DE1289326B - Pankratisches Objektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein pankratisches Objektiv mit vier Gliedern, nämlich einem feststehenden, positiv brechenden Vorderglied (I), einem axial verschiebbaren, negativ brechenden zweiten Glied (II), wobei die Brennweite und Lage des Vordergliedes (I) so bestimmt sind, daß das zweite Glied (II) einen Vergrößerungswert von — 1 an einer Stelle innerhalb seines Verschiebungsbereichs besitzt, einem mit der Verschiebung des zweiten Gliedes gekoppelt axial verschiebbaren dritten Glied (III) zum Verhindern einer achsparallelen Bildebenenverschiebung und einem feststehenden, bildformenden Hinterglied (IV), wobei der Brennweitenbereich des Objektivs größer als 10:1 ist und das Telephotoverhältnis kleiner als 2.

Ein bekanntes Objektiv dieser Art hat einen erreichbaren Brennweitenbereich oder Vergrößerungsbereich (sogenanntes »Zoom«-Verhältnis) von 4:1 und ein Telephotoverhältnis von etwa 3.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein über einen Brennweitenbereich von bis zu 12:1 hinweg hoch auskorrigiertes pankratisches Objektiv zu schaffen, dessen Telephotoverhältnis bei höchstens 2, vorzugsweise bei 1,5, liegt, also einen kompakten Aufbau ermöglicht. Insbesondere soll das Objektiv, wenn es als photographisches Objektiv mit relativer Öffnung von etwa /: 1,8 verwendet wird, überlegene Eigenschaften besitzen.

Zur erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe hat das Objektiv der eingangs genannten Art die im Patentanspruch gekennzeichneten Werte.

Dem Objektiv der Erfindung liegt für die Verschiebung des zweiten Gliedes die folgende Gleichung zugrunde:

. xd² + (J? - χ²) α hierin bedeutet α die Entfernung zwischen der Lage des dritten Gliedes und der Lage des vom zweiten Glied erzeugten Bilds, wenn sich das zweite Glied in der Bezugslage befindet, und f₃ die Brennweite des 5 dritten Gliedes.

Das erfindungsgemäße Objektiv unterliegt den folgenden aus der USA.-Patentschrift 2 766 658 für den Sonderfall gleicher Brechkräfte in den beiden zerstreuenden Gliedern herleitbaren Bedingungen:

1. Das Vorderglied weist drei positiv brechende Linsenglieder einschließlich einer aus einer negativ brechenden und einer positiv brechenden Linse gebildeten Dublette auf, wobei die Abbe-Zahl aller positiv brechenden Einzellinsen größer als 55 ist und die aller negativ brechenden Einzellinsen kleiner als 30, und erfüllt die Bedingungen

Ίι -	1 3	<	C 0,25	Φ,
72 -	1	<	C 0,25	Φ,
73-	1 3"	<	ί 0,25
o <;		2	<Xs
-Φ,	Φιΐ
Φ,	<:
Φ,	!,5 ,
< λ

hierin bedeutet </ die Brechkraft und X den Formfaktor der drei Linsenglieder, von der Objektseite her gezählt, und Φ_ι die gesamte Brechkraft des Vordergliedes, wobei der Formfaktor X definiert ist zu

- xd + χ²

hierbei sind die Lagen aller verschiebbaren Glieder, die dieselben in der Weitwinkelstellung einnehmen, jeweils als Bezugslagen angenommen. Es bedeutet also

χ die Entfernung vom vorderen Brennpunkt des zweiten Gliedes, vom Ort, auf den das Bild des Objekts durch das Vorderglied in Weitwinkelstellung fokussiert wird,

d die Verschiebung des zweiten Gliedes gegenüber der Bezugsstellung,

/₂ die Brennweite des zweiten Gliedes und

1 die Verschiebung der Lage des durch das um d verschobene zweite Glied erzeugten Bilds gegenüber der Bildlage, die sich bei in Bezugstellung befindlichem zweiten Glied ergibt;

wird dann das dritte Glied um £ entsprechend der nachstehenden Gleichung verschoben, so hat das von diesem erzeugte Bild eine definierte Lage während der Brennweitenverstellung:

_v Mra + \/rb

X — —τ-, :

Mra - \jrb

worin ra und rh die Krümmungsradien der Hinterbzw. Vorderfläche des entsprechenden Linsenelementes sind.

