DE973019C

DE973019C - Photographisches Tele-Objektiv

Info

Publication number: DE973019C
Application number: DEV2986A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Wilhelm Dr H Tronnier
Original assignee: Voigtlander AG
Current assignee: Voigtlander AG
Priority date: 1950-12-06
Filing date: 1950-12-23
Publication date: 1959-11-19
Also published as: NL86679C; FR1045076A; GB709659A; CH290356A

Description

Die Erfindung betrifft ein photographisches Objektiv nach Art der Tele-Systeme, dessen bildseitige Schnittweite für das ferne Objekt deutlich kleiner ist als die Hälfte seiner Äquivalentbrennweite. Objektive dieser Art sind grundsätzlich in der Weise aufgebaut, daß ein zusammengesetztes und der Seite der längeren Strahlungsweite zugekehrtes Vorderglied von positiver Gesamtbrechkraft durch einen großen Luftabstand von einem ebenfalls zusammengesetzten und auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Hinterglied, welches eine zerstreuende Gesamtwirkung besitzt, getrennt ist, wobei die Systemblende im allgemeinen in dem genannten großen Luftabstand angeordnet ist. Der Telephoto-Effekt — als der Kehrwert des Verhältnisses der resultierenden bildseitigen Schnittweite zur Gesamtbrennweite — liegt bei derartigen Systemen in der Nähe von 2,0.

Die vorbekannten Objektive dieser Art sind im allgemeinen derart aufgebaut, daß die Vorderglieder nach Art des Fraunhoferschen Objektiv-Typs aus einer bikonvexen Sammellinse und einer nachfolgenden ungleichschenkligen Zerstreuungslinse, die ihre stärkstgekrümmte überkorrigierend wirkende Zerstreuungsfläche der Seite der längeren Strahlungsweite zukehrt, zusammengesetzt sind, während das im Sinne der photographischen Aufnahme diesem sammelnden Vorderglied nachfolgende zerstreuende Hinterglied vorwiegend dem Gauß-Typus angehört, wobei dann die dem Blendenort zugekehrte Linse dieses Hintergliedes als stark zerstreuender Meniskus ausgebildet ist, dem eine ungleichschenklige Sammellinse unmittelbar nachfolgt und damit das Gesamtobjektiv auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite begrenzt.

Es ist bereits gemäß älteren Vorschlägen versucht worden, die Gesamtleistung derartiger Tele-Ob j ektive dadurch zu steigern, daß man eines oder mehrere dieser Bauelemente aufgespalten oder durch verkittete Linsengruppen ersetzt hat. Es ist weiterhin versucht worden, die angestrebte Leistungssteigerung durch die Einführung sehr stark gekrümmter Flächen, *o

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insbesondere sehr stark gekrümmter Kittflächen, zu erreichen. Auch diese Bemühungen führten im allgemeinen nicht zum Ziele, da sehr starke Flächenkrümmungen insbesondere bei weitgeöffneten Linsen immer mit großen Nachteilen behaftet sind.

Es ist weiterhin ein Tele-Ob j ektiv bekanntgeworden, bei dem ein zusammengesetztes, der Seite der längeren Strahlungsweite zugekehrtes Vorderglied von positiver Gesamtbrechkraft durch einen großen Luftabstand von einem ebenfalls zusammengesetzten und auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Hinterglied, welches eine zerstreuende Gesamtwirkung besitzt, getrennt ist. Bei diesem vorbekannten ObjektivistdemsammelndenVordergliedFraunhoferscher Bauart ein zerstreuendes Hinterglied nachgeschaltet, bei dem der zwischen Vorder- und Hinterglied befindliche große Luftabstand auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite von einer bikonvexen Sammellinse begrenzt ist, welcher eine ungleichschenklige Zerstreuungslinse in kleinem Abstand nachfolgt, die ihrerseits ihre am stärksten gekrümmte konkave Außenfläche auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite besitzt, also dem Bild zukehrt. Auch dieses bekannte s5 Objektiv konnte nur einen Telephoto-Effekt von 1,96 erzielen.

