DE1167555B

DE1167555B - Afokales Objektivvorsatzsystem mit veraenderlicher Vergroesserung

Info

Publication number: DE1167555B
Application number: DEK42235A
Authority: DE
Inventors: William H Price
Original assignee: Kodak GmbH
Current assignee: Kodak GmbH
Priority date: 1959-11-25
Filing date: 1960-11-24
Publication date: 1964-04-09

Description

Afokales Objektivvorsatzsystem nüt veränderlicher Vergrößerung Die Erfindung betrifft Objektivsysteme mit veränderlicher Brennweite, sogenannte Gummilinsen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein afokales oder pankratisches Objektivvorsatzsystem zu schaffen, das mit photographischen Objektiven verwendet werden kann und das bei Weitwinkeleinstellung einen maximalen Bildwinkel von -# 18' umfaßt. Der Vergrößerungsmaßstab des Systems soll von 0,65 bis 1,9 verändert werden können, und zwar bei Konstanthaltung der Brennebene und bei einem hohen Korrektionsgrad der Verzeichnung in dem gesamten Variationsbereich.
Bei einigen Ausführungen der Erfindung ist das Vorsatzsystem nicht streng »afokal«, Parallel einfallendes Licht ist vielleicht nicht ganz parallel, wenn es aus einem derartigen Vorsatzsystem austritt, doch ist es immerhin nahezu parallel, so daß es üblich ist, alle derartigen Vorsatzsysteme als afokal zu bezeichnen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gummilinsenvorsatzsystem aus einem vorderen positiven Teil, einem mittleren negativen Teil und einem positiven hinteren Teil. Alle diese Teile sind gleichachsig angeordnet, wobei die vorderen beiden Teile je aus zwei verkitteten Linsenelementen bestehen und das hintere Teil aus einer einfachen Positivlinse besteht. Eines der Teile ist im Verhältnis zu dem Objektiv, mit dem das Vorsatzsystem verwendet werden soll, fest angeordnet, und die anderen beiden Teile sind axial beweglich und mechanisch miteinander gekuppelt, um den afokalen Zustand in allen Einstellungen der beiden verschiebbaren Teile zu erhalten. Erfindungsgemäß besteht das vordere Teil aus einem vorderen negativen Meniskuselement und einem an dessen Rückseite gekitteten positiven bikonvexen Element, das mittlere Teil aus einem vorderen positiven Meniskuselement und einem an dessen Rückseite gekitteten bikonkaven Element und das hintere Teil aus einem positiven Element. Die Linsenanordnung im Frontteil erlaubt beim Gegenstand der Erfindung in Verbindung mit der richtigen Glaswahl besser als die umgekehrte Anordnung die Erreichung einer ungewöhnlich guten Korrektur der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Randfarben im gesamten Verstellbereich. Die Brechzahlen n des Linsenelementes für die D-Linie des Spektrums, die Abbezahlen v und die Radien R der Linsenoberflächen, die jeweils durch tiefgesetzte Bezugszahlen in der Ordnung von vorn nach hinten numeriert sind, liegen in den Bereichen, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind:

1,67 < n, < 1,77 0,58L < R, < 1,12L

0,5v2 < vl < 0,7v2 0,3lL < R, < 0,44L

1,57 < n. < 1,67 -0,66 < L < +0,15

R,

40 < v, < 65

1167 < n3 < 1,77 -0,69 < L < +0,13

R,

0,44 < V3 < 0,6P4 0,38L < -R" < 0,56L

1365 < n4 < 1,75 0,27L < +R« < 0,34L

45 < V4 < 65

1,46 < n" < 1,56 -0,41 < L < +0,41

R7

55 < P,5 < 100 0,48 L < R, < 0,83L

Hier ist L die Länge des Vorsatzsystems von dem vorderen Linsenscheitel des ersten Gliedes bis zu dem hinteren Linsenscheitel des letzten Gliedes, wenn das Vorsatzsystem auf »Einheitsvergrößerung« eingestellt ist, d. h. wenn die Brennweite der gesamten Kombination (Objektiv plus Vorsatz) dieselbe ist wie die des Objektivs allein. Diese Gesamtlänge muß als Maßstab für die Messungen verwendet werden, da das Vorsatzsystem keine endliche Brennweite hat, sondern afokal ist. Die beweglichen Linsenelemente sind axial beweglich nach den bekannten optischen Gesetzen, so daß der vordere Luftspalt stetig mit zunehmender Vergrößerung wächst und die Summe der beiden Luftspalte vom unteren Vergrößerungsbereich bis etwa zur Mitte des Bereichs wächst und wieder von der Mitte bis zur oberen Vergrößerungsgrenze des Bereichs abnimmt. wobei das Gurnmilinsensystem im wesentlichen bei allen Einstellungen innerhalb des Bereichs afok-al bleibt.

