DE1547297C - Objektiv mit veränderlicher Brennweite für drehbare Fotoapparate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite für drehbare Fotoapparate. Insbesondere betrifft die Erfindung den Einbau eines Objektivs mit veränderlicher Brennweite in drehbare Fotoapparate.

Als drehbare Fotoapparate werden solche bezeichnet, bei welchen erstens die Drehung des Objektivs und des Bildfensters zum feststehenden und gemäß einem Bogen angeordneten Film erfolgt und zweitens diejenigen Apparate, bei welchen zusammen mit dem Objektiv und dem Bildfenster gleichzeitig auch der Film, der in einer Ebene vor dem Bildfenster liegt, gedreht und versetzt wird. Die erste Art Apparate wird hier als »Fotoapparat mit drehbarem Objektiv« und die letztgenannte Art als »Apparat mit Drehkopf« bezeichnet.

Der Apparat mit drehbarem Objektiverfaßt Azimutwinkel von ungefähr 140" und kann als optisch nicht vollkommener Apparat angesehen werden.

Der Apparat mit Drehkopf erfaßt dagegen Azimutwinkel jeder Größe und ist optisch als vollkommen anzusehen. Der Apparat mit Drehkopf ist im einzelnen bezüglich seiner Ausbildung und Arbeitsweise in dem italienischen Patent 684 227 des Erfinders beschrieben.

Die beiden vorerwähnten Apparatetypen besitzen Objektive mit konstanter Brennweite.

Außerdem sind Objektive mit veränderlicher Brennweite bekannt, bei welchen mittels einer Fassung entweder das gesamte Objektiv oder ein Teil desselben, zur Bildebene (Film) verstellt wird, um das Bild auf dieser Ebene scharf einzustellen, und bei welchen eine zweite Fassung vorgesehen ist, um mindestens eine zu diesem Objektiv gehörige Optik gegenüber der oder den anderen Optiken des gleichen Objektivs so zu verstellen, daß die Brennweite verändert wird, um Vergrößerungen des Gegenstandes zu ermöglichen. Diese zweite Fassung ist manchmal mit Markierungen für die Brennweite versehen, so daß man die Brennweite ablesen und einstellen kann, somit also die erwünschte Vergrößerung des jeweilig aufzunehmenden Gegenstands festlegen kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Objektivs mit veränderlicher Brennweite, das sowohl

ίο für die eine als auch die andere Art der oben beschriebenen Fotoapparate verwendet werden kann, und zwar ohne die sogenannte rollende Aufnahme wie bei den herkömmlichen Fotoapparaten und um die Höhen- und Breitenmaße der Fotoapparate mit

is Drehkopf zu verkleinern und einige der empfindlichsten Mängel der mit den Apparaten mit drehbarem Objektiv erhaltenen Bilder zu beheben, wenn mit diesen Apparaten Aufnahmen von ziemlich weit voneinander entfernten Gegenständen gemacht werden sollen.

Diese und andere sich im einzelnen aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung ergebenden Zwecke sollen bei einer Objektivanordnung mit veränderlicher Brennweite, welche zumindest zwei optisehe Systeme aufweist, die durch eine erste Fassung einander genähert und voneinander abgesetzt werden können, während eine zweite Fassung vorgesehen ist, welche die beiden optischen Systeme zusammen verstellt, um den aufzunehmenden Gegenstand auf der Bildebene scharf einzustellen, verwirklicht werden. Erfindungsgemäß ist dazu die Fassung für die Brennweite mit einer Skala für die jeweiligen Abstände ρ des Aufnahmegegenstandes nach folgender Formel versehen:

Diese Formel gilt für Gegenstandsweiten, die größer als die jeweilige Brennweite des Objektivs sind, und wobei

/ = die jeweils gewährte Brennweite, /,', = die Brennweite zur Aufnahme des Gegenstandes im Unendlichen, CQ₀ = Abstand des Drehpunktes vom Film, Λ/, N₂ = Abstand der Knotenpunkte

ist, oder nach folgender Formel:

P =/

KL-f)

(wobei die Formelgrößen die obige Bedeutung haben), für den Fall, daß als Drehzentrum der hintere Knotenpunkt des auf Unendlich eingestellten Objektivs gewählt wird, d. h. C = JV₁ und N₁Q₀ = ./„ ist.

