DE3905181C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Teleobjektiv mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Teleobjektiv dieser Gattung ist aus der US-Patentschrift 42 40 703 bekannt. Bei diesem Objektiv gestaltet sich die Kompensation von Abbildungsfehlern schon deshalb schwierig, weil das dort vorhandene meniskusförmige Linsenglied zwar in zwei Linsen aufgeteilt ist, diese aber aus dem gleichen optischen Material bestehen und weil die so gebildete Luftlinse nur eine sehr kleine Brechkraft aufweist. Die Zweiteilung dieses Linsengliedes kann daher zur Korrektur von Abbildungsfehlern dritter Ordnung nicht beitragen.

Aus den Druckschriften JP-A 58 82 217, JP-A 60 418 und JP-A 62 24 209 sind Teleobjektive bekannt, bei denen eine Fokussierung innerhalb des optischen Systems derart angestrebt wird, daß der Schwerpunkt nur wenig verstellt wird und die Handhabung erleichtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Teleobjektiv der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das einfach fokussierbar ist und eine gute Kompensation von Änderungen der sphärischen Aberration über einen weiten Fokussierbereich ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Teleobjektiv weist den Vorteil auf, das Änderungen der sphärischen Aberration der ersten Linsengruppe durch die Kittfläche der zweiten Linsengruppe weitgehend kompensiert werden. Hierdurch wird auch erreicht, daß diese Kompensation vorteilhafterweise relativ dicht hinter der die Änderungen der sphärischen Aberration verursachenden ersten Linsengruppe stattfindet.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die im Patentanspruch 1 enthaltenden Bedingungen (1) bis (6), die vom erfindungsgemäßen Teleobjektiv erfüllt werden, werden im folgenden näher beschrieben und erläutert.

Die Bedingungen, die von dem Telelinsensystem der Erfindung erfüllt werden, werden im folgenden genauer beschrieben.

Die Bedingungen (1) bis (3) betreffen die erste Linsengruppe. Die Bedingung (1) betrifft die Brechkraft der ersten Linsengruppe und sollte eingehalten werden, um ein kompaktes Objektiv zu erhalten. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird (d. h. wenn die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu schwach ist), wird ein ausreichendes Televerhältnis nicht erzielt, um das gewünschte kompakte Objektiv zu erhalten. Falls die untere Grenze der Bedingung (1) nicht erreicht wird (d. h. wenn die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu stark ist), muß eine unterkompensierte sphärische Aberration durch die hinteren Linsengruppen kompensiert werden. Ferner werden Aberrationsänderungen, die während der Fokussierung auf eines relativ nahe zur Kamera liegendes Objekt auftreten, zu groß, um in geeigneter Weise kompensiert zu werden.

Bedingung (2) betrifft die Anforderungen, die das optische Material der sammelnden Linsen (der ersten und dritten Linse) in der ersten Linsengruppe erfüllen sollte, um die chromatische Aberration zu minimieren, die sich in diesen sammelnden Linsen ergibt. Falls diese sammelnden Linsen aus einem optischen Material hergestellt sind, dessen Abb´sche Zahl zu klein ist, um die Bedingung (2) zu erfüllen, ist der Achromatismus, der in der ersten Linsengruppe erzeugt werden kann, nicht ausreichend, um das angestrebte Teleobjektiv zu erreichen.

Bedingung (3) betrifft die Anforderung, die durch die objektseitige Linsenfläche der zweiten Linse, welche die größte Streukraft in der ersten Linsengruppe besitzt, erfüllen sollte. Diese Linsenfläche (r₃) dient dazu, die streuende sphärische Aberration zu kompensieren, die sich aufgrund des ersten und dritten sammelnden Linse ergibt. Falls die obere Grenze von Bedingung (3) überschritten ist (d. h. wenn die Streukraft der zweiten Linse zu gering ist), tritt eine Unterkompensation der sphärischen Aberration auf. Falls die obere Grenze der Bedingung (3) nicht erreicht wird (d. h. wenn die Streukraft der zweiten Linse zu stark ist), stellen sich zwar vorteilhafte Bedingungen im Hinblick auf die Kompensation der Aberration ein, jedoch wird eine einzelne Linsenfläche unzulässig stark mit der Aufgabe der Aberrationskompensation belastet. Hohe Anforderungen dieser Art sollten jedoch vermieden werden, da Fehler in dieser Linsenfläche, die auf schlechte Verarbeitung zurückgehen, eine wesentliche Beeinträchtigung der Abbildungsleistung hervorrufen.