Durch die Erfindung wird ein neuer Weg beschriften und damit das Ziel der Schaffung besonders leistungsfähiger Tele-Ob j ektive in vollem Umfange erreicht, und zwar dadurch, daß in Übereinstimmung mit den anspruchsgemäßen Erfindungsmerkmalen dem sammelnden Vorderglied (I, II) Fraunhoferscher Bauart ein zerstreuendes Hinterglied (III, IV) derart nachgeschaltet ist, daß der zwischen Vorder- und Hinterglied befindliche große Luftabstand auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite von einer bikonvexen Sammellinse III begrenzt wird, der eine ungleichschenklige Zerstreuungslinse IV in einem endlichen Abstande nachfolgt, die ihrerseits der voraufgehenden bikonvexen Sammellinse III ihre stärkstgekrümmte Außenfläche als eine sehr stark zerstreuende Hohlfläche Rz zukehrt, die damit auch zugleich gegen das im Sinne der photographischen Aufnahme einfallende Licht hohl ist. Durch die Anwendung dieses neuen Konstruktionsprinzips gelingt es, Tele-Obj ektive zu schaffen, deren Telephoto-Effekt sogar deutlich größer ist als 2,50. Damit ist durch diese neue Bauform von Tele-Obj ektiven gegenüber den bisher meist verwendeten Tele-Obj ektivkonstruktionen — bei denen das Hinterglied eine Formgestaltung Gaußscher Bauart aufweist, also aus einem negativen und einem positiven Meniskus zusammengesetzt ist, die beide zusammen eine ebenfalls meniskenförmige und gegen die Blende hohle äußere Gestalt besitzen — ein überraschender technischer Fortschritt erschließbar geworden. Diese neue Bauform eines Tele-Obj ektivs erschließt aber außer der erwähnten Erhöhung des Telephoto-Effektes gleichzeitig auch noch die Möglichkeit, daß die astigmatische Differenz erheblich herabgesetzt werden kann, z. B. bei gleicher Hauptstrahlenneigung von 10° im Blendenraum gegenüber dem genannten vorbekannten System von etwa i°/₀ auf weniger als ¹I₃ ⁰I₀-

Es hat sich gezeigt, daß im Rahmen dieser neuen Bauform über die Erhöhung des Telephoto-Effektes hinaus auch noch eine besonders zonenarme Korrektion der Öffnungsfehler weitgeöffneter Büschel in und außer der Achse durch eine solche außerordentlich stark unterschiedliche Verteilung der Überkorrektionswirkungen auf die beiden Hauptglieder des Objektivs, d. h. also auf das Vorderglied einerseits und das Hinterglied andererseits, erreichbar ist. Das wird als weitere Ausbildung des vorgenannten Konstruktionsprinzips bei der technischen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes dadurch erzielt, daß der gegen das sammelnde Vorderglied hohle und als Hauptträger der Überkorrektionswirkung im Hinterglied dienende Zerstreuungsradius Rz der Negativlinse IV des Hintergliedes mindestens 20 °/₀, höchstens jedoch 60°/₀ der Länge des gleichgerichteten und damit gegen die Seite der längeren Strahlungsweite hohlen Vorderradius R₃ der ungleichschenkligen Zerstreuungslinse II als dem Hauptträger der Überkorrektionswirkung zur Herbeiführung einer gehörigen Teilkorrektion, insbesondere eben dieser inner- und außeraxialen Öffnungsfehler, des Vordergliedes beträgt. Diese zusätzliche Gestaltungsregel und ihre optische Bedeutung zur Erschließung einer besonders zonenarmen Korrektion der Öffnungsfehler findet ihre Erklärung darin, daß im Falle einer Unterschreitung des unteren Grenzwertes von 2o°/₀ dieser charakteristisch überkorrigierend wirkende Zerstreuungsradius Rz eine solch starke Krümmung und damit eine solch starke Überkorrektionswirkung bekommen würde, daß dadurch die eine angestrebte Verminderung der zonischen Zwischenfehler der sphärischen Aberration in Frage gestellt würde, da dann diese Zerstreuungsfläche sich in ihrer Form der zerstreuenden Halbkugel zu sehr annähert. Andererseits würde bei einer Überschreitung des oberen Grenzwertes von 60% R₃ die Überkorrektionswirkung des Hohlradius Rz so stark reduziert, daß eine sphärische Gesamtkorrektion für das ganze Tele-Obj ektiv nur durch eine Erhöhung der Uberkorrektionswirkung im Vorderglied erreichbar wäre; das aber wäre mit einem Ansteigen der zonischen Zwischenwerte der Aberration verbunden. Durch eine Befolgung der vorstehenden Bemessungsregel jedoch wird eine besonders zonenarme Korrektion der Öffnungsfehler technisch realisierbar, ohne daß auf extreme Flächenkrümmungen zurückgegriffen werden müßte.

