DE2649401A1 - Pankratisches kameraobjektiv - Google Patents

Description

Ing. Karl Voekenhuber, A-IlHO Wien, Pötzleinsdorferstraße 118 ₍ ^ ψ*

DDr. Raimund Häuser, A-1040 Wien, Goldeggasse 2/2/2/9 A ν 3 *-L Q |ί

Pankratisches Kameraobjektiv

Die Erfindung betrifft ein pankratisches Kameraobjektiv mit einem afokalen Vorsatz variabler Vergrößerung und einem Grundobjektiv fixer Brennweite, welcher Vorsatz ein erstes, positives Frontglied aufweist, dem ein zweites und drittes negatives Glied und schließlich ein viertes, positives Glied folgt, wobei zur Änderung der Gesamtbrennweite das zweite, dem positiven Frontglied benachbarte negative Glied längs der optischen Achse verschiebbar ist und das dritte, negative Glied die zur Konstanthaltung der Bildlage erforderliche Ausgleichsbewegung ausführt, während die hinter dem dritten Glied austretenden Strahlenbündel divergierend sind und der Objektabstand a^™ bzw. der Bildabstand b_TT_, des zweiten, negativen Gliedes in der Einstellung auf maximale Gesamtbrennweite und der Objektabstand a^,™. bzw. der Bildabstand b_{n vw} dieses Gliedes in der Einstellung auf minimale Gesamtbrennweite folgender Bedingung genügt:

~^bIIT

Bei herkömmlichen Objektiven dieser Art hat es Schwierigkeiten bereitet, die mechanischen Abmessungen, nämlich sowohl die Gesamtbaulänge als auch den Durchmesser der dem Objekt zugekehrten Frontlmsengruppe zu verkleinern, ohne an Leistung zu Verlierer

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Im österreichischen Patent Nr. 317.576 wird aufgezeigt, welche Faktoren die Größe von Gesamtbaulänge und Frontlinsendurchmesser vor allem bestimmen und welche konstruktiven Maßnahmen zur Reduktion dieser Abmessungen führen können. Bei einer Steigerung der Objektivleistung bezüglich Lichtstärke und/oder Dehnungsfaktor (worunter das Verhältnis von f : f. verstanden wird) ist ein schnelles Anwachsen der Gesamtbau länge und des Frontlinsendurchmessers zu beobachten.

Die maximale Beanspruchung des Frontlinsendurchmessers ergibt sich auf Grund der objektseitig relativ großen Durchmesser der schiefen, dem Bildrand zustrebenden Strahlenbündel in der Einstellung des Objektivs auf die längste Gesamtbrennweite. Eine Beschneidung dieser Strahlenbündel kann jedoch nur in dem Maße erfolgen, als der Abfall der Lichtstärke am Bildrand in vertretbaren Grenzen bleibt. Ziel der Erfindung ist Schaffung eines Objektivs der eingangs beschriebenen Art mit mögliehst kleinem Durchmesser der Frontlinsengruppe, um einerseits eine kostensparende Fertigung des Objektivs und andererseits eine bequeme Handhabung einer auf diese Weise in ihren Abmessungen reduzierten Kamera sicherzustellen.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, daß eine den freien Durchmesser des dritten, negativen Gliedes in jeder Gesamtbrennweiteneinstellung bestimmende Blende, beispielsweise die mechanische Fassung dieses Gliedes, eine Öffnung aufweist, die dem Durchmesser des auf dieses Glied fallenden, auf das Frontglied achsparallel auftreffenden Strahlenbündels in der Einstellung auf minimale Gesamtbrennweite entspricht.

Der daraus resultierende Lichtverlust in der Bildmitte des pankratischen Objektivs in seiner Telestellung gegenüber der Weitwinkelstellung kann ohne weiteres toleriert werden, solange er weniger als eine Blendenstufe beträgt. Schon bei dieser geringfügigen Abblendung läßt sich eine deutliche Reduktion der Durchmesser der Frontlinsengruppe gegenüber Durchmessern, die sich bei konstanter Lichtstärke in der Bildmitte ergeben, beobachten, wenn man gleiche Verhältnisse bezüglich des Lichtabfalles von der Bildmitte zum Bildrand in der Telestellung voraussetzt.

