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wobei in der ersten Spalte die Linsenelemente, numerisch auf der Lichteinfallsseite des Systems beginnend, in der zweiten Spalte die jeweiligen Grundradien Rl bis R32 mit positivem Vorzeichen für konvexe Linsenflächen und negativem Vorzeichen für konkave Linsenflächen, in der dritten Spalte die Dikken Ti bis T16 der jeweiligen Elemente, in der vierten Spalte die axialen Abstände Sl bis Sn zwischen den jeweiligen Elementen, der Blende und der Bildebene, sowie in der fünften und sechsten Spalte jeweils die Brechungsindizes für die Natrium-D Linie ND und der Dispersionsindex V für die optischen Materialien der jeweiligen Elemente angegeben sind.
Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Varioobjektiv.
Viele Varioobjektive, also Objektive mit variabler Brennweite, sogenannte Zoom-Objektive, oder Objektive mit varianz ler Äquivalentbrennweite sind so ausgelegt worden, dass sie nur mässige effektive Öffnungen haben, um auf dem z. Zt. gegebenen Markt für photographische Geräte, wie beispielsweise Laufbildkameras, wettbewerbsfähig zu sein.
In letzter Zeit ist jedoch eine neue Generation von Varioobjektiven entwickelt worden, die aussergewöhnlich grosse Öffnungen im Bereich von 1:1,2 haben. Im allgemeinen hatten diese Objektive jedoch Vergrösserungsverhältnisse, die 3:1 nicht übertrafen. Der Vorteil einer grossen effektiven Öffnung musste also durch ein geringes Vergrösserungsverhältnis erkauft werden. Ausserdem sind Objektive mit kleineren Öffnungen entwickelt worden, die zwar ähnliche oder etwas höhere Vergrösserungsverhältnisse als die Objektive mit grosser Öffnung hatten, jedoch nur in einem Bereich fokussiert werden konnten, der kleiner als der normale Bereich von näherungsweise einem Meter bis unendlich war.
Der Bereich, der kürzer als der übliche Scharfeinstellbereich ist, wird als Makro Bereich bezeichnet; in diesem Bereich kann die Scharfeinstellung in einer Entfernung von mehreren Millimetern von dem Objektiv bis zu der nächsten Entfernung des normalen Bereichs erfolgen. Die meisten Objektive mit grosser Öffnung und starkem Vergrösserungsverhältnis können nicht den gewünschten hohen Korrekturgrad aufrechterhalten, wenn sie im Makro-Bereich scharf eingestellt werden sollen. Es sind deshalb nur wenige, relativ spezielle und deshalb im allgemeinen sehr teure Objektive entwickelt worden und erhältlich, welche die noch zu erläuternde Kombination von Eigenschaften haben, wie sie das Varioobjektiv nach der vorliegenden Erfindung auszeichnet.
Ausserdem waren die meisten dieser Objektive wegen ihres hohen Preises nicht so wettbewerbsfähig, dass sie auf dem Massenmarkt der Heimkinofilmer akzeptiert worden wären.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein relativ kompaktes und relativ preisgünstiges Varioobjektiv zu schaffen, das über einen Vergrösserungsbereich hochkorrigierl ist, der grösser als der herkömmliche 3:1-Bereich für Varioobjekte mit vergleichbar grosser effektiver Öffnung ist.
Dabei wird ein optisches System für ein Varioobjektiv mit grosser effektiver Öffnung vorgeschlagen, das über einen erweiterten Bereich, der den Makro -Bereich enthält, scharf eingestellt werden kann und in sehr hohem Masse korrigiert ist.
Dieses System ist im Patentanspruch definiert.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Objektivs unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch das optische System eines Varioobjektivs,
Fig. 2A bis 2H graphische Darstellungen verschiedener Aberrationen des Objektivs in der Weitwinkeleinstellung, und
Fig. 3A bis 3H graphische Darstellungen verschiedener Aberrationen des Objektivs in der Tele-Einstellung.
