DE3036558A1

DE3036558A1 - Objective with lens effective only under water - has specified positive supplementary air lens to compensate for divergence under water (AT 15.1.81)

Info

Publication number: DE3036558A1
Application number: DE19803036558
Authority: DE
Inventors: Gunter Vösendorf Kurz
Original assignee: EUMIG ELEKTRIZITATS und METALLWAREN INDUSTRIE GESELLSCHAFT
Current assignee: EUMIG ELEKTRIZITATS und METALLWAREN INDUSTRIE GESELLSCHAFT
Priority date: 1979-10-04
Filing date: 1980-09-27
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS5685721A; ATA647379A; AT363702B

Abstract

The optical system comprises a pancratic objective (1) and a positive supplementary front lens (2). On the side facing this front lens, the objective is provided with a lens (D) which is optically ineffective in air and is intended for underwater use. The supplementary group (2) consists of two positive plano-convex lenses (VL1,2) having facing convex surfaces. When used underwater, and with the objective normally focussed, the air lens contained between these lenses (VL1,2) produces the positive refraction required to compensate for the divergence due to the different refraction between air and water. Structural details are specified for three examples of groups (2) for use in combination with a fully specified objective having eleven elements plus lens (D).

Description

Optisches System Die Erfindung betrifft ein optisches System, bestehend aus einem pankratisciien Objektiv und einem auf der Seite der längeren konjugierten Schnittweite des Objektivs ansetzbarcn Vorsatztcil positiver Brechkraft, welches Objektiv auf der dem Vorsatzteil zugekehrten Seite eine in Luft optisch wirkungslose Dichtlinse für den Einsatz unter Wasser aufweist, wobei beim Eintauchen ins wasser dieses den Raum zwischen Vorsatz und Dichtlinse füllt, Es sind Unterwassergehäuse für optische Geräte, insbesondere Filmkameras, bekannt, in deren Wand ein planparalleles Fenster zentriert zum Aufnahmeobjektiv angebracht ist. Dieses Prinzip hat den Nachteil, daß außeraxiale Abbildungsfehler in unzulässigem Ausmaß auftreten, wie dies auch bei Ivanoff und Cherney, Journal of the SMPTE, Volumen 69, Seite 264, ausgeführt wird. Optical system The invention relates to an optical system consisting of from a pankratisciien lens and one conjugated on the side of the longer Focal length of the lens attachable attachment part with positive refractive power, which The lens on the side facing the attachment is optically ineffective in the air Has sealing lens for use under water, whereby when immersed in the water this fills the space between the attachment and the sealing lens, they are underwater housings for optical devices, especially film cameras, known, in the wall of a plane-parallel Window centered on the taking lens is attached. This principle has the disadvantage that off-axis aberrations occur to an inadmissible extent, as well as this in Ivanoff and Cherney, Journal of the SMPTE, Volume 69, page 264 will.

Es ist daher von Vorteil, das Fenster konvex gegen das Objekt durchzubiegen, wie dies bei den unterschiedlichsten Vorsatzlinsen positiver oder negativer Brechkraft üblich ist, derart, daß die Breelmungswinkel der vom Objektrand zum Bildwand verlaufenden Strahlenbündel möglichst klein bleiben und optimal auf die cinzelnen brechenden Flächen verteilt sind, d. h. ein Minimum der Ablenkung bilden. It is therefore advantageous to bend the window convex against the object, As is the case with a wide variety of auxiliary lenses with positive or negative refractive power It is common to have the angle of fire running from the edge of the object to the screen The bundle of rays remain as small as possible and optimally target the individual refracting ones Areas are distributed, d. H. make a minimum of distraction.

