DE2909089C2

DE2909089C2 -

Info

Publication number: DE2909089C2
Application number: DE2909089A
Authority: DE
Inventors: Hideo Tokio/Tokyo Jp Yokota
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1987-11-26
Also published as: JPS6048013B2; US4265529A; DE2909089A1; JPS54119233A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kamerasucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Kamerasucher, wie er in der DE-OS 19 28 520 gezeigt ist und häufig in Spiegelreflexkameras Anwendung findet, weist ein Pentagonal-Prisma und ein im Strahlengang hinter diesem angeordneten Okular auf, das eine objektseitig angeordnete bikonvexe positive Linse und eine negative Meniskuslinse umfaßt, die objektseitig konkav ist.

Bei Spiegelreflexkameras, die im Freizeitbereich verwendet werden, d. h. sogenannte Amateuerkameras, werden einerseits sehr hohe Anforderungen an die Abbildungseigenschaften sowie an eine hohe Vergrößerung des Kamerasuchers gestellt und andererseits sollen die Kameras preisgünstig sein, was nur durch die Anwendung von kostengünstigen Herstellungsverfahren möglich ist.

Zur Verminderung der Herstellungskosten ist es wirkungsvoll, bei der Herstellung von Linsen Kunststoff zu verwenden. Da jedoch Kunststoffe, wie beispielsweise Acrylharz im Vergleich zu üblicherweise bei dem Okular verwendetem Glas einen geringeren Brechungsindex haben, ist es schwierig, die Aberration ausreichend zu korrigieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kamerasucher zu schaffen, bei dem auch bei Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen für die einzelnen Linsen des Kamerasuchers eine gute Korrektion der Aberrationen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Kamerasucher durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Die durch die Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen für die einzelnen Linsen des Okulars auftretenden Probleme bezüglich der Aberrationen werden dadurch gelöst, daß eine Oberfläche der positiven Linse als asphärische Oberfläche ausgebildet wird und daß die Linsenkennwerte innerhalb von bestimmten Bereichen liegen. Die exakte Formgebung der asphärischen Fläche ist dabei abhängig von Koeffizienten B _i und C _i, die zur Erzielung einer guten Aberrationskorrektion ebenfalls bestimmte Bedingungen erfüllen.

Die Korrektion von Farbfehlern eines Okulars erfolgt dadurch, daß zwei Linsen mit positiver und negativer Brechkraft aus Werkstoffen kombiniert werden, die sich in ihrer Dispersion voneinander unterscheiden, beispielsweise Kunststoff und Glas. Wenn für die positive Linse Kunststoff und für die negative Linse Glas verwendet wird, ist es zur Unterdrückung des Farbfehlers notwendig, die negative Linse aus einem Glaswerkstoff mit einer möglichst hohen Dispersion herzustellen, da die Abbeschen Zahlen derjenigen Kunststoffe, die wie Acrylharz als optische Werkstoffe verwendbar sind, im Bereich von 53 bis 55 liegen. Als Abbesche Zahl für den Glaswerkstoff sind Zahlen im Bereich von 25 bis 29 geeignet. Bevorzugterweise wird Schwerflintglas verwendet, dessen Abbesche Zahl 27,5 beträgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Kamerasuchers.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die unterschiedliche Abbildungsfehler-Kurven in Abhängigkeit von Gestaltungen eines Okulars des Kamerasuchers zeigt.

Fig. 3 bis 8 zeigen Abbildungsfehler-Kennlinien von Beispielen 1 bis 6.

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Grundform einer asphärischen Linsenoberfläche veranschaulicht.

Die Gestaltung der Linsenflächen hat eine große Auswirkung auf die unterschiedlichen Abbildungsfehler. Die Fig. 1 zeigt ein optisches Suchersystem mit einem Aufnahmeobjektiv 10, einem Schnellrückkehr-Schwenkspiegel 11, einer Mattscheibe 12, in deren Mitte ein Doppelprisma angebracht ist, einer Kondensorlinse 13, einem Pentagonal-Prisma 14, einem Okular 15 und einem Augenpunkt 16. Hierbei ist das Aufnahmeobjektiv 10 in einem etwas verkleinerten Maßstab dargestellt.

