DE2640486A1 - Linsensystem mit veraenderbarer vergroesserung - Google Patents

Description

Me Erfirwfenig bezieht sich auf optische Systeme mit verätaderbarer ¥errgrößerung, die eine für die Fokussierung bewregliare vordere Llnsenkomponente mit negativer Brennweite und eine hintere Einsenkomponente mit positiver Brennweite auf- ' w/obei sich zwischen der vorderen uaaä der hinteren

ein axialer Luftabstand befindete der veränderbar ist ρ um eine ¥eränderung der Brennweite des gesamten optischen Systems zui bewirken ? insbesondere bezieht sich, die Erfindung auf eime Verbesserung eines solchem optischen Systems bezüglicii der Erzielung · einer guten. Korrektur der Aberrationen: über dem Zaam- und den Fokus sie rungsbereich.

Fig. 1 zeigt sciiematisch ein mechanisch kompensiertes optisches System mit veränderbarer Vergrößerung, auf das die Erfindung anwendbar ist, und das im wesentlichen; von vorne nach- hinten in der Richtung, in. der das Licht vom der Objektseite in das optische System eintritt _reine erste Iiinsenkomparrenrte \ mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsenkompo-

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in) Kto. 3939844 Posträltdt

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nemfce 2 EoLt positiver Brechkraft aufweist,, die beide in umterschiedliciiLer Beziehung zueinander und zu einer Bildebene 3 axial bewegbar sind, in der mit kontinuierlich veränderbarer

Größe ein Bild eines Gegenstands gebildet wird _P der sich

in feststehender Entfernung vom System befindet« Dieses Objektiv mit veränderbarer Brennweite ist_f da es sieb, um ein Retrafokusabxektiv handelt, für die Konstruktion zvscl Vergrößern der Hinterem .Brennweite und des Bildwinkels vorteilhaft? . es ist deshalb für die Verwendung in einem Pftato— apparat und ebenso als Superweitwinkel-Zoomobj ektiv für eine Filmkamera und eine Fernsehkamera geeignet.

Bei der Fokussierung eines Varioobjektivs

der vorstehend genannten Art von einem unendlich weit entfernten Objekt zu einem nahen Objekt wird in einem besonderen Verfahren die erste Linsenkomponente t allein und unabhängig nach vorne axial verschoben. Bei dem Varioobjektiv, bei dent diese Fokussierungsmaßnahme für ein Objekt in einem endlichen Abstand durchgeführt wurde_r hat es sich jedoch gezeigt _c daß die stufenlose Verschiebung der ersten und der zweiten Komponente in einem gewissen Ausmaß eine Bildverschiebung nach sich zieht, die auf die Beeinflußung der Fokussierungsbewegung"der ersten Komponente auf die Zoom-Bewegung zurückzuführen ist. Obwohl der Betrag der Bildverschiebung üblicherweise so gering ist, daß er innerhalb der Tiefenschärfe liegt, läßt dieses herkömmliche Fokussierungsverfahren das Aberrations—Problem entstehen, das dann schwerwiegend wird_f wenn das Linsensystem auf eine extrem kurze Qbjektentfernung fokussiert wird. Diesem Aberrations-Problem wird im allgemeinen beim Aufbau eines Liiisensystems entgegengetreten, das zur Vergrößerung des Bildwinkels aus einer negativen vorderen und einer positiven hinteren Linsenkomponente besteht _r da der Astigmatismus mit einer Zunahme des axialen Luftabstands zwischen der vorderen und der hinteren Komponente vergrößert wird und in hohem Ausmaß eine überkorrektur der Bildfeldwölbung ergibt. In Varioobjektiven der beschriebenen Art erzeugt deswegen die Vorwärtsbewegung der ersten Linsentkomgonente 1 für die Fokussierung auf kürzere Objektentfernungen eine Zunahme des axialen Luftabstands zwischen der ersten

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Komponente 1 und der zweiten Komponente 2, was bei deren Brennweitenverstellung eine vergrößerte Änderung des Astigmatismus ergibt. Dies gilt, wenn auch in geringerem Ausmaß, auch für ein anderes Fokussierungsverfahren, bei dem alle Steuerkomponenten für die Brennweitenverstellung, nämlich die Komponenten 1 und 2, gemeinsam relativ zu der Bildebene 3 axial verschoben werden, um eine Fokussierung zu bewirken. Sogar bei diesem letzteren Verfahren, ändert sich jedoch der Astigmatismus bei der Brennweitenverstellung in einem beträchtlichen Ausmaß, so daß die entstehende Bildfeldwölbung überkorrigiert wird.

