DE2117367A1 - Umgekehrtes Teleobjektiv - Google Patents

Description

Anmelder: Canon Kabushiki Kaisha, No. 30-2, 3-chome, Shimomaruko, Ohta-ku, Tokyo , Japan

Umgekehrtes -Teleobjektiv

Die Erfindung betrifft ein umgekehrtes Teleobjektiv mit einem zerstreuenden Vorderglied und einem sammelnden Hinterglied.

Es ist vorteilhaft, daß mit einem umgekehrten Teleobjektiv eine lange hintere Brennweite erzielt werden kann, so daß sich ein Weitwinkelobjektiv ergibt, während es andererseits nachteilig ist, daß die Bildqualität im Randbereich mehr und mehr verzeichnet ist, falls Nahaufnahmen erfolgen.

Der Hauptgrund dafür ist, daß sich die Feldkrümmung ändert, so daß sich eine extreme Überkorrektur ergibt. Dies soll unter Verwendung des Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung erläutert werden.

Es sei I II III IV V

dersphärische Aberrationskoeffizient,

der Koma-Abenationskoeffizient,

der Astigmatismus-Aberrationskoeffizient,

der sogitale Bildkrümmungs-Aberrationskoeffizient,

der Verzeichnungs-Aberrationskoeffizient,

I und II der Iris-Aberratxonskoeffizient, so daß die Aberrationskoeffizienten III¹, IV sich bei geringer

Entfernung ergeben aus:

1 O 9 8 U / 1 1 6 1

in' = in - s (ν + II^s) + s² I^s

IV = IV - S (V + II^s) + S² I^s

wobei S eine 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^s =0, I^s = 0

Obwohl im Falle eines umgekehrten Teleobjektivs I^s fast gleich null ist, ist V im allgemeinen positiv, II^s 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 II und IV' ebenfalls kleiner als IV (III' III, IV' IV) ist, so daß sich die Bildkrümmung zu einer Überkorrektur ändert. Die ideale Bedingung,

S S

um V plus II gleich null zu machen (V + II = 0), ist dann gegeben, wenn sowohl V als auch II^s gleich null sind. (V = 0, II^s = 0). Die Bedingung, II^s gleich null.zu machen (II^s = 0) besteht darin, daß äi gleich ÖC (Cc = ÖL'), wobei CL der Einfallwinkel des achsparallelen Iris-Strahlengangs und C\' der Austrittswinkel des achsparallelen Iris-Strahlengangs ist, was bedeutet, daß die Irisebene mit der Hauptebene zusammenfällt. Im Ealle eines umgekehrten Teleobjektivs liegt jedoch die Hauptebene hinter der Irisebene, so daß <X größer als ÖC ist, weshalb II^s nicht gleich null gemacht werden kann. Aus dem obigen Grund ist es in konstruktiver Hinsicht bei einem gewöhnlichen umgekehrten Teleobjektivs 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 Randteil auch bei kurzen Entfernungen zu erzielen, ist eine gewisse Kompensation erforderlich, um die Bildebene unterzukorrxgieren, ohne einen nachteiligen Einfluß auf die sphärische, Koma-, Verzeichnungs- und andere Abbildungsfehler auszuüben. Diese Kompensation kann entweder durch

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Änderung der Entfernung des Luftraums zwischen den Linsen oder der Dicke der Linsen erfolgen. Im Hinblick auf die Möglichkeit einer kontinuierlichen Einjustierung und im Hinblick auf die mechanische Konstruktion ist es zweckmäßig, den Abstand des Luftraums zwischen den Linsen zu ändern. Hinsichtlich des zu ändernden Luftzwischenraums ist es wünschenswert/ einen solchen Luftzwischenraum auszuwählen, daß der Lichtstrom von einem Objektpunkt auf der Achse fast parallel zu der optischen Achse der Linsen verläuft, so daß eine derartige Änderung des Abstands des Luftzwischenraums keinen Einfluß auf die sphärische Aberration und auf die Brennweite hat. Wenn der Luftzwischenraum in anderer Weise geändert wird, indem der Lichtstrom gestreut oder gesammelt wird, ergibt sich trotz der Kompensation der Bildkrümmung eine Verringerung der Bildqualität in dem Zentrum, weil die Höhe des Einfalls auf die Linse direkt hinter dem Luftzwischenraum so geändert wird, daß die sphärische Aberration beeinflußt wird,

