CH623139A5

CH623139A5 - Lens system

Info

Publication number: CH623139A5
Application number: CH1474177A
Authority: CH
Inventors: Francois Laurent
Original assignee: Bolex Int Sa
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1981-05-15
Also published as: JPS5485721A; DE2851152A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem, welches mindestens ein Grundobjektiv, einen Vorsatz und eine Fassung für die Linsen aufweist, wobei das Grundobjektiv auf einen Brennpunkt des Vorsatzes fokussiert ist. The invention relates to a lens system which has at least one basic lens, an attachment and a holder for the lenses, the basic lens being focused on a focal point of the attachment.

Es ist bekannt, dass durch die unterschiedlichen Brechungs-indices von Wasser und Luft, ein in Luft auf ein bestimmtes Objekt fokussiertes Objektiv unscharf abbildet, wenn die selbe Entfernungseinstellung unter Wasser für die selbe Objektentfernung beibehalten wird. Es muss also die Entfernungseinstellung verändert werden. Gleichzeitig trat bei einem herkömmlichen Unterwassergehäuse eine Objektfeldverkleinerung als Folge der Brechung an dem Wasser-Glas-Luft-Übergang am Gehäusefenster ein. Diesem Verkleinern des Objektfeldes wurde damit begegnet, dass anstatt der planparallelen Fensterplatte des Unterwassergehäuses ein sogenannter Dom, eine stark gebogene Linse mit koaxialen Krümmungen verwendet wurde. It is known that, due to the different refractive indices of water and air, an objective focused in air on a specific object is blurred if the same distance setting is maintained under water for the same object distance. The distance setting must therefore be changed. At the same time, a reduction in the object field occurred in a conventional underwater housing as a result of the refraction at the water-glass-air transition at the housing window. This reduction in the size of the object field was countered by using a so-called dome, a strongly curved lens with coaxial curvatures, instead of the plane-parallel window plate of the underwater housing.

Aus dem Stand der Technik sind Objektivanordnungen bekannt, welche eine genügend grosse Schärfentiefe aufweisen, um praktisch in jeder vernünftigen Aufnahmedistanz scharf abzubilden, ohne die Entfernung verstellen zu müssen. Diese Objektivanordnungen funktionieren im allgemeinen nach dem Retrofokusprinzip, das heisst, das Grundobjektiv ist auf eine sehr kurze Entfernung (Makro) fokussiert, und vor dem Grundobjektiv sitzt eine negative Linse, deren vorderer Brennpunkt mit dem Fokuspunkt des Grundobjektivs zusammenfällt. Lens arrangements are known from the prior art, which have a sufficiently large depth of field to focus practically at any reasonable shooting distance without having to adjust the distance. These lens arrangements generally work according to the retrofocus principle, that is, the basic lens is focused at a very short distance (macro), and in front of the basic lens sits a negative lens, the front focus of which coincides with the focal point of the basic lens.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Objektivanordnung vorzuschlagen, welche in Luft und auch in Wasser für alle vernünftigen Objektentfernungen scharfe Abbildungen liefert, und welche einen grossen Aufnahmewinkel aufweist. The object of the invention is to propose a lens arrangement which provides sharp images in air and also in water for all reasonable object distances, and which has a large angle of view.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Linsensystem zwischen vorbestimmten Linsen Bereiche aufweist, in denen das die Linsen umgebende Medium austauschbar ist, wobei die Linsendaten der vorbestimmten Linsen so gewählt sind, dass beim zumindest in bestimmten Bereichen des Linsensystems erfolgenden Austauschen eines ersten durch ein zweites optisches Medium, in das die Linsen eingebettet sind, der Brennpunkt des Vorsatzes und der Fokuspunkt des Grundobjektivs relativ zueinander unveränderbar sind. According to the invention, this is achieved in that the lens system has areas between predetermined lenses in which the medium surrounding the lenses can be exchanged, the lens data of the predetermined lenses being selected such that when at least in certain areas of the lens system a first is replaced by a second optical medium in which the lenses are embedded, the focal point of the attachment and the focal point of the basic lens are unchangeable relative to one another.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Figur 1 zeigt ein Objektiv mit Vorsatzlinse nach dem Retrofokusprinzip ; Figur 2 zeigt ein Objektiv mit Korrekturlinse und Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Figure 1 shows a lens with an attachment lens according to the retrofocus principle; Figure 2 shows a lens with a correction lens and Figure 3 shows an embodiment of the invention.

