DE2164657C3 - Varioobjektiv für kleine Bildfeldwinkel - Google Patents
Varioobjektiv für kleine BildfeldwinkelInfo
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- DE2164657C3 DE2164657C3 DE2164657A DE2164657A DE2164657C3 DE 2164657 C3 DE2164657 C3 DE 2164657C3 DE 2164657 A DE2164657 A DE 2164657A DE 2164657 A DE2164657 A DE 2164657A DE 2164657 C3 DE2164657 C3 DE 2164657C3
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- G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++
Description
38.532 | -3.430 | 1.62041 | I'm | 60.3 | |
"Il ~ | 4.0 | II; | 1.59551 | I'm | 39.2 |
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wobei r ... γ- die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden
Linsen, d- ... d- die Luftabstände der
aufeinanderfolgenden Linsen. n> . .. πι die Brechungsindizes
der Glasmaterialien für die c/-Linie und i'i ... η, die Abbe-Zahlen dieser Glasmaterialien
in fortlaufender Numerierung vom Objekt her sind.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Varioobjektiv gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche
1 und 2. Ein solches Objektiv ist aus der DE-AS 57 807 bekannt.
Bei herkömmlichen Varioobjektiven mit afokalem Vorsatzteil aus sammelnden, zerstreuenden und sammelnden
Lin5engruppen wird eine Änderung der
Brennweite durch eine Verschiebung der zweiten Linsengruppe erzielt, wobei durch eine Verschiebung
mit U-förmiger Umkehr der ersten oder der dritten sammelnden Linsengruppe die Bildebene ortsfest bleibt.
Am Scheitelpunkt einer solchen U-förmigen Umkehrbewegung
liegen Objekt und Büd zur zweiten Linsengruppe abstandsgleich. Hierbei kann die Bewegungskurve
nach dem Durchtritt, durch den Scheitelpunkt der U-förmigen Umkehrbewegung eine größere
ü Steigung aufweisen, was zu mechanischen Schwierig keiten bei der Herstellung der Objektivfassung führt.
Aus diesem Grunde wurde bei einer bestimmten Art von Varioobjektiv die dritte, sammelnde Linsengruppe
weiter in zwei Untergruppen, nämlich eine zerstreuende
μι und eine sammelnde, unterteilt, von denen die vordere
zerstreuende Untergruppe für eine kleine Verschiebung mit U-förmiger Umkehrbewegung, und zwar konvex
zum Objekt hin, vorgesehen ist, um die erwähnten Schwierigkeiten zu mildern. In jedem Falle wurde es
b5 jedoch für Varioobjektive dieser Bauart zur Regel
ggrjjoch* den Scheite!nunkt der U-fönni^en Umkehrbewegung der dritten (oder ersten) Linsengruppe in die
Nähe des Mittelpunktes des ganzen Objektives zu
verlegen. Ferner besteht bei einem derartigen Varioobjektiv
die Neigung, daß die Abweichung von Sinusbedingung auf der Seite der kürzeren Brennweite mehr
oder weniger negativ und auf der Seite der längeren Brennweite positiv wird und daher der Nachteil eines
solchen Varioobjektivs noch stärker in Erscheinung tritt, wenn die Größe des Vorsatzteils verringert wird.
Daher wird, wenn die axiale Gesamtlänge des ganzen Objektivs auf sieben Zehntel oder weniger seiner
größten Brennweite herabgesetzt werden soll, die Änderung in der Koma infolge einer Brennweitenverstellung
im Vorsat/.teil zu groß, wodurch eine gedrängte Ausbildung des ganzen Objektivs verhindert wird.
Zur Verringerung der axialen Gesamtlänge ist es bei Teleobjektiven bereits bekannt, ein sogenanntes TeIephoto-System
zu verwenden, das eine vordere Linsengruppe mit einer Axiallänge kürzer als die Brennweite
des ganzen Systems und eine zerstreuende Linsengruppe besitzt, die hinter der vorderen Linsengruppe
angeordnet ist. Wenn ein kleinerer Wert für den Telekoeffizienten (d. h. das Verhältnis der axialen
Gesamtlänge zur Brennweite des Objektivs) gewählt werden würde, würde die restliche chromatische
Aberration in der vorderen Linsengruppe, die als Sekundärspektrum bekannt ist. in der nachfolgenden
zerstreuenden Linsengruppe größer werden. Eine weitere Beschränkung für ein solches Objektiv besteht
darin, daß die Petzval-Summe negativ zu werden droht.
