DE1422574C - Scheibenförmiges Panoramaobjektiv - Google Patents

Description

Frontlinse 51

Äußere Zwischenlinse 52

Innere Zwischenlinse 53

Rücklinse 54, bestehend aus der vorderen Linse 55 und der hinteren Linse 56

Radien	R1 =	7.1089	\	Horizontal
	R2 =	4.8066	j	schnitt
Höhe		25,8
Radien	R3 =	4.8066	1	Horizontal
	R, =	. 4.4066	/	schnitt
	R9 =	2.8500	1	Vertikal
		4.0000	}	schnitt
Radien		3.5066	1	Florizontal
	R, =	3.1066	)	schnitt
	«11 =	-4.0000	1	Vertikal
	A12 =	-2.850	i	schnitt
Radius	R-j =	3.1066	1	Horizontal
Höhe		25,8 -	f	schnitt
Radius	A8 =	-9.0445	1	Horizontal
Höhe		25,8		schnitt

Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges Panoramaobjektiv, also Systeme, deren Brennweite kleiner als die Bilddiagonale ist.

Es ist bekannt, Weitwinkelsysteme als fotografische Objektive zu benutzen. Die bekannten Panoramaobjektive lassen sich jedoch wegen ihrer Kompliziertheit nicht in größerem Umfang benutzen. Die bekannten Ausbildungsformen erfordern gewöhnlich besondere Ausgleichsplatten bzw. Filme und ein kompliziertes Blenden- und Auslöscsystem, um verhältnismäßig unverzerrte Bilder zu erhalten. Aus diesem Grunde haben sich derartige Panoramaobjektive nicht gut einführen können.

Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße scheibenförmige Panoramaobjektiv aus zwei verschiedenen, einander überlagerten optischen Systemen, so daß ein verzeichnungsfreies klares Abbild des abzubildenden Gegenstandes auf einer gewölbten Oberfläche entsteht, welche die lichtempfindliche Schicht bzw. den Film trägt. Das eine der beiden optischen Systeme, das periskopische System (diese Bezeichnung soll besagen, daß dieses System in der Art des von S t e i 11 h e i 1 angegebenen.»Periskops« ausgebildet sein soll), führt die vertikalen Lichtbänder zusammen, während das andere System, das konzentrische System, die horizontalen Lichtbänder zusammenführt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die auf diese Weise entstehenden zwei Brennpunkte genau zusammenfallen und dabei einen halbzylindrischen Ort für die Brennpunkte bilden. Die verschiedenen Teile, aus welchen das zusammengesetzte Objektiv erfindungsgemäß zusammengebaut ist, sind derart in Beziehung zueinander

gebracht, daß die Vergrößerung in der Vertikalen und in der Horizontalen gleich ist, so daß das Bild die Größenverhältnisse des abzubildenden Gegenstandes beibehält. Mit anderen Worten, ein mit dem erfindungsgemäßen optischen System erzeugtes Bild ist kongruent zum Bildgegenstand.

Insbesondere ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Erzeugung eines Panoramaobjektivs, welches in der Lage ist, ein Bild großer Ausdehnung ohne merkliche Verzeichnung hervorzubringen. Dabei ist der Einfluß sphärischer Fehler, chromatischer Fehler in Längsrichtung und quer dazu, komatischer Fehler, Verzeichnung und von Astigmatismus auf ein Minimum herabgedrückt.

Das erfindungsgemäße Panoramaobjektiv ermöglicht einen weiten Verwendungsspielraum.