Es wird auf folgendes hingewiesen: Die hier verwendeten Bezeichnungen vorne und hinten beziehen sich auf die Enden des Objektivs, die jeweils näher bei seinen langen bzw.
kurzen konjugierten Punkten liegen.
In der Figur list ein Varioobjektiv oder Objektiv mit variabler Äquivalentbrennweite dargestellt. Dieses Objektiv ist über einen relativ grossen Vergrösserungsbereich hochkorrigiert und kann sowohl im Makro-Bereich als auch im normalen Bereich scharf eingestellt werden. Ausserdem hat dieses Objektiv im Vergleich mit anderen Objektiven im Zoom-Bereich eine relativ grosse effektive Öffnung.
Beginnend an der Lichteinfallsseite des optischen Systems enthält das Objektiv ein positives erstes Glied Ci, das axial über eine kurze Strecke eingestellt werden kann, um das optische System in einem Bereich von näherungsweise einem Meter bis unendlich zu fokussieren. Das zweite Glied G ist ein sogenannter Variator oder negatives Glied, das längs der Achse des optischen Systems variiert werden kann, um die Äquivalentbrennweite des Objektivs zu ändern. Die Äquivalentbrennweite kann über einen Vergrösserungsbereich geändert werden, der grösser als 6:1 ist, obwohl über diesen gesamten Bereich ein hohes Mass an optischen Korrekturen für eine grosse Öffnung von wenigstens 1:1,2 beibehalten wird.
Ein drittes Glied Cs kann bei einer axialen Einstellung des Variators axial justiert werden und dient als Kompensator, um die Aberrationen zu korrigieren, die durch Veränderung der Brennweite des optischen Systems verursacht werden; das Glied G kann unabhängig eingestellt werden, um das optische System im Makro-Bereich zu fokussieren. Das Glied C4 ist ein stationäres Linsenglied und dient dazu, die aus dem Kompensatorglied G austretenden Strahlen weiter zu kollimieren.
Das hintere Glied Cs ist ein Grundlinsenglied, das mit den oben beschriebenen Gliedern ein afokales System bildet
Das erste Glied Cm weist ein vorderes, bikonvexes, verkittetes Duplett Li, Lz und eine hintere, einzelne Linse 6 auf, die vorne vorwiegend konvex und nahe bei dem Duplett L, L2 angeordnet ist. Das Glied C2 ist von der Rückseite der einzelnen Linsen 6 durch einen variablen Luftspalt Ss getrennt und kann relativ zu ihr eingestellt werden.
Das Glied Cz weist eine vordere, negative, einzelne Meniskuslinse 6, die vorne konvex ist, und ein hinteres bikonkaves, verkittetes Duplett 6,1,6 auf, das vorne vorwiegend konkav ist Das Duplett enthält innere sammelnde Kontaktoberflächen Rlo, Rll.
Das Glied G ist durch einen variablen Luftspalt S6 von dem Glied C2 und durch einen weiteren variablen Luftspalt Ss von dem folgenden Glied c4 getrennt. Das Glied Ci weist ein positi ves Duplett 6,6 L8 sowie eine Meniskuslinse Ls auf, die hinten vorwiegend konkav ist.
Während des Variobetriebs oder wäh- rend der Änderung der Brennweite wird das Glied Ci axial in einem Mass bewegt, das proportional zu dem Ausmass der Bewegung des Gliedes C2 ist Für die Fokussierung im Makro Bereich wird jedoch das Antriebsglied (nicht dargestellt) der Glieder C2 und G, durch das ihre axiale Einstellung durchgeführt wird, von dem Glied C2 getrennt, so dass dieses Glied stationär bleibt, während das Glied G für die Fokussierung axial justiert wird.
Das Glied C4 ist vor der Blende des optischen Systems angebracht und weist eine vordere, negative, einzelne Meniskuslinse Lo und eine hintere positive, einzelne Meniskuslinse L.. auf, die zusammen ein im wesentlichen afokales System bilden, das mit dem hinteren Grundlinsensystem Cs zusammenwirkt.
