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Pankratisches Objektiv
Die Erfindung betrifft ein pankratisches Objektiv, insbesondere für photographische Zwecke, mit einem Vorsatz variabler Vergrösserung und einem Grundobjektiv konstanter Brennweite, welches das von dem Vorsatz erzeugte Bild in einer Bildebene abbildet, wobei der Vorsatz ein ortsfestes positives Frontglied und ein zur Änderung der Vergrösserung längs der optischen Achse verschiebbares negatives Glied, sowie ein weiteres, aus einer positiven und einer negativen Komponente bestehendes Glied aufweist, das längs der optischen Achse so verstellbar ist, dass das durch den Vorsatz erzeugte Bild einen konstanten Bildort aufweist.
Bei bekannten Objektivsystemen der oben beschriebenen Art, treten bei der Korrekturder Bildfeh- ler häufig dadurch Schwierigkeiten auf, dass einzelne Bildfehler in verschiedenen Brennweiteneinstellungen nicht in dem gewünschten Umfang kompensiert werden können. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, hat man daher versucht, die einzelnen gegeneinander verstellbaren Objektivglieder fürsich in möglichst grossem Umfang auszukorrigieren. Diese Massnahme bedingt einen relativ grossen Aufwand an optischen Elementen und führt nicht in allen Fällen zu einem Erfolg. Die oben angeführten Probleme treten vor allem bei pankratischen Systemen mit relativ grossen Brennweitenbereich auf.
Erfindungsgemäss werden diese Schwierigkeiten dadurch behoben, dass zur Verringerung der Bildfehler in allen Brennweiteneinstellungen die beiden Komponenten des an dritter Stelle angeordneten Gliedes nach verschiedenen Bewegungsgesetzen längs der optischen Achse verschiebbar sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Fig. l zeigt den geometrischen Aufbau eines pankratischen Objektivs in fünf verschiedenen Brennweiteneinstellungen. Die Fig. 2 zeigt die Lage des meridionalen Bildpunktes am Rande des Bild- feldes für die Brennweiteneinstellungen gemäss Fig. l. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Axialschnitt eines erfindungsgemässen Objektivs in zwei verschiedenen Brennweiteneinstellungen, u. zw. stellt die Fig. 3 die Einstellung auf kürzeste Brennweite, Fig. 4 die Einstellung auf längste Brennweite dar.
Das erfindungsgemässe pankratische Objektiv besteht aus einem positiven Frontglied I, welches bei einer Brennweitenänderung ortsfest bleibt und nur zur Naheeinstellung des Objektivs verschiebbar ist. Das Glied II weist negative Brechkraft auf und ist zur Änderung der Brennweite des Systems längs der optischen Achse verschiebbar. Das Glied III ist in zwei Komponenten aufgespalten, wobei eine erste Komponente (lila) negative Brechkraft aufweist, eine zweite Komponente (IIIb) positive Brechkraft besitzt. Beide Komponenten sind bei Brennweitenänderung relativ zum Glied II und relativ zueinander verschiebbar. Das Glied IV besitzt positive Brechkraft und ist ortsfest imSystem angeord-
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Im folgenden wird der geometrische Aufbau des Systems näher erläutert :
Das Glied I erzeugt ein in bezug auf die Filmebene ortsfestes, reelles Zwischenbild Ides Objekts ; Glied II, dessen Aufgabe die Variation der Gesamtbrennweite des Systems ist, entwirft ein virtuelles Zwischenbild II, dessen Grösse und Lage in Abhängigkeit von der Stellung des Gliedes n variiert ; in bekannter Weise würde nun ein positives, verschiebbares Glied zur Erzeugung eines ortsfesten Bildes in gewünschtem Abstand vom Glied II genügen., Gemäss der Erfindung ist dieses dritte Glied in eine negative (Glied lila) und eine positive (Glied IIIb) Komponente aufgespalten, die beide längs der optischen Achse, jedoch nach verschiedenen Bewegungsgesetzen verschiebbar sind. Dadurch gewinnt man einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Behebung der Bildfehler.
Die Stellung des negativen Gliedes IIIa kann nämlich innerhalb vernünftiger Grenzen noch frei gewählt werden, während dann die Stellung des positiven Gliedes IIIb durch die Lage des durch das negative Glied lila entworfenen virtuellen, in seiner Grösse variablen Zwischenbildes lila eindeutig bestimmt ist. Es folgt das ortsfeste Grundobjektiv Glied IV, welches das durch das Glied IIIb entworfene reelle oder virtuelle oder im Unendlichen liegende Zwischenbild endgültig in die Filmebene abbildet.
Die Brechkräfte der einzelnen Glieder einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind nach folgenden Regeln zu bemessen :
Die Brennweite fI des Gliedes I darf maximal das 4fache des absoluten Wertes von fn, der Brennweite des Gliedes II, betragen ; andernfalls würde der Durchmesser des Gliedes I unter ansonst vergleichbaren Bedingungen grösser, als es in wirtschaftlicher Hinsicht vertretbar ist, fjIIa, die Brennweite des Gliedes lila, ist dem absolutem Wert nach etwa doppelt so gross, wie der absolute Wert von fII.