Es ist bekannt, daß es zur Erreichung einer guten Stabilisierung des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung über den Fokussierungsbereich erforderlich ist, die folgenden Bedingungen zu erfüllen, die im Zusammenhang mit den folgenden Formeln für ein Objekt in endlicher Entfernung erläutert werden, die in Ausdrücken der Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung dargestellt sind.

III¹ = III - Q(V + II^S) + Q²I^S IV = IV - Q(V + II^s) + Q²I^S

Dabei ist

I : der Koeffizient der sphärischen Aberration

II : der Koma-Koeffizient
III: der Astigmatismus

IV : der Koeffizient der sagittalen Bildfeldwölbung

V : der Verzeichnungskoeffizient

I , II : die Aberrationskoeffizienten der Pupille Q : die Größe, die von der Objektentfernung vom Linsensystem abhängt.

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Wenn diese Formeln auf das Retrofokus objektiv ange-

2 s wandt werden, kann der letzte Ausdruck Q I vernachlässigt werden, da I fast Null ist, während der zweite Ausdruck Q (V + II ) einen endlichen Wert besitzt, der dann wichtiger wird, wenn die Objektentfernung vermindert wird, da, obwohl V üblicherweise positiv und II üblicherweise negativ ist, der absolute Wert von V geringer als der von II ist. Q ist negativ, so daß III¹ kleiner als III und IV¹ kleiner IV ist. Deshalb wird die Bildfeldwölbung für ein Objekt in endlicher Entfernung überkorrigiert. Die Erfordernis, die Änderung des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung bei der Fokussierung auf Null zu reduzieren, kann dann erfüllt werden, wenn der Faktor (V + II^s) Null ist. Bei einem Retro fokusobjektiv ist es jedoch unmöglich, die Bedingung II^s = O zu verwirklichen, da sich die Hauptebene vor der Pupillenebene befindet, so daß der Einfallswinkel eines paraxialen Pupillenstrahls größer als sein Austrittswinkel ist.

Gemäß dem Stand der Technik wurden deshalb gewöhnliche Objektive mit veränderbarer Vergrößerung vom Retrofokustyp zwangsläufig so konstruiert/äaß Astigmatismus und Bildfeldwölbung entstanden _# di_e J₃₆^ einer Fokussierung auf kurze Objektentfernungen deutlich bemerkbar waren. Dieser Nachteil wird überdies bei einer Vergrößerung der hinteren Brennweite verstärkt. Bei einem herkömmlichen Objektiv mit veränderbarer Vergrößerung, bei dem die Fokussierung an der vorderen Linsenkomponente durchgeführt wird, ist es schwierig, ein Abbildungsvermögen mit vollständiger gleichförmiger hoher Qualität sicherzustellen insbesondere, wenn ein weitwinkliges Bildfeld vorgesehen ist, da ein zunehmend großer Teil eines außeraxialen Strahlenbündels durch die Umfangskante der ersten Linsenkanponente abgedeckt wird, wenn die fokussierende vordere Komponente nach vorne bewegt wird. Aus diesem Grund ist es bisher schwierig gewesen, die Minimal-Objektentfernung zu verringern, für die eine Fokussierung dur ch fuhrb ar ist.

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Der Erfindung liegt: die ArEfgäbe zugrunde, ein optisches System mit veränderbarer Vergrößerung zu schaffen, das eine erste Linsenfcompanente mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsenkomponente mit positiver Brechkraft aufweist, und das die vorstehend genannten herkömmlichen Kachteile überwindet, die dann auftreten, wenn die Fokussierung durch eine unabhängige Verschiebung der ersten Iiinsenkomponente durchgeführt wird.

Om dies zu erreichen, ist die erste linsenkaraponercfce _in einen vorderen und einen hinterem Teil aufgeteilt, die beide zur Fokussierung so beweglich sind, daß ein axialer Luftabstand zwischen dem vorderen unä. dem. hinteren Teil ^²- der Vorwäxtsversehiebung der ersten Iiinsenkomponente relativ zu der bei der Fokussierung stationären zweiten Iiinsenkomponente oder umgekehrt, wenn der¹ vordere und der hintere Teil gleichmäßig in der gleichen. Richtung bewegt werden, fast linear .vermindert wird wodurch es möglich wird, eine Fokussierung bis herab zu sehr kurzen Objekterttfernungen zu erreichen, ohne daß eine speziell auf d.&n Ästigpatismus zurückzuführende Verschlechterung der Bildqualität verursacht wird, und auch einen vergrößerten Bildwinkel bei kleinstem Durchmesser der ersten Linsenkoinponente zu schaffen, während ein Verlust an Lichtintensität in den äußeren Bereichen des Bildes im Vergleich mit dem mittleren Bereich sogar bei vollständig offener Blende noch verhindert wird.

