DE2117367C3

DE2117367C3 - Objektiv

Info

Publication number: DE2117367C3
Application number: DE2117367A
Authority: DE
Inventors: Kikuo Tokio Momiyama; Akira Kawasaki Kanagawa Tajima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1970-04-11
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1980-11-27
Also published as: US3748021A; JPS585B1; DE2117367B2; DE2117367A1

Description

Entfernung

16,32

D₄

0,065

wobei R der Krümmungsradius der jeweiligen brechenden Oberfläche, D die optische Dicke der Linsen oder der Luftabstände zwischen diesen, N jeweils der Brechungsindex für die d-Lmie und V jeweils die Abbesche Zahl für jede Linse ist.

Die Erfindung betrifft ein Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive, bestehend aus eine;· zerstreuenden vorderen Linsengruppe und einer sammelnden hinteren Linsengruppe, bei dem die Scharfeinstellung durch Verschiebung des Gesamtobjektivs relativ zur Bildebene erfolgt und bei dem durch Verändern eines Luftabstandes zwischen Linsengliedern der Korrektionszustand auch für Nahestellung aufrechterhalten werden kann.

Ein Objektiv der eingangs genannten Art ist in der DE-GMS 18 97 655 beschrieben, bei dem aber der Strahlengang nicht telezentrisch ist.

Aus der JP-PS 38-9227 ist ein umkehrbares Teleobjektiv bekannt, bei welchem der Luftabstand zur Erhaltung des Korrektionszustandes bei Naheinstellung veränderbar ist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive zu schaffen, bei dem bei Naheinstellung durch Verschieben von Linsengliedern relativ zueinander der Korrektionszustand dadurch aufrechterhalten wird, daß nur die Änderung der meridionalen und sagittalen Bildfeldkrümmung kompensiert und andere Bildfehler wie sphärische Aberration, Koma, Verzeichnung und Farbfehler nicht wesentlich beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgegenstand hat vorteilhafterweise eine große rückwärtige Schnittweite, wobei bei Nahaufnahmen die Bildqu?1^;«ät am Bildfeldrand nicht schlechter wird.

Der Hauptgrund dafür, daß bei umgekehrten Teleobjektiven bekannter Art mit großer rückwärtiger Schnittweite die Bildqualität am Bildrand bei Nahaufnahmen sich ändert, ist darin zu sehen, daß sich die Bildfeldkrümmung ändert, was zu einer extremen Überkorrektur führt. Diese Erscheinung wird mit Hilfe die Seideische Summe der sphärischen Aberration,

II die Seideische Summe der Koma,

III die Seideische Summe des Astigmatismus,

IV die Seideische Summe der sagittalen Bildfeidkrümmung,

V die Seideische Summe der Verzeichnung,
I*und II^s die entsprechenden Seideischen Summen für

die Pupillenabbildung.

III' und IV bei geringer Entfernung ergeben sich somit aus:

0,004 ^π IU'= III-S(V + II^S) + SM>
IV= IV-SCV + IIO + S²!'

wobei Seine Größe ist, die von der Entfernung abhängt. Je kürzer die Entfernung ist, desto größer ist S. Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die Bedingung zur Entfernung der Änderung der Aberration bei kurzer Entfernung lautet:

V+ II*= O₁I⁵ = 0

2-3 Obwohl im Falle eines umgekehrten Teleobjektivs I¹ fast gleich Null ist, ist V im allgemeinen positiv, II im allgemeinen negativ, und der absolute Wert von II^s ist groß im Vergleich zu V. Ferner ist S negativ, so daß III' kleiner als III und IV ebenfalls kleiner als IV (III' III, IV IV) ist, so daß sich die Bildkrümmung zu einer Überkorrek'iur ändert. Die Bedingung, um V plus II· gleich Null zu machen (V +II^s=0), ist dann gegeben, wenn sowohl V als auch II^s gleich Null sind (V = O, II⁵ = 0). Die Bedingung, II^s gleich Null zu machen (II^s=0), besteht darin, daß α gleich «,' («=«'), wobei ä der Einfallwinkel des achsparallelen Hauptstrahlenbündels und ex,' der Austrittswinkel des achsparallelen Hauptstrahlenbündels ist, was bedeutet, daß die Aperturebene mit der Hauptebene zusammenfällt. Im Falle eines umgekehrten Teleobjektivs liegt jedoch die Hauptebene hinter der Aperturebene, so daß « größer als S' ist, weshalb II^s nicht gleich Null gemacht werden kann. Aus dem obigen Grund ist es in konstruktiver Hinsicht bei einem gewöhnlichen umgekehrten Teleobjektiv unvermeidbar, daß die Bildqualität außerhalb der optischen Achse verringert ist, und je größer die hintere Brennweite ist, desto bemerkenswerter ist die Verzeichnung. Dadurch werden auch andere Abbildungsfehler beeinflußt, aber nur sehr wenig.