Die Dicke der Elemente ist nicht kritisch, sie müssen nur dick genug sein, um herstellbar zu sein, und nicht so dick, daß sie die Bewegung der Teile stören, d. h. nicht so dick, daß sie bei irgendeiner Einstellung den gesamten, zur Verfügung stehenden Luftspalt einnehmen. Die Luftspalte sind veränderbar, um die Gummilinsenwirkung zu erzeugen.
In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch das Gummilinsenvorsatzsystem nach der Erfindung in schematischer Darstellung, F i g. 2 eine Tabelle mit Daten für ein spezielles Ausführungsbeispiel, F i g. 3 eine graphische Darstellung, die den Ab- stand der beiden beweglichen Teile während der Brennweitenveränderung zeigt.
In F i g. 1 wird das normalerweise stationäre, positive Frontteil durch zwei miteinander verkittete Linsenelemente 1 und 2 gebildet, das bewegliche, -negative, mittlere Teil aus miteinander verkitteten Linsenelementen 3 und 4 und das positive, bewegliche, hintere Teil aus einem einzigen Linsenelement 5. Unter »normalerweise stationären Linsen« versteht man eine Linsenkomponente, die in bezug auf die Einstellung der Brennweitenveränderung stationär ist, die jedoch zur Scharfeinstellung auf verschiedene Aufnahmeentfernungen beweglich ist. Dieses Gummilinsenvorsatzsystem ist vor ein übliches, photographisches Objektiv 6 gesetzt, dessen Umrisse in F i g. 1 in schematischer Form gezeigt sind. Es kann sich hierbei z. B. um ein gewöhnliches 13 mm f/1,9 Ob- jektiv handeln, das einen Bildwinkel von ± 13' bei einer 8-mm-Filmkamera umfaßt.

F i g. 2 zeigt eine Tabelle mit Daten eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Tabelle wird nachstehend wiedergegeben:

Linse 1 nD Radien mm Linsendicke

1 1,720 29,3 R, 42,22 t3 = 2,00 mm

2 1,616 49,5 R, -1-20,40 t, # 12,01

R, -215,7 s, veränderlich

3 1,720 29,3 R, -200,0 t-; # 3,30

4 1,697 56,2 R, -25,00 t, = 2,00

R, +l6,70 s. veränderlich

5 1,511 64 R, = co t, # 2,00

R, = -34,04 s. veränderlich

In dieser Tabelle, sowie in F i g. 2. beträgt die Gesamtlänge L des Gummilinsenvorsatzsysterns, gemessen von dem vorderen Linsenscheitel des vorderen Linsenelements 1 bis zu dem hinteren Linsenscheitel des hinteren Linsenelements 5, gleich 55,25 mm, wenn das Vorsatzsystem auf Einheitsvergrößerung eingestellt ist. Diese Gesamtlänge wird bei allen Vergrößerungen, die gröBer oder kleiner als die Einheitsvergrößerung sind, kleiner als 55,25 mm. In jedem afokalen Vorsatzsystem können die linearen Dimensionen einheitlich auf jede beliebige Größe geändert werden, jedoch muß das Verhältnis von jedem Linsenradius oder von jeder Linsendicke zur Gesamtlänge L gleichbleiben. Je größer die Dimensionen gewählt werden, um so besser ist die Fehlerkorrektur, doch um so unhandlicher wird das System. In der ersten Spalte der vorstehenden Tabelle sind die Linsenelemente in der Ordnung von vorn nach hinten numeriert, die Brechungszahlenn des Glases für die D-Linie des Spektrums und die übliche Abbezahiv erscheinen in der zweiten und dritten Spalte, während die Krümmungsradien R der Linsenoberflächen in der vierten Spalte und die Linsendicken t in der letzten Spalte aufgeführt werden, wobei jeder Wert mit tiefgesetzten Bezugszahlen versehen ist. Die Luftspalte s, s, s, sind veränderlich und sind für eine Reihe von Vergrößerungen von 0,65 bis 1.9 in der nachstehenden Zusatztabelle aufgeführt:

Vergrößerung S, s2 s

mm mm mm

0,65 0,54 28,64 16,76

0,80 7,16 25,39 13,40

1,00 12,89 21,05 12,00

1,25 17,48 15.62 12,84

1,56 21,13 8,89 15,92

1,90 23,76 1,51 20,67

s, ist eine angenommene Größe. welche um einen konstanten Betrag vermehrt oder vermindert werden kann. wenn ein Objektiv durch ein anderes ersetzt wird, doch ist sie nützlich bei der Bestimmung der Form einer Steuerkurve oder anderer Bewegungsmittel für den hinteren, positiven Teil des Vorsatzsystems.

