DE10006644A1

DE10006644A1 - Weitwinkeloptik

Info

Publication number: DE10006644A1
Application number: DE10006644A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Sensui
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: JP2000235145A; DE10006644B4; US6384987B1; JP3495631B2

Abstract

Eine Weitwinkeloptik hat eine negative erste Linsengruppe (10) und eine positive zweite Linsengruppe (20) mit einer Blende (S) in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die Weitwinkeloptik erfüllt die folgende Bedingung: DOLLAR F1 wobei DOLLAR A f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe (10) DOLLAR A und DOLLAR A f2 die Brennweite der gesamten Optik angibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Retrofokusweitwinkeloptik für eine einäugige Spiegelre flexkamera.

Bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera wird zum Erhalten einer ausreichenden bildseitigen Schnittweite als Weitwinkeloptik üblicherweise eine Retrofokusoptik verwendet, bei der eine negative vordere Linsengruppe (die erste Linsengruppe) und eine positive hintere Linsengruppe (die zweite Linsengruppe) in dieser Rei henfolge von der Objektseite angeordnet sind. Im einzelnen wird bei den üblichen Weitwinkeloptiken mit einem halben Sichtwinkel von etwa 32° bis 36° die optische Leistungsfähigkeit verschlechtert, wenn ein Versuch unternommen wird, eine Op tik mit einem kompakteren Aufbau zu erhalten. Deshalb läßt sich kein hinreichend kompakter Aufbau bei dieser Optik erzielen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Retrofokusweitwinkeloptik mit einem halben Sichtwinkel von etwa 32°, mit einem kompakten Aufbau und mit einer großen opti schen Leistungsfähigkeit anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Weitwinkeloptik mit einer negativen ersten Linsengruppe und einer positiven zweiten Linsengruppe, an der eine Blende an geordnet ist, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die Weitwinkeloptik erfüllt dabei die folgende Bedingung:

wobei
f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe
und
f die Brennweite der gesamten Optik angibt.

Bei einer Weitwinkeloptik läßt sich, wie in Bedingung (1) beschrieben, ein kom pakterer Aufbau erhalten, wenn die negative Brechkraft der ersten Linsengruppe größer ist.

Zur Korrektion der bei der negativen ersten Linsengruppe auftretenden Abbil dungsfehler ist die am weitesten bildseitig angeordnete Linse der zweiten Linsen gruppe vorzugsweise eine positive Meniskuslinse mit einer konvexen Fläche, die der Bildseite zugewandt ist. Diese Meniskuslinse hat vorzugsweise eine der Ob jektseite zugewandte asphärische Fläche. Der Krümmungsradius der asphäri schen Fläche wird dabei bei steigendem Abstand von der optischen Achse zum Rand hin kleiner als der der paraxialen sphärischen Fläche. Dadurch wird die po sitive Brechkraft der positiven Meniskuslinse abgeschwächt. Außerdem erfüllt die asphärische Fläche vorzugsweise die folgende Bedingung:

wobei
ΔX die Asphärizität in Bezug auf die paraxiale sphärische Fläche bei ei nem Abstand von 0,3f von der optischen Achse, und
n den Brechungsindex des Linsenmaterials angibt, aus dem die asphäri sche Fläche ausgebildet ist.

Die asphärische Fläche kann dabei direkt auf der Linsenoberfläche ausgebildet sein. Sie kann aber auch als ein Hybridlinsenelement ausgebildet sein, bei dem eine Kunstharzschicht auf einer Glaslinse angeordnet ist.

Die zweite Linsengruppe hat vorzugsweise eine erste positive Unterlinsengruppe, die Blende und eine zweite positive Unterlinsengruppe in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die erste Unterlinsengruppe hat eine verkittete Unterlinsen gruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse. Die zweite Unterlin sengruppe hat eine negative Linse, eine positive Linse und eine weitere positive Linse in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Außerdem erfüllt die zweite Linsengruppe vorzugsweise die folgenden Bedingungen:

wobei
r2a den Krümmungsradius der verkitteten Fläche der ersten Unterlinsen gruppe,
f_L5 die Brennweite der objektseitigen Linse der zweiten Unterlinsengruppe, und
f_L6 die Brennweite der bildseitigen positiven Linse der zweiten Unterlin sengruppe angibt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein erstes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1,

Fig. 3 die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein zweites Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 3,

Fig. 5 die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein drittes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5,

Fig. 7 die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein viertes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 7,

Fig. 9 die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein fünftes Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9, und

Fig. 11 eine schematische Ansicht als Erläuterung für den Z-Koeffizienten.

