DE2617727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Teleobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Teleobjektiv, wie es aus der DE-OS 22 06 106 bekannt ist, weist eine vordere sammelnde Linsengruppe und eine dazu axial im Abstand angeordnete hintere zerstreuende Linsengruppe auf. Im allgemeinen wird das Fokussieren eines derartigen Teleobjektivs so durchgeführt, daß das gesamte Linsensystem entlang der gemeinsamen optischen Achse verschoben wird; andererseits kann aber das Fokussieren durch eine Bewegung von entweder der vorderen oder hinteren Linsengruppe durchgeführt werden.

Wenn das Teleobjektiv zur Fokussierung als Ganzes bewegt wird, nimmt die Größe der axialen Bewegung des gesamten Linsensystems über den Fokussierbereich zu, was eine Vergrößerung im Gewicht und in den Ausmaßen des Objektivs sowie im Drehmoment seines Fokussierungsmechanismus und in den Produktionskosten bewirkt, und es ist schwieriger, das Gewicht und die Ausmaße des vollständigen Teleobjektivs innerhalb leicht zu handhabender Proportionen zu halten.

Bei einem Teleobjektiv, bei dem die hintere Linsengruppe zur Fokussierung bewegt wird, ist es möglich, den Fokussierungsmechanismus in den Ausmaßen zu verringern. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Teleobjektivs liegt darin, daß die vordere Linsengruppe in ortsfester gesicherter Position zu einem Kamerakörper gehalten werden kann, da der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der vorderen Linsengruppe und der Bildebene innerhalb des Gehäuses des Kamerakörpers konstant gehalten wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß ein Verwackeln des Bildes an der Brennebene durch kleine zufällige Bewegungen der Objektiv- Kameraeinheit hervorgerufen wird, verringert ist.

Andererseits ist ein derartiges Teleobjektiv anfällig für große Änderungen der Aberrationen, insbesondere der sphärischen Aberrationen, während des Fokussierens, und es ist schwierig, die Abbildungsleistung über den gesamten Fokussierbereich zu erhalten. Es ist auch schon versucht worden, ein Teleobjektiv zu schaffen, bei dem das Fokussieren keine großen Änderungen der Aberrationen hervorruft. Ein Beispiel dafür ist in der US-PS 38 54 797 beschrieben, bei der die hintere Linsengruppe in eine Mehrzahl von Untergruppen aufgeteilt ist. Dabei wird zur Einstellung des Teleobjektivs für geringere Objektentfernungen eine bildseitig angeordnete Untergruppe mit negativer Brechkraft in Richtung der Bildebene und eine weitere Untergruppe mit negativer Brechkraft, die objektseitig zu der erstgenannten Untergruppe angeordnet ist, axial in Richtung des Objektes verschoben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Teleobjektiv der bekannten Art zu schaffen, das möglichst benutzerfreundlich, bequem und rasch fokussierbar sowie mit nur geringer Änderung der Abbildungsleistung scharf einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch das Teleobjektiv gemäß Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird zur Fokussierung des Teleobjektivs auf ein näheres Objekt die sammelnde Untergruppe der hinteren Linsengruppe in Richtung zum Objekt verschoben. Um eine gute Stabilisierung der Aberrationen während des Fokussierens zu erreichen, wird die hintere Linsengruppe des Teleobjektivs so aufgebaut, daß sowohl die bewegbare sammelnde Untergruppe als auch die ortsfeste zerstreuende Untergruppe aus einer Mehrzahl von Linsen aufgebaut ist, die mindestens eine sammelnde Linse und mindestens eine zerstreuende Linse einschließen. Die am stärksten gekrümmte positive Linsenfläche der sammelnden Untergruppe ist dabei objektseitig konvex. Die ortsfeste zerstreuende Untergruppe ist auf der Bildseite der bewegbaren sammelnden Untergruppe angeordnet, wobei die am stärksten gekrümmte negative Linsenfläche dieser Untergruppe ebenfalls objektseitig konvex ist. Die einzelnen Linsen der Untergruppen können entweder an ihren Kontaktflächen miteinander verkittet sein oder zwischen sich einen Luftabstand bilden. In der sammelnden Untergruppe ist die mittlere Abbesche Zahl der positiven Linsen größer als die mittlere Abbesche Zahl der negativen Linsen, und in der zerstreuenden Untergruppe ist die mittlere Abbesche Zahl der positiven Linsen kleiner als die mittlere Abbesche Zahl der negativen Linsen. Ein großer Anteil der positiven oder der negativen Brechkraft in jeder Untergruppe kann nicht nur auf eine einzelne Oberfläche konzentriert, sondern auf beispielsweise zwei Oberflächen aufgeteilt sein. In diesem Fall müssen nicht immer die objektseitig erste Oberfläche mit der am stärksten gekrümmten positiven Oberfläche der hinteren Linsengruppe und die hintere Oberfläche mit der am stärksten gekrümmten negativen Oberfläche übereinstimmen.

