DE4011280C2

DE4011280C2 - An ein Hauptobjektiv ansetzbarer Vorsatz für Nahaufnahmen

Info

Publication number: DE4011280C2
Application number: DE4011280A
Authority: DE
Inventors: Sachio Hasushita
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2010-04-07
Also published as: JPH0339917A; JP2828307B2; DE4011280A1; US5216546A

Description

Die Erfindung betrifft einen an ein Hauptobjektiv objektseitig ansetzbaren Vorsatz zur Durchführung von Nahaufnahmen.

Vorzugsweise soll dieser Vorsatz für ein als Makroobjektiv ausgebildetes Hauptobjektiv vorgesehen sein und Nahaufnahmen im Makrobereich bei einen Abbildungsmaßstab über 1 : 1 ermöglichen.

Es ist ein Vorsatz für ein Hauptobjektiv zur Durchführung von Nahaufnahmen bekannt, der an der Frontseite des Hauptobjektivs befestigt wird. Dieser Vorsatz ermöglicht nur eine geringe Vergrößerung. Er ist in zwei Arten bekannt, nämlich als Vorsatz, der aus einer Einzellinse besteht, und als Vorsatz, der aus einem Kittglied besteht, das aus zwei Linsen zusammengesetzt ist. Die Vorsatzlinse "smc PENTAX S40", die von der Firma Asahi Kogaku Kogyo K.K. hergestellt wird und im Handel erhältlich ist, kann als eine typische Einzellinsenbauart genannt werden, während die Vorsatzlinse "6×7 scm PENTAX T 132", die von der gleichen Firma stammt, als typische Kittglied-Bauart angesehen werden. Als typische Bauart eines Vorsatzes für ein Makroobjektiv als Hauptobjektiv mit einer Vergrößerung von 1 bis 2 können der Dental-Vorsatz "scm PENTAX DS9", der aus einem zwei Linsen umfassenden Kittglied besteht und der in der JP 53-16628 A beschriebene Vorsatz mit einem aus vier Linsen umfassenden Kittglied genannt werden.

In den aus einer Einzellinse und einem Kittglied mit zwei Linsen bestehenden Vorsatz ist der Arbeitsabstand unter der Bedingung, daß das Hauptobjektiv auf unendlichen Objektabstand fokussiert ist, gering, nämlich näherungsweise nur das 0,9- bis 1,0-fache der Brennweite des Vorsatzes. Dementsprechend schattet bei einigen spezifischen Einstellungen das Aufnahmeobjekt das Objektiv ab.

Aus der JP 53-16628 A ist auch ein Vorsatz bekannt, dessen Arbeitsabstand groß ist, näherungsweise das 1,2-fache der Brennweite des Vorsatzes. Dieser Vorsatz ist aus vier einzelstehenden Linsen aufgebaut. Verglichen mit einem gewöhnlichen Vorsatzsystem, das aus einer oder zwei Linsen besteht, verursacht dieser Vorsatz erhöhte Fertigungskosten. Fehler bei der Herstellung führten zu einem starken Abfall der Abbildungsleistung des aus Vorsatz und Hauptobjektiv bestehenden Systems. Zudem ist es bei einer Vergrößerung von um einen Faktor von mehr als 1 möglich, daß der Farbvergrößerungsfehler und die Koma ungenügend kompensiert sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vorsatz für ein Hauptobjektiv zur Durchführung von Nahaufnahmen zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat und mit einem hinreichend großen Arbeitsabstand selbst bei Makroaufnahmen einsetzbar ist. Dabei soll der Bildfehler, der aus der Befestigung des Vorsatzes am Hauptobjektiv resultiert, auf ein Mindestmaß verringert sein und die Aberrationen in einem großen Bereich von Vergrößerungen in zufriedenstellender Weise kompensiert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach der Lehre des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 3 gelöst.

