DE3106433A1 - Vario-objektiv - Google Patents

Vario-objektiv

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DE3106433A1
DE3106433A1 DE19813106433 DE3106433A DE3106433A1 DE 3106433 A1 DE3106433 A1 DE 3106433A1 DE 19813106433 DE19813106433 DE 19813106433 DE 3106433 A DE3106433 A DE 3106433A DE 3106433 A1 DE3106433 A1 DE 3106433A1
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Germany
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lens group
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positive
curvature
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Yutaka Tokyo Iizuka
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Nikon Corp
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Nippon Kogaku KK
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    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/144—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only
    • G02B15/1441—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive
    • G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++

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Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vario-Objektiv der Bauart, bei der vier Linsengruppen mit positiver, negativer, positiver, positiver Brechkraft in der angegebenen Reihenfolge vom Objekt her gesehen angeordnet sind. Die Erfindung ist auf Verbesserungen für diesen Vario objektiv Typ gerichtet.
Beispiele dieses Vario-Objektiv Typs sind u. a. in der japanischen Patentveröffentlichung 31.818/1970 (= U.S. PS. 3.615.125) und in der japanischen Offenlegungsschrift 131.852/1978 beschrieben. Bei diesen bekannten Varioobjektiven erfolgt die Fokussierung (die Scharfeinstellung) generell durch Bewegen der vordersten, positiven Linsengruppe. Bei den bekannten Vario-Objektiven dieser Art ist aber das Fokussiervermögen für Nahaufnahmen nicht befriedigend.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Fokussiervermögen solcher Vario-objektive zu verbessern, insbesondere die Objektentfernung durch Verwendung des Frontgruppenverschiebungssystems zu verkürzen. Zugleich soll dabei
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3106A33
Vorsorge dafür getroffen werden, daß das Fokussiervermögen ausgezeichnet wird und Aufnahmen mit höherer Vergrößerung ohne Beeinträchtigung des hohen Fokussiervermögens ermöglicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für den vorausgesetzten Vario-Objektiv-Typ mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 stehenden Merkmalen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben; es zeigen:
Figur 1 eine schematische Axialschnittansicht des Vario-Objektivs gemäß Ausführungsbeispiel ,
Figur 2A den Korrektionszustand für die • Objektentfernung unendlich bei Einstellung der kürzesten Brennweite,
Figur 2B den Korrektionszustand des Objektivs nach Fig. 1 für Nahaufnahmen bei Einstellung der kürzesten Brennweite,
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Figur 3A den Korrektionszustand des Objektivs nach Fig. 1 für die Objektentfemung unendlich bei Einstellung einer mittleren Brennweite,
Figur 3B den Korrektionszustand des Objektivs nach Fig. 1 für Nahaufnahmen bei Einstellung einer mittleren Brennweite,
Figur 4a den Korrektionszustand des Objektivs nach Fig. 1 für die Objektentfernung unendlich bei Einstellung der längsten Brennweite und
Figur 4b den Korrektionszustand des Objektivs nach Fig. 1 für Nahaufnahmen bei Einstellung der längsten Brennweite.
Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht das Ausführungsbeispiel des Vario-Objektivs aus einer ersten, positiven Linsengruppe G1, einer zweiten, negativen Linsengruppe G2, einer dritten, positiven Linsengruppe G3 und einer vierten, positiven Linsengruppe G4, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her gesehen angeordnet sind. Die erste Linsengruppe G1 kann
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für eine Verschiebung zur Objektseite über den gesamten Brennweitenbereich hin angetrieben werden und wird nur zu Fokussierungszwecken benutzt. Die zweite Linsengruppe G2 kann auf und längs der optischen Achse linear bewegt werden und dient als ein Variator zur Änderung der Vergrößerung. Die dritte Linsengruppe G3 arbeitet als Kompensator zum Halten der sich mit der Verschiebung der zweiten Linsengruppe ändernden Bildebene in vorbestimmter Lage. Die vierte Linsengruppe G4 bleibt gegenüber der Vergrößerungsänderung und Fokussierung fixiert. Sie wirkt als Relaislinse bezüglich des Vario-Teils, das sich aus den ersten drei Linsengruppen zusammensetzt. Die erste Linsengruppe ist aufgebaut aus einer Vorderkomponente, die eine positive Einzellinse ist, und einer Hinterkomponente, die durch ein Kittglied aus einer positiven und einer negativen Linse gebildet ist. Die Gesamtbrechkraft des Kitt-Doublets ist positiv, und die Kittfläche ist zum Bild hin konvex. Das Vario-objektiv ist so entworfen, daß es die nachstehenden Bedingungen 1-6 erfüllt.
