DE3021791A1

DE3021791A1 - Fotografisches objektiv mit veraenderbarer brennweite

Info

Publication number: DE3021791A1
Application number: DE19803021791
Authority: DE
Inventors: Andre Masson
Original assignee: ETS PIERRE ANGENIEUX
Current assignee: ETS PIERRE ANGENIEUX
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1981-01-15
Also published as: US4368955A; FR2459988A1; FR2459988B1

Description

Die Erfindung betrifft ein fotografisches Objektiv veränderbarer Brennweite, mit mehreren beweglichen und mehreren fest angeordneten Linsengruppen, die so ausgebildet sind, daß sich bei einer Verschiebung der beweglichen Gruppen, einem optischen Gesetz entsprechend, eine kontinuierliche Brennweitenveränderung des ganzen Objektivs ergibt.

Insbesondere betrifft die Erfindung Objektive mit veränderbarer Brennweite des meist verbreiteten Typs, mit mindestens vier Linsengruppen und zwar:

einer ersten Gruppe, die bei unendlichem Objektabstand fest und bei endlichem Objektabstand zum Scharfstellen in der Längsachse verschiebbar ist;

einer zweiten und einer dritten, in der Achse verschiebbaren Gruppe mit denen die Vergrößerung und damit die Brennweite der gesamten Anordnung verändert werden kann sowie

einer letzten Gruppe, deren Hauptaufgabe darin besteht, ein Bild in geeignetem Maßstab zu erzeugen.

Die Tatsache das die erste Gruppe zum Scharfstellen verschiebbar ist, führt zu zahlreichen Nachteilen. Der wichtigste besteht darin, daß bei der Verschiebung des ersten Elementes eine erhebliche Längenveränderung der gesamten Anordnung auftritt.Dies hat zur Folge, daß der Schwerpunkt des Objektivs sehr weit von der Kamera

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entfernt ist, was nachteilig ist, da das Objektiv üblicherweise freitragend an der Kamera befestigt ist. Es sind daher zusätzliche verstärkte Halterungen notwendig. Außerdem ist es in Folge der Verschiebbarkeit der ersten Gruppe notwendig, Linsen mit einem relativ großen Durchmesser vorzusehen, da sie sich weit von der sogenannten Pupille entfernen. Große Linsendurchmesser stellen jedoch gewisse Nachteile dar, insbesondere wegen des hohen Gewichts und der außerordentlich hohen Herstellungskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, und die erste Linsengruppe bei Objektiven variabler Brennweite des oben genannten Typs in einer festen Position zu lassen und das Scharfstellen durch eine zusätzliche Verschiebung einer der beiden Linsengruppen zu erreichen, die an der Veränderung der Vergrößerung teilnehmen.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite, welche aus zwei beweglichen Linsengruppen gebildet ist, die zwischen einer festen vorderen Linsengruppe und einer weiteren festen, hinteren Linsengruppe angeordnet sind, und welcher sich dadurch kennzeichnet, daß eine der beiden beweglichen Linsengruppen nicht die Stellung der Vergrößerung "eins" durchläuft, wobei sichergestellt ist, daß diese Gruppe gleichzeitig die Funktion der Vergroßerungsveränderung und die zusätzliche Funktion des Scharfstellens übernimmt, wohingegen die andere bewegliche Gruppe die Einstellung der Vergrößerung "eins" durchlaufen kann und lediglich die

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\Λ.

Funktion der Vergrößerungsveränderung erfüllt.

Diese Besonderheit erlaubt es, eines der schwierigsten Probleme bei Objektiven dieser Art zu lösen. Wenn man nämlich, um die zusätzliche Funktion des Scharfstellens zu ermöglichen, eine bewegliche Linsengruppe durch eine Stellung mit der Vergrößerung "eins" durchlaufen läßt, ergeben sich Verschiebungen dieser Linsengruppe, die im Vergleich zur Objektivgröße ganz erheblich sind. Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv wird dies dadurch vermieden, daß die zusätzliche Funktion des Scharfstellens von einer beweglichen Linsengruppe übernommen wird, die die Stellung der Vergrößerung "eins" nicht durchläuft.

