DE2811023A1 - Retrofokus-weitwinkelobjektiv - Google Patents

Description

δ 281102?

Olympus Optical Co· Limited /' oot 764-ä Tokio/Japan /' 14-. März 1978

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Die Erfindung betrifft ein ßetrofokus-Weitwinkelobjektiv mit großem öffnungsverhältnis für Fotokameras.

Bekannte Retrofokus-Weitwinkelobjektive mit großem öffnungsverhältnis haben den Bachteil, daß die wirksame Blendenöffnung für achsenferne, schrägeinfallende Lichtbündel größer als der wirksame Durchmesser der maximalen Blendenöffnung auf der Einfallsseite für achsenparallele Strahlen ist. Daher ist es nicht möglich, solche Lichtstrahlen bzw. Lichtflecken, die auf Grund von Abbildungsfehlern (Koma) entstehen, durch die wirksame Blendenöffnung des Objektivs allein zu begrenzen, wenn die Blende im ge-

öffneten Zustand benutzt wird, d.h. bei Offenblende. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei Objektiven mit kurzer Gesamtlänge auf und verschlechtert unvermeidbar die Qualität des Bildes bzw. fotografierten Gegenstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Weitwinkelob j aktiv der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Begrenzung solcher Lichtbündel möglich ist, die aufgrund der Koma infolge achsenferner, schräger Lichtbündel auftreten, wobei diese Erscheinung insbesondere^ bei Fotografien mit maximaler Blendenöffnung auftritt -.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Blende zur Begrenzung solcher Lichtbündel, die sich durch die Koma infolge achsenferner, schräger Lichtstrahlen ergeben, vorgesehen ist und daß die Blende in der Nähe des Schnittpunktes des achsenparallelen Lichtbündels bei maximaler Blendenöffnung mit dem äußersten Stahl des achsenfernen Lichtbündels angeordnet ist, welches auf den Randabschnitt des Bildes gerichtet ist und daß der effektive Radius der Blende gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schnittpunkt gewählt ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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_ 28Π023

Bei dem erfindungsgemaßen Veitwinkelobjektiv werden somit die achsenfernen, schräg einfallenden Lichbündel begrenzt, wodurch Lichtbündel oder Lichtflecken infolge der Koma begrenzt werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Weitwinkelobjektivs anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Grundaufbaus■ eines Retrofokus-Weitwinkelobjektivs zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Spalt- oder Blendeneffekts als Funktion der Bildhöhe,

Fig. 3-A. eine Kurve zur Erläuterung der Komacharakteristik eines Objektivs, bei dem das untere Lichtbündel nicht begrenzt wird,

Fig. 3B eine Kurve zur Erläuterung der Komacharakteristik eines Objektivs, bei dem das untere Lichtbündel bzw. der untere Lichtstrahl begrenzt wird,

Fig. 4- ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips zur Bestimmung der Position, an welcher die erfindungsgemäß vorzusehende Blende im Objektiv an-

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-'i

geordnet wird,

Fig. 5 und 6 Darstellungen zur Erläuterung von Beispielen der Anordnung der Blende zur Begrenzung der infolge Koma auftretenden schrägen Lichtbündel,

Fig. 7 eine Darstellung des Aufbaus einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 8A und 8B graphische Darotellungen zur Erläuterung der Komacharakteristik der Ausführungsform nach Fig. 7» wobei keine Blende zur Begrenzung achsenferner, schräg einfallender Lichtbündel oder Strahlen vorgesehen ist,

Fig. 8C eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Komacharakteristik des Objektivs nach Fig. 7 beim Einsatz einer Blende zur Begrenzung der achsenfernen, schrägen Lichtbündel,

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Blendeneffekts als Funktion der Bildhöhe,

Fig. 1OA die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) der sagitalen Bildfläche an einem Zwischenabschnitt des Bildes bei der Ausführungsform,

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Pig. 1OB die Modulationsübertragungsfunktion der tangentialen Bildfläche an einem Zwischenabschnitt des Bildes bei der Ausführungsform_s und

Pig. 11 Aberrationskurven der Ausführungsform nach Pig. 7.

Ein Retrofokus-Veitwinkelobjektiv besteht gemäß Pig. 1 im üblichen aus einer vorderen streuenden Linsengruppe X^, einer vorderen sammelnden Linsengruppe "L^ und einer hinteren sammelnden Linsengruppe L^. Eine Blende S ist im Luftspalt zwischen der vorderen Linsengruppe Lp und der hinteren Linsengruppe L, angeordnet. Von den wirksamen Lichtbündeln, die durch das Objektiv hindurchgehen, weist das achsenparallele Lichtbündel, welches auf das Zentrum Yq des Bildes gerichtet ist, einen der maximalen Blendenöffnung entsprechenden Strahl Iq auf, der dem ächsenparallelen Strahl entspricht, der durch die Blende bei maximaler Blendenöffnung hindurchgeht, dessen Position durch die Blende S bestimmt ist. Das Lichtbündel des Randbereichs, d.h. das achsenferne Lichtbündel, welches dem Randabschnitt X-, &^es Bildes entspricht, weist einen untersten Strahl I^ auf, dessen Position durch die Öffnung der vorderen Linsengruppe bestimmt ist. Bei einem Weitwinkelobjektiv mit großem Öffnungsverhältnis ist daher die effek-

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-X-

/io

tive Öffnung der vorderen Linsengruppe durch den Strahl Ip des schräg einfallenden Lichtbündels am Eand eher bestimmt, als durch das achsenparallele Lichtbündel.

Bei einem derartigen Weitwinkelobjektiv ist jedoch die Quantität der Lichtstrahlen der Lichtbündel, die im Bereich der effektiven öffnung hindurchgehen und die einen zwischenliegenden Abschnitt Y^ des Bildes erreichen, im allgemeinen größer als erforderlich. Im Extremfall kann der Blendeneffekt 100 % überschreiten, wie durch die Kurve (1) in Fig. 2 angedeutet ist, wenn die Blende geöffnet ist. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei einem Objektiv mit kurzer Gesamtlänge auf, in dem ein Lichtfleck bzw. Lichtstrahl infolge der Koma durch eine zu hohe Quantität der unteren Strahlen des achsenfernen Lichtbündels verstärkt wird, wie aus Fig. 3A hervorgeht. Um Lichtflecken aufgrund der Koma zu reduzieren, ist es daher notwendig, das Einfallen der unteren Lichtstrahlen in solchem Umfang zu begrenzen, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist. Eine solche Maßnahme verschlechtert jedoch unvermeidbar den Spalteffekt, wie aus Fig. 3B hervorgeht. Somit ist es erwünscht, den Lichtfleck bzw. Lichtstrahlen aufgrund der Koma zu reduzieren, während die Verringerung des Blendeneffekts auf den möglichen Mxnimalwert gesteuert wird, jedoch wird es unmöglich sein, dieses Bestreben einfach dadurch zu erfüllen, daß die effektive öffnung des

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Objektivs auf ein Minimum verringert wird«

Erfindungsgemäß wird eine Blende E zur Begrenzung dieser Leuentflecken oder Lichtstrahlen vorgesehen, die in der Nähe des Schnittpunktes zwischen dem Strahl Iq des achsenparallelen Lichtbündels mit dem untersten Strahl Ip des Randlichtbündels angeordnet wird, wobei die effektive Öffnung der Blende gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schnittpunkt gewählt ist. Die Blende E dient somit dazu, den untersten Strahl 1. des zonalen schrägen Lichtbündels, welches auf den zwischenliegenden Bildabschnitt Y_x, gerichtet ist, zu unterbrechen bzw. abzudecken, wodurch der untere Strahl 1 durch die Blendenöffnung hindurchgeht, während die übrigen Strahlen dieses Lichtbündels abgeschirmt werden. Wenn die Blende E objektseitig gegenüber dem Schnittpunkt zwischen den Stahlen 1_Q und Ip angeordnet wird, wird der Strahl Ip des schrägen Randlichtbündels abgeschirmt, so daß eine bemerkenswert ungenügende Quantität der Randstrahlen vorliegt. Uenn die Blende auf der Bildseite gegenüber dem Schnittpunkt zwischen den Strahlen Iq und 1_? vorgesehen wird, wird dagegen das achsenparallele Lichtbündel abgeschirmt, so daß das Öffnungsverhältnis verringert wird. Die Fähe dieses Schnittpunkts stellt die optimale Position für die Anordnung dieser Blende dar und ist hin-

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sichtlich der Begrenzung des Lichtflecks aufgrund der Koma ohne Verschlechterung bzw. Verstärkungen anderer Aberrationen am wirksamsten.

