DE3207948C2

DE3207948C2 -

Info

Publication number: DE3207948C2
Application number: DE3207948A
Authority: DE
Inventors: Kimihiko Hachiouji Tokio/Tokyo Jp Nishioka
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1987-08-13
Also published as: GB2095421A; DE3207948A1; US4509831A; GB2145538B; GB8423586D0; JPS57150813A; GB2145538A; GB2095421B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Okular für Sucher von einäugigen Spiegelrefelxkameras oder dergleichen, das eine erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsengrupppe mit positiver Brechkraft enthält, wobei zumin dest eine der Linsengruppen zur Dioptrienkorrekturverstellung entlang der optischen Achse verstellbar ist.

Im allgemeinen muß, um eine Dioptrienkorrekturverstellung vorzunehmen, das Okular in bezug auf den Gegenstand vorwärts oder rückwärts verstellt werden. Wenn jedoch auf diese Weise die Dioptrienverstellung vorgenommen wird, ist die Bewegung Δ pro Dioptrie so groß, daß wenn ein solches System in einem optischen Instrument eingebaut wird, das optische Instrument unzweckmäßig groß wird.

Wenn f _e die Brennweite des Okulars bezeichnet, kann die Bewegung Δ durch folgende Formel angegeben werden:

Um Δ klein zu machen, kann wie beispielsweise aus der US-PS 42 17 048 bekannt, das Okular aus einer konkaven Linse und einer konvexen Linse zusammengesetzt werden, wobei entweder die konkave Linse oder die konvexe Linse feststehend oder die andere beweglich angeordnet wird. Wenn beispielsweise die konkave Linse fest angeordnet und die konvexe Linse beweg lich ist und die Brennweite der konvexen Linse f _p beträgt, kann die Bewegung Δ p der konvexen Linse durch die folgende Formel angegeben werden:

Wenn die Brennweite eines aus einer konkaven und einer kon vexen Linse bestehenden Okulars - wie in diesem Beispiel - gleich der Brennweite f _e eines Okulars ist, das nur aus einer konvexen Linse besteht, ergibt sich folgendes: f _p<f _e, Δ _p<Δ. Aus diesem Grund ist die Bewegung der Linse bei der Dioptrienverstellung für ein aus zwei Linsen bestehendes Okular geringer als im Falle des aus einer Linse bestehenden Okulars.

Ein Okular, bei dem die konvexe Linse beweglich ist, hat jedoch den folgenden Nachteil. Wenn die Brennweite der konkaven Linse f _n und der Abstand zwischen der konkaven und der konvexen Linse d beträgt, ist es notwendig, damit f _e einen vorgegebenen Wert besitzen kann, f _n gemäß folgender Formel zu bestimmen

Wenn die Entfernung vom Gegenstand der konkaven Linse S be trägt und die Dioptrienkorrektur für das Auge O, d. h. daß das vom Okular erzeugte virtuelle Bild unendlich weit liegt, muß für S<O d<f _p sein. Weiterhin wird entsprechend der Formel (1) |f _n| klein bei kleinem f _p. Das bedeutet, daß wenn die Brechkraft der konvexen Linse groß gemacht wird, um die Bewegung Δ _p klein zu halten, die Brechkraft der konkaven Linse auch groß gemacht werden muß. In einem solchen Fall wird jedoch, selbst wenn das Okular so ausgelegt ist, daß die Aberrationen bei einer bestimmten Dioptrie ausgeglichen sind, bei einer Änderung der Entfernung d zur Dioptrienver stellung der Ausgleich der Aberrationen zwischen konvexer Linse und konkaver Linse unvollständig, und es treten im Gesamtsystem Aberrationen auf. Wenn die Brechkraft der kon vexen Linse verringert wird, ist es für eine Verstellmöglichkeit der Dioptrie in einem weiten Bereich erforderlich, die konvexe Linse um einen erheblichen Weg zu verstellen, was die optischen Instrumente in einem unerwünschten Ausmaß vergrößern würde.