Dank seiner Konzeption besitzt das vorliegende Objektiv gewisse Vorteile gegenüber herkömmlichen Objektiven veränderbarer Brennweite.

Aus der feststehenden Anordnung der ersten Linsengruppe beim Scharfstellen ergibt sich eine Verringerung des Linsendurchmessers dieser ersten Gruppe um etwa zwanzig Prozent.

Diese Verminderung der Abmessung führt zu zahlreichen Vorteilen, wie z.B. zu einer größeren Genauigkeit der optisch aktiven Linsenflächen infolge verminderter Deformationen die durch das Eigengewicht beim Einsetzen in mechanische Halterungen auftreten,einer Gewichtsverminderung des gesamten Objektivs, welche daß Anbringen des Objektivs an einer Kamera erleichtert, oder

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einer Annäherung des Schwerpunktes des Objektivs an den Kamerakörper/ was zu einer günstigen Gewichtsverteilung der Anordnung Objektiv/Kamera führt und eine größere Beweglichkeit ermöglicht.

Außerdem kann, da zum Scharfstellen auf eine ohnehin bewegliche Linsengruppe zurückgegriffen wird, auf besondere Führungen für die erste Linsengruppe vollkommen verzichtet werden, da diese fest angeordnet ist.

Darüberhinaus bleibt das Volumen des Objektivs beim Scharfstellen konstant was den Gaswechsel zwischen dem Innenraum des Objektivs und der Außenluft vermindert und so die Gefahr einer Wasserdampf kondensation im Objektivinnern erheblich reduziert.

Weitere Vorteile ergeben sich bei Anwendung der in den Unteransprüchen unter Schutz gestellten Merkmale.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei Zeigen:

Fig. 1a und 1b einen Schnitt durch die

verschiedenen Linsengruppen des vorliegenden Objektivs, wobei die Trennungslinie A-B der beiden sich ergänzenden Teile der Linsengruppen liegt;

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Fig. 2a bis 2d die Kurven der sphärischen

Äbberation

der Feldkrümmung und der Verzerrung für vier verschiedene Stellungen der Linsengruppe ' entsprechend jeweils einer Gesamtbrennweite des Objektivs von 18, 5o 12o oder 27o mm.

Das vorliegende Objektiv weist vier Linsengruppen auf und zwar zwei bewegliche Linsengruppen II und III die zwischen zwei festen Linsengruppen I und IV angeordnet sind.

Die drei ersten Linsengruppen I, II und III sind vor der Blende D angeordnet, während die vierte Linsengruppe IV dahinter liegt. Diese letzte Gruppe ist fest angeordnet und hat die Aufgabe in einem gegebenen Abstand das Bild im gewünschten Format zu erzeugen, wobei dieser gegebene Abstand im Vergleich zur Gesamtbrennweite des Objektivs von großer Bedeutung ist beispielsweise, um bei einer Farbfernsehkamera ein Prisma nachzuschalten, welches das Licht in seine Spektralfarben zerlegt. Darüberhinaus lässt sich an dieser Stelle die Abberation der vorherliegenden Linsengruppen ausgleichen. Es ist an dieser Stelle anzumerken, daß die feste Anordnung dieser letzten Linsengruppe hinter der Blende eine besonders vorteilhafte Lösung darstellt. Es wird hierdurch erreicht, daß die Austrittspupille des Objektivs festliegt, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn das Bild des Objektivs durch ein weiteres optisches System, beispielsweise durch ein Prisma P oder ein optisches Relais weiterbehandelt wird.

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Unter den beiden beweglichen Gruppen II und III hat die vordere Gruppe d.h. die II allein die Aufgabe, die Brennweite des Objektivs zu verändern. Es ist dabei vorgesehen, daß diese Gruppe auch die Vergrößerung "eins" durchlaufen kann.