Zusätzlich zu den Vorteilen der für den Benutzer bequemen, leichten und kom-

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pakten Bauweise und der wesentlich billigeren Fertigungsmögliehkeit durch Verwendung eines kleineren Preßlingsdurchmessers, weist ein der Erfindung entsprechendes Objektiv im Telebereich eine Steigerung der Tiefenschärfe auf, da ja der Schärfentiefenraum der Blendenzahl verkehrt proportional ist. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich an Hand der Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Die Fig.l und 2 zeigen an Hand eines Schemas bei bekannten Objektiven die Lagen der Linsenglieder in den einzelnen Brennweiteneinstellungen und den jeweiligen Verlauf der achsparallel einfallenden Strahlenbündel. Die Fig. 3 zeigt im selben Schema den Strahlenverlauf bei einem erfindungsgemäßen Objektiv. Die Fig. 4 und 5 zeigen im Linsenschnitt konstruktive Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Objektivs.

In Fig.l ist ein Kameraobjektiv, vorzugsweise für das Super-8-Format, dargestellt, das aus einem Vorsatz variabler Vergrößerung oder variabler Brennweite und einem Grundobjektiv fixer Brennweite oder fixer Vergrößerung besteht. Der Vorsatz weist ein erstes, positives Frontglied 1 auf, dem ein zweites und ein drittes negatives Glied 2, 3 und schließlich ein viertes, positives Glied 4 folgt, wogegen das Grundobjektiv aus einem positiven Glied 5 besteht.

Wie bereits erwähnt, dient die Verschiebung des zweiten, negativen Linsengliedes 2 zur Variation der Gesamtbrennweite des pankratisches Objektivs, während die Verschiebung des dritten, negativen Linsengliedes 3 die Konstanthaltung der Bildlage bewirkt. Dabei kann die Bewegung des zweiten Linsengliedes 2 als frei wählbar angesehen werden, wobei die Bewegung des dritten Linsengliedes 3 jedoch in Abhängigkeit von der des zweiten, negativen Linsengliedes erfolgen muß. Es gibt also theoretisch unendlich viele und praktisch eine große Vielzahl von Möglichkeiten, die beiden Linsenglieder abhängig voneinander zu verschieben.

Häufig wird das zweite, negative Linsenglied 2 derart geführt, daß seinVergrößerungsmaßstab in der Telestellung des pankratischen Objektivs ( vgl. Fig. IE) den reziproken Wert des Vergrößerungsmaßstabes in der Weitwinkel stellung ( Fig. IA) annimmt, nämlich

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¹³HWW

und daß

^bnww

worin a„ bzw. b^ den Objektabstand bzw. den Bildabstand des zweiten, negativen Linsengliedes in Weitwinkel-, bzw. Telestellung des pankratischen Objektivs bedeuten. Ih einer mittleren Einstellung ( Fig.IC) gilt

⁸II ⁼ - ^bn

ß = — 1

dabei fuhrt die Kompensationsbewegung das dritte, negative Linsenglied 3 aus seiner Ausgangsstellung, das sie in der Weitwinkelstellung des pankratisches Objektivs einnimmt, über eine maximale Entfernung vom vierten, positiven Linsenglied, die bei ß_ = - 1 erreicht wird, wieder in die Ausgangslage zurück, derart, daß

⁸H[WW

^bmww^{= b}nrr
^ßmww" ^ßnrr

worin a™ , b™ bzw. ß„ den Objektabstand, Bildabstand bzw. Abbildungsmaß stab des dritten, negativen Linsengliedes in Weitwinkel-, bzw. Telestellung des pankratischen Objektivs bedeuten (vgl. Fig. Ie). Bei über den gesamten Brennweitenbereich hin konstantem Öifaungsverhältnis des Gesamtobjektivs wird das dritte, negative Linsenglied von den Strahlen des achsparallel einfallenden Bündels in Weitwinkel stellung und Telestellung gleich hoch getroffen, hat also in diesen beiden Extrem Stellungen das gleiche Öffnungsverhältnis:

^Bmww ^{= Β}ΐπτ

worin I_n-

^2hm

nämlich das Verhältnis zwischen der Brennweite f—- des dritten, negativen Linsengliedes und seinem freien Durchmesser 2h™ ist« Diesem symmetrichen Bewegungsablauf entspre-

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chend sind z.B. die Objektive nach Oe-PS 317.576 und nach Oe-PS 316.891, Beispiel 1 aufgebaut.