Selbst wenn das Okular als Aplanat aus einem positiven und einem negativen Linsenglied ausgebildet wird, kann wie aus der Fachliteratur bekannt (G. Schröder, Technische Optik, Vogel-Verlag Würzburg, 1974, S. 47, linke Spalte) eine Korrektur bezüglich sphärischer Aberration und Sinusbedingung erreicht werden, indem jedes Linsenglied eine entgegenge setzte Korrekturlast trägt. Wenn nun dabei eine Dioptrien korrektur vorgenomen wird, ist eine Verschlechterung des Korrekturzustandes gegenüber dem Korrekturzustand beim Mini malwert unvermeidlich, insbesondere wenn die Brechkräfte groß sein müssen, um die Verstellwege klein zu halten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sucherokular mit Dioptrienkorrekturverstellung anzugeben, bei dem der Verstellweg zur Dioptrienkorrektur klein und die Variation der Aberrationen bei der Linsenverstellung gering ist.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß man eine Verschlechterung des Korrektur zustandes dann vermeiden kann, wenn man trotz der zur Dioptrienkorrektur erforderlichen Verstellmöglichkeit die entsprechende Brennweitenänderung bedingt dadurch vermeiden kann, daß die erste Linsengruppe nahezu aplanatisch ist und daß die zweite Linsengruppe aus zwei nahezu aplanatischen Linsengliedern besteht. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Linsenglieder von der wechselseitigen Korrekturlast, die sich bei bekannten Systemen bei Dioptrienverstellung ändert, je weils entlastet werden, so daß insgesamt praktisch keine Än derung des Korrekturzustandes auftritt. Überraschenderweise ergeben sich dabei auch geringe Verstellwege und die Einzel bewegung jedes Linsenglieds kann besonders gering gehalten werden, wenn beide Linsenglieder aufeinander zu oder vonein ander weg bewegt werden, was bei den gedrängten Raumverhält nissen bei Spiegelreflexkameras von besonderer Bedeutung ist.

Die Erfindung wird nun anhand erfindungsgemäßer Objektive unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines üblichen Okulars,

Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Okulars nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen zur Er läuterung der Merkmale des Okulars von Fig. 2,

Fig. 7 ein Schnittbild eines ersten erfindungsgemäßen Okulars,

Fig. 8 ein Schnittbild eines zweiten erfindungsgemäßen Okulars,

Fig. 9 Korrekturkurven des ersten erfindungsgemäßen Okulars,

Fig. 10 Korrekturkurven des zweiten erfindungsgemäßen Okulars.

Bei dem erfindungsgemäßen Sucherokular ist eine erste Linsen gruppe mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft vorgesehen - in Richtung vom zu betrachtenden Gegenstand gesehen -, so daß die zweite Linsen gruppe weiter von dem Gegenstand weg liegt als die erste Linsengruppe. Von diesen beiden Linsengruppen ist zumindest eine entlang der optischen Achse verschieblich angeordnet, bzw. die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe sind jeweils in zueinander entgegengesetzten Richtungen ver schieblich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die erste Linsengruppe aus einer gegenstandseitig konkaven plankonkaven Linse oder einer bikonkaven Linse und die zweite Linsengruppe aus einer meniskusförmigen Linse oder einer plankonvexen Linse und einer bikonvexen Linse. Bei vorteil haften Weiterbildungen ist dabei der gegenseitige Krümmungsradius größer als der bildseitige.

Fig. 2 veranschaulicht den Aufbau eines erfindungegemäßen Okulars. Wie diese Zeichnung zeigt, besitzt das erfindungsgemäße Okular eine erste Linsengruppe L₁ mit negativer Brechkraft, die von einer meniskusförmigen Konkavlinse oder einer gegenstandsseitig konkaven plankonkaven Linse oder einer bikonkaven Linse gebildet ist. Die zweite Linsengruppe, die insgesamt positive Brechkraft besitzt, besteht aus einem Linsenglied L₂, das eine meniskusförmige Konvexlinse, eine plankonvexe Linse oder eine bikonvexe Linse ist, deren gegen standsseitiger Krümmungsradius größer als der bildseitige (augenseitige) ist sowie aus einem Linsenglied L₃, das aus einer bikonvexen Linse besteht. Wenn die Linsenglieder L₂ und L₃ der zweiten Linsengruppe realtiv zur ersten Linsen gruppe 1 in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, erfolgt eine Dioptrien-Korrekturverstellung, d. h. falls eine Minus korrektur vorgenommen werden soll, bewegt sich die erste Linsengruppe L₁ zur Augenseite und die Linsenglieder L₂ und L₃ der zweiten Linsengruppe bewegen sich zusammen zur Gegenstandsseite hin und bei einer Plusverstellung bewegt sich die erste Linsengruppe L₁ zur Gegenstandsseite und die aus den Linsengliedern L₂ und L₃ bestehende zweite Linsengruppe zur Augenseite hin.