Neuerdings wurden Glasrohlinge von ziemlicher Größe mit günstigen Werten für die relativen
Teildispersionen, wie Quarzit uncj dg|._ verwendet, um
dadurch die Korrektur des Sekundärspektrums wesentlich zu erleichtern und dementsprechend die Korrektur
der chromatischen Aberration gegenüber dem herkömmlichen System beträchtlich zu verbessern. Dies hat
zu dem Umstand geführt, daß die untere Grenze des Telekoeffizienten durch die Toleranz für die Petzval-Summe
statt durch die Toleranz für die chromatische Aberration bestimmt wird. Die Verwendung von
Quarzit oder einem anderen optischen Spezialglas dürfte ebenfalls zu einer wesentlichen Wirkung im Falle
von Varioobjektiven führen, jedoch verursacht es
η Li
chromatischen Aberration und den anderen Linsenfehlern im ganzen Objektiv und hinsichtlich der Vereinbarkeit
von relativ großen Linsen und einem kompakten Aufbau des Objektivs.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein gut korrigiertes Varioobjektiv der eingangs
erwähnten Art mit geringem Telekoeffizienten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Ausbildung des Verioobjektives mit Konstruktionsdaten
gelöst, die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. im Kennzeichen des Anspruchs 2 aufgeführten Konstruktionsdaten
insofern entsprechen als die Flächenteilkoeffizienten nach Seidel bzw. deren Summen innerhalb der
im jeweiligen Anspruch angegebenen Toleranzbereiche liegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Varioobjektiv ist die Brechkraft-Anordnung jeder sammelnden, zerstreuenden
und sammelnden Linsengruppe des Vorsatzteils so bestimmt, daß die Lage des Scheitels der U-förmigen
Umkehrbewegung des Systems außerhalb seiner größten Brennweite sein kann. Im Brennweitenverstellbereich
bewegt sich die dritte Linsengruppe nicht mit einer U-förmigen Umkehrbewegung, sondern entsprechend
einer Kurve, welche die gleiche Richtung wie die Bewegung der zweiten Linsengruppe hat. Der größte
Vorteil, der sich aus der Verwendung eines solchen Brennweitenverstellbereiches ergibt, ist eine vereinfachte
Bauform und damit eine erhöhte Herstellungsgenauigkeit des Kurvenelements sowie eine stabilisierte
Koma über den Brennweitenänderungsbereich, was durch die nur in einer Richtung verlaufende gekrümmte
Bewegung der dritten Linsengruppe erhalten wird. Daher ermöglichen sowohl die optischen als auch die
mechanischen Toleranzen des erfindungsgemäßen Varioobjektivs eine wesentliche Verringerung seiner
Bauform dahingehend, daß die volle axiale Länge nur sechs bis sieben Zehntel seiner größten Brennweite
beträgt. Ferner besitzt das erfindungsgemäße Varioobjektiv eine ausgezeichnete Korrektur der monochromatischen
Aberration, was wiederum eine wesentliche Herabsetzung der chromatischen Aberration über das
gesamte System durch die wirksame Verwendung von bestimmten optischen Spezialmaterialien ermöglicht,
wodurch eine infrarote Eichung entbehrlich ist. Schließlich läßt sich bei dem erfindungsgemäßen Varioobjektiv
ein höherer Achromatismus durch die Verwendung von Quarzit oder einem anderen optischen Material mit
günstigen Werten für die relativen Teildispersionen erhalten, was eine weitere Herabsetzung der Baugröße
ermöglicht.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Grundbauform des erfindungsgemäßen Varioobjektivs
und der Bewegung der einzelnen Linsengruppen;
F i g. 2 ein Schnittbild durch ein erstes erfindungsgemäßes Varioobjektiv.
F i g. 3 ein Schnittbild ähnlich wie in F i g. 2 für ein weiteres erfindungsgemäßes Varioobjektiv.