1.3 < |j < 1.6 (1) 1.2 < |i < 1.4 (2)
1.26< |j£ <1.4 (3)
4.0 < |j^ <5.0 (4)
0.3 < £fiii < 0.5 (5) 2.5 < £§±§§ < 3.0 (6)
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- Vf--
Hierin bedeuten
f 1, f2, f3 und f4 die Brennweiten von erster, zweiter, dritter bzw. vierter Linsengruppe,
fW die kürzeste einstellbare Brennweite des gesamten Vario-Objektivs,
fT die längste einstellbare Gesamtbrennweite,
f1F die Brennweite der Vorderkomponente der ersten Linsengruppe,
f1R die Brennweite der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe,
r1 und r2 die Krümmungsradien von Vorder- bzw. Hinterfläche der Vorderkomponente der ersten Linsengruppe,
r3 und r5 die Krümmungsradien von Vorder- bzw. Hinterfläche der gekitteten Hinterkomponente der ersten Linsengruppe.
Die Bedingungen 1 und 2 bestimmen den Grundaufbau des vorliegenden Vario-Objektivs. Die Bedingung 1 bezieht sich auf die Brennweite der ersten Linsengruppe G1 und die Bedingung 2 bezieht sich auf die Brennweite der vierten Linsengruppe G4.
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Im allgemeinen ist für ein Vario-Objektiv, das aus einem Vario-Teil und einem Relaislinsenteil zusammengesetzt ist, die relative Größe des Vario-Teils im Vergleich zum Relaislinsenteil durch die Brennweite der ersten Linsengruppe bestimmt. Der Wert von fT/f1 bedeutet auch die Vergrößerung der gesamten zweiten Linsengruppe und folgenden Linsengruppen, die auf den Bildpunkt der ersten Gruppe für die längste Brennweite einwirken.
Wenn die durch Bedingung 1 gegebene untere Grenze überschritten wird, dann wird die Größe des Vario-Teils groß, was dem allgemeinen Wunsch nach Miniaturisierung entgegenläuft. Außerdem wird, da der Verschiebungsbetrag zur kürzesten Objektentfernung groß wird, die Lichtmenge der Randstrahlen reduziert.
Wenn andererseits die obere Grenze der Bedingung 1 überschritten wird, dann wird die Petzvalsumme negativ, weil die entsprechenden Brennweiten der Linsengruppen im Vario-Teil kurz werden. Deshalb ist es in diesem Fall schwierig, die Bildfeldkrümmung zu korrigieren. Die Aberrationsänderungen sowohl bei Brennweitenverstellung als auch beim Scharfstellen werden zu groß, um noch korrigiert werden zu können.
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Die Brennweite der als Relaislinsengruppe wirkenden vierten Linsengruppe definiert den Bereich der änderbaren Vergrößerung für den aus den ersten drei Linsengruppen bestehenden Vario-Teil. Wenn der Vario-Teil afokal ist, dann bedeutet der Wert von f4/fW den Kehrwert der Winkelvergrößerung des Vario-Teils bei der kürzesten Brennweite.
Wenn dieser Wert die obere Grenze der Bedingung 2 überschreitet, dann v/ird nicht nur die Größe der Relaislinsengruppe groß, es vergrößert sich auch die Blendenapertur, was dem Wunsch nach Miniaturisierung widerspricht. Wenn andererseits die untere Grenze der Bedingung 2 unterschritten wird, ist es schwierig, die ungenügende Korrektion der sphärischen Aberration zu kompensieren. Ebenfalls wird es, weil die Petzvalsumme negativ wird, schwierig, die gewünschte Ebenheit der Bildebene zu erhalten.
Die Bedingungen 3-6 bestimmen den konkreten Aufbau der ersten Linsengruppe G1, deren Funktion das Fokussieren ist. Diese Bedingungen sind insbesondere von Bedeutung für die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, das Fokussiervermögen bei kleinen Objektentfernungen zu verbessern. Von diesen Bedingungen bestimmt die Bedingung 3 den Anteil der Vorderkomponente an der Gesamtbrennweite der ersten Linsengruppe.