Demnach umfaßt der erfindungsgemäße Vorsatz nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine positive erste Linse, eine positive, objektseitig konvexe zweite Linse und eine negative, bildseitig konkave dritte Linse, wobei die zweite und dritte Linse ein Kittglied bilden und wobei folgende Bedingungen erfüllt sind:

(1) 1,10 ≦ωτ h₁/h_M ≦ωτ 1,35,

(2) -3,0 ≦ωτ f_A/f_AL ≦ωτ -1,0,

(3) 0,10 ≦ωτ (d_II + d_III)/f_A ≦ωτ 0,25,

(4) -1,0 ≦ωτ r_III1/f_A ≦ωτ -0,4,

bei f_AL = r_III2 / (1 - n_III,

worin bedeuten:
f_A: Brennweite des Vorsatzes (A),
d_II: Dicke der zweiten Linse,
d_III: Dicke der dritten Linse,
n_III: Brechzahl der dritten Linse
r_III1: Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
r_III2: Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
h₁: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der objektseitigen Fläche der ersten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand und
h_M: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der bildseitigen Fläche der dritten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand.

Vorzugsweise kann dieser Vorsatz folgende zusätzliche Bedingungen erfüllen:

(5) 0,9 ≦ωτ r_II1/r_III2 ≦ωτ 1,5,

(6) 0,7 ≦ωτ f_A/f₁ ≦ωτ 1,3,

(7) 12 ≦ωτ (ν_I + ν_II)/2 - ν_III,

worin bedeuten:
f₁: Brennweite der ersten Linse,
r_II1: Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der zweiten Linse und
ν_i Abb´sche Zahl der i-ten Linse.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt der erfindungsgemäße Vorsatz eine positive erste Linse, eine positive, objektseitig konvexe zweite Linse und eine negative, bildseitig konkave dritte Linse, wobei die drei Linsen einzelstehend sind und wobei folgende Bedingungen erfüllt sind:

(1) 1,10 ≦ωτ h₁/h_M ≦ωτ 1,35,

(2) -3,0 ≦ωτ f_A/f_AL ≦ωτ -1,0,

(3) 0,10 ≦ωτ (d_II + d_III)/f_A ≦ωτ 0,25,

(8) -5,0 ≦ωτ r_III1/f_A ≦ωτ -1,5,

bei f_AL = r_III2 / (1 - n_III),

worin die einzelnen Parameter der vorgenannten Bedingungen die gleiche Bedeutung haben wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Der Grund, warum beim erfindungsgemäßen Vorsatz objektseitig zwei positive Linsen vorgesehen werden, ist folgender. Um den Arbeitsabstand größer zu machen, ist es notwendig, die negative Brechkraft auf der Seite des Vorsatzes, die am nächsten zum Hauptobjektiv liegt, zu erhöhen. Mit nur einer positiven Linse wäre es dabei unmöglich, die Aberrationen zu kompensieren.

Um eine Minderung der Abbildungsleistung als Folge eines Fertigungsfehlers so gering wie möglich zu halten, wird bevorzugt, die zweite und dritte Linse miteinander zu verkitten. Das Kittglied erzeugt weniger Aberrationen höherer Ordnung.

Beim erfindungsgemäßen Vorsatz hat die bildseitige Linsenfläche der dem Hauptobjektiv am nächsten liegenden Linse eine stark negative Brechkraft. Die erste Hauptebene des Vorsatzes liegt vor dem Vorsatz, wodurch der Arbeitsabstand erhöht wird. Damit können die Aberrationen, wie sphärische Aberration und Farbfehler, gut korrigiert werden.

Die vorstehend aufgeführten Bedingungen werden nachstehend erläutert.

Die Bedingungen (1) bis (3) sind unentbehrlich, um den Arbeitsabstand zu erhöhen und die Abbildungsleistung des Vorsatzes zu verbessern.

Die Bedingung (1) stellt einen großen Arbeitsabstand sicher. Wird der obere Grenzwert dieser Bedingung überschritten, so kann zwar der Arbeitsabstand erhöht werden, aber die sphärische Aberration und die Farbfehler können durch den Drei-Linsen-Aufbau nicht kompensiert werden. Wird andererseits der untere Grenzwert dieser Bedingung unterschritten, so können zwar verschiedene Aberrationen gut kompensiert werden, jedoch ist der erzielbare Arbeitsabstand klein. Dann ist es aber unmöglich, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen.