Die Brennweite fjljb des Gliedes IIIb kann zu einem beliebigen Wert angenommen werden, ohne dass das beschriebene Prinzip dadurch beeinflusst würde ; im vorliegenden Fall beträgt sie das etwa 1, 6fache des absoluten Wertes von fj, derart, dass ein achsparallel einfallendes Strahlenbündel hinter dem Glied IIIb wieder achsparallel austritt, welcher Umstand gewissen Wünschen in bezug auf Sucherausspiegelung, Entfernungsmesser u. dgl., für welche in dem hinter dem Glied IIIb befindlichen Blendenraum Mittel anzuordnen sind, Rechnung trägt.
fIV'die Brennweite des Grundobjektivs Glied IV, ist der Gesamtbrennweite des pankratischen Systems direkt proportional und wurde hier so gewählt, dass die Minimalbrennweite des vorliegenden pankratischen Systems mit etwa 5fachem Brenn- weitenbereich das l. lfache bis l, 2fache der Bilddiagonale beträgt.
Die Verschiebung des negativen Gliedes n längs der optischen Achse erfolgt derart. dass das von Glied I entworfene reelle Zwischenbild I auf etwa die Hälfte verkleinert wird, wenn das negative Glied II dem positiven Glied I am nächsten steht, um dann kontinuierlich auf etwa 5fache Grösse
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etwa die Hälfte verkleinert.
Der Weg, den das negative Glied lila zurücklegt, ist von wesentlicher Bedeutung für die Angleichung der Bildfehler in den Zwischenstellungen an die Bildfehler in jenen Stellungen der einzel- nen Glieder. welche die minimale bzw. maximale Gesamtbrennweite ergeben. Es ist folgende Bedingung zu erfüllen : 1, 27 d2. f d2min-fGmin worin fG die Gesamtbrennweite, d2 den Hauptpunktabstand des zweiten Gliedes und der ersten Komponente des dritten Gliedes bezeichnen, während d2min den Hauptpunktabstand bei Einstellung der minimalen Gesamtbrennweite fGmin darstellt.
Die Fig. l und 2 veranschaulichen den Einfluss, den die Bewegung des Gliedes IIIa z.B.auf die Lage des meridionalen Bildpunktes am Rand des Bildfeldes im Verlauf des gesamten Zoombereiches hat : die ausgezogen gezeichneten, der erfindungsgemässen Bedingung entsprechenden Stellungen des Gliedes IIla (und die davon abhängigen Stellungen der Glieder II und IIIb) ergeben eine über den ganzen Brennweitenbereich ausgeglichene Lage des meridionalen Bildpunktes am Rand des Bildfeldes, während ein beliebiger, von der erfindungsgemässen Bedingung abweichender Weg des Gliedes lila- strichliert gezeichnet-beträchtliche Abweichungen in den Zwischenstellungen derGesamtbrennweite beigleicher meridionalerAberration in den Endstellungen der Gesamtbrennweite zur Folge hat.
Fig. 2 zeigt die Lage des meridionalen Bildpunktes am Rand des Bildfeldes in Abhängigkeit von der jewei-
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den erfindungsgemässen Weg des Gliedes lila ergeben, die strichlierte Kurve zeigt die umein Vielfaches grösseren Fehler, die auf einen beliebigen Weg des Gliedes lila zurückzuführen sind.
In der folgenden Tabelle sind die Abstände zwischen den einzelnen Gliedern für fünf Brennwei- tenstellungen angegeben, wobei für die Stellungen 2,3 und 4 zwei Varianten, nämlich die der aufgestellten Bedingung entsprechenden einerseits und die von dieser Bedingung abweichenden Varian- ten 2a, 3a und 4a anderseits, angegeben sind.
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<tb>
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Stellungen <SEP> d1 <SEP> d2 <SEP> d3 <SEP> #d4 <SEP> fgesamt
<tb> 1 <SEP> 1, <SEP> 453 <SEP> 3, <SEP> 847 <SEP> 0, <SEP> 567 <SEP> 0 <SEP> l, <SEP> 000=min <SEP>
<tb> 2 <SEP> 2,528 <SEP> 2,315 <SEP> 0,745 <SEP> 0,279 <SEP> 1,581
<tb> 2a <SEP> 2, <SEP> 391 <SEP> 1, <SEP> 912 <SEP> 0, <SEP> 830 <SEP> 0, <SEP> 734 <SEP> 1, <SEP> 581 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 329 <SEP> 1, <SEP> 327 <SEP> 0, <SEP> 817 <SEP> 0, <SEP> 394 <SEP> 2, <SEP> 380 <SEP>
<tb> 3a <SEP> 3,289 <SEP> 1, <SEP> 174 <SEP> 0, <SEP> 855 <SEP> 0, <SEP> 549 <SEP> 2, <SEP> 380 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 3,845 <SEP> 1,041 <SEP> 0,731 <SEP> 0,249 <SEP> 3,159
<tb> 4a <SEP> 3, <SEP> 826 <SEP> 0, <SEP> 943 <SEP> 0, <SEP> 755 <SEP> 0, <SEP> 343 <SEP> 3, <SEP> 159 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 4,394 <SEP> 0,752 <SEP> 0,488 <SEP> 0,233 <SEP> 4,652
<tb>
Im folgenden werden zwei typische Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben,
wo- bei auf die Fig. 3 und 4 der Zeichnungen Bezug genommen wird.