Eine auf diese Weise entstehende Null-Linse, im folgenden als Dichtlinse bezeichnet, ist in Luft praktisch brechkraftes Bei Aufnahmen unter Wasser hingegen wird die Brechkraft der konvex gegen Wasser gekrümmten Außenfläche der Dichtlinse infolge des geringen Unterschiedes der Brecloungsindices von Wasser (nd = 1, 33 ) und Glas bzw, Kunststoff (nd etwa 1, 5 3 sehr gering; sodaß die negative Breelikraft der hohlen Fläche, die dem Objektiv zugekehrt ist und die Medien Glas bzw. Kunststoff und Luft (nd = 1 ) trennt, deutlich überwiegt. Ist nun im Aufnahmeobjektiv eine Vorkehrung iür extreme Nahaufnahmen vorgesehen, so kann bei passender Durchbiegung der Dichtlinse deren Brechkraft die Konvergenz der Achsbündel im Objektraum so beeinflussen, daß nicht mir Aufnahmen in diesem extremen Nahbereich sowohl in Luft als auch unter Wasser möglich sind, sondern auch die Verwendung einer eventuell gegebenen stark negativ brechenden Vorsatzlinse zwecks Reduktion der Brennweite des Gcsamtsystems sowohl in Luft als auch unter Wasser. Eine derartige Maßnahme wurde in der D13-OS 2, 851.152 beschrieben, Die negativ brechende Vorsatzlinse hat ihrc Bildebene in der auf den extremen Nahbereich fokussierten Ebene des Aufnahmeob3.ektivs, welches das Zwischenbild von der Vorsatzlinse auf die konstante Filmebene in einem vorbestimmten Maßstab abbildet. Eine Variation der Brennweite des Gesamtsystems, also das Zoomen, ist dann allerdings nicht mehr möglich. A null lens created in this way, hereinafter referred to as a sealing lens designated, is practically refractive power in air When taking pictures under water, however, the Refractive power of the convex outer surface of the sealing lens, which is curved against water the small difference in the breeding indices of water (nd = 1.33) and glass or, plastic (nd about 1, 5 3 very low; so that the negative Breeli force of the hollow surface facing the lens and the media glass or plastic and air (nd = 1) separates, clearly predominates. There is now one in the taking lens Precautions are taken for extreme close-ups, so if the deflection is appropriate the sealing lens whose refractive power influences the convergence of the axis bundles in the object space so that not me recordings in this extreme close range, both in the air and below Water are possible, but also the use of a possibly given strong negative refractive auxiliary lens for the purpose of reducing the focal length of the entire system both in air and under water. Such a measure was introduced in the D13-OS 2, 851.152, the negative refractive ancillary lens has its image plane in the plane of the exposure lens focused on the extreme close range, which the intermediate image from the conversion lens to the constant film plane in a predetermined Scale. A variation of the focal length of the overall system, i.e. zooming, is then no longer possible.

