DE1248324B - Optisches Panoramasystem - Google Patents

Description

DEUTSCHES WfcWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 42 h-4/20

Nummer: 1 248 324

Aktenzeichen: J 19310IX a/42 h

^ 248 324 Anmeldetag: 19. Januar 1961

Auslegetag: 24. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Panoramasystem, das eine zerstreuende Wirkungsgrappe mit mehreren negativen Meniskuslinsen und eine sammelnde Wirkungsgruppe mit mindestens zwei miteinander verkitteten, unmittelbar hinter einer Blende angeordneten Linsen aufweist.

Die bekannten Panoramasysteme dieser Art besitzen hinter den miteinander verkitteten Linsen eine oder mehrere weitere Linsen mit größerem Luftabstand. Diese bekannten Systeme sind aber hinsichtlich des Farbquerfehlers und der weiteren transversalen Bildfehler nicht ausreichend korrigiert.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, bei einem Panoramasystem der bekannten Art auch größere Farbquerfelder zu korriegeren. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unmittelbar vor der Systemblende ein sammelndes Glied aus zwei vorzugsweise miteinander verkitteten Linsen entgegengesetzter Brechkraft angeordnet ist.

Es ist bekannt, daß gemäß der Seideischen Theorie die transversalen Bildfehler, d. h. Koma und Verzeichnung, durch symmetrische Anordnung sich grundsätzlich eliminieren lassen, wobei allerdings die longitudinalen Bildfehler sich verdoppeln. Zur Blende völlig symmetrisch ausgebildete optische Systeme sind verzeichnungsfrei und komafrei.

Die Farbfehler lassen sich nun ebenfalls in einen Längsfehler (chromatische Aberration) und einen Querfehler (Vergrößerungsfehler) aufteilen. Der Farbquerfehler gehorcht ähnlichen Gesetzen wie die transversalen Bildfehler, kann also durch symmetrische Anordnung einer zerstreuenden und einer sammelnden Wirkungsgruppe ebenfalls weitgehend aufgehoben werden. Die chromatische Aberration läßt sich dann durch passende Wahl der Glassorten der sammelnden Wirkungsgruppe weitgehend zum Verschwinden bringen.

Während man also bei den bekannten Weitwinkelobjektiven von einem System ausgeht, das hinsichtlich der longitudinalen Bildfehler möglichst gut korrigiert ist, und dann zur Korrektur der transversalen Bildfehler entsprechende Zusatzflächen anbringt, geht die Erfindung den umgekehrten Weg. Ausgehend von einer symmetrischen Konstruktion, die keine transversalen Bildfehler aufweist, wird das System zunächst so abgeändert, daß die sphärische Aberration möglichst verschwindet, da diese den stärksten Einfluß auf die Lichtstärke hat. Die weiteren longitudinalen Bildfehler werden dann durch zusätzliche Maßnahmen bekämpft.

Das erfindungsgemäße Panoramasystem kommt im Gegensatz zu den bekannten Objektiven mit ähn-Optisches Panoramasystem

Anmelder:

Yoshiyuki Ino, Yokusuka-shi (Japan)
Vertreter:

Dr. H. Hermelink, Patentanwalt,
München 60, Apolloweg 9

Als Erfinder benannt:

Yoshiyuki Ino, Yokusuka-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 22. März 1960 (9575)

liehen Eigenschaften ohne Farbfilter aus, ist also auch für Farbaufnahmen geeignet.

Das erfindungsgemäße Panoramasystem ist mit Rücksicht auf die Beseitigung der longitudinalen Bildfehler insbesondere für die Abbildung eines Ringraumes beiderseits des Horizonts innerhalb positiver und negativer Höhenwinkel von etwa 30 bis 40° geeignet. Die optische Achse des Systems verläuft hierbei vertikal. Erfolgt die Abbildung wie üblich auf eine ebene Fläche, so wird der Winkelraum beiderseits des Horizonts also auf einen zur optischen Achse konzentrischen Ring abgebildet. Statt dessen kann erfindungsgemäß die Abbildung auch auf eine zylindrische Bildfläche erfolgen. Hierzu ist der sammelnden Wirkungsgruppe eine zweite zerstreuende Wirkungsgruppe von umgekehrtem Aufbau wie die erste zerstreuende Wirkungsgruppe nachgeordnet. So erhält man ein weitgehend symmetrisches Gesamtsystem.

