DE2035424C3

DE2035424C3 - Afokales Vorsatzsystem für ein Objektiv fester Brennweite

Info

Publication number: DE2035424C3
Application number: DE2035424A
Authority: DE
Inventors: James Gilbert Winchester Mass. Baker (V.St.A.)
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1969-07-22
Filing date: 1970-07-16
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2035424A1; FR2053067A1; GB1303293A; DE2035424B2; CH514143A; FR2053067B1; US3604786A

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 R₅, 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 Ausmaß weiter zu verkleinern, wenn man eine geringe Abnahme der Vergrößerung zuläßt. Auch wenn man den Bildwinkel verkleinert, z. B. auf 30^c, 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 Linsengruppe 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 Linsengruppe asphärisch ausgebildet. Man könnte jedoch auch die Fläche R₁ oder R₃ asphärisch gestalten. Die Wahl der Fläche R₂ beruht z. T. darauf, daß sich in diesem Fall fertigungstechnische Vorteile erzielen lassen. Bei der Fläche R₂ handelt es sich um eine verkittete Fläche. Daher kann man die nichisphärische Fläche durch 1-Olieren der Linse 1 oder der Linse 11 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 vor-

K) sehen, 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 ! und !! 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 erfindungsgemäßen Televorsatzsystem verwendet wird, ist weiter unten angegeben. Sie beschreibt eine Rotationsfläche mit einer Höhe t über einer ebenen Bezugsfläche in einem Abstand y 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

j5 durch die Beiwerte jl und γ bestimmt. Ihre Werte richten sich nach der Wirkung, die die asphärischc Fläche auf die nicht längs der Achse verlaufenden Lichtstrahlen ausüben soll.

' - ,TiT-V? '" ^re-

Im folgenden werden die zwei wenig Raum beanspruchenden afokalen Televorsatzsysteme gemäß dei 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.

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 erfindungsgemäße Teleobjektive mit weniger als zweifacher Vergrößerung herstellt, lassen sich die Abmessungen in einem erheblichen Ausmaß weiter verkleinem. 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 I

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	n.	V₁	Radien	Dicke	und Abstände	0.0053
I II	1.58913 1.68273	61.27 44.50	R₁ = 0.4563 R, - -0.5814 R₁ = 0.7861	Ί = h =	0.1692 0.0205 S₁ =	0.2309
IiI	1.49782	66.95	R₄ = 0.4530 R₅ = 1,7911	h =	0.0634 S₂ =	0.0730
IV	1.74400	44.77	R₆ = 1.7624 R₇ = 0.2473	k =	0.0148 Sj =
V Vl	1.60342 1.74400	38.03 44.77	R₈ = 0.2513 R₉ = -0.2166 *D η f.ai-1*	'5 = k =	0.0423 0.0106

Die für den Radius der Fläche R₂ angegebene Zahl für die Konstanten in der genannten Formel bebezeichnet den Scheitelradius dieser Fläche. Die tragen im vorliegenden Fall β = 2,449030 und Fläche R₂ ist asphärisch und entsprechend der vor- γ = —0,784120. stehend 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 Televorsatzes ist in F i g. 3

bildet, um photographische Aufnahmen bei einem dargestellt,

reziproken Wert des Objektabstandes von 0,0591 be- r>

Linse n_i

1
II

IH
IV

V
VI

V₁

Radien

Dicke und Abslände

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 R₂ = -0.5531 R₃ = 0.6819

R₄ = 0.7533 R₅ = 3.633

R₆ = 1.1744
R₇ = 0.1976
R₁₁ = 0.1982

= 0.1713
= 0.0184

f., = 0.0634

= 0.0148 S₁ = 0.0053

0.3594

8
S, = 0.0117

f₅ = 0.0444

₁₁

R₉ = -0.1865 r₆ = 0.0085
R₁₀ = 1.0820 S₄ = 0.0560

Die Werte der Konstanten in der vorstehend angegebenen Formel für die asphärische Fläche lauten: // = 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

Patentansprüche:

1. Afokales Vorsalzsystem Tür ein Objektiv fester Brennweite, bestehend aus einer vorderen positiven Linsengruppemiteinerersten 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.

