DE2036835A1 - Objektiv mit veränderlicher Brennweite - Google Patents

Description

DIpI.-IIHJ. A. Qrunecker

Dr.-lng, H. Kinke/dey -

D(.-ing. W. Stockmair *% JilH 1970

P 3412 - 37/Be

Canon Kabushiki Kaisha 30-2, 3-ciiome, Shimomaruko, Ohta-ku,- "Tokyo, Japan

Objektiv mit veränderlieber Brennweite

Die Erfindung betrifft ein für extreme Hahaufnahmen verwendbares Objektiv mit veränderlicher Brennweite, mit einem insgesamt positiven Scharfstell-Linsensatz, einem insgesamt negativen Variator-Linsensatz für die Verstellung der Brennweite, einen negativen Ausgleichs- oder Kompensator-Linsensatz und einem insgesamt positiven hinteren Linsensatz in dieser Reihenfolge von vorn nach hinten.

Bei bekannten Objektiven dieses Typs mit veränderlicher Brennweite (Zoom-Objektiven) erfolgt die Scharfeinstellung auf ein extrem nahes Aufnahmeobjekt durch Vorschieben des Scharfstell-Linsensatzes.

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Um dabei das Objektiv auf ein extrem nahes Objekt in einer Entfernung von beispielsweise wenigen Zentimetern oder Millimetern scharf einstellen zu können, müßte die öffnung des Einstell-Linsensatzes übermäßig vergrößert werden, wobei dann die Korrektur der optischen Aberrationen bzw. Abbildungsfehler äußerst schwierig wird. Daher liegt bei herkömmlichen Objektivsystemen mit verstellbarer Brennweite der kürzeste Naheinstellbereich in der Größenordnung von etwa einem Meter.

Es ist daher ein wichtiges Ziel der Erfindung, die bei bekannten Objektiven der genannten Art auftretenden Nachteile ohne Vergrößerung der Gesamtlänge des Objektivs und ohne nachteilige Auswirkungen auf die Fehlerkorrektur zu vermeiden und ein für extreme Nahaufnahmen bequem verwendbares Objektiv mit verstellbarer Brennweite zu schaffen, mit dem Gegenstände im Entfernungsbereich zwischen Unendlich und dem extremen iTahbereich. aufnehmbar sind.

Bei einem Objektiv der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der hintere Linsensatz des Linsensystems in eine- positive vordere und eine hintere Linsengruppe unterteilt ist, von denen die vordere beweglich ist, und daß ein abzubildendes Objektiv im Entfernungsbereich zwischen Unendlich und einem üblichen Einstellabstand durch Vorschieben des Schärfste11-Linsensatzes scharf einstellbar ist, während ein in einer kleineren Entfernung

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als dem üblichen Einstellabstand befindlicher Gegenstand durch Verschieben der ersten Linsengruppe des hinteren Lincensatzen in Richtung auf eine Bild- oder Brennebene scharf einstellbar ist.

Bei der Brennweitenverstellunc des erfindungsgemäßen Objektivs wird der Variator-Linsensatz einsinnig verschoben und der Ausgleichs-Linsensatz wird in zwei entgegengesetzten Richtungen bewegt. Bei der Scharfeinstellung auf einen Gegenstand zwischen Unendlich und der herkömmliehen Naheinstellung wird nur der Scharfstell-Linsensatz bewegt. Für extreme Nahaufnahmen wird der Scharfstell-Linsensatz in seine vordere Endlage verschoben und die vordere Gruppe des hinteren Linsensatzes auf die Bildebene zu bewegt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Abbildungs-Schema eines erfindungsgemäßen Objektivs mit veränderlicher Brennweite,

Fig. 2, 3 und 4 Abbildungs-Schemati der Beziehungen zwischen jeweils abzubildenden Gegenständen und den durch die einzelnen Lin sengruppen erzeugten Bildern,

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Fig. 5 eine schematisierte Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 6 und 7 übliche Aberrationskurven für ein erfindungsgemäßes Objektiv bei kürzester Brennweite und Entfernungen des abzubildenden Gegenstandes von Unendlich bzw. 12,5 cm. -