Ein Weitwinkelobjektiv mit großem Öffnungsverhältnis muß jedoch eine Vielzahl von Linsenbauteilen aufweisen und eine kurze Gesamtlänge, innerhalb welcher der Luftspalt auf natürliche Weise begrenzt ist. Daher ist es in den meisten Fällen nicht möglich, die Blende, welche die schräg einfallenden, achsenfernen Strahlen begrenzt, in dem Luftspalt anzuordnen. Vom Gesichtspunkt der Herstellungsgenauigkeit und der effektiven Öffnung ist es ebenfalls unmöglich, sehr dünne Linsenelemente herzustellen. Daher wird der Schnittpunkt zwischen den Staahlen Iq und Ip in den meisten Fällen in einem Linsenelement angeordnet, das der vorderen, sammelnden Linsengruppe Lp zugehörig ist, wie aus Fig. 4 hervorgeht, wodurch es unmöglich wird, die Blende E, welche die achsenfernen, schräg einfallenden Lichtstrahlen infolge der Koma beschränken soll, an der optimalen Position anzuordnen. Dieses Problem läßt sich dadurch lösen, daß die Linsenkomponente in zwei Elemente in der Mhe des Schnittpunktes zwischen den Strahlen 1_Q und Ip geteilt wird und indem die Blende E im Luftspalt angeordnet wird, der sich aufgrund der Trennung dieser Linsenkomponente ergibt. In diesem Fall sollte die Linsenkomponente vorzugsweise so

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geteilt werden, daß sie Aberrationen nicht verschlechtert und es erleichtert bzw. ermöglicht, diese Blende E in der gewünschten Position anzuordnen. Die Linsenelemente, die sich aufgrund der Teilung der Linsenkomponente ergeben und die auf beiden Seiten der Blende E angeordnet sind, können flache oder gekrümmte Flächen haben, die große Radien r bzw. r' aufweisen, wobei diese Radien gleich oder unterschiedlich sind, ebenso wie die Brechungsindizes dieser Linsenelemente.

Die Blende E kann nicht in einem Luftspalt zwischen zwei getrennten Linsenelementen angeordnet werden, d.h. die Blende E kann als dünne ringförmige Blende E angeordnet werden, die zwischen die Flächen r und r' eingesetzt wird, wobei diese Flächen r und r¹ nach ihrer Trennung gekittet werden. Insoweit wird auf die Figuren 4 bis G verwiesen.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Weitwinkelobjektivs mit großem Öffnungsverhältnis für Fotokameras ist in Fig. 7 gezeigt. Dieses Objektiv weist insgesamt acht Linsenkomponenten mit insgesamt zehn Linsenteilen auf. Die Daten des in Fig. 7 gezeigten Objektivs sind wie folgt:

f = 100

Öffnungsverhältnis =1:2

Bildfeldwinkel: 92°

809839/0788·

r2	- 529,30	m ο»	d8 "	m oo	0,60
	d2 »
r3	- 101,53	6,28
	d3 -
r4	- 52^977	23,26
	d4 -
r5	- 227,95	5,63
	d5 "
r6	- 62,233	10,70
	d6-
r7	« 640,47	15;86
	d7 -
r8	3r26 - d
r9

r₁₀ - -2015_;3

^dio = °r⁴⁷

T₁₁ ■ 110_r65

-170,19

r₁₄ - -1046,5

17,67

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T₁ - 205_f67

O₁ - 18,60 η_χ - ^639 V₁ » 44,9

.734 V₂ « 51,5

- 1_;7725 V₃ - 49,6 1,61659 V₄ - 36_;6

d₉ = 23^26 n₅ - 1,61659 V₅ » 36,6

^dll " ⁶T^{98 n}6 " ¹I^{6968 V}6 " ⁵⁵/⁵ 68_f419

d₁₂ - 36_r28 n₇ - l_f5934 _v? - 34_;8

	17,58	y	—	- 1F72	2811023
d14 "		A*		V8 - 43;7
- -88,372	6;98		- 1,84666
d15 =		n9		V9 - 23;9
- 212r47	10,00
. d16e
- -232,47	13,95 '		o - V"
d17 =				V10 - 53;9
■ -88,093	0f47
d18 β
- 459,95	13,95		ι ■ V2
d19 -				Vn - 50,2
- -199,86

In vorstehender Tabelle sind r^ "bis t_?q die Krümmungsradien der betreffenden Oberflächen der Linsenelemente, d^, bis d^q die Dicke der Linsenelemente und die Luftspalte zwischen den Linsenelementen, \) ^ bis υ,.,. Abbe sehen Zahlen der betreffenden Linsenelementen und f die Gesamtbrennweite des Objektivs.