2. Das zweite Glied weist drei negativ brechende Linsenglieder auf, von denen zwei aus einer negativ brechenden und aus einer positiv brechenden Linse gebildeten gekitteten Dublette bestehen, wobei die Abbe-Zahl aller negativen Linsen größer als 50 ist und die aller positiven Linsen kleiner als 30, und erfüllt die Bedingungen

'/4 - τ ^φ2

'Is - y <h
1 .

0,1 Φ

0,1 \Φ₂

: 0,11*2 -2,0 < X₄. < X₅ < X_b < 1,0

	—	P-Vp2-	- 1	4q
s —		2	• .1
P =	E	(α - 2/3)
1 =	Q	«-./3
ρ _	a	/3 .

hierin bedeutet η die Brechkraft und X den Formfaktor der drei Linsenglieder, von der Objektseite her weitergezählt, und Φ₂ die gesamte Brechkraft der

zweiten Linsengruppe.
Im folgenden ist das Objektiv der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Ansicht des Objektivs

der Erfindung,
F i g. 2 den Korrektionszustand hinsichtlich der sphärischen Aberration und der Sinusbedingung des

Objektivs nach F i g. 1 in der Weitwinkel-, einer mittleren und in der Tele-Stellung,

F i g. 3 den Korrektionszustand des Objektivs nach F i g. 1 hinsichtlich des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung in der Weitwinkel-, einer mittleren und der Tele-Stellung,

F i g. 4 den Korrektionszustand hinsichtlich der Verzeichnung des Objektivs nach F i g. 1 in der Weitwinkel-, einer mittleren und in der Tele-Stellung und

F i g. 5 den Korrektionszustand des Objektivs nach F i g. 1 hinsichtlich der chromatischen Aberration.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Objektiv der Erfindung sind die vier Glieder, aus denen das ganze optische System besteht, mit I bis IV bezeichnet, während die Linsenelemente des Gliedes I mit den Bezugsziffern 1, 2 bzw. 3 und die des Gliedes II mit den Bezugsziffern 4, 5 bzw. 6 bezeichnet sind.

Wenn ein pankratisches Objektiv miniaturisiert werden soll, und zwar unter Beibehaltung seines großen sogenannten »Zoom«-Verhältnisses, dann müssen die Brennweiten jedes Gliedes notwendigerweise verkürzt werden. Hierdurch wird aber die Korrektur der einzelnen Aberrationen schädlich beeinflußt. Zur Vermeidung dieses Ubelstandes ist es daher notwendig, diese Brennweiten langer zu halten, und zwar durch Erweitern des Bewegungsspielraumes des verschiebbaren Gliedes, wobei die axialen Dicken sowohl der verschiebbaren Glieder als auch des Vorder- und Hintergliedes so klein wie möglich gemacht werden müssen. Um aber den Korrektionszustand hinsichtlich der chromatischen Aberration in jeder Stellung einhalten zu können, sollte jedes Glied für sich getrennt achromatisiert werden. Diese Maßnahme erfordert aber einen kleinen Krümmungsradius der Kittfläche, wodurch die axialen Dicken der Glieder zunehmen. Zwar läuft dieser Zuwachs der axialen Dicke der obenerwähnten Gegenmaßnahme zuwider: aber durch die Einhaltung der ebenfalls obenerwähnten Bedingung hinsichtlich der Abbe-Zahlen werden diese Nachteile erfolgreich beseitigt und die Korrektur der Aberration ausreichend verbessert.

Eine Änderung der Aberration während des Einstellvorganges auf verschiedene Brennweiten wird in der Hauptsache durch die erste und zweite Linsengruppe verursacht. Zum Ausgleich derartiger Änderungen müssen daher die restlichen Aberrationen beider Linsengruppen konstant auf nahezu gleichem Wert, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen gehalten werden. Darüber hinaus sollte sowohl die erste als auch die zweite Linsengruppe je für sich getrennt gut auskorrigiert sein, so daß die Änderung der Aberration

ίο höherer Ordnung verkleinert werden kann, die durch die Kombination der Aberrationen dritter Ordnung der dritten und vierten Linsengruppe mit denen der ersten und zweiten Linsengruppe hervorgerufen wird. Bei einem derartigen pankratischen Linsensystem,

