DE2035424B2 - Afokales Vorsatzsystem für ein Objektiv fester Brennweite - Google Patents

Description

V eine mittlere Brechzahl besitzen, um im Hinblick auf die vorherrschend negativen Krümmungen der Linsen des afokalen Systems für eine bis zu zweifache Vergrößerung die Erzeugung eines ebenen Bildes zu gewährleisten. Bei einem Linsensystem, bei dem vorherrschend negativ gekrümmte Flächen vorhanden sind, ist es sehr schwierig ein ebenes Bild zu erzeugen. Die negativen Krümmungen führen zu einer unerwünschten Krümmung des Bildes. Bei der vorderen Linsengruppe muß man stark gekrümmte Flächen vorsehen, damit insgesamt eine Sammelwirkung erzielt wird, obwohl die Linsen die erwähnten Brechzahlen aufweisen.

Es ist zweckmäßig zu verhindern, daß einzelne Lichtstrahlen zu weit abgelenkt werden, bevor die optischen Korrekturen zur Wirkung kommen. Zu diesem Zweck sind positive und negative Linsen abwechselnd angeordnet.

Die vordere Doppellinse würde normalerweise eine große kissenförmige Verzeichnung liefern. Durch Umkehren der Brechzahlen bei dieser Doppellinse ist es möglich, diese Verzeichnung auf ein Minimum zu verringern, so daß nur noch eine vernachlässigbar geringe kissenförmige Verzeichnung verbleibt. Die Linse III führt zu einer erheblichen kissenförmigen Verzeichnung, die in erster Linie auf die fünfte Fläche K₅, d. h. die hintere Fläche dieser Linse zurückzuführen ist. Jedoch bewirkt die nachfolgende Linse IV eine erhebliche tonnenförmige Verzeichnung, so daß sich die beiden Linsen III und IV gegenseitig ausgleichen und das Linsensystem nahezu verzeichnungsfrei ist.

Es hat sich als erforderlich erwiesen, einen breiten zentralen Luftabstand S₂ vorzusehen, um die positive Linsengruppe von der negativen Linsengruppe zu trennen.

Die Linse IV dient im wesentlichen dazu den Astigmatismus des Linsensystems zu korrigieren. Die Linse III trägt in einem erheblichen Ausmaß dazu bei, die Koma zu korrigieren. Die allgemeine Form, d. h. die Krümmung der Linsen dient dazu, die sphärische Aberration in Grenzen zu halten.

Wenn man die Vergrößerung des afokalen TeIevorsatzsystems auf 1,8 verkleinert, lassen sich die optischen Aberrationen leichter korrigieren. Es ist möglich, die Abmessungen des bereits wenig Raum beanspruchenden Systems in einem sehr erheblichen Ausmi3 weiter zu verkleinern, wenn man eine geringe Abnahme der Vergrößerung zuläßt. Auch wenn man den Bildwinkel verkleinert, z. B. auf 30°, können die Aberrationen leichter korrigiert werden. Die Vergrößerung, ein großer Bildwinkel und das Öffnungsverhältnis stellen diejenigen Faktoren dar, die beim Konstruieren eines Objektivs zu den größten Schwierigkeiten führen.

Die hintere negative Linsengruppc vergrößert jede bei der vorderen positiven Gruppe auftretende Aberration und trägt außerdem ihre eigene Aberration zum Ergebnis bei. Daher muß die vordere Gruppe innerhalb des ganzen Bildfeldes bezüglich chromatischer und sphärischer Aberrationen u. dgl. sehr gut korrigiert sein.

