DE2851152A1

DE2851152A1 - OPTICAL SYSTEM

Info

Publication number: DE2851152A1
Application number: DE19782851152
Authority: DE
Inventors: Francois Laurent
Original assignee: Bolex International SA
Current assignee: Bolex International SA
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-25
Publication date: 1979-06-07
Also published as: CH623139A5; JPS5485721A

Abstract

A correction lens (C), which is installed in a housing, and a negative auxiliary lens (PMA) are positioned in front of a basic lens (GO). The basic lens is focused at the distance m. The light beam is displaced in parallel by the correction lens, with the result that the focal point shifts to Fa. The position and focal length of the auxiliary lens (PMA) are chosen such that its anterior focal point coincides with the point Fa. If, now, the entire system is immersed in water, the air in front of the correction lens (C) is forced out by the water. Due to the water, the refractive power of the auxiliary lens is reduced and the focal length increases from Fa to Fe. At the same time, however, the focal point Fa is also likewise displaced towards Fe due to the change in the refractive conditions at the correction lens, with the result that the retrofocal setting is maintained even with the system immersed in water. <IMAGE>

Description

O p t i s c h e s System O p t i s c h e s system

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem, welches mindestens ein Grundobjektiv, einen Vorsatz und eine Fassung für die Linsen aufweist, wobei das Grundobjektiv auf einen, einer bevorzugten Objektentfernung (vorzugsveise unendlich) zugeordneten Bildpunkt des Vorsatzes fokussiert ist. The invention relates to a lens system which has at least one basic objective, has an attachment and a mount for the lenses, the basic objective to one assigned to a preferred object distance (preferably infinite) Pixel of the attachment is focused.

Es ist bekannt, dass durch die unterschiedlichen Brechungsindices von Wasser und Luft, ein in Luft auf ein bestimmtes Objekt fokussiertes Objektiv unscharf abbildet, wenn die selbe Entfernungseinstellung unter Wasser für die selbe Objektentfernung beibehalten wird. Es muss also die Entfernungseinstellung verändert werden. Gleichzeitig trat bei einem herkömmlichen Unterwassergehäuse eine OSjektfelG-verkleinerung als Folge der Brechung an dem Wasser-Glas-Luft übergang am Gehäusefenster ein. Diesem Verkleinern des Objektfeldes wurde damit begegnet, dass anstatt der pianparallelen Fensterplatte des Unterwassergehäuses ein sogenannter Dom, eine stark gebogene Linse mit koaxialen Krummungen verwendet wurde. It is known that due to the different refractive indices of water and air, a lens focused in air on a specific object images out of focus when the same distance setting under water for the same Object distance is maintained. So the distance setting needs to be changed will. At the same time, a conventional underwater housing was reduced in size as a result of the refraction in the water-glass-air transition on the housing window a. This reduction of the object field was countered by the fact that instead of the piano-parallel window plate of the underwater housing a so-called dome, a strong curved lens with coaxial curvatures was used.

Aus dem Stand der Technik sind Objektivanordnungen bekannt, welche eine genügend grosse Schärfentiefe aufweisen, um praktisch in jeder vernünftigen Aufnahmedistanz scharf abzubilden, ohne die Entfernung verstellen zu müssen. Diese Objektivænordnungen funktionieren im allgemeinen nach dem Retrofokusprinzip, das heisst, das Grundobjektiv ist auf eine sehr kurze Entfernung (Makro) fokussiert,und vor dem Grundobjektiv sitzt eine negative Linse, deren vorderer Brennpunkt mit dem Fokuspunkt des Grundobjektivs zusammenfällt. Lens arrangements are known from the prior art, which Have a sufficient depth of field to be practically in any reasonable Focus on the shooting distance without having to adjust the distance. These Lens arrangements generally work according to the retrofocus principle, the means that the basic lens is focused on a very short distance (macro), and In front of the basic lens there is a negative lens, its front focal point with the Focus point of the basic lens coincides.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine ObSektivanordnung vorzuschlagen, welche in Luft und auch in Wasser für alle vernünftigen Objektentfernungen scharfe Abbildungen liefert, und welche einen grossen Aufnahmewinkel aufweist. The object of the invention is to propose an objective arrangement, which are sharp in air and also in water for all reasonable object distances Provides images, and which has a large recording angle.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Linsensystem zwischen vorbestimmten Linsen Bereiche aufweist, in denen die Linsen von Wasser umgeben werden können, und dass beim zumindest in bestimmten Bereichen des Linsensystems erfolgenden Austauschen der Luft durch Wasser, in die die Linsen eingebettet sind, durch Wahl der Daten der vorbestimmten Linsen der, vorzugsweise einer näheren, definierten Objektentfernung zugeordnete Bildpunkt des Vorsatzes und der Fokuspunkt des Grundobjektivs in Uebereinstimmung bringbar sind. 1 Die Erfindung wird alt EIand der Zeichnung näher erläutert.Elierzu zeigt die Figur 1 ein Objektiv mit Vorsatzlinse nach dem Retrofokusprinzip; die Figur 2 ein Objektiv mit Korrekturlinse; die Figur 3 eine Ausführungsform der Erfindung; und die Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. According to the invention, this is achieved in that the lens system between predetermined lenses has areas in which the lenses of water can be surrounded, and that at least in certain areas of the lens system replacing the air with water in which the lenses are embedded, by choosing the data of the predetermined lenses of the, preferably a closer, defined Image point of the attachment and the focal point of the basic lens assigned to the object distance can be brought into agreement. 1 The invention is getting old The drawing explained in more detail.Elierzu, Figure 1 shows an objective with an auxiliary lens according to the retrofocus principle; FIG. 2 shows an objective with a correction lens; The figure 3 shows an embodiment of the invention; and FIG. 4 shows a preferred embodiment the invention.