Die in den Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 gezeigte Weitwinkeloptik hat eine negative erste Linsengruppe 10 und eine positive zweite Linsengruppe 20, an der eine Blende angeordnet ist, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die negative erste Linsengruppe 10 hat eine negative Meniskuslinse. Die positive zweite Linsen gruppe 20 hat eine erste positive Unterlinsengruppe 20a, eine Blende S und eine zweite positive Unterlinsengruppe 20b in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die erste positive Unterlinsengruppe 20a hat eine verkittete Unterlinsen gruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse. Die zweite positive Unterlinsengruppe 20b hat eine negative Linse, eine positive Linse und eine posi tive Meniskuslinse in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die positive Meniskuslinse ist die am weitesten bildseitig angeordnete Linse der zweiten posi tiven Unterlinsengruppe 20b und hat an ihrer der Objektseite zugewandten Seite eine asphärische Fläche.

Die Bedingung (1) gibt die negative Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 an. Durch das Erfüllen der Bedingung (1) wird der Absolutwert der Petzval-Summe reduziert, eine geeignete bildseitige Schnittweite erreicht und außerdem ein kom pakter Aufbau ermöglicht.

Wenn das Verhältnis f1/f den oberen Grenzwert der Bedingung (1) überschreitet, wird die negative Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 zu groß. Dadurch erge ben sich Vorteile für das Erreichen einer geeigneten bildseitigen Schnittweite. Al lerdings lassen sich dann die Koma und der Astigmatismus der ersten Linsen gruppe 10 durch die zweite Linsengruppe 20 nicht mehr korrigieren.

Wenn dagegen das Verhältnis f1/f den unteren Grenzwert der Bedingung (1) un terschreitet, wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 zu schwach. Dadurch wird es schwierig, eine geeignete bildseitige Schnittweite zu erzielen.

Im folgenden wird das Erzielen großer optischer Leistungsfähigkeit erörtert. Im einzelnen wird eine konventionelle Retrofokusweitwinkeloptik mit einer F-Zahl von etwa 2 diskutiert. Bei dieser Art Optik tritt üblicherweise eine Bildfeldwölbung (im einzelnen DS: Bildfeldwölbung in Sagittalrichtung) in negative Richtung bis zu ei nem bestimmten Sichtwinkel und in positive Richtung bei oder oberhalb eines mittleren Sichtwinkels auf (Umkehr von DS). Damit also die Qualität der Bildebene in deren Randbereich erreicht wird, wird absichtlich eine Bildfeldwölbung in nega tive Richtung bis zu einem mittleren Sichtwinkel herbeigeführt. Deshalb wird ein größerer Wert für die Petzval-Summe gewählt. Wenn die Bildebene wie vorste hend beschrieben gewölbt ist, ist eine Unterkorrektion der sphärischen Aberration notwendig. Dadurch läßt sich die beste Bildebenenposition bei einem mittleren Sichtwinkel zusammen mit der besten Bildebenenposition im mittleren Bereich der Bildebene erreichen. Bei den üblichen Retrofokusoptiken werden die bei der ne gativen Linse der ersten Linsengruppe auftretenden Abbildungsfehler durch die zweite Linsengruppe korrigiert. Allerdings werden dabei die Koma und die astig matische Differenz nicht auf ausgewogene Weise korrigiert. Deshalb muß die Koma mit der verkitteten Fläche der verkitteten Unterlinsengruppe der zweiten Linsengruppe korrigiert werden, wodurch sich ein Ansteigen der astigmatischen Differenz ergibt. In anderen Worten ist DS stärker in negative Richtung geneigt als DM (die Feldkrümmung in Meridionalrichtung).