Gemäß einem Äusfühnmgsfoeispiel der Erfindung besitzt der hintere Teil der negativen vorderen ersten Linsenkomponente eine negative Brechkraft j der Absolutwert der Brennweite des vorderen Teils ist weit größer als der Absolutwert der Brennweiten des hinteren Teils und der zweiten Linsenkomponenten. Bei besonderen Äusführungsbeispielen der Erfindung weist der vordere Teil der ersten Linsenkomponente mindestens eine negative Linse und eine positive Linse auf_r wobei die hinterste

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Linse im vorderen Teil eine positive Brechkraft besitzt.

Die Erfindung bezieht sich deshalb insbesondere auf eine für die Fokussierung bewegbare zweiteilige erste Linsenkomponente, wobei die Linsenelemente so konstruiert und angeordnet sind, daß sowohl mit der Fokussierung als auch mit der Brennweitenverstellung eine gute Stabilisierung von Astigmatismus und Bildfeldwölbung sogar in einem Bereich von extrem kurzer Objektentfernung erreicht werden kann, ohne daß beim Fokussieren eine unzulässige Zunahme der anderen Aberrationen xsmä. eine Änderung der Brennweite des gesamten· Linsensystems verursacht werden, die beide andererseits bei einer Fokussierung des gesamten Linsensystems für unterschiedliche Objektentfernungen daher stammen würden, daß der vordere und der hintere Teil in unterschiedlicher Beziehung zueinander in gleicher Richtung bewegt werden, wodurch der zwischen iimen begrenzte Luftabstand verändert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an Atisführungsbeispie len näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem übersichtsscheiae den Aufbau und die Anordnung der vereinfachten wesentlichen Teile eines optischen Systems asifc veränderbarer Vergrößerung in einer Weitwinkel- und in einer

Telestellung, bei dem die Erfindung anwendbar ist ;

Fig. 2 zeigt geometrische Anordnungen, von denen angenommen wird, daß sie ein vollständig gleichförmiges Abbildungsvermögen sicherstellen, wobei der Durchmesser der vorderen Idrtsenkomponente auf den kleinsten Wert begrenzt ist_f und wobei angenommen wird, daß das Linsensystem der Fig. 2A und 2B die Fokussierung geiaSS dem Stand der Technik durchführt, und daß das Linsensystem der

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Fig. 2A und 2C eine erfindungsgemäße Fokussierung durchführt;

Fig. 3 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei einer Fokuseinstellung auf unendlich, wobei in Fig. 3A das Objektiv in einer Weitwinkelstellung, in Fig. 3B in einer Zwischenstellung und in Fig. 3C in der Telestellung dargestellt ist;

Fig. 4A,4B und 4C zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs nach Fig. bei einer Fokuseinstellung für ein unendlich weit entferntes Objekt und bei einer Einstellung in die Weitwinkel-,Zwischen- bzw. Telestellung;

Fig. 5 zeigt ein der Fig. 3 ähnliches Schnittbild , mit dem Unterschied, daß die Fokussierung für eine extrem kurze Objektentfernung durchgeführt wird, die einer Vergrößerung von -O,O777 in der Weitwinkelstellung entspricht;

Fig. 6A, 6B und 6C zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs nach Fig. bei einer Fokuseinstellung in den in Fig. dargestellten Stellungen;

Fig. 7 zeigt ein Schnittbild eines herkömmlichen Varioobjektivs, das bei einer Fokuseinstellung auf unendlich in Konstruktion und Aufbau dem Objektiv nach Fig. 3 ähnlich ist, sich aber davon unterscheidet, wenn es in der in Fig. dargestellten Stellung fokussiert ist;

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Fig. 8A, SB und 8C zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs nach Fig. 7;

Fig. 9 zeigt ein Schnittbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei einer Fokuseinstellung auf eine unendliche Objektentfernung, wobei das Objektiv in Fig. 9A in einer Weitwinkelstellung, in Fig. 9B in einer Zwischenstellung und in Fig. 9C in der Telestellung dargestellt ist;

Fig. 1OA, 1OB und 1OC zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs nach Fig. 9 bei einer Fokuseinstellung für ein unendlich weit entferntes Objekt in der Weitwinkelstellung, Zwischenstellung und Telestellung;

Fig. 11A, 11B und 11C zeigen Schnittbilder, die denen der . Fig. 9 ähnlich sind, sich aber dadurch unterscheiden, daß die Fokussierung für eine extrem kurze Objektentfernung durchgeführt wird, die in der Weitwinkelstellung einer Vergrößerung von -0,0750 entspricht;

Fig. 12A, 12B und 12C zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs der Fig. 9 bei der in Fig. 11 dargestellten Stellung;

Fig. 13 zeigt ein Schnittbild eines herkömmlichen Varioobjektivs, das in Konstruktion und Anordnung dem Objektiv der Fig. 9 bei einer Fokuseinstellung für eine unendliche Objektentfernung ähnlich ist, sich aber davon unterscheidet, wenn es in der in Fig. 11 dargestellten Stellung fokussiert ist;

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Fig. 14A, 14B und 14C zeigen graphische Darstellungen von Aberrationen des Objektivs nach Fig. 13.