Es lag deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem optischen System der eingangs genannten Art auch im Wasser die Möglichkeit zur Brennweitenverstellung zu schaffen. Da die in Luft praktisch brechkraftlose Dichtlinse unter Wasser - wie bereits ausgeführt - negative Brechkraft aufnimmt, muß ein im Wasser positiv brechendes optisches Glied vorgeschaltet werden, um einen afokalen Vorsatz zu schaffen, der ein Zoomen mit dem Aufnahmeobjektiv auch hunter Wasser gestattet. Eine einfache Linse müßte außerordentlich kurze Krümmungsradien haben, um im Wasser die erforderliche Brechkraft zu erreichen. It was therefore the object of the invention to provide an optical System of the type mentioned at the beginning also allows focal length adjustment in water to accomplish. Since the sealing lens practically without refractive power in air under water - like already carried out - absorbs negative refractive power, must have positive refractive power in water optical element are connected upstream in order to create an afocal attachment that zooming with the taking lens is also permitted under water. A simple one Lens would have to have extremely short radii of curvature in order to achieve the required To achieve refractive power.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß der positive yorsatzteil als ein aus zwei Linsen zusammengesetztes Element mit positiver Brechkraft ausgebildet ist, welche Linsen im wesentlichen plankovex sind und ihre konvexe Fläche einander zukehren, sodaß durch die zwischen den Linsen entstandene Luftlinse beim Einsatz unter Wasser jene positive Brechkraft gegeben ist, die die Divergenz der Stralllenbündel bei den auf einen normalen Entfernungsbereich fokussiertem Objektiv infolge des Brechkraftunterschiedes zwischen Luft und Wasser kompensiert Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich an Hand der Beschreibung, von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen Die Fig. 1 zeigt ein pankratisches Objektiv mit einer Dichtlinse, In den Fig. 2 und 3 ist das Objektiv bzw das optische System in einer Makroeinstellung bzw. mit einem negativen Vorsatzteil dargestellt. Die Fig. 4 und-5 zeigen den Strahlenverlauf des Objetivs und des optischen Systems mit einem positiven Vorsatzteil gemäß der Erfindung in Luft und in Wasser, Ein pankratisches Objektiv 1 ist gemäß Fig 1 nur schematisch dargestellt Eine vor das Ob jckt iv gesetzte Dichtlinie D hat, wie eingangs erwähnt, die Wirkung und somit auch die Vorteilc einer Null-Linse und somit in Luft kcinerlei Einfluß auf den Strahlenverlauf. Die Fokuseinstellung des Objektivs auf unendlich entfernte Objekte erzeugt ein Bild in der Filmebene F. Der in Fig. 1 dargestellte Strahlenverlauf entspricht dem Einsatz des Objektivs in Luft. Wird das Objektiv 1, wie in Fig 2 dargestellt, auf eine Ebene ML in den extremen Nahbereich fokussiert, ergibt stich bei derselben Einstellung des Objektivs 1 beim Eintauchen ins Wasser eine Verlagerung der Fokusebene ML um den Betrag a in die Fokusebene MW, bedingt durch die unterschiedliche Brechungszahlcn der Medien Luft und Wasser.According to the invention it is therefore proposed that the positive yorsatzteil as a Element composed of two lenses with positive Refractive power is formed, which lenses are essentially plankovex and their facing each other, so that the surface between the lenses Air lens when used underwater has the positive refractive power that the Divergence of the rays of rays in those focused on a normal distance range Lens compensated for the difference in refractive power between air and water Further advantages and features of the invention emerge from the description, of exemplary embodiments shown schematically in the drawing shows a pancratic lens with a sealing lens, in FIGS. 2 and 3 this is Lens or the optical system in a macro setting or with a negative one Attachment shown. FIGS. 4 and 5 show the beam path of the lens and the optical system with a positive attachment according to the invention in FIG Air and in water, a pancratic lens 1 is only schematically shown in FIG A sealing line D placed in front of the ob jckt iv has, as mentioned at the beginning, the effect and thus also the advantages of a null lens and thus nothing in air Influence on the course of the rays. The focus setting of the lens to infinity distant objects creates an image in the film plane F. The one shown in FIG The course of the rays corresponds to the use of the lens in air. Will the lens 1, as shown in Fig. 2, focused on a plane ML in the extreme close range, results in the same setting of lens 1 when immersed in water a shift of the focal plane ML by the amount a into the focal plane MW is necessary due to the different refractive indices of the media air and water.

Bei Verwendung cincs negativen Vorsatzteiles PMA, der seinen Brennpunkt in der Ebene ML, , hat, läßt sich die Gesamtbreunwcite des optischen Systems um einen bestimmten Betrag reduzieren, Bei entsprechender Wahl der Krümmungssradien der Dichtlinse D cntspricht der Betrag, um den sich der Fokuspunkt der vom Wasser umfluteten PMA-Linse im Vergleich zu Luft verschiebt, jenem Bet-rag a, um den sich auch die Makroebene M gemäß Fig 2 verlagert hat Dadurch ist der Einsatz des in Fig 3 dargestellten Systems ohne Abänderung der Einstelldaten des pankratischen Objektivs 1 oder des Abstandes der PMA-Linse zur Dichtlinse D sowohl in Luft als auch in Wasser möglich In diesem Zustand ist aber eine Abänderung der Brennweite des pankratischen Objektivs 1 nicht mehr realisierbar. When using cincs negative attachment part PMA, which is its focal point in the plane ML,, has, the total width of the optical system can be changed reduce a certain amount, with appropriate selection of the radii of curvature the sealing lens D corresponds to the amount by which the focal point of the water flooded PMA lens moves compared to air, that prayer a, by which the macro level M has also shifted according to FIG of the system shown in Fig. 3 without changing the setting data of the pancratic Objective 1 or the distance of the PMA lens to the sealing lens D both in air as also possible in water In this state, however, the focal length can be changed of the pancratic lens 1 can no longer be realized.

