DE19650724A1

DE19650724A1 - Fotografisches Linsensystem

Info

Publication number: DE19650724A1
Application number: DE19650724A
Authority: DE
Inventors: Moon-Hyun Kim
Original assignee: Samsung Aerospace Industries Ltd
Current assignee: Hanwha Aerospace Co Ltd
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1997-06-12
Also published as: CN1160215A; KR100388917B1; US5731908A; JPH09179004A; KR970048668A; JP3952092B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fotogratisches Lin sensystem und insbesondere ein fotografisches Linsensystem, welches bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet wird, um ein maßstäblich verkleinertes Bild mit einer von der Vertikalvergrößerung abweichenden Horizontalvergrößerung zu erzeugen.

Das am weitesten verbreitete optische System unter den elek trofotografischen Systemen, welche bei den bekannten ein äugigen Spiegelreflexkameras verwendet werden, stellt die Gauss-Standardlinse dar. Da bei einer Qualitätskamera das optische System einen ausreichenden Brennpunktabstand von der Linsenrückseite aufweisen sollte, verwenden diese Kameras eine Standardlinse, deren (Bild-)Hauptpunkt in der Rückfläche der letzten Linse liegt. Alternativ setzen hoch qualitative Kameras eine Retrofokuslinse ein, deren wich tigste Linse nahe der Rückfläche der letzten Linse angeord net ist.

Bekannte Gauss-Standardlinsen sind in den japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichungen Nr. 86-55089, 86-60414 und 84-25204 beschrieben.

Im Gegensatz hierzu tritt bei der Verwendung einer sphäri schen Linse oder einer rotierenden symmetrischen asphäri schen Linse in einem optischen System insofern ein Problem auf, als ein maßstäblich verkleinertes Bild mit identischen Vergrößerungen in horizontaler und vertikaler Richtung ent steht. Wenn ein gleichmäßiges Quadrat mit einem optischen System fotografiert wird, welches eine sphärische oder eine rotierende symmetrische asphärische Linse verwendet, wird ein Bild mit einer maßstäblich verkleinerten Form ausgebil det, welche dem gleichmäßigen Quadrat entspricht, wie in Fig. 5(a) dargestellt ist, da die Horizontal und Vertikal- Vergrößerungen gleich sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fotogra fisches Linsensystem zu schaffen, welches die Ausbildung einer Fotografie ermöglicht, bei der ein maßstäblich geän dertes Bild mit unterschiedlichen Horizontal- und Verti kalvergrößerungen bzw. -verkleinerungen erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombina tion des Hauptanspruchs gelöst; die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung.

Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein elektrofotografisches Linsensystem aus Sicht der Objekt seite eine erste Linsengruppe mit einer insgesamt positiven Brechkraft sowie eine zweite Linsengruppe mit einer insge samt positiven Brechkraft auf, wobei die ersten und zweiten Linsengruppen zumindest jeweils eine zylindrische Linse auf weisen und das fotografische Linsensystem die Bedingung: 1,0 < f₁/f₂ < 1,2 oder 0,83 < f₁/f₂ < 1,0 erfüllen, wobei f₁ die Brennweite in Y-Richtung und f₂ die Brennweite in Z-Richtung darstellen.

Des weiteren umfaßt die erste Linsengruppe aus Sicht der Ob jektseite eine erste Linse mit positiver Brechkraft und kon vex geformter Objektfläche, eine zweite Linse mit positiver Brechkraft und konvex geformter Objektfläche, eine dritte Linse mit negativer Brechkraft und konvex geformter Objekt fläche sowie eine vierte Linse mit einer zylindrischen Linse mit positiver oder negativer Brechkraft. Zudem umfaßt die zweite Linsengruppe eine zylinderförmige fünfte Linse mit zur Brechkraft der vierten Linse entgegengesetzter Brech kraft, eine sechste Linseneinheit mit zumindest einer Linse mit negativer Brechkraft und konkav geformter Objektfläche sowie eine siebte Linse mit positiver oder negativer Brech kraft.

Das fotografische Linsensystem der vorliegenden Erfindung erfüllt zudem die Bedingung: 1,21 < L_t/B_f < 1,37, wobei L_t die Dicke bzw. Abstand von der Objektfläche der ersten Linse zur Bildfläche der siebten Linse und Bf den Brennpunktab stand von der Linsenrückseite im Linsensystem darstellt.

