DE1811523A1

DE1811523A1 - Dreiteiliges photographisches Teleobjektiv

Info

Publication number: DE1811523A1
Application number: DE19681811523
Authority: DE
Inventors: Grey David Summer
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1967-12-01
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1969-11-06
Also published as: FR1593866A; GB1208970A; US3558218A; DE1811523B2; NL6817119A

Description

P ATE N TA N WX'J E

DIPL-ING. CURT WALLACH 1811523 DIPL.-ING. GONTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

f MÜNCHEN 2, 28.November 196&

UNSER ZEICHEN: H?23 -

International Polaroid Corporation, Jersey City, New Jersey,USA Dreiteiliges photographisches Teleobjektiv

Die Erfindung betrifft ein dreiteiliges Teleobjektiv, bei welchem die Frontlinse, die in Richtung der längeren Brennweite weist, als positive Meniskuslinse relativ hoher Brechkraft und Dicke ausgebildet ist. Das mittlere Glied ist eine Zerstreuungslinse mit einer konkaven Oberfläche, die in Richtung der kürzeren Brennweite liegt und deren entgegengesetzte Oberfläche einen Krümmungsradius aufweist, der in Absdutwerten gemessen beträchtlich größer ist als die Brennweite. Die Abbe'sche Zahl des optischen Mediums, aus dem die hintere Linse auf der Seite der kürzeren Brennweite besteht, ist geringer als 0,70 des AbbeVschen Wertes der Frontlinse.

Die Erfindung bezieht sich auf Linsensysteme und insbesondere auf ein verbessertes dreiteiliges Teleobjektiv für photographische Zwecke.

Relativ billige photographische Kameras, die in Massenfabrikation hergestellt werden, haben eine weite Verbreitung gefunden. Um die Kosten derartiger Kameras niedrig zu halten, werden diese im allgemeinen mit einem starren,nicht faltbaren Gehäuse ausgebildet, das eine einfache und billige Objektivlinse im festen Abstand von einer Belichtungsebene trägt. Wenn die photographischen Möglichkeiten erweitert werden sollen, insbesondere wenn eine Entfernungseinstellung gewünscht wird,

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— IR —

verwendet man dagegen meist anstelle der starren Gehäuseanordnung Faltenbalge od.dgl. Diese letzteren Bauformen, die kostspieliger sind als starre Gehäuse, erlauben eine axiale Verschiebung, die bei der Entfernungseinstellung relativ einfacher Objektivlinsen erforderlich x&£8% ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fokussierbares Objektivlinsensystem zu schaffen, das relativ billig herstellbar und in starren Kameragehäusen einbaubar ist und eine feste rückwärtige Brennweite besitzt. Als dreigliedriges Objektiv erlaubt das System in zweckmäßiger Weise eine Fokussierungsd.h. Entfernungseinsteilung vermittels der Frontlinse, wobei diese Frontlinse nur um einen relativ geringen Betrag axial verschoben werden muß. Es ist also ein weiter Bereich von Entfernungseinstellungen möglich mit einer relativ geringen axialen Verschiebung der Frontlinse, indem eine Frontlinse mit relativ hoher Brechkraft benutzt wird. Außerdem ergibt die erfindungsgemäße Linsenanordnung,insoweit als das dreigliedrige Objektiv ein Teleobjektiv ist, eine Flexibilität hinsichtlich der Auslegung, so daß auch Kameragehäuse verminderter Größe benutzbar sind.

Die chromatischen Aberrationen, die sonst bei der Benutzung derartiger Frontlinsen mit relativ hoher Brechkraft auftreten, werden durch Wahl optischer Medien für die übrigen Glieder des Systems mit unterschiedlichen Abbe^fschen Werten kompensiert. Insbesondere bestehen wesentliche Unterschiede der Abbe'sehen Werte zwischen der Frontlinse und der hinteren Linse des Objektivs.

Das dreigliedrige Teleobjektiv besitzt progressiv kleiner werdende wirksame öffnungen der drei Linsenelemente, betrachtet von der längeren Brennweite aus nach der kürzeren Brennweite hin. Die Aperturblende des Systems kann hinter den Linsen angeordnet werden und das gesamte Objektiv kann getrennt von der Blende und dem Verschluß der Kamera hergestellt werden. Hierdurch kann eine bedeutende Vereinfachung erzielt

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werden, insbesondere im Hinblick auf Einbau und Ersatz. Wenn bei der Pabrikationskontrolle Linsendefiäcte festgestellt werden, dann brauchen nur die Linsen, nicht aber der gesamte Belichtungsmechanismus ausgewechselt zu werden.