Dagegen ist die zweite bewegliche Gruppe III so ausgelegt, daß sie die Vergrößerung "eins" nicht durchlaufen kann. Diese Linsengruppe hat einmal die Aufgabe, die Objektivbrennweite zu verändern, und zum andern das Scharfstellen der Anordnung zu ermöglichen.

Die feste vordere Linsengruppe I, hat schließlich zur Aufgabe ein reelles Bild zu erzeugen, dessen Position und Größe von der Position des aufzunehmenden Gegenstandes abhängig ist.

Die erste Gruppe I, die fest angeorndet ist, weist sieben Linsen auf d.h.: Eine divergierende Linse, die zum Objekt hin gewölbt ist, einer bikonkaven divergierenden Linse, einer konvergenten Linse, einer zusammengeklebten Doppellinse, bestehend aus einer divergierenden Linse und einer bikonvexen konvergenten Linse, und einer konvergenten Linse, deren Wölbung zum Objekt hin gerichtet ist.

Die zweite Linsengruppe II die beweglich angeordnet ist, besteht aus vier Linsen, d.h.: Einer divergierenden Linse, deren Wölbung zum Objekt hin gerichtet ist, einer

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divergierenden Linse, einer Doppellinse, bestehend aus einer bikonkaven divergierenden Linse und einer konvergenten Linse.

Die vierte fest angeordnete Linsengruppe IV weist schließlich elf Linsen auf, d.h.: Zwei bikonvexe konvergente Linsen, eine Doppellinse, bestehend aus einer bikonvexen konvergenten und einer divergenten Linse, einer Doppellinse,bestehend aus einer konvergenten und einer divergenten Linse, einer konvergenten Linse, einer bikonkaven divergenten Linse und zwei konvergenten Linsen.

Im übrigen werden in der beigefügten Tabelle die Werte für die verschiedenen Krümmungsflächen der Linsen der verschiedenen Linsengruppen genannt sowie die Werte für die Luftzwischenräume und für die Stärke der Linsen. Die gekrümmten Linsenflächen sind mit R1,R2,R3 usw. bezeichnet, wobei sie mit einem Pluszeichen versehen sind, wenn sich ihre Wölbung nach vorn richtet und mit einem Minuszeichen, wenn das Gegenteil der Fall ist. Aus der Tabelle gehen zusätzlich weitere wichtige Linseneigenschaften hervor, so der Brechungsindex η, jeder Linse für einen Lichtstrahl d (λ= 588 nm) des Spektrums und die Abbe'sehe Zahl _{v d}·

Aufgrund der in der Tabelle angegebenen Werte ergeben sich für die Brennweiten F1,F2,F3 der drei ersten Linsengruppen folgende Werte: F1 = 131,143, F2 = 45,384 und F3 = 79,526.

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OOPY ORIGINAL INSPECTED

-K/fi.

Daraus lässt sich ersehen, daß das hier als Ausführungsbeispiel beschriebene Objektiv den nachfolgend genannten Bedingungen genügt.

Es lassen sich folgende Ungleichungen aufstellen:

1) 0,5 I f1 I < |R1| < |fi|

2) 0,5 I fi I < [R8| < |fi|

3) 1,60 < nd < 1,85

4) 20 < vd < 35

5) |f2| < |R14|<4|f2|

6) 0,5 |f2| < |Ri9|<2|f2f

7) 0,5 |f3| < |R2i|<2|f3| . 8) 0,5 |f3| < |R24|<2|f3|

9) 0,5 ( |£2[ + |f3| ) < |fi| < 2 ( |f2| + |f3 10) If2| < If3I < 3 If2I

Die Krümmungsflächen der Linsen sind hier mit R1 bis R24 bezeichnet und zwar von der, dem Objektiv nahe gelegenen Fläche ausgehend.

Der Brechungsindex führt die Wellenlänge λ = 588 nm ist mit n,bezeichnet und die Abbe'sehe Zahl der beiden beweglichen Linsengruppen mit _v , .