Mit einem Ein- oder Zwei-Linsen-Aufbau könnte nur ein Parameterwert nach der Bedingungsgleichung (1) erreicht werden, der unter der unteren Grenze dieser Bedingungsgleichung liegt.

Die Bedingung (2) betrifft die negative Brechkraft der bildseitigen Fläche der dritten Linse. Die Bedingung (3) betrifft die Dicke der zweiten und dritten Linse.

Oberhalb des oberen Grenzwertes der Bedingung (2) ist die negative Brechkraft der bildseitigen Fläche der dritten Linse gering, was zu einem unbefriedigenden Arbeitsabstand führt. Unterhalb des unteren Grenzwertes der Bedingung (2) ist zwar der Arbeitsabstand zufriedenstellend, aber die objektseitige Fläche der dritten Linse kann infolge der großen negativen Brechkraft die verschiedenen Aberrationen nicht kompensieren.

Der in der vorstehend aufgeführten JP 53-16628 A beschriebene Vorsatz arbeitet unterhalb des unteren Grenzwertes der Bedingung (2). Obgleich dieser Vorsatz vier Linsen aufweist, reicht es nicht aus, die Aberrationen zu kompensieren. Einige Vorsätze mit Ein- oder Zwei-Linsen-Aufbau können der Bedingung (2) zwar genügen, jedoch ist die Brennweite solcher Vorsätze um ein Vielfaches, mitunter sogar um ein 10faches oder Mehrfaches größer als die Brennweite des Hauptobjektivs. Dabei ist die Brechkraft des Vorsatzes vergleichsweise klein. Es ist offensichtlich, daß diese Vorsätze unterhalb des unteren Grenzwertes der Bedingung (1) arbeiten.

Wird der untere Grenzwert der Bedingung (3) unterschritten, so ist es schwierig, den Arbeitsabstand zu erhöhen. Um in diesem Fall den Arbeitsabstand zu erhöhen, müßte der Vorsatz bildseitig eine derart große negative Brechkraft haben, daß der untere Grenzwert der Bedingung (2) unterschritten wird. Dies ist aber unerwünscht. Überschreitet die Brechkraft den oberen Grenzwert der Bedingung (3), so sind die zweite und dritte Linse sperrig in ihrem Volumen und haben ein hohes Gewicht. Sperrige und schwere Linsen sind aber für den Vorsatz nicht geeignet.

Die Bedingungen (4) und (8) werden dazu verwendet, um den besten Kompromiß zwischen dem Farblängsfehler und dem Farbvergrößerungsfehler (Farbquerfehler) zu bestimmen. Die Bedingung (4) wird für den Fall vorgesehen, daß die zweite und dritte Linse verkittet sind, während die Bedingung (8) für den Fall vorgesehen wird, wenn die zweite und dritte Linse jeweils einzelstehend sind. Wird der obere Grenzwert der Bedingung (4) bzw. (8) überschritten, so wird zwar der Farbvergrößerungsfehler zufriedenstellend kompensiert, jedoch führt dann die Kompensation des Farblängsfehlers zu einem Extrem. Wird hingegen der untere Grenzwert der Bedingung (4) bzw. (8) unterschritten, so kann der Farbvergrößerungsfehler nicht hinreichend kompensiert werden.

Die Bedingung (8) betrifft die objektseitige Fläche der dritten Linse, wenn die zweite und dritte Linse nicht verkittet sind. Um eine Wirkung zu erzielen, die mit der Wirkung des Kittgliedes vergleichbar ist, muß die Krümmung dieser Linsenfläche verringert werden, so daß sie geringer ist als jene nach der Bedingung (4).

Die Bedingungen (5) und (6) wirken sich auf die Kompensation der Aberrationen aus, die durch die Seite des Vorsatzes erzeugt werden, die eine starke negative Brechkraft aufweist und zur Bildebene weist.

