallenden, achsenfernen Strahlen begrenzt, von vornherein in einem Luftraum anzuordnen. Vom Gesichtspunkt der Her-

Stellungsgenauigkeit und der wirksamen öffnung ist es ebenfalls unmöglich, sehr dünne Linsen herzustellen. \

Daher wird der Schnittpunkt zwischen den Strahlen k und I₂ in den meisten Fällen in einer Linse zu liegen ■

kommen, die der vorderen sammelnden Linsengruppe L₂ zugehörig ist, wie aus F i-g. 4 hervorgeht, wodurch es unmöglich wird, die Blende (E) bzw. (E'), welche die achsenfernen, schräg einfallenden Strahlen beschränken soll, an der optimalen Position anzuordnen. Dieses Problem läßt sich dadurch lösen, daß in der Nähe des Schnittpunktes zwischen den Strahlen I₀ und I₁ die betreffende Linse in zwei Linsen geteilt wird, und die Blende (E) dann im Luftraum zwischen diesen Linsen angeordnet Wird. In diesem Fall sollte die Linse vorzugsweise so geteilt werden, daß die Aberrationen nicht vergrößert sind. Die Linsen, die sich aufgrund der Teilung der genannten Linse ergeben, und die auf beiden Seiten der Blende (E) bzw. (E) angeordnet sind, können ebene Flächen oder ·, Flächen mit groSen Radien r bzw. r¹ aufweisen, wobei diese Radien gleich oder unterschiedlich sein können, ebenso wie die Brechungsindizes dieser Linsen.

Die Blende (E) bzw. (E') kann in einem Kittglied zwischen zwei Linsen angeordnet werden, d. h. die Blende (E) kann als dünne ringförmige Blende vorgesehen sein, die zwischen den Linsenflächen des Kittgliedes eingesetzt ι

wird, wonach die beiden Linsen des Kittgliedes verkittet werden. Insoweit wird auf die F i g. 4 bis 6 verwiesen. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Weitwinkelobjektivs mit großem öffnungsverhältnis ist in F i g. 7 gezeigt Dieses Objektiv weist ingesamt acht Linsenglieder mit insgesamt 10 Linsen auf. Die Daten des in F i g. 7 gezeigten Objektivs sind wie folgt:

/=100 Öffnungsverhältnis = 1:2 Bildfeld winkel: 92°

η = 205,67

d, - 18,60 «ι = 1,639 V_x = 443 ^:

r₂ = 52930

d₂ = 0,60 ;,

r₃ = 10143 Ü

d₃ = 6,28 n₂ = 1,734 V₂ = 51,5 £>

r< = 52377

(U = 23,26
r_s = 22735

ds = 5,63 rt₃ = 1,7725 V₃ = 49,6

T₆ = 62^33

de = 10,70
Π = 640,47

άη = 15,86 tu = 1,61659 ν* = 36,6

rg = oo

d_B = 3,26 = d

rg = oo

(h = 23,26 ils = 1,61659 Vs = 36,6

Do = -20153

/·,, = 110,65
Γι₂ = 68,419

r_n 170,19

Λ 4 = 1046,5

/·₁₅ 88,372

/ϊβ = 212,47

/·,? 232,47

Λ β 88,093

Γ|₉ = 459,95
/•20 = -199,86
In der Tabelle bezeichnen:

d_l0 = 0,47 du = 6,98 d,2 = 36,28 rfi3 = 17,67 cfi4 = 17,58 d_i5 = 6,98 die = 10,00 d,₇ = 13,95 οι β = 0,47 d_l9 = 13,95

n₆ = 1,6968 n₇ - 1,5934

V₆ = 55,5
V₁ = 34,8

/J₈ = 1,72 Vt = 43,7

/J₉ = 1,84666 V₉ = 23,9

Πιο = 1,713

πιι = 1,72

«Ίο = 53,9

«Ί ι = 50,2

η bis Γ20 die Krümmungsradien der Linsen,

d\ bis cfo die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen den Linsen

/Ji bis /7i ι die Brechungsindizes,

v\ bis *ί ι die Abbe-Zahlen der Linsen, und

/ die Brennweite des Objektivs.

