DE4222558C2

DE4222558C2 - Fischaugenobjektiv

Info

Publication number: DE4222558C2
Application number: DE19924222558
Authority: DE
Inventors: Antal Dr Lisziewicz
Original assignee: Isco Optische Werke GmbH
Current assignee: Optische Systeme Goettingen Isco-Optic Ag 37081 G
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2012-07-10
Also published as: DE4222558A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fischaugenobjektiv der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Ein solches Fischaugenobjektiv ist sowohl für Aufnahmezwecke wie auch für Wiedergabezwecke geeignet. Es kann in Breitwandkinos, aber auch in Kinos mit zylindrischer Leinwand auf 360° oder mit halbkugelförmiger Leinwand angewendet werden.

Die DE-AS 21 57 160 zeigt ein Fischaugenobjektiv dieser Art mit drei Linsengruppen aus insgesamt 10 Linsen. Hier wird eine gute Lichtstärke von 1 : 2,8 erreicht. Jedoch ist dieses Objektiv nur für Kleinbildformat anwendbar und hat auch nur ein kleines Bildfeld von maximal 2×80°. Die Bildfeldwölbung und der Astigmatismus sind auch bei diesem Bildfeld nicht vernächlässigbar.

Ein weiteres Fischaugenobjektiv ist aus der US-PS 46 47 161 bekannt. Das Fischaugenobjektiv ist jedoch nur für eine Kleinbildkamera bestimmt. Es ist aus drei Linsengruppen G1, G2 und G3 aufgebaut, von denen die vorderste Linsengruppe und die hinterste Linsengruppe auch aus mehreren Linsen zusammengesetzt sein können, während die mittlere Linsengruppe G2 aus einer einzelnen Linse besteht. Die vorderste Linsengruppe G1 verkleinert den Einfallswinkel und sorgt dafür, daß die Schnittweite des Objektivs im Vergleich zur Brennweite größer als 2 wird. Dies wird durch eine große Negativbrechkraft der ersten Linsengruppe G1 erreicht. Die Linse der zweiten Linsengruppe besitzt eine ziemlich große Brechkraft und ist als Positivglied zur Farbkorrektur eingesetzt. Sie dient weiterhin dazu, den negativen Petzval- Koeffizienten der ersten Linsengruppe G1 zu kompensieren. Die dritte Linsengruppe G3 ist mit ziemlich großer Brechkraft zur Erreichung einer geringen Brennweite ausgestattet.

Nachteilig an diesem bekannten Fischaugenobjektiv ist, daß es nur für Kleinbildformat eingesetzt werden kann, d. h. die Brennweite darf nicht größer als 10 mm sein. Weiterhin beträgt die Schnittweite des bekannten Fischaugenobjektivs nur 2,2 . . . 2,3·der Brennweite. Für Spiegelreflexkameras ist dieses bekannte Fischaugenobjektiv nur bedingt einsetzbar.

Ein Fischaugenobjektiv ähnlichen Aufbaus ist aus der US-PS 42 56 373 bekannt. Auch hier sind drei Linsengruppen vorgesehen, wobei die mittlere Linsengruppe G2 aus drei Linsen zusammengesetzt ist. Insgesamt besteht dieses Objektiv aus acht Linsen. Die Relativöffnung dieses bekannten Fischaugenobjektivs ist sehr gut. Nachteilig ist, daß es nur bis zu einer Brennweite von 12 mm nutzbar ist. Weiterhin kann dieses Objektiv nur für Kleinbildformat eingesetzt werden. Schließlich besitzt es eine relativ große Baulänge.

Ein weiteres Fischaugenobjektiv ist aus der DE-OS 25 38 659 bekannt. Auch dabei können drei Linsengruppen erkannt werden, wobei insgesamt elf Linsen verbaut werden. Die Lichtstärke beträgt jedoch nur 1 : 4. Die Schnittweite hingegen ist mit 4,8·Brennweite genügend groß.