Um eine gute Bildqualität bis zum Bildfeldrand auch bei kurzen Entfernungen zu erzielen, ist eine gewisse Kompensation erforderlich, um die Bildfeldkrümmung unterzukorrigieren, ohne einen nachteiligen Einfluß auf die sphärische, Koma-, Verzeichnungsaberration und andere Abbildungsfehler auszuüben. Diese Kompensation kann entweder durch Änderung der Entfernung des Luftraumes zwischen den Linsen oder der Dicke der Linsen erfolgen. Im Hinblick auf die Möglichkeit einer kontinuierlichen Einjustierung und im Hinblick auf die

so mechanische Konstruktion ist es zweckmäßig, den Luftabstand zwischen den Linsen zu ändern. Hinsichtlich des veränderbaren Luftabstand ist es wünschenswert, einen solchen Luftspalt zu wählen, daß das abbildende Strahlenbündel auf der Achse fast parallel zu

b5 der optischen Achse der Linsen verläuft, so daß eine derartige Änderung des Luftabstandes keinen Einfluß auf die sphärische Aberration und auf die Brennweite hat. Wenn der Luftabstand in anderer Weise geändert

.1 t

t Hf·!

wird, so daß das Strahlenbündel gestreut oder gesammelt wird, ergibt sich trotz der Kompensation der Bildfeldkrümmung eine Verringerung der Bildqualität im Zentrum, weil die Einfallshöhe der Strahlen auf die Linse direkt hinter dem Luftraum so geändert wird, daß die sphärische Aberration beeinflußt wird.

Das Objektiv nach der Erfindung beruht auf dem obigen Prinzip, da ein veränderbarer Luftraum in der vorderen Linsengruppe eines umgekehrten Teleobjektivs vorgesehen ist, das aus einer zerstreuenden vorderen Linsengruppe und einer sammelnden hinteren Linsengruppe besteht, in welchem Luftraum das abbildende Strahlenbündel von einem Objekt auf der Achse fast parallel zu der optischen Achse des Objektivs so verläuft, daß bei Naheinstellung des Objektivs der Luftabstand fast proportional zum Vorschub des Objektivs ist, so daß die Verzeichnung des Bildes bei geringen Entfernungen ebenfalls vermieden werden kann.

Der Luftabstand wird deshalb proportional zum 2U Vorschub des Objektivs verringert, da sich dann die Gesamtaberration proportional zum Vorschub des Objektivs änden. Deshalb kann auch der Mechanismus. zum Vorschub des Objektivs einfach mit dem Mechanismus zum Ändern des Luftabstandes gekoppelt werden. Ferner dient die Verringerung des Luftabstandes dazu, eine Unterkorrektur der Bildfeldkrümmung herbeizuführen, und der Luftabstand ist bei Aufnahmen mit unendlicher Entfernung maximal. Der Luftabstand wird entsprechend dem Vorschub des Objektivs verringert. Dadurch wird eine Verringerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand bei kurzem Objektabstand verhindert, was bei üblichen Weitwinkelobjektiven unvermeidbar ist. Weshalb gerade der Luftraum, in welchem das Öffnungsstrahlenbündel von einem Objektpunkt auf der Achse fast parallel zu der optischen Achse verläuft, als der veränderbare Luftraum ausgewählt wird, wurde vorstehend erläutert. Ein derartiger Luftraum in der vorderen Linsengruppe liegt gewöhnlich unmittelbar hinter der positiven Linse der vorderen Linsengruppe. Dies ist der Abstand D» unmittelbar hinter der vierten Linse, die bei einem ersten Ausführungsbeispiel positiv ist, und der Luftspalt D₄ unmittelbar hinter der zweiten Linse, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel positiv ist. Es ist zwar möglich, die Aberration dadurch zu kompensieren, daß ein entsprechender Luftabstand in der hinteren Linsengruppe geändert wird, doch ist es für die Korrektur der Aberrationen vorteilhaft, den Luftraum hinter der Blende so klein wie möglich zu machen, während es nachteilig ist, diesen vorher zum Zwecke der Abstandsänderung groß zu machen, weil dadurch die chromatische Queraberration vergrößert wird.