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Zum Verkürzen der Objektentfernung für extreme Nahaufnahmen durch Verschieben der ersten Linsengruppe sollte der Anteile der Brennweite unter Berücksichtigung nicht nur der Änderung der sphärischen Aberration sondern auch der Änderung der Bildfeldkrümmung bestimmt werden.
Wird demgemäß die obere Grenze von Bedingung 3 überschritten, dann wird die Brennweite der Vorderkomponente der ersten Linsengruppe zu lang. Dieses-erhöht die Belastung der Hinterkomponente zu stark. Die Hinterkomponente, die ein Kittglied ist, hat zusätzlich zu den chromatischen Aberrationen die Änderungen der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung zu korrigieren. Ersichtlich wird in diesem Fall die verfügbare Korrektionsfreiheit zu klein. Andererseits wird bei Unterschreiten der unteren Grenze von Bedingung 3 die Brennweite der Vorderkomponente zu klein. In diesem Fall ist es praktisch unmöglich, die ungenügende Korrektion der sphärischen Aberration zu kompensieren, selbst wenn hierzu ein Durchbiegen der Vorderkomponente selber in Betracht gezogen wird.
Die Bedingung 4 bestimmt den Anteil der Hinterkomponente an der Brennweite der ersten Linsengruppe. Da die Hinterkomponente ein verkittetes Doublet ist, ist dessen Brennweite größer als die der Vorderkomponente, die als Einzellinse vorliegt.
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■A-
Wenn die obere Grenze der Bedingung 4 überschritten wird, dann wird die Brennweite der Hinterkomponente zu groß, um noch das die Vorderkomponente verlassende Lichtstrahlenbündel wirksam zu brechen. Da die Vorderkomponente einen übermäßig großen Anteil der Brechkraft zu übernehmen hat, wird die sphärische Aberration in negativer Richtung extrem groß.
Wenn andererseits die untere Grenze der Bedingung 4 unterschritten wird, hat die Hinterkomponente einen übermäßig großen Brechkraftanteil zu übernehmen, obgleich es sich um ein verkittetes Doublet handelt. Die Brennweite der positiven vorderen Linse in der Hinterkomponente wird unzureichend kurz, es ist deshalb schwierig, die Änderung der Aberrationen insbesondere bei Nahaufnahmen zu korrigieren.
Die Bedingung 5 bestimmt die Konfiguration der Vorderkomponente der ersten Linsengruppe. Zur Verbesserung des Nahaufnahmeverhaltens muß nicht nur die Verteilung der Brennweite auf die Komponenten der ersten Linsengruppe sondern auch die Biegungskonfiguration dieser Komponenten genauestens bestimmt werden.
Wenn die obere Grenze der Bedingung 5 überschritten wird, dann wird die Bildfeldkrümmung für Nahaufnahmen bei großen Brennweiten übermäßig groß in positiver Richtung, und es
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-ψ-
entsteht eine Koma, die die Leistung des Objektivs herabsetzt.
Wenn andererseits die untere Grenze der Bedingung 5 überschritten wird, wird die Bildfeldkrümmung übermäßig groß in negativer Richtung.
Die Bedingung 6 bestimmt die Konfiguration der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe. Wenn der Wert die obere Grenze der Bedingung 6 überschreitet, dann werden sowohl sphärische Aberration als auch Bildfeldkrümmung auf der langbrennweitigen Seite übermäßig groß in positiver Richtung und führen zum Entstehen einer Koma, wodurch das Verhalten des Objektives verschlechtert wird. Darüberhinaus wird auf der langbrennweitigen Seite die Fokussierung von einer größeren Änderung der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung begleitet. Beim Übergang auf kürzere Brennweiteneinstellungen werden diese Aberrationen noch stärker ausgeprägt in positiver Richtung.
Wenn die untere Grenze der Bedingung 6 unterschritten wird, dann werden sowohl sphärische Aberration als auch Bildfeldkrümmung in negativer Richtung übermäßig groß. Dies gilt insbesondere für lange Brennweiten.