Um diesem Wunsch Abhilfe zu schaffen, wird anstelle des negativen Vorsatzteiles PAtA der positive Vorsatzteil 2 vor die Dichtlinse D gesetzt In Luft wird entsprechend Fig. 4 bei einer Einstellung des pankratischen Objektivs 1 ein aus dem Unendlichen kommender Strahl in die Filmebene F fokussiert, Sollte die Fokuslagc in der Ebene F beim Eintauchen des Objektivs ins Wasser unverändert bleiben, müßte das einfallende Strahlenbündel eine Divergenz aufweisen, Diese Divergenz wird durch den positiven Vorsatzteil 2 kompensiert. Die beiden plankonvexen Vorsatzlinsen VL 1 und VL 2 des Vorsatzteils 2 kehren ihre konvexen Flächen einander zu und wenden ihre planen Außenflächen dem Objekt bzw, der nachfolgenden Dichtlinse D zu. Da cs kaum möglich ist, infolge des geringen Unterschiedes der Brechungsindices von Wasser und Glas bzw. Kunststoff den Außenflächen im Rahmen einer verntinftigen Dimensionierung der Krümmungsradien eine deutliche positive BrechlXraft zu geben, ist es aus fertiguiigstechnischen Gründen vorteilhaft1 die Außenflächen plan auszubilden. Voraussetzung für die Erreichung der gewünschten positiven Brechkraft des Vorsatzteils ist daher eine wasserdichte Verbindung der beiden Vorsatzlinsen in der Fassung, sodaß -die zwischen VL 1 und VL 2 derart entstehende Luftlinse als eigentliche Trägerin der positiven Brechliraft anzusehen ist. To remedy this desire, instead of the negative one Attachment part PAtA the positive attachment part 2 placed in front of the sealing lens D In air is a corresponding to FIG. 4 when the pancratic lens 1 is set The beam coming from infinity is focused into the film plane F, the focus position should be should remain unchanged in plane F when the lens is immersed in water the incident beam have a divergence, This divergence is characterized by compensates for the positive attachment part 2. The two plano-convex auxiliary lenses VL 1 and VL 2 of the attachment 2 turn their convex surfaces towards each other and turn their flat outer surfaces towards the object or the following sealing lens D. Since cs is hardly possible due to the small difference in the refractive indices of water and glass or plastic the outer surfaces within the framework of a reasonable dimensioning To give the radii of curvature a clearly positive refractive power is due to technical reasons Reasons advantageous1 to design the outer surfaces flat. Requirement for achieving the desired positive refractive power of the attachment is therefore watertight Connection of the two additional lenses in the mount, so that -the between VL 1 and VL 2 air lens created in this way as the actual bearer of the positive refractive effect is to be seen.

Um auch außeraxial eine möglichst aberrationslose Abbildung zu erreichen, ist gemäß der Erfindung die brechende Fläche der Vorsatzlinse VL 1 wesentlich schwächer als die brechende Fläche der Vorsatzlinse VL 2. Ein Verhältnis der Flächenbrechkräfte von etwa 1 1, 8 hat sich als brauchbarer Mittelwert erwiesen. In order to achieve an image that is as aberration-free as possible, also off-axis, According to the invention, the refractive surface of the auxiliary lens VL 1 is significantly weaker than the refractive surface of the auxiliary lens VL 2. A ratio of the surface powers of about 1 1, 8 has proven to be a useful mean.