Ferner stellt ein Mechanismus, welcher einen Luftabstand zwischen den Linsen hinter der Blende ändert, ein Hindernis für verschiedene Mechanismen zwischen Linsen und Kamerakörper, z.B. für den Mechanismus der Blendenautomatik dar, wobei die Behinderung um so größer ist, je größer der Durchmesser der hinteren Linse ist t,o

Anhand der Zeichnung wird ein Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive näher erläutert Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Objektivs,

F i g. 2 bis 4 graphische Darstellungen der Aberration (sphärische Abarration, Astigmatismus, Verzeichnung) bei unendlicher Entfernung,

F i g. 5 bis 7 graphische Darstellungen der Aberration des ersten Ausführungsbeispiels bei Scharfeinstellung auf ein Objekt in einer Entfernung 17,24 von der Bildebene, bei üblichem Vorschub des Objektivs,

Fig.8 bis 10 graphische Darstellungen der Aberration des ersten Ausführungsbeispiels im Falle der Einstellung auf eine Entfernung 17,24 von der Bildebene durch Vorschub des Objektivs und gleichzeitige Änderung des genannten Abstandes um den angegebenen Wert,

F i g. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel des Objektivs,

Fi g. 12 bis 14 graphische Darstellungen der Aberration des zweiten Ausführungsbeispiels bei unendlicher Entfernung,

Fig. 15 bis 17 graphische Darstellungen der Aberration bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Einstellung einer Entfernung 16,32 von der Bildebene durch Vorschub des Objektivs in üblicher Weise und

F i g. 18 bis 20 graphische Darstellungen der Aberration des zweiten Ausführungsbeispiels, bei einer Einstellung der Entfernung 16,32 von der Bildebene und bei Änderung des genannten Luftabstandes um den angegebenen Wert.

Die numerischen Werte der Ausführungsbeispiele sind:

R der Krümmungsradius jeder brechenden Oberfläche,

D die Dicke jeder Linse oder des Luftabstandes auf der optischen Achse,

N der Brechungsindex jeder Linse für die d-Linie, und V die Abbesche Zahl für jede Linse.

