DE1218178B

DE1218178B - Lens with continuously changeable focal length

Info

Publication number: DE1218178B
Application number: DEB58822A
Authority: DE
Inventors: Arthur Cox; Walter J Johnson
Original assignee: Bell and Howell Co
Current assignee: Bell and Howell Co
Priority date: 1959-12-24
Filing date: 1960-08-02
Publication date: 1966-06-02

Description

Objektiv mit kontinuierlich veränderbarer Brennweite Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv mit kontinuierlich veränderbarer Brennweite.Lens with continuously variable focal length The invention refers to a lens with continuously variable focal length.

Ein bekanntes Variosystem besitzt bereits eine Bereichsänderung der Brennweite von etwa 1:4. Seine relative Öffnung ist jedoch mit 1: 25 verhältnismäßig klein.A known vario system already has a range change of the Focal length of about 1: 4. However, its relative opening is proportionate at 1:25 small.

Ferner ist ein Objektiv bekannt, das aus einem afokalen System mit axial verschiebbaren Linsen zur Brennweitenänderung und einem nachgeordneten optischen System fester Brennweite besteht. Bei einem 4fachen Änderungsbereich beträgt seine relative Öffnung 1: 2 bis 1: 25.Furthermore, an objective is known which consists of an afocal system with axially displaceable lenses for changing the focal length and a downstream optical Fixed focal length system. With a 4-fold change range, its is relative opening 1: 2 to 1:25.

In einem anderen bekannten System letzterer Art läßt sich sogar ein 5,6facher Vergrößerungsbereich bei einer relativen Öffnung von 1 : 2 bis 1 : 1,5 erreichen.In another known system of the latter type, even one can be used 5.6x magnification range with a relative aperture of 1: 2 to 1: 1.5 reach.

Bei diesem afokalen System sind neun Elemente nötig und vorhanden, während nach der Erfindung der afokale Teil, wie nachfolgend ersichtlich ist, nur sieben Elemente enthält.In this afocal system nine elements are necessary and available, while according to the invention the afocal part, as can be seen below, only contains seven elements.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines billigen Objektivs mit kontinuierlich veränderbarer Brennweite und Bildgröße, welches über einen Vergrößerungsbereich von mindestens 3 : 1 hochkorrigiert ist und eine Apertur von n-indestens f/1,8 besitzt.The purpose of the invention is to create a cheap lens with continuously variable focal length and image size, which over a range of magnification is highly corrected by at least 3: 1 and has an aperture of n-at least f / 1.8.

Die hier benutzten Ausdrücke »Vorder« und »Hinter« sollen so verstanden werden, daß sie sich auf die Enden des Objektivs beziehen, die diesbezüglich den langen und kurzen Schnittweiten näher sind.The terms "in front" and "behind" used here are intended to be understood in this way that they refer to the ends of the lens that are related to the long and short cuts are closer.