In Fig. 2 ist ein Vorentwurf für ein optisches System mit veränderbarer Vergrößerung dargestellt, das eine erste Linsenkomponente 1 mit negativer Brechkraft ^und eine zweite Linsenkomponente 2 mit positiver Brechkraft aufweist, wobei die Fokussierung nur an der ersten Linsenkomponente 1 vorgesehen ist. In der Fig. 2A ist die auf unendlich fokussierte Stellung der ersten Linsenkomponente 1 relativ zu der zweiten Linsenkomponente 2 dargestellt, die beim Fokussieren stationär bleibt, wobei ein schräg einfallendes Strahlenbündel L₂, das die gleiche endliche Apertur wie ein axiales Strahlenbündel L1 aufweist, auf die erste Linsenkomponente 1, deren Gesamtdicke ^ beträgt, unter einem maximalen Neigungswinkel in Bezug zur optischen Achse einfällt und die Bildebene 3 erreichen kann, in der über ein Gesichtsfeld gegebenen Ausmaßes ein zufriedenstellendes Bild erzeugt wird. Wenn das Linsensystem für eine extrem kurze Objektentfernung fokussiert wird, indem die erste Linsenkomponente 1 nach vorne bewegt wird, ohne daß, wie beim Stand der Technik, die Dicke der ersten Linsenkomponente 1 verringert wird, fällt bei dem Beispiel nach Fig. 2B ein Bruchteil von nur ungefähr einer Hälfte des schräg einfallenden Strahlenbündels L., das die gleiche Apertur wie das axiale Strahlenbündel L-, besitzt, auf die wirksame Fläche der ersten Linsenkomponente 1, so daß ein Abfallen in der Helligkeit gegen den Rand des beleuchteten Feldes auftritt, wenn das optische System bei voll geöffneter Apertur verwendet wird, die durch eine Blende S definiert ist. Bei dem optischen System der Fig. 2A und 2B, bei dem angenommen ist, daß es für die Fokussierung in bekannter Weise arbeitet, ist es deshalb erforderlich, den Durchmesser der ersten Komponente 1 auf ein solches Ausmaß zu vergrößern, daß das Bild in der Bildebene 3 über das gesamte Gesichtsfeld eine ungefähr gleichförmige Helligkeit aufweist. Dieses Erfordernis wird dann schwerwiegend, wenn das Ausmaß des Gesichtsfelds bis zum Superweitwinkel-Feld vergrößert wird.

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Gemäß dem Stand der Technik ist es deswegen schwierig gewesen, ein optisches Objektiv vom Zoom-Typ mit vergrößertem Bildwinkel zu schaffen, während das Gewicht und das Ausmaß der für die Fokussierung bewegbaren ersten Linsenkomponente in leicht handzuhabenden Proportionen mit dem vollständigen Objektiv gehalten wurden.

Erfindungsgemäß ist die erste Komponente 1 mit einen veränderbaren Luftabstand versehen, der sich innerhalb eines speziellen Anordnungsbereichs befindet, so daß sich, wenn die Fokuseinstellung des optischen Systems von einer unendlichen Objektentfernung zu einer extrem kurzen Objektentfernung geändert wird, indem die erste Komponente 1 nach vorne bewegt wird, die Dicke der ersten Komponente 1 von "d" auf "d¹" vermindert, wie es in den Fig. 2A und 2C dargestellt ist, wodurch ein unter einem maximalen Neigungswinkel schräg einfallendes Strahlenbündel L_g, das die gleiche Apertur wie ein axiales Strahlenbündel L₅ besitzt, durch die erste Komponente 1 und durch die Öffnung der Blende S bis zu der Bildebene 3 hindurchtreten kann.