Aus der US-PS 25 03 798 ist es grundsätzlich bekannt, das Fokussieren eines Objektivs zu erreichen, indem nur eine Linse bewegt wird. Allerdings handelt es sich dabei nicht um ein Teleobjektiv und die bewegbare Linse ist eine Meniskuslinse negativer Brechkraft, die in hinterster Position des Objektivs angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Teleobjektivs bei zwei unterschiedlichen Fokussierungseinstellungen, wobei (1) für ein unendlich weit entferntes Objekt gilt und (2) für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten (LE) gilt;

Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Aberrationskurven des ersten Ausführungsbeispiels, vorausgesetzt, daß die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels als die Parameterwerte für den Aufbau verwendet werden;

Fig. 4 zeigt die Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Teleobjektivs;

Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene Aberrationskurven für unendlich weit entfernte und endlich weit entfernte Objekte, vorausgesetzt, daß die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden;

Fig. 7 zeigt die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels des Teleobjektivs;

Fig. 8 und 9 zeigen verschiedene Aberrationskurven für unendlich weit entfernte und endlich weit entfernte Objekte, vorausgesetzt, daß die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels verwendet werden;

Fig. 10 zeigt die Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels des Teleobjektivs;

Fig. 11 und 12 zeigen verschiedene Aberrationskurven für unendlich weit entfernte und endlich weit entfernte Objekte, vorausgesetzt, daß die numerischen Daten des vierten Ausführungsbeispiels verwendet werden.

Ein Teleobjektiv, bei dem die Fokussierung an einer Untergruppe vorgesehen ist, die einen Teil der hinteren Linsengruppe bildet, kann für geringere Objektentfernungen durch ein axiales Verschieben der Untergruppe gegen das Objekt oder gegen das Bild fokussiert werden, abhängig davon, ob sie eine positive oder eine negative Brechkraft besitzt. In den in Fig. 1, 4, 7 und 10 dargestellten Ausführungsbeispielen wird das erstere Verfahren verwendet. In diesen Figuren ist die vordere Linsengruppe mit F und die hintere Linsengruppe mit R bezeichnet, wobei eine bewegbare Untergruppe mit A und eine ortsfeste Untergruppe mit B gekennzeichnet ist.

Da die Untergruppe mit einer positiven Brechkraft, d. h. die sammelnde bewegbare Untergruppe A, gegen das Objekt bewegt wird, vergrößert sich die Einfallshöhe des axialen Strahls an jeder Linsenoberfläche dieser Untergruppe, womit eine negative sphärische Aberration erzeugt wird. Aus diesem Grunde muß die am stärksten positive Oberfläche (R 7) in der sammelnden Untergruppe A so ausgelegt sein, daß sie objektseitig konvex ist. Ansonsten würde beim Fokussieren eine große Änderung der sphärischen Aberration auftreten.

Andererseits trägt die objektseitige konvexe Krümmung der am stärksten positiven Oberfläche zur Erzeugung eines Asymmetriefehlers nach außen und eines negativen Astigmatismus bei. Um dies auszugleichen, ist es notwendig, die am stärksten negative Oberfläche (R 12 oder R 13) bildseitig konkav bzw. objektseitig konvex anzuordnen. Ansonsten wäre es sehr schwierig, eine annehmbare Korrektur des Asymmetriefehlers (Koma) und des Astigmatismus zu erreichen.

Eine Erhöhung der Brechkraft der bewegbaren sammelnden Untergruppe A vermindert den zur Fokussierung notwendigen Betrag seiner axialen Bewegung, bewirkt aber eine Änderung der sphärischen Aberration in Richtung einer Vergrößerung. Wenn die sammelnde Untergruppe A dagegen eine geringere Brechkraft aufweist, sind der Betrag der axialen Verschiebung der sammelnden Untergruppe Aund ebenso die Größe des vollständigen Teleobjektivs quer zur optischen Achse größer.

Um einen guten Kompromiß zwischen den Anforderungen zu erreichen, die Abmessungen der sammelnden Untergruppe A klein zu halten und ein hohes Ausmaß einer Stabilisierung der sphärischen Aberration während des Fokussierens zu schaffen, sollte deshalb die Brennweite der bewegbaren sammelnden Untergruppe A zwischen 0,2×f und 2×f liegen, wobei f die Brennweite des gesamten Objektivs bei einer Einstellung auf ein unendlich weit entferntes Objekt ist. Wird die obere Grenze verletzt, so wird der Linsendurchmesser zu groß, während eine Verletzung der unteren Grenze eine große Änderung der sphärischen Aberration nach sich zieht.