Das. dreigliedrige Objektiv gemäß der Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß es in Richtung der durch das Objektiv von der längeren Brennweite nach der kürzeren Brennweite hindurchtretenden Lichtstrahlen hintereinander eine positive Meniskuslinse (als Frontlinse), dahinter eine Zerstreuungslinse und schließlich wiederum eine Sammellinse aufweist, wobei die Oberflächen unterschiedliche Krümmungen haben. Eine Blende kann zweckmäßigerweise hinter der hinteren Sammellinse auf der Seite der kürzeren Brennweite angeordnet werden.

Die in der Mitte liegende Zerstreuungslinse ist eine Negativlinse, deren Oberfläche,die nach der größeren Brennweite hin (nach vorn) gerichtet ist, einen Krümmungsradius (in Absolutwerten betrachtet) aufweist, der beträchtlich größer ist als die Brennweite des Objektivs.

Um chromatische Aberrationen zu kompensieren, besteht das hintere Sammellinsenelement aus einem optischen Medium, dessen Abbe'scher Wert geringer ist als 0,70 des Abbe'schen Viertes der Front-Meniskus-Linse.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neuartiges photographisches Objektiv zu schaffen, dessen Gesamtlänge, d.h. die Länge von dem ersten Linsenscheitel nach der Brennebene, geringer ist als die Brennweite des Systems. Außer dem Vorteil einer geringen Gesamtlänge ist das Teleobjektiv nach der Erfindung außerdem- dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildfläche mit einem Durchmesser erzeugt wird, der größer ist als die Brennweite des Systems.

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Dieses zuletzt genannte Merkmal ist einmalig bei einem dreigliedrigen Objektivlinsensystem der Telebauart. .

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt der Lagerung der Linsen des dreigliedrigen, erfindungsgemäß ausgebildeten Objektivs, Fig. 2 eine Tabelle, die die numerischen Daten des Linsensystems nach der Erfindung erkennen läßt.

Fig. 1 zeigt eine Konstruktion zur Lagerung des Objektivlinsensystems nach der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß diese, in der Zeichnung dargestellte Objektivlinsenanordnung für billige Massenfabrikation geeignet ist. Ein Linsenträger 10
tragt die^-Linsenelemente II und III axial aufeinander ausgerichtet in einem vorbestimmten axialen Abstand. Das Linsenelement III ruht auf einem kegeligen Öffnungsrand 11 und
ist auf diesem gegen einen Frontrand 12 festgelegt. Der Rand 12 kann gegen die Linse durch herkömmliche Verfahren gelegt werden.

In ähnlicher Weise liegt das Linsenelement II auf einem Rand 13, der einstückig mit dem Rand 11 hergestellt ist. Die Linse II ist wiederum durch einen vorderen Rand 16 fixiert. Zur
Festlegung dieser Linsen können alle herkömmlichen Verfahren Verwendung finden.

Ein Tubus 17 ist in ein Gewinde des Linsenträgers 10 eingeschraubt. Dieser Tubus lagert den positiven Meniskus I. Dieser Meniskus I ist im Tubus durch einen Gewindering -18 gehaltert. Eine axiale Verstellung des Meniskus I wird durch Drehung &es Tubus 1? bewirkt. Der Tubus ist gegen eine Vorspannkraft drehbar, die durch eine Ringfeder 19 erzeugt wird. Die relativ ge-

die

ringen Kräfte, die durch Feder 19 ausgeübt, werden, ergeben eine Friktionswirkung zwischen dem Linsenträger 10 und dem Tubus

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und verhindern jegliches Spiel der Schraubverbindung, so daß das Frontlinsenelement immer in jener Stellung gehalten wird, auf die es eingestellt wurde. Eine Blende 20 liegt hinter dem gesamten Linsensystem.