Es ist zu bemerken, daß, während die erste Formel nur bei Fotoapparaten mit Drehkopf angewendet wird, die zweite sowohl für diese als auch für Apparate mit drehbarem Objektiv verwendet wird.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung erläutert, die lediglich als Beispiel dient, und zwar Für eine besondere Ausführungsform der Erfindung gemäß der Zeichnungen, in denen darstellt

F i g. I ein optisch-geometrisches Schema zur Erläuterung der Erscheinungen, die auftreten, wenn ein Objektiv in Drehung versetzt wird,

F i g. 2 schematisch eine Anordnung, die zur Suche der Knotenpunkte dient,

F i g. 3a, 3 b und 3 c schematisch ein Objektiv mit zwei optischen Anordnungen, das auf drei verschiedene Entfernungen eingestellt ist.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise drehbarer Apparate vom optischen Gesichtspunkt her muß zuvor' eine Untersuchung über die Erscheinungen angestellt werden, welche auftreten, sobald ein Objektiv zu einer Achse in Drehung versetzt wird, die senkrecht zur optischen Hauptachse liegt und durch einen Punkt dieser letzteren führt. Zur Durchführung dieser Untersuchung wird auf die F i g. I der Zeichnung verwiesen.

In dieser Figur ist ein Fotoobjektiv mit seinen Knotenpunkten N₁ und /V₂, mit seinem Brennpunkt F und seiner optischen Hauptachse, die diese drei Punkte enthält, gezeigt.

Das Objektiv soll um eine zur Ebene der Zeichnung senkrechte Achse drehbar sein, welche bei C die Hauptachse des Objektivs schneidet.
^f|5 Es wird angenommen, daß genau mit der optischen Hauptachse des Objektivs ausgerichtet und senkrecht zu derselben eine Film- oder eine Bildebene 100 liegt, welche diese Achse in einem Punkt Q schneidet.

welcher das Bild eines Punktes P darstellt, der auf der optischen Hauptachse liegt.

Angenommen wird außerdem, daß die Strecke CN₂ als positiv anzusehen ist. wenn ZV₂ vom BiIdQ weiter entfernt ist als C, als positiv die Strecke N₁N₂, wenn N₂ weiter entfernt von Q ist als /V₁, und als positiv die Strecke CiV₁, wenn .V₁ näher bei Q liegt als C.

Wenn

N₂F = f
angenommen wird, so uilt die bekannte Abbildungs-

PI
gleichung für Linsen, wonach q — -± f ■

Es ist hervorzuheben, daß zur Scharfeinstellung des Gegenstandes auf der Bildebene 100 das Objektiv längs der optischen Achse verschoben werden kann. Wenn daher ein Punkt im Unendlichen aufgenommen wird und scharf auf der Bildebene eingestellt wird, wird das Bild des Punktes im Unendlichen in Richtung der optischen Achse PV durch den Punkt F (hinterer Brennpunkt) dargestellt, der mit dem Punkt Q zusammenfällt.

Es wird der optischen Achse PV eine Drehung im Uhrzeigersinn erteilt, so daß sie die Lage P₀ V₀ einnimmt, und es wird der Drehwinkel y als klein angenommen, so daß gilt sin ψ- </■; cosy= 1:

Da der Winkel y derart klein ist und in Anbetracht der Bautiefe, welche das Objektiv an sich besitzt, können die Punkte Q, N₁, N₂ nach Q₀, N₁' und /V₂' versetzt angesehen werden, welche die Schnittpunkte der Senkrechten auf die verschobene Achse CQ₀ darstellen. Diese Senkrechten sind jeweils von den Punkten Q, N₁ und N₂ aus gezogen. In diesem. Falle fällt die angenommene Ebene 100 mit der Geraden Q₀ Q als Ebene 101 zusammen.

Nach dieser Verstellung ist das neue Bild des Punktes P durch den Punkt Q₁ dargestellt, welcher der Schnittpunkt der angenommenen Ebene 101 mit der vom Knotenpunkt N₂ kommenden Geraden ist, die parallel zur Verbindungslinie PN{ liegt. Die neue Lage des Bildes eines unendlichen Punktes, der in Richtung A liegt, wird durch den Schnittpunkt F₁ angegeben, der aus der angenommenen versetzten Ebene 101 und der Parallelen zur Richtung A durch den Knotenpunkt N' x> gebildet wird.