Wenn eine Konstante K1 gemäß folgender Gleichung eingeführt wird, die sich auf die Gestaltung der Radien r₅ und r₈ bezieht,

wobei f die Okular-Brennweite ist, und wenn für die Radien r₆ und r₇ nahezu gleiche, konstante Werte gewählt werden, ergibt sich für K₁ in einem für die Linsenherstellung geeigneten Bereich von

-3 < K₁ < 3

eine Veränderung der Abbildungsfehler bzw. Aberrationen, d. h. der Größen der sphärischen Aberration, der Verzeichnung und des Astigmatismus aus der sagittalen und tangentialen Bildfeldkrümmung, gemäß der Darstellung in Fig. 2.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ergibt sich hinsichtlich der sphärischen Aberration ein zulässiger Aberrationsbereich für K₁ von

-3 < K₁ < 1,5.

Zum Einhalten der Toleranzen bzw. der zulässigen Werte hinsichtlich des Astigmatismus kann K₁ im Bereich von

-1 < K₁ < 3

gewählt werden. Wenn K₁ kleiner als -1 wird, steigt der Astigmatismus in negativer Richtung steil an, während zugleich auch die Verzeichnung in positiver Richtung über den zulässigen Wert ansteigt. Wenn im Gegensatz dazu K₁ größer als 1,5 ist, steigt nachteiligerweise die positive sphärische Aberration beträchtlich an. Daher ergibt sich eine Bereichsbeschränkung für die K₁-Werte auf

-1 < K₁ < 1,5

Bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera wird die Entfernungsmessung üblicherweise mittels eines Doppelprismas oder Mikroprismas vorgenommen, das in einem mittleren Bereich des Bildfeldes angeordnet ist. Es ist bekannt, daß die Genauigkeit der Entfernungsmessung in großem Ausmaß durch axiale chromatische Aberration bzw. einen Farbortsfehler beeinträchtigt wird.

Für die vorstehend genannten Bedingungen für die Radien r₅ und r₈ und ferner für die Abbesche Zahl der positiven Linse mit einem Mittelwert von 54 und der Abbeschen Zahl der negativen Linse von ungefähr 27, die für die Korrektur der Farbfehler geeignet sind, kann eine für die Korrektur des entsprechenden Farbortfehlers notwendige Bedingung durch

zum Ausdruck gebracht werden, wobei eine gute Korrektur bei ungefähr K₂ = 0,26 erzielt werden kann.

Wenn der Wert von K₂ 0,26 übersteigt, besteht hinsichtlich des Farbortsfehlers eine Tendez zur Unterkorrektur, während bei einem Wert K₂, der gleich oder kleiner als 0,26 ist, eine Tendenz zur Überkorrektur besteht. Ferner ergibt eine Steigerung des Werts von K₂ eine Vergrößerung der negativen Brechkraft, so daß eine Steigerung des negativen Astigmatismus hervorgerufen wird, jedoch die Verzeichnung herabgesetzt wird.

Nach der rechnerischen Überprüfung der vorstehenden Einzelpunkte wurde der Bereich auf

0,18 < K₂ < 0,3

festgelegt. Wenn die obere Grenze dieser Ungleichung überschritten wird, steigt der negative Astigmatismus übermäßig an, während bei Unterschreitung der unteren Grenze der Farbortsfehler unterkorrigiert wird.

Ein weiterer Fortschritt hinsichtlich der Abberrations- Korrektur kann durch Gestaltung einer asphärischen Fläche an der positiven Linse erzielt werden.

Sofern eine Linse betroffen ist, die weder die axialen noch die achsfernen Strahlen beim Durchgang stark bricht und die eine axiale Dicke von nicht mehr als 10% der Brennweite des Okular-Linsensystems hat, wie es bei der positiven Linse in dem Okular des Suchers der Fall ist, werden nahezu äquivalente Ergebnisse unabhängig davon erzielt, ob zur Formung einer asphärischen Fläche die objekt- oder die bildseitige Oberfläche der Linse gewählt wird. Dementsprechend sind die nachstehend beschriebenen Beispiele darauf beschränkt, daß nur die objektseitige Oberfläche zur Formung der asphärischen Fläche gewählt wird.

