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Optisches System zur Brennweitenänderung
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Die Frfi.ndung bezieht sich auf optl,sche Systeme mit veränderbarer
Bren)weit-e, wobei die Brennweite didurch erhöht wird, daß ein negatives Linsensystem
hinter einem positiven Linsensystem angebracht wird.
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Herkömmlicherweise ist es zur Änderung der Brennweite in den meisten
Fällen üblich, daß ein Linsensystem, das als rückseitiges (bzw. hinteres) Ansatzobjektiv
bezeichnet wird, bzw. ein rückseitiger Konverter (Konverterobjektiv) hinter dem
Hauptobjektiv angebracht wird. Das Grundprinzip der Brennweitenänderung ist in Fig.
1 dargestellt. Wenn ein negatives Linsensystem f' mit negativer Brechkraft hinter
einem positiven Linsensystem f mit positiver firechkxaft angeordnet wird, bewirkt
das Anbringen des negativen Linsensystems f', da der Abstand des vorderen Hauptpunkts
H vom hinteren Hauptpunkt H' des negativen Linsensystems bzw. der Hauptpunktabstand
HH' allgemein einen positiven Wert hat, eine Verschiebung des Bildes von einer Stelle
0, wenn das positive Linsensystem alleine vorhanden ist, nach hinten zu einer Stelle
0'. Dies hat seine Ursache darin, daß das negative tinsensystem f' in den meisten
Fällen die Form hat, daß die vordere tinsengruppe divergent (negativ) und die hintere
tinsengruppe konvergent (positiv) ist, so daß der Hauptpunktabstand HH' positiv
ist. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig gewesen, eine Übereinstimmung der Trage
eines Bildpunktes, der sich aufgrund des Anbringens
des negativen
Linsensystems ergibt, das allgemeine'Verwendung bei herkömmlichen Systemen zur Brennweitenänderung,
die hinter dem positiven Linsensystem angebracht werden, gefunden hat, mit dem Bildpunkt
zu erreichen, der sich aufgrund des positiven Linsensystems allein ergibt.
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Es ist ferner bekannt, das negative Linsensystem in einen Zwischenraum
des Hauptlinsensystems einzusetzen, wenn die Brennweite des gesamten Systems geändert
werden soll, wie dies in der US-PS 4 240 697 beschrieben ist. Für das Anbringen
des negativen Iiinsensystems hinter dem Hauptlinsensystem zür Änderung, der Brennweite
des Gesamtsystems kann auf die US-PS 4 129 359 und 4 154 508 zurückgegriffen werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches System mit änderbare
Brennweite zu schaffen, bei dem die Brennweite durch Anbringen eines negativen Linsensystems
an der Rückseite eines positiven Linsensystems geändert wird, wobei eine konstante
Lage des Bildpunktes vor und nach dem Anbringen des negativen Linsensystems aufrechterhalten
wird. Darüberhinaus soll ein optisches System mit änderbarer Brennweite geschaffen
werden, bei dem eine gute Stabilität der Bildfehlerkorrektur bei Änderung der Brennweite
erzielt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Itlig. 1 schematisch
das Grundprinzip der Brennweitenänderung bei einem herkömmlichen optischen System,
Fig. 2 das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Brennweitenänderung, Fig. 3 einen
Linsenschnitt durch ein Beispiel eines
speziellen erfindungsgemäßen
ilauptobjektivs, Fig. 4 bis 7 Linsenschnitte von Ausführungsbeispielen 1 bis 4 der
Erfindung, Fig. 8a bis 8d die verschiedenen Bildfehler des Hauptobjektivs gemäß
Fig. 3, und Fig. 9a bis 9d bis 12a bis 12d die verschiedenen Bildfehler der Objektive
gemäß Fig. 4 bis 7, wenn diese an dem l1auptobjektiv gemäß Fig. 3 angebracht sind.
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Das Prinzip der erfindungsgemäßen Brennweitenänderung -ist in Fig.
2 dargestellt, wobei f das Haupt- bzw.
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positive insensystem und f' das negative Linsensystem sind, das zur
Durchführung der Brennweitenänderung angebracht wird. Wie man sieht, ist die Beziehung
zwischen dem vorderen und hinteren Hauptpunkt H bzw. H' des negativen Linsensystems
ft umgekehrt zu der in Fig. 1 ge-.