Gemäß der Erfindung wird die Fläche R₂ in der positiven Linsengruppc asphärisch ausgebildet. Man könnte jedoch auch die Fläche R, oder Λ, asphärisch gestalten. Die Wahl der Fläche R₂ beruht z. T. darauf, (hiß sich in diesem Fall fertigungstechnische Vorteile cr/ielcn lassen. Hei der Fläche R₂ handelt es sich um eine verkittete Fläche. Daher kann man die nichtsphärische Fläche durch Polieren der Linse I oder der Linse Il erzeugen. Dann kann man die Linsen mit Hilfe eines Kittes verbinden, dessen Brechzahl derjenigen der Linse entspricht, an der die asphärische Fläche ausgebildet wird. In diesem Fall braucht man nur eine Fläche richtig zu schleifen. Da die Fläche R₂ eine verkittete Fläche ist, kann man für das Polieren der asphärischen Fläche größere Toleranzen vorsehen, die z. B. dem 6fachen der sonst üblichen Toleranzen entsprechen.

Wenn die Strahlen nahe den äußeren Teilen einer

starken Doppellinse gebrochen werden, wie sie z. B.

durch die Linsen 1 und Il gebildet ist, treten prismatische Streuungen von Strahlen auf, so daß es schwierig ist, diese Strahlen danach in dem Linsensystem wieder zu weißem Licht zu vereinigen. Zwar kann eine solche Wiedervereinigung örtlich erzielt werden, doch ist es schwierig, sie innerhalb eines großen Bildfeldes herbeizuführen. Die bei R₂ vorgesehene asphärische Fläche trägt dazu bei, starke Brechungen an den äußeren Teilen der Doppellinse zu verhindern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die asphärische Fläche in den genannten Bereichen weniger stark gekrümmt ist als eine gewöhnliche sphärische Fläche.

Die Formel für die asphärische Fläche, die bei dem srfindungsgemäßen Televorsatzsystem verwendet wird, ist weiter unten angegeben. Sie beschreibt eine Rotationsfläche mit einer Höhe r über einer ebenen Bein zugsfläche in einem Abstand ρ von der Drehachse. Diese Drehachse fällt mit der optischen Achse zusammen. Die Krümmung der Fläche an ihrem Scheitel ist mit c- bezeichnet. Sie ist gleich dem reziproken Wert des Scheitelradius. Die asphärische Krümmung wird j> durch die Beiwerte β und γ bestimmt. Ihre Werte richten sich nach der Wirkung, die die asphärische Fläche auf die nicht längs der Achse verlaufenden Lichtstrahlen ausüben soil.

C (Γ

ι + N - c² ο²

Im folgenden werden die zwei wenig Raum beanspruchenden afokalen Televorsatzsysteme gemäß der Erfindung beschrieben, die zur Verwendung in Verbindung mit einem bestimmten Kameraobjektiv optimal ausgebildet sind. Beide nachstehend beschriebenen Objektive arbeiten etwa mit zweifacher Vergrößerung. Die Lage der Blende bei dem Kameraobjektiv, für das die beiden Objektive optimal ausgebildet sind und die hinter dem Televorsatz angeordnet ist, ist in F i g. 1 und 3 strichpunktiert angedeutet.

Zwar liefern die beiden Objektive eine zweifache Vergrößerung, doch wäre es nicht unbedingt erforderlich, daß sie für eine solche verhältnismäßig starke Vergrößerung ausgebildet sind. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht im raumsparenden Aufbau.

Mi Im Vergleich zur Brennweite des Kameraobjektivs, für das die beiden Objektive optimal ausgebildet sind, beanspruchen sie erheblich weniger Raum als die bis jetzt bekannten Teleobjektive. Wenn man erfindungsgemäßc Teleobjektive mit weniger als zweifacher

h5 Vergrößerung herstellt, lassen sich die Abmessungen in einem erheblichen Ausmaß weiter verkleinern. Ein ähnliches Objektiv wie das erfindungsgemäße Teleobjektiv, das für das gleiche Kameraobjektiv optimal

ausgebildet ist und eine nur l,8fache Vergrößerung liefert, würde nur ein Viertel des Raumes einnehmen, den die hier beschriebenen Objektive für eine 2fache Vergrößerung einnehmen.

Der Wert der Brechzahl η und der Abbeschen Zahl V sind im folgenden für Licht mit einer Wellenlänge von 587,6 nm angegeben. Die Krümmungsradien und Dickenwerte sind auf die Längeneinheit bezogen.