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Die Gründe für die oben genannten Bedingungen sind folgende:

Die Bedingung 1 ist notwendig, um die Verzerrung des Objektivs bei kurzen Brennweiten zu korrigieren.

Die Bedingung 2 ist notwendig, um die sphärische Abberation und den Farbfehler des Objektivs bei langen Brennweiten zu korrigieren.

Die Bedingung 3 ist notwendig, um die Petzwall'sehe Krümmung und die sphärische Abbaration der ersten festen Linsengruppe auszugleichen.

Die Bedingung 4 ist notwendig, um den Farbfehler der ersten Linsengruppe auszugleichen.

Die Bedingung 5 ist notwendig, um die Verzerrung des Objektivs zu korrigieren.

Die Bedingung 6 ist notwendig, um die sphärische Abberation des Objektivs sowie einen Teil des Farbfehlers zu korrigieren.

Die Bedingung 7 ist notwendig, um die verbleibende Verzerrung zu korrigieren.

Die Bedingung 8 ist notwendig, um die verbleibende sphärische Apparation des Objektivs sowie einen Teil des Farbfehlers zu korrigieren.

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Die Bedingung 9 ist notwendig, um ein Objektiv mit geringen Abmessungen und reduziertem Gewicht konstruieren zu können.

Die Bedingung 1o ist notwendig, um die Petzwall"sehe Krümmung über den gesamten Bewegungsbereich der beiden beweglichen Linsengruppen ausgleichen zu können.

Es ist hier anzumerken, daß die Erfindung sich nicht auf die eine hier beschriebene Ausführungsform des Objektivs beschränkt.

So kann beispielsweise die erste bewegliche Gruppe unterschiedlich aufgebaut sein. Es können statt der drei divergierenden und der einen konvergierenden Linse zwei divergente eine konvergente und eine divergente Linse in der genannten Reihenfolge auftreten.

Auch die zweite bewegliche Linsengruppe kann beispielsweise in folgender Reihenfolge, eine divergente, eine konvergente und eine divergente Linse aufweisen, anstatt der beiden divergenten und der einen konvergenten Linse.

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R1 +	122.41
R2 +	93.16
R3	137.53
R4 +	395.18
R5 +	163.70
R6 +	247.13
I R7 +	488.60
R8 +	158.05
R9	139.46
R10 +	282.29
R11	362.36
R12 +	140.62
R13 +	560.32
R14 +	94.63
R15 +	54.52
R16	435.05
¹¹ R17 +	283.88
R18	127.56
R19 +	44.22
R20 +	143.8ο
R21	77.95
R22 + ■^L-^L1R23	270.34 61.02
R24 +	76.42
R25	81.91
R26 +	257.07
R27	100.76
R28 +	291.24
R29	4276.76
R30 +	138.27
R31	83.36
R32 +	430.87
R33	98.95
R34	64.86
R35	956.80
IV R36 +	97.47
R37	1670.30
R38	100.92
R39	64,28
R40	80.25
R41 +	51.18
R42 +	80.82
R43	89.41
R44 +	78.15
R45 +	5667.83
R46	OO
P R47	co

1.68900 49.6

Luft
1.68900 49.6

Luft
1.80000 45.6

Luft

1.80510 25.5 1.48725 70.4

Luft
1.64050 60.1

Luft

1.80000 45.6

Luft
1.80000 45.6

Luft

1.71300 53.8 1.78800 25.9

Luft

1.74400 44.8

Luft

1.74400 44.8 1.78800 25.9

Luft

1.68900 49.6

Luft
1.68900 49.6

Luft

1.62300 58.1 1.73150 28.4

Luft

1.62040 60.3 1.73150 28.4

Luft
1.62040 60.3

Luft
1.69900 30.1

Luft
1.69600 36.5

Luft
1.62040 60.3

Luft
1.62000 36.3

Luft

} e46 65.20 1.51680 64.2

el	2.49
e2	25
e3	2.088
e4	0.5
e5	7
e6	26
e7	1.945
e8	25
e9	0.156
e10	18
el 1	0.078
e12	11
e13	0.288
e14	2
e15	11
e16	2
e17	4
e18	2
e19	10
e20	114.323
e21	2
e22	7
e23	2
e24	12
e25	30
e26	15
e27	0.5
e28	7
e29	0.5
e30	16
e31	2.32
e32	14
e33	10
e34	2
e35	0.20
e36	10
e37	60
e38	6
e39	5
e40	2.32
e41	5.80
e42	10
e43	0.232
e44	4.64
e45	1 .16