Das Glied Cs weist eine vordere, bikonvexe, einzelne Linse L12 auf, die in einem bestimmten Abstand von einem negativen
Element Lr3 angeordnet ist. Ein Duplett aus Elementen Ll4 und Lis ist zwischen dem Element L.3 und dem hinteren Element 16 angeordnet, das durch eine einzige, vorne vorwiegend konvexe Linse gebildet wird.
Die Elemente Li bis L.6 haben sphärische Oberflächen oder Krümmungsradien Rl bis R32, axiale Dicken Tl bis T16 und axiale Abstände Si bis S17. Die Abstände Sll und 512 reichen aus um einen Zwischenraum für die Blende zur Einstellung der wirksamen Öffnung zu bilden.
Das Varioobjektiv nach der Erfindung, das im Makro Bereich scharf eingestellt werden kann und eine grosse Öffnung hat, weist in den in der Tabelle gemäss Patentanspruch angegebenen konstruktiven Aufbau auf, wobei der Tabelle insbesondere Abmessungen entnommen werden können. Die Brechungsindizes für die Natrium-D-Linie und die Abbeschen Dispersionszahlen sind jeweils mit ND bzw. V bezeichnet.
In der genannten Tabelle gibt die erste Spalte die Folge von Linsenelementen an, wobei numerisch auf der Lichteinfallsseite des Systems begonnen wird. Die zweite Spalte gibt die jeweiligen Radien der Elemente in Millimetern an. Der dritten Spalte können die axialen Dicken T der jeweiligen Elemente in Millimeter entnommen werden. Die vierte Spalte gibt die axialen Abstände zwischen den jeweiligen Elementen und der Nennbildebene in Millimetern an. Mit EFL wird die effektive Brennweite des Linsensystems bei Weitwinkeleinstellung W/A , bei Teleobjektiveinstellung T/P und bei der Einstellung auf einen mittleren Bereich MID bezeichnet. Mit halber Bildwinkel ist eine Hälfte des Winkels zwischen einer Ver längerung der Objektivachse und einer Linie von dem Knotenbzw.
Hauptpunkt des Objektivs zu dem am weitesten aussen liegenden Punkt bezeichnet, der bei den oben angegebenen Bedingungen auf den Film aufgezeichnet wird.
Die Fig. 3A bis 3H entsprechen den Fig. 2A bis 2H, beziehen sich jedoch auf die Tele-Einstellung des Varioobjektivs.
In den Fig. 2A bis 2E sowie in den Fig. 3A bis 3E stellen die durchzogenen Linien die Aberrationen des Lichtstrahles bei 5893 Ä dar, während die punktierten Linien die Aberrationen des Lichtstrahles bei 6563 Ä und die gestrichelten Linien bei 4861 Ä darstellen.
In den Fig. 2A bis 2E ist auf der Ordinate jeweils die Verschiebung eines gegebenen Strahles in der Bildebene für einen Strahl angegeben, der in einer besonderen Ebene einfällt. Die angegebenen Einheiten beziehen sich auf '/logo inch. Die Abszisse bezieht sich auf Bruchteile der Öffnung zwischen 0 und 1.0.
Die Fig. 2A zeigt die sphärische Aberration für Strahlen, die von einem Punkt auf der optischen Achse ausgehen.
Die Fig. 2B zeigt den meridionalen Zonenfehler.
Die Fig. 2C zeigt die sphärische Aberration für Strahlen, die radial von der optischene Achse verschoben sind.
Die Fig. 2D zeigt die sphärische Aberration für Strahlen von der Ecke des Filmformates im Meridionalschnitt.
Fig. 2E zeigt die sphärische Aberration eines zur Ecke des Filmformates verlaufenden, radialen Strahlenbündels.
Die Fig. 2F stellt die Verzeichnung als Prozentsatz einer perfekten Abbildung dar.