Auf Grund der Drehung ist eine Verstellung des Bildes zu einem unbeweglichen Beobachter gleichQ Q₁ erfolgt. Diese Strecke ist mit der Bezeichnung f versehen und wird im weiteren als »Bildmitnahme« bezeichnet; diese Strecke gilt als positiv, wenn die Verstellung in zum Drehsinn des Objektivs entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Wenn nun die sich ähnlichen Dreiecke N₂, N₂, V; Q₁, Q, V und /V₁', C, P; N₂, C, V unter Austausch und außerdem die zwischen den verschiedenen Strecken bestehenden Beziehungen in Betracht gezogen werden, welche der F i g. 1 zu entnehmen sind, gelangt man zu folgenden Beziehungen:

PCN₂-ZN₁N₂

Es können die folgenden Fälle eintreten, welche zur versuchsweisen Bestimmung der Knotenpunkte wichtig sind:

1. Für ρ = χ ergibt sich t / = CiV₂ χ · tgy, und wenn die Achse durch N₁ χ verläuft, erhält man: t χ = () für C, das mit N₂ r. (2) zusammenfällt, d. h„ wenn die Drehachse eines Objektivs, die zur optischen Hauptachse senkrecht ist, durch den hinteren Knotenpunkt verläuft, weisen die Bilder der Gegenstände bei Unendlich keinerlei Mitnahme auf (französische Patentschriften 336 309 und 1 183110, USA.-Patentschrift 3 078 758).

2. Für C = N₁ wird (1.) ' = N₁W₂ tgy (2'), unabhängig von ρ und somit: wenn die Drehachse eines Objektivs, die senkrecht zur optischen Hauptachse liegt, durch den vorderen Knotenpunkt verläuft, haben die auf unterschiedliche Abstände angeordneten Gegenstände die gleiche Mitnahme.

3. Wenn in (!)? = () eingesetzt wird, ergibt sich, daß bei pCN₂ = 4CW₁ und ρ = χ· CZV₂ = 0 sein muß und daher CN₁ positiv, 0 oder auch negativ sein kann. Wenn ρ χ ist, da ρ und q notwendigerweise jx>sitiv sein müssen, ergibt sich, daß CZV₁ und CN₁ das gleiche Vorzeichen haben müssen, was bedeutet, daß ZV₁ und ZV₂ auf zu C entgegengesetzten Seiten angeordnet sein müssen, und zwar:

wenn das Objektiv auf einen nahen Gegenstand eingestellt ist, stets ein innerer Punkt auf der Strecke N₁N₂ gefunden werden kann, durch welchen die Drehachse verläuft, und zwar unter Erzielung einer Mitnahme des Bildesjdeich 0.

Man kann leicht CN₂ = / CN₁ finden, wo / die lineare Vergrößerung bedeutet.

Durch die Drehung der optischen Achse bezüglich

- eines mit dem Objektiv stillstehenden Beobachters

hat das Bild Q des Punktes P eine Verstellung

gleich Q₁)Q₁ erfahren, und zwar:

= QoQ + t = (Cl-CN₂) tgy + ^^C-^-__i^CA/l- tgy

Φ--

und nachdem (s. 1·' i g. I)

CQ_n^q-CWj -(W₂ / (3)

ist, erhält man durch Austausch von CN₂ den aus

P-J

der vorhergehenden abgeleiteten Gleichung abgelei-6s teten Wert

sä-

Für p = oo gilt

₁ =/tg?

(5)

Bei der letzten Gleichung erscheint der Ausdruck CQ₀ nicht, d. h., sie ist vom Abstand der Drehachse von der Brennpunktebene unabhängig. Daraus ergibt sich folgendes: Damit das Bild eines auf Unendlich eingestellten Gegenstandes eine Mitnahme gleich O aufweist, ist erforderlich und ausreichend, daß ein Vorschub des Films gegenüber dem Objektiv erfolgt, der gleich dem Produkt der Brennweite und des Tangens des vom Objektiv während seiner Drehung beschriebenen Winkels ist, unabhängig von der Lage der Drehachse zur Brennpunktebene.

Aus den bisher gemachten Überlegungen ergibt sich, daß zur Vermeidung von Unregelmäßigkeiten im Bild auf Grund der Mitnahme, also um zu vermeiden, daß das von irgendeiner Stelle von einem Objektiv aufgenommene Bild gegenüber dem Film während der Drehung dieses Objektivs verschoben wird, die vorhergehenden Bedingungen erfüllt sein müssen, und zwar besonders im Falle der Apparate mit Drehkopf, wo eine Drehung des Objektivs von einer Bewegung des Films zum Objektiv gleich <2o8i begleitet ist (deutsche Patentschrift 848 449); und im besonderen Falle eines Apparates mit drehbarem Objektiv wo t = O sein muß.