Die vorgenannte allgemeine Beschreibung und die nachfolgende detaillierte Beschreibung stellen lediglich eine Erläuterung dar und schränken nicht die beanspruchte Erfindung ein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind teilweise in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor oder können bei Anwendung der Erfindung festgestellt werden. Die Merkmale und Vorteile der Erfindung sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargestellt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das fotografische Linsensystem der vorliegenden Er findung in Y-Richtung;

Fig. 2 das fotografische Linsensystem der vorliegenden Er findung in Z-Richtung;

Fig. 3(a)-3(c) die Aberration, den Astigmatismus und die Verzerrung der Linse in Y-Richtung des fotografi schen Linsensystems der Fig. 1 und 2;

Fig. 4(a)-4(c) die Aberration, den Astigmatismus und die Verzerrung der Linse in Z-Richtung des fotografi schen Linsensystems der Fig. 1 und 2;

Fig. 5(a) das Ergebnis einer Bildvergrößerung mit einem be kannten fotografischen Linsensystem; und

Fig. 5(b) das Ergebnis einer Bildvergrößerung mit dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Linsensystem.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Ein Beispiel dieser Ausführungsform ist in der beigefügten Zeichnung dar gestellt. Sofern möglich werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Bauteile der Zeichnung verwendet.

In den Fig. 1 und 2 ist ein fotogratisches Linsensystem ent sprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung dargestellt. Es umfaßt von der Objektseite beginnend eine erste Linsen- bzw. Objektivgruppe I und eine zweite Linsen- bzw. Objektivgruppe II. Die erste Linsen gruppe I weist eine erste Linse 1 mit einer positiven Brech kraft; eine zweite Linse 2 mit einer positiven Brechkraft; eine dritte Linse 3 mit einer negativen Brechkraft und eine zylindrische vierte Linse 4 mit einer negativen Brechkraft auf.

Die zweite Linsengruppe II weist eine zylindrische Linse 5 mit positiver Brechkraft; eine sechste Linseneinheit 6 mit zumindest einer Linse mit negativer Brechkraft; und eine siebte Linse 7 mit positiver Brechkraft auf.

Die erste Linse 1 hat eine konvex geformte Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r1 sowie eine Bildfläche mit einem Krümmungsradius r2. Die zweite Linse 2 weist eine konvex ge formte Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r3 und eine Bildfläche mit einem Krümmungsradius r4 auf. Die dritte Lin se 3 hat eine geringfügig konvex geformte Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r5 und eine konkav geformte Bildfläche mit einem Krümmungsradius r6. Die vierte Linse 4 weist eine Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r7 und eine Bild fläche mit einem Krümmungsradius r8 auf. Schließlich umfaßt die fünfte Linse eine zylindrische Linse 5, welche eine kon vex geformte Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r10 und eine Bildfläche mit einem Krümmungsradius r11 aufweist. Die Einheit der sechsten Linse 6 umfaßt eine Linse mit einer konkav geformten Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r12 und einer geringfügig konkav geformten Bildfläche mit einem Krümmungsradius r13, eine Linse mit einer Objektivflä che, welche an der Bildfläche mit einem Krümmungsradius r13 befestigt bzw. angekittet ist, sowie eine konvex geformte Bildfläche mit einem Krümmungsradius r14. Schließlich weist die Linse 7 eine konvex geformte Objektivfläche mit einem Krümmungsradius r15 und eine konvex geformte Bildfläche mit einem Krümmungsradius r16 auf.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist lediglich die sechste Linseneinheit 6 mehr als eine Linse auf und die ver bleibenden Linsen bestehen lediglich aus einer einzelnen Linse. Die fünfte Linse 5 kann auch mehr als eine Linse auf weisen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Zusammensetzung bzw. diesen Aufbau begrenzt. Solange die Linsen 1 bis 7 in Kombination die nachfolgend dargestellten Charakteristika erfüllen, kann eine der oder alle Linsen 1 bis 7 eine Linseneinheit mit mehr als einer Linse aufweisen.

Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung kann ein Bild erzeugt werden, dessen Hori zontalvergrößerung von der Vertikalvergrößerung abweicht. Alternativ können die Brennpunktabstände von den Linsenrück seiten in den Y- und Z-Richtungen gleichgesetzt werden, wäh rend die Brennpunktweite der Vertikalrichtung (Z-Richtung) von der der Vertikalrichtung (Y-Richtung) abweicht. Hierbei umfaßt das fotografische Linsensystem zudem zumindest eine zylindrische Linse, die in Z-Richtung keine Brechkraft und in Y-Richtung eine positive Brechkraft aufweist, sowie zu mindest eine zylindrische Linse, welche in Z-Richtung keine Brechkraft und in Y-Richtung eine negative Brechkraft auf weist.