Das Objektiv nach Fig.7 weist eine vordere zerstreuende Linsengruppe L\ mit einem ersten Linsenglied 1, einem zweiten Linsenglied 2, einem dritten Linsenglied 3, eine vordere sammelnde Linsengruppe L₂ mit einem vierten Linsenglied 4, einem fünften Linsenglied aus den Linsen 5 und 6 und eine hintere Linsengruppe L% mit einem sechsten Linsenglied aus den Linsen 7 und 8, einem siebten Linsenglied mit der Linse 9 und einem achten Linsenglied mit der Linse 10 auf. Bei diesem Objektiv ist die Blende (E) im Luftraum d angeordnet, der durch Trennung des Linsenglieds 4 längs einer Ebene in zwei Linsen 41,42 gebildet wird. Der Strahl I₀ des achsenparallelen Strahlenbündels schneidet den Strahl I₂ im vierten Linsenglied 4 der vorderen sammelnden Linsengruppe. Die sich durch die Blende (E) ergebende Änderung der Queraberration bei Anordnung der Blende (E) entsprechend vorstehender Erläuterung ist in F i g. 8A bzw. 8B und 8C gezeigt F i g. 8A zeigt die Queraberration am Bildfeldrand, F i g. 8B die Größe der Queraberration, wenn das Objektiv die Blende (E) nicht enthält, und Fig.8C die Queraberration, die korrigiert ist, wenn der Strahl l_t, welcher auf einem Bildpunkt mit mittlerem Bildfeldwinkel gerichtet ist, auf den Strahl /durch Anordnung der Blende (E) im Objektiv begrenzt ist.

F i g. 9 vergleicht die Blendenwirkung für den Fall (1'), in welchem die Blende (E) nicht vorgesehen wird, mit der Blenden wirkung für den Fall, in welchem die Blende (E) \m Objektiv vorgesehen ist. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß die Beleuchtungsstärke für mittlere Bildwinkel nicht wesentlich kleiner wird. Der Bildkontrast für den Zwischenbereich Y\ des Bildfelds ist in den F i g. 1OA bzw. 1 OB dargestellt Die Kurve (1) entspricht dem Fall, bei welchem keine Blende vorgesehen wird, während die Kurve (2) dem Fall entspricht bei dem die Blende im Objektiv vorgesehen ist. Aus diesen Kurven ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Blende (E) den Bildkontrast im niederfrequenten Bereich wesentlich verbessern kann. Insbesondere in der tangentialen Bildebene wird der Kontrast wesentlich verbessert, wie aus F i g. 1OB hervorgeht.

Vorstehende Beschreibung zeigt daß die zu hohe Beleuchtungsstärke in der Zone infolge Queraberration beim Erfindüngsgegensiand durch die Blende (E) zufriedenstellend korrigiert werden kann, wobei der Strahl /, des zonalen schräg einfallenden Strahlenbündels, das auf den Zwischenbereich Ki des Bildfeldes gerichtet ist nur geringfügig durch die Blende (£? begrenzt wird, nämlich auf den Strahl /. Somit ergibt sich eine bemerkenswerte Wirkung durch den Einsatz der Blende (E) in der Nähe des Schnittpunktes zwischen dem Strahl h des achsenparallelen Strahlenbündels und dem unteren Strahl I₂ des schräg einfallenden Randstrahlenbündels.