Das erfindungsgemäße Panoramaobjektiv ist gekennzeichnet durch

a) Zylinderflächen mit unterschiedlichen Flächen-" radien, deren Achsen in einer vertikalen Objektivachse zusammenfallen, wobei die Linsenanordnung symmetrisch ist bezüglich einer optischen Achse, welche senkrecht auf die Objektivachse steht und diese schneidet,

b) torische Linsen, deren Flächen durch Drehung von Kreisbögen erzeugt sind, deren Mittelpunkte in bezug auf die Objektivachse versetzt sind und auf der optischen Achse liegen,

c) zwei Blenden, von denen die erste Blende als Schlitz ausgebildet ist, der in der vertikalen Objektivachse liegt, und die zweite Blende einen Horizontalschlitz mit engem Mittelteil und weitergehaltenen beiden Enden bildet und' vor der ersten Blende liegt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Einzelteile des Objektivs in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 einen Horozontalschnitt durch das Objektiv,

F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der F i g. 1.

Das Objektiv 50 ist aus mehreren konzentrischen Linsen zusammengesetzt, die eine gemeinsame, vertikal verlaufende Rotationsachse als Objektivachse A₁ aufweisen mit einer gemeinsamen optischen Achse A₂, welche senkrecht auf der Objektivachse A₁ steht und diese im gemeinsamen Zentralpunkt C schneidet. Im einzelnen setzt sich das Objektiv 50 zusammen aus einer Frontlinse 51, zwei Zwischenlinsen 52 und 53 sowie einer Rücklinse 54.

Die Frontlinse 51 und die Zwischenlinsen 52 und 53 bilden ringförmige Körper. Die Rücklinse 54 besteht aus der vorderen Linse 55 und der hinteren Linse 56.

ίο In Fig. 2 ist das konzentrische System als Horizontalschnitt durch die optische Achse A₂ dargestellt. Die Außenfläche der Frontlinse 51 besitzt den Radius R₁ und ihre Innenfläche einen kürzeren Radius R₂. Ferner besitzt die äußere Zwischehlinse 52 den Außenradius R₃, der im wesentlichen gleich ist dem Radius R₂. Der Radius A₄ der Innenfläche der äußeren Zwischenlinse 52 ist kleiner als R-_s. Die innere Zwischenlinse 53 hat für die äußere Oberfläche den Radius /?g und für die Innenfläche den Radius R_e. Die Rücklinse 54 hat für die außenliegende Oberfläche den Radius A₇ und für die innenliegende Oberfläche den Radius /?₈._

Die F i g. 3 zeigt das periskopische System als Vertikalschnitt durch die optische Achse A₂. Die Frontlinse bildet im wesentlichen ein Rechteck mit praktisch ungewölbten Oberflächen der einander parallel verlaufenden Vorder- und Rückseiten. Es ist •zu sehen, daß die Linse 51 durch Verschwenken eines Rechtecks um 180° zu einem Ringsegment geformt ist.

Die Zwischenlinsen 52 und 53 bilden entgegengesetzt durchgebogene Menisken. Die äußere konvexe Oberfläche der äußeren Zwischenlinse 52 hat in der Vertikalen den Radius A₉, die innere gekrümmte Oberfläche dieser Linse 52 hat in der Vertikalen den Radius R₁₀.

Ähnlich hat die äußere konkave Oberfläche der der inneren Zwischenlinse 53 in der Vertikalen den Radius A₁₁ und die innere Oberfläche dieser Linse 53 den Radius A₁₂. F i g. 3 zeigt weiter, daß die Rücklinse 54 aus zwei ineinander übergehende, im Querschnitt im wesentlichen Rechtecke bildende Linsen 55 und 56 besteht.

Die Radien A₁ bis R_a verlaufen konzentrisch und gehen von der Rotationsachse A₁ aus. Die Radien R₉ bis R₁₂ gehen von verschiedenen Punkten P₉, P₁₀, P₁₁ und P₁₂ aus, die auf der optischen Achse A₂ liegen. Z"um besseren Verständnis einer Linse 50 nach der Erfindung sind in der folgenden Tabelle Werte einer ausgeführten Bauart angegeben:

Linse	Brechungsindex	Radius
Frontlinse 51	1.4886 1.4866 1.4866 1.4866	R1 ', 7.1089 '{ Horizontal- R2 = 4.8066 j schnitt K;1 ^ 4.8066 1 Horizontal- R1 ^- 4.4066 I schnitt R9 -- 2.8500 \ Vertikal- Ä1U -- 4.(KX) J schnitt K5 - 3.5066 \ Horizontal- Ä„ ■-■: 3.1066 ] schnitt An ^ 4.000 \ Vertikal- RVi -^= 2.8500 1 schnitt A7 -■= 3.1066 \ Horizontal- RH ··= 9.0445 I schnitt
Äußere Zwischenlinse 52 Innere Zwischenlinse 53 Rücklinse 54, bestehend aus der vorderen Linse 55 .. und der hinteren Linse 56 Brennweite —- 9.8445

Wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich, werden bei der Herstellung der Rücklinse 54 von entgegengesetzter Seite entlang der Quermittellinie A₃ Verlikalschlitzc auf die Rotationsachse A₁ hin eingebracht, die kurz vor Erreichung derselben enden, so daß zwischen den beiden Schlitzenden ein kurzer Steg liegt. Lichtundurchlässige Beläge 60 und 61 sind in die Schlitze eingesetzt und bilden ein Paar diametral gegenüberliegende Blenden. Die inneren Ränder derselben definieren eine vertikale Blendenöffnung 62 in der Rücklinse 54, durch welches alles Licht hindurchtritt. Es ist klar, daß die duich die Blenden 60 und 61 gebildete Öffnung vorausberechnet und im gewünschten Umfang variiert werden kann.

Eine zweite Blende 63 (F i g. 1) ist zwischen den Zwischenlinsen 52 und 53 eingebaut. Diese zweite Blende hat die Form eines gewölbten Streifens 64 mit einem horizontal verlaufenden Langloch. Aus F i g. T. ist zu ersehen, daß die Enden der oberen und unteren Ränder des Langloches der Blende 63 im Streifen 64 nach. oben bzw. unten gekrümmt, z. B. elliptisch verlaufen. Auf diese Weise wird mehr von den Seiten des Objektivs 50 herrührendes Licht durchgelassen als Licht, welches von einem Objekt unmittelbar vor der Front des Objektivs 50 stammt. Die Wirkung dieser zweiten Blende besteht darin, eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke des Films zu erreichen, weil das unter einem Winkel durch die Blendenöffnung 62 tretende Licht einen weniger weiten Bereich zu durchmessen hat als Licht, welches entlang der optischen Achse A₂ durchtritt.

In Fig. 1 sind ein Paar sich überlappender bogenförmiger dünner Metallplättchen 65 und 66 eingezeichnet. Diese dienen als gegeneinander bewegbarer Objektivverschluß bei Benutzung des erfindungsgemäßen Linsensystems als Kameraobjektiv.

Wie F i g. 2 zeigt, liegen die verschiedenen Linsen symmetrisch zur optischen Achse A₂ und konzentrisch zur Objektivachse A₁ der gemeinsamen Rotationsachse. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Frontlinse 51 kleiner als der Durchmesser der hinteren Linse 56 der Rücklinse 54. Dagegen sind relativ zur Frontlinse 51 die Linsen 52, 51 und die vordere Linse 55 stufenweise kleiner im Durchmesser. So ist jede Linse eingeschachtelt in der in Richtung nach vorn nächstfolgenden Linse. Die Deckflächen der Linsen 51, 52, 53 und der Linse 55 liegen in einer Ebene, die hintere Linse 56 ist stärker, aber alle Deckflächen liegen in parallelen Ebenen.