!5 das nicht nur ein Zoom-Verhältnis von etwa 12, sondern auch eine große relative öffnung aufweist, ändert sich der Einfallspunkt der Randstrahlen auf die brechenden Oberflächen und der des Hauptstrahles stark während eines Zoom-Vorganges. Daher sind die vorstehend erwähnten Hilfsmittel für ein derartiges System von größter Wichtigkeit. Bei einem pankratischen Linsensystem mit großem Zoom-Verhältnis ist es im allgemeinen erwünscht, daß, wenn es in die Weitwinkelstellung eingestellt ist, die Verzeichnung und der Astigmatismus, die beide in erster Linie in den Randzonen des Bildfeldes auftreten, hoch korrigiert sind, und es ist auch erwünscht, daß die sphärische und chromatische Aberration, die im Mittelbereich des Bildfeldes beachtlich sind, hoch auskorrigiert sind. Das System nach der Erfindung, bei dem das erste und zweite Glied je aus drei Linsengliedern bestehen, deren Brechkraft und Formfaktor die obigen Bedingungen erfüllen, befriedigt diese wesentlichen und allgemeinen Forderungen in zufriedenstellender Weise.

Das Objektiv der Erfindung hat die in der nachstehenden Tabelle angeführten Konstruktionsdaten. In der Tabelle sind die Längendimensionen in Millimetern angegeben. Die Krümmungsradien r, die Linsendicken d, die Luftabstände s, die Abbe-Zahlen sowie die Brechungsindizes (bei der Natrium-D-Linie) sind je fortlaufend von der Objektseite her durchnumeriert. F bedeutet die effektive Brennweite und / die relative öffnung.

F = 6,5 bis 75
356,99
61,66

Ta =

U =

T₁ =

-602,28

152,45
oc

66,54
178,931

92,98

d₂ =

/ = 1:1,8

1,2 M₁ = 1,7552 .', = 27,5

6,7 B₂ = 1,713 V₂ = 53,9

si = 0,1

d₃ = 3,0 M₃ = 1,62041 r₃ = 60,3

5₂ = 0,1

d* = 3,4 M₄ = 1,62041 V₄. = 60,3

= 1,152-38,364-49,553

ds = 2,9 M₅ = 1,80518 »·₅ = 25,5

	5	-46,07	= X	%	1 289	326	= 1,78595	'Ό	6
rg	30,0		d7					= 50,6
				= 0.6	»0 =
ho						= 1,80518	'7
				= 1,7
hi	-43,8		S5			= 1,78595	»'8	= 25,5
			= 2,0	H7 =
hi	36,73	A,					= 50,6
			= 0,6	H8 =
»13	= -36,73	%			= 1,62041	r9
			— 2 5
»w	142,833	^10			-3,196		= 60,3
			= 0,6	/I9 =
»"is	= -24,48	du			: 1,51633	"Ίο
			= 51,597	-7,091
»"16	18,89	S7			: 1,53256	'1Il	= 64,1
			= 0,6	«10 =
hi	= -2436,889	dn			1.0		= 46,0
			= 1,8	H11 =
»ie	= -411,24	S8			1,83481	''12
			= 1,0-	8,294 -
»·»	= -38,33	da					= 42,9
			= 1,3	«12 =
»20	38,33	S9			1,883	>'I3
			= 0,1
»21	450,37	du					= 41,0
			= 1,4	«13 =
»22	17,21	dis			1,58313	>'14
			= 0,1
»23	= -54,57	s10			1,78472	''1S	= 59,3
			= 2,5	H1+ =
»24	41,09	dl(,					= 25.7
			= 0,6	«15 =
»25	10,4	dn			1,6393	''If.
			= 0.1
»26	-25,05	Sn			1,69895	''17	= 45,0
			= 5,65	«16 =
»27	6,91	dia					= 30,0
			= 0.5	«17 =
»28	20,89	«12			1,62041	»'18
			= 9,6
»29	-99,62	</I9					= 60,3
			= 1,0	«18 =
»30	23,94			1,62041
		= 0,1
»31					= 60,3
	= 1,0	«19 =
»32
	Schnittweite =	= 9.233

