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Objektiv mit veränderbarer äquivalenter Brennweite
Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit veränderbarer äquivalenter Brennweite, das zwar in erster Linie für Projektionszwecke bestimmt ist, aber ebenso gut für allgemeine photographische Zwecke dienen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite zu schaffen, dessen sphärische und chromatische Aberration ebenso korrigiert ist wie sein Komafehler, Astigmatismus, seine Bildfeldwölbung und seine Verzeichnung, wobei eine praktisch gleichmässige Korrektur über einen Bereich erreicht wird, innerhalb dessen die äquivalente Brennweite änderbar ist ; ausserdem soll es einen verhältnismässig grossen ausnutzbaren Bildwinkel aufweisen, ohne dass der gesamte Aufbau des optischen Systemsverwickelter wird, und ein verhältnismässig grosses Öffnungsverhältnis besitzen, wobei ein entsprechender freier Raum zwischen dem hintersten Teil und der Bildebene oder Brennebene des Objektivs bleiben soll.
Jm folgenden sind mit "vorn" bzw. "hinten" diejenigen Enden des Objektivs gemeint, die bei Verwendung als Projektionsobjektiv dem Bild bzw. dem Gegenstand, bei Verwendung als photographisches Objektiv dem Gegenstand bzw. dem Bild zugekehrt sind.
In der Zeichnung ist in den Fig. 1-3 ein erstes Ausführungsbeispiel des Objektivs wiedergegeben (Beispiel 1), das im folgenden beschrieben ist, u. zw. zeigen die Figuren das Objektiv in der Einstellung auf den kurzen, auf einen mittleren und auf den langen Bereich der äquivalenten Brennweite.
Die Fig. 4 zeigt das in Beispiel 2 erläuterte Objektiv, das eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes darstellt. Die Fig. 5 und 6 sind Ansichten axialer Schnitte durch ein Objektiv gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das in einem Gehäuse untergebracht ist, welches die Einstellvorrichtung enthält, und zeigen die einzelnen Teile in verschiedenen Einstellungen. Fig. 7 gibt eine
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zogener Teile mit den dazugehörigen Objektivbestandteilen und dem später noch zu beschreibenden Objektivgehäuse wieder.
Das Objektiv nach den Fig. 1-4 besteht aus vier mit entsprechendem Luftabstand voneinander angeordneten Gliedern. Das vorderste oder erste Glied, Li, ist positiv, das zweite Glied L2, ist im Verhältnis dazu stark negativ, das dritte und vierte Glied L3 bzw. L, sind positiv und bestehen aus achromatischen Doppellinsen, wobei das vierte Glied in Fig. 4 zusätzlich noch ein positives Element aufweist, welches dicht vor der Doppellinse dieses Gliedes angeordnet ist. Vorder-bzw. Hinterelement der Doppellinse L3 sind in den Fig. 1-4 jeweils mit 1 und 2, das Vorder- bzw. Hinterelement der Doppellinse L entsprechend mit 3 bzw. 4 bezeichnet ; dem zusätzlichen positiven Element des Gliedes L4 ist in Fig. 4 das Bezugszeichen 5 zugeordnet.
In den Fig. 1-4 sind, von vorn beginnend, die optischen Oberflächen der Linsen mit R1'1\ usw., die Dicken in axialer Richtung mit t, t usw. und die Abstände der Linsen oder Linsensysteme voneinander mit S,S usw. bezeichnet. Mit 6 ist die vor dem dritten Linsensystem angeordnete Öffnungsblende des Objektivs, mit 7 die Bild- bzw. Brennebene bezeichnet.
Die Änderung der äquivalenten Brennweite des Objektivs wird durch gemeinsame axiale Verschiebung des ersten und dritten Gliedes L1 und L, sowie durch axiale Verschiebung des zweiten Gliedes L2 re-
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zug auf die Bild- oder Brennpunktebene, wird die kleine Änderung der hinteren Brennweite des Objektivs ausgeglichen, die aus der Änderung der äquivalenten Brennweite entspringt, wie dies im folgenden näher beschrieben werden soll.