Außerdem ist es möglich, die zu hohe Beleuchtungsstärke bezüglich des oberen Strahls des schräg auffallenden Strahlenbündels, das auf den Randabschnitt des Bildes fällt in ähnlicher Weise zu begrenzen, wie dies hinsichtlich des unteren Strahl erreicht wird. Die Vermeidung einer zu hohen Beleuchtungsstärke bei mittlerem Bildfeldwinkel kann somit in diesem Fall durch die Anordnung einer Blende (E') erreicht werden, die einen effektiven Radius hat, welcher gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schnittpunkt zwischen dem Strahl des achsenparallelen Strahlenbündels bei maximaler öffnung und dem oberen Strahl des Randstrahlenbündels ist wobei die Blende an einer Stelle in der Nähe dieses Schnittpunktes angeordnet wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Weitwinkelobjektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive mit großem Öffnungsverhältnis und Bildfeldwinkel enthaltend eine vordere zerstreuende Linsengruppe und eine vordere sammelnde Linsengruppe vor der Aperturblende und eine hintere sammelnde Linsengruppe hinter der Aperturblende, dadurch gekennzeichnet,daß eine weitere Blende (E) bzw. (E') in der Nähe des Schnittpunktes eines Randstrahlers des achsenparallelen Lichtbündels bei maximaler Aperturblendenöffnung mit dem entsprechenden Randstrahl des achsenfernen Lichtbündels angeordnet ist, das zum Bildfeldrand gerichtet ist, und daß der Radius der weiteren Blende (E) bzw. (£7 gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem angegebenen Schnittpunkt gewählt ist

2. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (E) bzw. (E') in einem Luftraum angeordnet ist der sich durch Aufspaltung eines Linsenglieds ergibt das sich an dem durch Anspruch 1 definierten Blendenort für die weitere Blende (E)bzw. (^befindet

3. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (E) bzw. (E') am Ort einer Kittfläche eingesetzt ist

4. Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Linsen vor und hinter der Blende ebene Fliehen aufweisen.

5. Weitwinkelobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Linsen vor und hinter der Blende Flächen mit großem Krümmungsradius aufweisen.

6. Weitwinkelobjektiv nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß es eine positive Meniskuslinse, eine negative Meniskuslinse, eine negative Meniskuslinse, zwei Linsen, die für ein viertes Linsenglied vorgesehen sind, ein positives Kittglied, ein negatives Kittglied, eine positive Meniskuslinse, eine positive Linse enthält daß die Blende (E) zwischen den beiden Linsen angeordnet ist die für das vierte Linsenglied vorgesehen sind und daß das Objektiv folgende Konstruktionsdaten hat:

/= 100 Öffnungsverhältnis Λ -= 205,67

Γ? = 52930

r₃ - 101,53

T₄ = 52,977

r₅ =* 227,95

T₆ = 62,233

rj =. 640,47

Γβ = oo Tg = oo

Γιο = -2015,3 r,, = 110.65 Π 2 = 68,419 r,3 = -170,19

γη 1046,5

Γι 5 = 88,372
Ti₆ = 212,47
Π 7 = -232,47

Π β 88,093

Π 9 = 459,95
Γμ = -199,86

di - 18,60 di = 0,60 d₃ = 6,28 d₄ - 23,26 ds - 5,63 d₆ - 10,70 di = 15,86 ds =■= 3,26 = d ck = 23,26 di ο = 0,47 du = 6,98 du = 36,28 dn = 17,67 rfi4 = 17,58 c/i5 - 6,98 die = 10,00 du = 13,95 d\t = 0,47 eta = 13,95

Bildfeldwinkel: 92° Πι = 1,639

/J₂ = 1,734 /73 = 1,7725 /74 = 1,61659 ns = 1,61659

/J₆ = 1,6968 m = 1,5934

ηβ = 1,72
/J₉ = 1,84666

/Jio = 1,713
"π = 1,72

44,9

V₂ = 51,5

49,6

36,6

36,6

V₆ V₁

55,5 34,8

V₆ = 43,7 V₉ = 23,9

*>io = 53,9 Vu = 50,2

darin bezeichnen:

n,r₂... die Krümmungsradien der linsen,

duch... die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen den Linsen

π\,Π2... die Brechungsindizes

v\,Vi... dieAbbe-Zahi<yi,und

/ die Brennweite des Objektivs.