DE2546930A1

DE2546930A1 - Objektiv mit veraenderbarer brennweite

Info

Publication number: DE2546930A1
Application number: DE19752546930
Authority: DE
Inventors: Paul Lewis Ruben
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1975-10-20
Publication date: 1976-04-29
Also published as: FR2288322B1; FR2288322A1; US3972592A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-lng. Wolff

2S£693Q H. Bartels

** ^ ^ ^w ^ Dipi.-Chem. Dr. Brandes

Dr.-Ing. Held
Dip!-Phys. Wolff

D - 7 Stuttgart 1, Lange Straße 51 TeL (0711) 29 6310 u. 29 72 95 Telex 07 22312 (patwo d) Telegrammadresse: Ux 07 22312 wolff Stuttgart

PA Dr. Brandes: Sitz Mancher. Postscheckkonto Stgt. 7211-700 Deutsche Bank AQ, Stgt 14/28830

Bürozeit:

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außer samstags

14. Oktober 1975 Unsere Ref.: 124 790/487375 kdk

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York,
Vereinigte Staaten von Amerika

Objektiv mit veränderbarer Brennweite

Telefonische Auskünfte und

609818/1008 AuttrSge sind nur nacfcscfrriftHcfcar

Bestattung verbindlich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv mit zumindest einem zum Verändern seiner Brennv/eite bewegbaren optischen Glied, insbesondere auf ein sogenanntes Zoom-Objektiv für Projektionszwecke.

Zoom-Objektive für eine Verwendung bei photographischen Geräten sind bereits bekannt. Es sind auch schon seit vielen Jahren Zoom-Objektive mit großer relativer Öffnung bekannt. Die meisten bekannten Zoom-Objektive, insbesondere diejenigen, welche sich durch große relative Öffnung auszeichnen, .sind jedoch im Aufbau verhältnismäßig kompliziert und machen die Verwendung kostspieliger Glassorten mit hohem Brechungsindex erforderlich, um eine gute Korrektur der Aberrationen zu erreichen. Außerdem sind bei vielen derartigen Zoom-Objektiven zwei oder mehrere bewegbare Glieder vorgesehen, so daß ein entsprechender Bauraum für die Relativbewegung dieser Teile vorhanden sein muß, wobei auf eine genaue Lageanordnung der betreffenden Teile geachtet werden muß. Die Verwendung von Glassorten mit hohem Brechungsindex bedingt, daß die Zoom-Objektive in der Herstellung verhältnismäßig teuer sind, wail entsprechend hohe Glaskosten anfallen. Außerdem sind die Fertigungskosten jedes einzelnen Linsenelements aus Glas zusammen mit den anfallenden Montagekosten ein beträchtlicher Kostenfaktor .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv der in Rede stehenden Art zu schaffen, das gegenüber bekannten Objektiven vergleichbarer Leistung und Güte mit wesentlich geringeren Kosten herstellbar ist.

Bei einem Objektiv der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine Oberfläche des bewegbaren Glieds als asphärische Fläche ausgebildet ist. Dadurch, daß erfindungsgemäß eine Oberfläche

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oder mehrere Oberflächen, zu denen, zumindest eine Oberfläche des bewegbaren optischen Glieds gehört, als asphärische Fläche ausgebildet ist bzw. sind, wird die Möglichkeit geschaffen, einen Großteil der die optischen Glieder des Objekts bildenden Linsenelemente aus Kunststoff auszuführen, ohne Einbußen im Hinblick auf die einwandfreie Korrektur der Aberrationen bei großer relativer öffnung hinnehmen zu müssen.

Wie nachfolgend anhand der ins einzelne gehenden Beschreibung noch aufgezeigt v/erden wird, ist es bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindungin Form eines Objektivs aus drei optischen Gliedern mit zusammen sechs Linsenelementen möglich, die erwünschte hohe Güte und Leistung zu erzielen, selbst wenn fünf der sechs Linsenelemente aus Kunststoff ausgeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden ins einzelne gehend erläutert.

Die einzige Fig. zeigt einen schematisiert gezeichneten Längsschnitt durch ein Zoom-Objektiv gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen bezeichnet der Ausdruck "Objektiv" das optische System als Ganzes, das aus einzelnen optischen Gliedern gebildet ist, die ihrerseits aus einem oder mehreren Linsen bestehen, die hier als "Linsenelement" bezeichnet sind. Mit in der Zeichnung von links nach rechts ansteigenden römischen und arabischen Zahlen sind die optischen Glieder

bezeichnet. In den Beispielen und Ansprüchen sind die Brechungsindizes N, die Abbe'sehen Zahlen V, die Krümmungsradien R, die Dicken T und die Luftabstände S mit Indizes entsprechend der Numerierung der Zeichnung bezeichnet. Die Brechungsindizes beziehen sich auf die 0,5893 Mikron

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Natrium-D-Linie des Spektrums. Die Abbe'sehen Zahlen wurden unter Verwendung des Brechungsindex für die D-Linie als Hauptdispersion und der Differenz zwischen den Brechungsindizes der 0,4861 Mikron Wasserstoff-F-Linie und der 0,6563 Mikron Wasserstoff-C-Linie berechnet. Krümmungsradien, bei denen der Krümmungsmittelpunkt auf der rechten Seite der Oberfläche liegt, sind als positiv und Krümmungsradien mit auf der linken Seite der Oberfläche liegendem Krümmungsmittepunkt als negativ bezeichnet.[Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Objektiv drei optische Glieder I bis III mit sechs Linsenelementen auf, die mit 1 bis 6 bezeichnet sind. Das Glied I weist ein positives bikonvexes Linsenelement 1 auf. Das Glied II weist ein bewegbares, negatives bikonkaves Linsenelement 2 auf. Das Glied III ist ein positives, übertragendes Hinterglied, bestehend aus einem vorderen positiven bikonvexen Element 3 , einem positiven bikonvexen Element 4 , das mit einem negativen bikonkaven Element 5 verkittet ist, sowie einem hinteren positiven bikonvexen Element 6.

Die Verwendung von asphärischen Oberflächen bei der Objektivkonstruktion gibt dem Konstrukteur zusätzliche Parameter für die Korrektur von Aberrationen in die Hand. Die Einführung einer asphärischen Oberfläche ist bei einem Objektiv großer relativer öffnung besonders nützlich, da asphärische Flächen dazu benutzt werden können, um die sphärische Aberration sowohl auf der optischen Achse als auch im Bildfeld zu verringern. Außerdem kann es die Wahl asphärischer Flächen überflüssig machen, die Brechkraft der sphärischen Oberflächen im Interesse einer Verringerung der Anzahl der Elemente erhöhen zu müssen, wie es in dem Bestreben, das Objektiv leichter herstellbar zu gestalten, anzustreben ist. Bei dem hier aufgezeigten Objektiv wird die verbesserte Korrektur der Aberrationen bei großer relativer öffnung durch die Anwendung einer asphärischen Fläche an einer

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oder mehreren Oberflächen des Objektivs erreicht, wobei sich zumindest eine asphärische Fläche an dem bewegbaren optischen Glied befindet.

Eine asphärische Fläche kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:

Cy²

1+ Vl-(l+K)C²y²

Diese Gleichung beschreibt eine Fläche mittels ihrer Oberflächen-Durchbiegung χ in einem einer halben öffnung entsprechenden Abstand y von der optischen Achse des Objektivs. Die Konstante C ist die Scheitelkrümmung, d.h. die Krümmung der Oberfläche am Scheitel der Linse. Diese Scheitelkrümmung ist der Reziprokwert des Scheitel-Krümmungsradius R. Mit K ist eine Kegelkonstante bezeichnet, die durch die Gleichung

K = -e definiert ist, worin e die Exzentrizität der Fläche bedeutet. Bestimmte Werte von K beschreiben Kegelschnitte oder Drehflächen um die optische Achse der betreffenden Linse. Wenn es gewünscht wird,, könnten in der Gleichung für χ auch höhere Potenzen als Quadrate eingeführt werden.

In dem nachfolgenden Beispiel ist eine bevorzugte Ausführungsform des hier zu beschreibenden Objektivs angegeben:

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— Bf —

Beispiel

Element N_Q V

Radius Dicke oder Abstand ium nun

1,49168 57,4

1,59028 30,9

1,60530 43,6

1^=54.086

R₂=-324,17

R =asphärisch

R₄=38,425

R[-=asphärisch

R₇=9,7250

R₀=-21,155 ο

R₉=7,2951

R₁₀=I5,403

T =4,000

1,911 S= bis ^L 25,Olß

T₂=I,600

24,114

S₉= bis ^Δ 1,007

T₃=3,631

S₃=O,100

T₄=5,000 T₅=4,OOO S₄=I,932

^=6,000 ο

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Dieses Objektiv ist durch eine effektive Brennweite gekennzeichnet, die sich von 15 auf 30 mm verändert, wenn das Element 2 über seinen Verstellbereich bewegt wird. Der halbe Bildwinkel verändert sich von 12,6° bis 6,4°, während die relative Öffnung sich von f/l,5O bis f/1,57 verändert. Die hintere Brennweite oder Bild-Brennweite verändert sich von 8,49 bis 9,38 mm, da keine Kompensatorlinse vorgesehen ist, so daß zur Schärfennachstellung eine Verstellbewegung des Gesamtobjektivs erforderlich ist. Die Herstellungskosten dieses Objektivs sind dadurch wesentlich herabgesetzt, daß PoIymethylmethacrylat für die Herstellung der ersten vier Linsenelemente vorgesehen und das fünfte Linsenelement aus Polystyrol gefertigt ist. Lediglich ein Element, nämlich das Linsenelement 6, ist aus Glas gefertigt. Die sphärischen Aberrationen höherer Ordnung lassen sich bei dieser Objektivkonstruktion durch die Verwendung asphärischer Flächen am Linsenelement 2 und . am Linsenelement 3 beherrschen, anstatt zu diesem Zweck Glaswerkstoffe höherer Brechungsindizes vorsehen zu müssen. Bei dem gezeigten Beispiel sind beide asphärischen Flächen als Hyperboloide ausgeführt. Die Koeffizienten dieser asphärischen Flächen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle

C K

Fläche 3 -0,03504960 -2,41830036

Fläche 5 0,03137796 -9,89410310

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Claims

Patentansprüche

Iy Objektiv mit einem zum Verändern seiner Brennweite bewegbaren optischen Glied, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Oberfläche des bewegbaren Glieds(II)als asphärische Fläche ausgebildet ist.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als asphärische Fläche ein Hyperboloid vorgesehen ist.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegbares Glied ein Linsenelement(2)aus Kunststoff vorgesehen ist.
4. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein vorderes positives optisches Glied (I), als bewegbares Glied ein negatives optisches Glied (II) und ein hinteres positives optisches Glied (III) aufweist.
5. Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere positive optische Glied (ill)zumindest eine asphärische Fläche aufweist.
6. Objektiv nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere optische Glied als positives bikonvexes Linsenelement (1) und das bewegbare optische Glied als negatives bikonkaves Linsenelement (2) ausgebildet sind.
7. Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere optische Glied (III) ein positives bikonvexes Linsenelement (3), eine verkittete Dublette aus einem positiven bikonvexen Linsenelement (4) und einem negativen bikonkaven Linsenelement (5) sowie ein positives bikonvexes Linsenelement (6) aufweist.

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8. Objektiv nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die für " . eine Brennweite von 15 bis 30 mm angegebenen Werte:

Element N_ß V

Radius Dicke oder Abstand mm mm

1,49168 57,4

1,49168 57,4

1,49168 57,4

1,49168 57,4

1,59028 30,9

1,60530 43,6 R_]=54.O86

_}=-324,l7

. R_=asphärisch

R₄=38,425

R,-=asphärisch
R₆=-2 8,253 ..
R_?=9,725O R_g=-21,155 R₉=7,2951

R₁₀=I5,403

=^SS,791

Τ_χ=4,000

1,911

^s bis 25,018

,=1,600

24,114

^z bis 1,007

T₃=3,631 S₃=O,100 T₄=5,OOO T₅=4,00O S₄=I,932 Tg=6,000

. 609818/1008

'9 -.*©. 254693Ü

worin tf_D die Brechungsindizes, V die Abbe'sehen Zahlen, R die Krümmungsradien, T die Linsendicken und S die Abstände zwischen den Linsenelementen bezeichnen, wobei die Indizes von vorn nach hinten zählen und worin R₃ und R^ je auf eine asphärische Fläche hinweisen,

die durch die folgende Beziehung und nachfolgende Parameter definiert ist:

1+V l-(i+K)c y"

C K

Fläche 3 -0,03504960 -2,41330036

Fläche 5 0,03137796 -9,89410310

worin χ die Durchbiegung der asphärischen Fläche, bezogen auf eine ebene Bezugsfläche im radialen Abstand y von der optischen Achse, C den Reziprokwert des Scheitelkrümmungsradius und K die Kegelkonstante bedeuten.
9. Objektiv nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten fünf Linsenelemente (1 bis 5) aus Kunststoff, vorzugsweise die ersten vier Linsenelemente (1 bis 4) aus Polymethylmethacrylat und das fünfte Linsenelement (5) aus Polystyrol, bestehen.

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