DE2703914A1 - Linse mit variabler vergroesserung - Google Patents

Linse mit variabler vergroesserung

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DE2703914A1
DE2703914A1 DE19772703914 DE2703914A DE2703914A1 DE 2703914 A1 DE2703914 A1 DE 2703914A1 DE 19772703914 DE19772703914 DE 19772703914 DE 2703914 A DE2703914 A DE 2703914A DE 2703914 A1 DE2703914 A1 DE 2703914A1
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Description

27039U
Xerox Corporation, Rochester, N.Y./USA Linse mit variabler Vergrößerung
Die Erfindung betrifft eine Linse mit variabler Vergrößerung bzw. sogenannte "Zoom-Linsen", insbesondere Zoom-Linsen zur Verwendung zwischen festliegenden konjugierten Ebenen, beispielsweise auf dem Gebiet der Herstellung von Photokopien.
Eine Zoom-Linse bzw. Linse mit variablem Brennpunkt kann in ihrer Brennweite kontinuierlich verändert werden durch Bewegung eines oder mehrerer Linsenelemente entlang der Linsenachse, wobei das Bild durch eine mechanische oder optische Einrichtung fokussiert gehalten wird. Die hinter Linsen mit veränderlicher Brennweite stehende Technologie ist in der langen Geschichte der Optik noch relativ jung; der größte Teil der Entwicklung erfolgte nach dem Zweiten Weltkrieg. Viele Zoom-Linsen werden bekanntlich heute bei vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Fernsehen, Photographie und Photokopie, mit der sich die vorliegende Erfindung hauptsächlich befaßt. Bei diesen bekannten Linsen wurden bereits viele verschiedene Formen der miteinander verknüpften Linsenbewegungen beschrieben. Diese Linsen umfassen symmetrische und asymmetrische Linsen und Linsenbewegungen und eine große Vielzahl von Verknüpfungen von Linsenbewegungen. Die US-PS 3 687 522 (Lynch and Carlough) gilt als typisches Beispiel für die Technik und die besondere Anwendungsform, mit der sich die vorliegende Erfindung befaßt. Dort
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27039U - t -
ist eine Zoomlinse beschrieben, bei der Linsenelemente und ihre Zoombewegungen symmetrisch sind. Bei dieser sechselementigen Linse bewegen sich die äußeren Kronglaselemente relativ zu ihren danebenliegenden Flintglaselementen, und die inneren konvexkonkaven Elemente bewegen sich ebenfalls relativ zu den Flintglaselementen während der Zoombewegung. Die Feldkrümmung, die durch die Änderung des Abstandes zwischen den Kronglas- und Flintglaselementen eingebracht wird, wird kompensiert durch Änderung des Abstandes zwischen dem Flintglas- und dem Konvexkonkavelement. Diese Bewegungen sind in ihrer Größe verschieden, weil die Linse empfindlicher ist gegenüber einer Änderung des Axialabstandes zwischen den Flintglas- und Konvexkonkavelementen als zwischen den Kronglas- und Flintglaselementen. Da der feststehende Teil der Linse die innere Anordnung der Konvexkonkavlinsen ist, ist der Aufbau relativ komplex und kostspielig.
Die perfekte Symmetrie einer Linse ermöglicht häufig deren Verwendung als Reflektorlinse, also mit einem Reflektor im Linsenmittelpunkt, durch den die optische Achse durch die vordere Hälfte der Linse zurückgeklappt wird, was einen wirtschaftlichen Ersatz für die rückwärtige Hälfte der Linse darstellt. Eine Reflektorlinse mit der Verstärkung Eins ist beispielsweise in der US-PS 3 659 922 (George L. McCrobie) beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linse mit veränderlicher Vergrößerung zu schaffen, bei der die äußeren Elemente bezüglich der Linse fest stehenbleiben. Das Bildfeld soll dabei über den Vergrößerungsbereich praktisch flach bleiben. Sowohl die Linsenelemente als auch deren Bewegung sollen symmetrisch bezüglich des Linsenmittelpunktes sein. Ferner soll dadurch eine Reflektorlinse mit veränderlicher Vergrößerung geschaffen werden.