Ein weiteres Fischaugenobjektiv ist aus der DE-PS 22 59 809 bekannt. Hier finden zehn Linsen Verwendung, wobei die erste Linsengruppe aus drei Linsen, die zweite Linsengruppe aus zwei Linsen und die dritte Linsengruppe aus fünf Linsen besteht. Die Lichtstärke beträgt noch 1 : 3,5 und die Schnittweite ist 2,3·Brennweite.

Bei dem insgesamt aufgezeigten Stand der Technik ist ein durchgehendes Konzept nicht erkennbar. Bei den einzelnen Lösungen treten auch Farbfehler auf, die nicht zumutbar sind. Diese Farbfehler machen es unmöglich, eine größere Brennweite zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fischaugenobjektiv der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welches ein im Vergleich zum Stand der Technik größeres Bildfeld aufweist, insbesondere 48 bzw. 72 mm, sowie einen Bildfeldwinkel von mindestens 2×90° aufweist, das eine große Lichtstärke besitzt, möglichst größer als 1 : 3, und ein vergleichsweise ebenes Bildfeld hat.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem Fischaugenobjektiv der eingangs beschriebenen Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Das neue Fischaugenobjektiv weist folgende Wirkungen und Vorteile auf:

Die Einhaltungen der Bedingungen für den Radius r₁ und für f_G1 gibt die Möglichkeit, ein Bildfeld zu erhalten, das größer als 2×90° ist. Die zusätzliche Einhaltung der Bedingung für P_G1 gewährleistet einen niedrigen Äquivalentwert der Brechzahl der ersten Linsengruppe und eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration für diese Linsengruppe. Dadurch erhält man einen Verlauf der Korrekturkurve der sphärischen Aberration der ersten Linsengruppe, durch den ein gerader Verlauf der sagittalen und meridionalen Bildschale bis zu Bildwinkeln größer als 100° erzielt wird. Zusätzlich wird eine höhere Lichtstärke als 1 : 3 erreicht. Die Gesamtbrennweite der ersten Linsengruppe ermöglicht es, die Öffnungsfehler nicht zu groß werden zu lassen. Die Schnittweite des Fischaugenobjektivs wird vorteilhaft größer als 4. Die verschiedenen Bildfehler können korrigiert werden.

Bei dem Fischaugenobjektiv nach der DE-AS 21 57 160 liefern in der zweiten Linsengruppe vor allem die einander zugekehrten Flächen der letzten Linsen der zweiten Linsengruppe einen um Größenordnungen stärkeren Beitrag zur sphärischen Aberration als die übrigen Flächen der zweiten Linsengruppe, der in der dritten Linsengruppe im wesentlichen kompensiert wird. Der vergleichsweise kleinere Bereich, der für den Mittelwert der Radien der einander zugekehrten Flächen der beiden letzten Linsen der zweiten Linsengruppe in Anspruch 1 vorliegender Anmeldung aufgefhrt ist, ermöglicht, daß Koma, Astigmatismus und Verzeichnung weitgehend unabhängig vom Öffnungsfehler korrigiert werden können.

Die Einhaltung des Verhältnisses der Gesamtbrennweite der ersten Linsengruppe zur Brennweite des Gesamtobjektivs in dem angegebenen Bereich bringt es mit sich, daß der Durchmesser der ersten Linse der ersten Linsengruppe objektseitig nicht zu groß wird. Die Korrektur der Farbfehler wird bei Einhaltung der angegebenen Bedingungen automatisch erreicht. Die Ungleichung für P_G aus Anspruch 1 ist ausschließlich dafür bestimmend, daß das Bildfeld sehr wenig gekrümmt ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fischaugenobjektivs kann für einen Bildfeldwinkel von 200°, eine Brennweite f=15,8, eine Lichtstärke 1 : 27 und einen Bildfelddurchmesser von 48 mm mit folgenden Daten realisiert werden:

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fischaugenobjektivs für einen Bildfeldwinkel von 180°, eine Brennweite f=25 mm, eine Lichtstärke 1 : 2,8 und einen Bildfelddurchmesser von 72 mm kann mit folgenden Daten verwirklicht werden:

In Weiterbildung der Erfindung kann zur Verhinderung eines Flatterns in der Bildebene eine Zusatzlinsengruppe bildseitig im Anschluß an die Bildebene vorgesehen sein, die mindestens eine zylindrische Oberfläche aufweist. Damit ist es möglich, das Bild auf eine gekrümmte zylindrische Oberfläche zu bringen. In besonderer Ausführungsform dieser Zusatzlinsengruppe können die folgenden Daten verwirklicht sein:

wobei CS zylindrische Oberflächen und RS sphärische Linsenflächen bedeuten und die Zylinderachsen bei der Oberfläche 25 in der Horizontalebene und bei den Linsenflächen 27 und 28 in der Vertikalebene liegen. Der Luftabstand zwischen dem Fischaugenobjektiv nach Anspruch 3 und der Zusatzlinsengruppe G4 ist D₂₂=72,5 mm.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuen Fischaugenobjektivs sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 den zugehörigen Vertikalschnitt des Beispiels 3,

Fig. 5 ein zugehöriges Diagramm des Fischaugenobjektivs gemäß Fig. 1 der Übertragungsfunktion über dem Bildort bei konstanter Frequenz von 25 c/mm in der Bildebene und ein Diagramm der Übertragungsfunktion für eine Frequenz von 0 bis 50 c/mm in der Bildebene für die Bildmitte,

Fig. 6 bis 11 verschiedene Übertragungsfunktionen für Objektpunkte des Fischaugenobjektivs gemäß Fig. 1 und

Fig. 12 bis 24 die Übertragungsfunktionen des dritten Ausführungsbeispiels, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind drei Linsengruppen G1, G2 und G3 vorgesehen. Die erste, objektseitig angeordnete Linsengruppe G1 weist die Linsen L1, L2 und L3 auf. Die zweite Linsengruppe G2 besteht aus den Linsen L4, L5, L6 und L7. Die dritte Linsengruppe G3 ist aus den Linsen L8, L9 und L10 zusammengesetzt. Zwischen der zweiten Linsengruppe G2 und der dritten Linsengruppe G3 befindet sich die Blende B. Dieses Ausführungsbeispiel 1 des Fischaugenobjektivs ermöglicht einen Bildfeldwinkel von 200°. Es besitzt eine Länge von 174 mm. Die Schnittweite beträgt 75 mm. Die Baulänge ist relativ klein. Es sind folgende Daten verwirklicht:

Das Bildfeld weist einen Durchmesser von 48 mm auf, ist also ungefähr doppelt so groß wie im Stand der Technik.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Fischaugenobjektivs dargestellt, welches einen Bildfeldwinkel von 180° ergibt. Das Objektiv besitzt eine Länge von 185 mm. Die Schnittweite beträgt 105,7 mm. Die Baulänge ist sehr klein. An den einzelnen Linsen L1 bis L11 werden folgende Daten verwirklicht:

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Linsengruppe G1 aus den beiden Linsen L1 und L2 besteht. Die zweite Linsengruppe G2 weist die Linsen L3, L4, L5 und L6 auf. Bildseitig nach der Blende B ist die dritte Linsengruppe G3 aus den Linsen L7, L8, L9, L10 und L11 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 baut auf dem Ausführungsbeispiel 2 der Fig. 2 auf und zeigt lediglich zusätzlich eine Zusatzlinsengruppe G4. Die Zusatzlinsengruppe G4 weist die Linsen L12, L13 und L14 auf. Es sind hierbei bezüglich dieser zusätzlichen Linsen folgende Daten verwirklicht:

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Horizontalebene, während Fig. 4 den Schnitt durch die zugehörige Vertikalebene angibt. Diese beiden Schnitte sind erforderlich, um die Lage der Achsen bzw. der zylindrischen Flächen an der Zusatzlinsengruppe G4 zu verdeutlichen.