Es wird nun der Apparat mit drehbarem Objektiv in Betracht gezogen: Bei diesem Apparat ist das einzige in Drehung befindliche Organ das mit einer Brennweite" versehene Objektiv, während der längs einem Kreisbogen mit dem Zentrum C, durch weiches die Drehachse verläuft, aufgelegte Film keinerlei Bewegung während der Aufnahme erfährt. Bei diesen Apparaten "ist der zuvor erwähnte Winkel ψ derjenige, unter welchem der Beobachter vom Punkt C aus die öffnung des Bildfensters sieht. Angenommen, die Weite des Bildfensters betrage 1 mm und das Objektiv besitze eine Brennweite von 50 mm, daß ferner der hintere Knotenpunkt mit dem Zentrum C zusammenfalle, wenn ein Punkt bei Unendlich aufgenommen wird, ergibt sich, daß der Wert des Tangens eines solchen Winkels '/50 beträgt, da es sich ja um einen sehr kleinen Winkel handelt, so daß die eingangs gemachten Überlegungen zutreffen.

Es ist aus Fertigungsgründen offensichtlich, daß das Objektiv eines solchen Apparates keinen Bogen von 180° beschreiben kann, sondern praktisch nur von 140°. Da der Film zum Aufnahmegegenstand feststeht, muß die Mitnahme t des Bildes gleich 0 sein oder einen geringen Wert auf dem Bild aufweisen. Da bei diesen Apparaten insbesondere die Aufnahme von Panoramen interessiert, also im Unendlichen liegenden Gegenständen, muß man

CQo =/ (6)

haben, abgeleitet aus der vorhergehenden Gleichung unter der Annahme des besonderen Falles, daß CN₂ 00 = 0 ist. Bei diesen Apparaten muß daher der Abstand der Bildebene vom Drehzentrum gleich der Brennweite sein.

Diesen Apparaten haften aber die beiden folgenden Nachteile an:

a) Das vom Objektiv entworfene Bild liegt in einer ^ft5 Ebene, während der Film in einem Kreisbogen angeordnet ist. Daher liegt jeder Punkt eines Bildes teilweise im Brennpunkt und teilweise außerhalb des Brennpunktes, wodurch sich die Verschlechterung des erhaltenen Bildes ergibt. Man kann diesem Nachteil dadurch abhelfen, daß dem Bildfenster eine sehr geringe Breite gegeben wird.

b) Wenn man nahegelegene Gegenstände scharf einstellen will, verstellt sich das Objekiiv nach vorn gegenüber dem Film. Dadurch wird der Abstand CN₂ größer als 0, und damit wird die Gleichung (6) nicht mehr eingehalten, nach der der Abstand der Drehachse von der Bildebene gleich der Brennweite sein muß. Infolgedessen entsteht eine Relativbewegung zwischen Bild und Film, es treten Milnahmeerscheinungen auf, welche die Güte der Aufnahme beeinträchtigen. Diese Mitnahme tritt nur dann nicht auf, wenn

Pf

N₁N₂ = -^f₇

ist, wo ρ den geringsten zulässigen Abstand
Objektiv bedeutet.

Es wird nun der Apparat mit Drehkopf, welcher Gegenstand eines anderen Patentes des gleichen Erfinders ist, in Betracht gezogen.

Bekanntlich gilt für derartige Apparate die mechanisch-optische Gleichung

bei welcher / die Brennweite des Objektivs bedeutet. R ist der Radius der Laufspule für den Film, ο und r sind jeweils die Radien der Grundkreislinien zweiter Zahn- oder Reibräder, deren Rad « am Apparategestell festsitzt, während das Rad r sich zusammen mit der Spule R dreht.

Aus der Beziehung (5) ergibt sich, daß bei den Gegenständen im Unendlichen der Abstand CQ₀ der Drehachse von der Bildebene keinerlei Einfluß hat. Zur Aufnahme nahestehender Gegenstände, nachdem der Vorschub oder der Zug des Films immer gleich ist bei gleichbleibendem Drehungswinkel des Kopfes, ist es notwendig, daß die Strecke ß₀Öi der Strecke F₀F₁ gleich ist, um die Mitnahme in zwei GEenzfällcn zu vermeiden, und zwar:

P²- (P -J)(CQ₀ + N₁ N₂ )
(P -ff

= /tgv,

woraus die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

o =q

₂-Jl CN₁ = / (8)

Diese gelten, wenn ρ dem Mindestabstand ρ vom Gegenstand entspricht. Sind diese Vorbedingungen erfüllt, ist die Mitnahme gleich 0, sowohl beim kleinsten Abstand ρ vom Gegenstand (kleiner Abstand, der von der Gattung des Objektivs abhängt) als auch für den Abstand Unendlich ρ α>. Es ist möglich, nachzuweisen, daß bei derartigen Apparaten die Mitnahmen zulässig sind, die durch die Aufnahmen von Gegenständen entstehen, die zwischen dem Mindest- und dem Höchstwert des Abstandes ρ liegen. Diese Apparate weisen aber einen großen

Durchmesser und große Höhe auf, wie deutlich aus der Beziehung

CQ₀ =q+f- N^N₂

hervorgeht. Diese Maße können beträchtlich durch Verwendung der Objektive mit veränderlicher Brennweite verringert werden.