Hinsichtlich der asphärischen Formung wird gemäß der Darstellung in Fig. 9 (einer X-Achse) als positive Richtung (+) die Richtung gewählt, die mit der Lichtfortpflanzungsrichtung auf der optischen Achse übereinstimmt, während als Y-Achse eine Richtung senkrecht zur X-Achse gewählt wird; damit werden Koordinaten (x _i, y _i) eines Orts an einer rotationssymmetrischen asphärischen Fläche i durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

wobei r der Krümmungsradius des Scheitels der asphärischen Fläche ist und B _i sowie C _i asphärische Koeffizienten bzw. Koeffizienten für die Abweichung gegenüber der Kugelfläche sind.

Im Beispiel 1 weist der asphärische Koeffizient B _i einen Wert

B₅ = -5 × 10^-6

auf.

Die sich ergebenden Aberrationen sind in den Fig. 3A bis 3D gezeigt.

Bei einem Beispiel 2 ist die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars nach Beispiel 1 zu einer asphärischen Fläche gestaltet, die durch

B₅ = -5 × 10^-6

und

C₅ = 5 × 10^-8

bestimmt ist. Gemäß der Darstellung in den Fig. 4A bis 4D ist der Astigmatismus im Vergleich zum Beispiel 1 verbessert.

Bei einem Beispiel 3 ist die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars eine asphärische Fläche mit

B₅ = -5 × 10^-6

gemäß der Darstellung in den Fig. 5A bis 5D ist die Verzeichnung verbessert. Diese Änderung führt jedoch zu einer Steigerung des negativen Astigmatismus.

Bei einem Beispiel 4 ist die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars nach Beispiel 3 zu einer asphärischen Fläche mit

B₅ = -5 × 10^-6

und

C₅ = 5 × 10^-8

geformt. Gemäß der Darstellung in den Fig. 6A bis 6D sind die sphärische Aberration, der Astigmatismus und die Verzeichnung verbessert.

Bei einem Beispiel 5 ist die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars zu einer asphärischen Fläche mit

B₅ = -5 × 10^-6

geformt. Gemäß der Darstellung in den Fig. 7A bis 7D sind die sphärische Aberration und die Verzeichnung verbessert. Auch in diesem Fall ist der negative Astigmatismus gesteigert.

Bei einem Beispiel 6 ist die objektseitige Fläche des positiven Linse des Okulars nach Beispiel 5 zu einer asphärischen Fläche mit

B₅ = -5 × 10^-6

und

C₅ = 5 × 10^-8

geformt. Gemäß der Darstellung in den Fig. 8A bis 8D sind die sphärische Aberration, der Astigmatismus und die Verzeichnung verbessert.

Wie aus diesen Beispielen ersichtlich ist, ist das Einführen der asphärischen Fläche wirkungsvoll, jedoch ist es zum Einhalten eines brauchbaren Astigmatismus vorzuziehen, für die asphärischen Koeffizienten eine Bedingung aufzustellen. Wenn die beidseitige Fläche der positiven Linse des Okulars als asphärische Fläche gewählt wird, sind gegenüber den bei Wahl der objektseitigen Fläche als asphärische Fläche auftretenden asphärischen Koeffizienten die Vorzeichen umgekehrt. Daher werden Bedingungen für die Werte der Koeffizienten als Absolutwerte aufgestellt.

Für den asphärischen Koeffizienten B _i folgende Ungleichungs-Bedingung aufgestellt:

Wenn diese Bedingung nicht eingehalten wird, wird der negative Astigmatismus übermäßig groß. Für den asphärischen Koeffizienten C _i wird folgende Ungleichungs- Bedingung gestellt:

Wenn diese Bedingung nicht eingehalten wird, entsteht im Randbereich ein erhöhter Astigmatismus.

Nachstehend werden die Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

wobei r₁ und r₂ die Krümmungsradien der Kondensorlinsen- Flächen und r₃ und r₄ die Krümmungsradien der Pentagonal-Prisma-Flächen sind. Der Abstand der Brennebene der Mattscheibe 12 zur objektseitigen Fläche der Kondensorlinse 13 ist 0,3. Ferner gelten folgende Werte:

K₁ = 0,752, K₂ = 0,202,

Sehkraft bzw. Sichtweite = -1,1 Dioptrien, Brennweite des Okulars f = 63,93.