Da bei dem erfindungsgemäßen System der Winkelraum in der Nähe des Zenits im allgemeinen nicht interessiert, kann mindestens die: .erste Meniskuslinse in der Umgebung der optischen Achse negative Dicke aufweisen und dort durch eine Abdeckung ersetzt sein. Dadurch lassen sich die Abmessungen des Systems verkleinern. ; ' \

Für die Abbildung von Winkelräumen über 30° beiderseits des Horizonts ist es: ^oxteilhaft, eine oder mehrere Linsenflächen in an sich bekannter Weise als asphärische Flächen auszubilden,, und zwar vorzugsweise als Rotationsflächen zweiter Ordnung. Unter Anwendung solcher Rotationsflächen gelingt es z. B.; einen Ringraum von —40 bis +50° verzerrungsfrei

709 638/229

auf die Bildebene abzubilden, wobei in der sammelnden Wirkungsgruppe keinerlei Zusatzlinsen erforderlich sind. Diese ist für die Verwendung als photographisches Objektiv besonders vorteilhaft.

Das erfindungsgemäße Panoramasystem kann derart abgeändert werden, daß die zerstreuende Wirkungsgruppe in an sich bekannter Weise aus einer Ringspiegellinse besteht. Am Berechnungsgang ändert sich hierbei nichts Wesentliches.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

Fig. 1 eine Darstellung der Bezeichnungsweise für die Ausführungsbeispiele und

F i g. 2 bis 5 maßstäbliche Darstellungen von vier Ausführungsbeispielen der Erfindung im Maßstab 1:50.

Die Berechnung geht aus vom einfallenden Grenzdepressionsstrahl bzw. bei einem Spiegelsystem vom Grenzelevationsstrahl. Wenn man streifenden Einfall »° zuläßt, kann die Ablenkung an den einzelnen Linsenflächen bis zu 50° betragen, wobei aber die Abbildungsfehler schon recht stark werden. Deshalb ist es besser, die Einzelablenkung auf 30° zu beschränken. Die zerstreuende Wirkungsgruppe wird vorzugsweise »5 so bemessen, daß der Grenzdepressionsstrahl unter einem Winkel von höchstens etwa 50° gegen die Horizontale auf die erste Fläche der sammelnden Wirkungsgruppe einfällt, da sonst die Lichtstärke zu gering wird. Im allgemeinen genügt es zu diesem Zweck, die zerstreuende Wirkungsgruppe aus drei Meniskuslinsen aufzubauen. Die Dispersion der in der zerstreuenden Wirkungsgruppe verwendeten Gläser soll möglichst klein sein, wodurch man eine größere Freiheit in der Ausbildung der sammelnden Wirkungsgrappe hat. Mittels der aus der Seideischen Theorie folgenden Formeln läßt sich dann das gesamte System derart berechnen, daß die Bildfehler der sammelnden Wirkungsgruppe diejenigen der zerstreuenden Wirkungsgruppe weitgehend aufheben. Der Blendenort wird hierbei als fest angenommen, denn er steht in engem Zusammenhang mit dem von der zerstreuenden Wirkungsgruppe entworfenen virtuellen Bild.

Für größere Einfällswinkel empfiehlt sich wie gesagt die Verwendung von Rotationsflächen zweiten Grades, also Ellipsoiden, Paraboloiden oder Hyperboloiden, für einige Linsenflachen. Wenn die Blende im Brennpunkt einer solchen Rotationsfläche sitzt, so verschwindet der Astigmatismus des Systems für ein unendlich fernes Objekt.

Fig. 1 zeigt, wie die Daten der Ausführungsbeispiele bezeichnet sind. Der positive Sinn der optischen Achse ist nach unten genommen. Die Brechungsindizes sind mit n, die Krümmungsradien der einzelnen Flächen mit r und die Abstände derselben vom Scheitel mit d bezeichnet. Bei asphärischen Flächen bedeutet r den Krümmungshalbmesser am Scheitel. Mit Z_k' ist der Ort der Blende bezeichnet. Die Radien und Abstände sind in Millimeter angegeben.

Beispiel 1 (Fig. 2)

40

45

Linsenfläche	Radius	Flächen abstand	Bre chungs index	Abbesche JLMSlX
Nr.	r	d	π	V
KiJ	1 730 X5 / *s\f
η U	1,5163	64
(A)	U5OoJ
0,578
(3)	1,716
0	L4875	70
(4)	0,473
0,164
(5)	0,745
0,021	1,4875	70
(6)	0,282
0,342
(7)	0,232
0,058	1,7174	29,6
(8)	0,1117
0,061	1,6260	39,2
(9)	0,488
0,029
(10)	1,194
0,058	1,6260	39,2
(H)	-0,1463
0,161	1,7174	29,6
(12)	-0,410
0,228
(13)	-0,307
0,250	1,4875	70
(14)	-0,629

Blende im Abstand 0,022 von Fläche 9.

Beispiel 2 (Fig. 3)

Linsenfläche	Radius	Flächenabstand	Brechungsindex	Abbesche Zahl	Exzentrizität
Nr.	T	d	η	V	e
(1)	1,210				0,698, Rotationsellipsoid
-0,056	1,5163	64
(2)	0,760
0,653
(3)	1,060
0 0,169
1,222, Rotationshyperboloid
(4)	0,489
1,4875	70
(5)	0,675
0,023
(6)	0,283
0,166	1,4875	70

Beispiel 2 (Fig. 3) (Fortsetzung)

Linsenfläche Nr.	Radius r	Flächenabstand d	Brechungsindex η	Abbesche Zahl *■	Exzentrizität e
U)
1 487*1 JL5 ito / j	7f)
(8)	0,396
17, j. oj
(9)	U5ZjI
0,058	1,7174	29,6
(10)	0,1117
0,061	1,6260	39,2
(11)	0,488
0,029
(12)	1,194
0,058	1,6260	39,2
(13)	-0,1463
0,161	1,7174	29,6
(14)	-0,334			1,812, Rotationshyperboloid
Blende im Abstand 0,022 von. Fläche 11.
Beispiel 3 (Fig. 4)	25	Beis	ρ i e 1 4 (F i g. 5)

Linsenfläche	Radius	Flächen abstand	Bre chungs index	Abbesche Zahl
Nr.	r	d	η	V
(1)	1,627
0	1,5163	64
(2)	0,643
0,537
(3)	1,623
Q	1,4875	70
(4)	0,445
0,224
(5)	2,532
0,019	1,4875	70
(6)	0,437
0,290
(7)	0,232
0,058	1,7174	29,6
(8)	0,1117
0,061	1,6260	39,2
(9)	0,488
0,029
(10)	1,194
0,380	1,6260	39,2
(11)	-0,200
0,032	1,7174	29,6
(12)	-0,455
0,220
(13)	-0,272
0,014	1,4875	70
(14)	0,489
0,098
(15)	-0,311
0	1,4875	70
(16)	-1,130
0,375
(17)	-0,450
0	1,4875	70
(18)	-1,140

Linsen flache Nr.	Radius r	Flächen abstand d	Brechungs index η	Abbesche Zahl V
(1)	-0,485
-0,198
(2)	-0,858
0	+ 1,5163	64, Spiegel
(3)	0,225
0,403
(4)	0,1693
0,042	1,7174	29,6
(5)	0,0817
0,044	1,6260	39,2
(6)	0,356
0,023
(7)	1,168
0,057	1,6260	39,2
(8)	-0,128
0,183	1,7174	29,6
(9)	-0,401
0,400
(10)	-0,225
0
(11)	0,858
-0,198	1,5163	64, Spiegel
(12)	0,485

Blende im Abstand 0,022 von Fläche 9.

Im ersten Beispiel (Fig. 2) beträgt der Höhenwinkel ±30°. Das Panoramasystem besitzt aus- schließlich sphärische Flächen. Die Ablenkungen an den Flächen 1, 3 und 5 betragen maximal 30,30 und 20°. Die Flächen 2, 4 und 6 verlaufen normal zu den gebrochenen Strahlen, wobei ihr Halbmesser durch die Scheiteldicke der Meniskuslinsen bestimmt wird. An ihnen findet also keine Brechung statt.

Die Bildfeldwölbung wird durch die bedeutende Dicke der letzten Linse der sammelnden Wirkungsgruppe vor dem reellen Bild A' B' beseitigt. Die

Claims (2)

Lichtstärke beträgt etwa F: 5,6 in Zenitrichtung. A6' B6 stellt die virtuelle Bildfläche nach Durchgang durch die zerstreuende Wirkungsgruppe dar, wobei eine fortlaufende bzw. punktierte Linie das sagittale bzw. das meridionale Bild zeigt. Er herrscht also ein negativer Astigmatismus, der natürlich durch die sammelnde Wirkungsgruppe wieder beseitigt wird. Das System nach Fig. 3 entwirft ebenfalls ein ringförmiges ebenes Bild. Durch die Anwendung asphärischen Flächen kann der Grenzdepressionsstrahl —40° betragen. Die Ablenkung an den Flächen 1, 3, 5 und 7 beträgt 30, 30, 10 und 10°. Die Flächen 2, 4, 6 und 8 haben wieder keine brechende Wirkung. Das virtuelle Bild hinter der zweiten Meniskuslinse tritt in der Nähe des Scheitels auf. Es hat also nur wenig Zweck, die folgenden Flächen asphärisch zu machen. Deshalb sind alle weiteren Flächen außer der letzten sphärisch ausgebildet. Die letzte Fläche ist so gewählt, daß die Bildfeldwölbung verschwindet. Die Lichtstärke in Achsenrichtung beträgt etwa jF:4,5. Die tatsächliche Lichtstärke ist geringer, weil die achsennahen Strahlen nicht verwendbar sind, denn die erste Meniskuslinse hat in Achsennähe eine negative Dicke. Die Scheitelteile der Linsen sind deshalb ausgebohrt und zugestopft. Das dritte und das vierte Beispiel sind für einen maximalen Einfallswinkel von 30° gegen die Horizontale bestimmt, so daß man mit sphärischen Flächen auskommt. In beiden Fällen wird das Bild auf einer Zylinderfläche A' B' entworfen. Zu diesem Zweck befindet sich hinter der sammelnden Wirkungsgruppe eine zweite zerstreuende Wirkungsgruppe, die, abgesehen von den Abmessungen, symmetrisch zur ersten zerstreuenden Wirkungsgruppe ist. In bezug auf das dritte Beispiel (F i g. 4) muß das reelle Bild, das von der zweiten zerstreuenden Wirkungsgruppe zu entwerfen ist, eine stärkere Bildfeldwölbung haben, als das hinter der ersten zerstreuenden Wirkungsgruppe entworfene virtuelle Bild. Zu diesem Zweck erhält die sammelnde Wirkungsgruppe eine Asymmetrie derart, daß der Grenzdepressionsstrahl nach dem Durchgang durch die sammelnde Wirkungsgruppe einen größeren Öffnungswinkel in bezug auf die Achse aufweist, als vor dem Eintritt in das sammelnde Teil. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Höhenwinkel des Grenzdepressionsstrahls vor der sammelnden Wirkungsgruppe 50 und dahinter 40°. Dies ist sehr wirksam. Bei noch größerer öffnung wird die letzte Fläche der sammelnden Wirkungsgruppe abgeflacht und folglich die Brechkraft geschwächt. Die zweite zerstreuende Wirkungsgruppe hat also eine um IO0 geringere Ablenkung als die erste, woraus sich ihre Unsymmetrie berechnen läßt. Bringt man bei der Aufnahme einen zylindrischen Film an der Stelle A' B' an, so kann man in folgender Weise fokussieren. Die Trennung der verkitteten Flächen des sammelnden Gliedes und Einführung eines größeren Zwischenraumes ergibt eine Zunahme der Brechkraft, aber nur geringe Änderung der Bildfehler. Durch Vergrößern und Verkleinern des Zwischenraumes kann infolgedessen eine Scharfeinstellung durchgeführt werden. Dies entspricht der Methode der Verschiebung der Frontlinse im gewohnlichen Linsensystem. Das gleiche Verfahren läßt sich auch in den beiden ersten Ausführungsbeispielen: anwenden. Das vierte Beispiel (Fig. 5) ist ein Panoramasystem mit Spiegelflächen in den zerstreuenden Wirkungsgruppen. Der maximale Höhenwinkel des einfallenden Strahls B beträgt etwa 30°, so daß ausschließlich sphärische Flächen verwendet werden können. In diesem Fall hat das virtuelle Bild Aa' B3' hinter der ersten zerstreuenden Wirkungsgruppe nahezu keine Bildfeldwölbung. Hinter der sammelnden Wirkungsgruppe ist das Bild einseitig nach der Blendenseite gewölbt. Eine zusätzliche Asymmetrie wie im vorherigen Beispiel ist also nicht erforderlich, sondern die Asymmetrie wird durch eine entsprechend dickere Ausgangslinse 8, 9 der sammelnden Wirkungsgruppe vielmehr verringert. Wahrscheinlich könnte die sammelnde Wirkungsgruppe sogar in bezug auf die Blende symmetrisch aufgebaut werden. Der am Eingang der sammelnden Wirkungsgruppe angenommene Grenzhöhenwinkel ist etwa 70° und die Lichtstärke längs der Achse F: 5,6. Der unter ao einem Winkel von 30° gegen die Horizontale einfallende Grenzstrahl B wird durch die erste Fläche um 20 und durch die dritte um 13° abgelenkt, so daß der Reflexionswinkel an der zweiten Fläche gerade noch auf etwa 68° beschränkt werden konnte. Obgleich ein Depressionswinkel bis —60° von dem System aufgenommen werden kann, wird die zylindrische Bildfläche in diesem Fall recht hoch und die Vergrößerung in Achsenrichtung groß. Die Fokussierung kann wie im dritten Beispiel durch Trennung an der Fläche 5 vorgenommen werden. Da die Reflexionsflächen nicht immer totalreflektierend sind, müssen sie verspiegelt sein. Statt der zweiten zerstreuenden Wirkungsgruppe könnte eine sammelnde Wirkungsgruppe wie im ersten und zweiten Beispiel vorgesehen werden, um ein ringförmiges ebenes Bild zu erhalten. Ein solches System unterscheidet sich von der bekannten Ringspiegellinse von Aldis vor allem dadurch, daß an den Flächen 1 und 3 eine Brechung stattfindet, während bei der Linse von Aldis diese Flächen senkrecht durchsetzt werden. Infolgedessen sind bei dem bekannten System die positiven und negativen Grenzwinkel kleiner als 10°. Ein Zusammenspiel der zerstreuenden und der sammelnden Wirkungsgruppe zwecks Bildfehlerausgleich wie bei der Erfindung dort nicht statt. Patentansprüche:

1. Panoramasystem, das eine zerstreuende Wirkungsgruppe mit mehreren negativen Meniskuslinsen und eine sammelnde Wirkungsgruppe mit mindestens zwei miteinander verkitteten, unmittelbar hinter einer Blende angeordneten Linsen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektion des Farbquerfehlers unmittelbar vor der Systemblende ein sammelndes Glied aus zwei vorzugsweise miteinander verkitteten Linsen entgegengesetzter Brechkraft angeordnet ist.

■

2. Panoramasystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Abbildung auf eine zylindrische Bildfläche der sammelnden Wirkungsgruppe eine zweite zerstreuende Wirkungsgrüppe nachgeordnet ist.

3. Panoramasystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die

erste Meniskuslinse in der Umgebung der optischen Achse negative Dicke aufweist und dort durch eine Abdeckung ersetzt ist.

4. Panoramasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Linsenfiächen in an sich bekannter Weise asphärische Flächen sind.

5. Abänderung eines Panoramasystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstreuende Wirkungsgruppe in an sich bekannter Weise aus einer Ringspiegellinse besteht.

6. Panoramasystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Abmessungen:

Liusen-
fläche
Nr. Radius
r Flächen
abstand
d Bre
chungs
index
η Abbesche
Zahl
V (1) 1,730 0 1,5163 64 (2) 0,685 0,578 (3) 1,716 0 1,4875 70 (4) 0,473 0,164

10

(Fortsetzung)

Linsen-
Nr. Radius
r Flächen-
a Da LaIlU
d Bre
chungs
index
η Abbesche
V Γ5Ϊ 0 745 0 021 1,4875 70 ({λ 0,342 Πλ
K¹J o ns8 1 7174 99 6 (P) Λ 1117
U₃Ill / 0,061 1 6260 39,2 (9) 0,488 0,029 (10) 1,194 0,058 1,6260 39,2 (H) -0,1463 0,161 1,7174 29,6 (12) -0,410 0,228 (13) -0,307 0,250 1,4875 70 (14) -0,629

Blende im Abstand 0,022 von Fläche 9.

7. Panoramasystem nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch folgende Abmessungen:

Linsen
fläche Radius Flächenabstand Brechungsindex Abbesche
Zahl Exzentrizität Nr. r d η V e (1) 1,210 0,698, Rotationsellipsoid -0,056 1,5163 64 (2) 0,760 0,653 (3) 1,060 0 1,4875 70 1,222, Rotationshyperboloid (4) 0,489 0,169 (5) 0,675 0,023 1,4875 70 (6) 0,283 0,166 00 0,495 0,023 1,4875 70 (8) 0,396 0,183 (9) 0,231 0,058
0,061 1,7174
1,6260 29,6 (10) 0,1117 39,2 (11) 0,488 0,029 (12) 1,194 0,058 1,6260 39,2 (13) -0,1463 0,161 1,7174 29,6 (14) -0,334 1,812, Rotationshyperboloid

Blende im Abstand 0,022 vom Fläche 11.

709 638/229