Auch der Verlauf der sphärischen Korrektion und ihrer zonischen Abweichungen kann im Rahmen der Erfindung bedeutend verbessert werden, indem diese charakteristische Hohlfläche Rz des Hintergliedes außerdem derart in dem Strahlengang innerhalb des Gesamtobjektivs angeordnet wird, daß sie in einer solchen Entfernung von dem sammelnden Vorderglied steht, daß der Flächenscheitel dieser Hohlfläche (Rz = R₇) von dem Scheitel der den großen Luftabstand begrenzenden letzten Fläche des Vordergliedes (i?₄) so weit entfernt ist, daß die Länge des Krümmungsradius R₇ dieser zerstreuenden Hohlfläche Rz des Hintergliedes zwischen 25 und 75 °/₀ eben dieses auf der optischen Achse gemessenen Abstandes dieser beiden genannten Flächenscheitel

beträgt. Dadurch lassen sich diese Abweichungen auf weniger als die Hälfte gegenüber dem vorbekannten System vermindern.

Die günstige Wirkung des vorgeschlagenen TeIe-Hintergliedes mit einer zwischen dem Blendenort B und der charakteristischen Zerstreuungsfläche Rz des Negativgliedes stehenden bikonvexen sammelndwirkenden Vorderlinse III läßt sich noch dadurch steigern, daß zur Erschließung korrektionsmäßig

ίο günstig wirkender Strahlendurchstoßungshöhen an den Vorderflächen der beiden Einzelglieder (III und IV) dieses Hintergliedes der Abstand des Scheitels der Vorderfläche R₅ dieser bikonvexen Sammellinse III von dem Scheitel der nachfolgenden starkzerstreuenden Hohlfläche Rz des Negativgliedes IV einen Wert besitzt, der zwischen 20 und 60% der Länge des Krümmungsradius A₇ eben dieser charakteristischen Hohlfläche Rz liegt. Es ist nämlich bekannt, daß für ein vorgegebenes System eine Steigerung der relativen

Öffnung im allgemeinen eine Vergrößerung der Zonenfehler unmittelbar nach sich zieht. Bei der Erfindung ist außer der Steigerung des Telephoto-Effektes zugleich auch die relative Öffnung erhöht, im Beispielsfalle auf ι: 5,4, ohne daß jene genannten Nachteile eintreten. Durch die vorgenannte Maßnahme gelang es, den Verlauf der Aberrationskurve demgemäß zu strecken.

Zur Erzielung weiterer und über die Verminderung der zonischen Abweichungen in in- und außeraxialen Büscheln hinausgehender besonderer Korrektionswirkungen, wie etwa einer extrem feinen Behebung von chromatischen Abweichungen, können einzelne der Bauelemente des neuen Objektivs als Kittglieder ausgebildet oder zu Kittgliedern erweitert sein. So kann auch für die vorliegenden Tele-Objektive nach der Erfindung mit ihrem weit über 2 hinaus gesteigerten Telephoto-Effekt weiterhin beispielsweise von dem — zu einer besonders feinen Korrektion der astigmatischen Einstelldifferenz bereits bei photographischen Objektiven anderer Bauformen wiederholt verwendeten — Korrektionsmittel einer gegen die Blende konvexen und zugleich deutlich sammelnden Kittfläche in einem der Blende nachgeordneten Linsenglied auch bei diesen TeJe-Obj ektiven nach

vorliegender Erfindung erfolgreich Gebrauch gemacht werden. Die Anwendung derartiger zusätzlicher Korrektionsmittel zur Verfeinerung der Bildleistung ist vor allem dann empfehlenswert, wenn es sich darum handelt, solche Tele-Systeme mit verhältnismäßig hohen relativen Öffnungen auszustatten, ohne daß zugleich eine Verminderung des nutzbaren Gesichtsfeldes in Kauf genommen werden soll.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand durch Linsenachsenschnitte dargestellt.