Das zweite, negative Linsenglied kann aber auch in der Weise geführt werden, daß abweichend von der Symmetrie

HT

^bnww τ

¹³IIWW ι
wird ( vgl. Fig. 2). Auch in diesem Falle wird zwischen den Extrem Stellungen ( Fig. 2A, 2E) eine Stellung (Fig. 2C) erreicht, in welcher

³Ii - ""π

wird. Erfolgt die Abweichung von der Symmetrie in der Richtung, daß

^aIIWW

^bHWW

dann nimmt der Abstand d™. zwischen dem dritten, negativen Linsenglied 3' und dem vierten, positiven Linsenglied 4' in der Weit winkel stellung des pankratischen Objektivs (Fig. 2A) einen anderen Wert an, als in der Telestellung ( Fig.2E), nämlich

^dinww / ^dnrr.

Daraus ergibt sich für die dritte, negative Linsengruppe in der Telestellung ein durch das achsparallel einfallende Strahlenbündel bestimmter größerer Durchmesser als in der Weitwinkelstellung, wenn für das Gesamtobjektiv ein über den ganzen Brennweitenbereich hin konstantes Öffnungsverhältnis vorausgesetzt wird:

^Bniww /" ^Bnrr *

Derartige Objektive sind aus der DT-OS 2,164.937 und aus der Fr-PS 1,459.076 bekannt geworden.

Die Fig. 3 zeigt nun ein Objektiv gemäß der Erfindung, wobei in der Telestellung des Objektivs der Durchmesser der rotationssymmetrischen Bündel, die die Abbildung auf

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der optischen Achse vermitteln, durch eine Blende 6 reduziert sind, um das Verhältnis der Lichtstärke am Bildrand zur Lichtstärke in der Bildmitte zugunsten des Bildrandes zu beeinflussen. In der in Fig. 3E dargestellten Telestellung des Objektivs ist in strichpunktierten Linien der Strahlenverlauf des von der Blende 6 nicht beeinflußten und in vollen Linien des von der Blende 6 beeinflußten Objektivs gezeigt. Es wird dabei klar ersichtlich, daß der Durchmesser der Frontgruppe im wesentlichen reduziert werden kann. Da die Frontgruppe nicht nur aus Linsen mit den größten Durchmessern sondern gewöhnlich auch aus den meisten Linsen aufgebaut ist, geht diese Durchmesserreduzierung wesentlich in die Kosten, aber auch in das Gesamtgewicht des Objektivs ein.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Objektivs zeigt im Schnitt drei Brennweiteneinstellungen. Die Fig. 4A zeigt die Einstellung auf die minimale Gesamtbrennweite, Fig. 4B die Einstellung auf eine mittlere und Fig.4 C auf die maximale Gesamtbrennweite.

Das Objektiv ist aus einem dem Objekt zugekehrten, in bezug auf die Bildebene ortsfesten Glied 10 mit positiver Brennweite L·, einem dem Glied 10 benachbarten,längs der optischen Achse zwecks Variation der Brennweite verschiebbaren Glied 11 mit negativer Brennweite ί_π, weiters einem, dem Glied 11 benachbarten, läH'gs der optischen Achse zwecks Konstanthaltung der Bildlage verschiebbaren Glied 12 mit negativer Brennweite f_ und einem in bezug auf die Bildebene ortsfesten Glied 13 mit positiver Brennweite L·^, welches die hinter dem Glied HI divergierenden Strahlenbündel sammelt und durch den Blendenraum, in welchem ein Teilungsprisma 14 zwecks Ausspiegelung eines Teiles des einfallenden Lichtes für einen Sucher strahlengang angeordnet sein kann, dem ebenfalls ortsfesten Grundobjektiv 15 mit positiver Brennweite L. zuführt, aufgebaut.

Da es bei Objektiven der beschriebenen Art möglich ist, in bekannter Weise durch eine zusätzliche axiale Verschiebung des dritten, negativen Linsengliedes Objekte, die nur wenige Millimeter vor der objektseitigen Frontlinsenscheitelebene liegen, scharf und eben ab zubilden, wobei Abbildungsmaßstäbe im sogenannten Makrobereich, nämlich zwischen 1 : - 10 und 1 : - 1 erreicht werden, ist in der Fig. 4A die zur Erzielung von Makro aufnahm en

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4%

erforderliche Stellung des Gliedes 12 strichliert eingezeichnet. Eine brennweitenunabhängige Naheinstellung bis auf etwa einen Meter ist durch axiale Verschiebung des Gliedes 10 in bekannter Weise möglich.