Fig. 4(a) die sphärische Aberration für die kleinste,
die mittlere und die größte Brennweite des Objektivs nach F i g. 2:
Fig. 4(b) den Astigmatismus für die kleinste, die
mittlere und die größte Brennweite des Objektivs nach Fig. 2:
Fig. 4(c) die Verzeichnung für die kleinste, die J*1^ A'io (trrtß
Fig. 2:
Fig. 5(a) die sphärische Aberration für die kleinste,
die mittlere und die größte Brennweite des Objektivs nach F i g. 3:
Fig. 5(b) den Astigmatismus für die kleinste, die mittlere und die größte Brennweite des Objektivs nach
F i g. 3 und
F i g. 5(c) die Verzeichnung für die kleinste, die
mittlere und die größte Brennweite des Objektivs nach F i g. 3.
In F i g. 1 ist schematisch das erfindungsgemäße Varioobjektiv vom Ultratele-Typ, bestehend aus einer
ersten, sammelnden Linsengruppe. einer zweiten, zerstreuenden Linsengruppe und einer dritten, sammelnden
Linsengruppe dargestellt, welche in der angegebenen Reihenfolge, vom Objekt her gesehen,
angeordnet sind. Das Variosystem hat eine Brechkraft-Anordnung, welche durch die folgenden Beziehungen
bestimmt wird:
0.8 I
1 -Λί
1 -Λί
I.I I
ι -vT
2 /
Λί-Ι
Λί-Ι
3.0 /
wobei /Ί, h und /j die Brennweiten der aufeinanderfolgenden
Linsengruppe darsteilen, M das Vario-Verhältnis
(Verhältnis vcii größter zu kleinster Brennweite) des
Systems darstellt, und / der maximale Bewegungshub der zweiten Linsengruppe zur Änderung der Vergrößerung
ist. Die erste, sammelnde Linsengruppe umfaßt zwei Linsenglieder, von denen das erste durch eine
bikonvexe F.inzellinse gebildet wird und das zweite durch eine sammelnde, eine zerstreuende und eine
sammelnde Linse gebildet wird, die miteinander verbunden sind (diese drei Linsen können voneinander
durch Lufl.ibstände getrennt sein, wenn es Linsen von
großem Durchmesser sind, wie nachfolgend bei Objektiv 1 beschrieben). Rir diese drei Linsen bestehen
die folgenden Beziehungen:
»12 F <
»12 Af
wobei n\2i. flint und fJi;« die Brcchungsindiz.es der
aufeinanderfolgenden Linsen im /weiten Linsenglied der ersten Linsengruppe darstellen. Außerdem hat das
zweite Linsenglied der ersten Linsengruppe die Form eines positiven Meniskus mit generell konvexer
Vorderfläche. Die zweite, zerstreuende Linsengruppe umfaßt drei Linsenglieder, von denen das erste ein
negatives Duplett ist, das durch eine sammelnde und eine zerstreuende Linse gebildet wird, welche miteinander
verkittet sind und deren Zwischenfläche /um Objekt hin konkav ist. Diese beiden Linsen befriedigen die
folgende Beziehung:
wobei /72if und π-ar die Brechungsindizes der beiden
Linsen darstellen. In der Regel können das zweite und das dritte Linsenglied der zweiten Linsengruppe
bikonkave Einzellinsen sein, jedoch können, wenn ein besserer Achromatismui' der zweiten Linsengruppe
erforderlich ist. diese Linsenglieder durch ein achromatisches Kittglied gebildet werden, die als hyperchromatische
Linse bekannt ist, wie nachfolgend in Beispiel 1 beschrieben ist. Die dritte, sammelnde Linsengruppe
umfaßt zwei Linsenglieder, welche beide sammelnde zusammengesetzte Linsen sind. Das erste dieser beiden
Linsenglieder hat die Form eines Meniskus mit generell konkaver Vorderseite, während das zweite Linsenglied
mit seiner Zwischenfläche zum Objekt hin generell konkav ist und die folgende Beziehung befriedigt:
«32F
wobei njjfund n32ßdie Brechungsindizes der Glasmaterialien
darstellen, weiche die vor und hinter dieser Zwischenfläche angeordneten Linsen bilden.
