DE2922742A1

DE2922742A1 - Kamera-objektiv mit einer langen hinteren brennweite und einem grossen oeffnungsverhaeltnis

Info

Publication number: DE2922742A1
Application number: DE19792922742
Authority: DE
Inventors: Yoshisato Fujioka
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1979-12-06
Also published as: NL184180B; NL184180C; US4443070A; JPS54158225A; DE2922742C2; NL7904397A

Description

DR. BERQ""; ; ί)ίΡΙ;.-1^ζχ. STÄJPE DIPL.-ING. SCHWABE^: * ^: l i

Postfach 860245-8000 München 86

5, Juni 1979

Anwaltsakte: 30 158

Ricoh Company, Ltd. Tokyo / Japan

Kamera-Objektiv mit einer langen hinteren Brennweite und einem großen Öffnungsverhältnis

VII/XX/Hy

909849/0935

UT (089)988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 700200H) Swift Code: HYPO DE MM

98 82 74 TELEX: Bayer Vereinsbank München 453100 (BLZ 700 20270)

983310 052456OBERGd . Postscheck München 65343-808 (BLZ 700 lOOSO)

Anwaltsakte: 30 158

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Kamera-Objektiv mit einer langen hinteren Brennweite und einem großen Öffnungsverhältnis.

Üblicherweise wird, wenn das Öffnungsverhältnis des Objektives größer wird, die hintere Brennweite bzw. der Brennpunktabstand von einer Linsenrückseite (im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber von hinterer Brennweite gesprochen) kürzer. Wenn versucht wird, im Falle eines Gaußschen Objektives mit einem Öffnungsverhältnis von 1:1,4 und einem Bildwinkel von 46 Aberrationen in einem annehmbaren Bereich zu erhalten, ist gewöhnlich die hintere Brennweite etwa 60% der Brennweite des gesamten optischen Systems des Objektivs. Ein Verfahren zum Verbessern der Aberrationen bei gleichzeitiger Vergrößerung der hinteren Brennweite ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 10083/1973 beschrieben, welche das Vergrößern der Gesamtlänge eines Objektivs auf 90% bis 110% der Brennweite des gesamten optischen Systems betrifft. Jedoch erreicht die hintere Brennweite des Objektivs nur 70 bis 71% der Brennweite des ganzen optischen Systems, so daß das Objektiv überdimensioniert ist oder die Lichtmenge im ümfangsbereich des Objektivs geringer wird. Darüber hinaus ist, um

909849/0935 "⁴~

eine Zunahme der Aberrationen bei einem kleinen Objektiv zu verhindern, vorgeschlagen worden, Glas mit einem hohen Brechungsindex und einermittlerenDispersion in einer Positivoder Sammellinse oder eine Positivlinse in einer vorderen
Linsengruppe einer Kamera zu verwenden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine chromatische Aberration nicht gut korrigiert werden kann.

Ferner wird im allgemeinen die hintere Brennweite durch Erhöhen des Öffnungsverhältnisses des Objektivs verringert. Im Falle eines sogenannten Gaußschen Objektivs mit einem Öffnungsverhältnis von 1:1,4 und einem Bildwinkel von 46 werden,
wenn die ^hintere Brennweite auf über 60% der Brennweite des Objektivs zunimmt, verschiedene Aberrationen einschließlich einem KomaStreulicht ziemlich deutlich, so daß eine Korrektur derartiger Aberrationen schwierig wird.

Die Erfindung soll daher ein Objektiv schaffen, bei welchem die vorerwähnten Schwierigkeiten bei einem herkömmlichen optischen System überwunden sind und bei welchem verschiedene Aberrationen einschließlich einer sphärischen Farbaberration und eines zweiten Spektrums verbessert sind.