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27039H - * -
* 40-
Diese Aufgabe wird durch eine Linse mit veränderlicher Vergrößerung gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch die folgenden Linsenelemente, die längs einer optischen Achse ausgerichtet sind: ein Front-Kronglaselement mit positiver Brechkraft, ein Front-Flintglaselement mit negativer Brechkraft, welches von dem Kronglaselement beabstandet ist, ein Front-Konvexkonkavelement, das von dem Flintglaselement beabstandet ist, ein hinteres Konvexkonkavelement, das von dem Front-Konvexkonkavelement beabstandet ist, ein hinteres Flintglaselement mit negativer Brechkraft, das von dem hinteren Konvexkonkavelement beabstandet ist, ein hinteres Kronglaselement mit positiver Brechkraft, das von dem hinteren Flintglaselement beabstandet ist, wobei die Kronglaselemente relativ zueinander feststehen und die Flintglaselemente und die Konvexkonkavelemente zur Änderung der Brennweite der Linse längs der optischen Achse bewegbar sind.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Linse mit veränderlicher Vergrößerung mit einer ersten Vergrößerung;
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei kleinerer Vergrößerung derselben Linse;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Reflektorlinse mit veränderlicher Vergrößerung, die mit ihrer größten Brennweite dargestellt ist; und
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, wobei jedoch dieselbe Linse bei ihrer kürzesten Brennweite gezeigt ist.
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ή*.
In der Zeichnung ist eine Zoomlinse bzw. Linse mit veränderlicher Vergrößerung allgemein mit 2 bezeichnet. Sie enthält Linsenelemente 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in optischa: Ausrichtung entlang der optischen Achse 16. Die Zoomlinse 2 ist zwischen einer konjugierten Objekt- und einer konjugierten Bildebene 18 bzw. 20 gezeigt.
Das Frontlinsenelement 4 ist ein Kronglaselement mit positiver Brechkraft. Das Linsenelement 6 ist ein Flintglaselement mit negativer Brechkraft. Das Linsenelement 8 ist ein Konvexkonkavelement. Das Element 10 ist ebenfalls ein Konvexkonkavelement. Das Linsenelement 12 ist ein Flintglaselement mit negativer Brechkraft. Das Linsenelement 14 ist ein Kronglaselement mit positiver Brechkraft. Die Linsenelemente 10, 12 und 14 sind identisch jeweils mit den Elementen 8, 6 und 4 und weisen denselben Abstand bezüglich eines zentralen Linsenöffnungsanschlags 22 auf, d.h. die Verbundlinse 2 ist folglich symmetrisch.
Die gesamte Linse 2 ist zur Veränderung der Vergrößerung bezüglich der konjugierten Ebenen 18, 20 beweglich. In der Linse 2 sind jedoch nur die Elemente 6, 8, 10 und 12 miteinander zur Bewegung als Einheit befestigt. Die Bewegungen dieser zwei Einheiten 6, 8 und 10, 12 zur Änderung der Brennweite der Linse sind symmetrisch bezüglich des Öffnungsanschlags 22. Eine Befestigung der Elemente 6, 8 und 10, 12 miteinander ist nicht wesentlich, wird jedoch zur Zeit bevorzugt. Es ist ein geeigneter Mechanismus zur Ausführung der gewünschten Bewegungen vorgesehen; dieser Mechanismus ist jedoch nicht gezeigt, da er nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört.
Die Bewegung der Flintglaselemente 6 und 12 relativ zu den äusseren Kronglaselementen 4 und 14 führt zwangsläufig eine FeIdkrümmung in der Bildebene ein. Die Bewegung der konvexkonkaven Elemente in derselben Richtung wie die Flintglaselemente er-
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zeugt jedoch ebenfalls eine Feldkrümmung, jedoch im entgegengesetzten Sinn. Durch Bewegung jedes konvexkonkaven Elements mit seinem entsprechenden Flintglaselement als Einheit relativ zu den äußeren Kronglaselementen wird also die sonst erzeugte Feldkrümmung praktisch ausgeglichen, wodurch im Ergebnis ein praktisch flaches Bildfeld über den gesamten Vergrößerungsbereich erzielt wird. Wie bereits unter Bezugnahme auf die US-PS 3 687 522 ausgeführt wurde, kann die Feldkrümmung auch durch Änderung der Abstände zwischen den Kronglas- und den Flintglaselementen und zwischen den Flintglas- und Konvexkonkavelementen geregelt werden. Die Linsenempfindlichkeiten gegenüber diesen zwei Bewegungen sind jedoch unterschiedlich und lassen sich nicht so leicht kombinieren wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall, wo die Abstände zwischen den Kronglas- und Flintglaselementen und die Abstände zwischen den Konvexkonkavelementen verändert werden.
