DE2148239A1 - Weitwinkel Objektiv fur photographi sehe Zwecke - Google Patents

Description

NIPPON KOGAKU K.K. C₃₅₀

TOKYO/JAPAN

2U8239

Weitwinkel-Objektiv für photographische Zwecke

Die Erfindung betrifft ein hoch geöffnetes Weitwinkel-Objektiv für photographische Zwecke.

Weitwinkel-Objektive für einäugige Spiegelreflex-Kameras mit einem Bildwinkel von mehr als 70° sind üblicherweise vom umgekehrten Teletypus, weil sie eine große Schnittweite haben müssen, die 1,2 mal ihrer Brennweite oder größer ist. Die meisten dieser Objektive haben jedoch eine Lichtstärke in der Größenordnung von F3,5 und höchstens in der Größenordnung von F2,8. Die Ursache hierfür liegt darin, daß bei Objektiven vom umgekehrten Teletypus die negative Brechkraft der vordersten Linsengruppe einen solch hohen Absolutwert hat, daß es schwierig ist, die negative Verzeichnung, die sphärische Aberation und insbesondere die auf diese große negative Brechkraft zurückzuführende Koma zu korrigieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photographisches Weitwinkel-Objektiv mit einer großen Schnittweite, einer Lichtstärke von P2,0 und einem Bildfeldwinkel größer als 74° zu schaffen, wobei die verschiedenen Objektivfehler gut korrigierbar sind.

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Erfindungs gemäß wird ein photographisches Weitwinkelobjektiv vorgeschlagen, welches sich auszeichnet durch eine erste negative Meniskuslinse mit konvexer Vorderflache, eine zweite positive Linse, eine dritte negative Meniskuslinse mit konvexer Vorderfläche, eine vierte positive Linse, eine fünfte, mit der vierten positiven Linse verkittete negative Linse, eine sechste bikonvexe Linse, eine siebente bikonkave Linse, eine achte positive Meniskuslinse mit an ihrer Objektseite konkaver Vorderfläche und eine neunte positive Linse, wobei die ersten Linsen bis zur fünften Linse eine vordere Wirkungsgruppe und die übrigen Linsen von der sechsten bis zur neunten Linse eine hintere Wirkungsgruppe bilden. Die Linsensysteme genügen dabei vorbestimmten Bedingungen, und der Abstand zwischen der vorderen und der rückwärtigen Wirkungsgruppe ist veränderlich.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines er findungs gemäßen Objektivs; und

Fig. 2 eine graphische Darstellung verschiedener Linsenfehler des dargestellten Ausführungsbeispiels, nämlich der sphärischen Aberation (A), des Astigmatismus (B), der Verzeichnung (C) und der sphärischen Aberation, des Astigmatismus und der Verzeichnung (D), (E) und (P) für eine Nahaufnahme bei einer Vergrößerung von 1/10.

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Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher das erfindungsgemäße Weitwinkel-Objektiv eine Reihe von - von der Objektseite her gesehen - aufeinanderfolgend angeordneter Komponenten aufweist. Diese umfassen eine negative Meniskuslinse Ll mit objektseitig konvexer Vorderfläche,
eine positive Linse L2, eine negative Meniskuslinse L3 mit konvexer Vorderfläche, eine bikonvexe Linse L4, eine mit
der bikonvexen Linse L4 verkittete negative Linse L5, eine bikonvexe Linse L6, einen Anschlag S, eine bikonkave Linse L7, eine positive Meniskuslinse L8 mit konkaver Vorderfläche und eine positive Linse L9. Bei Betrachtung in Lichteinfallrichtung werden die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden Linsen durch r^, r₂ ............. 1^₇, die Größen der zwischen den Linsen vorhandenen Luftspalte mit d.,

d- d^₆ und die BrechungsIndizes der jeweiligen

Linsengläser «it n^, n₂ ....·..-· n^ gekennzeichnet. Die Linsen von der negativen Meniskuslinse Ll bis zur negativen Linse L5 bilden zusammen eine vordere Wirkungs gruppe C und die Linsen von der bikonvexen Linse L6 bis zur positiven
Linse L9 bilden zusammen eine rückwärtige Wirkungsgruppe M. Das Linsensystem ist so ausgebildet, daß es die folgenden Bedingungen erfüllt:

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Ipeändert gemäß Eingabe tingegangen am V^·_-j^r *._*^

fc

τι

(1)

ⁿ5 - ⁿ4

0,55f</ |-r₁₂|<^0,73f (4)

0,25f <^d₁₂ + Ci₁₃ + d₁₄ <^0,45f (5)

wobei fc die kombinierte Brennweite der vorderen Wirkungsgruppe C und f die Brennweite des Gesamtsystems bezeichnet·

Die Bedingung (1) bedeutet, daß der Absolutwert der kombinierten Brennweite fc der von der negativen Meniskuslinse Ll bis zur negativen Linse L5 gebildeten Wirkungsgruppe größer als der Wert der Gesamtbrennweite f ist, und daß dieser Abschnitt des Linsensystems im wesentlichen eine afokale Galileo-Umkehrgruppe (Galileo conversion) darstellt. Die negative Meniskuslinse H bis zur negativen Linse L5 bilden also eine Galileo-Umkehrgruppe C, während die bikonvexe Linse L6 bis zur positiven Meniskuslinse L9 eine Hauptlinse M (master lens) mit positiver Brechkraft bilden· Erfindungsgemäß ist also die Kombination einer Galileo-Umkehrgruppe C und einer Hauptlinse M vorgesehen· Allgemein gesprochen neigt das Galileo-System zu negativer Verzeichnung, innerer Koma, überkorrigierter sphärischer Aberation und relativ zur Hauptlinse zu kleinem Bildfeldwinkel, was eine geringe Krümmung des Bildfelds zur Folge hat.

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Erfindungsgemäß erfolgt die Korrektur der sphärischen Aberation und der Verzeichnung insbesondere in der Galileo-Umkehrgruppe Co Die Verwendung von zwei getrennten negativen Linsen, beispielsweise der negativen Meniskuslinse Ll und L3, ist auf eine zusätzliche Aufteilung des Anteils der Brechkraft gerichtet, wodurch die sphärische Aberation und Koma verringert wird, und die zwischen ihnen angeordnete positive Linse L2 dient zur Korrektur der negativen Verzeichnung.

Im folgenden wird die Bedingung (2) betrachtet, die lautet:

n_F - η

Diese Bedingung ist für die Korrektur der sphärischen Aberation einzuhalten· Im einzelnen bedeutet sie, daß der Krümmungsradius rg eine Brechkraft erfordert, die erheblich grosser als die an der Zwischenfläche zwischen zwei Linsen zu erwartende Brechkraft ist, und einen hohen Grad an Korrektur der sphärischen Aberation bewirkt, die bei optischen Systemen mit einer Lichtstärke von P2 selbstverständlich berücksichtigt werden muß. Nach dieser Bedingung tritt ein hoher Grad von sphärischer Aberation im negativen Sinn auf,

wenn die Brechkraft der Linse ihre obere Grenze überschreitet, und sie nimmt eine positive Krümmung an, wenn die untere Grenze der Brechkraft überschritten wird. Die Vergrößerung

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der Galileo-Umkehr gruppe C liegt bei etwa 0,7, was zur Verminderung des Auftreffwinkels auf die Hauptlinse M und zur Erreichung eines guten endgültigen Bildfeldes dient.

Die Bedingung (3) lautet:

10

-r

Diese Bedingung bezieht sich auf die Korrektur der inneren Koma. Diese Bedingung führt zu einer Brechkraft in der Vorderfläche der bikonvexen Linse L6, die geringer als die in der rückwärtigen Fläche dieser Linse ist· Die Form dieser Linse ist angepaßt an die Kurve der sphärischen Aberation in negativem Sinn, wenn ein weiter von der Linse entfernterer Objektpunkt in einen näher an der Linse liegenden Brennpunkt gebracht werden soll. Eine solche Linsenform führt zu einer positiven Sinusbedingung und schafft eine äußere Koma, wodurch die von der Galileo-Umkehrgruppe C erzeugte innere Koma unwirksam gemacht wird.