Die F i g. 2, 3, 4 und 5 zeigen den Korrektions- 65 (6,5 mm), einer mittleren (30 mm) und der · längsten zustand des Objektivs hinsichtlich der sphärischen (75 mm) Brennweite. Eine Betrachtung der Kurven Aberration, des Astigmatismus/der Bildverzerchnung ergibt, daß das System der Erfindung eine hervor- bzw. der chromatischen Aberration bei der kürzesten ragende Qualität besitzt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Pankratisches Objektiv mit vier Gliedern, nämlich einer feststehenden, positiv brechenden vorderen Linsengruppe (I), einer axial verschiebbaren, negativ brechenden zweiten Linsengruppe (II), wobei die Brennweite und Lage der vorderen Linsengruppe (I) so bestimmt sind, daß die zweite Linsengruppe (II) einen Vergrößerungswert von — 1 an einer Stelle innerhalb seines Verschiebungsbereichs besitzt, einer mit der Verschiebung der zweiten Linsengruppe gekoppelt axial verschiebbaren dritten Linsengruppe (III) zum Verhindern einer achsparallelen Bildebenenverschiebung und einer feststehenden, bildformenden hinteren Linsengruppe (IV), wobei der Brennweitenbereich des Objektivs größer als 10 : 1 ist und das Telephotoverhältnis kleiner als 2, g e k e η η zeichnet durch nachfolgende Datentabelle, in der Längendimensionen in Millimeter angegeben sind, ferner — von der Objektseite her gezählt — η bis r₃₂ die Krümmungsradien der Linsenflächen, d_l bis d_l9 die axialen Linsendicken, Si bis S₁₂ die axialen Abstände, H₁ bis H₁₉ die Brechungsindizes bei der Natrium-D-Linie und V₁ bis r₁₉ die Abbe-Zahlen bedeuten:

   r₆

   Ti

   F = 6,5 bis 75 356,99 ' 61,66

   d₂ =

   = -602,28 / = 1:1,8

   1,2 H₁ = 1,7552 V₁ = 27,5

   6,7 H₂ = 1,713 v₂ = 53,9

   = 0,1

   Ta. =

   152,45

   = oo

   s¹

   Il

   66,54 178,931

   92,98 -46,07 30,0

   d₃ =

   d_A =

   S₃ =

   ds =

   de =

   3,0 H₃ = 1,62041
   0,1

   Tn = *

   = 60,3

   3,4 H₄ = 1,62041 r₄ = 60,3
   1,152-38,364-49,553

   2,9 H₅ = 1,80518 v₅ = 25,5

   0,6 H₆ = 1,78595 v₆ = 50,6

   S₄ = 1,7 = 2,0 H₇ = 1,80518 V₇ = 25,5

   r₁₂ = -43,8
   r₁₃ = 36,73 ds = 0,6 H₈ = ,- 50,6 % = 2,5 r_I4 = -36,73
   r_ls = 142,833 iis = 0,6 H₉ = V₉ = 60,3 Sb = 51,597 - 7,091 r₁₆ = -24,48
   r„ = 18,89
   r₁₈ = -2436,889 d_l0 = 0,6
   1,8 ⁿ10 ⁼
   H₁₁ = »Ίο =
   V₁₁ = 64,1
   46,0 S₇ = 1,0- 8,294 - r₁₉ = -411,24
   r₂₀ = -38,33 4,- 1,3 H₁₂ = V₁₂ = 42,9 S₈ = 0,1 ■■ 1,78595 = 1,62041 - 3,196 : 1,51633
   1,53256 1,0 1,83481

   909 507/1425

   9 38,33
   450,37 ^13 = 1,4 r, I₁₃ = 1,883 »13 10 »21
   »22 Il Il Sg = 0,1 = 41,0

   r₂₃ = 17,21

   du, = 2,5 M₁₄ = 1,58311 »-₁₄ = 59,3 r₂₄= -54,57

   d_l5 = 0,6 M₁₅ = 1,78472 v₁₅ = 25,7 r₂₅ = 41,09

   5₁₀ = 0,1

   r₂₆ = 10,4

   du = 5,65 n₁₆ = 1,6393 v₁₆ = 45,0

   T₁₁ = -25,05

   d₁₇ = 0,5 M₁₇ = 1,69895 v₁₇ = 30,0 r_M = 6,91

   5₁₁ = 9,6

   r_M = 20,89

   da = 1,0 M₁₈ = 1,62041 *₁₈ = 60,3

   Si₂= 0,1

   d₁₉ = 1,0 M₁₉ = 1,62041 Pi₉ = 60,3 Schnittweite = 9,233

   r» = -99,62 OO »31 = 23,94 »32 =

   Hieizu 1 Blatt Zeichnungen