Im folgenden sind zwei Beispiele 1 und 2, für den Erfindungsgegenstand angeführt. Die Längenmasse sind in Millimetern angegeben, die Brechungsindices für die D-Linie und die Abbe-Dispersionszahlen mit nd bzw. v bezeichnet.
Beispiel1 :21,767,17,155 Äquivalente Brennweite 25, 400, hinterer Brennpunktabstand 15,814 28, 295, 14, 698
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: 1, R2=+605,790 # = 5,405 s11 : 7, 798 R = -1157,732 # = 9,431 L2 2 t2 4, 572 nd = 1,5704 v = 48,1
R4=+16,139
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38. 844Rs = - 42, 509
L3 R6 = - 20,909 t3 = 6,238 nd = 1,617 v = 55, 0
R7 = - 42,509 t4 = 2,502 nd = 1,720 v = 29, 2 f 13, 350 s3 = 18,136 = 21, 402 R= + 19, 223
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=-19, 223 ts = 5, 187 nd = 1, 517 64,Beispiel 2 :
19,844, 15,115 Aquivalente Brennweite 25, 400, hinterer Brennpunkt-13,@79
31, 775, abstand 11,727 Öffnungsverhältnisf/1,4
R1=+36,833
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L1L3 t3 = 6, 579 nd = 1, 617 v = 55, 0
R6=-23, 091 t4=2,642nd=1,720v=29,2
R7=-53,391 # = 14, 061 s3 # = 19, 141 # = 24,221
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R8Rg = +266, 700 = 0 16 L4 R109= + 19,670 s4 = 0,165 Rl= - 26, 060 t6 = 4,394 nd = 1,589 v = 61, 0 Ri2= + 39, 649 t7 = 1, 651 nd = 1, 720 v = 29, 2
Man sieht, das Objektiv hat einen relativ grossen hinteren Brennpunktabstand und folgende Charakteristika :
Die Brennweiten der einzelnen Glieder erfüllen folgende Bedingung : +2,5F < -f(L1+L2') < +4,0F
1, 1 F < f2 < 2, 1 F 1, 2 F < fg < 2, 3F.
Die Abstände zwischen dem zweiten und dritter bzw. dem dritten und vierten Glied L2, L3 und L3, L4 genügen den Beziehungen :
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stens annähernd das arithmetische Mittel der Brennweiten des Objektivs aus der kurzen und langen äquivalenten Brennweite. Zwischen den Krümmungsradien R1 und R4 des ersten und zweiten Gliedes, L bzw.
L, besteht die Beziehung :
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Die Änderung der Abstände der einzelnen Glieder wird annähernd nach folgender Gleichung vorgenommen : ¯ # S1 = ¯ # S2 = ¯ # S3
Die Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Beispiel 1 besitzt folgende zusätzliche Merkmale, u zw. erfüllen das erste, zweite, dritte und vierte Glied folgende Bedingungen : 0, 8 F < Rl < 2, OF
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4F1, 8 F < Rs < 2, 7 F +1,0F < -R < +2,5F
0, 6 F < R87 < 1,5 F -2,2 F < RIO < +2,9 F und das vierte Glied L, erfüllt die Bedingung :
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Die allgemeine Korrek : ur der Aberration des Objektivs konzentriert sich auf den Bereich der Einstellung auf mittlere äquivalente Brennweite.
Durch Änderung der Abstände der Glieder in annähernder Übereinstimmung mit dem oben angegebenen Verhältnis kann eine Änderung der äquivalenten Brennweite bis zu j : 20% oder 1 : 30% erreicht werden, ohne dass die allgemeine Korrektur der Aberration wesentlich gestört wird.