Objektiv

Dieses Objektiv ist optimal korrigiert, um in Verbindung mit dem vorstehend erwähnten raumsparend aufgebauten Kameraobjektiv verwendet zu werden, wobei der reziproke Wert des Abstandes des Aufnahmegegenstandes bezogen auf die Längeneinheit 0,1182 beträgt. Dieses Objektiv ist in F i g. 1 dargestellt.

Linse

K.

Radien Dicke und Abstände

II
III

IV

V
VI

1.58913 1.68273

1.49782 1.74400

1.60342 1.74400

61.27 44.50

66.95

44.77

38.03 44.77

R₁ = 0.4563 t, = 0.1692

R₂ = -0.5814 t₂ = 0.0205

R₃ = 0.7861 S₁ = 0.0053

R₄ = 0.4530 f₃ = 0.0634

R₅ =1,7911 S₂ = 0.2309

R₆ = 1.7624 R₁ = 0.2473

R₈ = 0.2513 t, = 0.0148

S₃ = 0.0730

f₅ = 0.0423
R₉ = -0.2166 t₆ = 0.0106
R₁₀= 0.6912 S₄ = 0.0687

für die Konstanten in der genannten Formel betragen im vorliegenden Fall β = 2,449030 und ,, = -0,784120.

Die für den Radius der Fläche R₂ angegebene Zahl bezeichnet den Scheitelradius dieser Fläche. Die Fläche R₂ ist asphärisch und entsprechend der vorstehend angegebenen Formel ausgebildet. Die Werte

Objektiv

Dieses Objektiv ist zur Verwendung in Verbindung zogen auf die Längeneinheit herzustellen. Dieses Ob-

mit dem erwähnten Kameraobjektiv optimal ausge- jektiv eines afokalen Televorsalzes ist in F i g. 3

bildet, um photographische Aufnahmen bei einem dargestellt,

reziproken Wert des Objektabstandes von 0,0591 be-

Linse n_d

Radien Dicke und Abstände

I
II

III
IV

V
VI

1.58913 1.68273

61.27 44.50

1.49782 66.95

1.74400 44.77

1.60342 1.74400

38.03 44.77

R₁ = 0.4540 t, = 0.1713

R₂ = -0.5531 f₂ = 0.0184

R₃ = 0.6819

R₄ = 0.7533 J₃ = 0.0634

R₅ = 3.633

R₆ = 1.1744 t₄ = 0.0148

R₇ = 0.1976

R₈ = 0.1982 t₅ = 0.0444

R₉ = -0.1865 J₆ = 0.0085
R₁₀= 1.0820 S₄ = 0.0560

5₁ = 0.0053

5₂ = 0,3594

5₃ = 0.0117

Die Werte der Konstanten in der vorstehend angegebenen Formel für die asphärische Fläche lauten: P = 2,569212 und γ = - 1,017325.

Da die erfindungsgemäßen raumsparenden afokalen Vorsatzobjektive mit einer starken inneren Vergrößerung arbeiten und asymmetrisch ausgebildet sind, würde sich in der Praxis eine Änderung der Optimierung dadurch ermöglichen lassen, daß man bestimmte Änderungen bezüglich der Glassorten vorsieht. Jedes der beiden Televorsatzsysteme kann auf diese Weise mit kleineren Abänderungen versehen werden, um es einem bestimmten Verwendungszweck anzupassen. Für bestimmte Aufgaben ergeben sich daher bestimmte Optimierungsmöglichkeiten. Der Optimierungsbereich braucht sich äußerlich nicht in einem sehr großen Ausmaß auszuwirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ■iä
   Ji

   Patentansprüche:

   1. Afokales Vorsatzsystem für ein Objektiv fester Brennweite, bestehend aus einer vorderen positiven Linsengruppe mit einer ersten bikonvexen Linse, einer zweiten damit verkitteten negativen Linse und einer dritten Linse, die als objektseitig konvexer positiver Meniskus ausgebildet ist und aus einer hinteren, negativen Linsengruppe mit einer objektseitig konvexen negativen Meniskuslinse und zwei miteinander verkitteten Linsen, von denen die eine eine bikonvexe Linse und die andere eine negative Linse ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Televorsatzsystem ausgebildete System entsprechend nachstehender Tabelle ausgelegt ist, und zwar bezogen auf eine Einheitslänge:

   Linse "i ^v' I
   II 1.58913
   1.68273 6\2Ί
   44,50 III 1.49782 66.95 IV 1.74400 44.77 V
   VI 1.60342
   1,74400 ^8.03
   44.77

   Radien Dicken und Abstände

   R₁ = 0.4563 ί, = 0.1692
   R₂ = -0.5814 U = 0.0205
   R₃ = 0.7861 S, = 0.0053

   R₄ = 0.4530 ί₃ = 0.0634

   R₅ = 1.7911 S₂ = 0.2309

   R₆ = 1.7624 U = 0.0148

   R₇ = 0.2473 S₃ = 0.0730

   R₈ = 0.2513 f₅ = 0.0423
   R₉ = -0.2166 r₆ = 0.0106
   R₁₀= 0.6912 S₄ = 0.0687

   wobei die Linsen durch die römischen Ziffern I bis VI von vorn nach hinten bezeichnet sind; n_d der Brechungsindex für 587,6 nm Wellenlänge bedeutet; V,i die Abbesche Zahl darstellt; R₁ und R₃ bis R₁₀ die Krümmungsradien der Linsenflächen von vorn nach hinten bezeichnen; R₂ den Scheitelradius einer asphärischen Oberfläche gemäß der Formel

   J5

   i\

   C²II²

   + 2.449030«⁴-0.784120 o^h

   darstellt und <■■ der Abstand der Punkte der asphärischen Fläche von einer ebenen Bezugsfläche ist, wobei ρ der radiale Zonenabstand von der optischen Achse und c der Reziprokwert von R₂ ist und wobei f die Dicke der Linsen und .■> der Luftabstand bezogen auf die Einheitslänge sind.

   2. Afokales Vorsatzsystem für ein Objektiv fester Brennweite, bestehend aus einer vorderen positiven Linsengruppe mit einer ersten bikonvexen Linse, einer zweiten damit verkitteten negativen Linse und einer dritten Linse, die als objektseitig konvexer positiver Meniskus ausgebildet ist und aus einer hinteren negativen Linsengruppe mit einer objektseitig konvexen negativen Meniskuslinse und zwei miteinander verkitteten Linsen, von denen die eine eine bikonvexe Linse und die andere eine negative Linse ist, dadurch gekennzeichnet, daß das als Televorsatzsystem ausgebildete System entsprechend nachstehender Tabelle ausgelegt ist, und zwar bezogen auf eine Einheitslänge:

   Linse n_d

   Radien Dicken und Abstände

   I
   II

   III
   IV

   V
   VI

   1.58913
   1.68273

   61.27
   44.50

   1.49782 66.95

   1,74400 44.77

   R₁ = 0.4540 f! = 0.1713

   R₂ = -0.5531 f₂ = 0.0184

   R₃ = 0.6819 S₁ = 0.0053

   R₄ = 0.7533 f₃ = 0.0634

   R₅ = 3.633 S₂ = 0.3594

   1.60342
   1.74400

   38.03
   44.77 R₆ = 1.1744
   R₇ = 0.1976

   R₈ = 0.1982

   t, = 0.0148

   S₃ = 0.0117

   = 0.0444

   R₉ = -0.1865 4 = 0.0085
   R₁₀= 1.0820 S₄ = 0.0560

   wobei die Linsen durch die römischen Ziffern I bis VI von vorn nach hinten bezeichnet sind; »,, der Brechungsindex für 587,6 nm Wellenlänge bedeutet; V₁, die Abbesche Zahl darstellt; R, und R-, bis R₁₀ die Krümmungsradien der Linsenflächen von vorn nach hinten bezeichnen; R₂ den Scheitelradius einer asphärischen Oberfläche gemäß der Formel

   f = »-4=-r-:-^ + 2.569212»⁴ - 1.017325ο"