Das Objektiv weist eine etwa 8-fache Dehnung bei einer Minimalbrennweite, die etwa gleich der Bildfelddiagonale ist, auf. Das Öffnungsverhältnis von 1 :1,2 in der Weitwinkelstellung des Objektivs sinkt auf etwa 1 :1,5 in der Telestellung ab; daraus resultiert eine Reduktion der Durchmesser der Frontlinsengruppe auf etwa 85% jenes Wertes, der sich bei konstantem Öffnungsverhältnis ergeben würde, wenn für den Lichtabfall am Bildrand vergleichbare Werte vorausgesetzt werden.

In dem im Unteranspruch 3 beschriebenen Beispiel für dieses Objektiv bedeuten r die Radien, d die Mittendicken, 1 die Scheitelabstände, η, die Brechzahlen und ν, die Abbe¹ sehen Zahlen des Objektivs, wobei von einer Einstellung auf eine mittlere Gesamtbrennweite f_GM = 1 ausgegangen wurde, die sich ergibt, wenn das negative Glied Il das vom positiven Frontglied 10 entworfene Zwischenbild des Objektes im Maßstab von 1 : - 1 abbildet.

Ein zweites, in Fig. 5 im Schnitt dargestelltes Ausführungsbeispiel betrifft ein Objektiv mit geringerer Lichtstärke, aber größerem Dehnungsbereich. Die Minimalbrennweite, die um mindestens 10% kurzer als die Bildfelddiagonale ist, wird auf das etwa 11-fache gedehnt, das Öffnungsverhältnis sinkt von 1 :1,8 in der Weitwinkelstellung des Objektivs auf etwa 1 : 2 in der Telestellung. Daten für ein konstruktives Ausfiihrungsbeispiel dieses Objektivs sind aus dem Unteranspruch 3 zu entnehmen.

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Claims (3)

■"'" A35480 Patentansprüche

1. Pankratisches Kameraobjektiv mit einem afokalen Vorsatz variabler Vergröße-

rung und einem Grundobjektiv fixer Brennweite, welcher Vorsatz ein erstes, positives Frontglied aufweist, dem ein zweites und drittes negatives Glied und schließlich ein viertes, positives Glied folgt, wobei zur Änderung der Gesamtbrennweite das zweite, dem positiven Frontglied benachbarte negative Glied längs der optischen Achse verschiebbar ist und das dritte, negative Glied die zur Konstanthaltung der Bildlage erforderliche Ausgleichsbewegung ausführt, während die hinter dem dritten Glied austretenden Strahlenbündel divergierend sind und der Objektabstand &~j. bzw. der Bildabstand b„_T des zweiten, negativen Gliedes in der Einstellung auf maximale Gesamtbrennweite und der Objektabstand tu^^ bzw. der Bildabstand bj.^ dieses Gliedes in der Einstellung auf minimale Gesamtbrennweite folgender Bedingung genügt:

^anww \_v " ^biiT

dadurch gekennzeichnet, daß eine, den freien Durchmesser des dritten, negativen Gliedes in jeder Gesamtbrennweiteneinstellung bestimmende Blende, beispielsweise die mechanische Fassung dieses Gliedes, eine Öffnung aufweist, die dem Durchmesser des auf dieses Glied fallenden auf das Frontglied achsparallel auftreffenden Strahlenbündels in der Einstellung auf minimale Gesamtbrennweite entspricht.

2. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten, verstanden mit

einer Abweichung der Krümmung einzelner Flächen bis zu - 10% der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu - 10% des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis zu - 0,03 und der Abbe* sehen Zahlen bis - 5:

7098 23/06 3 3

21, 871 ^dl = 0, 15 / 1 ⁿd / ^Vd + 3, 172 do = 0, 46 / 1 ,805 / 25,4 + ,607 59,5

r, -262,556

I₁ = 0,01

r₄ + 3,740 I«₃ d₃ = 0,32 / 1,689 / 49,5

r₅ + 30,344

I₂ = 0,01

r_e + 3,047 Ι·₄ d₄ = 0_t29 / 1,744 / 44,8

r_? + 8,896

0,061 ... f 1, 0,951 ... f£ⁱⁿ

⁵ 1,773 ... r¹

max

r_ + 5,897 ο

Ι·₅ d₅ = 0,08 / 1,691 / 54,7

T₉ + 1,020

X₄ = 0,39

r₁₀ - 1,317 I»_e dg =0,15 / 1,847 / 23,8

T₁₁ - 0,954 *»₇ d_? = 0,06 / 1,569 / 63,1

^Γ12

1,540 .. f I_n. 0,575 0,184

^Γ15

d_Q =0,17 / 1,620 / 60,3

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■ax r₁₃ - 1,018

*·_β d₈ = 0,06 / 1,744 / 44,8

P₁₄ - 3,854 0,75 / frei

0,416 ... f l_fi 0,490 ... f"ⁱⁿ

0,059 ... f"