Durch Änderung des bevorzugten Verhältnisses der Abstandsverstellung der einzelnen Glieder, das
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Um die Komakorrektion so zu ändern, dass sie genau mit dem nominell korrigierten Aberrationsmuster übereinstimmt, wird das Verhältnis von A Si zu A S, für die Einstellung des grossen Bereiches bis zu 2,0 vergrössert ; dadurch erhält man einen etwas unterkorrigierten Astigmatismus, der wegen des erforderlichen kleineren Bildwinkels bei der grösseren Brennweite tragbar ist. In ähnlicher Weise wird die Einstellung für die Brennweite des kurzen Bereiches dadurch geändert, dass man einen befriedigenden Ausgleich von Komafehlern und Astigmatismus auf Kosten einer etwas unterkorrigierten sphärischen Aberration durch Verringerung des Verhältnisses A S zu S2 vornimmt.
Diese Änderungen der direkten Abstandsverhältnisse der Glieder ermöglichen eine Erweiterung der Einstellung des Brennweitenbereiches über dasjenige Mass hinaus, das nach der Abstandsregulierung gemäss obiger Gleichung zulässig ist. Um diesen erweiterten Einstellungsbereich zu erlauben, müssen die Abstände der Teile innerhalb folgender Grenzen liegen :
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Der hintere Brennpunktabstand des Objektivs ändert sich in nicht-linearem Masse geringfügig, wenn die äquivalente Brennweite geändert wird. Diese Defokussierung wird dadurch korrigiert, das das Objektiv als Ganzes in bezug auf die Bild- oder Brennebene eingestellt wird.
Überall dort, wo das Objektiv als Projektionslinse verwendet wird, kann die Brennpunkteinstellung des Objektivs unabhängig von der Einstellung der Brennweite vorgenommen werden. Die Brennweite des Objektivs wiid zuerst so lange eingestellt, bis die Vergrösserung bei gegebener Entfernung von dem Pro- jektionsschirm auf dessen Grösse abgestimmt ist. Erst dann wird das Objektiv so lange verschoben, bis das projizierte Bild scharf ist.
Wird das Objektiv jedoch als photographische Linse verwendet, dann werden die Brennweiteneinstellung und die Scharfeinstellung des Objektivs miteinander gekuppelt, wie dies üblich ist, um das Bild über den gesamten Bereich der Brennweiten-Einstellung scharf einstellen zu können.
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vor der Doppellinse 3-4 angeordnet und verringert die sphärische Aberration höherer Ordnung ; dadurch kann die relative Öffnung gegenüber derjenigen nach Beispiel 1 vergrössert werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einem oder mehreren der Glieder Zusatzelemente zuzuordnen, um eine bessere Korrektur der Aberrationen höherer Ordnung zu erhalten oder auch eine bessere Gleichmässigkeit der chromatischen Korrekturen über den Änderungsbereich der äquivalenten Brennweite zu erzielen.
Das in Beispiel 1 im wesentlichen beschriebene Objektiv kann, wie in den Fig. 5-8 gezeigt ist, für die Verwendung als Projektionslinse eingerichtet werden, wobei die Einstellung der Brennweite des Objektivs wenigstens praktisch unabhängig von dessen Scharfeinstellung ist.
Eine äussere zylindrische Hülse 8 ist mit ihrem rückwärtigen Teil drehbar und verschiebbar in einem Tubus 9 eines Bildprojektors gelagert ; dieser Teil ist in der üblichen Weise mit einer schraubenlinienför- mig verlaufenden Nut 10 versehen, in die eine Vorrichtung 11 mit einer unter Federdruck stehenden Kugel eingreift, um die Längseinstellung der Hülse 8 gegenüber dem Tubus in der gebräuchlichen Weise vornehmen zu können. Die Anordnung dient gleichzeitig zum Anbringen und Abnehmen der Hülse an bzw. von dem Tubus.