In den nachstehenden Tabellen werden spezielle Beispiele von dreigliedrigen Teleobjektiven beschrieben, wobei diese Tabellen physikalische Werte enthalten, die bei der Aufstellung naöh Fig.2 anwendbar sind, wobei aus Zweckmäßigkeitsgründen eine Brennweite F von 100 mm gewählt wurde.

	mm	Beispiel I	Bildfeldwinkel 28* hintere Brenn weite	Blenden öffnung	= 78.69 mm
F = 100 f 9.2	Brechungs index		Oberflächen Radius	19.99 18.44	Dicke und Abstand
Linse	1.613	Abbe Zahl	R^+14.70 R₂=+60.11	11.96 10.19	D_I=4.36 5^3.30
I	1.673	58.6	R₃=-2324.9 R₄=+13.00	8.64 8.53	D₁₁=O.79 S_i;e=4.28
II	1.620	32.2	R₅=+31.87 R₆=-293.57		⁰III=¹-⁴⁸ _SlII=3.82
III	36.4

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	Brechungs index	Abbe ;; Zahl	Beispiel X£	Blenden öffnung	DLclce und Abstand
	1,616	56.3		*1939 18.73**	D_.=4.68 S_f=2^52
P = 100 mm f 9.2	1.678	32.2		13.62 10.97	_SfI-4.72
Linse	1.621	36.6	Hintere Brennweite = γ8.4ΐ mm	8.60 . 8.52	D₁₁₁=I.40
^: I		Oberflächen radius
II		R₁^l*.-29- .-.'■ R₂=66.03
III	R₃a^·- · R₄=12.55
R₅=30. -27 ^R6"^

	Brechungs- Index	Beispiel·III	Abbe Zahl	Hintere Brennweite =78.61	Blenden öffnung	Dicke und. Abstand'"
	1.616		56.3	Oberflächen radius	19 β 18 18.50	D₁=4.68 S_I=2.46
P = 100 mm f 9.2	1.678	32.2	" R₁=O^ .-Ö9 R₂=62.33	13.60 10.90	^₁=LlS S_i:[=4.56
Linse	1.621	36.6	^R3~ ** R₄=I2.05	8.62 8.54	D^₁=L₄O ³III=⁰ .
I		R₅=28.38 R₆ ^Ä^
II
III

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Beispiel IV	P = 100 mm ■f 9.2	Brechungs Index	Abbe Zahl	Hintere Brennweite = 76.Öl mm	Blenden öffnung	Dicke und Abstand
Linse	1.616	56.3	Oberflächen radius	19.33 18.68	Dj=4.61 Sj=2.63
I	1.678	32.2	R₁=W. 2 9 R₂=61.48	13.53 10.90	D₁₁=I.15 Sjj=4.35
II.	1.621	36.6	R₃= «* R₄=12.30	8.64 8.57	D₁₁₁=L₄O ⁸III=⁰
Ill		R₅=27.93 R₆-O*

	Brechungs Index	■ Abbe Zahl	Oberflächen radius	Blenden öffnung	Dicke und Abstand
Beispiel V	1.4917	57.16	R₁=IS^ R₂=42.81	17.28 13.17	Dj=5.74 Sj=I.07
F = 100 mm f 17 Hintere Brennweite = 80.6$ mm	1.5917	32.89	R₃=302.27 R₄=I3.69	11.86 8.84	Djj=5.74 Sj₁=I.07
Linse	1.5917	32.89	R₅=26.19 R₆=206.82	5.54 4.75	D₁₁₁=L₆₉ ⁸III=⁸⁰
I
II
III

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In -den -vorsteilenden Tabellen .sind die:Linseaelemente mit.

. römischen, Ziffern ;bezeichnet.. R. gibt d en BadAuS: der Lins enoberflachen -an, D/die Dicke .Uer tinsien elemente-, ,gemess-en . * längs "der optischen Achse des dreigliedrigen Objektivs. S ist .der:Luftraum zwischen den Elementen, gemessen längs der optischen Achse, des:■■ <Qfo.jektivs, Die Spalte "Sreehungsindex" ■ der Tabellen bezieht sieh auf die Brecnuri-gsindices ,der optischen Medien der Lins-enelement-e, gemessen für die gelbe "D"-Natriumlinie. Die Spalte "Abbe-Zahl" bezieht sich auf den^Abbe-ilridex: jecler-Lins-e (nu-Wert), den-Quotient en? ^©n ; . , Breehungsindex minus 1 und -Basis^Zerstreuung (U-p - -Ν,λ).·

Von besonder'em Inter esse 1st das Beispiel Vy .W:e,l.ches ,,ein ; . . Iiinsensystem beschreibt., bei dem alle Linsenel;emente aus; _ . .Elastikwerkstoff hergestellt sein können. So kann ζ,,Β. die B'rontlinse L aus-Methyl-Methacrylat bestehen,, während die Linsen .!Ι;:und III--aus Styren ner-gestellt sein können.. Diese -_:-v.-_ Herstellung ·ermöglicht- '.eine billige Massenf ertigung bei ,guten ; ·. optischen Eigenschaften. . · ; ; ■ ""■; .. .. ■