Eine Beschreibung der vorangehenden verschiedenen Bedingungen und der jeweiligen Linsenglieder der
aufeinanderfolgenden Linsengruppen folgt:
Die Bedingungen (1) bis (4) zusammen dienen zur Bildung der Grundform des afokalen Vorsatzes für das
Varioobjektiv im Gauß'schen Bereich, welche den wesentlichen Teil des Varioobjektivs bildet
Die untere Grenze der Bedingung (i) steiit ein Limit dar, innerhalb welchem die erste, sammelnde Linsengruppe
und die zweite, zerstreuende Linsengruppe bei der kleinsten Brennweite des afokalen Varioobjektivs
mechanisch einander nicht stören. Unterhalb dieser Grenze läßt sich eine mechanische Störung nicht
vermeiden, sofern nicht eine besondere Anordnung vorgesehen wird, bei welcher die Hauptcbcnc entweder
der ersten Linsengruppe oder der zweiten Linsengruppe außerhalb des Linsensystems angeordnet ist. Die
obere Grenze der Bedingung (1) ist ein Limit zur Vermeidung eines unnötig großen Abstandes zwischen
der ersten und der zweiten Linsengruppe bei der kleinsten Brennweite des Varioobjektivs.
Die Bedingung (2) gibt die Werte für die Brennweite Λ und den maximalen bewegungshub / der zweiten
Linsengruppe in Abhängigkeit vom Vario-Verhältnis aus. Durch Bedingung (2) wird eine U-förmige Umkehr
bei der Verschiebung der dritten Linsengruppe vermieden.
Die untere Grenze dieser Bedingung dient zur Vermeidung eines /.'.! groß'1» Hpiv^gnngühnhps drr
zweiten Linsengruppe beim gewünschten Vario-Verhältnis, da bei einem solchen Varioobjektiv die dritte
und die zweite Linsengruppe in der gleichen Richtung zur Korrektur des Brennpunktes bewegt werden. Mit
anderen Worten, wenn der Wert von 6 geringer als die
untere Grenze ist, muß die zweite Linsengruppe über einen längeren Hub für das gleiche Vario-Verhältnis
bewegt werden, was zur Folge hat, daß das Varioobjektiv seine gedrängte Form verliert. Die obere Grenze der
Bedingung (2) soll die Verschiebung mit U-förmiger Umkehr der dritten Linsengruppe des Variosystems
vermeiden. Wenn die obere Grenze überschritten wird, würde ebenso wie bei den bekannten Objektiven eine
Verschiebung mit U-förmiger Umkehr stattfinden.
Die Bedingung (3) bestimmt den Wertbereich, der für die dritte Linsengruppe zur Verfügung steht, um den
Varioteil bei Verschiebungen der zweiten Linsengruppe afokal zu halten, die durch die Bedingung (2) bestimmt
werden. Die untere Grenze der Bedingung (3) dient dazu, eine mechanische Kollosion zwischen der dritten
und der zweiten Linsengruppe zu verhindern, während die obere Grenze einen übermäßigen Abstard zwischen
diesen Linsengruppen bei der größten Brennweite zu verhindern.
Nachdem die Grundform im Gauß'schen Bereich berechnet worden ist, sind die für die verschiedenen
Linsengruppen zu wählenden Formen zur Sicherstellung eines guten Korrektionszustandes ebenfalls wichtig-
Das zweite Linsenglied der ersten Linsengruppe ist ein Triplett aus einer sammelnden Linse, einer
zerstreuenden Linse und einer sammelnden Linse, die miteinander verbunden sind. Wenn ein Duplett aus einer
sammelnden Linse und einer zerstreuenden Linse verwendet wird, würde dieses niemals eine wesentliche
Verringerung des Sekundärspektrums ermöglichen, selbst wenn ein Glas mit speziellen relativen Teildispersionen
verwendet wird. Die geeignetste Form für eine wirksame Verringerung des Sekundärspektrums bei
Verwendung der geringstmöglichen Zahl von Komponenten ist ein Apochromat aus drei miteinander
verkitteten Linsen.
