DE3936533C2 - Teleobjektiv - Google Patents

Description

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

Das Teleobjektiv eignet sich vor allem für Kleinbildspiegelreflexkameras und kann eine relative Öffnung von 1 : 2,0 und eine Brennweite von etwa 100 mm aufweisen.

Ein Teleobjektiv der eingangs genannten Art ist aus der Druckschrift DE 26 32 461 A1 bekannt. Dort bilden in der hinteren Linsengruppe eine bikonvexe vierte Linse und eine negative fünfte Linse ein Kittglied.

Aus der Veröffentlichung von Warren J. Smith "Modern Optical Engineering", McGraw-Hill Book Company, 1966, Seiten 338 und 339, ist bekannt, die an einer Kittfläche eines Kittgliedes auftretende Sphärochromasie und sphärische Aberration höherer Ordnung durch Aufspaltung des Kittgliedes in zwei einzelstehende Linsen zu beheben.

Insbesondere bei Autofokuskameras soll das Gewicht der zur Fokussierung verstellbaren Linsengruppen möglichst gering sein, um die motorische Fokussierung zu erleichtern. Dabei werden für Brennweiten von etwa 100 mm üblicherweise zwei Arten von Objektiven verwendet, nämlich eine Bauart vom abgeänderten Gauss-Typ (z. B. gemäß den Offenlegungsschriften JP-A-53-10425, JP-A-57-40218, JP-A-58-21221, JP-A-59-48723 oder JP-A-62-244010) oder eine Bauart vom Ernostar-Typ (z. B. gemäß JP-A-50-62630, JP-A-51-62037, JP-A-51-77226, JP-A-53-133029, JP-A-54-50321, JP-A-55-124115, JP-A-58-126512, JP-A-59-65820 oder JP-A-59-65821).

Objektive der erstgenannten Bauart erlauben zwar ein großes Öffnungsverhältnis, haben aber den Nachteil, daß die hinter der Blende liegende Linsenglieder häufig einen vergleichsweise großen Durchmesser haben und Glassorten hoher Brechzahl verwendet werden, was zu einem vergleichsweise hohen Gewicht führt. Hingegen haben Objektive der zweitgenannten Bauart meist geringeres Gewicht, sind aber häufig weniger lichtstark.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Teleobjektiv der eingangs genannten Art zu schaffen, deren hintere Linsengruppe einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist, leicht fokussierbar ist und eine vergleichsweise gute Bildfehlerkorrektur aufweist.

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

Mit dem erfindungsgemäßen Teleobjektiv können insbesondere die Vorteile eines großen Öffnungsverhältnisses von etwa 1 : 2,0, eines vergleichweise geringen Gewichts und einer guten Bildfehlerkompensation für einen Aufnahmebereich von Unendlich bis in den Makrobereich hinein erzielt werden.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Teleobjektivs in Schnittdarstellung bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 2 Aberrationskurven vom Teleobjektiv nach Fig. 1 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 3 das Teleobjektiv nach Fig. 1 bei Einstellung auf den kürzesten Objektabstand,

Fig. 4 Aberrationskurven vom Teleobjektiv nach Fig. 3 bei Einstellung auf den kürzesten Objektabstand,

Fig. 5 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Teleobjektivs in Schnittdarstellung bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 6 Aberrationskurven vom Teleobjektiv nach Fig. 5 bei Einstellung auf Unendlich,

Fig. 7 das Teleobjektiv nach Fig. 5 bei Einstellung auf den kürzesten Objektabstand und

Fig. 8 Aberrationskurven vom Teleobjektiv nach Fig. 7 bei Einstellung auf den kürzesten Objektabstand.

Um ein großes Öffnungsverhältnis und ein geringes Gewicht zu erzielen, weicht das erfindungsgemäße Teleobjektiv vor allem in der hinteren Linsengruppe von den zum Stand der Technik beschriebenen Bauart ab.

Bei der abgeänderten Gauss-Bauart beginnt die rückwärtige Gruppe (die näher zum Bild als die Blende liegt) mit einem aus einer negativen Linse und einer positiven Linse bestehenden Kittglied. In einem derartigen Objektiv wird die Einfallshöhe der axialen Strahlen zuerst an der negativen Linse des Kittgliedes erhöht, um das gewünschte Öffnungsverhältnis zu erzielen, jedoch verursacht dies unvermeidlicherweise eine Erhöhung des Durchmessers der nachfolgenden positiven Linse was zu einer größeren Krümmung und einer Volumenerhöhung führt und somit zu einem hohen Gewicht der Linse. Im Gegensatz hierzu beginnt die hintere Gruppe des erfindungsgemäßen Teleobjektivs mit einer positiven Linse, die einzelstehend ist. Durch diese Anordnung wird der Durchmesser der rückwärtigen Gruppe verhältnismäßig klein gehalten, und die Krümmung einer jeden Linse ist ausreichend verringert, um eine Erhöhung des Linsenvolumens zu verhindern.