Zum Beseitigen der vorstehend beschriebenen Probleme ist die Weitwinkeloptik nach dem jeweiligen Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß der Absolutwert der Petzval-Summe durch eine größere Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 kleiner wird, wie in Bedingung (1) beschrieben. Danach ist zum Korrigieren der Umkehr von DS die positive Meniskuslinse mit einer dem Bild zugewandten konvexen Flä che als am weitesten bildseitig angeordnetes Element der zweiten Linsengruppe 20 angeordnet. Außerdem ist die asphärische Fläche objektseitig an der positiven Meniskuslinse ausgebildet. Zur Korrektion der Koma und der astigmatischen Dif ferenz auf ausgeglichene Weise wird der Krümmungsradius der verkitteten Flä che der ersten positiven Unterlinsengruppe 20a vergrößert. Dadurch kann die asphärische Fläche wesentlich stärker zur Korrektion der Koma beitragen. Die vorstehend beschriebene asphärische Fläche ist außerdem so angeordnet, daß sie die sphärische Aberration und die Koma in ausgeglichener Weise korrigiert.

Es ist von Vorteil, die Brechkraft der objektseitigen positiven Linse der zweiten positiven Unterlinsengruppe 20b der zweiten Linsengruppe 20 zu vergrößern und die Brechkraft der bildseitigen positiven Meniskuslinse der zweiten positiven Un terlinsengruppe 20b zu verringern. Es ist außerdem von Vorteil, die Brechkraft der zweiten positiven Unterlinsengruppe 20b zu vergrößern oder die Brechkraft der ersten positiven Unterlinsengruppe 20a zu verringern. Es ist weiterhin von Vorteil, den Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsengruppe 20b zu verringern und den Brechungsindex von deren positiver Linse zu vergrößern.

Die Bedingung (2) gibt die Asphärizität der positiven Meniskuslinse an, die bei der zweiten positiven Unterlinsengruppe 20b der zweiten Linsengruppe 20 am weite sten bildseitig angeordnet ist.

Wenn der Wert ΔX(n-1).1000/f den oberen Grenzwert der Bedingung (2) über schreitet, wird das Maß der Asphärizität kleiner. Dadurch lassen sich die bei der ersten Linsengruppe 10 auftretenden Abbildungsfehler nicht mehr ausreichend korrigieren.

Wenn der Wert ΔX(n-1).1000/f den unteren Grenzwert der Bedingung (2) unter schreitet, wird das Maß der Asphärizität zu groß. In diesem Fall wird die Herstel lung der Linse schwierig. Weiterhin wird der Z-Koeffizient verringert, wodurch das Zentrieren der Linse schwierig wird.

Der Z-Koeffizient ist ein Maß dafür, wie einfach sich die Linse zentrieren läßt. Er wird durch die folgende Gleichung beschrieben. Die Variablen darin sind in Fig. 11 gezeigt.

wobei
h₁ den effektiven Durchmesser der ersten Linsenfläche,
h₂ den effektiven Durchmesser der zweiten Linsenfläche,
r₁ den Krümmungsradius der ersten Linsenfläche, und
r₂den Krümmungsradius der zweiten Linsenfläche angibt.

Die Bedingung (3) gibt den Krümmungsradius der verkitteten Fläche der ersten positiven Unterlinsengruppe 20a an. Durch das Erfüllen dieser Bedingung lassen sich die Koma und der Astigmatismus (astigmatische Differenz) auf ausgegli chene Weise korrigieren.

Wenn das Verhältnis r2a/f den oberen Grenzwert der Bedingung (3) überschrei tet, wird der Krümmungsradius der verkitteten Fläche größer. Das führt dazu, daß die Koma bis zu einem Ausmaß intensiviert wird, daß sie durch die auf der positi ven Meniskuslinse der zweiten Unterlinsengruppe 20b ausgebildete asphärische Fläche nicht korrigiert werden kann.

Wenn das Verhältnis r2a/f den unteren Grenzwert der Bedingung (3) unter schreitet, wird der Krümmungsradius der verkitteten Fläche kleiner. Das führt zu dem Ergebnis, daß der Astigmatismus bis zu einem Ausmaß intensiviert wird, daß er durch die asphärische Fläche nicht mehr korrigiert werden kann.

Die Bedingung (4) gibt die Brechkraft der beiden positiven Linsen in der zweiten Unterlinsengruppe 20b der zweiten Linsengruppe 20 an.

Wenn das Verhältnis f_L6/f_L5 den oberen Grenzwert der Bedingung (4) überschrei tet, ist ein Großteil der Brechkraft der objektseitigen positiven Linse zugeordnet. Das heißt, die Brechkraft der objektseitigen Linse der beiden positiven Linsen wird zu stark. Als Ergebnis läßt sich die sphärische Aberration und teilweise auch die Koma nicht korrigieren.