Radien

Dicken und Abstände

I
II 1.58913
1.68273 61.27
44,50 III 1.49782 66.95 IV 1.74400 44.77 V
VI 1.60342
1,74400 38.03
44.77

R₁ = 0.4563 t, = 0.1692
R₂ = -0.5814 i₂ = 0.0205
R₃ = 0.7861 S₁ = 0.0053

R₄ = 0.4530 I₃ = 0.0634

R₅ =1.7911 S₂ = 0.2309

R₆ = 1.7624 /₄ = 0.0148

R₇ = 0.2473 S₃ = 0.0730

R₈ = 0.2513 J₅ = 0.0423
R₉ = -0.2166 I₆ = 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; Vi die Abbesche Zahl darstellt; R, und R₃ bis R]₀ die Krümmungsradien der Linsenflächen von vorn nach hinten bezeichnen; R₂ den Scheitelradius einer asphärischen Oberfläche gemäß der Formel

' = -H--=-f + 2.449030 o⁴-0.784120«/'

-c²

t>

darstellt und < der Abstand der Punkte dtr asphärischen Fläche von einer ebenen Bezugsflächc ist, wobei ρ der radiale Zonenabstand von der optischen Achse und c der Reziprokwert von R₂ ist und wobei ( die Dicke der Linsen und s 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

I
II

III
IV

V
VI

V₁

Radien

Dicken und Abstände

1.58913
1.68273

1.60342
1.74400

61.27
44.50

1.49782 66.95

1.74400 44.77

38.03
44.77

R_x = 0.4540 f, = 0.1713

R₂ = -0.5531 J₂ = 0.0184
R₃ = 0.6819 S₁ = 0.0053

R₄ = 0.7533 J₃ = 0.0634

R₃ = 3.633 S₂ = 0.3594

R₆ = 1.1744 t₄ = 0.0148

R₇ = 0.1976 S₃ = 0.0117

R₈ = 0.1982 t₃ = 0.0444

Λ, = -0.1865 f,, = 0.0085
R_1n = 1.0820 S₄ = 0.0560

wobei die Linsen durch die römischen Ziffern I bis VI von vorn nach hinten bezeichnet sind; n_ä der Brechungsindex für 587,6 nm Wellenlänge bedeutet; V_d die Abbesche Zahl darstellt; R, und R₃ (,5 bis R₁₀ die Krümmungsradien der Linsenflächen von vorn nach hinten bezeichnen; R₂ den Scheitelradius einer asphärischen Oberfläche gemäß der Formel

-— +2.569212„⁴ - 1.017325«/'

darstellt und r 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 t die Dicke der Linsen und s der Luftabstand bezogen auf die Einheitslänge >ind.

Die Erfindung betrifft ein afokales Vorsatzsystem der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Bauart Ein solches Linsensystem ist aus »Feingerätetechnik, 7. Jahrgang (1958), Seiten 513 bis 515« bekannt. Dieses bekannte Vorsatzsystem dient in Verbindung mit einem Spezialobjektiv fester Brennweite als Projektionsobjektiv mit veränderbarer Brennweite. Das nach der Irisblende stehende Spezialobjektiv behält bei jedem Vergrößerungsverhältnis seine Lage zur Bildebene bei, während zwei bewegliche Glieder des afokalen Vorsatzsystems ihre Stellung zueinander und zu den starren Gliedern verändern, um eine Einstellung zwischen der längsten und kürzesten Brennweite zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt aber im Gegensatz zu dem bekannten Projektionsvorsatzsystem die Aufgabe zugrunde, ein afokales Televorsatzsystem zu schaffen, das für sich bereits gut korrigiert ist, um in Verbindung mit verschiedenen nachgeschalteten photographischen Objektiven eine befriedigende Abbildungsleistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des afokalen Tele-Vorsatzsystems mit den Konstruktionsdaten gemäß der im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. gemäß der im Kennzeichen des Anspruchs 2 aufgeführten Datentabelle gelöst.

Der nach der Erfindung ausgebildete afokale TeIevorsatz ermöglicht bei kompaktem und gewichtsmäßig leichtem Aufbau eine bis zu zweifache Vergrößerung, ohne die chromatische und monochromatische Korrektur des zugehörigen Kameraobjektivs zu beeinträchtigen. Sämtliche Linsen des Televorsatzes sind relativ zueinander fest angeordnet und zur Entfernungseinstellung kann jeweils die Linseneinstellung des Kameraobjektivs herangezogen werden.

Die erfindungsgemäßen Televorsatzsystemc lassen sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit Kameraobjektiven verwenden, die einen relativ grüßen Bildwinkel von bis zu 50' haben. Insbesondere sind sie geeignet, in Verbindung mit Objektiven verwendet zu werden, bei denen die relative öffnung zwischen I : 16 und I :6 liegt. Sie können entsprechend der Brennweite des Objektivs, mit dem sie zusammenarbeiten sollen, maßstäblich abgeändert werden.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Hand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. I eine erste Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten afokalen Televorsatzsystems,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Unterschiede der Brechungsindizes benachbarte) Linsen des Televorsatzes nach Fig. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt eines zweiten erfindungsgemäß ausgebildeten afokalen Televorsatzes.