   I + I 1 - c²1,²

   darstelll und r der Abstand der Punkte der asphärischen Fläche von einer ebenen Bezugsfläche ist,

   3 4

   wobei ρ der radiale Zonenabstand von der op- der positiven Linsengruppe als auch bei der negativen

   tischen Achse und c der Reziprokwert von R₂ ist Linsengruppe werden Doppellinsen I und II bzw. V

   und wobei t die Dicke der Linsen und s der Luft- und VI verwendet. Wenn ein gut korrigiertes, wenig

   abstand bezogen auf die Einheitslänge sind. Raum beanspruchendes Vorsatzsystem mit einer bis

   5 zu zweifachen Vergrößerung geschaffen werden soll,

   ist die Verwendung einer asphärischen Fläche bei

   einer der Linsen I und II zweckmäßig. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn man die asphärische

   Die Erfindung betrifft ein afokales Vorsatzsystem Fläche an der gekitteten Trennfläche zwischen den der im Oberbegriff der Ansprüche I bzw. 2 angege- io Linsen I und II vorsieht. Zwischen benachbarten benen Bauart. Ein solches Linsensystem ist aus »Fein- Linsen sind erhebliche Unterschiede bezüglich des gerätetechnik, 7. Jahrgang (1958), Seiten 513 bis 515« Brechungsindex vorhanden. Die Brechungsindizes bebekannt. Dieses bekannte Vorsatzsystem dient in Ver- nachbarter Linsen wechseln zwischen hohen und miltbindung mit einem Spezjalobjektiv fester Brennweite leren Werten. Diese erheblichen Unterschiede sind in als Projektionsobjektiv mit veränderbarer Brennweite. 15 F i g. 2 graphisch dargestellt. In den Tabellen sind Das nach der Irisblende stehende Spezialobjektiv be- die Krümmungsradien der Flächen der Linsen von hält bei jedem Vergrößerungsverhältnis seine Lage links nach rechts fortschreitend mit R₁, R₂ usw. bezur Bildebene bei, während zwei bewegliche Glieder zeichnet. Die Dicke der Linsen und die Breite der des afokalen Vorsatzsystems ihre Stellung zueinander Luftabstände ist ebenfalls von links nach rechts und zu den starren Gliedern verändern, um eine Ein- 20 fortschreitend mit (j, t₂ usw. bzw. S₁, S₂ usw. bezeichstellung zwischen der längsten und kürzesten Brenn- net. Die angegebenen Brechzahlen gelten für eine weite zu gewährleisten. Wellenlänge von 587,6 nm und sind mit n_d bezeichnet,

   Der Erfindung liegt aber im Gegensatz zu dem be- während die Abbeschen Zahlen mit V bezeichnet sind.

   kannten Projektionsvorsatzsystem die Aufgabe zu- Der Einfachheit halber sind die Datentabellen auf

   gründe, ein afokales Televorsatzsystem zu schaffei., 25 die Längeneinheit bezogen. Hierbei ist es möglich,

   das für sich bereits gut korrigiert ist, um in Verbin- optimale Ausführungsformen der Erfindung zur Ver-

   dung mit verschiedenen nachgeschalteten photogra- wendung in Verbindung mit bestimmten Kamera-

   phischen Objektiven eine befriedigende Abbildungs- objektiven zu schaffen. In diesen Fällen ist es am

   leistung zu erzielen. zweckmäßigsten, die Einheitslänge des Televorsatz-

   Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des afo- 30 systems gleich der Brennweite des Kameraobjektivs kalen TeIe-Vorsatzsystems mit den Konstruktions- zu machen. Wenn das Verhältnis zwischen der Längendaten gemäß der im Kennzeichen des Anspruchs 1 einheit und der Brennweite erheblich kleiner ist als 1, bzw. gemäß der im Kennzeichen des Anspruchs 2 auf- werden die Bildecken sehr stark vignettiert und die geführten Datentabelle gelöst. Aberrationen lassen sich nicht mehr beherrschen.