Gemäß der Erfindung sind, obwohl das Öffnungsverhältnis 1:1,4 ist, der Bildwinkel 46° oder mehr beträgt und die hintere
Brennweite 73% und mehr der Brennweite des ganzen optischen Systems erreicht, die Aberrationen einschließlich der sphäri-

909849/0935

2822742

sehen Aberration bezüglich jeder Farbe in ausreichender Weise korrigiert. Gemäß der Erfindung ist somit ein Kamera-Objektiv mit einer langen hinteren Brennweite und einem großen Öffnungsverhältnis so verbessert, daß verschiede Aberrationen einschließlich der erwähnten sphärischen Aberration von Farben bei dem Kamera-Objektiv in ausreichender Weise korrigiert werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine Schnittansicht durch ein Objektiv ge

mäß der Erfindung; und

Fig.2 bis 5 Kurven bezüglich der sphärischen Aberration, einer Sinusbedingung, des Astigmatismus und einer Verzeichnung jeder Ausführungsform eines Objektivs gemäß der Erfindung.

In Fig.1 ist eine Schnittansicht eines Objektivs gemäß der Erfindung dargestellt, welches sieben einzelne Linsen mit zwölf der Luft zugänglichen Oberflächen hat. In dem Objektiv sind eine erste Linse und eine zweite Linse positive Meniskuslinsen, deren konvexe Oberflächen zu einem Aufnahmegegenstand hin ausgerichtet sind. Eine dritte Linse ist eine negative Meniskuslinse, deren konvexe Oberfläche zu dem Aufnahmegegenstand hin aus-

2822742

gerichtet ist; eine vierte Linse ist eine Negativ- oder Zerstreuungslinse und eine fünfte Linse ist eine Positiv- oder Sammellinse/ und die vierte und fünfte Linse sind miteinander verbunden und bilden eine negative Meniskuslinse, deren konvexe Oberfläche zu einem Bild hin ausgerichtet ist. Eine
sechste Linse ist eine positive Meniskuslinse, deren konvexe Oberfläche zu dem Bild hin ausgerichtet ist, und eine siebte Linse ist eine positive Bikonvexlinse, und eine Blende kann zwischen der dritten Linse und der negativen Meniskuslinse
aus der vierten und fünften Linse angeordnet sein. Dieses Objektiv genügt auch den folgenden acht Bedingungen:

1,5 < -J- < 2,2 ■ ' (1)

^r3

0,45f4 r₃ < 0,52f (2)

0,5f C Ir₉) < 0,65f (3)

0,9 < -~ < 1,1 (4)

0,9 <-~ < 1,1 (5)

0,27f < ä₆< ■ (6)

,1-n, η -1 η
-0,5 <f{—-^ + -i— j C -o,2 (7)

^{v r}4 ^r5

v₁+v_ n₁+n„
ls > 42, -iyi > 1,72 (8)

909849/0935

wobei die Brennweite des ganzen optischen Systems f ist, der Krümmungsradius der jeweiligen Oberflächen der Linsen r., die Dicke der entsprechenden Linsen an der optischen Achse oder an deren Luftspalt d. ist, der Brechungsindex der jeweiligen Linse n. ist und die Abbesche Zahl der jeweiligen Linsen v. (i=1, 2, 3,.... n, wobei η eine ganze Zahl ist) ist.

Bei einem bekannten Verfahren zum Verlängern der hinteren Brennweite ist die positive Brechkraft einer Gruppe von Linsen vor einer Blende abgeschwächt, und die positive Brechkraft der anderen Linsengruppe hinter der Blende ist verstärkt. Bei einem anderen bekannten Verfahren für denselben Zweck sind die Dicke der Linsen vor der Blende und deren Luftspalt verringert.