Das Objektiv nach Pig. 7 weist eine vordere streuende Linsengruppe L^ mit einem ersten Linsenteil 1, einem zweiten Linsenteil 2 und einem dritten Linsenteil 3, eine vordere sammelnde Linsengruppe L^ mit einem vierten Linsenteil 4, einem fünften Linsenteil aus den Elementen 5, 6 und eine hintere sammelnde Linsengruppe L, mit einer sechsten Linsenkomponente 7» 3? einer siebten Linsenkomponente 9 und einer achten Linsenkomponente 10 auf. Bei diesem Objektiv ist die Blende E im Luftspalt d

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angeordnet, der durch Trennung der Linsenkomponente 4 entlang einer flachen Ebene in zwei Linsenelemente 41, 42 gebildet wird; der Strahl 1_Q des achsenparallelen Lichtbündels schneidet den Strahl Ip in der vierten Linsenkomponente 4 der vorderen, sammelnden Linsengruppe. Die sich durch die Blende E ergebende Änderung der Koma bei Anordnung der Blende E entsprechend vorstehender Erläuterung ist in Fig. 8A bzw. 8B und 8C gezeigt. Fig. 8A zeigt die Koma oder Abbildungsfehler im Randabschnitt des Bildes des Objektivs, 8B die Koma, die verschlechtert wird, wenn das Objektiv die Blende E nicht enthält, und Fig. 80 die Koma, die korrigiert ist, wenn der Strahl 1., welcher aiif den zwi£)chenliegenden Abschnitt Y^ des Bildes gerichtet ist, auf den Strahl 1 durch Anordnung der Blende E im Objektiv begrenzt ist. Fig. 9 vergleicht den Blendeneffekt zwischen dem Fall (1), in welchem die Blende E nicht vorgesehen wird, und dem Fall (2), in welchem die Blende E im Objektiv vorgesehen ist. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß der Blendeneffekt im Zwischenbereich des Bildes nicht wesentlich verschlechtert wird. Der Bildkontrast im Zwischenabschnitt Γ,. des Bildes ist in den Figuren 1OA bzw. 1OB dargestellt. Die Kurve (1) entspricht dem Fall, in welchem keine Blende E vorgesehen wird, während die Kurve (2) dem Fall entspricht, in welchem die Blende E im Objektiv vorgesehen ist. Aus diesen Kurven ist ohne weiteres

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ersichtlich, daß die Blende E den Bildkontrast im niederfrequenten Bereich wesentlich verbessern kann. Insbesondere in der tangentialen Bildebene wird der Kontrast wesentlich verbessert, wie aus Fig. 1OB hervorgeht .

Vorstehende Beschreibung zeigt, daß ein Lichtfleck„ d.h. die Lichtstrahlen, aufgrund der Koma durch die Blende E zufriedenstellend korrigiert werden können, wobei der Strahl I^ des zonalen, schräg einfallenden Lichbbündels, das auf den zwischenliegenden Abschnitt Y^ des Bildes gerichtet ist, nur geringfügig durch die Blende. E begrenzt wird, nämlich auf den Sbrahl 1. Somit ergibt sich ein bemerkenswerter Effekt durch den Einsatz der Blende E in der Nähe des Schnittpunktes zwisehen dem Strahl Iq des achsenparallelen Lichtbündels und dem unteren Strahl 1~ des schräg einfallenden Hand-Lichtbündels.