In der Fig. 1 ist zugleich das Bezeichungsschema eingetragen. Die zu beiden Seiten der mit B bezeichneten Blende angeordneten Linsengruppen I, II und III, IV sind ebenso wie die Radien (R), Dicken (d) und Luftabstände (a) der Reihe nach von der Seite der längeren Strahlungsweite nach der Seite der kürzeren Strahlungsweite hin durchnumeriert. Die verwendeten Gläser sind in gleicher Reihenfolge durch ihre mittleren, auf die gelbe Spektrallinie des Heliumlichtes bezogenen Brechzahlen n& und in bezug auf ihre Farbenzerstreuung durch ihren jeweils zugeordneten numerischen Wert der Abbeschen Zahl ν charakterisiert.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung für eine Äquivalentbrennweite von f — 150 mm in natürlicher Größe angegeben, dessen relative Öffnung 1: 6,8 beträgt.

In Fig. 3 ist eine lichtstärkere Ausführungsform dargestellt, bei der in dem auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Negativglied eine deutlich sammelnde und gegen die voraufgehende Blende konvexe Kittfläche eingeführt ist. Die der Abbildung zugrunde gelegte Brennweite beträgt ebenfalls 150 mm und gibt ein lichtstarkes System, dessen Öffnung ι: 5,4 beträgt und dessen Aufbau dem nachfolgenden Zahlenbeispiel proportional ist.

Die Daten der Zahlentafel für diese Ausführungsform beziehen sich auf die Brennweite 1. Dementsprechend sind auch die Radien der Linsen sowie die längs der optischen Achse gemessenen Linsendicken und Luftabstände in eben dieser gleichen Einheit angegeben. Die nutzbare Öffnung beträgt 0,185. Di^e bildseitige Schnittweite ist mit f₀' angegeben. Der Telephoto-Effekt beträgt 2,615.

Zahlenbeispiel

f=l,0

₀' = 0,38247

R₁ == + 0,24249
R₂= - 0,46572
R₃= - 0,46572
Ri = + 0,95587

R₅ = + 0,95587

R₆ = -1,20345

Rz = R₇ = - 0,17794

Rk = R₈ = + 0,41341
R_d = - 2,05432

d_x = 0,03716 M₁ = 1,5836 V₁ = 46,2

U₁ = 0,00117 Luft

d₂ = 0,01395 M₂ = 1,72755 V₂ = 28,4

a_% = 0,27242 Blendenraum

d_s = 0,02906 n_z = 1,62355 η = 47.°

a₃ = 0,04413 Luft

d_t = 0,01741 M₄ — 1,58264 v_t = 42,1

d₅ = 0,03098 M₅ = 1,75512 V₅ = 27,0

2?_a und R₃ sind bei dieser Beispielsform gleich groß gestaltet, und zugleich ist die Typenerrechnung auf einen relativ sehr kleinen Luftabstand abgestellt um so auch rein äußerlich zum Ausdruck zu bringen daß dieses sammelnde Vorderglied Fraunhoferscher Bauart an dieser Stelle auch verkittet sein kann. Es ist im einzelnen:

R₁ = Rz = 0,17794 und R₃ = 0,46572 20% von R₃ = 0,093144 60% von R₃ = 0,279432

Zwischen diesen beiden Grenzwerten 0,093144 und 0,279432 liegt also der Absolutwert von Rz = 0,17794.

Der Abstand vom letzten Flächenscheitel 2?₄ des Vordergliedes zum Flächenscheitel der Hohlfläche Rz des Hintergliedes beträgt

a₂ = 0,27242
d₃ = 0,02906
a₃ = 0,04413

a₂ + d₃ -f- a₃ = 0,34561

25 °/₀ von 0,34561 = 0,0864025 75% von 0,34561 = 0,2592075

Der Absolutwert von Rz = 0,17794 üegt ebenfalls zwischen diesen beiden Grenzwerten 0,0864025 und 0,2592075.