Das Frontglied I ist aus einem negativen und einem positiven Meniskus aufgebaut, die mitein- anderverkittetsind. Dieses Glied umfasst ferner einen freistehenden positiven Meniskus ; alle Linsen- flächen sind konvex gegen das einfallende Licht, die Brechkraft der ersten Fläche ist etwa l. Smal so stark wie die der vierten Fläche :
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5 wobei der vierte Radius die Bedingung 0, 7 fi < r4 < 0, 9 fi und der zerstreuende Kittradius die Bedingung 0, 45 fi < r2 < 0, 6 fI erfüllen soll.
Das negative Glied n ist aufgebaut aus zwei negativen Achromatlinsen, deren zweite (dem Glied
IIIa benachbart) die etwa 1, 5fache Brechkraft der ersten (dem Glied I benachbart) hat ; der erste Achro- mat ist aus einer bikonvexen und einer bikonkaven Linse zusammengesetzt, der zweite Achromat aus einem positiven Meniskus und einer bikonkaven Linse zusammengesetzt ; die Brechkraft des sammeln- den Kittradius im ersten Achromaten soll nicht mehr als das 4fache der Brechkraft des sammelnden
Kittradius im zweiten Achromaten betragen :
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Die erste Komponente Illa des dritten Gliedes wird durch einen negativen Meniskus gebildet. dessen Flächen konkav gegen das einfallende Licht gekrümmt sind und der aus einem Glas mit einem Brechungsindex nd 1, 744 und einer Abbe'sehen Zahl V 44, 9 besteht.
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aus einem Glas mit einem Brechungsindex nd#1,691 und einer Abbe'schen Zahl v 48. Bezüglich des Verhältnisses der beiden Komponenten (lila und IIIb) des dritten Gliedes soll die Bedingung
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erfüllt werden.
Das Grundobjektiv besteht aus fünf Linsen, u. zw. aus einer positiven Einzellinse, einernegativen Einzellinse, einem positiven, aus zwei Linsen verkitteten Achromaten, sowie einer weiteren po- sitiven Einzellinse. Die an erster Stelle stehende positive Einzellinse, sowie die an letzter Stelle stehende, haben ihre stärker gekrümmten Radien dem einfallenden Licht zugekehrtundstehenzueinander, sowie zur stärker gekrümmten Aussenfläche der Achromatlinse in einem derartigen Verhältnis, dass die jeweiligen Brechkräfte der 16. bzw. 23. Fläche um nicht mehr als 15%, vorzugsweise nicht mehr als 10% von der Brechkraft der 22. Fläche abweichen.
Die negative Einzellinse ist gleichseitig oder nahezu gleichseitig bikonkav, die absoluten Werte ihrer Flächenbrechkräfte sind um nicht mehr als 20% stärker als die stärkste positive Flächenbrechkraft im Glied IV :
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Die angegebenen Bedingungen sind Voraussetzung für die Behebung des Zonenfehlers, sowie fürdie anastigmatische Bildfeldebnung.
Die Daten zweier Ausführungsbeispiele sind in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben. auf welche ausdrücklich Bezug genommen wird. Die dort beschriebenen pankratischen Objektiveweisenbeieiner Minimalbrennweite des 1, 1 bis 1, 2fachen der Bilddiagonale einen Brennweitenbereich von 1 : 5 auf.
Das relative Öffnungsverhältnis beträgt 1 : I, 8.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pankratisches Objektiv, insbesondere für photographische Zwecke, mit einem Vorsatz variabler Vergrösserung und einem Grundobjektiv konstanter Brennweite, welches das von dem Vorsatz erzeugte Bild in einer Bildebene abbildet, wobei der Vorsatz ein ortsfestes, positives Frontglied und ein zur Änderung der Vergrösserung längs der optischen Achse verschiebbares negatives Glied, sowie ein weiteres, aus einer positiven und einer negativen Komponente bestehendes Glied aufweist, das
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Brennweiteneinstellungen die beiden Komponenten des an dritter Stelle angeordneten Gliedes nach verschiedenen Bewegungsgesetzen längs der optischen Achse verschiebbar sind.