Um die Stabilisierung der chromatischen Aberration zu unterstützen, ist es wünschenswert, die bewegbare sammelnde Untergruppe A und ebenso die ortsfeste zerstreuende Untergruppe B für sich selbst chromatisch zu korrigieren. Wenn Va 1 die mittlere Abbesche Zahl des Materials, aus dem die positiven Linsen in der bewegbaren sammelnden Untergruppe A hergestellt sind, Va 2 die mittlere Abbesche Zahl für die negativen Linsen in der sammelnden Untergruppe A, Vb 1 die mittlere Abbesche Zahl des Materials, aus dem die positiven Linsen in der ortsfesten zerstreuenden Untergruppe B hergestellt sind, und Vb 2 die mittlere Abbesche Zahl für die negativen Linsen in der zerstreuenden Untergruppe B bezeichnet, dann soll vorzugsweise Va 1 größer als Va 2 und Vb 1 kleiner als Vb 2 sein.

Die vier in den Fig. 1, 4, 7 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiele des Teleobjektivs können gemäß den in den Tabellen 1, 4, 7 und 10 angegebenen numerischen Daten konstruiert werden, in denen die Krümmungsradien R, die axialen Abstände D zwischen den aufeinanderfolgenden Oberflächen, die Brechungsindices Nd für die α-Linie und die Abbeschen Zahlen vd für die verschiedenen Linsenelemente in Verbindung mit den entsprechenden Zahlen angegeben sind, wobei die Zahlen von der Objektseite zur Bildseite gezählt sind und die einzelnen brechenden Oberflächen, Radien, Abstände und Linsenelemente kennzeichnen. Die negativen Werte der Radien R bezeichnen objektseitig konkave Oberflächen. Zusätzlich sind die Änderungen der axialen Abstände zwischen der vorderen Linsengruppe F und der bewegbaren sammelnden Untergruppe A und zwischen der bewegbaren sammelnden Untergruppe A und der ortsfesten zerstreuenden Untergruppe B angegeben, wenn die Einstellung des Teleobjektivs von einem unendlich weit entfernten Objekt auf ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten, die von der Bildebene aus gemessen sind, geändert wird. Die Werte der Radien und der Abstände in den Tabellen sind in Längeneinheiten, vorzugsweise in mm, angegeben. Die Aberrationskoeffizienten des Teleobjektivs der Fig. 1, 4, 7 und 10 sind für eine Einstellung auf ein unendlich weit entferntes Objekt in den Tabellen 2, 5, 8 und 11 angegeben, während die Aberrationskoeffizienten für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten in den Tabellen 3, 6, 9 und 12 angegeben sind. Es gelten folgende Abkürzungen: L=axiale chromatische Aberration, T=laterale chromatische Aberration, SA=sphärische Aberration, CM=Koma, AS=Astigmatismus, PT=Petzvalsche Summe und DS=Verzeichnung. In den Fig. 2A bis 2D sind die sphärische Aberration, der Astigmatismus, die Verzeichnung und die Koma des Teleobjektivs der Fig. 1 (1) für ein unendlich weit entferntes Objekt graphisch dargestellt. In den Fig. 3A bis 3B sind die unterschiedlichen Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 1 (2) für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten dargestellt (von der Bildebene aus gemessen). Fig. 5A bis 5D zeigen unterschiedliche Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 4 (1) für ein unendlich weit entferntes Objekt, während die Fig. 6A bis 6D die Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 4 (2) für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten darstellen. Die Fig. 8A bis 8D zeigen die unterschiedlichen Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 7 (1) für ein unendlich weit entferntes Objekt, während die Fig. 9A bis 9D die Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 7 (2) für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten darstellen. Die unterschiedlichen Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 10 (1) für ein unendlich weit entferntes Objekt und die Aberrationen des Teleobjektivs der Fig. 10 (2) für ein Objekt in einer Entfernung von 6000 Längeneinheiten sind in den entsprechenden Fig. 11A bis 11D und 12A bis 12D dargestellt.

1. Ausführungsbeispiel

Tabelle 1 bezieht sich auf ein System mit einer Gesamtbrennweite f=286,3 LE, mit einer sammelnden Untergruppe A (Brennweite fa=80 LE) und mit einer zerstreuenden Untergruppe B (Brennweite fb=-53,1 LE), mit einer hinteren Schnittweite s′=100,5 LE, einer relativen Öffnung von 1 : 4 und mit einem Bildfeld von 2 ω=2 · 4,3°.

