DE3048707C2 - Kompaktes photographisches Objektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kompaktes photographisches Objektiv mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Ein solches Objektiv ist bekannt (DE-OS 25 21 446). Bei diesem bekannten Objektiv sind die erste Linse und die zweite Linse zu einer gekitteten Doppellinse zusammengefasst. Für die Asphäre bzw. asphärische Oberfläche der vierten Linse gelten im Falle des bekannten Objektivs bestimmte Bedingungen, deren Einhaltung gewährleisten soll, dass Astigmatismus und Verzeichnung innerhalb annehmbarer Grenzen bleiben. Das bekannte Objektiv hat den Vorteil, dass es eine verhältnismäßig kleine Gesamtlänge hat, das heißt, dass der Abstand von der ersten Oberfläche des Objektivs bis zur Bildebene verhältnismäßig gering ist, dass die Anzahl der benötigten Linsen gering ist und dass es trotz seiner kompakten Ausbildung einen Bildwinkel von ungefähr 62° hat, der es als Weitwinkelobjektiv geeignet macht. Die Lichtstärke des bekannten Objektivs ist jedoch verhältnismäßig gering.

Bei Ausführungsbeispielen des Objektivs beträgt die relative Öffnung 1:4,5. Eine Vergrößerung der relativen Öffnung des bekannten Objektivs verschlechtert die Korrektion der sphärischen Aberration und erhöht den Astigmatismus, wobei die Koma und der Farbvergrößerungsfehler ebenfalls ungünstig beeinflusst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Objektiv derart auszubilden, dass es unter Beibehaltung der vorstehend genannten Vorteile eine größere Lichtstärke hat, ohne dass der Korrekturzustand verschlechtert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 gelöst, das heißt im wesentlichen dadurch, dass einerseits statt der Kittfläche eine Luftlinse mit bestimmter Brennweite vorgesehen ist und dass andererseits eine anderen Bedingungen als beim gattungsgemäßen Objektiv gehorchende Asphäre vorgesehen ist.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Objektivs ermöglicht eine verhältnismäßig große relative Öffnung bei hinreichend guter Korrektion der Abbildungsfehler.

Dies ist im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Behebung des Öffnungsfehlers bzw. der sphärischen Aberration zum großen Teil durch die Luftlinse erfolgt und dadurch der von der Asphäre geforderte Beitrag zur Behebung der sphärischen Aberration geringer sein kann, so dass diese wiederum stärker unter dem Gewichtspunkt der Behebung anderer Abbildungsfehler, nämlich insbesondere des Astigmatismus, der Verzeichnung und der Koma ausgelegt werden kann, was durch die die Asphäre betreffenden Vorschriften im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 geschehen ist. Es ist an sich bekannt, dass eine Behebung bzw. Verminderung des Öffnungsfehlers mittels einer Asphäre möglich ist und eine Asphäre ein bevorzugtes Mittel zur Korrektion von sphärischer Aberration ist. Dennoch gilt, dass auch sphärische Flächen einen mehr oder weniger großen Beitrag zum Öffnungsfehler liefern und somit Maßnahmen im Bereich sphärischer Flächen den Öffnungsfehler beeinflussen können. Ferner gilt, dass auch eine Asphäre Beiträge zu anderen als dem Öffnungsfehler liefert. Beim erfindungsgemäßen Objektiv liegt die Blende zwischen der zweiten und dritten Linse. Dort schneidet der Bündelhauptstrahl eines seitlich der optischen Achse liegenden Objektpunktes die optische Achse, so dass er im Bereich der Asphäre an der vierten Linse eine verhältnismäßig große Einfallshöhe hat und durch die Asphäre gerade eine Korrektion von auf die Neigung des Bündels zurückzuführenden Abbildungsfehlers möglich ist. Wie die noch folgenden ausführlichen Erläuterungen zu den Bedingungen (2) und (3) zeigen, steht bei der Vorschrift für den Verlauf der Asphäre auch die Korrektion dieser Abbildungsfehler und nicht der sphärischen Aberration im Vordergrund.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, bei denen ein Bildwinkel von 59,7° bei einer Blendenzahl von 2,8 und ein Bildwinkel von 63,4° bei einer Blendenzahl von 3,5 erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Objektivs,

Fig. 2(a), (b) und (c) graphische Darstellungen der verschiedenen Bildfehler des Beispiels 1 des Objektivs,

Fig. 3(a), (b) und (c) graphische Darstellungen der verschiedenen Bildfehler des Beispiels 2 des Objektivs,

Fig. 4(a), (b) und (c) graphische Darstellungen der verschiedenen Bildfehler des Beispiels 3 des Objektivs,

Fig. 5(a), (b) und (c) graphische Darstellungen der verschiedenen Bildfehler des Beispiels 4 des Objektivs,

und

Fig. 6(a), (b) und (c) graphische Darstellungen der verschiedenen Bildfehler des Beispiels 5 des Objektivs.

Das Objektiv gemäß Fig. 1 umfaßt von vorne nach hinten eine positive Meniskuslinse als erste Linse, die konvex nach vorne ist, eine negative zweite Linse, eine positive dritte Linse und eine negative Meniskuslinse als vierte Linse, deren asphärische Frontfläche konkav nach vorne ist. Wenn mit f die Brennweite des Gesamtsystems und mit fA die Brennweite der Luftlinse bezeichnet wird, die durch den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linse gebildet wird, so ist die folgende Bedingung (1) erfüllt:

-1,5f<fA<-0,5f. (1)

Wenn man ferner die Axialrichtung als x-Achse und die zu der optischen Achse senkrechte Richtung als kleines Ny-Achse wählt, vereinbart, dass die in Lichtausbreitungsrichtung gemessenen Größen positives Vorzeichen haben und den Ursprungspunkt an den Schnittpunkt des Scheitels der Frontfläche der vierten Linse und der x-Achse liegt, so ergibt sich die Differenz großes Delta x zwischen der asphärischen Oberfläche und einer sphärischen Oberfläche, von der angenommen wird, dass sie einen Krümmungsradius hat, der gleich der Krümmung des Paraxialgebietes der asphärischen Oberfläche ist, welches zu der Bestimmung der Brennweite beiträgt, durch die folgende Gleichung:

Hierbei sind r[tief]7 der Krümmungsradius der Frontfläche der vierten Linse im Paraxialgebiet, r*[tief]7 der Krümmungsradius der sphärischen Referenzkugelfläche der Linse, der durch die folgende Gleichung definiert ist:

ai die geraden Koeffizienten der asphärischen Oberfläche und bi die ungeraden Koeffizienten der asphärischen Oberfläche. Wenn mit großes Delta x (0,7 r[tief]7) der Wert von großes Delta x bei einer Höhe von r[tief]7 x 0,7 in y-Richtung und mit großes Delta x (0,5 r[tief]7) der Wert von großes Delta x bei einer Höhe von r[tief]7 x 0,5 bezeichnet wird, so gelten die folgenden Bedingungen (2) und (3):

(2)

(3)

Es ist zu beachten, dass bei dem Ausführungsbeispiel die erste bis vierte Linse die Form einer positiven Meniskuslinse, einer bikonkaven Linse, einer konvexen Linse bzw. einer negativen Meniskuslinse hat.

Im folgenden soll die Bedeutung dieser Ungleichungen beschrieben werden. Wenn die untere Grenze der Ungleichung (1) überschritten wird, ergibt sich eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration, die astigmatische Differenz wächst an, wodurch eine starke Einwärtskoma erzeugt wird, und die transversale chromatische Aberration wächst ebenfalls im negativen Sinn an. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ergibt sich eine Überkorrektur des sagittalen Astigmatismus, die astigmatische Differenz wächst ebenfalls an, wodurch ein starkes Halo erzeugt wird, und die longitudinale chromatische Aberration wächst ebenfalls im negativen Sinn an. Um ein kompaktes Linsensystem zu erhalten, das in bezug auf die sphärische Aberration und den Astigmatismus mit Beschränkungen der Koma und des Halo gut korrigiert ist und bei dem ferner die longitudinale und die transversale chromatische Aberration minimal sind, ist es deshalb von Bedeutung, die Bedingung (1) zu erfüllen.

Die Bedingung (2) hat eine besondere Bedeutung für die Aberrationskorrektur der Randzone des Bildfeldes.

Bei einem Linsensystem des Typs, bei dem die negative Meniskuslinse wie bei dem vorliegenden Objektiv eine hintere Lage einnimmt, wird der Astigmatismus durch diese negative Meniskuslinse verschlechtert, wodurch eine positive Verzeichnung, eine Einwärtskoma und Halo erzeugt wird. Die Bedingung (2) dient zur Kompensation dieser Verschlechterung des Astigmatismus, der positiven Verzeichnung, der Einwärtskoma und des Halo. Das heißt, wenn

|großes Delta x (0,7 r[tief]7)/f|

die untere Grenze überschreitet, ergibt sich, obwohl die positive Verzeichnung und der Halo kompensiert werden können, eine Überkorrektur des sagittalen Astigmatismus, und eine starke Einwärtskoma wird ebenfalls erzeugt. Wenn die obere Grenze überschritten wird, wird, obwohl eine Korrektur der Koma möglich ist, die Korrektur der positiven Verzeichnung unmöglich. Um einen guten Korrekturzustand der Fehler in der Randzone des Bildfeldes zu erzielen, ist es deshalb von Bedeutung, die Bedingung (2) zu erfüllen.

Bedingung (3) betrifft die Aberrationskorrektur insbesondere in der Mittelzone des Bildfeldes. Dies bedeutet, dass, wenn

|großes Delta x (0,5 r[tief]7)/f|

die untere Grenze überschreitet, eine Unterkorrektur des meridionalen Astigmatismus resultiert und die astigmatische Differenz anwächst, wodurch eine starke Einwärtskoma erzeugt wird. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ergibt sich eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration, und Halo wird in der Mittelzone des Bildfeldes erzeugt. Um einen guten Korrekturzustand der Aberrationen in der Mittelzone zu erzielen, ist es deshalb von Bedeutung, die Bedingung (3) zu erfüllen.

Durch die Verwendung eines synthetischen Harzes bei der Herstellung der vierten asphärischen Linse kann ein wenig aufwendiges Photoobjektiv geschaffen werden.

Ferner erleichtert die Erfüllung der folgenden zusätzlichen Bedingungen (4) und (5) eine Verkürzung des Objektivs, wobei gleichzeitig ein guter Korrekturzustand der Bildfehler erhalten bleibt:

(4)

(5)

Hierbei sind

F[tief]123 die Gesamtbrennweite der ersten, zweiten und dritten Linsen,

F[tief]4 die Brennweite der vierten Linse, und

D[tief]6 der axiale Luftabstand zwischen der dritten und vierten Linse.

Wenn die untere Grenze der Ungleichheit (4) überschritten wird, wird die Brechkraft der Frontgruppe aus der ersten, zweiten und dritten Linse zu stark verglichen mit der Brechkraft der aus der vierten Linse bestehenden hinteren Gruppe, um die hintere Brennweite zu verkürzen. Deshalb kann die Gesamtlänge des Objektivs nicht verkürzt werden. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ergibt sich eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration, und die astigmatische Differenz wächst ebenfalls an, wodurch ein starker Halo erzeugt wird.

Wenn die untere Grenze der Ungleichung (5) überschritten wird, wobei die Gesamtlänge des Objektivs verkürzt wird, wird die sagittale Bildebene in der Randzone überkorrigiert und unterkorrigiert in der Mittelzone, und ferner die astigmatische Differenz erhöht, wodurch eine starke Einwärtskoma erzeugt wird. Wenn die obere Grenze überschritten wird, wird die sphärische Aberration unterkorrigiert, wodurch ein extrem großer Halo erzeugt wird.

Fünf Beispiele spezieller Objektive können entsprechend den numerischen Daten in den folgenden Tabellen aufgebaut werden. Die sphärische Aberration, der Astigmatismus und die Verzeichnung sowie die Queraberration des Objektivs gemäß Beispiel 1 sind graphisch in Fig. 2 dargestellt. Die Beispiele 2 bis 5 haben die in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Aberrationen.

In den Tabellen sind

r der Krümmungsradius des Paraxialgebietes der verschiedenen Linsenflächen,

r*[tief]7 der Krümmungsradius der sphärischen Referenzkugelfläche für die asphärische Oberfläche, der die folgende Gleichung erfüllt:

r[tief]7 = 1/(1/r*[tief]7 + 2 a[tief]1),

d die axialen Dicken und die Luftabstände zwischen aufeinanderfolgenden Linsenflächen,

n die Brechungsindizes für die spektrale d-Linie der Gläser, aus denen die verschiedenen Linsen hergestellt sind,

kleines Ny die Abbe-Zahlen der Gläser, aus denen die verschiedenen Linsen hergestellt sind,

ai die geraden Koeffizienten der asphärischen Oberfläche, und

bi die ungeraden Koeffizienten der asphärischen Oberfläche.

Beispiel 1

Brennweite f = 100 Blendenzahl = 1:2,8

Bildwinkel 2 kleines Omega = 59,7° Hintere Schnittweite = 44,592

Beispiel 2

Brennweite f = 100 Blendenzahl = 1:3,5

Bildwinkel 2 kleines Omega = 63,4° Hintere Schnittweite = 46,287

Beispiel 3

Brennweite f = 100 Blendenzahl = 1:3,5

Bildwinkel 2 kleines Omega = 63,4° Hintere Schnittweite = 42,888

Beispiel 4

Brennweite f = 100 Blendenzahl = 1:3,5

Bildwinkel 2 kleines Omega = 63,4° Hintere Schnittweite = 45,988

Beispiel 5

Brennweite f = 100 Blendenzahl = 1:3,5

Bildwinkel 2 kleines Omega = 63,4° Hintere Schnittweite = 35,113

Claims (3)

1. Kompaktes photographisches Objektiv, mit einer positiven, vorne konvexen, ersten Linse, einer negativen, zweiten Linse, einer positiven, dritten Linse und einer negativen, vierten Linse, die als vorne konkave Linse ausgebildet ist, deren konkave Oberfläche asphärisch ist, wobei die asphärische Oberfläche definiert ist durch die Differenz großes Delta x in Richtung einer x-Achse zwischen der asphärischen Oberfläche und einer sphärischen Oberfläche, die den Krümmungsradius r[tief]7 im Paraxialgebiet der asphärischen Oberfläche hat, wobei die x-Achse mit der optischen Achse zusammenfällt, eine y-Achse dazu senkrecht verläuft und der Ursprung beider Achsen im Scheitelpunkt der asphärischen Oberfläche liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (r[tief]1, r[tief]2) eine Meniskuslinse ist, die mit der zweiten Linse (r[tief]3, r[tief]4) eine Luftlinse (r[tief]2, r[tief]3) bildet, dass die Brennweite fA der Luftlinse die Bedingung

-1,5f<fA<-0,5f (1)

erfüllt, wobei f die Brennweite des Gesamtsystems ist, und dass für die asphärische Oberfläche gilt: mit

r*[tief]7 Krümmungsradius einer sphärischen Referenzkugelfläche, der durch

r[tief]7 = 1/(1r*[tief]7 x 2a[tief]1)

bestimmt ist,

a[tief]i gerade Koeffizienten der asphärischen Oberfläche und

b[tief]i ungerade Koeffizienten der asphärischen Oberfläche,

wobei, wenn mit großes Delta x (0,7 r[tief]7) der Wert von großes Delta x für y = r[tief]7 x 0,7 und mit großes Delta x (0,5 r[tief]7) der Wert von großes Delta x für y = r[tief]7 x 0,5 bezeichnet sind, folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

(2)

(3)

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse bikonkav und die dritte Linse bikonvex ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

(4)

(5)

wobei

F[tief]123 die Gesamtbrennweite der ersten, zweiten und dritten Linse ist,

F[tief]4 die Brennweite der vierten Linse, und

D[tief]6 der axiale Luftabstand zwischen der dritten und vierten Linse ist.