Bedingung (6) sollte durch die zweite Linsengruppe erfüllt werden, so daß die Brechkraft der Kittfläche darin geeignet gewählt wird, damit diese negative Kitt­ fläche die Veränderungen der sphärischen Aberration minimiert, die als Reaktion auf Abstandsänderungen des Gegenstandes entstehen können. Wenn auf einen relativ nahe bei der Kamera angeordneter Gegenstand fokussiert wird, wird durch die erste Linsengruppe mit sammelnder Brechkraft eine negative sphärische Aberration erzeugt. Beim erfindungsgemäßen Tele­ objektiv wird jedoch diese negative sphärische Aberration durch eine positive sphärische Aberration aufgehoben, die von der Kittfläche mit streuender Brechkraft hervorgerufen wird, die in der zweiten Linsengruppe mit schwacher Brechkraft vorgesehen ist. Bedingung (6) bestimmt den geeigneten Bereich der Kompensation für derartige sphärische Aberrationen. Falls die untere Grenze dieser Bedingungen nicht erreicht wird (d. h. wenn die Brechkraft der Kittfläche (r₈) zu stark ist), treten unerwünschte sphärische Aberrationen höherer Ordnung auf. Falls die obere Grenze der Bedingung (6) überschritten wird (d. h. wenn die Brechkraft von (r₈) zu gering ist), wird die zweite Linsengruppe im Hinblick auf die Kompensation der Änderungen der sphärischen Aberration unwirksam, die infolge der Fokussierung auf einen nahe bei der Kamera angeordneten Gegenstand auftritt. Die Wirksamkeit der zweiten Linsengruppe wird sichergestellt, ungeachtet ob sie eine sammelnde oder streuende Gesamtbrechkraft besitzt, solange sie eine Kittfläche umfaßt, die eine negative Brechkraft aufweist, und die Bedingung (6) erfüllt.

Die Bedingungen (4a) und (4b) sowie (5a) und (5b) sollten von der dritten Linsengruppe erfüllt werden. Bedingung (4a), (4b) legt die Anforderungen an die Brechkraft der dritten Linsengruppe und den Bereich der Fokussierung, der dadurch betroffen wird, fest. Falls die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird (d. h. falls die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe übergroß ist), treten unerwünschte Aberrationsänderungen als Ergebnis der Bewegung der dritten Linsengruppe während des Fokussierens auf. Falls die untere Grenze von Bedingung (4a), (4b) überschritten wird, (d. h. falls der Betrag der Brechkraft der dritten Linsengruppe zu gering ist), gehen die Aberrationsänderungen zurück, jedoch ist der erforderliche Betrag der Bewegung der dritten Linsengruppe für die Fokussierung auf einen relativ nahe angeordneten Gegenstand andererseits erhöht und die Fokussierung auf einen nahen Abstand ist mechanisch ohne Störungen mit anderen Linsengruppen unmöglich (die dritte Linsengruppe berührt andere Linsengruppen).

Bedingung (5a), (5b) betrifft die Achromatisierung der dritten Linsengruppe. Falls die positive Linse (die sechste Linse) in dieser Linsengruppe aus einem optischen Material hergestellt ist, dessen Abb´sche Zahl zu groß ist, um Bedingung (5a), (5b) zu erfüllen, oder falls die streuende Linse (die siebte Linse) aus einem optischen Material hergestellt ist, dessen Abb´sche Zahl zu klein ist, um diese Bedingung einzuhalten, kann im Objektiv keine ausgewogene Kompensation der chromatischen Aberration, die auf die Bewegung der dritten Linsengruppe während des Fokussierens zurückgeht, erzielt werden. Da die positive Linse in der dritten Linsengruppe aus einem optischen Material hergestellt ist, das eine kleine Abb´sche Zahl besitzt, kann die Brechkraft der dritten Linsengruppe ausreichend verringert werden, um die Petzval-Summe zu minimieren und um eine wirksame Kompensation der Bildfeldwölbung zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Darin zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teleobjektivs im Schnitt,

Fig. 2(A) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 1 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 2(B) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 1 bei Einstellung auf den Nahbereich (Objektabstand entsprechend dem 10-fachen der Brennweite),

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teleobjektivs im Schnitt,

Fig. 4(A) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 3 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 4(B) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 2 bei Einstellung auf den Nahbereich,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teleobjektivs im Schnitt,

Fig. 6(A) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 5 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 6(B) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 5 bei Einstellung auf den Nahbereich,

Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teleobjektivs im Schnitt,

Fig. 8(A) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 7 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 8(B) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 7 bei Einstellung auf den Nahbereich,

Fig. 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Teleobjektivs im Schnitt,

Fig. 10(A) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 9 bei Einstellung auf Unendlich und

Fig. 10(B) Aberrationskurven für das Teleobjektiv nach Fig. 9 bei Einstellung auf den Nahbereich.