   Der nach der Erfindung ausgebildete afokale TeIe- 35 Wenn das Vorsatzssystem zusammen mit einem vorsatz ermöglicht bei kompaktem und gewichts- Kameraobjektiv verwendet werden soll, das im Gegenmäßig leichtem Aufbau eine bis zu zweifache Ver- satz zu den weiter oben gemachten Angaben einen größerung, ohne die chromatische und monochroma- erheblich kleineren Bildwinkel aufweist, lassen sich tische Korrektur des zugehörigen Kameraobjektivs zu die Abmessungen des Vorsatzsystems verkleinern, beeinträchtigen. Sämtliche Linsen des Televorsatzes 40 Mit anderen Worten, das genannte Verhältnis kann sind relativ zueinander fest angeordnet und zur Ent- in diesem Fall erheblich kleiner sein als 1.
   fernungseinstellung kann jeweils die Linseneinstellung Die erfindungsgemäßen afokalen Televorsatzdes Kameraobjektivs herangezogen werden. systeme sind durch einen starken Wechsel bezüglich

   Die erfindungsgemäßen Televorsatzsysteme lassen der Brechzahlen benachbarter Linsen gekennzeichsich besonders vorteilhaft in Verbindung mit Kamera- 45 net. Dieser starke Wechsel bezüglich der Brechzahlen objektiven verwenden, die einen relativ großen Bild- dient in erster Linie dazu, das Bildfeld eben zu halten, winkel von bis zu 50° haben. Insbesondere sind sie Wenn diese großen Unterschiede bezüglich der Brechgeeignet, in Verbindung mit Objektiven verwendet zu zahl nicht vorhanden wären, würde die hinlere negawerden, bei denen die relative Öffnung zwischen tive Linsengruppe erheblich stärker ausgebildet wer-1:16 und 1:6 liegt. Sie können entsprechend der 50 den müssen, und diese Linsengruppe würde die Brennweite des Objektivs, mit dem sie zusammen- Korrektur der Bildkrümmung vorherrschend !^einarbeiten sollen, maßstäblich abgeändert werden. flüssen.

   Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Eine primäre Korrektur der chromatischen Aber-

   Hand der Zeichnung näher erläutert: rationen wird bei dem Televorsatzsystem durch die

   F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines gemäß der 55 beiden Doppellinsen der positiven bzw. der negativen

   Erfindung ausgebildeten afokalen Televorsatzsystems, Linsengruppe bewirkt.

   F i g. 2 eine graphische Darstellung der Unter- Die chromatische Farbkorrektur des afokalen TeIe-

   schiede der Brechungsindizes benachbarter Linsen Vorsatzes bezüglich Farbquerfehler und Farblängs-

   des Televorsatzes nach Fig. 1, fehler wird durch Wahl der Abbeschen Zahl bewirkt.

   Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten erfindungs- 60 Die negativen Linsen II, IV und VI weisen ähnliche

   gemäß ausgebildeten afokalen Televorsatzes. Abbezahlen mit einem mittleren Wert auf, der bei den

   F i g. 1 zeigt ein afokales Televorsatzsystem mit hier angegebenen Beispielen den Wert V = 45 hat.

   einer vorderen positiven Linsengruppe, die die Lin- Bei den positiven Linsen I und III der vorderen

   sen I, II und III umfaßt sowie mit einer hinteren nega- Linsengruppe sind die Werte der Abheschen Zahl

   tiven Linsengruppe, die die Linsen IV, V und VI um- 65 relativ hoch. Die Kcnvexlinse V der hinleren negativen

   faßt. Diese beiden Gruppen sind durch einen Luft- Linsengruppe hat eine relativ niedrige Abbcsche Zahl,

   abstand getrennt, dessen Breite mindestens 25% der Die konkaven Linsen II, IV und VI haben eine

   gesamten Länge des Systems entspricht. Sowohl bei hohe Brechzahl, während die konkaven Linsen I, III,