Diese Eigenschaft dieser Linsenkombination ermöglicht, daß die äußeren Kronglaselemente ortsfest in dem Linsenaufbau verbleiben können. Dadurch, daß die äußeren Elemente festgehalten werden und die inneren Paare als Einheiten bewegt werden, ergibt sich der Vorteil, daß die gesamte Linse in einer Trommel aufgebaut werden kann, da die inneren Einheiten einen kleineren Durchmesser aufweisen als die äußeren Kronglaselemente. Die Tatsache, daß die inneren Linsenelemente 6 und 8 eine einstückige Einheit bilden können, ebenso wie die Elemente 10 und 12, ergibt den weiteren Vorteil, daß der Aufbau und der Mechanismus für die zwei beweglichen Einheiten vereinfacht werden können.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zoomlinse wird durch die Parameter bestimmt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, wobei Nd der Brechungsindex für die Natrium-d-Linie und V, der Dispersionswert der Abbeschen Zahl ist. Die Radien (R), Dicken (T) und Abstände (S) sind jeweils in Zoll
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angegeben, und ein negatives Vorzeichen bedeutet Linsenradien an Krüminungszentren auf der Objektseite der Linse. SQ und S1 bedeuten jeweils die Abstände von der Objektebene bzw. der Bildebene zu den am nächsten danebenliegenden Linsen.
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Linse Radius (R) Dicke (T)
Abstand (S)
27039U
N.
(1.007X) 24.94296
Sn (O.OOOX) 28.07371
υ (0.C15X) 31.56181
R1 2.50358 R2 31.64727
.72176 1.5891
61.27
(1.007X) .05202
S1 (0.800X) .06872
X (0.615X) .13403
R337.17555 R4 1.99482
.29455 1.5919
48.51
.37619
3.58139
R- 6.15101
30862 1.6031
60.60
,-6.15101
Rg-3.58139
30862 (1.007X) .83602 (0.800X) .80262 (0.615X) .67198
.37619
1.6031
60.60
Rg-1.99482 R10-37.'l7555
29455 1.5919
48.51
(1.007X) .05202
S, (0.800X) .06872
(0.615X) .13403
R12-31.64727 R14-2.50358
72176 (1.007X) 25.13348
ST (0.000X) 22.00273
x (0.615X) 18.51462
709836/0625
1.5891
61.27
27039U
Die Bewegung beider Flintglas-/Konvexkonkav-Paare 6, 8 und 10, 12 als Einheiten und symmetrisch ist das Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Eine solche gleichlaufende Bewegung der beiden Paare ergibt in der Wirkung über den weitesten Vergrößerungsbereich das beste Gleichgewicht. Es ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei der nur eine der Flintglas-/Konvexkonkav-Paare bewegt wird, wobei eine solche Bewegung für einen kleineren Vergrößerungsbereich die geeignete sein kann. Ferner brauchen die Flintglaselemente und die Konvexkonkavelemente keine einteiligen Paare zu bilden, sondern können gewünschtenfalls für eine getrennte Bewegung angeordnet werden.
In den Figuren 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform einer Linse mit veränderlicher Vergrößerung bzw. Zoomlinse allgemein mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Sie enthält Linsenelemente 4,6,8 und einen ersten Oberflächenreflektor 10 in optischer Ausrichtung zu der optischen Achse 12. Die Linse 2 ist relativ zu der konjugierten Objektebene 14 bzw. konjugierten Bildebene 16 angeordnet.
Das Frontlinsenelement 4 ist eine Kronglaslinse mit positiver Brechkraft. Das Linsenelement 6 ist ein Flintglaselement mit negativer Brechkraft. Das Linsenelement 8 ist ein Konvexkonkavelement. Die gesamte Linse 2 und die konjugierte Ebene 14 oder die konjugierte Ebene 16 oder auch beide sind zur Änderung der Vergrößerung relativ bewegbar angeordnet. In der Linse 2 sind jedoch nur die Elemente 6 und 8 beweglich. Die Elemente 6 und 8 sind vorzugsweise zueinander feststehend ausgeführt und bilden für die gemeinsame Bewegung eine Einheit, wobei es sich jedoch nicht um ein wesentliches Merkmal handelt. Zur Ausführung der gewünschten Bewegung der Linse 2 und der Linsenelemente 6 und 8 ist ein geeigneter Mechanismus vorgesehen, der jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
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η-
Die Bewegung selbst des Flintglaselementes 6 bezüglich des äusseren Kronglaselementes 4 ergibt eine Feldkrümmung in der Bild- ■ ebene. Die Bewegung des Konvexkonkavelementes in derselben Richtung wie das Flintglaselement erzeugt jedoch ebenfalls eine Feldkrümmung, jedoch im entgegengesetzten Sinne. Bei Bewegung des Konvexkonkavelementes 8 mit dem Flintglaselement 6 als Einheit relativ zu dem äußeren Kronglaselement 4 führt zu einem Ausgleich der an sich erzeugten Feldkrümmungen, wobei als End- · ergebnis ein praktisch flaches Bildfeld über den gesamten Vergrößerungsbereich entsteht.