Die Bedingung (5) bestimmt den Krümmungsradius der objektseitigen Fläche der zweiten Linse. Die Bedingung (6) bestimmt die Brennweite der ersten Linse. Die zweite und dritte Linse dienen hauptsächlich der Erhöhung des Arbeitsabstandes. Bei Erfüllung der Bedingung (5) werden die Aberrationen der zweiten und dritten Linse in einem gewissen Umfang kompensiert. Der Vorsatz muß eine positive Brechkraft für Nahaufnahmen haben. Beim erfindungsgemäßen Vorsatz spielt die erste Linse die Rolle, die durch die Bedingung (6) vorgegeben ist. Ein Versuch, diese beiden Probleme durch Verwendung einer Anordnung von zwei Linsen zu lösen, würde es nicht ermöglichen, die sphärische Aberration, die Koma und den Astigmatismus zu kompensieren.

Wird der obere Grenzwert der Bedingung (5) überschritten, so ist die Kompensation der Aberration, die durch den Vorsatz erzeugt wird, mangelhaft. Wird der untere Grenzwert dieser Bedingung unterschritten, treten leicht Aberrationen höherer Ordnung auf.

Die Bedingung (6) dient dazu, die Bedingung (5) zu ergänzen sowie Koma und Astigmatismus zu kompensieren. Oberhalb des oberen Grenzwertes der Bedingung (6) wird die Brechkraft der ersten Linse extrem kompensiert. Bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes der Bedingung (6) ist die Brechkraft der ersten Linse zu gering. Dann tendiert die positive Brechkraft des ersten und zweiten Linsengliedes dazu, zuzunehmen. Es ist dann schwierig, den unteren Grenzwert der Bedingung (5) einzuhalten. Dies führt zu einer Verschlechterung der Abbildungsleistung des Vorsatzes infolge der Aberrationen.

Bei Verwendung eines Vorsatzes, der am Hauptobjektiv frontseitig angesetzt wird, wirkt das Hauptobjektiv im Sinne einer Erhöhung des Farblängsfehlers und des Farbvergrößerungsfehlers durch den Vorsatz im Verhältnis zu seiner Vergrößerung, da der Farblängsfehler mit dem Quadrat der Vergrößerung wächst. Daher ist es erforderlich, die Aberrationen im Vorsatz so gering wie möglich zu halten. Die Bedingung (7) ist neben der Bedingung (8) eine Bedingung für eine größtmögliche Verringerung der Aberrationen. Liegt die Größe des Parameters der Bedingung (7) unterhalb des unteren Grenzwertes dieser Bedingung, so ist die Kompensation des Farblängsfehlers mangelhaft.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2, 6, 10, 14, 18 und 22 Schnittbilder des Hauptobjektivs (M) mit angesetztem Vorsatz (A) gemäß dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Hauptobjektiv auf unendlichen Objektabstand eingestellt ist,

Fig. 4, 8, 12, 16, 20 und 24 Schnittbilder des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels bei Einstellung des Hauptobjektivs auf einen geringen Objektabstand und

Fig. 3, 5, 7, 9, 11, 13, 17, 21 und 25 Kurven zur Darstellung von Aberrationen, die bei dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel bei Einstellung des Hauptobjektivs auf einen geringen Objektabstand auftreten.

Die Erfindung wird anhand der sechs Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig. 1 bedeuten h₁ und h_M die Durchstoßhöhe der achsenparallelen einfallenden Öffnungsstrahlen an der objektseitigen Fläche der ersten Linse bzw. an der bildseitigen Fläche der dritten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand. h_MAX bedeutet die maximale Durchstoßhöhe der achsenparallelen einfallenden Öffnungsstrahlen an der objektseitigen Fläche der ersten Linse bzw. an der bildseitigen Fläche der dritten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand.

Die vorgenannten sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Daten in den nachfolgenden Datentabellen näher beschrieben. Diese Datentabellen enthalten Daten des Vorsatzes entsprechend dieser ersten bis sechsten Ausführungsbeispiele, wobei für das Hauptobjektiv Daten eines ersten Ausführungsbeispieles des in der JP 62-227111 A offenbarten Teleobjektivs für Nahaufnahmen angegeben werden und eine relative Öffnung von 1 : 4,0 zugrundegelegt wird.