Das in Fig. 1 schaubildlich vereinfacht dargestellte erfindungsgemäße Objektiv enthält einen positiven Entfernungs-Scharfstell-Linsensatz F, einen negativen Variator-Linsensatz A, einen negativen Ausgleichs- oder Kompensator-Linsensatz C und einen aus einer vorderen sowie einer hinteren Linsengruppe L^ bzw* Lp zusammengesetzten hinteren Linsensatz L, dessen vordere Linsengruppe L^ beweglich ist. Zur Brennweitenverkürzung wird der Variator-Satz A in Richtung des gestrichelten Pfeiles verschoben und der Kompensator-Satz C vor- und zurückbewegt, wie durch den gestrichelten Pfeil angedeutet. Zur Entfernungs- oder Scharfeinstellung wird der Scharfstellsatz F in Pfeilrichtung verschoben, falls sich der abzubildende Gegenstand zwischen Unendlich und einem üblichen oder normalen Abstand befindet. Für Aufnahmen im extremen Nähb er eich" wird ~ der Scharfstellsatz F in seine vordere Endstellung gebracht und die vordere Linsengruppe Ly. in Pfeilrichtung zur Bildebene hin verschoben.

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In Fig. 2 entsprächt der Punkt P^ dem kürzesten bzw. räumlich nächsten Punkt, der bei in vorderer Endstellung befindlichem Scharfstellsatz F abbildbar ist,und zwar mit Q^ als Abbild des Punktes P^,. Ein in noch kürzerer Entfernung zum Scharfstellsatz P befindlicher Punkt Pp wird an einem Punkt Q2 abgebildet. Die an den Punkten bzw. Ebenen G)^ und Q~ erzeugten Abbilder werden ihrerseits durch den Variatorsatz A und den Kompensatorensatz, C des Brennweiten-Verstellsystems bei -IL und R₂ abgebildet (Fig. 3)· Die Zwischen-

I I

bilder It. und R~ wiederum werden mittels des in seiner normalen Stellung befindlichen hinteren Linsensatzes L bei S^. und S^ abgebildet. Da sich der fotografische Film bei S^ befindet, wird der erste Gegenstand P^. richtig darauf abgebildet, während der näher am Scharf stellsatz F gelegene Gegenstand P~ nicht klar abbildbar, d.h. nicht scharf einstellbar ist. Die Erfindung beruht darauf, daß dank der Unterteilung des hinteren Linsen-

satzes L in eine vordere und eine hintere Linsengruppe ^ L/| bzw. L₂ und dank der Verschiebung der vorderen Lin-

sengruppe L^ zu der Bildebene hin, das Zwischenbild Rg an-tier Stelle bzw. Ebene S^ abbildbar ist, an welcher entsprechend der vorstehenden Erläuterung das Zwischenbild R^ abgebildet ist. 77."".'." .~Γ7Ζ~.._...Z._' ~"ZZZZZ

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ORlGiHAt. JNSPEGTED

Dabei ist das Haß χ der Verschiebung durch folgenden Ausdruck definiert:

m +

Hierbei bedeuten:

C (2 -

y, bzw.

IU _ a	C	- eAC	+ Z
σ	A	(F-	eFA)
	A	+ F-	eFA

β.« = Abstand zwischen den Hauptpunkten des Variatorsatzes A und des Eompensatorsatzes C bei beliebiger Brennweiteneinstellung,

^eFA ⁼ Abstand zwischen den Hauptpunkten des Scharf-Stellsatzes F und des Variatorsatzes A bei beliebiger Brennweiteneinstellung,

Brennweiten der vorderen bzw. hinteren Linsengruppe Ii^ bzw. 1*2 des hinteren Linsensatzes L,

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C « * Brennweite des Kompensatorcatzes C, A « Brennweite des Variatorsatzes A und F = Brennweite des Scharfstellsatzes F.

^eFA ^un<* ^eAC ^s^ⁿ^ derart in gegenseitige Beziehung genetzt, daß die Einstellebene bei der normalen Brennweitenverstellung konstant bleibt.