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Claims

"Fotografisches ObjektivVveränderbarer Brennweite"

1.) Objektiv mit veränderbarer Brennweite, welches zwei, in der Objektivachse bewegliche Linsengruppen umfaßt, die zwischen einer vorderen und einer hinteren festen Linsengruppe angeordnet sind, durch ihre Verschiebung eine Brennweitenvariation ermöglichen und bei jeder gewählten Einstellung das Bild vor der ersten Linsengruppe in einer festen Ebene abbilden, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden beweglichen Linsengruppen an der Veränderung der gesamten Vergrößerung teilnimmt, wobei jede Elementar-Vergrößerung hierbei einen absoluten Minimal= und Maximalwert einnimmt, derart, daß das Verhältnis der Werte zueinander über 1,1 liegt und daß eine der beiden

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ORIGINAL INSPECTED

beweglichen Linsengruppen, die nicht die Vergrößerung "eins" durchläuft, zugleich die Funktion der

Vergrößerung und die der Scharfeinstellung übernimmt, während die andere bewegliche Linsengruppe, die die Vergrößerung "eins" durchläuft, nur die Funktion der Vergrößerung übernimmt und daß schließlich jede bewegliche Linsengruppe wenigstens drei Linsen für die eine Gruppe und zwei Linsen für die andere umfasst.

2. Objektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Linsengruppe, welche nur zur Vergrößerungsveränderung bestimmt ist, der festen Linsengruppe auf der Objektseite am nächsten liegt und divergent ist, während die andere, für die Vergrößerungsveränderung und das Scharfsteilen bestimmte Linsengruppe ebenfalls divergent ist.

3. Objektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Brennweiten f1 der ersten festen Gruppe, f2 der ersten beweglichen Gruppe und f3 der zweiten beweglichen Gruppe folgende Bedingungen erfüllen:

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der Absolut-Wert der Brennweite f1 der ersten festen Gruppe liegt zwischen der Hälfte und dem Doppelten der Summe der Absolut- Weite der Brennweite f2 und f3 der beiden beweglichen Gruppen

ο,5 (|f2| + |f3|) < |fi| < 2 (|f2| + |f3|)

der Absolut-Wert der Brennweite f3 der zweiten beweglichen Gruppe liegt zwischen dem Einfachen und dem Dreifachen des Absolut-Wertes der Brennweite f2 der ersten beweglichen Gruppe

|f2| <If3I < 3I f2I

4. Objektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bewegliche Gruppe folgenden Bedingungen genügt: sie enthält der Reihenfolge nach drei divergente und eine konvergente Linsen; der Brechungsindex für die Wellenlänge λ = 588 nm für diese Linsen liegt zwischen 1,6o und 1,85

1,6o< n, < 1 ,85

und die Abbe¹sehe- Zahl ν der konvergenten Linse liegt zwischen 2o und 35

2o <\V, < 35
α

der absolute Wert der Krümmung der konvergenten Linse, die auf die divergenten Linsen folgt, liegt zwischen der Hälfte und

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dem Doppelten des Absolut-Wertes der Brennweite f2 dieser beweglichen Linsengruppe

o,5 |f2| < |R| < 2|f2f

der Absolut-Wert des Krümmungsradius der der divergenten Linse, die dem Objekt am nächsten liegt, liegt zwischen dem Ein- und Vierfachen des Absolut-Wertes der Brennweite f2

|f2f < |r| < 4 I£2I

5. Objektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die erste bewegliche Linsengruppe den folgenden Bedingungen genügt:

sie enthält der Reihe nach zwei divergente und eine konvergente und schließlich ei ne weitere divergente Linse; der Brechungsindex der vier Linsen, bei einer Wellenlänge von λ = 588 nm liegt zwischen 1,6o und 1,85