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zeigten. Anders ausgedrUckt, die vordere ifauptebene 1I liegt auf
der Bildseite der hinteren Hauptebene H'. Deshalb nimmt der ffauptebenenabstand
7il1' einen negativen Wert an. Durch Anpassen des Aufbaus ist es möglich, die Lage
des Bildpunktes bei alleinigem vorderen Linsensystem in Übereinstimmung mit dem
Bildpunkt O' für das mit dem negativen Linsensystem kombinierte System zu bringen.
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Im folgenden soll der Weg eines parallelen Lichtstrahls t, der auf
das positive Linsensystem f auftrifft, durch das kombinierte l,insensystem betrachtet
werden. Der am negativen Linsensystem f' ankommende-Strahl tritt aus der hinteren
Hauptebene H' mit derselben Höhe bezüglich der optischen Achse aus, wie er sie an
der vorderen Hauptebene hat, wobei der aus dem negativen Linsensystem f1 austretende
Strahl einen Winkel einschließt, der kleiner als der Einfallswinkel des ankommenden
Strahls auf die vordere Hauptebene des negativen Linsensystems f' ist, wodurch sich
die Möglichkeit ergibt, den Bildpunkt 0' in Übereinstimmung mit dem Bildpunkt O
zu
bringen.
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Um den Wert des Hauptebenenabstandes HH' des negativen Linsensystems
£' negativ zu machen, ist es, da das negative Linsensystem f' in zwei Linsengruppen
aufgeteilt ist, erforderlich, daß die vordere Gruppe positive Brechkraft und die
hintere Gruppe negative Brechkraft hat, und daß die folgende Bedingung erfüllt ist.
Im folgenden sei # die Brechkraft des negativen Linsensystems f', r1 die Brechkraft
der vorderen Gruppe, f 2 die Brechkraft der hinteren Gruppe und e' der Abstand zwischen
dem hinteren Hauptpunkt der vorderen Gruppe und dem vorderen Hauptpunkt der hinteren
Gruppe; nimmt man an, daß die vordere und hintere Gruppe .jeweiIs dünne Linsensysteme
sind, so kann der Abstand J 1 des vorderen Hauptpunktes des negativen Linsensystems
von der vorderen Gruppe ausgedrückt werden durch:
und der Abstand i1 2 des hinteren llauptpunktes des negativen l,insensystems von
der hinteren Gruppe durch:
Deshalb genügt es zur Erzielung eines negativen Wertes des Hauptpunktabstandes des
negativen Linsensystems, daß die Bedingung #1 - a2 > e' erfüllt ist.
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Hieraus folgt: e'(P2 + # 1)// > e¹ aus dieser Gleichung ergibt
sich:
Dies bedeutet, daß die Erfüllung der Gleichung (1) erforderlich ist.
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Im folgenden sind für spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die später beschrieben werden werden, die Brechkraft # des negativen Linsensystems,
die Brechkraft / 1.der vorderen Gruppe, die Brechkraft # 2 der hinteren Gruppe und
der Abstand e' zwischen dem hinteren Hauptpunkt der vorderen Gruppe und dem vorderen
Hauptpunkt der hinteren Gruppe als numerische Werte aufgelistet: Beispiell 13cis,)iel
2 Beispiel 3 Beispel 4 +.. -0.004901 -0.004529 -0.004732 -0.004683 f l 0.005552
0.005774 0.005544 0.005549 #2 -0.0l4li4 -0.o14076 -0.013895 -0.013838 e' 47.458
46.434 46.986 46.961 Wenn das negative tinsensystem mit den obigen ver-, schiedenen
numerischen Werten der einzelnen Paktoren hinter dem positiven Linsensystem angeordnet
ist, kann die Brennweite vergrößert werden, wobei die Position des Bildpunktes konstant
gehalten wird. Wenn das positive Linsensystem, das als lIauptlinsensystem verwendet
wird und später beschrieben werden wird, alleine verwendet wird, ist bei einem praktischen
Ausführungsbeispiel der Abstand von der ersten Linsenfläche zu der Bildebene 803,45
m/m. Wenn das negative Linsensystem zusätzlich angebracht ist, iat der Abstand von
der ersten Linsenfläche zu der Bildebene beim später beschriebenen Ausführungsbeispiel
1 803,41 m/m, beim Ausführungsbeispiel 2 803,41 m/m, beim Ausführungsbeispiel 3
803,40 m/m und beim Ausführungsbeispiel 4 803,43 m/m; diese Werte sind im wesentlichen
gleich.