Die Figur 1 zeigt ein Grundobjektiv GO, das auf den Punkt F o fokussiert ist. Alle Strahlen, die von F o ausgehen, werden durch das Objektiv am Film F in den entsprechenden Bildpunkt von F o fokussiert. Strahlen, die aus dem Unendlichen kommen, werden durch die Vorsatzlinse PMA, deren vorderer Brennpunkt mit dem Punkt F o zusammenfällt, so aufgeweitet, dass sie scheinbar vom Punkt F o herkommen, weshalb sie durch das Objektiv auf den Film fokussiert werden. Strahlen, die von einem endlich entfernten Gegenstand kommen, werden hinter der Filmebene fokussiert, jedoch ist dieser Fehler umso kleiner, je kürzer die Brennweite der Vorsatzlinse ist. FIG. 1 shows a basic objective GO, which is focused on the point F o. All rays emanating from F o are focused by the lens on film F into the corresponding pixel of F o. Rays that come from the infinite are expanded by the front lens PMA, whose front focal point coincides with the point F o, so that they seem to come from the point F o, which is why they are focused on the film by the lens. Rays that come from an object that has finally been removed are focused behind the film plane, but the shorter the focal length of the attachment lens, the smaller this error.

Die Figur 2 zeigt ein Grundobjektiv GO welches ebenfalls auf ein in Makrodistanz m entferntes Objekt fokussiert ist. Vor dem Grundobjektiv befindet sich eine Korrekturlinse C, welche, wenn sie auf beiden Seiten mit Luft umgeben ist, keine Brechkraft besitzt, sondern nur eine leichte Parallelverschiebung der Strahlen bewirkt, so dass sich der Punkt F o nach F a verschiebt. FIG. 2 shows a basic objective GO which is likewise focused on an object which is distant in macro distance m. In front of the basic lens is a correction lens C, which, if it is surrounded by air on both sides, has no refractive power, but only causes a slight parallel shift of the rays, so that the point F o shifts to F a.

Wird nun die Luft auf der Objektseite der Linse C von Wasser verdrängt, so wird der Lichtstrahl 1 an der Fläche 2 nicht mehr unter dem Winkel a, sondern unter dem Winkel ß gebrochen, und der Fokuspunkt des Gesamtsystems verschiebt sich von F a nach F e um den Betrag b. If water is displaced from the air on the object side of the lens C, the light beam 1 on the surface 2 is no longer refracted at the angle a but at the angle β, and the focal point of the overall system shifts from F a to F e by the amount b.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der einem Grundobjektiv GO eine Korrekturlinse C, welche in ein Gehäuse G eingebaut ist, und eine negative Vorsatzlinse PMA vorgesetzt wird. FIG. 3 shows an embodiment of the invention in which a correction lens C, which is built into a housing G, and a negative auxiliary lens PMA are placed in front of a basic objective GO.

3 3rd

623 139 623 139

Das Grundobjektiv ist auf die Entfernung m fokussiert. Wie bei Figur 2 beschrieben, wird auch hier durch die Korrekturlinse C der Lichtstrahl parallel verschoben, so dass sich der Fokuspunkt nach F a verschiebt. Die Lage und Brennweite der Vorsatzlinse PMA ist so gewählt, dass ihr vorderer Brennpunkt mit diesem Punkt F a zusammenfällt. The basic lens is focused on the distance m. As described in FIG. 2, the light beam is also shifted in parallel by the correction lens C, so that the focus point shifts to F a. The position and focal length of the front lens PMA is selected so that its front focal point coincides with this point F a.

Wird nun das ganze System ins Wasser getaucht, so wird vor der Vorsatzlinse und zwischen dieser und der Korrekturlinse C die Luft vom Wasser verdrängt. Innerhalb des Gehäuses G bleibt die Luft erhalten. If the entire system is now immersed in water, the air is displaced from the water in front of and between the front lens and the correction lens C. The air is retained within the housing G.