Tabelle 1

Tabelle 2

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt im Unendlichen

Tabelle 3

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt in einer Entfernung von 6000 LE

2. Ausführungsbeispiel

f = 293,9;  s′ = 104,42;  F = 4;  ω = 4,2° fa = 100 fb = -61,1

Tabelle 5

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt im Unendlichen

Tabelle 6

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt in einer Entfernung von 6000 LE

3. Ausführungsbeispiel

f = 293,1;  s′ = 110,76;  F = 4;  ω = 4,2° fa = 270 fb = -151,4

Tabelle 8

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt im Unendlichen

Tabelle 9

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt in einer Entfernung von 6000 LE

4. Ausführungsbeispiel

f =  292,9;  s′ = 111,49;  F = 4;  ω = 4,2° fa =  450 fb = -210,3

Tabelle 11

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt im Unendlichen

Tabelle 12

Aberrationskoeffizienten bei einem Objekt in einer Entfernung von 6000 LE

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu sehen, daß bei dem Teleobjektiv die hintere Linsengruppe in mindestens zwei Untergruppen aufgeteilt ist, von denen eine während des Fokussierens ortsfest und die andere axial verschiebbar ist und das Fokussieren bewirkt, wodurch es möglich gemacht ist, eine schnelle Fokuseinstellung mittels eines Betätigungsmechanismus zu erreichen, der sehr einfach aufgebaut ist. Zusätzlich sind die Untergruppen der hinteren Linsengruppe so angeordnet, daß ein hohes Ausmaß an Stabilisierung der unterschiedlichen Bildaberrationen über den Fokussierungsbereich gegeben ist, wobei die objektseitig erste Untergruppe zur Fokussierung bewegbar ausgebildet ist und eine positive Brechkraft aufweist, wobei ihre am stärksten gekrümmte positive Linsenfläche objektseitig konvex ist, und die hintere Untergruppe so ausgebildet ist, daß sie während des Fokussierens ortsfest ist und eine negative Brechkraft aufweist, wobei ihre am stärksten gekrümmte negative Linsenfläche bildseitig konkav bzw. objektseitig konvex ist.

Claims (7)

1. Teleobjektiv mit einer vorderen sammelnden Linsengruppe (F) und einer hinteren zerstreuenden Linsengruppe (R), die aus mindestens einer sammelnden Untergruppe (A) und mindestens einer bildseitig davon angeordneten zerstreuenden Untergruppe (B) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung des Objektivs auf ein näheres Objekt die sammelnde Untergruppe (A) in Richtung zum Objekt verschiebbar ist, während die vordere Linsengruppe (F) und die zerstreuende Untergruppe (B) ortsfest sind, und daß sowohl die sammelnde Untergruppe (A) als auch die zerstreuende Untergruppe (B) aus mindestens einer positiven Linse (R₇, R₈ bzw. R₁₁, R₁₂; R₇, R₈ bzw. R₁₀, R₁₁) und mindestens einer negativen Linse (R₉, R₁₀ bzw. R₁₂, R₁₃; R₈, R₉ bzw. R₁₁, R₁₂) bestehen, wobei die mittlere Abbesche Zahl (Va 1 bzw. Vb 1) der positiven Linsen in der sammelnden Untergruppe (A) größer und in der zerstreuenden Untergruppe (B) kleiner als die mittlere Abbesche Zahl (Va 2 bzw. Vb 2) der negativen Linsen ist und wobei die am stärksten gekrümmte positive Linsenfläche der sammelnden Untergruppe (A) und die am stärksten gekrümmte negative Linsenfläche der zerstreuenden Untergruppe (B) objektseitig konvex sind.

2. Teleobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sammelnde Untergruppe (A) eine in Richtung Objekt konvexe vordere Oberfläche (R₇) aufweist und daß die ortsfeste zerstreuende Untergruppe (B) eine in Richtung Bild konkave hintere Oberfläche (R₁₃) aufweist.

3. Teleobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsenfläche der sammelnden Untergruppe (A) und die letzte Linsenfläche der zerstreuenden Untergruppe (B) jeweils deren am stärksten gekrümmte positive bzw. negative Linsenfläche ist.

4. Teleobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite (fa) der sammelnden Untergruppe (A) größer als ¹/₅ und kleiner als das doppelte der Brennweite (f) des Teleobjektivs bei einer Einstellung auf eine unendliche Entfernung ist.

5. Teleobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Linsengruppe (F) eine positive Linse (R₁, R₂), eine negative Linse (R₃, R₄) und eine positive Linse (R₅, R₆) aufweist.

6. Teleobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sammelnde Untergruppe (A) und die zerstreuende Untergruppe (B) jeweils aus einer bikonvexen Linse (R₇, R₈ bzw. R₁₁, R₁₂) und einer bikonkaven Linse (R₉, R₁₀ bzw. R₁₂, R₁₃) besteht.

7. Teleobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sammelnde Untergruppe (A) und die zerstreuende Untergruppe (B) jeweils aus einer positiven Meniskuslinse (R₇, R₈ bzw. R₁₀, R₁₁) und einer negativen Meniskuslinse (R₈, R₉ bzw. R₁₁, R₁₂) besteht.