Weiterhin beträgt der Abstand vom Scheitel der Vorderfläche R₅ des Hintergliedes zum Scheitel der nachfolgenden zerstreuenden Hohlfläche R₁ = Rz

d_s = 0,02906
a₃ = 0,04413

d₃ + a₃ = 0,07319

20% von \R_Z = 0,177941 = 0,035588 6o°/o von \Rz — 0,17794! = 0,106764

Der genannte Summenwert 0,07319 liegt also zwischen diesen beiden Grenzen von 0,035588 und 0,106764.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Photographisches Objektiv nach Art der Tele-Systeme, bei dem ein zusammengesetztes und der Seite der längeren Strahlungsweite zugekehrtes Vorderglied von positiver Gesamtbrechkraft durch einen großen Luftabstand von einem ebenfalls zusammengesetzten und auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Hinterglied, welches eine zerstreuende Gesamtwirkung besitzt, getrennt ist, und bei dem dem sammelnden Vorderglied (I, II) Fraunhoferscher Bauart ein zerstreuendes Hinterglied (III, IV) derart nachgeschaltet ist, daß der zwischen Vorder- und Hinterglied befindliche große Luftabstand auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite von einer bikonvexen Sammellinse (III) begrenzt wird, welcher eine ungleichschenklige Zerstreuungslinse (IV) in einem endlichen Abstand nachfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichschenklige Zerstreuungslinse (IV) des Hintergliedes (III, IV) des Objektivs ihre am stärksten gekrümmte Außenfläche als konkave Fläche gegen die Seite der längeren Strahlungsweite hin der in einem endlichen Abstand voraufgehenden bikonvexen Sammellinse (III) als eine stark zerstreuende Hohlfläche (Rz) zukehrt, die damit dem endlichen Luftzwischenraum zwischen der bikonvexen Sammellinse (III) und der ungleichschenkligen Zerstreuungslinse (IV) die Form einer Sammellinse erteilt, wodurch die zwischen diesen beiden Gliedern (III und IV) eingeschlossene wesentliche Luftlinse eine zerstreuende Brechkraftswirkung besitzt.
2. Photographisches Tele-Objektiv nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der gegen das sammelnde Vorderglied hohle Zerstreuungsradius (Rz) der Negativlinse (IV) des Hintergliedes eine Radienlänge besitzt, die mindestens 20°/₀, höchstens jedoch 6o°/₀ der Länge des gleichgerichteten und damit gegen die Seite der längeren Strahlungsweite hohlen Vorderradius (R₃) der ungleichschenkligen Zerstreuungslinse (II) des Vordergliedes beträgt.
3. Photographisches Tele-Objektiv nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stark zerstreuende und gegen die Blende konkave Hohlfläche (Rz) des Hintergliedes in einer solchen Entfernung von dem sammelnden Vorderglied angeordnet ist, daß der Flächenscheitel dieser Hohlfläche (R₁) von dem Scheitel der den großen Luftabstand begrenzenden letzten Fläche des Vordergliedes (.R₄) einen derartigen Abstand aufweist, daß die Länge des Krümmungsradius (R₁) dieser zerstreuenden Hohlfläche (Rz) des Hintergliedes zwischen 25 und 75 % eben dieses auf der optischen Achse gemessenen Gesamtabstandes zwischen diesen beiden genannten Flächenscheiteln (R₁ — R₁) beträgt.
4. Photographisches Tele-Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Scheitels der Vorderfläche (R₅) dieser bikonvexen Sammellinse (III) von dem Scheitel der nachfolgenden zerstreuenden Hohlfläche (Rz) des Negativgliedes (IV) derart bemessen ist, daß dieser längs der optischen Achse gemessene Scheitelabstand zwischen, den beiden vorgenannten Flächenscheiteln (A₅ — R₁) zwischen 20 und 6o°/₀ der Länge des Krümmungsradius (R₁) eben dieser charakteristischen Hohlfläche (Rz) beträgt.
5. Photographisches Tele-Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der Bauelemente des Gesamtobjektivs als Kittglieder ausgebildet sind.
6. Photographisches Tele-Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der Systemelemente des Gesamtobjektivs zu Kittgliedern erweitert sind.
7. Photographisches Tele-Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem der Blende auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite nachfolgenden Hinterglied eine gegen die Blende

konvexe Kittfläche (Rr) angeordnet ist, die insbesondere deutlich sammelnd wirkt.
8. Photographisches Tele-Objektiv nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Gesamtobjektiv auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite begrenzenden ungleichschenkligen Zerstreuungsglied (IV) der gegen die Blende konkaven charakteristischen Hohlfläche (Rz) eine gegen eben diese Fläche konvexe Kittfläche (R_K) von vorzugsweise deutlich sammelnder Wirkung nachgeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Harting, Photographische Optik, 1925, S. 151,

152; Handbuch der wissenschaftlichen und angewandten

Photographie, herausgegeben von Alfred Hay, 1931, Bd. II, S. 306.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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