Die Anordnung eines solchen veränderbaren Luftabstands in der ersten Komponente 1 muß unter Berücksichtigung der folgenden Erfordernisse bestimmt werden. Der Hauptfaktor für die Verschlechterung der Bildqualität durch die Fokussierungsbewegung der ersten Komponente 1 nach vorne ist die Überkorrektur der Bildfeldwölbung, die in einem größeren Ausmaß verstärkt wird, wenn das optische System in den Weitwinkel- -bereich verstellt wird. Um ein Abbildungsvermögen mit vollständig gleichförmiger hoher Qualität über den gesamten Bildbereich sicherzustellen, sogar wenn das optische System bis herab zu sehr kurzen Objektentferungen fokussiert wird, ist es deshalb erforderlich, daß diese überkorrigierte Bildfeldwölbung kompensiert werden muß, ohne daß andere Aberrationen, wie beispielsweise sphärische Aberrationen, Koma und Verzeichnung beeinflußt werden. Eine Lösung für diese Kompensierung b'esteht darin, daß die Stelle des vorstehend genannten Luftabstands auf einen solchen Ort beschränkt wird, daß die Ein-

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fallshöhe ϊϊ eines schräg einfallenden Bündels von paraxialen Pupillenstrahlen an der Stelle des Luftabstands absolut gesehen größer ist, wenn die Weitwinkelstellung eingestellt ist, als in der Telestellung. In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert, daß der Wert h fast linear mit der Änderung der Brennweite des gesamten optischen Systems verändert wird, um bei der Brennweitenverstellung die Stabilisierung der Aberrationen zu unterstützen. Eine weitere Erfordernis liegt darin,daß wenn ein axiales Strahlenbündel mit einem Winkelausmaß von einem auf der optischen Achse des Linsensystem liegenden Objektpunkt durch den vorstehend erläuterten Luftabstand hindurchtritt, wobei seine Strahlen in bezug zu der optischen Achse unter Winkeln geneigt sind, die Stelle des Luftabstands so eingestellt werden muß, daß die Winkel auf ein Minimum reduziert werden können. Wenn diese Erfordernisse erfüllt sind, führt die Änderung des Luftabstands mit der Fokussierung nicht zu einer Änderung der axialen Aberrationen^ beispielsweise der sphärischen Aberration, aber zu der Konzentrierung der Korrektur der Aberration schiefer Bündel, die bei einer Brennweitenverstellung in die Weitwinkelstellung auftritt, wodurch die Bildfeldwölbung und der Astigmatismus vorteilhaft kompensiert werden können; auch die Brennweite des gesamten optischen Systems ändert sich nicht beim Fokussieren. Wenn sich der veränderbare Luftabstand an anderer Stelle befindet, wird die Bildqualität im mittleren Bildbereich verringert werden; ferner wird die Änderung der Aberrationen bei der Brennweitenverstellung auf ein sehr hohes Ausmaß vergrößert.

Das erfindungsgemäße optische System mit veränderbarer Vergrößerung weist eine erste Linsenkomponente mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsenkomponente mit positiver Brechkraft auf, die während des Fokussierens stationär bleibt, wobei sowohl die erste wie auch die zweite Komponente für eine Brennweitenverstellung bewegbar ist, und die erste Komponente in ein vorderes und ein hinteres Teil unterteilt ist, von denen

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das hintere Teil eine negative Brechkraft aufweist, und wobei beide, jedoch in unterschiedlicher Beziehung zueinander^ für die Durchführung der Fokussierung axial bewegbar sind, um unterschiedlichen Objektpositionen zu genügen; das erfindungsgemäße Objektiv erfüllt die folgenden Anforderungen:

(1) -3,0 ^K —i- ^< -1,17

(2) 0,54 ^< —— ^< 1,5

(3) 0_t04f_w ^< d * 0,3f_w

(5) ^¹W hm j und h ist eine monoton abnehmende Funktion der Brenn weite des gesamten Linsensystems .

Dabei sind:

f : die kürzeste Brennweite des gesamten Linsensystems f.. : die Brennweite der ersten Linsenkomponente : der axiale Luftabstand zwischen der ersten und der zweiten Linsenkomponente, der dann auftritt, wenn das System auf seine kürzeste Brennweite (Weitwinkelstellung) bei einem unendlich weit entfernten Objekt eingestellt ist

f₁ : die Brennweite des vorderen Teils der ersten Linsenkomponente , und

h : der Mittelwert der Einfallshöhen eines schräg einfallenden Bündels paraxialer Pupillenstrahlen auf

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die vordere und hintere reflektierende Grenzfläche des zwischen dem vorderen und dem hinteren Teil der ersten Linsenkomponente definierten Luftabstands, wobei die Indices, w und T die Positionen bei kürzester bzw. längster Brennweite bezeichnen.