Es sei nun erläutert, warum die Variationen der Aberra tionen gering sind, wenn die Linsengruppen zur Dioptrien- Korrektur in dieser Weise verstellt werden.

Falls bei dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Sucherokular die Dioptrien-Korrekturverstellung durch Bewegung der konvexen Linse erfolgt, sind die Variationen der Aberra tionen groß, da die negativen Aberrationen der konvexen Linsen starker Brechkraft durch die positiven Aberra tionen der konkaven Linsen starker Brechkraft korrigiert sind. Wenn man daher die Variationen der Aberrationen des Okulars verringern wollte, wäre es nötig, die Absolut werte der Aberrationen der das Okular bildenden Linsen glieder zu verringern.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Okular seien zunächst die erste Linsengruppe L₁ und die aus den Linsen gliedern L₂ und L₃ bestehende zweite Linsengruppe ge trennt betrachtet. Fig. 3 zeigt schematisch die Erzeugung eines virtuellen Bildes O′, eines Gegenstandes O durch die erste Linsengruppe L₁. Fig. 4 zeigt schematisch die Erzeugung eines Bildes eines virtuellen Objekts, wenn das virtuelle Bild O′, wie es in Fig. 3 eingezeichnet ist, als ein zu betrachtender Gegenstand angesehen wird (man kann dies virtueller Gegenstand nennen).

Damit die Variationen der Aberrationen gering sind, wenn die Dioptrien-Korrekturverstellung durch Änderung der Ent fernung zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe erfolgt, wird davon ausgegangen, das sowohl bei der Bilderzeugung nach Fig. 3 als auch bei der Bild erzeugung nach Fig. 4 praktisch keine Aberration auftritt.

Dazu ist es vorteilhaft, wenn bei der Bilderzeugung nach Fig. 3 die erste Linsengruppe L₁ für den Gegenstand O keine sphärische Aberration und Koma hervorruft. Daher sollte eine aplanatische oder nahezu aplanatische konkave Linse für die erste Linsengruppe L₁ werden. Aus diesem Grund sollte die erste Linsengruppe L₁ von einer Menis kuslinse oder einer gegenstandsseitig, konkaven, plan konkaven Linse oder einer bikonkaven Linse gebildet sein.

Bei der Bilderzeugung nach Fig. 4 sollten die Linsenglieder L₂ und L₃ der zweiten Linsengruppe nahezu aplanatisch in bezug auf Erzeugung eines Bildes von dem virtuellen Objekt O′ sein. Die in Fig. 4 gezeigte Bilderzeugung kann analytisch in die Bilderzeugung durch die einzelnen Lin senglieder, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, zerlegt werden.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist das Linsenglied L₂ von nahezu aplanatischer Kontur. Dabei kann das Linsenglied L₂ eine gegenstandsseitig konkave Meniskuslinse, eine plankonvexe Linse oder eine bikonvexe Linse sein, bei der der gegen standsseitige Krümmungsradius größer als der bildseitige Krümmungsradius ist. Weiterhin kann, wie Fig. 6 zeigt, das Linsenglied L₃ als bikonvexe Linse ausgebildet sein, um die sphärische Aberration bei der Erzeugung des Bildes eines zweiten virtuellen Objekts O′′ zu beseitigen. In einem Sucherokular für Kameras und dergleichen ist es wesentlich, da das Bild im Mittelpunkt des Gesichtsfeldes erzeugt wird, spärische Aberration zu beseitigen. In dem Fall, daß die Bildhöhe kleiner ist als die Brennweite in einer Spiegelreflexkamera für Endoskope wird die Bildfeld krümmung so klein, daß sphärische Aberration beseitigt wird. Weiterhin ist es selbst in einem Sucher mit hoher Vergrößerung für Nahaufnahmen wesentlich, spärische Aberration zu beseitigen.