Das Linsensystem gemäß der ERfindung beruht auf dem obigen Prinzip, in dem ein veränderlicher Abstand einer der Luftzwischenräume in der vorderen .Linsengruppe eines umgekehrten Teleobjektivs vorgesehen wird, das aus einer vorderen zerstreuenden Linsengruppe und einer hinteren sammelnden Linsengruppe besteht, in welchem Luftzwischenraum der Lichtstrom von einem Objektpunkt auf der Achse fast parallel zu der optischen Achse der Linse in einer solchen Weise verläuft, daß bei einer Einstellung des gesamten Objektivs mit einer Soarfeinstellung auf das Objekt bei kurzer Entfernung der Abstand des Luftzwischenraums fast proportional der vorgeschobenen Länge des gesamten Objektivs ist, so daß die Verzeichnung des Bilds bei kurzen Entfernungen ebenfalls vermieden werden kann.

Der" Grund, warum der Abstand des oben erwähnten Luftzwischenraums proportional der Vorschublänge des gesamten Objektivs verringert wird, ist darin zu sehen, daß sich die Aberration linear ändert, proportional zu der Vorschublänge des gesamten Objektivs. Deshalb kann auch der Mechanismus zum Vorschub des gesamten Linsensystems einfach mit dem Mechanismus zum Ändern des Abstands des Luftzwischenraums gekoppelt werden. Ferner dient die Ver-

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ringerung des oben erwähnten Äbstands dazu, eine Unterkorrektur der Bildkrümmung durchzuführen, und der Abstand ist bei Aufnahmen mit unendlicher Entfernung maximal. Der Abstand wird entsprechend dem Vorschub des gesamten Linsensystems verringert. Dadurch wird eine Verringerung der Beleuchtungsstärke im Rand-, bereich der Bildebene bei kurzem Abstand verhindert, was bei üblichen Weitwinkelobjektiven unvermeidbar ist. Der Grund, warum der Luft Zwischenraum, in welchem der Lichtstrom von einem Objektpunkt auf der Achse fast parallel zu der optischen Achse verläuft, als der veränderliche Luftzwischenraum ausgewählt wird, wurde oben ausgeführt. Ein derartiger Luftzwischenraum in der vorderen Linsengruppe liegt gewöhnlich unmittelbar hinter der positiven Linse in der vorderen Linsengruppe. Dies ist der Abstand D₀

unmittelbar hinter der vierten Linse, die in dem ersten Ausführung sbeispiel positiv ist, und der Luftzwischenraum D. unmittelbar hinter der zweiten Linse,die in dem zweiten Ausführungsbeispiel positiv ist. Obwohl es dadurch möglich ist, die Aberration zu kompensieren, indem der Abstand des Luftzwischenraums in der hinteren Linsengruppe geändert wird, ist es für die Korrektur der Aberration vorteilhaft, den Luftzwischenraum hinter der Blende so klein wie möglich zu machen, während es nachteilig ist, diesen vorher zum Zwecke der Abstandsänderung lang zu machen, weil dadurch die seitliche chromatische Aberration vergrößert wird. Ferner ergibt ein Mechanismus, welcher einen Abstand zwischen Linsen hinter der Blende ändert, ein Hindernis für verschiedene Verbindungsmechanismen zwischen Linsen und dem Kamerakörper, z.B. für den Mechanismus für die Blendenautomatik, wobei die Behinderung um so größer ist, je größer der Durchmesser der hintersteh Linse ist.