Daher kann die Korrektur der chromatischen Aberration bei der größten Brennweite, was bisher
gewöhnlich das größte Problem bei der Herabsetzung der Größe des Varioteils eines Varioobjektivs war,
völlig zufriedenstellend erzielt werden. DIz chromatische Aberration kann weiter verringert vnrden und die
Baulänge des Varioteils kann entweder dadurch
geringer sein, daß ein Material mi; geeigneten relativen
Teildispersionen auch für das ersve Linsenglied der ersten Linse-fgruppe verwendet wird, oder dadurch, da8
für das negative zweite Linsenglied die relativen Teildispersionen so geändert werden, daß die chramatische
Aberration durch die Kombination der Gläser für die zweite Linsengruppe und die vorhergehende
sammelnde Linse kompensiert wird. Das zweite Linsenglied der ersten Linsengruppe muß bei Verwendung
solcher Gläser oder von Quarzit in einem Apochromaten ebenfalls die sphärische Aberration ausreichend
beheben, während die Bedingung (4) die Grenze für die Brechzahl darstellt, welche für diesen Zweck festgelegt
ist. Ferner ist es zum Ausgleich der verschiedenen Aberrationen im ganzen Objektiv und, um die Änderung
der sphärichen Aberration während einer Nahaufnahme so gering wie möglich zu halten, erforderlich, daß das
erste Linsenglied der ersten Linsengruppe die Form einer bikonvexen Linse hat und daß das zweite
Linsenglied die Form einer sammelnden Meniskuslinse hat.
Die Ausbildung der zweiten Linsengruppe mit zwei oder drei Linsengliedern ist zur Aufrechterhaltung eines
guten Ausgleiches zwischen der sphärischen Aberration und dem Astigmatismus über den ganzen Brennweitenänderungsbereich
bei einem Vario-Vorsatz erforderlich, dessen Brechkraft durch die Bedingungen (2) und (J)
bestimmt wird. Außerdem ist die Bedingung (5), welche das erste Linsenglied der zweiten Linsengruppe festlegt
und die Konkavität von dessen Kittfläche zum Objekt hin vor allem erforderlich, um die sphärische Aberration
über den ganzen Brennweitenänderungsbereich auszugleichen und die Änderung des Astigmatismus so gering
wie möglich zu machen.
Die Meniskusform des ersten Linsengliedes der dritten, sammelnden Linsengruppe soll eine Überkorrektur
des Astigmatismus und der Koma bei mittleren Brennweiten verhindern, wenn die Aberrationen auf
entgegengesetzten Seiten ausgeglichen bleiben, d. h. in Bereichen der kleinsten und der größten Brennweite.
Außerdem wird, da der Farbfehler der dritten Linsengruppe überkorrigiert werden muß. um diese
hinsichtlich des hohen Korrekturgrades der chromatischen Aberration in der ersten Linsengruppe ausgeglichen
zu halten, die dritte Linsengruppe als Duplett ausgebildet. Ferner sind eine konkave Kittfläche des
zweiten Linsengliedes der dritten Linsengruppe zum Objekt hin und die Bedingung (6) erforderlich, um
insgesamt eine gute Korrektur der sphärischen Aberration in der dritten Linsengruppe aufrecht zu
halten und ebenso die chromatische Änderung der sphärischen Aberration und den Astigmatismus so klein
wie möglich zu machen.
Nachdem nun die Brechkraftanordnung jeder Linsengruppe
im Gauß'schen Bereich und die Grundformen der Linsenglieder im Aberrationsbereich bestimmt
worden sind, läßt sich eine gute Lösung leicht mittels Durchrechnung von Strahlen durch das Objektiv
erzielen. Wenn der Vario-Vorsatz getrennt vom Objektiv gerechnet werden soll, ist eine Relais-Linse
vom Tele-Typ zweckmäßig, deren Petzval-Summe
positiv ist, wodurch die Größe des Varioobjektivs weiter verringert werden kann. Bei den dargestellten
Ausführungsformen sind, wie ersichtlich, drei oder vier Linsen für die Vordergruppe und drei solcher Linsen für
die Hintergruppe verwendet, wodurch ein Varioobjektiv mit einem außerordentlich kleinen Tele-Verhältnis
von beispielsweise 0,6 bis 0,7 erhalten wird. Diese Ausführungsformen betreffen beide ein Ultratele-Varioobjektiv
für 35 mm Stehbildkameras und insbesondere aus Beispiel 2 (Fig. 5) ergibt sich, daß die spärische
Aberration so weitgehend korrigiert ist, daß sie bis zur A '-Linie geht, wodurch ein Varioobjektiv erhalten wird,
das praktisch keine infrarote Eichung erfordert.