Wenn die Linsenglieder L₂ und L₃ der zweiten Linsengruppe in der obenangegebenen Weise ausgebildet sind, ist es möglich, die Aberrationen der zweiten Linsengruppe ins gesamt gering zu halten.

Weiterhin ist es, um die Aberrationsvariationen bei der Dioptrien-Korrekturverstellung gering zu halten, vorteil haft, wenn die Brennweite f₂ der zweiten Linsengruppe und die Brennweite f₁ der ersten Linsengruppe den folgenden Bedingungen genügen, falls die Brennweite des Okulars f _T beträgt.

0,1 f _T < f₂ < 0,65 f _T
0,4 f _T < | f₁ | < 1,1 f _T

Wenn f₁ und f₂ kleiner sind als die obenwerwähnten unteren Grenzwerte, werden die Aberrationen stark und wenn die oberen Grenzwerte überschritten werden, werden die erforderlichen Verstellwege so groß, daß sie beispiels weise in einer Kamera nicht vorgesehen werden können.

Dabei sei auch im folgenden ausgeführt, daß wenn bei den erfindungsgemäßen Sucherokularen der gleiche Verstellweg vorgesehen wird, wie bei den üblichen Okularen, es möglich ist, die Dioptrienverstellung über einen größeren Bereich vorzunehmen.

Hierzu sei angenommen, daß die Brennweiten der konkaven Linse und der konvexen Linsen, die ein übliches Sucher okular bilden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, gleich f₁ und f₂ wie im Okular nach der vorliegenden Erfindung sind. Wenn bei diesen Okularen eine Plusverstellung vor genommen wird, bewegt sich die konvexe Linsen- bzw. die zweite Linsengruppe zur Augenseite. Wenn die in Fig. 1 gezeigte konvexe Linse und das Linsenglied L₁ im Okular nach der vorliegenden Erfindung in der gleichen Stellung sind und wenn davon ausgegangen wird, daß es sich um dünne paraxiale Linsen handelt, wird die Dioptrienzahl die gleiche sein. Da sich jedoch erfindungsgemäß die erste Linsengruppe L₁ stärker zur Gegenstandsseite bewegt als die konkave Linse beim üblichen Sucherokular, kann die Dioptrienverstellung in größerem Maße zur Plusseite er folgen. Daher kann, wenn die Baulänge des Okulars gleich ist, erfindungsgemäß die Dioptrienverstellung weiter zur Plusseite erfolgen als es in einem üblichen Okular möglich ist. Die Besonderheit, daß erfindungsgemäß die Diop trienverstellung über einen so großen Dioptrienbereich möglich ist, kann nicht nur durch Ausbildung des Linsen systems entsprechend Fig. 2 erreicht werden, sondern auch in dem Fall, daß die zweite Linsengruppe mit posi tiver Brechkraft von einer konvexen Linse gebildet ist.

Wenn weiter in dem erfindungsgemäßen Okular die erste und die zweite Linsengruppe in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden, kann im Falle der Korrekturverstellung im selben Dioptrienbereich der Verstellweg des konvexen Linsengliedes kleiner gehalten werden und dies ist für die mechanische Ausgestaltung vorteilhafter als in Fall, daß nur die konvexe Linse bewegt wird, wie beim üblichen Sucherokular.

Nebenbei sei erwähnt, daß wenn in einem Dioptrienbereich nur eine Linsengruppe verstellt wird und in dem anderen Dioptrienbereich die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe in zueinander entgegengesetzten Richtungen, daß dann die Korrekturverstellung über einen großen Diop trienbereich mit kleinen Bewegungen erfolgen kann.

Die erfindungsgemäßen Sucherokulare 1 und 2 haben die nachstehend in den Tabellen 1 und 2 aufgeführten Daten:

Tabelle 1

Tabelle 2

In den Tabellen bezeichnen:

r₁, r₂, r₃die Krümmungsradien der Linsen, d₁, d₂, d₃die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen und n₁, n₂, n₃die Brechungsindizes der Linsen.

Von den erfindungsgemäßen Okularen besitzt das Okular 1 den in Fig. 7 gezeigten Aufbau, das Okular 2 den in Fig. 8 gezeigten Aufbau.