Um die Qualität des Fischaugenobjektivs des Ausführungsbeispiels 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, zu dokumentieren, sei auf die Fig. 5 bis 11 hingewiesen. Die Objektpunkte befinden sich auf einer Kugeloberfläche mit einem Radius von 10 000 mm, gerechnet von der ersten Linsenfläche der ersten Linse L1. Die Objektkoordinaten geben jeweils diese Punkte an. Weil die Linsen des Fischaugenobjektivs achsensymmetrisch ausgebildet sind, sind die y-Werte immer Null. Die Bildkoordinaten rechnen sich von der Paraxialebene. z bedeutet die Entfernung von der Paraxialebene. Die Bildkoordinaten x und y entsprechen den Objektkoordinaten x und y.

Aus den Kurven der Übertragungsfunktion der Fig. 5 bis 11 geht eindeutig hervor, daß auf der ganzen Bildoberfläche bei 30 c/mm die Übertragungsfunktion besser als 30% ist.

Claims

1. Fischaugenobjektiv mit

- einer ersten, objektivseitig angeordneten Linsengruppe (G1) aus mindestens zwei Linsen (L1, L2), von denen die erste (L1) als objektseitig konvexer, negativer Meniskus ausgebildet ist,
- einer zweiten Linsengruppe (G2),
- einer Blende und
- einer dritten, bildseitig angeordneten Linsengruppe (G3) aus mindestens drei Linsen,
- wobei das Objektiv die Bedingungen erfüllt, wobei
f_G2 die Brennweite der zweiten Linsengruppe,
f die Brennweite des Objektivs,
f_G3 die Brennweite der dritten Linsengruppe,
P_G die Petzval-Summe des Objektivs und
n₁ die Brechzahl des Glases der ersten Linse ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Linsengruppe (G2) mindestens aus vier Linsen besteht,
- und daß zusätzlich folgende Bedingungen erfüllt sind: wobei
r₁ der Radius der ersten Linsenfläche,
f_G1 die Brennweite der ersten Linsengruppe,
P_G1 die Petzval-Summe der ersten Linsengruppe,
der Mittelwert der Radien der beiden einander zugekehrten Flächen der letzten zwei Linsen der zweiten Linsengruppe,
f_d, f_F bzw. f_C die Objektivbrennweite für die d-, F- bzw. die C-Linie,
s′_d bzw. s′_F die bildseitige Schnittweite des Objektivs für die d- bzw. F-Linie ist.

2. Fischaugenobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten für einen Bildfeldwinkel von 200°, eine Brennweite f=15,8, eine Lichtstärke 1 : 2,7 und einen Bildfelddurchmesser von 48:

3. Fischaugenobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten für einen Bildfeldwinkel von 180°, eine Brennweite f=25 mm, eine Lichtstärke 1 : 2,8 und einen Bildfelddurchmesser von 72:

4. Fischaugenobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung eines Flatterns in der Bildfläche eine Zusatzlinsengruppe (G4) bildseitig im Anschluß an die Bildebene vorgesehen ist, die mindestens eine zylindrische Fläche aufweist.

5. Fischaugenobjektiv nach Anspruch 1, 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Daten: wobei CS die zylindrische Linsenfläche und RS die sphärische Linsenfläche bedeuten und die Zylinderachsen bei der Linsenfläche 25 in der Horizontalebene und bei den Linsenflächen 27 und 28 in der Vertikalebene liegen und der Luftabstand zwischen dem Fischaugenobjektiv nach Anspruch 3 und der Zusatzlinsengruppe (G4) ist D₂₂=72,5 mm ist.