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Für den Aufbau des vorliegenden Vario objektives ist es bevorzugt, daß die Kittfläche r4 der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe G1 eine Brechkraft J *" (wobei n2 und n3 die Brechungsindizes
r£
der miteinander verkitteten positiven und negativen Linse bedeuten) haben sollte, die die nachstehende Bedingung erfüllt:
- n2 1
Das Kittglied dient zur Korrektur der chromatischen Aberrationen und gleichzeitig auch zur beabsichtigten Erzeugung einer positiven sphärischen Aberration durch die negative Brechkraft der Kittfläche. Wenn das Kittglied entsprechend der vorstehenden Bedingung entworfen ist, dann wird es leicht, die sphärische Aberration der ersten Linsengruppe zu kontrollieren, die eine wichtige Rolle bei der Brennweitenverstellung und auch beim Fokussieren spielt. Gleichfalls wird es hierdurch auch möglich, die Aberration in gut ausgeglichener Weise mit dem Gesamtsystem zu korrigieren. Darüberhinaus wird durch Verwendung eines niedrigbrechenden Glases für die positive Linse eine Petzvalsumme erzeugt, die zu einer gut ausgeglichenen Petzvalsurnme des Gesamtsystems beitragen kann.
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- tsr-
Wenn die Brechkraft die obere Grenze der Bedingung überschreitet, dann kann eine übermäßige positive sphärische Aberration erzeugt werden. Wenn andererseits die untere Grenze der Bedingung 7 unterschritten wird, wird die Petzvalsumme übermäßig groß und wird auch der Auswahlbereich für die zur Korrektur der chromatischen Aberrationen geeigneten Gläser klein, was die Aberrationskorrektur schwierig macht.
Nachstehend sind die Rechendaten eines bevorzugten Ausführungsbeispieles angegeben:
Brennweite f ·= 75.024-106.106-150.086 F Zahl 3.5
—_ r d nd vd
1 120.600 5.1000 1.62041 60.3
2 -262.500 0.2000
3 98.380 5.7000 1.62041 60.3
4 -173.840 1.6000 1.75520 27.5
5 215.500 d5 = var iabel
6 -163.222 3.7000 1.78470 26.1
7 -40.083 1.2000 1.51680 64.2
8 54.000 3.8000
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-42 .000 /IO 1.62041 60 3106433
9 124 .706 1.2000 triabel .3
10 135 .900 dlO = ve 1.62041 60
11 -30 .776 5.3000 1.75520 27 .3
12 -66 .990 1.1000 riabel .5
13 33 .750 dl3 = va 1.62041 60.
14 133 032 4.7000 3
15 -462. 320 1.0000 1.75520 27.
16 637. 000 2.1000 5
17 -19. 704 42.0 1.74950 34.
18 -28. 653 2.0000 96
19 77. 683 0.3000 1.62588 35.
20 -419. 799 3.9000 6
21
fl =
f2 =
f3 =
f4 =
d5
dlO
dl3
103.016
-35.355
88.074
95.281
flF = 133.877 flR = 467.476 B.f = 40.165
.024 106 .106 150. 086
1 .850 17 .227 28. 101
24 .364 14 .502 0. 555
8 .146 2 .631 5. 706
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In der Tabelle bedeuten r den Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche, d die axiale Linsendicke bzw. den Abstand zwischen den einzelnen Linsen, nd den Brechungsindex und vd die Abbe Zahl der jeweils betroffenen Linse. Die fortlaufende Numerierung in der vordersten Spalte gibt die Reihenfolge der Linsenoberflachen gesehen vom Objekt aus, wieder.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist für eine 35 mm Stehbildkamera vorgesehen. Das Vario-objektiv überstreicht den mittleren Teleskopbereich von 75 bis 150 min Brennweite. Das Zoomverhältnis ist 2,0 und die relative Öffnung ist F:3,5 (F Zahl). Durch Verschieben der ersten Linsengruppe wird die Objektmindestentfernung auf 1 m reduziert und die Aufnahme-Vergrößerung bei der längsten Brennweite ist 1/5. Die verschiedenen Aberrationen für die Objektentfernung unendlich sind in den Figuren 2A, 3A, 4A für die kürzeste Brennweite, eine mittlere Brennweite, bzw. die längste Brennweite angegeben. Der Korrektionszustand des Vario-Objektivs für Nahaufnahmen ist in ähnlicher Weise in den Figuren 2B, 3B und 4B für die drei unterschiedlichen Brennweiten angegeben.
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Hieraus ist ersichtlich, daß das Vario-Objektiv ein ausgezeichnetes Fokussiervermögen selbst bei Nahaufnahmen unter Beibehaltung eines relativ hohen Öffnungsverhältnisses hat.