Die Figur 1 zeigt ein Grundobjektiv GO, das auf den Punkt F o fokussiert ist. Alle Strahlen, die von F o ausgehen, werden durch das Objektiv am Film F in den entsprechenden Bildpunkt von F o fokussiert. Strahlen, die aus dem Unendlichen kommen, werden durch die Vorsatzlinse PMA, deren vorderer Brennpunkt mit dem Punkt F o zusammenfällt, so aufgeweitet, dass sie scheinbar vom Punkt F o herkommen, weshalb sie durch das Objektiv auf den Film fokussiert werden Strahlen, die von einem endlich entfernten Gegenstand kommen, werden hinter der Filmebene fokussiert, jedoch ist dieser Fehler umso kleiner, je kürzer die Brennweite der Vorsatzlinse ist. FIG. 1 shows a basic objective GO which focuses on the point F o is. All rays emanating from F o are passed through the lens on film F in the corresponding pixel of F o is focused. Rays emerging from infinity come through the auxiliary lens PMA, whose front focal point with the point F o coincides, so widened that they seem to come from point F o, which is why they are focused through the lens onto the film, rays coming from one finite distant object are focused behind the film plane, however is The shorter the focal length of the ancillary lens, the smaller this error.

Die Figur 2 zeigt ein Grundobjektiv GO welches ebenfalls auf ein in Makrodistanz m entferntes Objekt fokussiert ist. Vor dem Grundobjektiv befindet sich eine Korrekturlinse C, welche, wenn sie auf beiden Seiten mit Luft umgeben ist, keine Brechkraft besitzt, sondern nur eine leichte Parallelverschiebung der Strahlen bewirkt, so dass sich der Punkt Fo nach Fa verschiebt. Figure 2 shows a basic objective GO which is also on a is focused at a macro distance m distant object. Located in front of the basic lens a correction lens C, which when surrounded on both sides with air is, has no refractive power, but only a slight parallel shift of the Rays causes the point Fo to shift to Fa.

Wird nun die Luft auf der Objektseite der Linse C von Wasser verdrängt, so wird der Lichtstrahl 1 an der Fläche 2 nicht mehr unter dem Winkel a, sondern unter dem Winkels gebrochen, und der Fokuspunkt des Gesamtsystems verschiebt sich von Fa nach Be um den Betrag b. If the air on the object side of lens C is now displaced by water, so the light beam 1 at the surface 2 no longer under the angle a, but broken at the angle, and the focus point of the entire system shifts from Fa to Be by the amount b.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der einem Grundobjektiv GO eine Korrekturlinse C, welche in ein Gehäuse G eingebaut ist, und eine negative Vorsatzlinse PMA vorgesetzt wira. Figure 3 shows an embodiment of the invention in which one Basic objective GO a correction lens C, which is built into a housing G, and a negative auxiliary lens PMA is attached.

Das Grundobjektiv ist auf die Entfernung m fok.ussiert. Wie bei Figur 2 beschrieben, wird auch hier durch die Korrekturlinse C der Lichtstrahl parallel verschoben, so dass sich der Fokuspunkt nach Fa verschiebt. Die Lage und Brennweite der Vorsatzlinse PMA ist so gewählt, dass ihr vorderer Brennpunkt mit diesem Punkt Fa zusammenfällt. The basic lens is focused on the distance m. As with figure 2, the light beam is also made parallel here by the correction lens C. shifted so that the focus point shifts to Fa. The location and focal length the ancillary lens PMA is chosen so that its front focal point coincides with this point Fa coincides.