Die numerischen Werte von erfindungsgemäßen Objektiven sind in den nachstehenden Tabellen
angegeben, in welcher n. r>... r„ die Krümmungshalbmesser
der aufeinanderfolgenden Linsen darstellen. d\. di-.-dn-] die Dicken bzw. die Luftabstände der
aufeinanderfolgenden Linsen, Π\, η:... πι die Brechungsindizes der Gläser für die d-Linie und ιί,
>': ·.. »Ά die Abbe-Zahlen der Gläser sind, sämtlich vom Objekt her
fortlaufend durchnummeriert.
Objektiv I
Varioobjektiv für 35 mm Stehbildkamera
Brennweite/= 360-1200mm: relative OITnurm 1 : 11: Tole-Verhiiltnis 0.61;
./·, = 420.955
η = +441.5
r-: = -580.0
r. = +274.2
η = -638.1
a = -638.1
r„ = +298,2
r- = +1281.5
</, = 8.(1 H1 = 1.48606 V1 = 81.5
i/;. = 9.5 n: = 1.48606 v: =81.5
(Ix = 1.0
df = 4.0 η-, = 1.744 ν-, = 44.9
<i„ = 6.0 H4 = 1.58913 ν, =61.2
d- = 11.258-211.258
i | ./: = -86.956 | I | 'ι? | /■ = 190.565 | r\t. | .Λ = 537,805 | /■>·> | 21 | 64 657 | 4.7 | η = | "in - | 14 | ,75520 | v< | = 27,5 | |
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15 | Varioobjektiv für | Brennweite/= 180-600mm; relative ÖITnung | |||||||||||||||
Γι | = -370,0 | rf: | «I = | "h = | Win = | ||||||||||||
Stehbildkamer; | |||||||||||||||||
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'j | = -353,1 | rfj | = 7.0 | Hi = | II· = | «II = | Wl- =■ | 1,74950 | V- | = 35,0 | |||||||
Vi = 244.0 | |||||||||||||||||
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= +5000,0 | rf: | = 2,0 | = 2,474-118,31 | = 38.532-3.430 | = 3.6 | 1,7847 | V5 | = 26,1 | |||||||||
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= -309,7 | rf:, | ||||||||||||||||
= +47.9 | rf." | 1.48606 | »Ί· | -81.5 ': | |||||||||||||
= - 459,0 | rf;; | 1.717 | v.< | = 47.9 | |||||||||||||
/, - 275.744 | |||||||||||||||||
= +70.7 | rf:. | ||||||||||||||||
- +271.0 | rf,. | 1.5168 | I'l,. | 64.2 | |||||||||||||
i-u | |||||||||||||||||
r,5 | |||||||||||||||||
'lh | |||||||||||||||||
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'18 | |||||||||||||||||
/·,., | |||||||||||||||||
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Oi | |||||||||||||||||
0: | |||||||||||||||||
O.i | |||||||||||||||||
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17 | /j = 275,744 | 2 | 1 | 64 657 | «r = | 18 | - = 46,6 |
rj„ = - 165,7 | «IX = | χ = 35,6 | |||||
O7 - - 75,9 | r/ji, = 7,8 | Blatt Zeichnungen | |||||
r-s = +51,5 | (Ir = 1,4 | 1,76684 ν | |||||
η., = -97,9 | (/is= 4,8 | 1,59507 »- | |||||
Hierzu | 4 | ||||||
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1.5168
iy 64.2
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Soviet Journal of Optical Technology, 1974, S. 463-466 * |
Z: Zeitschrift für Instrumentenkunde, 1941, S. 333 u. 3241 * |
Also Published As
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Legal Events
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