Die Bedingungen (1) _una (2) beziehen sich auf die Verteilung der Brechkraft zwischen der ersten und der zweiten Linsenkomponente. Wenn die obere Grenze der Bedingung (1) verletzt ist, ist es schwieriger, eine hohe Güte der Korrektur der unterschiedlichen Aberrationen und insbesondere der Verzeichnung über den ganzen Bereich der Brennweitenverstellung zu erreichen. Wenn die untere Grenze verletzt ist, können Gewicht und Ausmaß des vollständigen Linsensystems nicht klein gehalten und in leicht handzuhabenden Proportionen gehalten werden, obwohl die Korrektur der Aberration vereinfacht wird. Die obere Grenze der Bedingung (2) ist hinsichtlich einer möglichen Verkleinerung der Gesamtabmessungen des Linsensystems festgelegt, während die unter Grenze zur Schaffung eines annehmbaren Vergrößerungsbereichs bestimmt ist.

Die Bedingung (3) erleichtert die Lösung von Aberrationsproblemen, die dann auftreten, wenn das Linsensystem für ein unendlich weit entferntes Objekt fokussiert ist. Man hat herausgefunden, daß die erste Linsenkomponente wegen ihrer negativen Brechkraft in bescheidenem Maße zur Erzeugung einer positiven sphärischen Aberration, eines negativen Koma und eines positiven Astigmatismus beiträgt. Diese Aberrationen können durch ^Verwendung einer positiven Linse oder von positiven Linsen kompensiert werden, die auf der Objektseite des für die Fokussierung veränderbaren Luftabstands angeordnet sind, wodurch sie durch jene Aberrationen ausgeglichen werden, die durch die positive Linse oder die positiven Linsen eingeführt werden. Wenn die untere Grenze der Bedingung (3) verletzt ist, kann die konvergierende Wirkung der positiven Linse nicht voll zur Wirkung gebracht werden, so daß ein schwieriges Problem des

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Ausgleichens restlicher Aberrationen auf dem gesamten Brennweitenbereich geschaffen wird. Wenn der obere Grenzwert überschritten ist, entsteht eine Überkompensation für die sphärische Aberration, das Koma und den Astigmatismus.

Die Bedingung (4) und (5) sind dargelegt, um eine gute Stabilisierung der Aberrationen beim Fokussieren zu erreichen. Von diesen Bedingungen betrifft die Bedingung (4) die Auswahl desjenigen der Luftabstände in der ersten Linsenkoniponente , der unter der Bedingung veränderbar gemacht werden kann, daß die Strahlen eines axialen Bündels von einem auf der optischen Achse liegenden Objektpunkt durch den ausgewählten Luftabstand fast parallel zu der optischen Achse gelangen. Wenn die erste Linsenkomponente nach vorne bewegt wird, um eine Fokussierung für kürzere Objektentfernungen zu bewirken, wird der ausgewählte Luftabstand in fast linearer Beziehung relativ zu der Vorwärtsbewegung der ersten Komponente in axialer Richtung verringert. Während dieser Fokussierung wird die Kompensierung nur für die Bildfeldwölbung durchgeführt, vorausgesetzt, daß die Bedingung (4) erfüllt ist.

Die Bedingung (5) ist dargelegt, um den Korrosionszustand der Aberrationen sicherzustellen , der unter den Bedingungen (1) und (2) erreicht wurde, unabhängig von der Einführung der Fokussierungsbewegung der ersten Komponente auf die Bewegung der Brennweitenverstellung der ersten und der zweiten Komponente mit gleichzeitiger Änderung des Luftabstands in der ersten Komponente. Da der Absolutwert der Einfallshöhe eines schräg einfallenden Bündels von paraxialen Pupillenstrahlen am veränderbaren Luftabstand mit fast konstanter Rate mit der Zunahme der Brennweite des gesamten Linsensystems vermindert wird, kann die Fokussierung bis herab zu einer extrem kurzen Objektentfernung durchgeführt werden, während der Korrektionszustand der Aberrationen über den gesamten Vergrößerungsbereich noch außerordentlich gut bleibt, was auf der Tatsache beruht, daß die Aberrationen bei der Fokussierung in fast linearer Beziehung zum Grad der Bewegung der ersten Komponente verändert werden, die andererseits so konstruiert ist, als hätte sie

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keinen veränderbaren Luftabstand in sich. Die Linearität der Veränderung der axialen Dicke des Luftabstands mit dem Ausmaß der Bewegung der ersten Komponente relativ zu der zweiten Komponente macht es durchführbar, einen sehr einfach aufgebauten Fokussierungsmechanismus zu verwenden.

Gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann der vordere Teil der ersten Linsenkomponente so aufgebaut werden, daß er mindestens eine negative Linse und eine positive Linse aufweist, wobei die hinterste Linse eine positive Brechkraft besitzt. Zwei zweckmäßige praktische Beispiele des erfindungsgemäßen optischen Systems mit veränderbarer Vergrößerung, die in den Fig. 3 und 9 dargestellt sind, können gemäß den in den Tabellen 1 bzw. 2 gegebenen numerischen Daten konstruiert werden; in den Tabellen ist R der Krümmungsradius, D die axiale Dicke bzw.der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Flächen, N der Brechungsindex der verschiedenen Linsen für die spektrale D-Linie des Natriums und V die Abbesche Zahl; die Zählweise der Indices erstreckt sich von vorne nach hinten. Negative Werte der Radien R bezeichnen Flächen, die'konkav nach vorne sind.

Die gemäß den Daten der Tabelle 1 erreichte Aberrationskorrektur des erfindungsgemäßen Objektivs der Fig. 3 und 5 ist in den Fig. 4 bzw. 6 dargestellt; sie tritt dann auf, wenn das Objektiv für ein unendlich weit entferntes Objekt bzw. für ein nahes Objekt in einer Entfernung fokussiert ist, die einer Vergrößerung von -0,0777 in der Stellung mit der kürzesten Brennweite oder der Weitwinkelstellung entspricht. Unter Vergleich des Objektivs nach Fig. 3 mit dem Objektiv nach Fig. 5 soll festgestellt werden, daß der Luftabstand d4 während des Fokussierens verändert wird. Die Verbesserung des Objektivs der Erfindung bezüglich des Abbildungsvermögens mit gleichförmig hoher Qualität kann durch Vergleich der Aberrationskürven mit denen des herkömmlichen Objektivs der Fig. 7 leicht verstanden werden, das in Übereinstimmung mit

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den gleichen Daten der Tabelle 1 aber ohne veränderbaren Luftabstand in der ersten Komponente konstruiert ist. Fig. 8 zeigt Aberrationskurven des herkömmlichen Objektivs der Fig. 7. Aus Fig. 6 und 8 sieht man, daß die Bildqualität an den äußeren Bildbereichen stark verringert ist, wenn die erfindungsgemäße Fokussierung nicht vorhanden ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs ist in den Fig. 9 und 11 für Linsenkonfigurationen dargestellt, wenn die Fokussierung für ein unendlich weit entferntes Objekt bzw. für ein nahes Objekt in einer Entfernung eingestellt ist, die einer Vergrößerung von -0,0750 entspricht; in den Fig. 10 und 12 sind die entsprechenden Aberrationskurven dargestellt. Ein herkömmliches Objektiv mit den gleichen Daten der Tabelle 2, das jedoch keine erfindungsgemäße Fokussierung aufweist, ist in der Fig. 13 mit einer Linsenkonfiguration dargestellt, wenn die Fokussierung für ein nahes Objekt in einer Entfernung eingestellt ist, die einer Vergrößerung von - 0,0750 entspricht; Fig. 14 zeigt die entsprechenden Aberrationskurven.

Die Erfindung schafft somit ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite, das eine vordere Linsenkomponente mit negativer Brechkraft und eine hintere Linsenkomponente mit positiver Brechkraft aufweist, wobei ein axialer Luftabstand zwischen beiden Komponenten für die Brennweitenverstellung veränderbar ist. Die erste Komponente ist unabhängig von der hinteren Komponente für die Fokussierung bewegbar und mit einem, in ihr begrenzten veränderbaren Luftabstand ausgestattet, um die Fokussierung bis herab zu kurzen Objektentfernungen zu erleichtern, während eine Abbildung hoher Güte für ein nahes Objekt über den gesamten Bereich der Brennweitenverstellung beibehalten wird und eine gute Gleichförmigkeit der Bildqualität über den gesamten Abbildungsbereich sogar bei voll geöffneter Blende sichergestellt wird.

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- 17 Tabelle 1

f - 1.0 - 1,446 f-zahl: P/3,5 Bildwinkel: 43° - 31,7°

No.	1	R	D	N	Ι,72342	V	38,0
2	3,2115	(Asphärisch) 0,095	N s		Vl"
3	1,1.852	0,5181		1,61293		37,0
4	-15,4421	0,3173	JJ S		V2-
5	-3,0004	Veränderbar		1,77250		49,7
6	-6,8545	0,0826	JJ «	1,71736	V3-	29,5
7	0,9439	0,1545	N **		V4-
8	1,2252.	0,2483		1,64769		33,8
9	1,4981	0,1735	N5 »		V **
10	7,7341	Veränderbar		1,60729		59,4
11	6,7011	0,1025	N6 «		V6-
1 12	-2,7381	0,0041		1,60311		60,7
13	1,0158	0,1917	N7 -	•	V7"
14	2,2543	0,2045
15	Blende	0,0620		1,60311		60,7
16	lr3796	0,2087	N8 =		7B-
17	-8,3856	0,0574		1,80518		25,4
18	-1,4125	0,0620	JJ St		V9"
19	1,0237	0,0946		1,70154		41,1
20	1,0330	0,0203	^Ο-		vio-
-0f9233	(Asphärisch)