F i g. 1 zeigt ein afokales Televorsatzsystem mit einer vorderen positiven Linsengruppe, die die Linsen 1,11 und III umfaßt sowie mit einer hinteren negativen Linsengruppe, die die Linsen IV, V und VI umfaßt. Diese beiden Gruppen sind durch einen Luftabstand getrennt, dessen Breite mindestens 25% der gesamten Länge des Systems entspricht. Sowohl bei der positiven Linsengruppe als auch bei der negativen Linsengruppe werden Doppellinsen I und II bzw. V und VI verwendet Wenn ein gut korrigiertes, wenig Raum beanspruchendes Vorsatzsystem mit einer bis 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 esphärische Fläche an der gekitteten Trennfläche zwischen den

ίο Linsen I und II vorsieht. Zwischen benachbarten Linsen sind erhebliche Unterschiede bezüglich des Brechungsindex vorhanden. Die Brechungsindizes benachbarter Linsen wechseln zwischen hohen und mittleren Werten. Diese erheblichen Unterschiede sind in Fig. 2 graphisch dargestellt. In den Tabellen sind die Krümmungsradien der Flächen der Linsen von links nach rechts fortschreitend mit R₁, R₂ usw. bezeichnet. Die Dicke der Linsen und die Breite der Luftabstände ist ebenfalls von links nach rechts fortschreitend mit t_t, t₂ usw. bzw. S₁, S₂ usw. bezeichnet. Die angegebenen Brechzahlen gelten für eine Wellenlänge von 587,6 nm und sind mit η_Λ bezeichnet, während die Abbeschen Zahlen mit V bezeichnet sind. Der Einfachheit halber sind die Datentabellen auf die Längeneinheit bezogen. Hierbei ist es möglich, optimale Ausführungsformen der Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit bestimmten Kameraobjektiven zu schaffen. In diesen Fällen ist es am zweckmäßigsten, die Einheitslänge des Televorsatz-

jo systems gleich der Brennweite des Kameraobjektivs zu machen. Wenn das Verhältnis zwischen der Längeneinheit und der Brennweite erheblich kleiner ist als I, werden die Bildecken sehr stark vignettiert und die Aberrationen lassen sich nicht mehr beherrschen.

J5 Wenn das Vorsatzssystem zusammen mit einem Kameraobjektiv verwendet werden soll, das im Gegensatz zu den weiter oben gemachten Angaben einen erheblich kleineren Bildwinkel aufweist, lassen sich die Abmessungen des Vorsatzsystems verkleinern.

Mit anderen Worten, das genannte Verhältnis kann in diesem Fall erheblich kleiner sein als 1.

Die erfindungsgemäßen afokalen Televorsatzsysterne sind durch einen starken Wechsel bezüglich der Brechzahlen benachbarter Linsen gekennzeichnet. Dieser starke Wechsel bezüglich der Brechzahlen dient in erster Linie dazu, das Bildfeld eben zu halten. Wenn diese großen Unterschiede bezüglich der Brechzahl nicht vorhanden wären, würde die hintere negative Linsengruppe erheblich stärker ausgebildet werden müssen, und diese Linsengruppe würde die Korrektur der Bildkrümmung vorherrschend beeinflussen.

Eine primäre Korrektur der chromatischen Aberrationen wird bei dem Televorsatzsystem durch die beiden Doppellinsen der positiven bzw. der negativen Linsengruppe bewirkt.

Die chromatische Farbkorrektur des afokalen Televorsatzes bezüglich Farbquerfehler und Farblängsfehler wird durch Wahl der Abbeschen Zahl bewirkt.

Die negativen Linsen II, IV und VI weisen ähnliche Abbezahlen mit einem mittleren Wert auf, der bei den hier angegebenen Beispielen den Wert V = 45 hat. Bei den positiven Linsen 1 und HI der vorderen Linsengruppe sind die Werte der Abbeschen Zahl relativ hoch. Die Konvexlinse V der hinteren negativen

Linsengruppe hat eine relativ niedrige Abbesche Zahl.

Die konkaven Linsen II, IV und VI haben eine

hohe Brechzahl, während die konkaven Linsen I, III,