1,60 < n_d < 1,85

wobei die Abbe¹sehe Zahl zwischen 2o und 35 liegt:

2o < v, < 35
d

der Absolutwert des Krummungsradiuses R der konvergenten Linse, die der darauffolgenden divergenten Linse am nächsten liegt, liegt zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Absolutwertes

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der Brennweite f2 dieser beweglichen Linsengruppe: o,5 |f2| < |r| < 2 |f2|

der Absolutwert des Krummungsradiuses R der dem Objekt am nächsten gelegenen ersten divergenten Linse liegt zwischen dem Einfachen und dem Vierfachen des Absolutwertes der Brennweite f2 ,

|f2| < |R| < 4 |f2|

6. Obj ektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß:

die zweite bewegliche Linsengruppe der Reihe nach zwei divergenten und eine konvergente Linse umfasst: der Brechungsindex dieser drei Linsen bei einer Wellenlänge von λ= 588 nrri zwischen 1,6o und 1,85 liegt,

1,6o < n_d < 1,85

wobei die Abbe¹sehe Zahl ν zwischen 2o und 35 liegt,

2o< v. < 35

der Absolutwert des Krummungsradiuses R der konvergenten Linse, die der vorangehenden divergenten Linse am nächsten

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liegt, zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Absolutwertes der Brennweite f3 dieser Linsengruppe liegt,

o,5 |f3| < |R| < 2 |£3|

der Absolutwert des Krummungsradiuses R, der dem Objekt am nächsten gelegenen ersten divergenten Linse zwischen der Hälfte u nd dem Doppelten des Absolutwertes der Brennweite f3 dieser Gruppe liegt:

o,5 If3I < |R| < 2 |f3|

7. Objektiv mit veränderbarer Brennweite nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß,

die zweite bewegliche Gruppe der Reihe nach eine divergente, eine konvergente und wieder eine divergente Linse umfasst: der Brechungsindex dieser drei Linsen bei einer Wellenlänge von λ = 588 nm zwischen 1,6o und 1,85 liegt

1,6o < n_d < 1,85

wobei die Abbe¹sehe Zahl der konvergenten Linse zwischen 2o und 35 liegt

2o < v_d < 35

der Absolutwert des Krümmungsradius R der konvergenten Linse, die der darauffolgenden divergenten Linse am nächsten liegt zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Absolutwertes der Brennweite f3

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dieser beweglichen Linsengruppe liegt o,5 |f3| < |R| < 2 ff3I

der Absolutwert des Krümmungsradius R der dem Objekt am nächsten gelegenen divergenten Linse zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Absolutwertes der Brennweite f3 dieser beweglichen Gruppe liegt:

o,5 }£3| < |R| < 2 [f3 j

8. Objektiv mit veränderbarer Brennweite dadurch gekennzeichnet, daß

die erste feste konvergente Linsengruppe der Reihe nach gebildet ist aus zwei divergenten, einer konvergenten und einer verklebten Doppellinse, die aus einer divergenten und einer konvergenten Linse zusammengesetztist sowie aus zwei konvergenten Linsen wobei der Absolutwert des Krummungsradiuses R der Klebfläche der Doppellinse zwischen der Hälfte und dem Dreifachen des Absolutwertes der Brennweite f1 dieser festen Linsengruppe liegt,

o,5 |f1I < |R| < 3 |fiI

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der Absolutwert des Krümmungsradiuses R der dem Objektiv zunächst liegenden Krümmungsfläche der ersten divergenten Linse zwischen der Hälfte u nd dem Dreifachen des Absolutwertes der Brennweite f1 dieser festen Linsengruppe liegt,

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