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Linsenabstand bei der Blendenweitenverstellung (Objekt im Unendlichen)

f	d9
h	0^847
1,157	0,518
1,446	0,999

Linsenabstand bei der Fokussierung (Weitwinkelstellung)

Vergrößerung

0,1322 -0,0777 0,021

Gleichung der asphärischen Flächen R1 und R2O:

k /^ ο Ii f\

X - + AiT + Bh^H + Ch° + Dh

i. +A - C-⁵-

Berechnungskonstanten für R1: R β 3_f2115

A » 0

B - 8,3 χ 10~³ C = ^»,8 χ 10"*·- D » 0

Berechnungskonstanten für P20^R " ~0_f9233

A»0
_ B « 6 x 10~²⁰ D=O

709810/092§ c --2,0 Χίο'²

f - 1,0 - 1,3957 F/3,5

Bildwinkel:

- 31,V

No.

1	3,2470	(Asphärisch) 0,0944	N1-	N5 -	1,62299	V1- 58,2
CM	1,0209	O;3799
3	3,1130	0,1567	N2 -	N6 *	1,64769	V2- 33,8
4	6,4607	Veränderbar
5	6,6371	0,0784	N3 -		1,60311	V3- 60,7
6	0,8955	0^2023		N7-
7	1,0039	0,1731	N4 -		1,74400	V4- 44f8
8	1,7733	Veränderbar	Ng -
9	2,2349	0f0915		1,60311	V5- 60,7
10	20,7110	0^0123	N9 -
11	1,3610	0.1108	Nioe	1,60311	V5- 60,7
12	6,4370	0,1494
13	" Blende	0,1272	Nii-
14	2,5071	Ojl567		lf60311	V7- 60,7
'"15	-2,0822	0,0800
16	-0,8254	' 0,0981	1,62004	V8- 36,3
17	1,5565	0,0821
18	-2r4972	0,0410	1,80518	V9- 25,4
19	6^5140	0,1231	1,71300	Vi0-5V
20	-0,9081	0,0082
21	-5f985O	0f l;096	1,80610	V »ΊΟ 9
22	-l;604

709810/0929

Linsenabstand bei der Fokussierung (Weitwinkelstellung)

Vergrößerung

0 0,1621 -0,0750 0,0123

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung (Objekt im Unendlichen)

d8

1,0 O_f84ll

1,3957 0,0985

Berechnungskonstanten für die asphärische Fläche R1

R » 3,3^70

A « 0 ·

B *= 3,2 χ 10""²

C «-l_f83 x 10"³

D ■ 4,1 χ 10"³

709810/0929

Claims (4)

B 7614 Patentansprüche

1. Optisches System mit veränderbarer Vergrößerung, das eine erste Linsengruppe mit negativer Brennweite und eine zweite Linsengxuppe aufweist,, die eine positive Brennweite besitzt und eine Blende trägt _r wobei ein axialer Luftabstand zwischen der ersten Linsengruppe -und der zweiten Linsengruppe verändert wird, um eine Ünderung der Brennweite des gesamten optischen Systems zu bewirken _f and die erste Linsengoippe bewegt wird,, um eine Fokussierung zu. bewirken,, dadurch gekennzeichnet f daß in _sder ersten Linsengruppe ein

Luftabstand Cö^-ί vorgesehen ist_r dessen axiale Dicke proportional zum Ausmaß der Fokussierungsbewegung der ersten Linsengruppe verändert wird.

2. System nach Anspruch 1_r dadnirch gekennzeichnet _r daß die erste Linsengrnippe diarch den LMftabstand. (Ώ4} in einen vorderen Teil land in einen hinteren Teil aufgeteilt ist, der eine negative Brennweite besitzt,, und daß der Absolutwert der Brennweite des vorderen Teils großer " als die Brennweite des hinteren Teils und größer als- die Brennweite der zweiten Linsengruppe ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _r daß die vordere Linsengruppe mindestens eine positive und eine negative Linse besitzt.

4. System nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet _r daß die hinterste Linse der vorderen Linsengruppe eine positive Brecnkraft besitzt.