Wird nun das ganze System ins Wasser getaucht, so wird vor der Vorsatzlinse und zwischen dieser und der Korrekturlinse C die Luft vom Wasser verdrängt. Innerhalb des Gehäuses G bleibt die Luft erhalten. If the whole system is now immersed in the water, then in front of the ancillary lens and between this and the correction lens C displaces the air from the water. Within of the housing G, the air is retained.

Durch die Aenderung des Brechungsindex des die Vorsatzlinse umgebenden Mediums wird deren Brechkraft vermindert, und die Brennweite vergrössert sich von Fa auf Fe. By changing the refractive index of the surrounding lens Medium's refractive power is reduced and the focal length is increased from Fa on Fe.

Gleichzeitig hat sich aber, wie in Figur 2 ausgeführt, der Fokuspunkt Fa durch die Veränderung der Brechungsverhältnisse an der brechenden Fläche 2 ebenfalls nach Fe verschoben, so dass auch bei ins Wasser getauchtem System die retrofokale Einstellung erhalten bleibt, wobei nur die Brennweite und mit ihr der Abbildungsmassstab leicht verändert wird.At the same time, however, as shown in FIG. 2, the focal point has changed Fa by changing the refraction ratios at the refracting surface 2 as well shifted to Fe, so that the retrofocal Setting is retained, with only the focal length and with it the image scale is easily changed.

Dieses System bietet die Alöglichkeit, die Wasserlinie in halbe IIöhe des Objektivs zu legen und einen halb im Wasser und balb in der Luft befindlichen Gegenstand zugleich über und unter Wasser scharf abzubilden. This system offers the possibility of the waterline at half height of the lens and one half in the water and half in the air To depict objects sharply above and below water at the same time.

Durch Wegschwenken der Vorsatzlinse PNA verbleibt das auf eine relativ kurze Entfernung fest eingestellte Grundobjektiv. By pivoting the auxiliary lens PNA away, this remains on a relative basis short distance fixed basic lens.

Wird die Brennweite der negativen Vorsatzlinse und die Gegenstandsweite des Grundobjektivs sehr kurz gewählt, so ergibt sich, wie bekannt, ein starker Weitwinkeleffekt, was auf Grund der Aufnahmebedingungen unter Wasser vorteilhaft ist, da die Absorption des Lichtes durch das Wasser ungünstige Lichtverhältnisse und durch die bevorzugte Rotabsorption auch Farbverschiebungen bringt und daher grosse Gegenstandsweiten unvorteilhaft sind. Becomes the focal length of the negative conversion lens and the object distance of the basic lens is chosen to be very short, the result is, as is known, a strong wide-angle effect, which is advantageous because of the absorption conditions under water, since the absorption the light through the water unfavorable lighting conditions and through the preferred Red absorption also brings color shifts and therefore large object distances are unfavorable.

Die Bedingung für die Radien der Korrekturlinse für die Verschiebung des Fokuspunktes von Fa nach Fe lautet: wobei R1 den gegenstandsseitigen Radius, R2 den bildseitigen Radius der Korrekturlinse, a die Schnittweite des Systems Grundobjektiv-Korrekturlinse in Luft und e dieselbe Grösse in Wasser, nl den Brechungsindex des Wassers n2 den Brechungsindex der Korrekturlinse und d deren Dicke bezeichnet.The condition for the radii of the correction lens for shifting the focus point from Fa to Fe is: where R1 denotes the object-side radius, R2 the image-side radius of the correction lens, a the back focus of the system base lens correction lens in air and e the same size in water, nl the refractive index of the water, n2 the refractive index of the correction lens and d its thickness.

Die Grössen a und e werden durch die Vorsatzlinse vorgegeben. The sizes a and e are specified by the ancillary lens.

Die Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. FIG. 4 shows a preferred embodiment of the invention.

In Luft wird, wie unter Figur 3 erläutert, ein aus dem Unendlichen kommendes Lichtbündel 40 mittels des Vorsatzes PMA und der Korrekturlinse C derart abgelenkt, dass es von dem Punkt F a zu kommen scheint, auf den das Grundobjektiv GO fokussiert ist, so dass es auf dem Film F als Punkt abgebildet wird. In air, as explained under FIG. 3, one from infinity becomes incoming light beam 40 by means of the attachment PMA and the correction lens C in such a way distracted so that it seems to come from the point F a on which the basic objective GO is focused so that it is imaged on the film F as a point.

Wird nun zwischen den Linsen C und PMA und vor der Linse PMA die Luft durch Wasser ersetzt, so wird der Fokuspunkt des Systems Grundobjektiv GO und Korrekturlinse C von F a nach B e verschoben, und gleichzeitig wird die Brechkraft der Vorsatzlinse derart geändert, dass der einem bestimmten Objektpunkt OB entsprechende virtuelle Bildpunkt, welcher in Luft eine beliebige Lage einnehmen kann, mit dem Punkt B e zusammenfällt. Is now between the lenses C and PMA and in front of the lens PMA the If air is replaced by water, the focal point of the basic objective system GO and Correction lens C shifted from F a to B e, and at the same time the refractive power is increased the ancillary lens changed in such a way that the corresponding to a specific object point OB virtual image point, which can assume any position in air, with the Point B e coincides.