Objetive der Ernostar-Bauart haben einen ziemlich einfachen Aufbau in der rückwärtigen Gruppe und sind daher vorteilhaft bezüglich eines geringen Gewichts, jedoch ist es schwierig, wie bereits erwähnt wurde, mit der Ernostar-Bauart ein großes wirksames Öffnungsverhältnis zu erzielen. Im erfindungsgemäßen System wird die sphärische Aberration, die entsteht, wenn ein großes wirksames Öffnungsverhältnis vorgesehen ist, durch den Luftabstand zwischen der vierten und fünften Linse kompensiert.

Die Bedingung (1) setzt ein Erfordernis für die Abbildungsleistung fest. Wird diese Bedingung nicht befriedigt, so kann eine Kompensation der sphärischen Aberration nicht erreicht werden.

Die Bedingung (2) betrifft die Brechzahlen der ersten und zweiten Linse. Das spezifische Gewicht optischer Gläser steigt gewöhnlich mit sich erhöhender Brechzahl an. Wird der obere Grenzwert der Bedingung (2) überschritten, so ist Glas mit niedrigem spezifischen Gewicht nicht leicht erhältlich, und es treten beträchtliche Schwierigkeiten bei der Realisierung eines Objektivs mit geringem Gewicht auf. Wird der untere Grenzwert der Bedingung (2) nicht erreicht, so haben die Flächen der ersten und zweiten Linse eine zu starke Brechkraft, und es wird schwierig, eine geeignete Petzval-Summe aufrechtzuerhalten.

Die Bedingung (3) betrifft die chromatische Aberration, und die Erfüllung dieser Bedingung ist wesentlich für die Unterdrückung der chromatischen Aberration, die an der ersten und zweiten Linse auftreten kann.

Die Bedingung (4) betrifft die Brechkraft der vorderen Gruppe, die die erste bis dritte Linse umfaßt. Wird der untere Grenzwert dieser Bedingung nicht erreicht, so wird die Brechkraft der negativen dritten Linse zu stark, um eine wirksame Kompensation der chromatischen Aberration und anderer Aberrationen zu gewährleisten. Darüber hinaus wird die Strahlenerfassung der vierten Linse zu hoch, um ein leichteres Objektiv mittels Verringerung der Größe der rückwärtigen Gruppe zu realisieren. Wird der obere Grenzwert der Bedingung (4) überschritten, so wird die Strahlenerfassung der vierten Linse zu niedrig, um eine wirksame Kompensation der sphärischen Aberration mittels der Fläche der fünften Linse an der Gegenstandsseite zu erzielen. Darüber hinaus ist es schwierig, sicherzustellen, daß die Brechzahlen der ersten und zweiten Linse der Bedingung (2) genügen.

Die Bedingung (5) betrifft die Gesamtbrechkraft der ersten bis achten Fläche. Wird der untere Grenzwert dieser Bedingung nicht erreicht, so ist die Strahlenerfassung der fünften Linse nicht niedrig genug, um eine zu geringe Kompensation der sphärischen Aberration zu verhindern. Ferner wird es schwierig, die Petzval-Summe auf einem niedrigen Wert zu halten. Ferner wird der Durchmesser der fünften Linse zu groß, um ein geringes Gewicht einzuhalten. Wird der obere Grenzwert der Bedingung (5) überschritten, so wird die Brechkraft der vierten Linse zu stark, um eine Überkompensation der sphärischen Aberration zu verhindern.

Die Bedingung (6) gibt den Luftabstand zwischen der vierten und fünften Linse an. Wird der obere Grenzwert dieser Bedingung überschritten, so wird die Strahlenerfassung der vierten Linse so verschieden von der Strahlenerfassung der fünften Linse, daß das resultierende Auftreten von Aberrationen höherer Ordnung zu erheblich ist, um eine ausreichende Kompensation der sphärischen Aberration und des Astigmatismus zu erzielen. Wird der untere Grenzwert der Bedingung (6) nicht erreicht, so wird der Durchmesser der fünften Linse so groß, daß es unmöglich ist, das Gewicht gering zu halten. Ferner werden sphärische Aberration und Astigmatismus zu gering kompensiert.

Die Bedingung (7) betrifft die Gesamtbrennweite von der ersten bis sechsten Linse, die sich während des Fokussierens bewegen sollen. Wird der untere Grenzwert dieser Bedingung nicht erreicht, so treten große Aberrationsänderungen beim Fokussieren im Nahbereich auf, womit es schwierig wird, eine ausreichende Kompensation der Koma zu erreichen. Ist der obere Grenzwert der Bedingung (7) überschritten, so müssen die erste bis sechste Linse um einen großen Betrag während des Fokussierens bewegt werden, was zu einer längeren Fassung führt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend unter Bezugnahme auf Datentabellen beschrieben, in denen f die Brennweite des Teleobjektivs ist, ω der halbe Bildfeldwinkel, f_B ist die hintere Schnittweite bei Einstellung auf Unendlich, r der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenfläche, d die Linsendicke oder der Luftabstand zwischen benachbarten Linsen, n ist der Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie, und ny ist die Abbesche Zahl einer einzelnen Linse.