Bei diesen Verfahren ist es unvermeidlich, daß die sphärische Aberration und die negative Verzeichnung größer wird, wenn das Öffnungsverhältnis der Linse bzw. des Objektivs größer wird, so daß derartige Aberrationen nicht in ausreichender Weise korrigiert werden können. Die vorstehend angeführten Bedingungen (1) und (2) der Erfindung dienen dem Verlängern der hinteren Brennweite, indem eine Beschränkung auf die Summe und Verteilung einer positiven Brechkraft einer Gruppe von Linsen eingestellt wird, welche zu einem Aufnahmegegenstand hin konvex sind und vor der Blende angeordnet sind, und indem auch das Gleichgewicht der Sinusbedingung annähernd durch Verbessern der sphärischen Aberration gehalten wird. Bei der Bedin-

90Ö849/O93S

gung (1) 1,5 K r^/r-·^ 2,2 wird, wenn r₁/r_ kleiner als der untere Grenzwert wird, die hintere Brennweite zu kurz, um den Aufnahmegegenstand derErfindung zu erreichen, und wenn r,./r_ größer als der obere Grenzwert wird, ist die hintere Brennweite verlängert, aber die sphärische Aberration bleibt zu hoch. Bei der Bedingung (2), 0,4Sf^r₃ <. 0,52f wird, wenn r« kleiner als der untere Grenzwert wird, die sphärische Aberration zuviel, und die Sinusbedingung wird zu niedrig bzw. liegt zu weit darunter. Wenn andererseits r~ über den oberen Grenzwert hinausgeht, wird die Sinusbedingung zu hoch bzw. liegt zu weit darüber. Die Bedingungen (3) und (4) dienen zum Verbessern der sphärischen Aberration einer Linse mit einem großen Öffnungsverhältnis, der Koma und der Verzeichnung einer Bildoberfläche durch Einstellen einer Begrenzung auf die Summe und Verteilung der positiven Brechkraft einer Gruppe von Meniskuslinsen, welche hinter der Blende angeordnet und bezüglich des Aufnahmegegenstandes konvex sind. Bei der Bedingung (3), 0,5f < Ir-I < 0,65f wird^eine Aplanasie des Umfangs-bzw. RandlichtStroms an der optischen Achse, welche in die sechste Linse eintritt, verringert, so daß die sphärische Aberration größer wird. Die sechste Linse ist eine positive Meniskuslinse, welche zu dem Bild hin konvex ist. Wenn andererseits /r„( den oberen Grenzwert überschreitet, neigt sich die Bildfläche zu stark zur Gegenstandsseite hin. Die Beziehung 0,9 < r^/r....

<f 1,1 in der Bedingung (4) dient zum Festlegen der Bestimmung von r₉ und r^ und einer Zuteilung zwischen r„ und r... unter *wenn Ir₉I vnter den unteren Grenzwert verringert wird,

■ - 9 -

90984 9/0935

der Bedingung (3). Wenn ^g/^r-ι -j unter den unteren Grenzwert verringert wird, wird die Koma übermäßig, und wenn TgZr₁₁ den oberen Grenzwert überschreitet, wird eine Korrektur der sphärischen Aberration stark unzureichend. Die Bedingungen (5) und (6) dienen zum Festlegen der Beziehung zwischen der Verteilung der Brechkraft der Oberflächen der dritten und vierten Linse, welche zur Blende hinweisen, und des Luftspaltes zwischen diesen Linsen, und zum Verbessern der Koma und der Ebenheit der Bildfläche. In der Bedingung (5), 0,9 < r_g/(r₇l< 1,1 wird, wenn r_g/ j r_| unter dem unteren Grenzwert liegt, die Koma des seitlich der Achse liegenden Lichtstroms, welcher durch den Umfangsteil der hinteren Linsen hindurchgeht, groß. Wenn andererseits r_g/ |rJ über dem oberen Grenzwert liegt, wird die Koma des seitlich der Achse liegenden Lichtstroms, welcher durch den Umfangsteil der vorderen Linsen hindurchgeht , groß. Wenn jedoch r_g und [ χ Λ abnehmen, nimmt die Summe ihrer Petzval-Daten ab, so daß die Ebenheit der Bildfläche verbessert wird, aber die Koma wird geringer. Als Gegenmaßnahme bezüglich dieser Schwierigkeit ist ein Verfahren zum Vergrößern des Blendenspaltes dg bekannt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Lichtmenge in dem Umfangs- oder Randteil der Linse geringer wird,und daß das Objektiv überdimensioniert wird. Die Be-

r + jr j

dingung (6), 0,27f < d_g < —^—- dient zum Festsetzen der Beziehung zwischen d_g und r_g und r_, um so die Koma ohne ein überdimensionieren des Objektivs zu verbessern. Wenn d- kleiner als der obere Grenzwert ist, wird es unmöglich, das Komastreulicht vollständig zu korrigieren, und wenn d_g den oberen Grenz-

- 10 -

909849/0935

2822742

wert überschreitet, wird die Lichtmenge in dem ümfangs- oder Randteil des Objektivs kleiner. Die Bedingung (7) dient zum Einstellen eines Negativbereichs in der Brechkraft der Luftlinse zwischen der zweiten und der dritten Linse. In der Bedingung (7), -0,5<f-j- + ~—?<-0,2 wird, wenn

^r4 ^X5 >

c-1-n₂ ⁿ3~¹?

f < + ——T kleiner ist als der untere Grenzwert, die

L ^r4 ^r5 ·*

negative Verzeichnung und das Komastreulicht groß, und wenn _f1-n n₃-1 -,

±4 + —:—r <j_en oberen Grenzwert übersteigt, wird eine

^{c r}4 ^r5
Korrektur der sphärischen Aberration unzureichend und die Ebenheit der Bildfläche nimmt ab. Die Bedingung (8) dient dem Verbessern der sphärischen Farbaberration sowie des sekundären Spektrums. Um die chromatische Aberration zu korrigieren, ist es wirksam, das Auftreten der chromatischen Aberration nahe der vorderen Linsen zu verringern, und vorzugsweise wird bei der ersten und der zweiten Linse Glas mit einer geringeren Dispersion verwendet. Um die sphärische Farbaberration zu verbessern, ist es wirksam, das Auftreten der sphärischen Aberration nahe den vorderen Linsen zu verringern. Hierzu muß die Krümmungs- bzw. Durchbiegungsbelastung durch Verwenden von Glas mit einem hohen Brechungsindex bei der ersten und bei der zweiten Linse verringert werden. Bei der Bedingung (8)

^V1^+V2 ν ^V1^+V2

—~— > 42 kann, wenn —=— außerhalb dieses Bereichs liegt, die Korrektur der chromatischen Aberration nicht ausreichend

^V1^+V2 durchgeführt werden, und selbst wenn —-*— in dem Bereich

ⁿl⁺ⁿ2 ⁿ1⁺ⁿ2

liegt, nimmt, wenn —^— außerhalb des Bereichs von ■■ ? 1,72

liegt, die sphärische Farbaberration zu. Wenn darüber hinaus Glas mit n> 1,73 und v>44 zumindest bei einer Linse der er-

909849/0935

2S22742

sten oder zweiten Linse verwendet wird, hat die Anmelderin
festgestellt, daß das sekundäre Spektrum durch den Unterschied zwischen den Kenndaten einer partiellen Dispersion des Glases verbessert werden kann.