Das Objektiv mit veränderlicher Brennweite ist bekanntlich eine optische Einrichtung, die es erlaubt, die Brennweite je nach Bedarf zu verändern. Es ist stets so ausgebildet, daß, wenn es scharf auf einen Gegenstand eingestellt ist, die Brennweite nach Belieben geändert werden kann, ohne daß die Fotografie unscharf wird.

Zur Verwendung dieses Objektivs bei drehbaren Apparaten genügt eine kleine Änderung der Brennweite von / nach / + —, also eine Änderung 1,2 mal.

Um den Gebrauch verständlich zu machen, soll die vorher angeführte Gleichung der Mitnahme in Betracht gezogen werden, d. h.

QoQ₂

-(P-f)iQo'+N₁N₂)

/tgy. (4)

Aus dieser Gleichung ist deutlich_ersichtlich, daß bei Beibehaltung des Abstandes Co₀ zwischen der ίο Drehachse und dem Film, bei gleichbleibender Drehung ψ, der Vorschub des Films O₀Qi gleichmäßig bleiben kann (also jede Mitnahme um irgendeinen der Werte ρ entfällt), indem die drei Werte

ρ, SN₁N₂; ρ', /', N₁' N₂'; οο, /₀, N₁N₂ ·

auf Unendlich angewendet werden und von denen jeder einem Objektiv mit einer Brennweite zum Einsatz in dem Apparat entspricht, d. h.

QoQx =
wobei

Pi-(P -

o + N₁ N₂)

(P-ff

P¹-(P'-D(CQ₀ +N[Nj)

(P'-ff

J tg 7 = · · · = ./o tg 7

P²-

(P

während f₀ dem Objektiv mit der Brennweite entspricht, das auf Gegenstände bei Unendlich ein-

gestellt ist. Bei jedem zentrierten dioptrischen System

worin (p, /, N₁N₂) dem allgemeinen Objektiv der 30 führt die Veränderung der Brennweite zur Verände-Brennweite/ entspricht mit einem Abstand N₁N₂ rung von NiN₂, weshalb aus der vorstehenden zwischen den Knotenpunkten, eingestellt <iuf den Gleichung hervorgeht, daß ρ von / abhängt, mit Gegenstand eines allgemeinen Abstandes ρ von N₁, dem besonderen Wert ρ(J₀) = χ.

ρ erhält man durch Lösung der Gleichung (9):

p = f

• 2/₀ -CQ₀-N₁N₂ ± Ϊ (CQ₀ + N₁ N₂)² + 4/ (/₀ -CQ₀-N₁ N₂)

(10)

Aus vorstehendem ist zu entnehmen, daß das Objektiv, das in der Lage ist, stets den Wert von Q₀Q₁ konstant beizubehalten, welches auch immer der Abstand von ρ sein mag, nur ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite sein kann, welches bekanntlich eine unendliche Anzahl Objektive in sich einschließt.

Bei den Objektiven mit veränderlicher Brennweite, welche bei den herkömmlichen Fotoapparaten oder Filmapparaten verwendet werden, kann die Fassung für die Brennweite unabhängig von der Fassung für die Scharfeinstellung verstellt werden. Bei den gewöhnlichen Apparaten entspricht die Änderung der Brennweite einer Änderung der Größe des Bildes auf dem Film.

Bei dem hier zu Rede stehenden Objektiv mit veränderlicher Brennweite wird nicht auf eine Vergrößerung des Bildes auf dem Film hingezielt, sondern auf ein Gleichklangverhältnis zwischen Brennweite <« und Abstand vom Gegenstand, so daß der Schub des Films durch die Vorschubeinrichtung konstant bleibt. Bei den Apparaten mit drehbarem Objektiv, bei welchen der Film stillsteht und in einem Bogen angeordnet ist, gleicht dagegen das Objektiv mit <>5 veränderlicher Brennweite die Änderung von CN₂ entsprechend der Scharfeinstellung von Gegenständen, die sehr weit voneinander entfernt sind, aus.