Eine zylindrische Zwischenhülse 12 ist verschieb-und drehbar in die innere Bohrung der Hülse 8 gesteckt. Sie ist in dem nach vorn liegenden Teil der Hülse 8 angeordnet. Eine dreh-und verschiebbar angeordnete verhältnismässig kurze zylindrische Hülse 13 liegt im mittleren Teil der Bohrung der Hülse 12.
Der vordere Teil der Hülse 8, der vor dem Tubus 9 liegt, hat einen gerändelten Teil 14 grösseren Durchmessers, um die Hülse in der üblichen Weise drehen zu können ; in ähnlicher Weise ist die Zwischenhül-
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se 12, die aus der Hülse 8 vorn herausragt, an ihrem vorderen Ende mit einem gerändelten Teil 15 grö- sseren Durchmessers versehen, um auch diese Hülse in der üblichen Weise verschieben zu können.
Die einzelnen Glieder des erfindungsgemässen Objektivs sind in den Hülsen 8,12 und 13 in axialer Ausrichtung hintereinander angeordnet. Das Glied L1 liegt im vorderen Ende 16 der Hülse 12, das Glied L2 im vorderen Ende 17 der Hülse 13, das Glied L im hinteren Ende 18 der Zwischenhülse 12 und schliesslich das Glied L4 im hinteren Ende 19 der Hülse 8. Gemäss dieser Anordnung sind die Glieder L1 und L in festem Abstand voneinander in der Hülse 12 montiert und sind in axialer Richtung in bezug auf die Glie-
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L2dern auch in bezug auf die Glieder L1 und La einstellbar sind.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Glied L enthält zwei Linsen, die, abweichend von den Linsen des dritten Gliedes nach den Fig. 1-4, ungleich gekrümmte, gegeneinander gekehrte Flächen aufweisen. Eine solche Ausbildungsvariante kann gegebenenfalls von Vorteil sein.
Ein Führungsstift 21 sitzt mit Gewinde in der Hülse 13 und ragt aus dieser heraus. Er kann ausserdem in einem Längsschlitz 22 in der Hülse 12 gleiten, so dass diese beiden Hülsen drehbar angeordnet und ausserdem in Längsrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Ein zweiter Führungsstift 23 sitzt in einem Gewindeloch in der Hülse 8, ragt, von dieser aus gesehen, nach innen und gleitet in schraubenlinienförmigen Schlitzen 24 bzw. 25 mit verschiedenen Steigungen in den Hülsen 12 und 13, wie am besten aus Fig. 5 zu ersehen ist.
Infolgedessen bewirkt eine Verdrehung der Hülse 12 gegenüber der Hülse 8 gleichzeitig Längsverschiebungen der Hülsen 12 und 13 relativ zu der Hülse 8 und eine Längsverschiebung der Hülse 13 relativ zu der Hülse 12 um verschiedene Beträge, die von den verschiedenen Steigungen der Schlitze 24 und 25 abhängig sind. Auf diese -Weise werden die in den Hülsen angeordneten Glieder des Objektivs gegeneinander in axialer Richtung entsprechend verstellt.
Die Steigungen der Schlitze 24 und 25 sind so gewählt, dass die Glieder des Objektivs relativ zueinander in jenem Masse verstellt werden, das der Einstellung der Abstände nach vorstehender Gleichung entspricht. Die Scharfeinstellung des ganzen Objektivs erfolgt durch Drehung der Hülse 8, um das Objektiv in bezug auf die Bild- oder Brennebene des Projektors in der Längsrichtung einzustellen, wenn, wie oben ausgeführt ist, zugunsten eines grösseren Variabilitätsbereiches von einstellbaren Brennweiten, von der Einhaltung der erwähnten Wahl der Steigungen abgesehen wird.
Da naturgemäss viele Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes denkbar sind, die alle im Rahmen der Erfindung liegen, soll besonders darauf hingewiesen werden, dass die dargestellten und/oder beschriebenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes nur als Beispiele zu werten sind und die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen.
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