Um die Aberration eines Bildes zu korrigieren weist die er ste Linsengruppe I zwei Meniskuslinsen, von denen jede eine konvex geformte Objektivfläche und eine positive Brechkraft hat, sowie eine Meniskuslinse mit einer negativen Brechkraft auf. Des weiteren hat die zweite Linsengruppe II zwei bikon vexe Linsen, von denen jede eine positive Brechkraft auf weist, sowie eine bikonkave Linse mit einer negativen Brech kraft.

Im folgenden sind tabellarisch die Bedingungen für das foto grafische Linsensystem des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung dargestellt:

1,0 < f₁/f₂ < 1,2 (1)
0,83 < f₁/f₂ < 1,0 (2)
1,21 < L_t/B_f < 1,37 (3)

wobei f₁ die Brennpunktweite in Z-Richtung, L_t die Dicke von der Oberfläche der ersten Linse 1 zur Oberfläche der siebten Linse 7 sowie B_f den Brennpunktabstand von der Rückseite im Linsensystem bezeichnet.

Die Bedingung (1) betrifft die Horizontal- und Vertikalver größerung des Bildes. Wenn der obere Grenzwert des Zustandes (1) überschritten wird, ist es schwieriger, die Brennweite in Y- und Z-Richtung aufgrund des großen Unterschiedes zwi schen den Brennweiten in Y- und Z-Richtung gleichzusetzen. Zudem kann ein deutliches Bild aufgrund der erhöhten Aberra tion bzw. Linsenfehlers nur schwerlich erzielt werden.

Die Bedingung (2) betrifft die Vergrößerungsresultate, wobei die Horizontalvergrößerung größer als die Vertikalver größerung bzw. -verkleinerung eingestellt wird, indem das komplette Linsensystem um 90° gedreht wird.

Die Bedingung (3) betrifft die komplette Länge und den Brennpunktabstand von der Rückseite des Linsensystems. Wenn der obere Grenzwert des Zustandes (3) überschritten wird, wird der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite sehr klein. Somit kann das Linsensystem nicht in einer hochquali tativen Kamera eingesetzt werden. Ferner wird das Linsensy stem sehr dick und der Abstand zwischen den Linsen verlän gert. Demzufolge wird die Gesamtlänge des Linsensystems ver größert und das Gewicht des Linsensystems erhöht.

Wenn andererseits der untere Grenzwert der Bedingung (3) unterschritten wird, wird der Abstand zwischen den Linsen verkürzt und das Linsensystem sehr dünn. Demzufolge nimmt die Aberration zu und die Ausgestaltung einer kompakten Ka mera ist unmöglich, da der Abstand zwischen der ersten Linse 1 und der Bildfläche aufgrund des größeren Brennpunktabstan des von der Linsenrückseite zunimmt.

Entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung wird eine rotierende symmetrisch asphäri sche Linse sowohl für die ersten Linse 1 als auch die zweite Linse 2 verwendet.

Der Koeffizient der asphärischen Fläche des Linsensystems, welcher die oben genannten Bedingungen (1)-(3) erfüllt, wird durch die folgende Gleichung vorgegeben:

wobei X den optischen Achsenabstand vom Linsenscheitel bzw. -Vertex, y den Vertikalabstand der optischen Achse, C den reziproken Wert des Krümmungsradius, K die Konizitätszahl und A₄, A₆, A₈ und A₁₀ asphärische Koeffizienten bezeichnen. Die Werte, welche oben genannte Bedingungen erfüllen, sind nachfolgend beschrieben.

In Tabelle 1 wird der Krümmungsradius einer Brechungsfläche durch ri (i=1-16), die Linsenstärke oder der Abstand zwi schen Linsen durch di (i=1-16), d-Linien Brechungsindizes einer Linse durch nd, die Abbesche Zahl einer Linse durch ν, die Vergrößerung des kompletten optischen Systems durch m und der halbe Sichtwinkel durch ω dargestellt.

In Tabelle 1 beträgt der halbe Sichtwinkel ω in Y-Richtung 50,42°, die Brennpunktlänge f in Y-Richtung 49,592 mm und der Blendenwert F in Y-Richtung 2,0. Des weiteren beträgt der halbe Sichtwinkel ω in Z-Richtung 42,260, die Brenn punktlänge f in Z-Richtung 56,550 mm und der Blendenwert F in Z-Richtung 2,0.