Wie bereits erwähnt, hat die Erontlinse I eine relativthohe Breehkraft, um die erforderliche Axial Verschiebung, ^p vo-rde-. , r en ■ pos it i v-en Meniskus lins e I zu verringern und tro tzd-ern eine zweckmäßige Ent fernungs einst ellung durchführen Z>u .können. Diese Beziehung ergibt sich aus einem Vergleich der unterschiedlichen Dicken D der Linsen längs des Systems. Um Chromatisehe Aberrationen zu kompensieren, die sonst durch die Benutzung der:Linse

... relativ
I mit/hoher Brechkraft herrühren wurden, ist .das optische Medium, aus dem das Linsenelement J-I besteht, so gewählt, daß der Abbe'sche Wert dieses Mediums weniger, als 0,70 desj-enigen rAbbe'sehen Wertes des optischen Mediums beträgt, aus :dem :das : Einsenelement I hergestellt, ist. "Das. heißt illlj s ο.'(Q„

iff* Unter diesem Krit.erium ist es klar, daß die ■G:esta;ltr' des Lins©neleraentes ,HI^eiyms von dem dargestellten A-usfuhrungsb;eispiel -äbw-eißlien kann.

/;&81 ι

Das Linsenelement II ist, wie aus der Tabelle ersichtlich, eine Zerstreuungslinse, deren nach vorn weisender Radius der Krümmung EL ,in Absolutwerten gemessen,beträchtlich größer ist als die Brennweite.

Die Tabelle gemäß Fig .2 zeigt eine physikalische Länge oder Gesamtdicke des Objektivs von (1 = D₁ + 3- + Dy₁+ S-, + Dj₁₁) = 14.21 mm. Die rückwärtige Brennweite beträgt 70.69 mm.

Durch Summierung dieser Längen wird die Gesamtlänge, ausgehend von dem ersten Beispiel 92.90 mm, d.h. um eine Größe geringer als die Brennweite, die mit 100 mm gewählt wurde. Bei allen Ausführungsbeispielen des Objektivs bleibt dies der Pall. Die Beispiele offenbaren auch die progressive Verminderung der Blendendurchmesser, fortschreitend von der Vorderseite nach der Hinterseite, d.h. von der Seite mit größerer Brennweite nach der Seite mit geringerer Brennweite. Diese Charakteristik erlaubt auch die wirksame Anordnung einer Aperturblende in einem Abstand S_TTT von dem Linsenelement III entfernt.

Das Linsensystem ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildfläche mit einem Durchmesser erlangt wird, der größer ist als die Brennweite. Ein zufriedenstellendes Ergebnis der Petzval-Summe wird erreicht ohne übermäßige Krümmung der Linsenelemente.

Patentansprüche :

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Claims

Patentansprüche:

1. Dreiteiliges Teleobjektiv mit drei hintereinander koaxial im axialen Abstand zueinander angeordneten Linsenelementen, dadurch gekennzeichnet, daß es in Richtung der in das Objektiv von der Seite der längeren Brennweite nach der kürzeren Brennweite· durchtretenden Lichtstrahlen folgende Lins enel ein ent e enthält: eine positive Meniskuslinse (i) mit einer konkaven Oberfläche (R₀), die in Richtung der kürzeren Brennweite nach hinten v/eist; eine Zerstreuungslinse (II) und eine Sammellinse (III) mit Oberflächen (R₁- und R^) unterschiedlicher Krümmung, wobei die Oberfläche (R₁^) größerer Krümmung nach vorn in Richtung der größeren Brennweite weist, wobei der Abbe'sehe Viert dieses Linsenelementes (III) wesentlich geringer'als 0,70 des Abbe'sehen Wertes der Meniskuslinse (I) ist und wobei die Brechkraft des Linsenelementes (III) wesentlich geringer ist als die der positiven Meniskuslinse (I).

2. Teleobjektiv nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um für jede der im Abstand zueinander angeordneten Linsen (I, II, III) öffnungen zu definieren, die in Richtung auf die kürzere Brennweite hin progressiv kleiner werden.

j?. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (R,) der Zerstreuungslinse (II), die in Richtung der größeren Brennweite weist, einen Krümmungsradius hat, der in Absolutwerten beträchtlich größer ist als die wirksame Brennweite des Linsensystems.