Bedingung (4) dient zur Umwandlung eines durch die bikonvexe Linse L6 hindurchtretenden konvergierenden Lichtstrahls mit großer negativer sphärischer Aberation in einen divergierenden Lichtstrahl und dadurch zur Korrektur der sphärischen Aberation in positivem Sinn, wobei die Schnittweite erheblich vergrößert wird. Das bedeutet, daß die Bedingung (4), d.h.

0,55f

anzeigt, daß die Vor der fläche der bikonkaven Linse L7 einen

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größeren Absolutwert der negativen Brechkraft hat. Diese Bedingung dient deshalb zur Korrektur der von der bikonvexen Linse L6 erzeugten negativen sphärischen Aberation. Wenn die untere Grenze der Bedingung (4) überschritten wird, wird die sphärische Aberation überkorrigiert, und wenn die obere Grenze überschritten wird, wird die sphärische Aberation nicht allein unterkorrigiert, sondern es kann auch keine große Schnittweite erreicht werden« Die Bedingung (4) reicht jedoch nicht zur Erhöhung der Schnittweite auf einen erforderlichen Wert hin, und für diesen Zweck muß außerdem die Bedingung (5) erfüllt sein, die lautet:

0,25f ^d₁₂ + d₁₃ + d₁₄ </),45f.

Diese Bedingung bestieet den Scheitelabstand arischen der Vorderfläche der bikonkaven Linse L7 und der rückwärtigen Fläche der positiven Linse L8» Zwischen diesen Flächen wirkt keine positive Brechkraft, so daß ein größerer Wert von d₁₂ + d₁₃ + d^₄ zu einer größeren Schnittweite führt· Mit anderen Worten, «renn der untere Grenzwert der Bedingung (5) erreicht wird, kann die notwendige Größe der Schnittweite nicht mehr erhalten werden, und wenn die obere Grenze überschritten wird, wird die Schnittweite zu lang und das Bildfeld neigt zu einer Krfianung in positivem Sinn.

Durch Erfüllung sämtlicher vorstehend erläuterter Bedingungen kann ein Weitwinkel-Objektiv geschaffen werden, welches eine Lichtstärke von F2, einen Bildfeldwinkel von mehr als 74° und

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eine Schnittweite hat, die 1,2 mal so groß wie die Brennweite ist·

Allgemein kann gesagt werden, daß bei Objektiven vom umgekehrten Teletypus ein geringerer photographischer Abstand oder eine Nahaufnahme eine Krümmung des Bildfeldes in positivem Sinn zur Folge hat und daß der Grad dieser Krümmung umso größer ist, je größer die relative Öffnung und der Bildfeldwinkel sind. Bei einem Weitwinkel-Objektiv mit relativ großer Öffnung, wie bei dem erfindungsgemäßen Objektiv, muß der Abstand für Nahaufnahmen deshalb üblicherweise auf die Größenordnung von 2Of beschränkt werden. Daraus erklärt sich die Tatsache, daß ein Weitwinkel-Objektiv, dessen Bildfeldwinkel in der Größenordnung von 60° liegt, üblicherweise einen kürzeren Nahaufnahmeabstand hat, als ein Weitwinkel-Objektiv, dessen Bildfeldwinkel in der Größenordnung von 74° liegt, obwohl das erstere eine längere Brennweite und eine größere relative Öffnung hat. Die erfindungsgemäße Kombination einer im wesentlichen afokalen Galileo-Umkehrgruppe C und einer Hauptlinse M ermöglicht es, den Abstand d„ zwischen ihnen in Abhängigkeit vom Aufnahmeabstand zu verändern, so daß die positive Krümmung des Bildfeldes praktisch aufgehoben wird. Die Abweichungen in der sphärischen Aberation und der Verzeichnung, die in diesem Fall auftreten können, sind vernachlässigbar, weil sie durch die im wesentlichen afokale Galileo-Umkehrgruppe C selbst korrigiert werden.