In den Unteransprüchen 4 bis 6 werden Ausführungsdatcn je eines positiven Zoomvorsatzteiles in der Kombination mit einem mit einer Dichtlinse ausgestatteten und beispielsweise aus 11 E inzellinsen aufgebauten pankratischen Objektiv für das Super-8-Filmformat angegeben, Die Verwendung der negativen Vorsatzlinse mit dem Aufnahmeobjektiv gemäß DE-OS 2, 851,152 ist nur möglich, wenn das Dichtelement in der dort beschriebenen Weise ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße positive Vorsatzteil ist dann durch die negative Vorsatzlinse zu ersetzen, L e e r s e i t e In the subclaims 4 to 6, execution data are each positive Zoom attachment in combination with one equipped with a sealing lens and, for example, a pancratic lens made up of 11 single lenses for the Super 8 film format specified, The use of the negative conversion lens with the Taking lens according to DE-OS 2, 851,152 is only possible if the sealing element in the manner described there is formed. The positive attachment according to the invention must then be replaced by the negative auxiliary lens, L e r s e i t e

Claims

Claims 1. Optical system consisting of a pancratic Objective and one on the side of the longer conjugate focal length of the objective attachable attachment part with positive refractive power, which lens is on the attachment part facing side a sealing lens that is optically ineffective in air for use under Has water, when immersed in the water this the space between the intent and sealing lens, characterized in that the positive attachment part (2) as an element composed of two lenses (VL 1, VL 2) with positive refractive power is formed, which lenses are essentially plankovex and their convex surface adhere to each other, so that through the air lens created between the lenses at Use under water that positive breaking force is given that the divergence of the Beam bundles with the objective focused on a normal distance range due to the difference in refractive power between air and water compensated 2. Optical System according to claim 1, characterized in that the convex surface is that of the sealing lens (D) neighboring lens (VL 2) is more curved than the convex surface of the other lens (VL 1) in the positive attachment part (2) 3. Optical system according to Änspruch 2, characterized in that the ratio of the surface powers of the convex Areas of the two ancillary lenses is about 1: 1.8.