Durch die Änderung des Brechungsindex des die Vorsatzlinse umgebenden Mediums wird deren Brechkraft vermindert, und die Brennweite vergrössert sich von Fa auf Fe. Gleichzeitg hat sich aber, wie in Figur 2 ausgeführt, der Fokuspunkt Fa durch die Veränderung der Brechungsverhältnisse an der brechenden Fläche 2 ebenfalls nach Fe verschoben, so dass auch bei ins Wasser getauchtem System die retrofokale Einstellung erhalten bleibt, wobei nur die Brennweite und mit ihr der Abbildungsmassstab leicht verändert wird. By changing the refractive index of the medium surrounding the attachment lens, its refractive power is reduced and the focal length increases from Fa to Fe. At the same time, however, as shown in FIG. 2, the focus point Fa has also shifted to Fe due to the change in the refraction conditions at the refractive surface 2, so that the retrofocal setting is retained even when the system is immersed in water, with only the focal length and with it the imaging scale is changed slightly.

Dieses System bietet die Möglichkeit, die Wasserlinie in halbe Höhe des Objektivs zu legen und einen halb im Wasser und halb in der Luft befindlichen Gegenstand zugleich über und unter Wasser scharf abzubilden. This system offers the possibility to place the water line halfway up the lens and to sharply image an object that is half in the water and half in the air at the same time above and under water.

Durch Wegschwenken der Vorsatzlinse PMA verbleibt das auf eine relativ kurze Entfernung fest eingestellte Grundobjektiv. The basic lens fixed at a relatively short distance remains by swiveling away the auxiliary lens PMA.

Wird die Brennweite der negativen Vorsatzlinse und die Gegenstandsweite des Grundobjektivs sehr kurz gewählt, so ergibt sich, wie bekannt, ein starker Weitwinkeleffekt, was auf Grund der Aufnahmebedingungen unter Wasser vorteilhaft ist, da die Absorption des Lichtes durch das Wasser ungünstige Lichtverhältnisse und durch die bevorzugte Rotabsorption auch Farbverschiebungen bringt und daher grosse Gegenstandsweiten unvorteilhaft sind. If the focal length of the negative auxiliary lens and the object distance of the basic lens are selected to be very short, there is, as is known, a strong wide-angle effect, which is advantageous due to the shooting conditions under water, since the absorption of the light by the water is unfavorable lighting conditions and by the preferred Red absorption also brings color shifts and therefore large object widths are disadvantageous.

Die Bedingung für die Radien der Korrekturlinse für die Verschiebung des Fokuspunktes von Fa nach Fe lautet: The condition for the radii of the correction lens for the shift of the focal point from Fa to Fe is:

_ ae(n, —1) , „ „ „ n^—l , . _ ae (n, -1), „„ „n ^ —l,.

Rj ~—— und Ri=Ri —d —s , wobei e —a-n! ~ n2 Rj ~ —— and Ri = Ri —d —s, where e —a-n! ~ n2

Ri den gegenstandsseitigen Radius, Ri the radius on the object side,

R2 den bildseitigen Radius der Korrekturlinse, R2 the image-side radius of the correction lens,

? a die Schnittweite des Systems Grundobjektiv-Korrekturlinse in Luft und e dieselbe Grösse in Wasser, ? a the focal length of the basic lens correction lens system in air and e the same size in water,

n, den Brechungsindex des Wassers n2 den Brechungsindex der Korrekturlinse und d deren Dicke bezeichnet. n, the refractive index of the water n2 denotes the refractive index of the correction lens and d its thickness.

Die Grössen a und e werden durch die Vorsatzlinse vorgegeben. Sizes a and e are specified by the front lens.