Beim Objektiv mit veränderlicher Brennweite gemäß der Erfindung sind die Fassung für die Brennweite und diejenige für die Scharfeinstellung miteinander verbunden. Das heißt, daß gemäß einem besonderen Wert / entsprechend einem bestimmten Wert p' daher auch die Fassung der Brennweite nach dem Abstand ρ geteilt ist, so daß der Bediener, welcher' sich das Objektiv auf eine bestimmte Entfernung ρ einstellt und sich dabei herkömmlicher Schraubenregulierung bedient, auch die Fassung für die Brennweiten betätigen muß unter Drehung derselben, bis sie einem Wert /) entspricht, der auf dieser mit einer Bezugsraste vorgezeichnet ist.

Auf Grund der strikten Beziehung zwischen ρ und / ist es keinesfalls erforderlich, daß das Bild scharf auf dem Film bleibt, wenn die Brennweite geändert wird, wie es bei den herkömmlichen Objektiven mit veränderlicher Brennweite der Fall ist.

Dieser Umstand bringt einen großen Vorteil bei der Herstellung der Objektive für die drehbaren Apparate durch Wegfall der schwierigen mechanischen Probleme, die bei den Objektiven für die herkömmlichen Fotoapparate auftreten, was sich letzten Endes als Ersparnis auswirkt. Auf diese Art können Objektive hergestellt werden, die aus nur zwei optischen Systemen bestehen, bei denen eine Fassung da/u dient, diese beiden Svsteme einander zu nähern oder

009 650/113

voneinander zu entfernen (Fassung für die Brennweite) und die andere Fassung zum Nähern oder Entfernen des gesamten Objektivs von der FiIm-

ehene (Fassung für die Scharfeinstellung).

Dies gilt für einen beliebigen festgesetzten Wert CQ₀, schließt jedoch nicht aus, daß ein einziger stets für sämtliche Objektive für drehbare Apparate mit veränderlicher Brennweite gültiger Wert festgesetzt wird. Es wird dadurch eine weitere Ersparnis erzielt, daß in die drehbaren Apparate, die für einen bestimmten Wert /ό gebaut wurden (Brennweite entsprechend ρ — χ), Objektive mit gleichem »/,",« verschiedener

10

Fabrikation mit verschiedenen optischen Systemen eingebaut werden können.

Einen geeigneten Wert erhält man, wenn

CGU = Ji) (H)

angenommen wird, so daß das gleiche Objektiv auf Apparate mit drehbarem Objektiv eingebaut werden kann, sowie auf solche mit Drehkopf, für welche sich die folgenden Gleichungen ergeben:

Durch Einsetzen von CQ₀ = J₀ in Gleichung (9) erhält man die Gleichung

η = ffo-^^N~2 ± H/ü + ^ZV,)²- (12)

die für p> /> 0 gilt.

Bei der Bestimmung der Werte von p, welche den verschiedenen Werten / entsprechen, muß der Wert von ZV₁ N₂ ermittelt werden, welcher, wenn auch abhängig von / in vielen Fällen umständliche Bestimmungsmethoden erfordert. Diese Suche der Knotenpunkte wird außerordentlich dadurch erleichtert, daß die Gleichung (2) [und als Kontrolle die (2')] benutzt wird, welche zuvor erörtert wurde. Diese Gleichung besagt, daß, wenn die Drehachse eines Objektivs, welche senkrecht zur optischen Hauptachse liegt, durch den hinteren Knotenpunkt verläuft, die Bilder der auf Unendlich eingestellten Gegenstände eine Mitnahme Null aufweisen.

Zu diesem Zweck kann die Apparatur benutzt werden, die schematisch in der F i g. 2 gezeigt ist (s. auch Picht, Maß- und Prüfniethoden der optischen Fertigung, Bd. 1 [1953], S. 137).

Auf einer waagerechten Ebene A befinden sich die beiden höhenmäßig einstellbaren Träger 2 und 3, welche jeweils ein Mikroskopfernrohr 4 halten, das ein Fadenkreuz und eine Drehscheibe 5 aufweist. Die optische Hauptachse A des Fernrohres muß stets zur Drehachse B der Scheibe senkrecht stehen. Auf dieser Scheibe ist ein Träger 6 vorgesehen, auf welchem das Objektiv 7 aufgesetzt und befestigt wird, von welchem die Knotenpunkte bestimmt werden sollen. Dieser Träger kann mikrometrisch verstellt werden, und zwar mittels des Rades 8, wobei die Verstellung an einer mit Gradteilung versehenen Skala auf der Scheibe abgelesen werden kann. Dabei wird von der Drehachse B ausgegangen. Die optischen Hauptachsen des Fernrohres und des Objektivs müssen auf einer gleichen horizontalen Ebene liegen.