Im folgenden sind Ausführungsformen von Kamera-Objektiven gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Ausführungsform 1:

f=100, Öffnungsverhältnis 1:1,4;
Bildwinkel 46°; hintere Brennweite 73,78;

	= 88,811	8.73	η = 1.77250	^vl	= 49.62
■	^d1 =
X₂	= 468.027	0.21
	^d2 -
^r3	= 48.472	9.23	n₂ = 1.74400	^V2	= 44.87
	^d3 *
^r4	= 77.060	4.91
	^d4 =
^r5	= 104.392	3.03	n₃ = 1.68893	^V3	= 31.16
	d₅ =
^r6	* 32.532	29.77
	^d6 -
^r7	= -32.861	2.04	n₄ = 1.75520	^V4	= 27.53
	^d7 -

- 12 -

909849/0935

r₈ = 277.302

d_Q = 12.84 n_c = 1.80610 _Vc = 40.74

O D

r_g = -56.417 d_g = 0.21 ₀ = -152.163

_n = 8.24 n- = 1.80420 v_c =46.50

JT₁₁ = -58.550

U₁₁- 0.19 r₁₂ = 290.780

d₁₂ = 6.21 n_? = 1.72000 v_? = 50.34

r₁₃ = -210.359

Ausführungsbeispiel 2:

f = 100, Öffnungsverhältnis 1:1,4; Bildwinkel 46°; hintere -Brennweite^,

= 96.872

= 8.24 n., = 1.77250 V₁ = 49.62

= 628.489

d₂ = 0.23 = 48.086

= 8.65 n₂ = 1.74400 V₂ = 44.87

= 81.938

d₄ = 4.95 r₅ = 114.699

d₅ = 3.88 n₃ =1.68893 V₃ = 31.16

x_c = 32.911 ο

d_c = 29.54

909849/0935

2322742

r₇ = -33.157

d₇ = 2.33 n₄ = 1.74077 v₄ = 27.76

r₈ = 277.242

dg = 12.47 n₅ = 1.80610 · v₅ =40.74

X₉ = -56.432

d₉ = 0.23 r₁₀ = -137.843

d₁₀ = 7.62 n₆ = 1.8042 v₅ = 46.50

T₁₁ = -58.269

= 0.19

r₁₂ = 269.964

d₁₂ = 6.05 n₇ = 1.72000 _v? = 50.34

r₁₃ = -221.116

Ausführungsbeispiel 3:

f = 100, Öffnungsverhältnis 1:1·,4;

Bildwinkel 46°r hintere Brennweite 73,78; ■ x^ = 82.446

d₁ = 8.70 Ji₁ = 1.77250 _V-j = 49.62

r₂ ?= 409.300

d₂ = 0.19

r₃ = 48.953

= 9.14 n_o = 1.74400 v₂ = ⁴⁴·⁸⁷

τ. = 75.402 4

d₄ = 4.90

r₅ = 104.732

cL = 3.04 n, = 1.68893 v-, = 31.16

r. = 32.160

d₆ = 29.97

909849/0936 " ^u ~

ORIGINAL INSPECTED

ns 2^22742

r_? = -31.920

d_? = 2.23 n₄ = 1.76182 V₄ = 26.55

r_Q =-1008.805
ο

d_H = 11.62 η- = 1.80610 . v_c = 40.74

O ZD j

r_g = -56.039

d₉ = 0.19
r_T0 = -148.569

d_in = 8.52 n_c = 1.80420 \) _c = 46.50

IU D O

T₁₁ = -55.766

d_n = 0.19
r₁₂ = 342.018

d₁₂ = 6.32 n_? = 1.72000 v_? = 50.34

r^ = -175.061

Ausführungsbeispiel 4:

f = 100, Öffnungsverhältnis 1:1,4;