Eine besondere Ausfihrungsform der Erfindung ist durch die in der folgenden Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt, in der Nj der Brechungsindex der Natrium-d-Linie und Vj der Dispersionswert bzw. die Abbesche Zahl ist. Die Radien (R), Dicken (T) und Abstände (S) sind in Zoll ausgedrückt.
Linse Radius (R) R1 2.50358
R2 31.64727
R3 37.17555
R4 1.99482
R5 3.5.8139
Dicke (T)
T4 .72176
.29455
30862
R6 6.15101
Abstand (S)
(1.007X) .05202
S1 (0.800X) .06872
(O.615X) .13403
S2 .37619
(1.007X) .41801
S, (0.800X) .40131 (O.615X) .33599
Nd Vd
1.58913 61.27
1.59197 48.51
1.60311 60.60
709 8 3 6/0625
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Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen dient zur Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung geht jedoch über diese spezifischen Aus f tihrungs formen hinaus und umfaßt allgemein die Kombination von Linsenelementen mit einem äußeren Kronglaselement, einem inneren Flintglaselement und einem innersten Konvexkonkavelement, jeweils in Kombination mit einem Reflektor, wobei das Kronglaselement bezüglich des Reflektors ortsfest ist und die Fllntglas-Konvexkonkav-Kombination zur Änderung der Brennweite bezüglich des Kronglaselementes beweglich ist, wobei alle diese Elemente in einer Reflektorlinsenanordnung enthalten sind.
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Claims (1)

27039H Patentansprüche λ j Linse mit variabler Vergrößerung, gekennzeichnet durch die folgenden Linsenelemente, die längs einer optischen Achse (16) ausgerichtet sind: ein Front-Kronglaselement (4) mit positiver Brechkraft, ein Front-Flintglaselement (6) mit negativer Brechkraft, welches von dem Kronglaselement (4) beabstandet ist, ein Front-Konvexkonkavelement (8), das von dem Flintglaselement (6) beabstandet ist, ein hinteres Konvexkonkavelement (10), das von dem Front-Konvexkonkavelement (8) beabstandet ist, ein hinteres Flintglaselement (12) mit negativer Brechkraft, das von dem hinteren Konvexkonkavelement (10) beabstandet ist, ein hinteres Kronglaselement (14) mit positiver Brechkraft, das von dem hinteren Flintglaselement (12) beabstandet ist, wobei die Kronglaselemente (14, 4) relativ zueinander feststehen und die Flintglaselemente (6, 12) und die Konvexkonkavelemente (8, 10) zur Änderung der Brennweite der Linse (2) längs der optischen Achse (16) bewegbar shd. 2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Front-Flintglaselement (6) und das Front-Konvexkonkavelement (8) zu 'einem Stück miteinander verbunden sind und als Einheit gemeinsam auf der optischen Achse (16) bewegbar sind und daß das hintere Flintglaselement (12) und das hintere Konvexkonkavelement (10) zu einem Stück miteinander verbunden sind und als Einheit gemeinsam auf der optischen Achse (16) bewegbar sind. 3. Linse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hinteren Konvexkonkav-, Flintglas- und Kronglaselemente jeweils identisch den Front-Konvexkonkav-, Front-Flintglas- und 709836/0625 27039U • ι. Front-Kronglaselementen sind und in umgekehrter Reihenfolge und Vorderseitenausrichtung zueinander symmetrisch angeordnet sind. 4. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Paar Flintglas- und Konvexkonkavelemente entlang der optischen Achse (16) relativ zu den Kronglaselementen (4, 14) zur Änderung der Brennweite der Linse (2) beweglich ist. 5. Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Linsenradien (R), der Dicken (T), Abstände (S) , Brechungsindices (N^) und Dispersionswerte (V<j) entsprechend der folgenden Tabelle gewählt sind, worin die Radien, Dicken und Abstände in Zoll angegeben sind und ein negatives Vorzeichen Linsenradien an den KrümmungsZentren auf der Objektseite der Linse bedeutet: 709836/0626 Linse Radius (R) Dicke (T) Abstand (S) 27039H (1.007X) 24.94296 Sn (O.OOOX) 28.07371 (0.615X) 31.56181 R1 2.50358 R2 31.64727 .721761.5891 61.27 (1.007X) .05202 S, (0.800Χ) .06872 χ(0.615Χ) .13403 R337.17555 R4 1.99482 T, .29455