Die wesentlichen Merkmale eines stark korrigierten umgekehrten Teleobjektivs, mit einer vorderen zerstreuenden Linsengruppe und einer hinteren sammelnden Linsengruppe sind deshalb gemäß der Erfindung darin zu sehen, daß die vordere zerstreuende Linsengruppe einen veränderlichen Luftzwischenraum hat, in welchem der Lichtstrom von einem Objektpunkt auf der optischen Achse fast parallel zu der optischen Achse verläuft, und daß der Luftzwischenraum

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derart veränderlich ist, daß bei Scharfeinstellung des Objektivs auf ein Objekt in kurzer Entfernung der Luftzwischenraum fast proportional zu der Vorschublänge des gesamten Linsensystems verringert wird, so daß eine Verzeichnung des Bilds auch bei kurzen Entfernungen vermieden werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Linsensystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 bis 4 graphische Darstellungen der Aberration (sphärische Aberration, Astigmatismus, Verzeichnung) bei unendlicher Entfernung;

Fig. 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 gesamten Linsensystems;

Fig. 8 bis Io graphische Darstellungen der Aberration des ersten Ausführungsbeispiels im Falle der Einstellung auf eine Entfernung 17,24 von der Bildebene durch Vorschub des gesamten Linsensystems und gleichzeitige Änderung des Abstands zwischen den Linsen;

Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Linsensystems gemäß der Erfindung;

Fig. 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 gesamten Linsensystems in üblicher Weise; und

Fig. 18 bis 2o graphische Darstellungen der Aberration des zweiten Aueführungebeiepiels, bei einer Einstellung der Entfernung

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16,32 von der Bildebene und bei erfxndungsgemaßer Änderung des Abstands zwischen den Linsen.

Die numerischen Beispiele des Ausführungsbexspiels gemäß der E_rfindung lauten:

R ist der Krümmungsradius jeder brechenden Oberfläche;

D ist die Dicke jeder Linse oder des Luftabstands auf der optischen Achse;

N ist der Brechungsindex jeder Linse für die d-Linie; und V ist die Abbe'sehe Zahl für jede Linse.

Beispiel 1

f = 1, P = 4 2 GJ = Io4 hintere Brennweite = 2o714

R_ = 2,o62oo

D, = o,1149o N, = l,64ooo V. = 6o,2

R₂ = 1,1351ο

D_ = ο,3647ο

R₃ = 2,1126ο

D, = ο,1149ο Ν = 1,6968ο V- = 55_#2

R₄ = 1,ο45/8ο

D₄ = ο,397οο

R = 16,317οο

D.'* ο,2977ο N * 1,6889S V = 31,ο

R₆ = -4,8664ο

D, = Ο,θθ57ο

R₇ = 3_fo284o

Dl * Ο,27ο7ο Ν_Α * 1.64769 .-V₄ * 33^β ^ ν

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-46,156oo

D₀ = veränderlich 8

R₉ = 1,15200

D_g = o_fo575o N₅ = 1,7725ο V₅ = 49,5

^Rlo ⁼ °'⁴⁹¹⁴⁹

D₁ = ο,1571ο Io

l,757oo

D₁₁ = ο,5428ο N₆ = 1,5ο137 V₅ = 56,2 o,738o

D₁₂ = o,1264o

R₁₃ = -1,9668ο

= ο,2864ο N₇ = 1,56384 V_? = 60,

R₁₄ = I,o7o6o

D = _O/1989o N_ = 1,72151 V = 29,2 14 ο ο

^R15 ^{= 2}'⁴⁷⁸⁸°

D_1c = o,o429o

-2,5459ο

D₁₆ = O,o575o N₉ = 1,92286 V₉ = 2o,9

R₁₇ = 2,4755ο

D₁₇ = ο,252οο Ν_1ο = 1,48749 V_lQ =69,8

R₁₈ = -Ο,8ο556

D₁₈ = ο,οο57ο

R₁₉ = -4.752ΟΟ

D₁₉ = ο,1645ο N₁₁ = 1,7725ο ν_χ1 =49,5

R₂₀ = -1,167οο ^veränderlicher Luftabstand = D_Q

1Ü9844M

Entfernung co 17,24

D₀ o,o575 o,o25

Fig. 2 bis 4 zeigen die Aberration des obigen Ausführungs-. beispiels bei unendlicher Entfernung. F#ig. 5 bis 7 zeigen die Aberration des ersten Ausführungsbeispiels im Falle der Einstellung einer Entfernung 17,24 von der Bildebene, wobei der Luftabstand D_g beibehalten wird, woraus ersichtlich ist, daß der Astigmatismus und die Feldkrümmung beträchtlich verzerrt sind. Fig. 8 bis Io zeigen die Aberration bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn das ganze Linsensystem vorgeschoben ist, um eine Scharfeinstellung auf eine Entfernung 17,24 zu erzielen. Dabei wird der Luftabstand D₀ entsprechend der obigen Tabelle

geändert, weshalb aus der graphischen Darstellung ersichtlich ist, daß der Astigmatismus und die Feldkrümmung nicht verzerrt sind.