(Es sei bemerkt, daß in obiger Tabelle ebenso auch in den Bedingungen 1-6 und in der Tabelle des Anspruches 3 der Dezimalnullpunkt nicht mit einem Komma sondern mit einem Punkt bezeichnet ist).
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Claims (3)

Patentansprüche l.J)Vario-objektiv, das vom Objekt her gesehen aufgebaut ist aus - einer ersten, positiven Linsengruppe als Fokussiereinheit, die sich zusammensetzt aus - einer Vorderkomponente, die durch eine positive Linse gebildet ist, und - einer Hinterkomponente, die durch ein positives Kittglied aus einer positiven Linse und einer negativen Linse mit zum Bild hin konvexer Kittfläche gebildet ist, - einer zweiten, negativen Linsengruppe als Variator zum Ändern der Vergrößerung durch lineares Verschieben längs der optischen Achse, - einer dritten, positiven Linsengruppe als Kompensator zum Halten der sich mit der Verschiebung der zweiten Linsengruppe ändernden Bildebene in vorbestimmter Lage und - einer vierten, positiven Linsengruppe als Relaislinse, 130064/0578 Λ- dadurch gekennzeichnet, daß das Varioobjektiv folgende Bedingungen erfüllt:
1.3 < S- < 1.6 (1) 1.2 <
1.26 <±g- <1.4 (3)
4.0 < ^i? <5.0 (4)
2.5 < < 3.0 (6)
hierin bedeuten
f1, f2, f3 und f4 die Brennweiten der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Lins engrupp e,
fw die kürzeste Gesamtbrennweite des Vario-Objektivs,
fT die längste Gesamtbrennweite des Vario-Objektivs,
f1F die Brennweite der Vorderkomponente der ersten Linsengruppe,
f1R die Brennweite der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe,
r1 und r2 die Krümmungsradien von erster bzw. zweiter Fläche der Vorderkomponente
der ersten Linsengruppe und 130064/0578
. 3.
r3 und r5 die Krümmungsradien der objektseitigen bzw. bildseitigen Fläche der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe.
2. Vario-objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Bedingung:
1
T2ÜÜ
n3 - n2 5
Viöl
(7)
hierin bedeuten
r4 der Krümmungsradius der Kittfläche der Hinterkomponente der ersten Linsengruppe und
n2 und n3 die Brechungsindizes der positiven Linse und der negativen Linse, die die Kittfläche bilden.
3. Vario-Objektiv nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Rechendaten:
Brennweite f = 75.024-106.106~150.086 F Zahl 3.5
r d nd 1.78470 Vd 1 120.600 5.1000 1.62041 60.3 2 -262.500 0.2000 3 98.380 5.7000 1.62041 60.3 4 -173.840 1.6000 1.75520 27.5 5 215.500 d5 = variabel 6 -163.222 3.7000 26.1
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7 -40.083 1.2000 1.51680 1.62041 64.2 8 54.000 3.8000 1.75520 9 -42.000 1.2000 1.62041 riabel 60.3 10 124.706 dlO = variabel 1.62041 11 135.900 5.3000 60.3 12 -30.776 1.1000 1.75520 27.5 13 -66.990 dl3 = va 14 33.750 4.7000 1.74950 60.3 15 133.032 1.0000 16 -462.320 2.1000 1.62588 27.5 17 637.000 42.0 18 -19.704 2.0000 34.9 19 -28.653 0.3000 20 77.683 3.9000 35.6 21 -419.799
f 1 = 103.016 flF = 133 .877 f2 = -35.355 f IR = 467 .476 f3 = 88.074 B.f = 40 165 f4 = 95.281 f 75.024 106.106 150.086 d5 1.850 17.227 28.101 dlO 24.364 14.502 dl3 8.146 2.631 0.555 5.706
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hierin bedeuten:
r den Krümmungsradius der Linsenflächen d die Linsendicken und -abstände nd den Brechungsindex der Linsen
die Abbe Zahl der Linsen, wobei die fortlaufende Numerierung in der vordersten Spalte die Reihenfolge der einzelnen Linsenflächen vom Objekt her gesehen bezeichnet.
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DE19813106433 1980-02-26 1981-02-20 Vario-objektiv Withdrawn DE3106433A1 (de)

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