Außerdem ist es möglich, den Lichtfleck bzw. die Lichtstrahlen aufgrund der Koma bezüglich des oberen Lichtstrahls des schräg auffallenden Lichtbündels, das auf den Eandabschnitt des Bildes fällt, in ähnlicher Weise zu begrenzen, wie dies hinsichtlich der Lichtfleckkorrektur infolge des Komas des unteren Strahls erreicht wird. Der Lichtfleck infolge der Koma des oberen

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Strahls des schrägen Rand-Lichbbündels kann somit durch Anordnung einer Blonde E¹ erreicht v/erden, die einen effektiven Radius hat, welcher gleich dem Abstand zwischen der optischen Achse und dem Schnittpunkt zwisehen dem Strahl des achsenparallelen Lichtbündels bei maximaler Öffnung und dem oberen Strahl des Rand-Lichtbündels ist, wobei die Blende an einer Stelle in der Nahe dieses Schnittpunktes angeordnet wird.

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Claims (1)

1. -E4-- März 1978

   Ä a I Bi ε ©
   eiae MLeELaIe
   üe sick

   H.cstestacaW.®ji
   Blemie {

   gekeaiseieliet _t sOiir BegremasEiag; salcfiier· ciie Eoma iMfolge acliiseiEDfe3m.eE·,, rgebeHL,; vargeseliieim isfc vmn. feß öxe 3un. euer- lake dies Sclmitfepiaaaifefees des lüciis.'fc'bläiiiä.eXs "feei masäsaleir M <ä.em aiaSeiffSfeeEL SteaKL des

   arelcliLes amcf dem SaEtdaibscliMiisij des EU— des geiricfiiifeet; isfe iiEELd daJl deir effefcfei-ire Hadiuis de:r Blende QQ gleiek dem -abstand swäselnem der csptiackea Tasini, dem

   1!_e daähanirek eimsai

   2» Mei.t^maike3.€i)bJeMi±\r macik

   die HLende fe ist j deir sicsii. d-turds.

   die sielt ssesl der* !

   as.—
   Madie

   ELencLe befindet, wobei die Blende (E) in zwei Linsenelementen angeordnet ist*

   3« Weitwinkelobjektiv nach Anspruch 2_$ dadurch, gekennzeichnet „ daß die Blende (E) zwischen (Leu "beiden, miteinander¹ verkitteten Linsenelementen eingesetzt ist·«

   4-· Weitwinkelobjektiv nach. Insprueh 2„ daduren gekennzeichnet _β äaB die "beiden Mmsenelemente flacne Eläelien aufwedLsen-

   5· VeitiariLnftelafrjektiv⁷ nacli einem der· Ansprticiie 1 "bis 5, dadirrclL gekennzeicnnet_t daß die beiden Idnsenelemente gekrumm,te Oberfläcnert mit großem ErximmungsraditES aufweisen«

   m Ueitwinkelobaektiv na.cn wenigstens einem der·

   feencEen. Insprüclie, dadxircii gekennzeichnet _s daß es eine erste positive Kenisknslinsej, eine zweite negative Ifenlsfeislinse, eine dr-itte negative HieniskiEslinsej. eine vierte Ifinse_t die in. zwei ELemente geteilt ist, eine fünfte positive gekittete !Linse, eine sechste negative gekittete lüase, eine siebte positive Henis— knsMnse, eine achte positive M.nse enthält _% daß die (E) zwischen, den beidea Eiememfeen. der vierten

   Linse vorgesehen ist und daß das Objektiv folgende

   Daten hat:

   f - 100

   Öffnungsverhältnis =1:2
   Bildfeldwinkel: 92°

   η_χ - 1,639 V₁ - 44_f9

   ^rl - 205 ,67 18 _r60 ^di - ^r2 - 529 _r30 °f 60 ^d2 - ^r3 - 101 ,53 «r 28 ^d3 * ^r4 - 52, 977 23 „26 ^d4 * ^r5 - 227 ,95 5r 63 ^d5 * ^r6 - ⁶²I 233 10 ,70 ^d6 " ^r7 » 640 r⁴? 15 ,86 ^d7 * ^r8 m «o 3, 26 - d ^d8 - ^r9 m co

   n₂ - 1,734 v₂ - 51,5 n₃ - 1,7725 v, - 49,6 n₄ « l_f61659 v. - 36,6

   d₉ «» 23,26 n₅ - l_f61659 V₅ - 36,6

   r₁₀ - -2015,3

   ^d10 - °r⁴⁷ T₁₁ - 110,65 809839/0788

   68_f419

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   ,47

   d₁₆ - 10,00

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