Bildwinkel 46°; hintere Brennweite 73,90; T₁ = 92.414

d₁ = 9.76 n.j = 1.74400 V₁ = 44.87 r₂ = 749.1.01

d₂ = 0.79

r₃ = 49.938

= 8.44 n₂ = 1.77250 V₃ = 49.62

r₄ = 83.723

4.08

r₅ = 128.501

= 4.68 n₃ = 1.68893 V₃ = 31.16

r_c = 33.813

,..._,.. 909849/0935

d,. = 28.14

χ_η = -34.628

d₇ = 2.38 η₄ = 1.75520 V₄ = 27.53

r₈ = 193.313

= 13.83 n_c = 1.80610 ν_ς = 4Ό.74

— — I · UWU I W Vr

r₉ = -61.123

dg = 0.20 r₁₀ = -164.000

^d10 ^{= 7}·^{43 n}6 ^{- 1}·⁸⁰⁴²⁰ v6 ^{= 46}·⁵⁰

T₁₁ = -62.441

= 0.19

r₁₂ = 321.131

d₁₂ = 6.33 n₇ = 1.74400 V₇ = 44.87

τ = -184.115

In Fig.2 bis 4 sind die Aberrationskurven der vorstehend angeführten Ausführungsformen gemäß der Erfindung dargestellt. Die Länge des Objektivs ist nicht größer als 0,87f, die hintere Brennweite ist lang und das Öffnungsverhältnis ist groß. Trotz derartiger Linsen werden die Aberrationen in ausreichender Weise korrigiert und die sphärische Aberration bezüglich jeder Farbe ist annehmbar.

In Fig.2 bis 5 ist mit S.A. die sphärische Aberration, mit S.C. die sagittale Bildoberfläche und mit- M die meridionale Bildoberfläche bezeichnet. Ende der Beschreibung

909849/0935

Claims

DR. BERG ■ -DIPLl=JNG. STÄPf-DIPL.-ING. SCHWABE-' :p&. DK. SAND MAIR PATENTANWÄLTE ? P 9 9 7 A ? Postfach 860245 · 8000 München 86 Anwaltsakte:30 158 * Patentanspruch

1. Kamera-Objektiv mit einer langen hinteren Brennweite und einem großen öffnungsverhältnis, gekennzeichnet durch sieben Einzellinsen (1 bis 7) mit zwölf der Luft zugänglichen Oberflächen/ wobei von den sieben Einzellinsen eine erste Linse (1) und eine zweite Linse (2) positive Meniskuslinsen sind, deren konvexe Oberflächen zu einem Aufnahmegegenstand hin gerichtet sind, eine dritte Linse (3) eine negative Meniskuslinse ist, deren konvexe Oberfläche zu dem Gegenstand hin gerichtet ist, eine vierte Linse (4) eine Negativlinse und eine fünfte Linse (5) eine Positivlinse ist, wobei die vierte Linse (4) und die fünfte Linse (5) miteinander verbunden sind und eine negative Meniskuslinse bilden deren konvexe Oberfläche zu einem Bild hin gerichtet ist, eine sechste Linse (6) eine positive Meniskuslinse ist, deren konvexe Oberfläche zu dem Bild hin ausgerichtet ist, und eine

909849/0935

Bankkonten: Hype-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bay« Vereinsbank Manchen 453100 (BLZ 70020270} Postscheck München 65343-80» (BLZ 700100801

«lCS9j 988272 Telegramme: 988273 BERGSTAPFPATENT München 988274 TELEX: 983310 0524560 BERG d

2322742

siebte Linse (7) eine positive Bikonvexlinse ist, und wobei die Linsen den folgenden Bedingungen genügen:

1,5 < -i < 2,2 (1)

^r3

0,45f < r₃ < 0,52f (2)

0,5f < |r_qj <0,65f (3)

9
0,9 < -r¹- * 1,1 (4)

< 1,1 (5)

0,27f <d₆< (6)

1-n₉ ⁿ-a~1->

-0,5 <f J-—^ + -4—K-O/2 (7)

^r4 ^r5

ν +υ η +η₂
^Ί^ V^ ¹'⁷²

wobei der Krüminüngsradius an der Oberfläche jeder dieser Linsen r. ist, die Dicke jeder der Linsen an der optischen Achse oder der Luftspalt jeder der Linsen d., der Brechungsindex jeder Linsen (1 bis 7). n_±/die Abbesche Zahl jeder der Linsen (1 bis 7) v^ (i=1, 2, 3, ....n, wobei η eine ganze Zahl ist) ist.

909849/0935