Bei der speziellen Ausführung des Objektivs 50 basiert die Wirkung auf dem periskopischen System der Linsen 52 und 53. Es wurde festgestellt, daß eine Anzahl bekannter fotografischer Objektive zwischen den Linsen 51 und 54 eingebaut werden können und dadurch punktabbildend wirken. Zum Beispiel kann eine Cooke-Triplet-Linse leicht die vorliegenden periskopischen Linsen 52 und 53 ersetzen. Nach der weiter unten beschriebenen Methode lassen sich die Dimensionen einer Linse mit möglicherweise verschiedenen Charakteristiken der Abbildung bzw. Bilderzeugung berechnen, die aber auf denselben Grundteilen basieren und ähnliche Aufgaben erfüllen. In den folgenden Ausführungen wird die periskopische Kombination der vorliegenden Bauweise analysiert. Bei der Auswahl der Radien für die Konvex-Konkav-Linscn 52 und 53 wird zweckmäßig so verfahren, daß die Luftlinsc zwischen diesen beiden Linsen so klein wie möglich ist und genügend Platz dazwischen liegt, um die zweite Blende 64 und deren Verschlußplättchen 65 und 66 einsetzen zu können. Dies führt zu einer Reduzierung der sphärischen Aberration.

Es sei daran erinnert, daß es notwendig ist, zwischen die innere Oberfläche der Zwischenlinse 53 und dem Brennpunkt »F« in F i g. 3 ein festes, transparentes Medium, z. B. Glas oder Kunststoff in Form der Rücklinse 54 einzubringen. Dadurch wird der Brennpunkt »F« der periskopischen Linsen 52 und 53 durch ' Hinzufügen der Glas- oder Kunststofflinse 54 in einen kurzen Abstand »/« hinter die Rückfläche der Rücklinse 54 verlegt (vgl. F i g. 3). Es ist zweckmäßig, eine genügende Entfernung »/« vorzusehen, wenn ein lichtempfindlicher Film das an der Rückfläche der Rücklinse 54 entstehende gewölbte Bild aufnimmt, so daß irgendwelcher Staub oder kleine Kratzer nicht auf den Film projiziert werden. Gleichzeitig soll sich der Film so nahe wie möglich an der gekrümmten Rückfläche der Rücklinse 54 befinden, so daß der Radius R_s, welcher von der Brechkraft der Linse 54 bestimmt wird, so groß wie möglich ist und dadurch zur Verringerung der sphärischen Aberration im konzentrischen System der F i g. 2 beiträgt.

Die Bestimmung der Radien R₃, Λ₄, R₅, R₆, R₇ und R_s steht somit im Zusammenhang mit den periskopischen Linsen 52 und 53 sowie der Rücklinse 54. Der zweite Hauptpunkt der Linsen 52, 53 und 54 wird zunächst wie üblich berechnet. Dazu muß beachtet werden, daß der Ort des zweiten Hauptpunktes mit der Rotationsachse A₁ zusammenfällt. Betrachtet man die F i g. 2, so ergibt sich bei dem vorliegenden konzentrischen optischen System, bei einer Änderung der Radien, solange diese von dem gleichen Punkt ausgehen, das Einmünden in den zweiten Hauptpunkt im Zentrum der Anordnung. Daher gehen vorliegend die Radien der Linsen 52 und 53 sowie 54, nämlich die Radien R₃, A₄, A₅, R₆, R₁ und R_s, vom zweiten Hauptpunkt des konzentrischen Systems aus, welcher gleichzeitig mit der Objektivachse A₁ zusammenfällt. Vor dem Eingehen auf die Aufgabe der Frontlinse 51 soll ihre Aufgabe zunächst analysiert werden:

1. Die periskopische Kombination der Linsen 52 und 53 plus der Linse 54 ergibt einen Brennpunkt in kurzem Abstand hinter "der Rückfiäche der hinteren Linse 56.

2. Das konzentrische System der F i g. 2 ohne die Frontlinse 51 ist dargelegt worden. Die Brennweite der Frontlinse ist noch zu untersuchen.

Es ist für die Brennweite des konzentrischen Systems notwendig, daß diese im wesentlichen mit jener aus den das periskopische System bildenden Linsen 52, 53 und 54 zusammenfällt, um so die Brennpunkte dei beiden Systeme in Übereinstimmung zu bringen. Dabei sei darauf hingewiesen, daß irgendeine hinzugefügte Ringlinse 51, welche mit den anderen Linsen des Systems konzentrisch liegt, keine Veränderung der Lage des zweiten Hauptpunktes des konzentrischen Systems der Fig. 1 verursacht.

Da der Radius R₇ der vorderen Linse 55 relativ klein ist, ist die Brennweite des konzentrischen Systems beträchtlich kürzer als die Brennweite der periskopischen Kombination der Linsen 52, 53 und 54. Daher ist es notwendig, die Brennweile der konzentrischen Kombination zu verlängern auf jene des periskopischen Systems, ohne dabei deren Brennweite

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im wesentlichen zu beeinflussen. Das wird durch klein wie möglich und alle Luftabstände ebenfalls

Hinzufügen der ringförmigen Frontlinse 51 erreicht. so schmal wie möglich gehalten sind. Eine wirksame

Die Innenfläche der Linse 51 liegt im wesentlichen Kontrolle ist auch durch geeignete Wahl der Größe

der Vorderfläche der Linse 52 an, weil ein möglichst der ersten Blende erreicht, um wahlweise die durch das

kleiner Luftspalt zwischen den beiden Linsen erwünscht 5 konzentrische System am genauesten kommenden

ist. Der Außenradius R₁ der Linse 51 ist bestimmt durch Strahlen nutzbar zu machen.

die Brennweite, die im konzentrischen System erreicht In dem in F i g. 3 gezeigten periskopischen System

werden muß, so daß diese zusammenfällt mit der ist die sphärische Aberration ein wichtiges Problem.

Brennweite des periskopischen Systems. Die Ringlinse Die gute Lösung besteht in den nicht sphärischen

51 jedoch beeinträchtigt nicht nennenswert die io Oberflächen der Linsen 52 und 53, um die sphärische

periskopische Kombination der Linsen 52, 53 und 54 Aberration sehr klein zu halten,

der Fig. 3 bei den üblichen Entfernungen des Die wirksame Anwendung der zweiten Blende

abzubildenden Gegenstandes (nahezu unendlich). bewirkt eine brauchbare Kontrolle der sphärischen

Falls gewünscht, kann die Rückfläche des Linsen- Aberration.

segments 56, besonders nahe der oberen und unteren 15 Die erfindungsgemäße konzentrische und perisko-

Randkanten, schwach konkav ausgebildet sein, um im pische Kombination vermeidet weitgehend Farbfehler

periskopischen System eine plankonkave Linse zu und Koma selbst bei den ungünstigsten Entfernungen

beschaffen. Auf diese Weise wird die Veränderung des des Objekts.

Brennpunktes von der Vertikalen zwischen dem Längs verlaufende Farbfehler sind in beiden

Lichteinfall in der Horizontalebene der optischen so Systemen nicht besonders korrigiert, sie sind bei

Achse A₂ und dem Lichteinfall unter einem Winkel Verwendung von Glas- oder Kunststoff mit niedriger

über oder unter jener Ebene genauer in den Brenn- Dispersion minimal.

punktauf dem bogenförmigen Brennpunktort gebracht, Die Verkettung von Astigmatismus und vertikale

welchen der Film besitzt. Der größere Effekt dieser Bildwölbung beim vorliegenden Objektiv 50 soll

leichten Konkavität der Rückfläche der hinteren 25 nachstehend erläutert werden.

Linse 56 besteht darin, daß die Fokalfläche des Es liegen zwei Brennflächen vor. Die eine rührt von konzentrischen Systems umgebildet wird, weil sie dem konzentrischen System her, das in F i g. 2 daranliegend den äußersten rückseitigen Randkanten gestellt ist, die andere von dem periskopischen System, einen größeren Radius an Stelle des Radius R_a liefert, das in F i g. 3 dargestellt ist. Der Unterschied zwischen wobei die schräg durch die Optik 50 tretenden hori- 30 diesen beiden Brennflächen an irgendeiner Stelle zontalen Lichtbänder weniger stark durch den größeren im Bild ist ein Maß für den Astigmatismus des„ Radius gebeugt werden, was einen mehr zylindrischen Objektivs.

Ort für die Brennpunkte entlang dem Film ergibt. Auf Mit einem erfindungsgemäßen Objektiv ist in dieser

das periskopische System hat dieser Radius eine weniger Hinsicht eine Korrektur möglich, was mit bekannten

deutliche Wirkung. Insgesamt wird durch das so 35 Objektiven nicht möglich ist. Man kann z. B. eine

vertikal verlaufende Bildfeld der Astigmatismus auf Brennfläche ohne Störung der anderen Brennfläche

ein Minimum verringert. einfach dadurch verändern, daß man den Radius ,R₁

Zu der erfindungsgemäßen Linsenbauart sei noch- vergrößert oder verkleinert. So läßt sich das geringste

mais auf folgendes hingewiesen: Ausmaß von Astigmatismus mit der Höchstmöglichen

In dem konzentrischen System der F i g. 2 ist die 40 Vertikalkrümmung erzielen. Das Zusammenwirken

sphärische Aberration abhängig davon, daß der der¹ vertikalen Bildwölbung mit der astigmatischen

Radius R_s so groß wie möglich, der Radius R₁ so Abweichung wird so augenfällig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Scheibenförmiges Panoramaobjektiv, g ekennzeichnet durch,

a) Zylinderflächen mit unterschiedlichen Flächenradien, deren Achsen in einer vertikalen Objektivachse (A₁) zusammenfallen, wobei die Linsenanordnung symmetrisch ist bezüglich einer optischen Achse (A₂), weiche senkrecht auf die Objektivachse (A₁) steht und diese schneidet,

b) torische Linsen, deren Flächen durch Drehung von Kreisbögen erzeugt sind, deren Mittelpunkte in bezug auf die Objektivachse ver-

- setzt sind und auf der optischen Achse liegen,

c) zwei Blenden, von denen die erste Blende (60, 61) als Schlitz ausgebildet ist, der in der vertikalen Objektivachse (A₁) liegt, und die zweite Blende (63) einen Horizontalschlitz mit engem Mittelteil und weitergehaltenen beiden Enden bildet und vor der ersten Blende liegt.'

2. Scheibenförmiges Panoramaobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt fünf Linsen vorgesehen sind, wobei

a) auf eine Frontlinse (51), deren Vertikalschnitt [Querschnitt in einer durch die Objektivachse (A₁) gehende Vertikalebene] ein Rechteck ist, zwei Zwischenlinsen (52, 53), deren Vertikalschnitte sammelnde Menisken mit einander zugekehrten Hohlflächen sind, und zwei mit Planflächen ausgebildete hintere Linsen (55, 56) folgen, deren Planflächen eng benachbart und ihre Vertikalschnitte Rechtecke derart sind, daß das der vorderen Linse (55) kleiner ist als das der hinteren Linse (56) und die Objektivachse (/I₁) zwischen jene Planflächen liegt,

b) die erste (60, 61) der vorgesehenen beiden Blenden zwischen den Planflächen der beiden hinteren Linsen (55j 56) liegt und eine vertikale Schlitzblende mit konstanter Breite und einer sich über die Höhe der ihr unmittelbar vorgeordneten Linse (55) erstreckenden Länge aufweist, und die zweite Blende (63) als horizontal liegende Schlitzblenden zwischen der zweiten und dritten Linse (52, 53) liegt mit einer Mittelbreite kleiner als ihre Randbreiten.

3. Scheibenförmiges Panoramaobjektiv nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Abmessungen der Einzellinsen bei einem jeweils gleichen Brechungsindex aller Linsen und einer Brennweite von' 9,8445 cm, einem horizonalen Bildwinkel von 160° und einem vertikalen Bildwinkel von 30°.