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Da andererseits die Brennweite dadurch erhöht werden kann, daß ein
negatives Linsensystem mit den vorstehend angegebenen numerischen Werten der verschiedenen
Faktoren hinter dem positiven Linsensystem angebracht wird, führt die Tatsache,
daß die Lage des Bildpunktes ungeändert bleibt, dazu, daß das Telephotoverhältnis
auf extrem kleine Werte verringert wird. Beispielsweise ist bei jedem der nachstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel das Telephotoverhältnis etwa 0,49.
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Da sich das Telephotoverhältnis verringert, steigt die Petzvalsumme
allgemein in negativer Richtung an; ferner erhöht sich das sekundäre Spektrum. Zur
Berücksichtigung dieser Erscheinungen sind bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung
sowohl die vordere als .ch die hintere Gruppe des negativen Tlinsensystems mit einer
Kittflache mit streuender Wirkung versehen, um das Anwachsen der Petzvalsumme zu
verhindern. Dies wird dadurch erreicht, daß Glas mit niedrigem Brechungsindex in
der positiven Linse und Glas mit hohem Brechungsindex in der negativen Linse verwendet
wird. Das sekundäre Spektrum wird gut durch die Verwendung von Lanthan-Schwerflintglas
mit großer anormaler Dispersion korrigiert.
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Die Überkorrektur der sphärischen Aberration, die sich aufgrund der
negativen Kittfläche in der vorderen Gruppe des negativen Linsensystems ergibt,
wird dadurch kompen-, siert, daß die vordere Gruppe aus einem Doublett von Meniskuslinsen
mit Vorwartskonvexität (bei den Ausführungsbeispielen mit negativer Brechkraft)
und einer bikonvexen oder positiven inseaufgebaut wird. Durch den obigen Linsenaufbau
kann ein optisches System mit änderbarer Brennweite erzielt werden, das bezüglich
seiner Bildfehler gut korrigiert ist.
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Um andererseits das negative Linsensystem zur Brennweitenänderung
leicht im Inneren der Fassung für das positive Linsensystem unterzubringen, das
als Hauptobjektiv wirkt, ist es unter mechanischen Gesichtspunkten
vorzuziehen,
daß die Gesamtlatlge des negatiyen I,insensystems zwischen 1/10 und 1/2 der hinteren
Schnittweite des positiven Linsensystems liegt. Dies hat seine Ursache darin, daß,
wenn die Gesamtlänge des Linsensystems nicht größer als 1/10 der hinteren Brennweite
des positiven Linsensystems ist, es schwierig wird, ein optisches Systern mit guter
optischer Qualität zu erhalten. Wenn sie andererseits nicht kleiner als 1/2 ist,
wird es schwierig, mechanische Berührungen mit der Objektivfassung zu vermeiden;
ferner ergibt es sich, daß die Größe und die Masse des gesamten l,insensystems-vergrößert
werden.
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Im folgenden werden spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Das Anbringen eines der negativen Linsensysteme, die als Ausführungsbeispiel
1 bis 4 dargestellt sind, an dem Haupt- bzw. positiven Linsensystem ermöglicht eine
Brennweitenerhöhung um etwa den Faktor 141, ohne daß die Position des Bildpunktes
vers¢hoben wird. In den folgenden Tabellen, in denen die numerischen Werte angegeben
sind, ist Ri der Krümmungsradius der i-ten Linsenfläche bei Zahlung von'vorne, Di
die Dicke der i-ten Linse oder der Luftabstand bei Zählung von vorne, und Ni und
1, i der Brechungsindex bzw. die bbesche Zahl des Glases des i-ten Linsenelements
bei Zählung von vorne.