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Bei dem in Fig. 1 gezeigten hoch geöffneten Weitwinkel-Objektiv sind die verschiedenen Objektivbestandteile wie folgt gewählt:
Bildfeldwinkel 74,5° und Brennweite f « 100,0 mm.

JT₁ .+ 227,238

r₂ = + 76,224

r₃ « + 237,762

r₄ - +5956,748

r₅ m + 213,252

r_fi = + 63,986

+ 117,098 - 134,266

r_g « + 321,241 r₁₀ « + 297,203

11

12
^Γ13
^:14
^r15

16

₁₇

- 106,388

- 67,133 + 253,497

- 244,755

- 76,923 + 875,524

- 127,295

¹IO

'11

11,189 Xi₁ 22,727
16,434 n₂

0,350

6,993 n₃ 38,461
23,427 n₄ 15,743 n₅

5,245

17,483 n₆ 20,280
18,881 n_?

4,895
11,888 n₈

0,350
12,238 n₉

1,62299 Vd₁ »58,1

1,744 Vd₂ »44,9

1,62299 Vd₃ « 58,1

1,7725 Vd₄ «49,5

1,51680 Vd₅ » 64,2

1,51680 Vd₆ . 64,2

1,78470 Vd₇ »26,1

1,74443 Vd₈ - 47,9

1,713 Vd_Q » 53,9

fc » 1406,3 B.F. - 136,1

Xn dieser Tabelle bezeichnen die r die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden Linsenflächen, die d die Linsendicken oder Abstände, die η die Brechungsindizes der für die Linsen verwendeten Glassorten bezogen auf die gelbe Helium-d Linie

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des Spektrums und die Vd Abbe-Zahlen der Glaser, sämtlich von der Objektseite her gezählt.

Die Aberationen oder Linsenfehler des erfindungsgemäßen Objektivsystems sind in Fig. 2 graphisch dargestellt, wobei (A), (B) und (C) in dieser Reihenfolge die sphärische Aberation, den Astigmatismus und die Verzeichnung für einen Aufnahmeabstand unendlich und (D), (E) und (F) die sphärische Aber ation, die Astigmatismus und die Verzeichnung für eine Nahaufnahme bei einer Vergrößerung von ß » —1/10 wiedergeben. Im Falle einer Nahaufnahme bei einer Vergrößerung in der Größenordnung von 1/10, wird eine gute Korrektion erreicht, ohne daß verglichen mit den Werten bei unendlichem Aufnahmeabstand erhebliche Differenzen auftreten· Im vorliegenden Fall liegt die Größe der Änderung des Linsenzwischenraums d_g bei -2,2 mm für f =» 100 nt.

Die Seidel'sehen Aberationsfaktoren der jeweiligen brechenden Flächen des dargestellten Ausführungsbeispiels sind in der folgenden Zusammenstellung angegeben, wobei I, II, III, IV und V die sphärische Aber ation, Koma, Krümmung des ersten Hauptschnitts, Krümmung des zweiten Hauptschnitts und Verzerrung bezeichnen:

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Linse	Nr. I	II	III	IV	V
1	0,020	0,029	0,295	0,211	0,304
2	-2,042	0,403	-0,742	-0,583	0,115
3	0,505	0,186	0,385	0,248	0,091
4	-0,007	-0,026	-0,296	-0,103	-0,379
5	0,144	0,110	0,435	0,265	0,204
6	-8,111	0,822	-0,850	-0,683	0,069
7	7,005	0,723	0,596	0,447	0,046
8	0,718	-0,348	0,576	0,239	-0,116
9	-0,013	-0,022	-0,220	-0,144	-0,250
10	0,0170	0,027	0,247	0,159	0,255
11	6,568	-2,078	2,292	0,978	-0,309
12	-10,598	1,993	-1,779	-1,030	0,194
13	-1,334	-1,082	-2,806	-1,051	-0,852
14	0,035	0,111	0,895	0,182	0,583
15	2,643	-0,352	0,695	0,602	-0,080
16	-0,00001	-0,0007	-0,079	0,005	0,336
17	5,258	-0,366	0,403	0,352	-0,025
Σ	0,809	0,131	0,047	0,093	0,187