Nach der Erfindung ist ein Objektiv mit kontinuierlich veränderbarer Brennweite, bestehend aus einer positiven Doppellinse mit einer zerstreuenden inneren Kontaktfläche und einer positiven, vorwiegend nach vorn konvexen Einzellinse, die gemeinsam die Frontgruppe bilden, eine negative Zwischengruppe, welche axial relativ zur Frontgruppe bewegbar ist und aus einer negativen, nach vorn konvexen Meniskuslinse und einer bikonkaven Doppellinse mit einer sammelnden inneren Kontaktfläche besteht, sowie einem positiven Glied, welches mit der Frontgruppe und der Zwischengruppe ein afokales Linsensystem bildet, wobei die Frontgruppe während der Brennweitenänderung bewegbar ist, ferner aus einem stationären Spezialobjektiv fester Brennweite und einer Blende zwischen dem afokalen System und dem Spezialobjektiv, dadurch gekennzeichnet, daß das afokale System gemäß der folgenden Zahlentabelle konstruiert ist, in welcher die Abmessungen in Millimeter angegeben sind. 2 Dicken Radien I und Abstände I na R1 = -I-101,6254 t, = 2,286 1,720 29,3 R2 = -I-29,210 t2 = 7,62 1,611 58,8 R3 = -326,4662 s,. = 0,1526 R4 = -I-39,116 t3 = 5,08 1,611 58,8 R.5 = 00 s2 = 18,542 (Telephoto) 12,192 (Mittel) 1,270 (Weitwinkel) R, = -I-92,71 t4 = 1,6510 1,620 60,3 R7 = -I-14,859 s3 = 2,4130 R3 = -18,1229 t5 = 1,524 1,620 60,3 Re = -I-14,8590 to = 3,6830 1,751 27,7 Rlo = -I-190,50 s4 = 1,270 (Telephoto) 12,23010 (Mittel) 18,54454 (Weitwinkel) Rll = oo t7 2,286 1,611 58,8 R12 = -29,21 Bei einem solchen Objektiv kann das Spezialobjektiv gemäß der folgenden Zahlentabelle konstruiert sein, in der die Abmessungen in Millimeter angegeben sind: Radien Dicken Uta und Abstände R13 = -(-9,906 - t$ = 3,2004 1,697 56,2 R14 = Co se = 2,032 R15 = -11,684 t9 = 1,27 1,751 27,7 - R16 = -E-11,684 s7 = 1,0668 R17 = -23,5966 tlo = 2,6670 1,651 55,8 R18 = -9,4488 s8 = 0,1778 R19 = -E--17,82826 t11 = 3,048 1,620 60,3 R2, = -17,82826 In den Zeichnungen, die einen Teil der nachfolgenden Beschreibung bilden, zeigen die F i g. 1 bis 3 ein Objektiv mit kontinuierlich veränderbarer Brennweite, welches die Erfindung verkörpert. Sie zeigen diesbezüglich das Objektiv in der langen, einer mittleren und der kurzen Brennweiteneinstellung.According to the invention, a lens with continuously variable focal length, consisting of a positive double lens with a dispersing inner contact surface and a positive, predominantly forward convex single lens, which together form the front group, a negative intermediate group, which is axially movable relative to the front group and consists of a negative, forward convex meniscus lens and a biconcave double lens with a converging inner contact surface, as well as a positive member, which forms an afocal lens system with the front group and the intermediate group, the front group being movable during the focal length change, furthermore from a stationary special lens Focal length and a diaphragm between the afocal system and the special lens, characterized in that the afocal system is constructed in accordance with the following table of figures, in which the dimensions are given in millimeters. 2 Thick Radii I and distances I na R1 = -I-101.6254 t, = 2.286 1.720 29.3 R2 = -I-29.210 t2 = 7.62 1.611 58.8 R3 = -326.4662 s ,. = 0.1526 R4 = -I-39.116 t3 = 5.08 1.611 58.8 R.5 = 00 s2 = 18.542 (telephoto) 12.192 (medium) 1,270 (wide angle) R, = -I-92.71 t4 = 1.6510 1.620 60.3 R7 = -I-14.859 s3 = 2.4130 R3 = -18.1229 t5 = 1.524 1.620 60.3 Re = -I-14.8590 to = 3.6830 1.751 27.7 Rlo = -I-190.50 s4 = 1.270 (telephoto) 12.23010 (medium) 18.54454 (wide angle) Rll = oo t7 2.286 1.611 58.8 R12 = -29.21 With such a lens, the special lens can be constructed according to the following table of figures, in which the dimensions are given in millimeters: Radii Thick Uta and distances R13 = - (- 9.906 - t $ = 3.2004 1.697 56.2 R14 = Co se = 2.032 R15 = -11.684 t9 = 1.27 1.751 27.7 - R16 = -E-11.684 s7 = 1.0668 R17 = -23.5966 tlo = 2.6670 1.651 55.8 R18 = -9.4488 s8 = 0.1778 R19 = -E - 17.82826 t11 = 3.048 1.620 60.3 R2, = -17.82826 In the drawings which form a part of the description below, Figs. 1 to 3 an objective with continuously variable focal length, which embodies the invention. In this regard, they show the lens in the long, medium and short focal length settings.

F i g. 4 bis 6 zeigen den Korrektionszustand.F i g. 4 to 6 show the correction state.

Die äquivalente Brennweite des beschriebenen Objektivs ist über einen 3: 1-Vergrößerungsbereich variabel, wobei ein hoher Grad optischer Korrektion für eine Apertur von f/1,8 über den Bereich aufrechterhalten ist. Sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Feldkrümmung sowie Farborts- und Farbquerfehler sind über den ganzen Verstellbereich hochkorrigiert. Die Verzeichnung ist ebenfalls hochkorrigiert, doch ist sie leicht unausgeglichen, um den hohen Korrektionsgrad der anderen Aberrationen zu bewirken.The equivalent focal length of the lens described is about a 3: 1 magnification range variable, with a high degree of optical correction for an aperture of f / 1.8 is maintained over the range. Spherical aberration, Coma, astigmatism, field curvature as well as chromaticity coordinates and lateral chromatic aberrations are about the entire adjustment range corrected. The distortion is also highly corrected, but it is slightly unbalanced for the high degree of correction of the other aberrations to effect.

Um die hohen Korrektionen zu erreichen und primäre und Aberrationen höherer Größenordnung auf das Mindestmaß zurückzuführen, ist das afokale System, das die Wirkungsgruppen 1, 2 und 3 umfaßt, im wesentlichen gemäß den folgenden Ungleichheiten entworfen +1,5 f; < R1 < -I-2,5 fi -20 f1 < R3 < +4 f1 -E-0,65 f1 < R4 < +0,85 f1 -235 fi < R5 < -E-20 f, -4,0 f2 < Re < -7,0 f2 -019 f 2 < R7 < -1,1 f 2 -131 f2 < -R, < -1,3 f 2 -10,0 f2 < Rlo< 00 wo f1 die äquivalente Brennweite der positiven Wirkungsgruppe 1 und f2 die äquivalente Brennweite der negativen Wirkungsgruppe 2 ist.In order to achieve the high corrections and reduce primary and higher order aberrations to the minimum, the afocal system, which comprises the action groups 1, 2 and 3, is essentially designed according to the following inequalities +1.5 f; <R1 <-I-2.5 fi -20 f1 <R3 <+4 f1 -E-0.65 f1 <R4 <+0.85 f1 -235 fi <R5 <-E-20 f, -4.0 f2 <Re <-7.0 f2 -019 f 2 <R7 <-1.1 f 2 -131 f2 <-R, <-1.3 f 2 -10.0 f2 <Rlo <00 where f1 is the equivalent focal length of positive effect group 1 and f2 is the equivalent focal length of negative effect group 2.

Das erfindungsgemäße Objektiv, das einen Vergrößerungsbereich von 3 : 1 hat, ist gemäß der folgenden Tabelle entworfen, worin die Abmessungen in Millimeter gegeben sind. Die Brechungszahlen der Gläser für die d-Linie und die entsprechenden Abbeschen Zahlen sind mit nd und v bezeichnet. Brennweiten = 26,8986 (Telephoto) 15,5448 (Mittel) 9,0170 (Weitwinkel) Schnittweite = 10,922 f/1,8 Radien Dicken I und Abstände I na R1 = +101,6254 t1 = 2,286 1,720 29,3 R2 = -f-29,210 L2 t2 = 7,62 1,611 58,8 R3 = -326,4662 s1 = 01526 _ . R4 = -E-39,116 L3 t3 = 5,08 1,611 58,8 RS = co s2 = 18,542 (Telephoto) 12,192 (Mittel) . 1,270 (Weitwinkel) Re = r-92,71 L4 t4 = 1,6510 1,620 60,3 R7 = +14,859 s3 = 2,4130 R8 = -18,1229 L5 t5 = 1,524 - 1,620 60,3 R9 = +14,8590 L, to = 3,6830 1,751 27,7 Rlo = +190,50 s4 = 1,270 (F i g. 1) . (Telephoto) 12,23010 (F i g. 2) (Mittel) 18,54454 (F i g. 3) (Weitwinkel) R11 = co L7 t7 = 2,286 1,611 58,8 R12 = -29,21 s5 = 7,112 R13 = +9,906 L8 t8 = 3,2004 1,697 56,2 R14 = 00 so = 2,032 R15 = -11,684 L9 t9 = 1,27 1,751 27,7 R18 = +11,684 s7 = 1,0668 R17 = -23,5966 Lio tlo = 2,6670 1,651 55,8 R18 = -9,4488 ss = 0,1778 R19 = -E-17,82826 L11 tll = 3,048 1,620 60,3 R20 = -17,82826 Seidel-Koeffizienten Sphärische Koma Astigma- 1etzVal Aberration I 1 tismus I Telephoto... -0,001897 -0,01212 -0,080 +0,527 Normal..... -0,001858 -0,1327 -0,034 +0,527 Weitwinkel.. -0,002C09 -0,01427 -0,118 +0,527 Verzeichnung 1 Farbartsfehler 1 Farbquerfehler Telephoto. . . +62,97 +0,000210 +0,00084 Normal..... +36,60 +0,000210 +0,00184 Weitwinkel.. -55,60 -E-0,000207 +0,00271 Während in dem vorbeschriebenen Objektiv die Wirkungsgruppe 1 zui Schnittweitenkompensation während Brennweitenveränderung nichtlinear bewegt wird, ist auch beabsichtigt, daß die Wirkungsgruppe 1 während der Brennweitenveränderung ortsfest ist und die Schnittweitenkompensation während der Brennweitenveränderung durch nichtlineare Bewegung des Gliedes L7 erreicht wird. Die Wirkungsgruppe 1 würde vorzugsweise noch für Fokussierungszwecke, aber nicht während Brennweitenänderungsoperationen einstellbar sein.The objective according to the invention, which has a magnification range of 3: 1, is designed according to the following table, in which the dimensions are given in millimeters. The refractive indices of the glasses for the d-line and the corresponding Abbe numbers are denoted by nd and v. Focal lengths = 26.8986 (telephoto) 15.5448 (medium) 9.0170 (wide angle) Back focus = 10.922 f / 1.8 Radii thicknesses I and distances I na R1 = +101.6254 t1 = 2.286 1. 720 29.3 R2 = -f-29.210 L2 t2 = 7.62 1.611 58.8 R3 = -326.4662 s1 = 01526 _. R4 = -E-39.116 L3 t3 = 5.08 1.611 58.8 RS = co s2 = 18.542 (telephoto) 12.192 (medium). 1,270 (wide angle) Re = r-92.71 L4 t4 = 1.6510 1.620 60.3 R7 = +14.859 s3 = 2.4130 R8 = -18.1229 L5 t5 = 1.524 - 1.620 60.3 R9 = +14.8590 L, to = 3.6830 1.751 27.7 Rlo = +190.50 s4 = 1.270 (Fig. 1). (Telephoto) 12.23010 (Fig. 2) (Middle) 18.54454 (Fig. 3) (Wide angle) R11 = co L7 t7 = 2.286 1.611 58.8 R12 = -29.21 s5 = 7.112 R13 = +9.906 L8 t8 = 3.2004 1.697 56.2 R14 = 00 so = 2.032 R15 = -11.684 L9 t9 = 1.27 1.751 27.7 R18 = +11.684 s7 = 1.0668 R17 = -23.5966 Lio tlo = 2.6670 1.651 55.8 R18 = -9.4488 ss = 0.1778 R19 = -E-17.82826 L11 tll = 3.048 1.620 60.3 R20 = -17.82826 Seidel coefficient Spherical Coma Astigma 1etzVal Aberration I 1 tism I Telephoto ... -0.001897 -0.01212 -0.080 +0.527 Normal ..... -0.001858 -0.1327 -0.034 +0.527 Wide angle .. -0.002C09 -0.01427 -0.118 +0.527 Distortion 1 chromaticity error 1 lateral chromaticity error Telephoto. . . +62.97 +0.000210 +0.00084 Normal ..... +36.60 +0.000210 +0.00184 Wide angle .. -55.60 -E-0.000207 +0.00271 While in the objective described above, the action group 1 is moved non-linearly to the back focal length compensation while the focal length is being changed, it is also intended that the action group 1 is stationary during the focal length change and the back focal length compensation is achieved during the focal length change by non-linear movement of the member L7. Action group 1 would preferably still be adjustable for focusing purposes, but not during focal length change operations.

Claims

Claims: 1. Lens with continuously variable focal length, consisting of a positive double lens with a dispersing inner contact surface and a positive, predominantly forward convex single lens, which together form the front group, a negative intermediate group, which is axially movable relative to the front group and of a negative, forward convex meniscus lens and a biconcave double lens with a converging inner contact surface, as well as a positive member, which forms an afocal lens system with the front group and the intermediate group, the front group being movable during the focal length change, furthermore from a stationary special lens with a fixed focal length and a diaphragm between the afocal system and the special lens, characterized in that the afocal system is constructed in accordance with the following table of figures, in which the dimensions are given in millimeters. Thick Radii I and Ab s tände R, = -r101.6254 t1 = 2.286 1.720 29.3 R2 = -f-29.210 t2 = 7.62 1.611 58.8 R3 = -326.4662 s, = 0.1526 R4 = -f-39.116 t3 = 5.08 1.611 58.8 R5 = 00 s2 = 18.542 (telephoto) s2 = 12.192 (mean 1,270 (wide angle)

Thick Radii I and distances I na R6 = -E-92.71 t4 = 1.6510 1.620 60.3 R, = -r-14.859 s3 = 2.4130 R8 = -18.1229 t5 = 1.524 1.620 60.3 R9 = -E-14.8590 t6 = 3.6830 1.751 27.7 Rlo = -r190.50 s4 = 1.270 (telephoto) 12.23010 (medium) 18.54454 (wide angle) Ril = 00 t7 = 2.286 1.611 58.8 R12 = -29.21

2. Lens with an afocal attachment system according to claim 1, characterized in that the special lens is constructed according to the following table of figures in which the dimensions are given in millimeters: Thick Radii I lind Abstä nd nd e ` R13 = -f-9.906 t3 = 3.2004 1.697 56.2 R14 = 00 s6 = 2.032 Ri5 = -11.684 t9 = 1.27 1.751 27.7 Rlo = -E-11.684 s7 = 1.0668 R "= -23.5966 tlo = 2.6670 1.651 55.8 R "= -9.4488 s8 = 0.1778 R, 9 = -r17.82826 t "= 3.048 1.620 60.3 R 20 = -17.82826

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1011163; German utility model No. 1715 052; French Patent No. 1212 286; U.S. Patent No. 2,847,907; Journ. SMPTE, 1959 (1), p. 26.