1.5919
48.51
.37619
3.58139
R, 6.15101
Ta .30867
1.6031
60.60
R.,-6.15101 R_-3.58139
T1n .30862 (1.007X) .83602
S- (0.800X) .80262
■* (0.615X) .67198
.37619
1.6031
60.60
RQ-1.99482 R10-37.17555
29455 1.5919
48.51
(1.007X) .05202 (0.800X) .06872 (0.615X) .13403
R12-31.64727 R14-2.50358
.72176 (1.007Χ) 25.13348
S- (0.800Χ) 22.00273
Α (O.615X) 18.51462
709836/0625
1.5891
61.27
27039U
6. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Linsenradien (R), Dicken (T), Abstände (S), Brechungsindices (N^) und Dispersionswerte (V^) entsprechend der folgenden Tabelle gewählt sind, wobei die Radien, Dicken und Abstände in Zoll ausgedrückt sind und ein negatives Vorzeichen die Linsenradien an KrümmungsZentren auf der Objektseite der Linse (2) bedeutet:
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->*- 27039U
Linse Radius (R) Dicke (T) Abstand (S) Nd
(1.007Xi 24.94296 Λ (0-OOOX) 28.07371 0 (0.615X) 31.56181
2.50358 72i76 ·.· X.5891 61.27
31.64727
(1.007X) .05202
S, (0.800X) .06872
1 (0.615X) .13403
R-37.17555 1.5919 48.51
T6 ·29455
R4 1.99482 · ·
S2 .37619
R,. 3.58139 1.6031 60.60
T8 ·30862
R. 6.15101 ο
(1.007X) .83602
S, (0.800X) .80262
3 (0.615X) .67198
R-6.15101 1.6031 60.60
ίο 7 ^IO ·30862
R8-3.58139
.37619
R0-I.99482 1.5919 48.51
9 T12 ·29455
R10-37.17555
(1.007X) .05202
Sr (0.800X) .06872
5 (0.615X) .13403
R -31.64727 X.5891 61.27
* T14 ·72176
R -2.50358 14 .
(1.007X) 25.13348
S, (0.800X) 22.00273
1 (0.615X) 18.51462
709836/0625
27039U
7. Reflektorlinse mit veränderlicher Vergrößerung, gekennzeichnet durch folgende Linsenelerrente, die entlang einer optischen Achse (16) ausgerichtet sind:
ein Kronglaselement (4) mit positiver Brechkraft, ein von dem Kronglaselement (4) beabstandetes Flintglaselement (6) mit negativer Brechkraft,
ein von dem Flintglaselement (6) beabstandetes Konvexkonkavelement (8) und
einen von dem Konvexkonkavelement (8) beabstandeten Reflektor (10),
wobei das Kronglaselement (4) und der Reflektor (10) relativ zueinander feststehend sind und das Flintglas- (6) und das Konvexkonkavelement (8) entlang der optischen Achse (16) zur Änderung der Brennweite der Linse (2) beweglich sind.
8. Linse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flintglaselement (6) und das Konvexkonkavelement (8) einteilig miteinander verbunden sind und als Einheit gemeinsam entlang der Achse (16) bewegbar sind.
9. Reflektorlinse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter der Linsenradien (R), Dicken (T), Abstände (S), Brechungsindices (Nj) und Dispersionswerte (Vj) entsprechend der folgenden Tabelle gewählt sind, in der die Radien, Dicken und Abstände in Zoll ausgedrückt sind:
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Linse Radius (R) R1 2.50358
R2 31.64727
R337.17555 R4 1.99482
R5 3.58139 R6 6.15101
Dicke (T) T4 .72176 Abctand (S)
T6 .29455
T8 .30862 (1.007X) .05202
S, (0.800X) .06872
X (0.615X) .13403 S2 .37619
' (1.007X) .41801
S, (0.800X) .40131
■* (0.615X) .33599
1.58913 61.27
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