Beispiel 1

1 : 2.0; f=100.00; ω=12.2°; f_B=39.91

(1) f/|f_{8 · 9}|=0.7
(2) (n₁+n₂)/2=1.553
(3) (ny₁+ny₂)/2=66.8
(4) f/f_{1 · 6}=0.205
(5) f/f_{1 · 8}=2.016
(6) d₈/f=0.013
(7) f/f_{1 · 12}=0.911

Beispiel 2

1 : 2.1; f=100.00; ω=12.2°; f_B=39.39

(1) f/|f_{8 · 9}|=0.126
(2) (n₁+n₂)/2=1.553
(3) (ny₁+ny₂)/2=66.8
(4) f/f_{1 · 6}=0.115
(5) f/f_{1 · 8}=1.863
(6) d₈/f=0.036
(7) f/f_{1 · 12}=0.911

Wie vorausgehend beschrieben, kann bei dem erfindungsgemäßen Teleobjektiv ein großes wirksames Öffnungsverhältnis von 1 : 2.0 und trotzdem ein verhältnismäßig geringes Gewicht erreicht werden, wobei sphärische Aberration und Astigmatismus über den Aufnahmebereich von unendlich bis zur Naheinstellung zufriedenstellend kompensiert werden können.

Claims (4)

1. Teleobjektiv, umfassend

• (a) eine vordere Linsengruppe mit, ausgehend von der Objektseite,
  • - einer positiven ersten Linse mit stark gekrümmter objektseitiger Linsenfläche,
  • - einer positiven zweiten Linse, die als konvex-konkave Meniskuslinse mit objektseitig stark konvexer Linsenfläche ausgebildet ist, und
  • - einer negativen dritten Linse mit einer bildseitig stark konkaven Linsenfläche, und
• (b) eine hintere Linsengruppe mit, ausgehend von der Objektseite,
  • - einer bikonvexen vierten Linse und
  • - einer negativen fünften Linse,
• dadurch gekennzeichnet, daß
• (c) zwischen der vierten und fünften Linse der hinteren Linsengruppe ein Luftabstand vorgesehen ist,
• (d) die negative fünfte Linse der hinteren Linsengruppe durch eine bikonkave Linse gebildet ist,
• (e) die hintere Linsengruppe ferner
  • - eine positive sechste Linse und
  • - eine positive siebte Linse geringer Brechkraft umfaßt,
• (f) zum Fokussieren alle Linsen mit Ausnahme der siebten Linse gemeinsam verstellt werden und
• (g) folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) f/|f_8·9|≦0,7 mit (6) 0,0<d₈/f<0,04, und(7) 0,8<f/f_1·12<1,0,worin bedeuten:
  f = Brennweite des Teleobjektivs,
  f_8·9 = Brennweite des aus der achten und neunten Linsenfläche bestehenden Teilsystems (Luftlinse)
  f_1·12 = Brennweite des aus den ersten sechs Linsen bestehenden Teilsystems,
  r₈ = Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche der vierten Linse,
  r₉ = Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der fünften Linse
  d₈ = Luftabstand zwischen der vierten und fünften Linse,
  n₄ = Brechzahl der vierten Linse für die d-Linie und
  n₅ = Brechzahl der fünften Linse für die d-Linie.

2. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingungen erfüllt sind: (2) 1,5<(n₁+n₂)/2<1,7,(3) 55<(ny₁+ny₂)/2,(4) 0,05<f/f_1·6<0,35,(5) 1,5<f/f_1·8<2,3,worin bedeuten:
f_1·6 = Brennweite des aus den ersten drei Linsen bestehenden Teilsystems,
f_1·8 = Brennweite des aus den ersten vier Linsen bestehenden Teilsystems,
n₁ = Brechzahl der ersten Linse für die d-Linie,
n₂ = Brechzahl der zweiten Linse für die d-Linie,
ny₁ = Abb´sche Zahl der ersten Linse und
ny₂ = Abb´sche Zahl der zweiten Linse.

3. Teleobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Daten erfüllt sind:

1 : 2.0; f=100.00; ω=12.2°; f_B=39.91

worin bedeuten:
f = Brennweite des Teleobjektivs,
f_B = hintere Schnittweite des Teleobjektivs bei Fokussierung auf Unendlich,
ω = halber Bildfeldwinkel,
r = Krümmungsradius einer Linsenfläche,
d = Dicke einer Linse oder Luftabstand zwischen benachbarten Linsen
n = Brechzahl einer Linse,
ny = Abb´sche Zahl einer Linse.

4. Teleobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Daten erfüllt sind:

1 : 2.1; f=100.00; ω=12.2°; f_B=39.39

worin bedeuten:
f = Brennweite des Teleobjektivs,
f_B = hintere Schnittweite des Teleobjektivs bei Fokussierung auf Unendlich,
ω = halber Bildfeldwinkel,
r = Krümmungsradius einer Linsenfläche,
d = Dicke einer Linse oder Luftabstand zwischen benachbarten Linsen
n = Brechzahl einer Linse,
ny = Abb´sche Zahl einer Linse.