■ax

^ri6 - 2 ,361 ^dio = O ,01 / = O ,18 /1. 1,620 / 60 .3 ^ri7 + 3 ,879 = ° .14 = o, ,01 So ^Γ1β - 5 ,870 ^d _P = O ,06 / = O₁ ,18 / 1,517 / 64 ,2 ^ΓΡ plan = O ,32 Blendenraua Oj = O₁ ,25 HO + ι o, 11 P V plan ^du = ο, 14 / ,620 / 60, .3 ^ri9 + 1 ,752 = o, 21 ^Lll ^r20 - β, ,856 ^d12 = o, 21 / 1,620 / 60, ,3 ^r21 + 1, ,015 ¹IO = o, 01 ^L12 ^r22 + 2, ,066 ^d13 = o, 14 / 1,847 / 23, β ^r23 - It ,059 ¹I₁ ^L13 ^Γ24 + ι» 059 ^d14 1,713 / 53, 8 ^r25 plan ¹I₂ ^L14 ^Γ26 - o, 772 ^d15 1,620 / 60, 3 ^Γ27 + O, 953 ^L15 ^Γ2β + 4, 297

—χ = 3,44 Öffnungeverhältnie 1:1,2 bis 1:1,5

26Α940Ί

3. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten, verstanden mit

einer Abweichung der Krümmung einzelner Flächen bis zu - 10% der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu - 10% des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis zu - 0,03 und der Abbe'schen Zahlen bis - 5 :

η να d T₁ +123,127

^Ll ^d _t = 0,11 / 1,805 / IS,H

r₂ + 2,801

^L2 ^d2 =0.43 /1,620/ ko,b

r₃ - 5,218

1₁ * 0,00 r₄ + 2,308

^L3 ^d3 = 0,17 / 1,622 / Si,l

r₅ + 4,175

1₂ = O₁OO r₆ + 1,643

^L4 ^d4 = °»24 / 1,643 / 1^0

r_? + 3,972

0,031 ... f 1, 0,994 ... fj^ln

1,373 ... f

max r₈ + 4,332

^L5 ^d5 = °iO4 / 1,691 / S%Y

r_g + 0,473

I₄ =0,23

^ri0 ~ ¹»¹²⁸

^L6 ^d ₆ = 0,04 / 1,620 / 60,3

T₁₁ + 0,626

^L7 ^d ₇ =0,15 / 1,805 / ZS₁*

*₁₂ + 3,18»

1,402 ... f 1. 0,258 ... fjⁱⁿ

0,155 ... f"

■ax

7 0 9 8 2 3/0633

^Γ ₁₃ - 0,990 ^L8 ^d ₈ = °»⁰⁴ / 1,788 / «ffcV o,44 /< frei

- 3,946

0,122 ... f 0,303 ... f"!ⁱⁿ

0,028 ... f^M

«ax

^ri5 ⁺ °·^{982 L}9 d₉ = 0,10 / 1,682

r - 3,593

r plan

^r _pi Pia«

Ir₇ = 0,04

d_p = 0,22 / 1,517

Blendenraum 0,08 + 0,09 T₁₇ + 1,885

^L!0 ^d10 ⁼ °'^{09 /} ^⁷⁴⁴ / ^V

r₁₈ - 2,897

11 ^Γ19 ⁺ O₁ ,653 ¹S = o, 02 / / 1 ,744 / νν,<4> 27 L ^Γ20 P¹ an ^dn = o, 11 78 12 ^Γ21 - o, 869 h = o, 03 / 1 ,847 / 43,<j L ^Γ22 ⁺ o, 506 ^dl2 ⁼ o, 31 ^Γ23 ⁺ 1, 404 1 ,735 / V-f,fr ι
10 ~ 0 ,05 L ^Γ24- o, 533 ^d13 = ο, 21 f .
-ram = o, f
max = 1
2,

Öffnungsverhältnis 1:1,8 bis 1:2 2y· = 0,31

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