Wenn das Verhältnis f_L6/f_L5 den unteren Grenzwert der Bedingung (4) unter schreitet, ist ein Großteil der Brechkraft der bildseitigen positiven Linse zugeord net. Das heißt, die Brechkraft der bildseitigen Linse der beiden positiven Linsen wird zu stark. Als Ergebnis wird der Krümmungsradius der auf der positiven Me niskuslinse der zweiten Unterlinsengruppe 20b ausgebildeten asphärischen Flä che zu groß. Dadurch wird der Effekt der Asphärizität verringert, wodurch es schwierig wird, die bei der ersten Linsengruppe 10 auftretenden Abbildungsfehler zu korrigieren.

Im folgenden werden genaue numerische Daten für Ausführungsbeispiele der Er findung angegeben. In den Darstellungen der durch die sphärische Aberration wiedergegebenen chromatischen Aberration wird die jeweilige sphärische Aberra tion in Bezug auf die d-, g- und C-Linie mit durchgezogenen Linien und mit zwei verschiedenen Arten gestrichelter Linien dargestellt. In den Diagrammen der late ralen chromatischen Aberration ist mit der durchgezogenen Linie und mit den bei den Arten gestrichelter Linien jeweils die Vergrößerung in Bezug auf die d-, g- und C-Linie bezeichnet. S bezeichnet das Sagittalbild, und M bezeichnet das Me ridionalbild. In den Tabellen bezeichnet F_NO die F-Zahl, f die Brennweite der ge samten Optik, W den halben Sichtwinkel [°], f_B die bildseitige Schnittweite, r den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder den Abstand zwischen Linsenflächen, N_d den Brechungsindex in Bezug auf die d-Linie und ν die Abbe-Zahl.

Zusätzlich zu dem vorstehend Beschriebenen ist eine in Bezug auf die optische Achse symmetrische asphärische Fläche wie folgt definiert:

wobei
x den Abstand von einer Tangentialebene in einem asphärischen Schei tel,
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r),
h den Abstand von der optischen Achse,
K den Konizitätskoeffizienten,
A4 den Asphärizitätskoeffizienten vierter Ordnung,
A6 den Asphärizitätskoeffizienten sechster Ordnung,
A8 den Asphärizitätskoeffizienten achter Ordnung, und
A10 den Asphärizitätskoeffizienten zehnter Ordnung angibt.

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik als ein erstes Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 2A, 2B, 2C und 2D zeigen die Aberrationsdiagramme der Lin senanordnung von Fig. 1. Tabelle 1 zeigt die zugehörigen numerischen Daten. Die Linsenflächen Nr. 1 und 2 gehören zu der negativen ersten Linsengruppe 10. Die Linsenflächen Nr. 3 bis 5 stellen die erste positive Unterlinsengruppe 20a dar, und die Linsenflächen Nr. 6 bis 11 gehören zu der zweiten positiven Unterlinsen gruppe 20b. Die Blende S ist zwischen den Unterlinsengruppen 20a und 20b an geordnet. Die objektseitig an der am weitesten bildseitig angeordneten positiven Meniskuslinse der Unterlinsengruppe 20b angeordnete asphärische Fläche be steht aus einer synthetischen Kunstharzschicht, die auf der Glaslinsenfläche an geordnet ist.

Tabelle 1

Fig. 3 zeigt die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik nach einem zweiten Aus führungsbeispiel. Die Fig. 4A, 4B, 4C und 4D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 3. Die Tabelle 2 zeigt die zugehörigen numeri schen Daten. Die Linsenflächen Nr. 1 und 2 gehören zu der negativen ersten Lin sengruppe 10. Die Linsenflächen Nr. 3 bis 5 gehören zu der ersten positiven Un terlinsengruppe 20a, und die Linsenflächen Nr. 6 bis 11 gehören zu der zweiten positiven Unterlinsengruppe 20b. Die auf der objektseitigen Fläche der am weite sten bildseitigen positiven Meniskuslinse der Unterlinsengruppe 20b angeordnete asphärische Fläche besteht aus einer auf einer Glaslinsenfläche angeordneten synthetischen Kunstharzschicht.