In diesen Zeichnungen, in denen die linke Seite die Augenseite und die rechte Seite die Gegenstandsseite ist, ist mit E die Austrittspupille, mit P ein Prisma, mit F eine Feldlinse und mit O eine Gegenstandsfläche bezeichnet. Da die Planseite der Feldlinse eine bildfor mende Oberfläche ist, kann ein Bildbegrenzungsrahmen auf diese Oberfläche, beispielsweise durch Fotoätzung, vor gesehen werden.

Zur Dioptrien-Korrekturverstellung werden bei dem Okular 1 d₅ und d₇ beim Okular 2 d₃ und d₇ und d₉ verstellt.

Die Diotrienkorrektur ist wie folgt:

Tabelle 1

Tabelle 2

Fig. 9 zeigt die Korrekturkurven des Okulars 1 für den Fall, daß die Dioptrienzahl 2,23, -0,54 und -3,4 beträgt.

Fig. 10 zeigt die Korrekturkurven des Okulars 2 für den Fall, daß die Dioptrienzahl 2,14, -0,54 und -3,2 beträgt. Bei diesen Korrekturkurven ist Lichteinfall von der Austrittspupillen seite und in umgekehrter Richtung in Betracht gezogen.

Claims

1. Okular für Sucher von einäugigen Spiegelreflexkameras oder dergleichen, das eine erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft und eine zweite Linsengruppe mit positiver Brech kraft enthält, wobei zumindest eine der Linsengruppen zur Dioptrienkorrekturverstellung entlang der optischen Achse verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe nahezu aplanatisch ist und daß die zweite Linsengruppe aus zwei nahezu aplanatischen Linsen gliedern besteht.

2. Okular nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe in relativ zueinander entgegengesetzter Richtung verschiebbar angeordnet sind.

3. Okular nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe aus einer gegenstandsseitig kon kaven, negativen Meniskuslinse und die zweite Linsengruppe aus einer gegenstandsseitig konkaven positiven Meniskuslinse und einer bikonvexen Linse besteht und daß folgenden Bedin gungen genügt ist: 0,4 f _T < | f₁ | < 1,1 f _T
0,1 f _T < f₂ < 0,65 f _Tworin bezeichnen:f _Tdie Brennweite des Okularsf₁die Brennweite der ersten Linsengruppe und f₂die Brennweite der zweiten Linsengruppe.

4. Okular nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe aus einer gegenstandsseitig kon kaven plankonkaven Linse und die zweite Linsengruppe aus einer gegenstandsseitig konkaven Meniskuslinse und einer bikonvexen Linse besteht, wobei folgende Bedingungen erfüllt sind: 0,4 f _T < | f₁ | < 1,1 f _T
0,1 f _T < f₂ < 0,65 f _Tworin bezeichnen:f _Tdie Brennweite des Okulars,f₁die Brennweite der ersten Linsengruppe und f₂die Brennweite der zweiten Linsengruppe.

5. Okular nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Daten ± 5%:

Tabelle 1

worin bezeichnen: r₁, r₂, r₃die Krümmungsradien der Linsen, d₁, d₂, d₃die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände
zwischen diesen und n₁, n₂, n₃die Brechungsindizes der Linsen.

6.Okular nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe aus einer bikonkaven Linse, die zweiten Linsengruppen aus einer plankonvexen und einer bikonvexen Linse besteht und folgende Bedingungen erfüllt sind: 0,4 f _T < |f₁| < 1,1 f _T
0,1 f _T < f₂ < 0,65 f _Tworin bezeichnen:f _Tdie Brennweite des Okulars,f₁die Brennweite der ersten Linsengruppe und f₂die Brennweite der zweiten Linsengruppe.

7. Okular nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Daten ± 5%

Tabelle 2

8. Okular nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe aus einem bikonkaven Linsenglied und die zweite Linsengruppe aus einem bikonvexen Linsenglied, dessen gegenstandsseitiger Krümmungsradius größer ist als dessen bildseitiger, und einer bikonvexen Linse besteht und den folgenden Bedingungen genügt: 0,4 f _T < | f₁ | < 1,1 f _T
0,1 f _T < f₂ < 0,6 f _Tworinf _Tdie Brennweite des Okulars,f₁die Brennweite der ersten Linsengruppe und f₂die Brennweite der zweiten Linsengruppe bezeichnet.