4. Optical system with a pan-crystal lens according to one of the Claims 1 to 3, characterized by the following data, understood with one difference the curvature of individual surfaces and the thicknesses up to 10% of the refractive power of the corresponding Link, the refractive indices up to # 0, 03 and the Abbe 'see numbers up to + 5: nd vd r1 plan VL 1 d1 = 4.0 / 1.492 / 54.7 r2 - 185.3 l1 = 0.5 r3 + 100.323 VL 2 d2 = 5.0 / 1.492 / 54.7 r4 flat l2 = 2.0 ..... water nd = 1.33 r5 + 44.69 D d3 = 7.9 / 1.517 / 64.2 r6 + 42.0 l3 = 4.6 r7 + 85.6 L1 d4 = 1.35 / 1.805 / 25.4 r8 + 28.2 l4 = 4.1 r9 + 33.9 L2 d5 = 4.55 / 1.603 / 53.6 r10 - 404.1 l5 = 0.1 r11 +26.8 L3 d6 = 4.5 / 1.658 / 50.9 r12 - 488.6 6 l6 = 0.84 to 15.28 r13 + 119.0 L4 d7 = 1.0 / 1.658 / 50.9 r14 + 10.45 l7 = 2.2 r15 - 21.1 L5 d8 = 0.9 / 1.670 / 47.1 r16 + 12.6 L6 d9 = 2.2 / 1.805 / 25.4 r17 + 371.3 18 = 15.51 to 1.07 r18 + 28 5 L7 d10 = 1.6 / 1.689 / 49.5 r19 - 280.5 l9 = 9.6 * 2.5 (compensation of the overall length) r20 + 8.8 L8 d11 = 2.9 / 1.713 / 53.8 r21 - 81.3 l10 = 1.74 r22 - 15.9 L9 d12 = 3.2 / 1.785 / 26.1 r23 + 7.6 l11 = 3.2 r24 - 41.3 L10 d13 = 2.0 / 1.641 / 60.1 l12 = 0.1 r26 + 11.1 L11 d14 = 3.0 / 1.641 / 60.1 r27 - 64.8 fGmin = 14 FGmax = 45 focal ratio 1: 1.9 5, optical system-with-a pancratic lens according to one of claims 1 to 3, characterized by the following data, understood with a deviation of the curvature of individual surfaces and the thicknesses of up to 10% of the Refractive power of the corresponding link, the speeds up to # 0.03 and the Abbe'schen Numbers up to # 5: nd vd r1 plan VL1 d1 = 3.0 / 1.522 / 59.5 r2 - 186.738 l1 = 0.2 r3 + 106.86 VL 2 d2 = 3.5 / 1.522 / 59.5 r4 flat l2 = 1.0 ..... water nd = 1.33 r5 + 44.69 D d3 = 7.9 / 1.517 / 64.2 r6 + 42.0 l3 = 4.6 r7 + 85.6 L1 d4 = 1.35 / 1.805 / 25.4 r8 + 28.2 l4 = 4.1 r9 + 33.9 L2 d5 = 4.55 / 1.603 / 53.6 r10 - 404.1 l5 = 0.1 r11 + 26.8 L3 d6 = 4.5 / 1.658 / 50.9 r12 - 488.6 l6 = 0.84 to 15.28 r13 + 119.0 L4 d7 = 1.0 / 1.658 / 50.9 r14 + 10.45 l7 = 2.2 r15 - 21.1 L5 d8 = 0.9 / 1.670 / 47.1 r16 + 12.9 L6 d9 = 2.2 / 1.805 / 25.4 r17 + 371.3 l8 = 15.51 to 1.07 nd vd r18 + 28.5 L7 d10 = 1.6 / 1.689 / 49.5 r19 - 280.5 l9 = 9.6 + 2.5 (compensation of Length) r20 + 8.8 L8 d11 = 2.9 / 17.13 / 53.8 r21 - 81.3 l10 = 1.74 r22 - 15.9 L9 d12 = 3.2 / 1.785 / 26.1 r23 + 7.6 l11 = 3.2 r24 - 41.3 L10 d13 = 2.0 / 1.641 / 60.1 r25 - 12.0 l12 = 0.1 r26 + 11.1 L11 d14 = 3.0 / 1.641 / 60.1 r27 - 64.8 fGmin = 14 fGmax = 45 focal ratio 1: 1.9 6 optical system with a pancratic Objective according to one of Claims 1 to 3, characterized by the following data, understood with a deviation of the curvature of individual surfaces and the thicknesses up to up to 10% of the refractive power of the corresponding glide, the refractive indices up to # 0.03 and the Abbe's Zalilen up to 4 5: nd vd r1 plan VL 1 d1 = 3.0 / 1.517 / 64.2 r2 - 186.738 l1 = 0.2 r3 + 106.86 VL 2 d2 = 3.5 / 1.617 / 64.2 r4 flat l2 = 1.0 ..... Water nd = 1.33 r5 + 44.69 D d3 = 7.9 / 1.517 / 64.2 r6 + 42.0 13 = 4.6 nd vd r7 + 85.6 L1 d4 = 1.35 / 1.805 / 25.4 r8 + 28.2 l4 = 4.1 r9 + 33.9 L2 d5 = 4.55 / 1.603 / 53.6 r10 - 404.1 l5 = 0.1 r11 + 26.8 L3 d6 = 4.5 / 1.658 / 50.9 r12 - 488.6 l6 = 0.84 to 15.28 r13 + 119.0 L4 d7 = 1.0 / 1.658 / 50.9 r14 + 10.45 l7 = 2.2 r15 - 21.1 L5 d8 = 0.9 / 1.670 / 47.1 r16 + 12.9 L 6 d9 = 2.2 / 1.805 / 25.4 r17 + 371.3 1 = 15.51 to 1.07 r18 + 28.5 8 L7 d10 = 1.6 / 1.689 / 49.5 r19 - 280.5 l9 = 9.6 + 2.5 (compensation of the overall length) r20 + 8.8 L8 d11 = 2.9 / 1.713 / 53.8 r21 - 81.3 l10 = 1.74 r22 - 15.9 L 9 d12 = 3.2 / 1.785 / 26.1 r23 + 7.6 l11 = 3.2 l11 = 3.2 r24 - 41.3 L10 d13 = 2.0 / 1.641 / 60.1 r25 - 12.0 l12 = 0.1 r26 + 11.1 L11 d14 = 3.0 / 1.641 / 60.1 r27 - 64.8 fGmin = 14 fGmax = 45 aperture ratio 1: 1.9