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Hauptobjektiv: F = 1160 FNo. = 1 : 5.7 2w = 2.137 R 1 = 0.0 D 1 =
15.00 N 1 = 1.48749 # 1 = 70.1 R 2 = -602.340 D 2 = 1.30 R 3 = 940;000 D 3 = 25.00
N 2 = 1.49700 # 2 = 81.6 R 4 = -46,1.600 D 4 = 15.07 R 5 = -410.140 D 5 = 11.00
N 3 = 1.78590 # 3 = 44.2 R 6 = -2259.200 D 6 = 6.59 R 7 = 302.440 D 7 = 22.50 N
4 = 1.49700 v 4 = 81.6 R 8 = 2074.800 D 8 = 288.06 R 9 = 123.700 D 9 = 10.13 N 5
= 1.51118 v 5 = 51.0 R10 = 539.990 D10 = 3.94 R11 = 311.730 D1 = 4.60 N 6 = 1.81600
# 6 = 46.6 R12 = 83.757 D12 = 10.16 N 7 = 1.50137 # 7 = 56.4 R13 = 225.440 D13 =
17.08 R14 = 236.720 D14 = 3.80 N 8 = 1.61340 v 8 = 43.8 R15 = 87.856 D15 = 7.68
N 9 = 1.59270 v 9 = 35.3 R16 = 206.4'20 D16 = 34.20 R17 = 324.130 D17 = 4.83 N10
= 1.74000 #10 = 28.3 R18 = -2074.800 D18 = 3.50 N11 = 1.71300 vll = 53.8 R19 = 139.590
Beispiel
1 Vergrößerung der Brennweite 1.41X R 1 75.621 D 1 8.47 N1 1.48749 v1 70.1 R 2 -75.621
D 2 2.69 N2 1.883 v2 40.8 R 3 151.077 D 3 7.55 R 4 198.598 D 4 6.08 N3 1.5927 v3
35.3 R 5 -86.991 D 5 41.13 R 6 -353.091 D 6 2.0 N4 1.7725 v4 49.6 R 7 44.061 D 7
6.32 N5 1.5927 v5 35.3 R 8 -76.101 D 8 1.99 R 9 -82.307 D 9 2.0 -N6 1.7725 #6 49.6
R10 59.973 D10 4.0 N7 1.48749 v7 70.1 R11 372.075 Brennweite f = -204.04 Ilauptpunktabstand
tiwl = -25.0 Hauptpunktabstand zum llauptobjektiv E = 1099.08 Flächenabstand zum
Hauptobjektiv D = 102.8
Beispiel 2 Vergrößerung der Brennweite
1.41X R 1 79.875 D 1 8.0 N1 1.48749 #1 70.1 R 2 -73.755 D 2 4.0 N2 1.883 v2 40.8
R 3 151.577 D 3 5.33 R 4 152.661 D 4 7.0 N3 1.5927 v3 35.3 R 5 -88.805 D 5 39.95
R 6 1121.172 D 6 4.0 N4 1.5927 v4 35.3 R 7 -579.803 D 7 2.5 N 5 1.804 v5 4,6:6 R
8 39.107 D 8 1.59 R 9 40.541 D 9 4.5 N6 1.5927 v6 35.3 R10 -127.316 D10 2.0 N7 1.804
v7 46.6 R11 120.177 F - -220.82 HH'= = -26.91 E = 1094.28 D = 93.07
Beispiel
3 Vergrößerung der Brennweite 1.41X R 1 79.113 D1 8.5 N1 1.48749 vl 70.1.
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R 2 -77.608 D2 2.95 N2 1.883 92 40.8 R 3 150.351 D3 6.61 R 4 164.209
D4 6.23 N3 1.5927 v3 35.3 R 5 -92.557 DS 41.28 R 6 -2002.705 D6 1.71 N4 1.804 #4
46.6 R 7 38.252 D7 7.0 NS 1.5927 v5 35.3 R 8 -79.906 D8 1.0 R 9 -86.621 D9 1.7 N6
1.7859 v6 44.2 R10 129.063 f = -211.34 HH' = -25.88 E = 1096.94 D = 101.3
Beispiel
4 Vergrößerung der Brennweite 1.41X R 1 77.605 D1 8.52 N1 1.48749 #1 70.1 R 2 -77.605
D2 2.81 N2 1.883 v2 40.8 R 3 139.818 D3 8.06 R 4 .162.636 D4 6.15 N3 1.5927 v3 35.3
R 5 -89.999 D5 43.94 R 6 -1867.407 D6 1.71 N4 1.804 #4 46.6 R 7 38.561 D7 7.0 N5
1.5927 #5 35.3 R 8 -100.778 D8 1.7 N6 1.804 v6 46.6 R 9 143.98 f = -213.54 HH' =
-26.18 E = 1096.24 D = 96.95 Beschrieben wird cin optisches System mit änderbarer
Brennweite. l;tenn ein positives Linsensystem mit positiver Brechkraft um ein negatives
Linsensystem mit negativer Brechkraft, das zwischen dem positiven Linsensystem und
der Bildebene angeordnet ist, zur Änderung der Brennweite ergänzt wird, befindet
sich der vordere Hauptpunkt des negativen Linsensystems hinter dessen hinterem Hauptpumkt
sowie hinter dem hinteren Hauptpunkt des positiven Linsensystems; die Gesamtlänge
des negativen Linsensystems ist größer als 0,1, jedoch kleiner als 0,5 mal die hintere
Schnittweite des positiven Linsensystems.
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Leerseite