Beispiel 1 /"= 1, 1 :4 2(0= 104°
rückwärtige Schnittweite = 2,0714

R₁ = 2,06200

D, =0.11490 A/, =1,64000 V₁ =60,2 R₂ = 1,13510

D₂ = 0.36470
R_s = 2,11260

D₅ =0,11490 N₂ =1,69680 V₂ =55,2

Ra = 1,04580

D₄ = 0.39700
R, = 16,31700

D--, = 0,29770 Ni = 1,68893 V₁ = 31,0 Rt, = -4,86640

Du = 0.00570
R₇ = 3,02840

D₁ = 0,27070 Na = 1,64769 V_A = 33.8 R_s = -46,15600

De = veränderlich

= veränderbarer Luftabstand

Ä, = 1,15200

D, = 0,05750 M = 1,77250 V₅ = 49,5 R₁₀= 0,49149

D₁₀ = 0,15710
R_n = 1,75700

D₁, = 0,54280 N_b = 1,50137 V₆ = 56,2 A₁₂= -0.7380

Di₂ = 0,12640

Ri3 = -1,96680

Dn = 0,28640 M = 1,56384 K₇ = 60,7 Ri₄ = 1,07060

Di₄ = 0,19890 ΛΑ = 1,72151 K₈ = 29,2

Ri₅ = 2,47880

Di₅ = 0,04290
R,₆ = -2,54590

D,₆ = 0,05750 Λ/₉ = 1,92286 K₉ = 20,9 Ri₇ = 2,47550

Di₇ = 0,25200 /Vio = 1,48749 K, ο = 69,8 R,₈ = -0,80556

Di₈ = 0,00570

Ri9 4,75200

Di, = 0,16450 /V_n = 1,77250 K_n = 49,5

R₂₀= -1,16700

IU

■15

20

Entfernung

17,24

0,0575

0,025

Fig.2 bis 4 zeigen die Aberration des obigen Ausführungsbeispiels bei unendlicher Entfernung. Fig.5 bis 7 zeigen die Aberration des ersten Ausführungsbeispiels im Falle der Einstellung einer Entfernung 17,24 von der Bildebene, wobei der Luftabstand Lh beibehalten wird, woraus ersichtlich ist, daß der Astigmatismus und die Bildfeldkrümmung wesentlich größer sind. Fig. 8 bis 10 zeigen die Aberrationen des ersten Ausführungsbeispiels, wenn das ganze Objektiv vorgeschoben ist, um eine Scharfeinstellung auf eine Entfernung 17,24 zu erzielen. Dabei wird der Luftabstand Dg entsprechend der obigen Tabelle geändert Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß der Astigmatismus und die Bildfeldkrümmung nicht größer geworden sind.

Beispiel 2 /= 1, 1:2,8 2ω = 840°
rückwärtige Schnittweite =1,4916

25

30

35

40

= 1,74320

D\ = 0,08150
= 0,7914

D₂ =0,3087
= 17,9249

Lh = 0,2489

= 1,58913 V₁ = 61,0

N₂ = 1,58913 K₂ = 61,0

45

50

R₄ = -2,8661	N₃	co	•	K₃	= 53,7
		0,065	= 1,57957
D₄ = veränderlich

	/V₄		K₄	= 25,4
= veränderbarer Luftspalt		= 1,80518
R₅ = 7,4418
D₅ = 0,2201
R₆ = 0,4674	/V₅		K₅	= 61,0
D₆ = 0,1857		= 1,58913
R₇ = 1,8410
D₇ = 0,1142
R₈ 9.2564	/V₆		K₆	= 25,4
Dh = 0,0041		= 1,80518
R₉ = 1,3639	N₇		K₇	= 37,9
D) = 0,5027		= 1,72342
R₁₀ 0,7111
D₁₀ = 0,1223
Rn 0,8777	/V₈		K₈	= 53,9
Dn = 0,0979		= 1,71300
Ri₂ = 2,4012
Di₂ = 0,1019
Ri 3 = 1,5432	N₉		K,	= 53,9
Di j = 0,0489		= 1,71300
Ri4 = -4,0265			16,32
Di4 = 0,1060			0,004
Ri₅ 0,8657
Di₅ = 0,0061
Ri₆ = -4,2395
D,₆ = 0,1101
Ri₇ 1,0165
Entfernung
D₄

Die Fig. 12 bis 14 zeigen die Aberration bei dem obigen Ausführungsbeispiel bei unendlicher Entfernung. Fig. 15 bis 17 zeigen die Aberration bei dem obigen Ausführungsbeispiel bei einer Entfernung 16,32 von der Bildebene, wobei der Luftabstand beibehalten wird, so daß der Astigmatismus und die Bildfeldlcrümmung wesentlich größer sind. Die Fig. 18 bis 20 zeigen die Aberrationen des obigen Ausführungsbeispiels bei einer Entfernung 1632 von der Bildebene, wobei jedoch der Luftabstand A entsprechend der obigen Tabelle geändert ist, so daß weder der Astigmatismus noch die Bildfeldkrümmung größer geworden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 030 248/61

Claims

Patentansprüche:

1. Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive, 'bestehend aus einer zerstreuenden vorderen Linsengruppe und einer sammelnden hinteren Linsengruppe, bei dem die Scharfstellung durch Verschiebung des Gesamtobjektivs relativ zur Bildebene erfolgt und bei dem durch Verändern eines Luftabstandes zwischen Linsengliedern der Korrektionszustand auch für Nahestellung aufrechterhalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Luftabstand in der vorderen Linsengruppe vorgesehen ist und daß das abbildende Strahlenbündel zwischen den Linsengliedern, deren Abstand veränderbar ist, im wesentlichen parallel verläuft

2. Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstreuende, vordere Linsengruppe mindestens ein negatives Linsenglied, ein positives Linsenglied und ein negatives Linsenglied enthält und daß sich der veränderbare Luftabstand zwischen dem positiven und dem nachfolgenden negativen Linsenglied befindet.

3. Objektiv vom Typ umgekehrter Teleobjektive nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabstand bei Naheinstellung im wesentlichen proportional mit der Vorschublänge des gesamten Objektivs verringert wird.

4. Objektiv nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die folgenden numerischen Daten:

/"= 1, 1:4 2oj = 104°
rückwärtige Schnittweite = 2,0714

Ri = 2,06200 /Vi = M = 1,64000 V, V, = 60,2 D, = 0,11490 R₂ = 1,13510 D₂ = 0,36470 R₃ = 2,11260 N₂ = /V₆ = 1,69680 V₂ V₆ = 55,2 Di = 0,11490 Ra = 1,04580 D₄ = 0,39700 R₅ = 16,31700 N₃ = 1,68893 V₃ = 31,0 D, = 0,29770 R₆ 4,86640 D₆ = 0,00570 R₇ = 3,02840 N₄ = 1,64769 V₄ = 33,8 D₇ = 0,27070 R₈ 46,15600 Dk = veränderlich = veränderbarer Luftabstand = 1,15200 Ri O, = 0,05750 1,77250 = 49,5 = 0,49149 Rn. Dm = 0,15710 = 1,75700 RlI Dn = 0,54280 1,50137 = 56,2 = -0,7380 Rl 2 Di₂ = 0,12640

A₁₃ = -1,96680

Di 3 = 0,28640 N₇ = 1,56384 V₇ = 60,7

R₁₄ = 1,07060

D₁₄ = 0,19890 TV₈ = 1,72151 F₈ = 29,2

R_n = 2,47880

Di 5 = 0,04290
R,_b ■■ 2,54590

Di₆ = 0,05750 M, = 1,92286 V) = 20,9 R₁₇ = 2,47550

Di₇ = 0,25200 /Vio = 1,48749 V₁₀ = 69,8 R₁₈ = -0,80556

Di₈ = 0,00570
R_w = -4,75200

D„ = 0,16450 /V,i = 1,77250 V_n = 49,5 R₂₀= -1,16700

Entfernung

17,24

D₈

0,0575

0,025

wobei R die Krümmungsradien der brechenden Flächen, D die Dicke der Linsen oder der Luftabstände zwischen den Linsen, N jeweils der Brechungsindex für die c/-Linie und V jeweils die Abbesche Zahl für jede Linse ist.

5. Objektiv nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die folgenden numerischen Daten:

/= 1, 1:2,8 2ω = 84°
rückwärtige Schnittweite = 1,4916

R₁ = 1,74320

Di = 0,08150 /Vi = 1,58913 Vi = 61,0 R₂ = 0,7914

D₂ = 0,3087
R₃ = 17,9249

Di = 0,2489 N₂ = 1,58913 V₂ = 61,0 R₄ = -2,8661

D₄ = veränderlich

= veränderbarer Luftspalt

R₅ = 7,4418

D-, = 0,2201 /Vj = 1,57957 V₁ = 53,7 R₆ = 0,4674

D₆ = 0,1857
R₇ = 1,8410

D₇ =0,1142 Na =1,80518 V₄ =25,4 R₈ = -9,2564

D₈ = 0,0041
R₉ = 1,3639

D, = 0,5027 N-, = 1,58913 V₅ = 61,0 R₁₀ 0,7111

Dio = 0,1223
Rn = -0,8777

Dn = 0,0979 M, = 1,80518 V₆ = 25,4 Ri₂ = 2,4012

Di₂ = 0,1019 N₇ = 1,72342 V₇ = 37,9

Rn = 1,5432

D₁₁ = 0,0489
R₁₄ = -4,0265

D₁₄ = 0,1060 N_B = 1,71300 V_s = 53,9

A₁₅ 0,8657

D₁₅ = 0,0061
/?,„ = -4,2395

O₁₆ = O₁IlOl N₉ =1,71300 V, =53,9 K)

A₁₇= -1,0165

des Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung erläutert. Dabei ist