In der Fig. 2G sind die sphärischen Aberrationen mit der durchgezogenen Linie und die Verletzung der Sinusbedingung ist mit der gestrichelten Linie dargestellt.
Die Fig. 2H zeigt die Bildfeldwölbung bzw. die Bildfeldkrümmung, wobei die tangentiale Krümmung mit durchgezogener Linie und die sagittale Krümmung mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist.
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where in the first column the lens elements, starting numerically on the light incidence side of the system, in the second column the respective base radii Rl to R32 with a positive sign for convex lens surfaces and a negative sign for concave lens surfaces, in the third column the thicknesses Ti to T16 of the respective Elements, in the fourth column, the axial distances Sl to Sn between the respective elements, the aperture and the image plane, and in the fifth and sixth column, the refractive indices for the sodium D line ND and the dispersion index V for the optical materials of the respective Elements are specified.
The invention relates to an optical system for a zoom lens.
Many zoom lenses, i.e. lenses with a variable focal length, so-called zoom lenses, or lenses with a variable equivalent focal length have been designed in such a way that they have only moderate effective openings in order to be able to use the z. Current market for photographic equipment such as motion picture cameras to be competitive.
Recently, however, a new generation of zoom lenses has been developed that have exceptionally large apertures in the range of 1: 1.2. In general, however, these lenses had magnification ratios that did not exceed 3: 1. The advantage of a large effective opening had to be bought through a small enlargement ratio. In addition, lenses with smaller apertures have been developed, which have similar or somewhat higher magnification ratios than the lenses with large apertures, but could only be focused in an area that was smaller than the normal range of approximately one meter to infinity.
The area that is shorter than the usual focus area is called the macro area; in this area, the focus can be set at a distance of several millimeters from the lens to the closest distance from the normal area. Most lenses with a large aperture and a high magnification ratio cannot maintain the desired high degree of correction if they are to be focused in the macro range. For this reason, only a few, relatively special and therefore generally very expensive lenses have been developed and are available which have the combination of properties to be explained which distinguishes the zoom lens according to the present invention.
In addition, most of these lenses were not so competitive because of their high price that they would have been accepted on the mass market of home theater filmmakers.
It is therefore an object of the present invention to provide a relatively compact and relatively inexpensive zoom lens that is highly corrected over a magnification range that is larger than the conventional 3: 1 range for zoom objects with a comparatively large effective aperture.
An optical system for a zoom lens with a large effective aperture is proposed, which can be sharply adjusted over an extended area, which contains the macro area, and is corrected to a very high degree.
This system is defined in the claim.
An exemplary embodiment of the objective according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying schematic drawings.
Show it:
1 shows a longitudinal section through the optical system of a zoom lens,
2A to 2H are graphical representations of various aberrations of the lens in the wide-angle setting, and
3A to 3H are graphical representations of various aberrations of the lens in the telephoto setting.
Attention is drawn to the following: The designations used here at the front and back refer to the ends of the lens, which are each closer to its long or
short conjugate points.
In the figure, a zoom lens or lens with variable equivalent focal length is shown. This lens is highly corrected over a relatively large magnification range and can be focused both in the macro range and in the normal range. In addition, this lens has a relatively large effective aperture compared to other lenses in the zoom range.
Starting at the light incidence side of the optical system, the lens includes a positive first link Ci that can be axially adjusted over a short distance to focus the optical system in a range from approximately one meter to infinity. The second link G is a so-called variator or negative link, which can be varied along the axis of the optical system in order to change the equivalent focal length of the lens. The equivalent focal length can be changed over a magnification range that is greater than 6: 1, although a high degree of optical corrections for a large aperture of at least 1: 1.2 is maintained over this entire range.
A third link Cs can be axially adjusted upon axial adjustment of the variator and serves as a compensator to correct the aberrations caused by changing the focal length of the optical system; the link G can be adjusted independently to focus the optical system in the macro range. The element C4 is a stationary lens element and serves to further collimate the rays emerging from the compensator element G.