Es ist dabei zu beachten, daß sich das mittlere Element von vorn nach hinten bewegt, wenn die Vergrößerung erhöht wird, während das hintere Element, wie durch die Veränderung des Spalts s. angedeutet, sich zuerst von vorn nach hinten und dann wieder von hinten nach vorn bewegt und sich dabei am Ende der stärkeren Vergrößerung weiter nach vorn bewegt als am Ende der geringsten Vergrößerung. In der hintersten Stellung beträgt die Gesamtlänge des Vorsatzsystems von dem Linsenscheitel R, bis zu dem Linsenscheitel R, gleich 55,25 mm, und bei dieser Einstellung beträgt der Spalt s, 12,00 inm.
Bei diesem besonderen Beispiel wurde ein Abstand von 67,25 mm von der Vorderseite des Vorsatzsystems bis zu der Vorderseite des Kameraob ektivs anj genommen, wobei die Verwendung des Vorsatzsystems in Verbindung mit einem Objektiv von 13 mm Brennweite erfolgen soll. Hierbei reicht die Brennweite der gesamten Kombination von 8,6 mm bis etwa 25,0 mm.
F i g. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Bewegungsbereichs der beiden beweglichen Elemente. Auf der Ordinate dieser graphischen Darstellung ist der Vergrößerungsmaßstab aufgetragen, und auf der Abszisse befindet sich eine lineare Skala, wobei die erste Kurve 31 die Veränderung des vorderen Luftspalts s, anzeigt und die zweite Kurve 32 die Veränderung der Suinme der ersten beiden Luftspalte s,+s, die die Stellung des dritten Elemens unter Zusatz einer Konstanten entsprechend der Dicke des zweiten Elementes andeutet.

Ein weiteres Beispiel eines Vorsatzsystems nach dieser Erfindung wird in der nachstehenden Tabelle gezeigt, in der die verwendeten Symbole die gleiche Bedeutung haben wie zuvor:

Linse 1 "- 1 #, 1 Radien mm Linsendicke

1 1,720 42,0 RI = +38,02 t, = 3,60

2 1,620 60,3 R, = +l6,90 t2 = 8,77

R, = -187,7 s, veränderlich

3 1,720 29,3 R, = -180,2 t, # 2,97

4 1,697 56,2 R, = -22,48 t, = 1,99

R6 = +l5,05 s, veränderlich

5 1,511 63,5 R7 # oo t, = 1,80

R, = -30,69 s, = 4,45

Die Luftspalte s, und s, sind veränderlich und sind für eine Reihe von Vergrößerungen von 0,67 bis 1,9 in der nachstehenden Zusatztabelle angegeben:

Vergrößerung S, s2

mm mm

0,65 0,27 25,83

0,80 6,24 22,88

1,00 11,29 18,98

1,25 15,52 14,08

1,56 18,80 8,02

1,90 21,17 1,37

Die Gesamtlänge des Vorsatzsystems bei Einheitsvergrößerung beträgt hierbei 49,50 mm.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Aberrationen noch kleiner und ändern sich bei einer Änderung der Vergrößerung weniger als bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, obgleich die Korrektur bei einem System nach F i g. 2 vollauf befriedigend ist.
Bei jedem der beiden Ausführungsbeispiele kann in bekannter Weise das vordere Teil des Vorsatzsystems stationär sein, d. h. fest in bezug auf das Kameraobjektiv, wie aus den F i g. 1, 2 und 3 ersichtlich ist. Der besondere Vorteil einer bei der Brennweitenänderung stationären Frontlinse besteht dann darin, daß der Frontteil zur Einstellung der Objektentfernung benutzt werden kann. Dabei ist die Entfernungseinstellung zum Objekt für alle Einstellungen innerhalb des Brennweitenbereichs der Vorsatzlinse dieselbe.
Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, das hintere Teil des Vorsatzsystems stationär zu halten. Dies bietet den Vorteil, daß der hintere Teil des Vorsatzsystems sehr klein gehalten werden kann, da er in der Nähe des Kameraobjektivs verbleibt und nicht zur Erzeugung von Vignettierungserscheinungen neigt, wie das bei einer kleinen Linse der Fall wäre, wenn sie weit von dem Kameraobjektiv hinweg bewegt werden würde. Ein zweiter Vorteil dieser Ausführungsform entsteht durch die Tatsache, daß sich in jedem Fall s, linear mit der wirksamen Brennweite ändern würde und daher, wenn man eine lineare Brennweitenveränderung wünscht, einfach das mittlere Teil des Systems linear im Verhältnis zum Kameraobjektiv bewegt werden müßte. Das vordere Teil des Systems müßte sich dann vor und zurÜck bewegen. Eine »lineare« Brennweitenveränderung ist jedoch nicht besonders wünschenswert. Eine geometrische Abstufung ist in der Regel vorzuziehen.
Eine weitere Möglichkeit wäre, den negativen, mittleren Teil des Vorsatzsystems »stationär« zu halten und die beiden positiven Komponenten beweglich zu gestalten. Diese Anordnung scheint keinen Vorteil zu bieten, hat jedoch mehrere Nachteile, z. B. den eines größeren Weges, den der hintere Teil zurücklegen muß, und die sieh daraus ergebende Notwendigkeit, den hinteren Teil verhältnismäßig groß ausbilden zu müssen, um Vignettierungserscheinungen zu vermeiden.
Deshalb ist bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eines der positiven Teile »stationär«.