Die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars 15 ist dabei eine asphärische Fläche mit dem asphärischen Koeffizienten

B₅ = 5 × 10^-6

wobei

B₅/f ³ = -1,91 × 10^-11

gilt.

Beispiel 2

Es gelten die gleichen numerischen Werte wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die asphärischen Koeffizienten der asphärischen Fläche zu

B₅ = -5 × 10^-6; C₅ = 5 × 10^-8

verändert sind, wobei

C₅/f⁵ = 4,68 × 10^-17

gilt.

Beispiel 3

Der Abstand von der Brennebene der Mattscheibe 12 zu der objektseitigen Fläche der Kondensorlinse 13 beträgt 0,3; es gelten folgende Werte: K₁=0,178, K₂=0,264, Sehkraft = -1,0 Dioptrien und Okular-Brennweite f=62,43. Die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars 15 ist dabei eine asphärische Fläche mit dem asphärischen Koeffizienten

B₅ = -5 × 10^-6

wobei

B₅/f ³ = 2,05 × 10^-11

gilt.

Beispiel 4

Es gelten die numerischen Werte nach Beispiel 3 mit der Ausnahme, daß die asphärischen Koeffizienten der asphärischen Fläche zu

B₅ = -5 × 10^-6

und

C₅ = 5 × 10^-8

verändert sind, wobei

C₅/f ⁵ = 5,27 × 10^-17

gilt.

Beispiel 5

Der Abstand von der Brennebene der Mattscheibe 12 zu der objektseitigen Fläche der Kondensorlinse 13 beträgt 0,3; es gelten folgende Werte: K₁ = 1,169, K₂ = 0,282, Sehkraft = -1,0 Dioptrien und Okular-Brennweite f = 61,13. Die objektseitige Fläche der positiven Linse des Okulars 15 ist dabei eine asphärische Fläche mit dem asphärischen Koeffizienten

B₅ = -5 × 10^-6

wobei

B₅/f ³ = 2,19 × 10^-11

gilt.

Beispiel 6

Es gelten die numerischen Werte nach Beispiel 5 mit der Ausnahme, daß die asphärischen Koeffizienten der asphärischen Fläche zu

B₅ = -5 × 10^-6

und

C₅ = 5 × 10^-8

verändert sind, wobei

C₅/f ⁵ = 5,86 × 10^-17

gilt.

Die Werte für die sphärische Aberration, den Astigmatismus, die Verzeichnung und die Koma bei den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 6 sind jeweils in den Fig. 3A bis 8D gezeigt. Die positive Linse und die negative Linse sind voneinander getrennt, so daß es möglich ist, jede beliebige Fläche der positiven Linse zu einer Fläche zu formen und Nachteile zu vermeiden, die sich durch den Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Werkstoffe, beispielsweise von Glas und Kunststoff, ergeben.

Claims

1. Kamerasucher, mit einem Pentagonal-Prisma und einem im Strahlengang hinter diesem angeordneten Okular, das eine objektseitig angeordnete bikonvexe positive Linse und eine negative Meniskuslinse aufweist, die objektseitig konkav ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen folgende Ungleichungen erfüllen: und in denen r₅ und r₆ die Krümmungsradien der Oberflächen der positiven Linse, r₇ und r₈ die Krümmungsradien der Oberflächen der negativen Meniskuslinse und f die Brennweite des Okulars bezeichnen,
und daß eine der Oberflächen der positiven Linse eine asphärische Oberfläche ist, deren Punkte xi, yi die Gleichung erfüllen, wobei als X-Achse die optische Achse in Richtung des Strahlenganges und als Y-Achse eine zur X-Achse senkrechte Achse definiert ist und wobei r _i der Krümmungsradius des Scheitels der asphärischen Oberfläche ist und B _i sowie C _i jeweilige Koeffizienten bezeichnen, die folgende Ungleichungen erfüllen: und

2. Kamerasucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen 53 ≦ nI ≦ 55und25 ≦ νII ≦ 29erfüllt sind, wobei νI die Abbesche Zahl des Wirkstoffs der positiven Linse und nII die Abbesche Zahl des Werkstoffs der negativen Linse ist.