Die Bedingung für die Aenderung der Brennweite der Vorsatzlinse im gewünschten Ausmass ergibt sich aus elementaren optischen Rechnungen. The condition for changing the focal length of the auxiliary lens in The desired extent results from elementary optical calculations.

Das in Figur 3 dargestellte PrInzip der Erfindung ist beLs,ielsweise durch folgende Daten zu realisieren: r d nd Vd 253, 70 3,000 1,492 54,67 25,307 7,000 5,000 36,100 1,492 54,67 Die einzige Anforderung an das Grundobjektiv hierbei ist die Möglichkeit für eine Makroeinstellung, um vernünftige Baulängen und Lichtstärken zu halten. In Verbindung mit den oben genannten Daten ist in einem bevorzugt verwendeten Grundobjektiv die Makroeinstellung auf 77 mm in Luft und 248,3 mm in Wasser uszuführen, wobei die Brennweiten des Gesamtsystems 4,88 mm in Luft und 7,35 mm in Wasser ergeben. The principle of the invention shown in FIG. 3 is generally applicable to be realized by the following data: r d nd Vd 253, 70 3.000 1.492 54.67 25.307 7,000 5,000 36,100 1,492 54.67 The only requirement for the basic lens here is the option for a macro setting to achieve reasonable overall lengths and light intensities to keep. In connection with the above data, one is preferably used Basic lens to carry out the macro setting to 77 mm in air and 248.3 mm in water, the focal lengths of the entire system being 4.88 mm in air and 7.35 mm in water.

Der Objektfeldwinkel 2 beträgt in Luft 720, in Wasser 520. The object field angle 2 is 720 in air and 520 in water.

Für die Berechnung der Daten der Korrekturlinse wurde ein Brechungsindex des Wassers von 1,339 zugrunde gelegt. Selbstverständlich können die Radien der Korrekturlinse auch für andere Indices auch anderer Medien nach den gleichen Formeln berechnet werden. A refractive index was used to calculate the corrective lens data of the water of 1.339 as a basis. Of course, the radii of the Correction lens for other indices and other media according to the same formulas be calculated.

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Claims

P a -t e n t a n s p r ii c h e 1 lens system, soft at least a Grundob lens, an attachment and a mount for the lenses, wherein the basic lens to a preferred object distance (preferably infinite), associated image point of the attachment is focused, characterized in that the lens system has areas between predetermined lenses in which the lenses can be surrounded by water, and that at least in certain areas The lens system replaces the air with water in which the lenses are inserted are embedded, by choosing the data of the predetermined lenses (PMA, C) of, preferably a closer, defined object distance (OB) associated image point (Be) des The attachment (PtA) and the focal point of the basic objective (GO) can be brought into agreement are.

2) lens system according to claim 1, characterized in that between Basic objective and attachment, a correction element is provided, at least on one side of this correction element, the air can be exchanged for water.

3) lens system according to claim 2, characterized in - (@) nest that the refractive power of the correction element if the same on both sides of the same Medium is present equal to zero, and if different media are present, not equal to zero is.

1. Lens system according to claim 3, characterized in that at Exchange of the optical medium on (@) the object side of the correlation element the focal point (() of the one formed from this correction element and the basic lens System can be moved by the same distance as the focal point of the intent, when the air around it is completely replaced by water.

5) lens system according to claims 1 - 4, characterized in that (C) indicates that the function of the correction element corresponds to the formulas obey, where R1 is the object-side and R2 the image-side radius of the correction element (C), a the back focus of the system base lens correction element in air, and e the same size in water, nl the refractive index of the water, (c) n2 the refractive index of the correction element and d denotes its thickness.

6) lens systems according to claims 1-5, characterized in that To create a wide-angle effect, the focal length of the ancillary lens and the set one The object focal length of the basic lens are very short.

7) lens system according to claims 1-6, characterized by the following Data understood with a deviation in the curvature of individual surfaces and the thicknesses up to 10% of the refractive power of the corresponding link, the refractive index until to | | 0.03 and Abbe's numbers up to t 5: r d nd vd 257.970 3.00 1.492 54.67 25.307 7.00 37.749 5.00 1.492 57.67 36.100 8) Lens system according to claims 1 to 7, characterized in that the first and / or third surface is an aspherical Has curvature, the radii specified in claim 7 being the osculating radii correspond.