In den nachfolgenden Datentabellen haben die darin verwendeten Symbole folgende Bedeutung:
M: Hauptobjektiv
F_M: Brennweite des Hauptobjektivs bei Einstellung auf unendlichen Objektabstand
f_B: bildseitige Schnittweite
A: Vorsatz
m: Vergrößerung des Gesamtsystems
WD: Arbeitsabstand
r: Krümmungsradius einer Linsenfläche
d: Dicke einer Linse oder Luftabstand benachbarter Linsen
N: Brechzahl einer Linse
ν: Abb´sche Zahl einer Linse

Beispiel 1

Beispiel 2

M hat die gleichen Werte wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

M hat die gleichen Werte wie in Beispiel 1.

Beispiel 4

M hat die gleichen Werte wie in Beispiel 1.

Beispiel 5

M hat die gleichen Werte wie in Beispiel 1.

Beispiel 6

M hat die gleichen Werte wie in Beispiel 1.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, werden in einem erfindungsgemäßen Vorsatz, der an die Frontseite eines Hauptobjektivs zur Durchführung von Nahaufnahmen ansetzbar ist, einerseits die Aberrationen über einen weiten Vergrößerungsbereich zufriedenstellend kompensiert und andererseits wird ein ausreichender Arbeitsabstand aufrechterhalten.

Claims

1. An ein Hauptobjektiv objektseitig ansetzbarer Vorsatz zur Durchführung von Nahaufnahmen, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite her

(a) eine positive erste Linse,
(b) eine positive, objektseitig konvexe zweite Linse und
(c) eine negative, bildseitig konkave dritte Linse,
(d) wobei die zweite und dritte Linse ein Kittglied bilden und
(e) wobei folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) 1,10 ≦ωτ h₁/h_M ≦ωτ 1,35,(2) -3,0 ≦ωτ f_A/f_AL ≦ωτ -1,0,(3) 0,10 ≦ωτ (d_II + d_III)/f_A ≦ωτ 0,25,(4) -1,0 ≦ωτ r_III1/f_A ≦ωτ -0,4bei f_AL = r_III2 / (1 - n_III),worin bedeuten:f_A: Brennweite des Vorsatzes (A),
d_II: Dicke der zweiten Linse,
d_III: Dicke der dritten Linse,
n_III: Brechzahl der dritten Linse
r_III1: Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
r_III2: Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
h₁: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der objektseitigen Fläche der ersten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand und
h_M: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der bildseitigen Fläche der dritten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand.

2. Vorsatz nach Anspruch 1, bei welchem folgende zusätzliche Bedingungen erfüllt sind: (5) 0,9 ≦ωτ r_II1/r_III2 ≦ωτ 1,5,(6) 0,7 ≦ωτ f_A/f₁ ≦ωτ 1,3,(7) 12 ≦ωτ (ν_I + ν_II) / 2 - ν_III,worin bedeuten:
f₁: Brennweite der ersten Linse,
r_II1: Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der zweiten Linse und
ν_i Abb´sche Zahl der i-ten Linse.

3. An ein Hauptobjektiv objektseitig ansetzbarer Vorsatz zur Durchführung von Nahaufnahmen, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite her

(a) eine positive erste Linse,
(b) eine positive, objektseitig konvexe zweite Linse und
(c) eine negative, bildseitig konkave dritte Linse,
(d) wobei die drei Linsen einzelstehend sind und
(e) wobei folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) 1,10 ≦ωτ h₁/h_M ≦ωτ 1,35,(2) -3,0 ≦ωτ f_A/f_AL ≦ωτ -1,0,(3) 0,10 ≦ωτ (d_II + d_III)/f_A ≦ωτ 0,25,(8) -5,0 ≦ωτ r_III1/f_A ≦ωτ -1,5bei f_AL = r_III2 / (1 - n_III),worin bedeuten:
f_A: Brennweite des Vorsatzes (A),
d_II: Dicke der zweiten Linse,
d_III: Dicke der dritten Linse,
n_III: Brechzahl der dritten Linse
r_III1: Krümmungsradius der objektseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
r_III2: Krümmungsradius der bildseitigen Linsenfläche der dritten Linse,
h₁: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der objektseitigen Fläche der ersten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand und
h_M: Durchstoßhöhe der Öffnungsstrahlen an der bildseitigen Fläche der dritten Linse des Vorsatzes (A) über der optischen Achse bei Einstellung des Hauptobjektivs (M) auf unendlichen Objektabstand.