Im folgenden sind Daten der Ausführungsbeispiele 1 bis 5 gemäß Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 der Zeichnungen in Datentabellen zusammengefaßt. Darin bedeuten

f = Brennweite des Objektivs,
f_I = Brennweite der ersten Linsengruppe,
f_III = Brennweite der dritten Linsengruppe,
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse
n = Brechzahl der jeweiligen Linse für die d-Linie,
ν = Abb´-Zahl der jeweiligen Linse,
Φ₃ = Brechkraft der dritten Linsenfläche in der ersten Linsengruppe
Φ₈ = Brechkraft der Kittfläche in der zweiten Linsengruppe
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs

Beispiel 1

Televerhältnis = 0,81; 1 : 4,0; f = 100,00; ω = 2,1°; f_B = 22,29

Beispiel 2

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 22,60

Beispiel 3

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 19,23

Beispiel 4

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 21,62

Beispiel 5

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 19,23

Wie zuvor beschrieben vollführt das Teleobjektiv nach der Erfindung die Fokussierung durch Bewegung der dritten Linsengruppe und ist ausgelegt, um die Bedingungen (1) bis (6), die hierin festgelegt sind, zu erfüllen. Dies hat zum Ergebnis, daß dieses Teleobjektiv recht kompakt ist (Vario-Verhältnis von ungefähr 0,8) mit einer relativen Öffnung in der Größe von 1 : 4 bis 1 : 4,5 und einem halben Bildfeldwinkel von 2° bis 3° (f = 400-600 mm, wenn berechnet für das Kleinbildformat). Ungeachtet dieses kompakten Aufbaus stellt das Teleobjektiv nach der Erfindung eine gute Leistungsfähigkeit über den Bereich vom Unendlichen bis zu nahen Abständen sicher, wie aus den beiliegenden Aberrationskurven hervorgeht, die mit verschiedenen Ausführungen des Systems erzielt werden, vgl. Fig. 2(A), 2(B), 4(A), 4(B), 6(A), 6(B), 8(A), 8(B), 10(A) und 10(B).

Claims (12)

1. Teleobjektiv, umfassend, in Anordnung längs einer optischen Achse von der Gegenstandsseite her,

• a) eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, umfassend eine positive erste Linse, eine negative zweite Linse und eine positive dritte Linse,
• b) eine zweite Linsengruppe von betragsmäßig kleinerer Brechkraft als die erste Linsengruppe mit einer als Meniskus ausgebildeten vierten Linse und einer fünften Linse,
• c) eine dritte Linsengruppe negativer Brechkraft, umfassend eine positive sechste Linse und eine negative siebte Linse, und
• d) eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft,
• e) wobei die Fokussierung durch Verstellen der dritten Linsengruppe längs der optischen Achse bewirkt wird und
• f) wobei das Objektiv die folgenden Bedingungen erfüllt:
  • 1) 0,4f < f_I < 0,8f
  • 2) ν₁, ν₃ < 70
  • 3) 0,4 f < | 1/Φ₃ | < 0,7 f, Φ₃ < 0
    [wobei Φ₃ = (n₂ - 1)/r₃]
  • 4a) 0,2 f < | f_III |; f_III < 0
  • 5a) ν₆ < 35

dadurch gekennzeichnet, daß

• g) in der zweiten Linsengruppe die als Meniskus ausgebildete vierte Linse eine negative Brechkraft und die objektseitig konvexe fünfte Linse eine positive Brechkraft haben,
• h) in der zweiten Linsengruppe die vierte und fünfte Linse miteinander verkittet ist und
• i) das Objektiv die folgenden weiteren Bedingungen erfüllt:
  • 4b) |f_III| < 0,4f
  • 5b) ν₇ < 50,
  • 6) 0,4f < |1/Φ₈| < 0,6f; Φ₈ < 0
    [wobei Φ₈ = (n₅-n₄)/r₈]
    worin bedeuten:
    f = Brennweite des Objektivs,
    f_I = Brennweite der ersten Linsengruppe,
    f_III = Brennweite der dritten Linsengruppe,
    n_i = Brechzahl der i-ten Linse für die d-Linie,
    ν_i = Abb´-Zahl der i-ten Linse,
    r₃ = Krümmungsradius der objektseitigen Fläche der zweiten Linse,
    r₈ = Krümmungsradius der Kittfläche in der zweiten Linsengruppe,
    Φ₃ = Brechkraft der objektseitigen Fläche der zweiten Linse und
    Φ₈ = Brechkraft der Kittfläche in der zweiten Linsengruppe.

2. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:

Televerhältnis = 0,81; 1 : 4,0; f = 100,00; ω = 2,1°; f_B=22,29

worin bedeuten:
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse

3. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:

Televerhältnis = 0,77; F_NO = 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 22,60

worin bedeuten:
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse

4. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 19,23

worin bedeuten:
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse

5. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 21,62

worin bedeuten:
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse

6. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:

Televerhältnis = 0,77; 1 : 4,5; f = 100,00; ω = 3,2°; f_B = 19,23

worin bedeuten:
ω = halber Bildfeldwinkel
f_B = hintere Schnittweite des Objektivs
r = Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche
d = Dicke oder Luftabstand der jeweiligen Linse