Der Scharfstellsatz F; der Variatorsatz A und der Kompensator satz C ähneln den in herkömmlichen Brennweiten-Verstellsystemen bzw. Zoom-Objektiven verwendeten, so daß Fehler gut korrigierbar sind, ohne daß der Durchmesser des Scharfstellsatzes oder die Gesamtabmessungen des Brennweiten-Verstellsystems vergrößert werden müßten. Bei einem Objektiv mit Brennweitenverstellung der vorstehend beschriebenen Art schneidet die Mittellinie eines nichtaxialen Lichtbündels die optische Achse vor dem hinteren Linsensatz. Daher sind Fehler selbst dann ohne übermäßige Änderung des Astigmatismus gut ausgleichbar, wenn die vor- | dere Linsengruppe des hinteren Linsensatzes in die Nähe des Punktes verschoben ist, an dem die Mittellinie des nicht-axialen Lichtbündels die optische Achse schneidet.

Im Hinblick auf die Konstruktion wäre es zweckmäßig, eine vordere Linsengruppe L^ mit einem höheren Brechungsindex zu verwenden, da sich damit der Verschiebungsweg für Nahaufnahmen stark verringern ließe.

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Wenn jedoch der Brechungsindex sehr viel höher wird,
steigt auch die sphärische Aberration bis zu nicht mehr vernachlässigbaren V/erten. Die Brennweite L^ der vorderen Linsengruppe ist daher so gewählt, daß die folgende Beziehung besteht:

1 F

+ e'_AC (2)

Z_ A + F ^A0

Darin ist:

Z_Q - Brennweiten-Verstellverhältnis und

Abstand zwischen den Hauptpunkten des Variatorsatzes A und des Kompensatorsatzes C in Weitwinkelstellung.

Damit läßt sich die nachteilige Wirkung der sphärischen Aberration vermeiden, und Abbildungsfehler bei extremen Nahaufnahmen sind gut kompensierbar.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, des sen Konstruktionsdaten nachstehend angegeben sind:

Brennweite f = 11 bis 26,5

Öffnungsverhältnis 1 : 1,8 ; . ■ ■

BAD ORIGINAL Brennweitenverstellbereich 1 : 2,5 ·

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Tabelle I

Glassorte

R₁ = 146,16 D₁ = 1,40 SF 15

B₂ = 36,27 D₂ = 4,50 SSK 5

E₅ = -182,19 D, = 0,20

E₄ = 40,85 D₄ = 5,00 SK 14

E₅ = 555,55 '' D₅ = variabel -

E₆ = 106,25 D₆ = 0,90 SK 7

B₇ = 25,56 D₇ = 2,00

E₈ = - 50,59 D₈ = 1,00 SSK 2

K₉ = 15,14 D_g = 1,75 SF 13

^R1o ⁼ 50,41 D₁₀ = variabel

E₁₁ = - 55,74 D₁₁ =0,90 SK 14

E₁₂ = -496,35 D₁₂ = variabel

E₁₅ = 61,00 D₁₅ = 1,50 LAK 01

^B14 = - 35,45 D₁₄ = variabel

E₁₅ = 11,02 D₁₅ = 2,50 LAK 8

B₁₆ = -110,00 D^ = 3,14

= - 14,67 D₁₇ = 4,75 SF 11

B₁₈ = 10,92 D₁₈ = 0,85

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R19 -	- 44,00	D19
R20 =	- 14,50	D20
R21	15,67	D21
ß22 =	- 24,65

Glassorte 2,50 LAK 02

0,10
= 2,40 LAlC 09

Darin bezeichnen die Buchstaben R mit tiefgestellten Indizes die Krümmungsradien der Grenzflächen der verschie- denen Linsen, wobei die Flächen fortlaufend von vorn nach hinten durch die Indizes numeriert sind, und die Buchstaben D mit tiefgestellten Indizes bezeichnen die Dicke der Linsen bzw. des Luftabstandes in Richtung der optischen Achse, ebenfalls fortlaufend von vorne nach hinten.