■^:; BAD ORIGINAL i -.A

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•4. _Tel.eoV)^ek:tiv nach den Ansprüchen 1 bis 3, Vdadurch S ek e n.n ζ e i c ti η et, daß es eine wirksame Brennweite besitzt, die beträchtlich .größer ist. als die kombinierten Abmessungen von rückwärtiger Brennweite, und .Gesamtdicke des Objektivs.

5. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 4, ,dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um eine Linsenaperturblende zu .bilden, die.kleiner ist als die öffnung der Sammellinse und im Abstand zu dieser Sammellinse, auf der Seite der kürzeren Brennweite liegt.-

• ■

6. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, ,daß es die folgendenCharakteristiken, bezogen auf eine Brennweite von IQO mm hat:

Linse I Oberflä
chenradius
mm Dicke und
Abstand
mm Abbe
Zahl Brechungs
index Linse n R₃=-2324.9
»4**13*00 D^O.79 32.2 1.673 Linse χχχ R_c=+31.87
5
R₆=-2S3.57 36.4 1.620 R£=+14.70
R₂=+6Q.ll D_I=4.36
8^3.30.. ■ 58.6 ■l*Äl-3

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BAD ORIGINAL

. - 12 - ■ ,

7. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Charakteristiken, bezogen auf eine Brennweite von 100 mm;hat:

. Linse X Oberflä
chenradius
mm Dicke und
Abstand
mm Abbe
Zahl Brechungs-
Index Linse II . R₃-Of
R₄-12.55 Dj₁=I.15
Sj_I=4i72 32.2 1.678 Linse III R₅-SO.27
R₆-Of D₁₁₁-L₄O 36.6 1.621 R₁=W. 29
R₂=66.03 Dj=4.68
S =2.52 56.3 1.616

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8. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Charakteristiken, bezogen auf eine Brennweite von 100 mm,hat:

Linse Linse I Abbe
Zahl II 32.2 Brechungs-
Index Oberflä
chenradius
mm Dicke und
Abstand
mm D₁₁=LlS
S_i:Ee4.56 56.3 III 1.616 R₁=12.99
R₂=62.33 D_I=4.68
3^2.46 Linse 36.6 D₁₁₁=I.40 1.678 ^R3^S **"
R₄=»12.05 1.621 R₅=28.38
O

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9. Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, dass es die folgenden Charakteristiken, bezogen auf eine Brennweite von 100 ram,hat:

Linse I Oberflä
chenradius
mm Dicke und
Abstand
mm Abbe
Zahl Brechungs-
Index Linse Ii R₃= OC
R₄=I2.30 D₁₁=I.15
8_ΐχ«4.*35 32.2 1.678 Linse III R₅=27.93
R₆=* ⁰III=¹-⁴⁰ 36.6 1*621 R₁=M. 29
R₂=61.48 Dj.a4.61
S^. 63 56.3 . 1.616

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10, Teleobjektiv nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Charakteristiken, bezogen auf eine Brennweite von 100 mm, hat:

Lins Linse D₁₁=S.74
S₁₁=LO? Linse e I Brechungs
index Oberflä
chenradius
mm Dicke und
Abstand
mm D___«L69 Abbe
Zahl 1.4917
r R₁-IS.53
R₂=42.81 D₁-S.74
S₁=LO? 57.16 II 1.5917 R₃«302.27
R₄=13.69 32.89 III 1.5917 R₅e26.19
R₆=206.82 32.89

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11. Teleobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert ist, dadurch gekennzeichnet , da ο der Abbe'sehe Wert des rückwärtigen Linsenelementes (III) geringer ist als 0,70 des Abbe'sehen Viertes der Frontlinse (l) und daß die Frontlinse eine Brechkraft besitzt, die beträchtlich größer ist als diejenige des • rückwärtigen Linsenelementes.

12. Teleobjektiv nach Anspruchll,
dadurch gekennzeichnet, daw der Brechungsindex des rückwärtigen Lirisenelementes (III) großer ist als der Brechungsindex der Frontlinee (i).

Yy. Teleobjektiv nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Linse (II) einen vorderen Krümmungsradius

(R₇) aufweist, der beträchtlich größer ist als die wirksame J

Brennweite des Objektivs,und daß die wirksame Brennweite beträchtlich größer ist als die kombinierten Abmessungen von rückwärtiger Brennweite und Gesamtdicke des Objektivs.

BAD ORiG(NAL