Beispiel 2

f =1 F = 2,8 2cy= 84o
hintere Brennweite =1,4916

R₁ = 1,7432ο

D₁ = o,o815o N₁ = 1,58913 V₁ = 61,ο

R₂ = ο,7914

D- = o,3o87

R₃ = 17,9249

D₃ = O_x2489 N₂ = 1,58913 V₃ = 61,0

. = -2,8661

D₄ = veränderlich

R₅ = 7,4418

D₅ = o,22ol N₃ = 1,57957 V₃ = 53,7

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= ο,4674

D- = ο,1857

= 1,841ο

D = ο,1142- N₄ = 1,8θ518 V = 25,4

R₀ = -9,2564 ο

D₀ = ο,οο41

R₉ = 1,3639

D_Q = ο,5ο27 Ν_Ε = 1,58913 V_c = 61,ο

= ο,1223

= -ο,8777

D₁₁ = Ο,ο979 N =1,8ο518 V_c = 25,4 JLX ο ο

= 2,4ο12

= O,lol9 N₇ - 1,72342 V_? = 37,9

R₁₃ = 1,5432

= ο,ο489

R₁₄ = -4,ο265

D₁. = O,lo6o N₀ = 1,713οο V₀ = 53,9 X 4 ο α

R = -ο,8657

D_1c = ο,οο61

R₁₆ = -4,2395

D₁₆ = ο,Hol N_g = 1,713OO V_g =. 53,9

R₁₇ = -1,ο165 ^veränderlicher Luftabstand - D

Entfernung co 16,32

D. ο,065 o,oo4

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- Io -

Die Figuren 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, weshalb ersichtlich ist, daß der Astigmatismus und die Feldkrümmung beträchtlich verzerrt sind. Fig. 18 bis zeigen die Aberration des obigen Ausführungsbeispiels bei einer Entfernung 16,32 von der Bildebene, wobei jedoch der Luftabstand D₄ entsprechend der obigen Tabelle geändert ist, weshalb weder der Astigmatismus noch die Feldkrümmung verzerrt sind.

- Patentansprüche -

109844Μ16Ϊ

Claims (4)

1. Patentansprüche

   (ll Umgekehrtes Teleobjektiv mit einer zerstreuenden vorderen Linsengruppe und einer sammelnden hinteren Linsengruppe, dadurch gekennze ichnet , daß die vordere zerstreuende Linsengruppe einen veränderlichen Luftabstand hat, in welchem der Lichtstrom von einem Objektpunkt auf der optischen Achse fast parallel zu der optischen Achse verläuft.
2. 2. Umgekehrtes Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabstand derart veränderlich ist, daß bei Fokussierung des Objektivs auf eine kurze Entfernung der Luftabstand fast proportional mit der Vorschublänge des gesamten Linsensystems verringert wird, so daß auch die Verzeichnung des Bilds bei kurzer Entfernung vermieden wird.
3. 3. Umgekehrtes Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere zerstreuende Linsengruppe mindestens eine negative Linsengruppe, eine positive Linsengruppe und eine negative Linsengruppe in dieser Reihenfolge enthält, und daß ein Zwischenabstand nach der positiven Linsengruppe veränderlich ist, so daß das Objektiv gut korrigiert ist.
4. 4. Umgekehrtes Teleobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichne t , daß der Luftabstand derart veränderlich ist, daß bei einer Fokussierung auf ein Objekt mit kurzer Entfernung der Luftabstand nahezu proportional zu der Vorschublänge des gesamten Linsensystems verringert ist, um eine Verzerrung des Bilds auch bei kurzen Entfernungen zu vermeiden.

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