Der Beobachter sieht durch das Fernrohr 4 zunächst den hinteren Teil des Objektivs 7, dreht dann langsam und von Hand die Scheibe 5 nach links und rechts, um das gesamte Objektivfeld vor dem Fadenkreuz vorbeizuführen. Die Bilder der Gegenstände werden Mitnahmen erfahren. Der Beobachter betrachtet einen Punkt bei Unendlich auf der gemeinsamen Achse Fernrohr Objektiv A. Wenn das Bild eine Mitnahme erfährt, verändert er die Lage des Trägers 6 längs der optischen Hauptachse des Objektivs, bis daß, auch bei Weiterdrehung der Scheibe, das Bild vor dem senkrechten Fadenkreuz des Mikroskops Stillstehen bleibt. Das bedeutet, daß die senkrechte Achse durch den hinteren Knotenpunkt N₂ verläuft, der so ermittelt wird.

Um den Knotenpunkt /V₁ zu ermitteln, werden die gleichen Beobachtungen wiederholt, nachdem das Objektiv um 18Ü verdreht worden ist, also so, daß man mit dem Fernrohr den vorderen Teil des Objektivs als^Ziel hat._Auf diese Art werden die beiden Werte CZV₁ und CZV₂ erhalten, deren Summe selbstverständlich gleich N₁N₂ ist.

Um die vorhergehenden Feststellungen zu überprüfen, kann man die Formel (2') benutzen, welche folgendes beweist: Wenn die Drehachse eines Objektivs, die zur optischen Hauptachse senkrecht liegt, durch den vorderen Knotenpunkt verläuft, weisen die Bilder von in unterschiedlichem Abstand befindlichen Gegenständen dieselbe Mitnahme auf.

Dieses Prüfverfahren besteht darin, daß der Träger 6 verstellt wird, bis die Bilder sämtlicher Gegenstände in unterschiedlichem Abstand vom Objektiv die gleiche Mitnahme aufweisen. Das heißt, daß die Drehachse durch den vorderen Knotenpunkt ZV₁ verläuft, welcher somit bestimmt wird. Man dreht alsdann die Scheibe 5 um 180 und ermittelt auf gleiche Weise den Knotenpunkt N₂.

In den F i g. 3 bis 3c ist beispielsweise ein aus nur zwei optischen Systemen bestehendes Objektiv dargestellt, das bei drehbaren Apparaten Verwendung finden kann.

Das erste System, dem Gegenstand am nächsten, soll als Knotenpunkt /Z₁ und //,' haben und / als Brennweite, das zweite System //, und Hi mit der Brennweite/₂. Wenn nun α der Abstand Zi₁'H₂ zwi-' sehen den beiden Systemen bedeutet und /7 und //' den vorderen und hinteren Knotenpunkt des Objektivs darstellen, stellt F' den so hergestellten Brennpunkt des Objektivs dar. Wenn außerdem Q der Punkt ist, durch welchen die Tangentialebene zum Film verläuft und I = a — /j —,/,, ergibt sich aus der einfachen Optik und auf Grund des Vorgesagten:

./· =	Uh . I '	'■<	(	+ ^l	Hi +■
	fiUi-.fx) Λ	-IH1Hi
H'2F' =
	-HH' =
V1ZV2 =
T

ρ-Wert, aus (12);

q	Pf .	ei -/;
HiQ CN2	p-f '	-CN2;
CN1	TJ/ T?t ι — ti2t + = ei -Χ;	N2;
N1Q	= ^1N2 -
= 1 -N1

//,β = α + H₂'β +

i +

HiQ-J₀ = Abstand von H₂' von der Drehachse;

ρ + N₁Q = Abstand des Gegenstandes vom Film.

Als einfaches Beispiel wird angenommen, es sei . das Objektiv mit zwei Systemen zu bilden, wovon das erste aus einer Streulinse J\ — -30OuHdH₁Hi = O bestehe und das zweite aus einem Objektiv mit ./, = 50 und H₁W₂ = 30. Die gesamten Werte sind in Millimetern ausgedrückt.

Für ρ — -x> wird angenommen :a = O₀ = 30; daraus folgt:

IO

20 J₀ = 53,57143;

HjF' = 58,92750;
N₁N₁= -33,21423;

HjQ^ = H^F'- CN₂ = Oj,

CN₁ = N₁N₁; N^Q = 86,78566;
h7Q~ = 118',9275O;
HjC = 5,35607;
QP = χ .

a	N1N2	/	HiF'	P	53,571 52,829 52,057	HiQ	CAf2	CN1	86,786 88,346 90,391	H1Q	Hi C	QP
30 40 50	-33,214 -35,517 -38,333	53,571 51,724 50	58,927 58,620 58,333	Χ' 2473,222 1265,471		58,927 59,725 60,391	0 -0,743 -1,514	-33,214 -34,775 -36,819		118,927 129,725 140,391	5,356 6,154 6,819	OO 2561,568 1355,861

Diese Werte sind auf die F i g. 3 a, 3 b, 3 c übertragen.