Tabelle 1

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung variieren der Abstand zwischen den Linsen und die Dicke als auch der Koeffizient der asphärischen Fläche ent sprechend dem in den Tabellen 2 und 3 dargestellten Sicht winkel.

Tabelle 2

Tabelle 3

Wie oben beschrieben liefert das fotografische Linsensystem entsprechend den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er findung die folgenden Vorteile. Zum ersten kann sie ein maß stäblich verkleinertes Bild mit unterschiedlichen Horizon tal- und Vertikalvergrößerungen erzeugen, so daß ein Bild mit variabler Vergrößerung entsprechend den Anforderungen durch den Benutzer erzielt wird. Zum zweiten kann ein Bild erzeugt werden, welches an gleicher Position ausgebildet wird, indem die Horizontal- und Vertikalvergrößerung unter schiedlich aufgrund des Brennpunktabstandes von der Linsen rückseite in Y-Richtung eingestellt werden, welcher vom Brennpunktabstand in Z-Richtung abweicht, während die Brenn punktweiten in Y- und Z-Richtung gleichgesetzt werden. Zum dritten kann das fotografische Linsensystem in einer hoch qualitativen Kamera mit einem relativ großen Blendenver hältnis und einem guten Wirkungsgrad bei der Erzeugung eines Bildes eingesetzt werden.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein foto grafisches Linsensystem, welches aus Sicht der Objektseite eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft auf weist, wobei die ersten und zweiten Linsengruppen zumindest eine zylindrische Linse umfassen und das fotografische Lin sensystem die Bedingung: 1,0 < f₁/f₂ < 1,2 erfüllt, wobei f₁ die Brennweite in Y-Richtung und f₂ die Brennweite in Z-Richtung darstellt. Das fotografische Linsensystem ermög licht die Ausbildung eines Bildes an der gleichen Position, indem die Horizontalvergrößerung unterschiedlich zur Verti kalvergrößerung aufgrund des Brennpunktabstandes von der Linsenrückseite in Y-Richtung eingestellt wird, welcher sich vom Brennpunktabstand in Z-Richtung unterscheidet, während die Brennpunktweiten in Y- und Z-Richtung gleichgesetzt wer den. Das fotografische Linsensystem kann bei einer hochqua litativen Kamera mit einem relativ großen Blendenverhältnis und einem adäquaten Wirkungsgrad für die Bildgestaltung ein gesetzt werden.

Claims

1. Fotografisches Linsensystem, welches ausgehend von der Objektseite:
eine erste Linsengruppe (I) mit einer insgesamt positi ven Brechkraft; und
eine zweite Linsengruppe (II) mit einer insgesamt posi tiven Brechkraft aufweist, wobei sowohl die erste als auch zweite Linsengruppe (I, II) zumindest eine zylin drische Linse umfassen und das fotografische Linsensy stem die folgende Bedingung erfüllt: 1,0 < f₁/f₂ < 1,2, wobei f₁ die Brennweite in Y-Richtung und f₂ die Brenn weite in Z-Richtung bezeichnet.

2. Fotografisches Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die ersten Linsengruppe (I) ausgehend von der Objektivseite folgende Elemente umfaßt:
eine erste Linse (1) mit einer positiven Brechkraft und einer konvex geformten Objektivfläche;
eine zweite Linse (2) mit einer positiven Brechkraft und einer konvex geformten Objektivfläche;
eine dritte Linse (3) mit einer negativen Brechkraft und einer konvex geformten Objektivfläche; und
eine vierte Linse (4), welche eine zylindrische Linse aufweist, die eine negative Brechkraft hat;
und daß die zweite Linsengruppe (II) folgende Elemente umfaßt:
eine fünfte Linse (5) , welche eine zylindrische Linse aufweist, die eine positive Brechkraft hat;
eine sechste Linseneinheit (6) mit zumindest einer Lin se, die eine negative Brechkraft und eine konkav geform te Objektivfläche aufweist; und
eine siebte Linse (7) mit einer positiven oder negativen Brechkraft.

3. Fotografisches Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß das Linsensystem die folgende Bedingung erfüllt: 1,21 < L_t/B_f < 1,37, wobei L_t die Dicke von der Objektivfläche der ersten Linse zu einer Bildfläche der siebten Linse und B_f den Brennpunktab stand von der Linsenrückseite im Linsensystem darstellt.

4. Fotografisches Linsensystem nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß sowohl die erste Linse (1) als auch die zweite Linse (2) zumindest eine asphärische Linse aufweisen.