The rear limb Cs is a base lens limb that forms an afocal system with the limbs described above
The first link Cm has a front, biconvex, cemented doublet Li, Lz and a rear, single lens 6, which is predominantly convex at the front and is arranged close to the doublet L, L2. The link C2 is separated from the rear of the individual lenses 6 by a variable air gap Ss and can be adjusted relative to it.
The link Cz has a front, negative, individual meniscus lens 6, which is convex at the front, and a rear biconcave, cemented doublet 6, 1, 6, which is predominantly concave at the front. The doublet contains inner collecting contact surfaces Rlo, Rll.
The link G is separated from the link C2 by a variable air gap S6 and from the following link c4 by a further variable air gap Ss. The link Ci has a positive doublet 6.6 L8 and a meniscus lens Ls, which is predominantly concave at the back.
During the zoom operation or during the change of the focal length, the link Ci is moved axially to a degree which is proportional to the extent of the movement of the link C2. However, for focusing in the macro range, the drive link (not shown) of the links C2 and G, by means of which its axial adjustment is carried out, is separated from the link C2 so that this link remains stationary while the link G is axially adjusted for focusing.
The link C4 is attached in front of the diaphragm of the optical system and has a front, negative, single meniscus lens Lo and a rear positive, single meniscus lens L .., which together form an essentially afocal system which interacts with the rear base lens system Cs.
The link Cs has a front, biconvex, single lens L12, which is at a certain distance from a negative
Element Lr3 is arranged. A doublet of elements L14 and Lis is arranged between element L.3 and rear element 16, which is formed by a single lens, which is predominantly convex in the front.
The elements Li to L.6 have spherical surfaces or radii of curvature Rl to R32, axial thicknesses Tl to T16 and axial distances Si to S17. The distances S11 and 512 are sufficient to form a space for the diaphragm to set the effective opening.
The zoom lens according to the invention, which can be set sharply in the macro range and has a large opening, has the construction shown in the table in accordance with the patent claim, dimensions of which can be found in particular in the table. The refractive indices for the sodium D line and the Abbe's dispersion numbers are denoted by ND and V, respectively.
In the table mentioned, the first column shows the sequence of lens elements, starting numerically on the light incidence side of the system. The second column shows the respective radii of the elements in millimeters. The third column shows the axial thicknesses T of the respective elements in millimeters. The fourth column shows the axial distances between the respective elements and the nominal image plane in millimeters. EFL is the effective focal length of the lens system for wide-angle W / A, for telephoto T / P and for a medium range MID. With half the angle of view, half of the angle between an extension of the lens axis and a line from the node or.
Main point of the lens to the outermost point that is recorded on the film under the above conditions.
3A to 3H correspond to FIGS. 2A to 2H, but relate to the telephoto setting of the zoom lens.
In FIGS. 2A to 2E and in FIGS. 3A to 3E, the solid lines represent the aberrations of the light beam at 5893 Å, while the dotted lines represent the aberrations of the light beam at 6563 Å and the dashed lines at 4861 Å.
2A to 2E, the ordinate shows the displacement of a given beam in the image plane for a beam that is incident in a special plane. The units given refer to '/ logo inch. The abscissa refers to fractions of the opening between 0 and 1.0.
Fig. 2A shows the spherical aberration for rays originating from a point on the optical axis.
2B shows the meridional zone error.
Figure 2C shows the spherical aberration for rays radially shifted from the optical axis.
2D shows the spherical aberration for rays from the corner of the film format in the meridional section.
2E shows the spherical aberration of a radial beam of rays running to the corner of the film format.
Figure 2F shows distortion as a percentage of a perfect image.
2G, the spherical aberrations are shown with the solid line and the violation of the sine condition is shown with the dashed line.
2H shows the field curvature or the field curvature, wherein the tangential curvature is shown with a solid line and the sagittal curvature with a dashed line.