Es zeigt sich, daß erfindungsgemäß ein verbessertes Weitwinkel-Objektiv fur photographische Zwecke verfügbar gemacht wird, das im Vergleich zu den bekannten Objektivsystemen überlegene Eigenschaften hat·

Es ist klar, daß 1« Rahmen des Erfindungsgedankens Abänderungen von dem speziell beschriebenen Ausführungsbeispiel getroffen werden können.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   {±y Hoch geöffnetes Weitwinkel-Objektiv für photographische Zwecke, gekennzeichnet - von der Objektseite her gesehen — durch eine erste negative Meniskuslinse (Ll) mit konvexer Vorderfläche, eine zweite positive Linse (L2), eine dritte negative Meniskuslinse (L3) mit konvexer Vorderfläche, eine vierte positive Linse (L4), eine fünfte, mit der vierten positiven Linse (L4) verkittete negative Linse (L5), eine sechste bikonvexe Linse (L6), eine siebente bikonkave Linse (L7), eine achte positive Meniskuslinse (L8) mit konkaver Vorderfläche und eine neunte positive Linse (L9), wobei die ersten Linsen bis zur fünften Linse eine vordere Wirkungsgruppe (C) und die übrigen Linsen von der sechsten bis zur neunten Linse eine hintere Wirkungsgruppe (M) bilden, und das System die folgenden Bedingungen erfüllt:

   - geändert gemäß !Eingab· eingegangen am ...

   X ^r8 "Sf y vO,1 n₄ - η 5 ^

   0,25f <^d₁₂ + d₁₃ + d₁₄ <^ 0,45f

   worin die mit tiefgestellten Indizes versehenen r die Krümmungsradien der entsprechenden, aufeinanderfolgenden Linsen,

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   die mit Indizes versehenen d die Linsendicken bzw· die Abstände zwischen den Linsen, die mit Indizes versehenen η die Brechungsindizes der für die Linsen verwendeten Gläser, fc die Brennweite der vorderen Wirkungsgruppe und f die Brennweite des Gesamtsystems bezeichnen·
2. 2. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Daten:
   Bildfeldwinkel 74,5° und Brennweite 100,0 mm.

   ^ri
   ^r2 » + 227,238 213,252 fc ^di ^β 11,189 ⁿl^s 1,62299 Vd₁ m 58,1 « + 76,224 d«i ^β 22,727 r~ 63,986 β + 237,762 d~ a 16,434 1,744 Vd₉ - 44,9 ^r4 117,098 a +5956,748 ^d4 ^B 0,350 r₅ 134,266 ft « + dc β 6,993 ⁿ3 ⁼ 1,62299 Vdo β 58,1 321,241 S + d_fi β 38,461 ^r7 297,203 ^r8 a + d₇ - 23,427 ⁿ4 ³ 1,7725 Vd₄ - 49,5 ^r9 106,388 do a at — 15,743 ^ης ^s 1,51680 Vd_q - 64,2 67,133 ^dQ - 10 a + 5,245 r. . 253,497 Q. st 11 β + IU 17,483 Xl at 1,51680 Vd_fi « 64,2 244,755 ^d11 ^β 12 B - X J. 20,280 ^r13 76,923 d<t ο ** a — 12 18,881 n₇ » 1,78470 Vd₇. 26,1 ^ri4 875,524 ^d13 ^β X** ■ + 4,895 ^r15 127,295 14 ⁿ8 " Vdg - κ _ 11,888 1,74443 47,9 r.. a - ^d16 " 0,350 ^r17 XO n_q « Vd₉ - m + » 1406 12,238 1,713 53,9 • F. » - - ,3 B 136,1

   wobei die Brechungsindizes η der für die Linsen verwendeten Gläser auf die gelbe Helium-d Linie des Spektrums bezogen angegeben sind, und die Vd die Abbe-Zahlen der Gläser sind.

   209815/1046 '