Das in Figur 3 schematisch dargestellte optische System zeigt, wie die Erfindung prinzipiell realisiert werden kann, wobei folgende Daten eine mögliche Ausführungsform kennzeichnen können: The optical system shown schematically in FIG. 3 shows how the invention can be implemented in principle, the following data being able to identify a possible embodiment:

r d r d

nd vd nd vd

257,970 257,970

Vorsatz PMA PMA intent

3,000 3,000

1,492 54,67 1.492 54.67

20 20th

25,307 37,749 25.307 37.749

7,000 7,000

Korrekturelement C Correction element C

36,100 36,100

5,000 5,000

-5 1,492 54,67 -5 1.492 54.67

Die einzige Anforderung an das Grundobjektiv hierbei ist die Möglichkeit für eine Makroeinsteilung, um vernünftige Baulängen und Lichtstärken zu halten. In Verbindung mit den oben 30 genannten Daten ist in einem bevorzugt verwendeten Grundobjektiv die Makroeinstellung auf 77 mm in Luft und 248,3 mm in Wasser auszuführen, wobei die Brennweiten des Gesamtsystems 4,88 mm in Luft und 7,35 mm in Wasser ergeben. The only requirement for the basic lens here is the possibility of a macro classification in order to maintain reasonable lengths and light intensities. In conjunction with the above-mentioned data, the macro setting of 77 mm in air and 248.3 mm in water is to be carried out in a preferably used basic lens, the focal lengths of the overall system being 4.88 mm in air and 7.35 mm in water.

Der Objektfeldwinkel beträgt in Luft a 72°, in Wasser ß 35 52°. Für die Berechnung der Daten der Korrekturlinse wurden ein Brechungsindex des Wassers von 1,339 zugrunde gelegt. Selbstverständlich können die Radien der Korrekturlinse auch für andere Indices auch anderer Medien nach den gleichen Formeln berechnet werden. The object field angle is 72 ° in air and 35 ° 52 ° in water. A water refractive index of 1.339 was used to calculate the correction lens data. Of course, the radii of the correction lens can also be calculated for other indices of other media using the same formulas.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

623 139

1,492

54.67

36,100

1,492

54.67

25.307

1. lens system, which has at least one basic objective,

has an attachment and a holder for the lenses, the base lens being focused on a focal point of the attachment, characterized in that the lens system has areas between predetermined lenses in which the medium surrounding the lenses is interchangeable, the lens data of the predetermined lenses are selected such that when at least in certain areas of the lens system a first optical medium is replaced by a second optical medium in which the lenses are embedded, the focal point of the attachment and the focal point of the basic lens can be changed relative to one another.

2. Lens system according to claim 1, characterized in that a correction element is provided between the basic lens and the attachment, the optical medium being interchangeable at least on one side of this correction element.

2nd

io

PATENT CLAIMS

3.00

3. Lens system according to claim 2, characterized in that the refractive power of the correction element when the same medium is present on both sides thereof is equal to zero, and when different media are present not equal to zero.

4. Lens system according to claim 3, characterized in that when the optical medium is exchanged on the object side of the correction element, the focus point of the system formed from this correction element and the basic lens is shifted by the same path as the focal point of the attachment, when the first medium is around it is completely replaced by the second.

5.00

5. Lens system according to claim 4, characterized in that the first optical medium is air. 30th

6. Lens system according to claim 5, characterized in that the radii of the correction element have the formulas

20th

25th

R> =

a-e (n) —1) e — an!

and R2 = Ri ~ d n2 * 1

35

obey, where Rt the object-side and R2 the image-side radius of the correction element (C), a the back focus of the basic lens correction element system in air, and e the same size in the second medium,% the refractive index of the second medium, n2 the refractive index of the correction element - 40 mentes and d denoted its thickness.

7.00

37,749

Correction element

7. Lens system according to claim 6, characterized in that the second medium is water.

8. Lens system according to claim 7, characterized in that to produce a wide-angle effect, the focal length 45 of the auxiliary lens and the set object focal length of the basic lens are very short.

9. Lens system according to claim 8, characterized by the following data for the attachment (PMA) and for the correction element (C), understood with a deviation of the curvature of individual surfaces and the thicknesses up to 10% of the refractive power of the corresponding member, the refractive indices to ± 0.03 and Abbe's numbers to ± 5:

55

r d

"d vd

257,970

Intent

10. The lens system according to claim 9, characterized in that the first and or or third surface has an aspherical curvature, the radii specified in claim 9 corresponding to the lubrication radii.