Tabelle 2

Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik nach dem dritten Ausfüh rungsbeispiel. Die Fig. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5. Tabelle 3 zeigt die zugehörigen numerischen Daten. Die Linsenflächen Nr. 1 und 2 gehören zu der negativen ersten Linsengruppe 10. Die Linsenflächen Nr. 3 bis 5 gehören zu der ersten positiven Unterlinsengruppe 20a, und die Linsenflächen Nr. 6 bis 10 gehören zu der zweiten positiven Unter linsengruppe 20b. Die auf der objektseitigen Fläche der am weitesten bildseitigen positiven Meniskuslinse der Unterlinsengruppe 20b angeordnete asphärische Fläche ist direkt auf der Glaslinsenfläche ausgebildet.

Tabelle 3

Fig. 7 zeigt die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik nach einem vierten Aus führungsbeispiel. Fig. 8A, 8B, 8C und 8D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 7. Tabelle 4 zeigt die zugehörigen numerischen Daten. Die Linsenflächen Nr. 1 und 2 gehören zu der negativen ersten Linsengruppe 10. Die Linsenflächen Nr. 3 bis 5 gehören zu der ersten positiven Unterlinsengruppe 20a und die Linsenflächen Nr. 6 bis 11 gehören zu der zweiten positiven Unterlin sengruppe 20b. Die auf der objektseitig an der am weitesten bildseitigen positiven Meniskuslinse der Unterlinsengruppe 20b angeordnete asphärische Fläche ist di rekt auf der Glaslinsenfläche ausgebildet.

Tabelle 4

Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung einer Weitwinkeloptik nach einem fünften Aus führungsbeispiel. Fig. 10A, 10B, 10C und 10D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9. Tabelle 5 zeigt die zugehörigen numerischen Daten. Die Grundanordnung der Linsen ist gleich der nach dem vierten Ausfüh rungsbeispiel.

Tabelle 5

Die Zahlenwerte der Bedingungen (1) bis (4) sind für die einzelnen Ausführungs beispiele in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6

Wie sich der Tabelle 6 entnehmen läßt, erfüllt jedes der Ausführungsbeispiele die einzelnen Bedingungen. Wie sich außerdem aus den Aberrationsdiagrammen entnehmen läßt, sind die Abbildungsfehler geeignet korrigiert.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung läßt sich eine kompakte Retrofokusweit winkeloptik mit einem halben Sichtwinkel von etwa 32° erhalten.

Claims

1. Weitwinkeloptik mit einer negativen ersten Linsengruppe (10) und einer po sitiven zweiten Linsengruppe (20), an der eine Blende (S) befestigt ist, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her, bei der die folgende Bedingung erfüllt:
wobei
f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe (10),
und
f die Brennweite der gesamten Optik angibt.

2. Weitwinkeloptik nach Anspruch 1, bei der die zweite Linsengruppe (20) bild seitig eine positive Meniskuslinse mit einer der Bildseite zugewandten kon vexen Fläche und mit einer objektseitigen asphärischen Fläche hat, die mit steigendem Abstand von der optischen Achse zum Rand hin einen kleiner werdenden Krümmungsradius als den der paraxialen sphärischen Fläche hat, wodurch die positive Brechkraft der positiven Meniskuslinse abge schwächt wird, und bei der die asphärische Fläche die folgende Bedingung erfüllt:
wobei
ΔX das Maß der Asphärizität in Bezug auf die paraxiale sphärische Fläche bei einem Abstand von 0,3f von der optischen Achse, und
n den Brechungsindex des Linsenmaterials angibt, aus dem die asphäri sche Fläche ausgebildet ist.

3. Weitwinkeloptik nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite Linsengruppe (20) eine erste positive Unterlinsengruppe (20a), eine Blende (S) und eine zweite positive Unterlinsengruppe (20b) in dieser Reihenfolge von der Ob jektseite her hat, bei der die erste Unterlinsengruppe (20a) eine verkittete Unterlinsengruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse hat, bei der die zweite Unterlinsengruppe (20b) eine negative Linse, eine positive Linse und eine weitere positive Linse in dieser Reihenfolge von der Objekt seite her hat, und bei der die zweite Linsengruppe (20) die folgenden Bedin gungen erfüllt:
wobei
r2a den Krümmungsradius der verkitteten Fläche der ersten Unterlinsen gruppe (20a),
f_L5 die Brennweite der objektseitigen Linse der zweiten Unterlinsengruppe (20b), und
f_L6 die Brennweite der bildseitigen positiven Linse der zweiten Unterlin sengruppe (20b) angibt.