Claims

Patentansprüche: 1. Afokales Gummilinsenvorsatzsystem zur Anbringung vor einem photographischen oder kinematographischen Objektiv, bestehend aus einem vorderen positiven Teil, einem mittleren negativen Teil und einem hinteren positiven Teil, welche alle gleichachsig angeordnet sind, wobei eines der positiven Teile normalerweise stationär angeordnet ist und das mittlere und das andere positive Teil verschiebbar und mechanisch miteinander gekuppelt sind, so daß das System bei allen Einstellungen der zwei verschiebbaren Teile im wesentlichen afokat ist, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Teil aus einem vorderen negativen Meniskuselement und einem an dessen Rückseite gekitteten positiven, bikonvexen Element besteht, daß das mittlere Teil aus einem vorderen positiven Meniskuselement und einem an dessen Rückseite gekitteten bikonkaven Element und das hintere Teil aus einem positiven Element besteht sowie daß bei den fünf Elementen folgende Bedingungen erfüllt sind: 1,67 < n, < 1,77 0,58L < R, < 1,12L 0,5v, < r, < 0,7v, 0,3lL < R, < 0,44L 1,57 < n, < 1,67 -0,66 < L <+0,15 A1- 40 < v, < 65 1,67 < n, < 1,77 -0,69 < L <+0,13 #R, 0,4v, < v3 < 0,6V4 0,38L < -R, < 0,56L 1,65 < n4 < 1,75 0,27L < +R, < 0,34L 45 < 'P4 < 65 1,46 < ns < 1,56 -0,41 < L < +0,41 R, 55 < Y.5 < 100 0,48 L < -R, < 0,83L

wobei die verwendeten Symbole die folgende Bedeutung haben: n = Brechungszahlen für die D-Linien des Spektrums, = Abbezahlen, R # Krümmungsradien der Linsenoberflächen, L = die gemessene Entfernung von dem vorderen Linsenscheitel des vorderen Teils bis zum hinteren Linsenscheitel des hinteren Teil des Vorsatzsystems, wenn das System auf Einheitsvergrößerungen eingestellt ist. 2. Vorsatzsystern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingungen erfüllt sind: Linse nD v Radien Linsendicke 1 1,72 29 R, # +O,77L t, = 0,037L 2 1,62 49 R2 = +O,37L t2 = 0,22L R, = -3,9L 8, veränderlich 3 1,72 29 R4 # - 3,7L t, = 0,060L 4 1,70 56 R.5 = -0,45L t, = 0,037L R6 = +O,30L s, veränderlich 5 1,51 64 R7 = oo t5 # 0,037L RS = -0,62L s, veränderlich

wobei die zusätzlich verwendete Symbole folgende Bedeutung haben: t # Linsendicke s = Größe des Luftspalts zwischen den einzelnen Gliedern. 3. Vorsatzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingungen erfüllt sind: 1 Linsendicke -#Linse Radien 1 1,72 42 R, = -hO,77L 11 # 0,07L 2 1,62 60 R2 = +O,34L t2 = 0,18L R, = -3,8L S, veränderlich 3 1,72 29 R, = -3,7L 1, = 0,06L 4 1,70 56 R5 = -0,45L t, = 0,04L R, = +O,30L S2 veränderlich 5 1,51 64 R7 # OG t5 = 0,04L R, = -0,62L s, = 0,09L

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 722 325, 685 945; USA.-Patentschriften Nr. 2 847 907, 2 165 341, 2 732 763, 1988 390.