Die veränderlichen Luftabstände betragen für verschiedene Brennweiten:

Tabelle II

1 (mm)	11	,208	17,9	26,5
D5	1	,862	10,930	17,212
»10	17	,487	5,032	1,858
»12	1		4,591	1,487
D	12	12	12

P = 51,7; A=- 17,75; C=- 99,92; L₁ = 35,23 und L₂ = 17,4.

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Positive Radien bezeichnen Krümmungen, deren Mittelpunkt hinten liegt, negative Hadien solche, deren Mittelpunkt vorn liegt. Mittels des in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Objektivs ist ein Gegenstand zv/isehen Unendlich und 12,5 cm abbildbar. Dabei wird ein Gegenstand zwischen Unendlich und 1,5 m durch Vorschieben des Schärfstellsatzes P scharf eingestellt und ein Gegenstand in einer Entfernung unter 1,5 m durch Verschieben der vorderen Linsengruppe des hinteren Satzes zu der Bildebene hin.

Fig. 6 zeigt in üblicher Darstellung Kurven der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung für ein erfindungsgemäßes Objektiv mit einer Brennweite f = 11 mm bei einem Abstand Unendlich des aufzunehmenden Gegenstandes. Fig. 7 zeigt die entsprechenden Kurven für ein erfindungsgemäßes Objektiv mit einer Brennweite f = 11 mm bei einem Abstand des aufzunehmenden Gegenstandes von 12,5 cm. Daraus wird ersichtlich, daß die Abbildungsfehler bzw. Aberration gut korrigiert sind.

Durch das erfindungsgemäße Objektiv mit veränderlicher Brennweite sind bisher mit bekannten Zoom-Objektiven nicht mögliche extreme Nähaufnahmen ausführbar, ohne daß es notwendig wäre, die Durchmesser der einzelnen Linsen oder die Gesamtlänge des Objektivs zu vergrößern und ohne daß die Abbildungsfehler im Vergleich zu bekannten derartigen Objektiven verstärkt würden.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   (Λ _r Für extreme Nahaufnahmen verwendbares Objektiv mit veränderlicher Brennweite, mit einem insgesamt positiven Scharfstell-Linsensatz, einem insgesamt ne-• gativen Variations-Linsensatz, einem negativen Kompensator-Linsensatz und einem insgesamt positiven hinteren Linsensatz in dieser Reihenfolge von vorn nach hinten, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Linsensatz eine vordere und eine hintere Linsengruppe (Lxj bzw. L~) enthält, von denen die vordere Gruppe (L^) beweglich ist, und daß ein abzubildender Gegenstand im Entfernungsbereich zwischen Unendlich und einem üblichen Einstellabstand durch Vorschieben des Scharfstell-Linseneinsatzes (P) scharf einstellbar ist, während ein in einer kleineren Entfernung als dem üblichen Einstellabstand befindlicher Gegenstand durch Verschieben der ersten Linsengruppe (L^) des hinteren Linsensatzes (L) in Richtung auf eine Bild- oder Brennebene scharf einstellbar ist.

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   1$
2. 2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der insgesamt positive hintere Linsensatz (L) der Reihe nach je eine positive, negative, positive und positive Einzellinse aufweist.
3. 3· Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der insgesamt positive hintere Linsensatz (L) der Eeihe nach je · ι eine positive, positive und negative Linse aufweist.
4. 4. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der insgesamt positive hintere Linsensatz (L) der Reihe nach je eine positive, positive und positive Linse aufweist.

   5· Objektiv nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite" L_x. der vorderen Linsengruppe (L,.) die Bedingung

   ^Ί Z₀ A + F

   erfüllt, wobei

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   F = Brennweite des Scharfstell-Linsensatzes (F),

   A = Brennweite des Variator-Linsensatzes (A),

   Z = Brennweiten-Verstellverhältnis und

   Abstand zwischen den Hauptpunkten des Variator-Linsensatzes (A) und das Kompensator-Linsensatzes (C) in Veitwinkelstellung ist.

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