Die in die Formel (12) einzusetzenden Werte sind die aus der allgemeinen Optiklehre gut bekannten, d. h., ρ = PN₁ (Entfernung des Gegenstandes vom 35 vorderen Knotenpunkt des Gesamten)

-fJi

-J]J₂
— ./ι ~~ h

40

(«ο = Abstand zwischen den beiden Systemen). 45

Wenn ein im Unendlich sich befindender Gegenstand als Ziel eingestellt ist:

50

₁W₂ = - H_XH[ + H₂H₂-+ -^-j-y-

Zum Erfindungsbereich gehört eine Lösung, bei welcher das Objektiv anstatt mit zwei verschiedenen Fassungen ausgerüstet zu sein, auch nur eines besitzen kann, welche mechanisch arbeitet und die Bewegungen des Objektivs und dessen beweglichen Teiles zusammen bewirkt, mit dem Ergebnis, daß mit einem einzigen Handgriff die Bildschärfe und die Regulierung der Brennweite hinsichtlich des Abstandes erhalten werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Objektiv mit veränderlicher Brennweite für drehbare Fotoapparate zur Vermeidung der BiIdmitnahme mit zumindest zwei zueinander mittels einer Objektivfassung verstellbaren optischen Systemen, dadurch gekennzeichnet,daß die Objektivfassung auf Gegenstandsabstände ρ nach der Formel

_paf ItLZCtL=-

o + NiN₂)¹ + 4/ (J₀ -CQ₀-N₁ N₂)

(10)

MJ₀-J)
die Tür Gegenstandsweiten gilt, die größer als die jeweilige Brennweite des Objektivs sind, geteilt ist und wobei

/ = die jeweils gewählte Brennweite,

J₀ = die Brennweite zur Aufnahme des Gegenstandes im Unendlichen,

CQ₀ = der Abstand des Drehzentrums vom Film,

NTnT = der Abstand der Knotenpunkte

ist, oder nach folgender Formel:

_ ,· ./«'» - N₁N₂ ± V(Ja + N₁N₁)² - Af N₁N₁

(12)

(wobei die Formelgrößen die obige Bedeutung haben) für den Fall, daß als Drehzentrum der hintere Knotenpunkt des auf Unendlich eingestellten Objektivs gewählt wird, d. h. daß C = N₁ und N₁ Q₀ = f₀ ist.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivfassung zwei Stellglieder, vorzugsweise Einstellringe, aufweist, welche beide eine Skalenteilung für den jeweiligen Abstand des aufzunehmenden Gegenstandes besitzen, wobei das eine Stellglied zur Einstellung der Brennweiten vorgesehen ist und eine Skalenteilung für die Entfernung des Gegenstandes in Abhängigkeit von den Brennweiten aufweist, geteilt nach der Formel (10) oder der Formel (12), während das andere Stellglied für die Einstellung der Bildschärfe vorgesehen ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivfassung als ein Stellglied mit einer Skalenteilung für die jeweiligen Abstände der aufzunehmenden Gegenstände ausgeführt und für die Relativbewegungen der das Objektiv bildenden optischen Systeme sowie für eine gemeinsame Bewegung dieser Systeme zur Einstellung der Bildschärfe vorgesehen ist.

4. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von p, f, f₀, N₁N₂ bei der Ausführungsform des Objektivs mit veränderlicher Brennweite mit nur zwei optischen Systemen

als an sich durch die folgenden Beziehungen bekannt angenommen werden:

ρ = PN₁ (Abstand des Gegenstandes vom vorderen Knotenpunkt der gesamten Einheit)

SJl

SJl

«0 -./1 -Si

(iJo Abstand zwischen den beiden Systemen für P =°°),

N₁N₂ = -

a -S₁ -Si

wobei H₁, H[ jeweils den vorderen und hinteren Knotenpunkt des Systems mit der Brennweite J₁ ; H₂, H₂ die Knotenpunkte des zweiten Brennweitensystems,/,; N₁, N₂ die Knotenpunkte des gesamten Objektivs darstellen; wobei ferner ei der veränderliche Abstand, hergestellt durch die Objektivfassung zwischen den Punkten H[ und H₂; f der Abstand der Brennweite des Objektivs insgesamt und /₀ die Brennweite bezüglich der Entfernung a₀ zwischen den beiden Systemen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen