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Optisches Linsensystem Die Erfindung betrifft ein Objektiv, insbesondere
für fotografische Zwecke, das für sphärische und chromatische Aberrationen, Coma,
Astigmatismus, Bildfeldwölbung und Verzeichnis korrigiert ist und zwei zusammengesetzte
Meniskuskomponenten besitzt, deren Außenflächen konkav zu einer zwischen ihnen angeordneten
Blende ist und die zwischen einfachen sammelnden Komponenten angeordnet sind.
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Objektive dieser Art mit vier Komponenten sind seit langer Zeit bekannt
und wurden für einen hohen Korrektionsstand aller primären Aberrationen entwickelt.
Es wurden bereits zahlreiche Abwandlungen eines Vierkomponentenobjektivs dieser
Art vorgeschlagen, die auch oftmals fünf oder mehr Komponenten an Stelle der üblichen
vier Komponenten enthielten, um auch für Aberrationen höherer Ordnung Korrektionen
zu erhalten. Mit diesen abgewandelten Objektiven können sowohl für primäre Aberrationen
als auch für Aberrationen höherer Ordnung gute Korrektionen bei großer relativer
Öffnung und kleiner oder mittlerer hinterer Schnittweite erreicht werden. Sobald
eine große hintere Schnittweite erforderlich wurde, wurde eine gleichartige Korrektion
bisher nur auf Kosten einer verminderten relativen Öffnung erhalten.
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Die ältere Patentanmeldung T 14 479 IX/42h des Erfinders betrifft
ein Fünfkomponentenobjektiv der obengenannten Art mit einer mittelgroßen hinteren
Schnittweite, bei dem ein hoher Korrektionsstand sowohl für zonale sphärische Aberration
als auch für schiefe Aberrationen über einen großen Öffnungswinkel bei einer mittleren
relativen Öffnung etwa zwischen F/1,8 und F/3,0 erzielt wird, während zugleich ein
hoher Korrektionsstand für die primären Aberrationen erreicht wird. Bei diesem genannten
Objektiv liegt der Betrag der Summen der Krümmungsradien der hinteren Oberfläche
der vorderen zusammengesetzten Meniskuskomponenten und der vorderen Oberfläche der
hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponenten zwischen dem 1,33- und dem 2,33fachen
des axialen Luftzwischenraumes zwischen diesen Oberflächen, während die axiale Dicke
der vorderen zusammengesetzten Meniskuskomponente zwischen 0,1 Fund 0,16 F und die
axiale Dicke der hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponente zwischen0,08 F und
0,14F liegt, wobei F die äquivalente Brennweite des Gesamtobjektivs ist.
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Die Erfindung bezweckt, ein verbessertes Objektiv der eingangs genannten
Art zu schaffen, das im Gegensatz zu dem Objektiv, das Gegenstand der obengenannten
älteren Patentanmeldung ist, eine große hintere Schnittweite besitzt und dabei gleichzeitig
einen hohen Korrektionsstand sowohl für primäre Aberrationen als auch für Aberrationen
höherer Ordnung, insbesondere für zonale sphärische Aberration bei einer großen
relativen Öffnung aufweist, die etwa in der Größenordnung von F/1,4 liegt.
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Das erfindungsgemäße Objektiv umfaßt zwei zusammengesetzte Meniskuskomponenten,
deren Außenflächen konkav zu einer zwischen ihnen angeordneten Blende sind, eine
einfache sammelnde Komponente vor diesen zusammengesetzten Komponenten und zwei
einfache sammelnde Komponenten hinter diesen zusammengesetzten Komponenten, wobei
der Betrag der Summe der Krümmungsradien der hinteren Fläche der vorderen zusammengesetzten
Meniskuskomponenten und der vorderen Oberfläche der hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponente
zwischen dem 1,33- und 2,33fachen der axialen Länge des Luftzwischenraumes zwischen
diesen Oberflächen liegt, während die Summe der äquivalenten Brechkraft der beiden
zusammengesetzten Meniskuskomponenten zwischen -0,7/F und -1,1/F liegt, wenn F die
äquivalente Brennweite des Gesamtobjektivs ist, und wobei die Brechkraft der hinteren
Oberfläche der hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponente zwischen dem 2- und
dem 7fachen des reziproken Wertes der Summe der äquivalenten Brennweiten der zwei
einfachen, sammelnden hinteren Komponenten liegt.
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Bei diesem Objektiv ist die starke Krümmung der hinteren Oberfläche
der vorderen zusammengesetzten Meniskuskomponente und der vorderen Oberfläche der
hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponente im Verhältnis zu dem axialen Luftzwischenraum
zwischen diesen Oberflächen zusammen mit der hohen Brechkraft der hinteren Oberfläche
der hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponente im Verhältnis zu der Summe der:
äquivalenten Brennweiten der beiden einfachen sammelnden hinteren Komponenten wichtig
zur Erlangung einer guten Korrektion für Aberrationen, wobei das zuletzt genannte
Merkmal besonders wichtig für die Korrektion zonaler sphärischer Aberration ist,
während die äquivalente Brechkraft der beiden zusammengesetzten
Meniskuskomponenten
zur Erzielung einer langen hinteren Schnittweite ohne einen Verlust an Korrektion
für Aberrationen von Bedeutung ist.
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Es ist ersichtlich, daß die Ausdrücke »vorn« und »hinten« hierbei
in der üblichen Weise verwendet werden, um die Seiten des Objektivs, die jeweils
näher bei oder weiter weg von der längeren Konjugierten liegen, zu kennzeichnen,
so daß das Licht durch das Objektiv von »vorn« nach »hinten« hindurchgeht, wenn
das Objektiv für fotografische Zwecke benutzt wird.
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Ferner ist es ersichtlich, daß die Brechkraft einer Oberfläche die
Größe ist, die mathematisch durch den Ausdruck (n' - n)/R festgelegt ist,
wobei n und n' die mittleren Brechungsindizes der jeweils vor bzw. hinter
der Oberfläche liegenden Materialien sind und wobei R der Krümmungsradius der Oberfläche
ist, der als positiv bezeichnet wird, wenn die Fläche konvex nach vorn ist und als
negativ bezeichnet wird, wenn die Oberfläche nach vorn konkav ist und wobei die
Brechkraft sammelnd oder zerstreuend wirkt, je nachdem, ob dieser mathematische
Ausdruck positiv oder negativ ist.
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Auch sind Merkmale der vorderen sammelnden Komponente und der einfachen
sammelnden vierten Komponente, jedoch in geringerem Maße beim Erzielen einer langen
hinteren Schnittweite ohne Verlust an Korrektion für Aberration wichtig. Deshalb
ist die hintere Oberfläche der einfachen sammelnden vorderen Komponente vorzugsweise
nach vorn konvex und besitzt einen Krümmungsradius, der zwischen dem 0,75- und dem
2,25fachen der äquivalenten Brennweite dieser Komponente liegt, wobei diese äquivalente
Brennweite 1,5F bis 2,0F beträgt, während die vordere Oberfläche der einfachen sammelnden
vierten Komponente nach vorn konkav ist und einen Krümmungsradius besitzt, der zwischen
F und 4F liegt.
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Im allgemeinen wird die Erzielung einer langen hinteren Schnittweite
dadurch unterstützt, daß die Brechkraft im vorderen Teil des Objektivs so klein
wie möglich gehalten wird, ohne daß ein Verlust an Korrektion für Aberrationen eintritt.
Die gemeinsame äquivalente Brechkraft der beiden vorderen Komponenten liegt vorzugsweise
zwischen 0,2/F und 0,45/F, während die gemeinsame äquivalente Brechkraft der drei
vorderen Komponenten zwischen -0,2/F und +0,2/F liegt.
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Die zusammengesetzten Meniskuskomponenten sind vorzugsweise Dubletten.
Als Beitrag zur Erlangung einer Korrektion für chromatische Aberrationen bei langer
hinterer Schnittweite ist in diesem Falle das arithmetische Mittel der Abbeschen
V-Zahlen der Materialien der beiden vorderen Elemente des Objektivs vorzugsweise
größer als die Abbesche V-Zahl des Materials des dritten Elementes und kleiner als
das arithmetische Mittel der Abbeschen T7-Zahlen der Materialien der drei hinteren
Elemente. Wenn. die beiden zusammengesetzten Meniskuskomponenten aus Dubletten bestehen,
sind die Brechungsindizes der Materialien der Elemente dieser Komponenten vorzugsweise
so gewählt, daß sie zur Korrektion der schiefen Aberration beitragen. Daher ist
der mittlere Brechungsindex des Materials des hinteren Elementes der vorderen zusammengesetzten
Meniskuskomponente vorzugsweise kleiner als das Mittel der mittleren Brechungsindizes
der Materialien der vorderen Elemente dieser zusammengesetzten Meniskuskomponenten.
Fernerhin sind diemittleren Brechungsindizes der Materialien der vorderen Meniskusdublettenkomponente
vorzugsweise um einen zwischen 0,02 und 0,09 liegenden Betrag voneinander verschieden,
während die mittleren Brechungsindizes der Materialien der hinteren Meniskusdublettenkomponente
um einen Betrag voneinander abweichen, der kleiner als 0,04 ist, wobei der Krümmungsradius
der Kittflächen jeder dieser Komponenten größer als 2F ist. Hieraus ist zu entnehmen,
daß jede dieser Kittflächen entweder konvex oder konkav nach vorn sein kann.
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Die axiale Dicke der beiden zusammengesetzten Meniskuskomponenten
liegt vorzugsweise zwischen 0,18F und 0,28F, unabhängig davon, ob diese Komponenten
Dubletten sind oder nicht.
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Vorzugsweise liegt die äquivalente Brennweite der einfachen sammelnden
vierten Komponente zwischen dem 0,5- und dem 1,5fachen der äquivalenten Brennweite
der einfachen sammelnden hinteren Komponente, wobei die Summe dieser äquivalenten
Brennweiten zwischen 1,33F und 4,5F liegt.
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Die hintere Oberfläche der einfachen sammelnden Komponente ist vorzugsweise
nach vorn konkav mit einem Krümmungsradius, der zwischen 0,4F und F liegt, während
die vordere und hintere Oberfläche der einfachen sammelnden hinteren Komponente
vorzugsweise konvex bzw. konkav nach vorn sind mit einem Krümmungsradius, der zwischen
0,75F und 2,5F bzw. 1,75F und 6,0 F liegt, Die Brechkraft der vorderen Oberfläche
der vorderen zusammengesetzten Meniskuskomponente liegt gewöhnlich zwischen dem
1,5- und dem 2, 5fachen der äquivalenten Brechkraft der einfachen sammelnden
vorderen Komponente. Der Krümmungsradius der hinteren Oberfläche der hinteren zusammengesetzten
Meniskuskomponente liegt vorzugsweise zwischen 0,33F und 0,66F.
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Für ein geeignetes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Objektivs
sind in. der folgenden Tabelle Zahlenwerte angegeben. Hierbei stellen dar: R1, R2
. .. die Krümmungsradien der jeweiligen Oberflächen, wobei das positive Zeichen
andeutet, daß die Fläche nach vorn konvex ist, und das negative Zeichen andeutet,
daß die Oberfläche nach vorn konkav ist; Dl, D2 . . . stellen die axiale
Dicke der Elemente dar, und S1, S2 . . . stehen für die axialen Luftzwischenräume
zwischen den Komponenten. Die Tabelle enthält außerdem die mittleren Brechungsindizes
nd für die D-Linie und die Abbeschen V -Zahlen der für die Elemente des Objektivs
verwendeten Materialien.
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Äquivalente Brennweite = 1,000 Relative
Öffnung F/1,4
| Dicke Brechungs- Abbesche |
| Radius oder Luft- Index V-Zahl |
| zwischenrauen nd |
| R1 +0,8167 |
| D10,1400 1,6479 33,80 |
| R2 +2,7174 |
| S1 0,0030 |
| R3 +0,6048 |
| D20,1800 1,6968 55,61 |
| R4 00 |
| D,0,0500 1,6479 33,80 |
| R5 +0,3338 |
| S2 0,3500 |
| R6 -0,3048 |
| D4010500 1,7003 30,28 |
| R7 +8,3333 |
| D50,1800 1,6968 55,61 |
| R8 -0,4895 |
| S3 0,0030 |
| R9 -2,4876 |
| D,0,0900 1,6510 58,60 |
| Rlo - 0,6812 |
| S4 0,0030 |
| R11 + 1,4085 |
| D 70,0900 1,6510 58,60 |
| R12 - 3,3557 |
In diesem Beispiel ist das Objektiv über einen halben Öffnungswinkel
von 171/2 in bezug auf eine im wesentlichen in der Mitte des Luftzwischenraumes
SZ angeordnete Blende korrigiert und besitzt eine hintere Schnittweite von 0,7303F.
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Die Summe der Krümmungsradien der Flächen RS und Re ist 0,638F, was
dem 1,82fachen des axialen Luftzwischenraumes SZ entspricht. Diese beiden Krümmungsradien
sind klein in einem Objektiv, das eine so hohe relative Öffnung, wie F/1,4, besitzt,
so daß auch der axiale Luftabstand S2 relativ klein ist, was wichtig ist zur Erzielung
einer guten Korrektur für Aberrationen.
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Die äquivalenten Brennweiten der einfachen sammelnden vierten und
fünften Komponente betragen 1,413F bzw. 1,535F. Die Brechkraft der Oberfläche R$
beträgt 1,423/F, was dem 4,20fachen des reziproken Wertes der Summe dieser äquivalenten
Brennweite entspricht.
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Diese hohe Brechkraft der Oberfläche R8 ist wichtig für die Erlangung
einer guten Korrektion für zonale sphärische Aberration. Die äquivalente Brechkraft
der zusammengesetzten Meniskuskomponenten ist besonders wichtig zur Erzielung einer
großen hinteren Schnittweite, ohne daß ein Verlust der Korrektion für Aberration
in Kauf genommen zu werden braucht. So betragen in diesem Ausführungsbeispiel die
äquivalenten Brennweiten der vorderen und hinteren zusammengesetzten Meniskuskomponenten
2,066F bzw. 2,318F, wobei beide Komponenten zerstreuende Dubletten sind, so daß
die Summe der äquivalenten Brechkraft dieser beiden Komponenten -0,930/F beträgt.
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Die Krümmung der Oberfläche R2, insbesondere im Verhältnis zu der
äquivalenten Brennweite der vorderen einfach sammelnden Komponente, ist ebenso wie
die Krümmung der Oberfläche R3 in geringem Maße wichtig für die Erzielung einer
langen hinteren Schnittweite. In dem angeführten Beispiel beträgt die äquivalente
Brennweite der einfachen sammelnden vorderen Komponente 1,751 F, wobei der
Radius der Oberfläche R2 dem 1,546-fachen dieser äquivalenten Brennweite entspricht.
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Die gemeinsame Brechkraft der beiden vorderen Komponenten beträgt
in diesem Beispiel ---0,272/F, während die gemeinsame äquivalente Brechkraft der
drei vorderen Komponenten -0,045/F beträgt. Der sehr geringe Betrag dieser letzteren
Summe ist insbesondere als Beitrag zur Erzielung einer langen hinteren Schnittweite
wichtig.
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Um ferner zur Korrektion der zonalen sphärischen Aberration und auch
des Astigmatismus beizutragen, besitzt die Oberfläche R3 eine große Brechkraft.
In diesem Beispiel ist die Brechkraft der Oberfläche R3 1,150/F; das entspricht
dem 2,01fachen der äquivalenten Brennweite der einfachen sammelnden vorderen Komponente.
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Die Abbeschen V-Zahlen der sieben Elemente des Objektivs sind wichtig
zur Erzielung der Korrektion für chromatische Aberrationen bei langer, hinterer
Schnittweite. In dem Beispiel ist das arithmetische Mittel der Abbeschen V-Zahlen
der Materialien der beiden vorderen Elemente 44,7, was größer ist als die Abbesche
V-Zahl des Materials des dritten Elementes, die 33,8 beträgt, und geringer als das
arithmetische Mittel der Abbeschen V-Zahlen der Materialien der drei hinteren Elemente,
welches 57,6 beträgt.
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Die Brechungsindizes der Materialien der Elemente der beiden zusammengesetzten
Meniskuskomponenten sind derart gewählt, daß sie insbesondere zur Korrektion schiefer
Aberrationen beitragen. In dem Beispiel beträgt die Differenz zwischen den mittleren
Brechungsindizes der Materialien der vorderen Dublettenkomponente 0,049 und zwischen
denen der hinteren Dublettenkomponente 0,0035. Das Mittel der mittleren Brechungsindizes
der Materialien der vorderen Elemente dieser Komponenten ist 1,6986 und übertrifft
somit den Brechungsindex des Materials des hinteren Elementes der vorderen Dublettenkomponente
um 0,0507.
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Die axiale Dicke der beiden zusammengesetzten Meniskuskomponenten
ist so gering wie möglich gehalten und in Übereinstimmung hiermit eine günstige
Kantendicke der konvergenten Elemente und axiale Dicke der divergenten Elemente
dieser Komponenten vorgesehen. In dem Beispiel beträgt die axiale Dicke der vorderen
und hinteren Dublettenkomponente jeweils 0,230F.
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Die beiden Oberflächen R3 und R8 sind derart ausgebildet, daß sie
lichte Durchmesser besitzen, die in einem solchen Verhältnis zu den Durchmessern
der anderen Oberflächen des Objektivs stehen, daß diese beiden lichten Durchmesser
als begrenzende Öffnungen für schiefe Bündel wirken. In dem Beispiel sind die lichten
Durchmesser der fünf Komponenten von vorn nach hinten 0,793F, 0,650F, 0,601 F, 0,625Fbzw.
0,625F, während die Durchmesser der Abfasung der Oberflächen RS und RB 0,469F und0,444F
betragen. Auf diese Weise ist die Vignettierung beträchtlich vermindert, ohne daß
ein Verlust an Korrektion für Aberration entsteht.