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Varioobjektiv für endliche Abstände Die Erfindung bezieht sich auf
ein Varioobjektiv für endliche Abstände, welches ein hohes Brechkraftveränderungsverhältnis
bei Einstellung auf einen kleinen Abbildungsmaßstab hat (oder bei Einstellung auf
einen großen Abbildungsmaßstab, wenn Objekt und Bild umgekehrt sind).
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Varioobjektive für endliche Abstände sind verfügbar zum Ändern der
Brechkraft, während der endliche Abstand zwischen der Objekt- und Bildebene konstantgehalten
wird.
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Ein typisches Varioobjektiv dieser Art wird bei Einstellung auf kleinen
Abbildungsmaßstab als Varioobjektiv für den Facsimiledruck verwendet (oder ein Varioobjektiv
für die Vergrößerung, wenn Objekt und Bild vertauscht sind). Da dieses Varioobjektiv
kontinuierlich bei konstantem Abstand zwischen Objekt- und Bildebene seine Brechkraft
ändern kann, ist dieses Varioobjektiv für den bestimmten Gebrauch besonders geeignet.
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Derzeit bekannte Varioobjektive sind solche für Standbildkameras mit
einem Bereich für den Abbildungsmaßstab von einem unendlichen Objekt (Abbildungsmaßstab:
0) bis zu einer Abbildungsgröße von ungefähr 1/10. Vario-
objektive
für Kopierzwecke haben eine Abbildungsgröße in der Nähe von 1. Das Varioobjektiv
der vorliegenden Erfindung hat einen Bereich eines Abbildungsmaßstabes zwischen
diesen beiden Typen von Varioobjektiven. Mehr insbesondere schafft die Erfindung
ein Varioobjektiv für endliche Abstände, welches ein größeres Brechkraftveränderungsverhältnis
hat als 4, was bisher noch nicht erreicht worden ist, und zwar bei einem Abbildungsmaßstab-Bereich
von ungefähr 1/14 bis 1/3,5 bei Einstellung auf kleinen Abbildungsmaßstab.
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Bekannte Varioobjektive für endlichen Abstand hat einen Bereich des
Abbildungsmaßstabes zwischen dem der Varioobjektive für Standbildkameras und der
Varioobjektive für Kopierzwecke mit einem Brechkraftverhältnis unter 2.
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Entsprechend der Erfindung kann jedoch ein Varioobjektiv für endlichen
Abstand erreicht werden, welches ein hohes Brechkraftveränderungsverhältnis von
4 hat.
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Varioobjektive für Standbildkameras sind bereits bekannt und haben
ein Brechkraftveränderungsverhältnis von 4 bis 5.
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Sie leiden jedoch an einer Verzeichnung im Bereich von + 3 bis 5 %,
da sie für die Photographie bestimmt sind.
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Daher können derartige Objektive nicht als Varioobjektive für endliche
Abstände verwendet werden, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
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Es gibt Varioobjektive für Kopierzwecke mit einem großen Brechkraftveränderungsverhältnis
von 4 bis 9 und einer reduzierten Verzeichnung. Die Linsenanordnung bei einem Bereich
des Abbildungsmaßstabes von einer Einstellung auf einen kleinen Abbildungsmaßstab
bis zu einer Vergrößerung von 1 und die Linsenanordnung bei einem Bereich des Abbildungsmaßstabes
von einer Vergrößerung von 1 bis zu einer Einstellung auf größere Vergrößerung sind
untereinander genau gleich. Die Linsenkonstruktion ist im wesentlichen
symmetrisch
und es ist relativ leicht, die Verzeichnung zu reduzieren. Diese Linsenanordnung
kann jedoch nicht bei einem Objektiv verwendet werden, welches bei Einstellung auf
kleiner Vergrößerung ein großes Brechkraftveränderungsverhältnis hat.
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Was die Bewegung der Linsengruppen betrifft, so ist die vorliegende
Erfindung analog zu einem Linsenbewegungssystem bei einem Varioobjektiv für eine
Standbildkamera.
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Das Linsenbewegungssystem der vorliegenden Erfindung bewegt nicht
das gesamte System für die Brechkraftveränderung, wie dies bei Varioobjektiven für
Kopierzwecke der Fall ist. Das Linsenbewegungssystem bewegt jedoch die Linsengruppen
in einer Linsenfassung für die Brechkraftveränderung. Das Varioobjektiv der Erfindung
ist gleich den Varioobjektiven für Kopierzwecke, bei denen der Objekt-zu-Bild-Abstand
fest ist und eine Verzeichnung von ungefähr + 0,5 % erzielt ist, was für Varioobjektive
sehr wenig ist.
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Das Varioobjektiv für endliche Abstände entsprechend der Erfindung,
welches nach der folgenden Beschreibung aufgebaut ist, kann eine Verzeichnung bis
zu einem kleinen Niveau korrigieren und ein großes Brechkraftveränderungsverhältnis
erreichen, während ein Brechkraftveränderungssystem, welches bei Varioobjektiven
für Standbildkameras verwendet wird, angenommen wird.
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Ein Revolverkopf zum Drehen einer Vielzahl von Linsen mit festem Brennpunkt
ist als eine Anordnung zum Verändern der Brechkraft anders als bei einem Varioobjektiv
bekannt.
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Der Revolverkopf ist jedoch dahingehend nachteilig, daß verfügbare
Abbildungsmaßstäbe diskret sind und es höchstschwierig ist, die Objekt-zu-Bild-Abstände
und Abbildungsmaßstäbe einzustellen.
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Entsprechend der Erfindung umfaßt ein Varioobjektiv mit großer veränderlicher
Brechkraft für endliche Abstände und mit einer großeren hinteren Schnittweite von
der Objektseite her gesehen eine erste Linsengruppe mit einer negativen Brennweite,
eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine dritte Linsengruppe
mit einer negativen Brennweite, und eine vierte Linsengruppe mit einer positiven
Brennweite, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Linsengruppe mechanisch bewegbar
sind, um den Abbildungsmaßstab zu verändern und die Objektebene und die Bildebene
konstant zu halten. Die erste Linsengruppe hat hauptsächlich die Fähigkeit, einen
konstanten Abstand zwischen der Objekt- und der Bildebene einzuhalten. Die zweite,
dritte und vierte Linsengruppe hat hauptsächlich die Fähigkeit, den Abbildungsmaßstab
zu verändern.
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Die erste Linsengruppe setzt sich aus einer positiven, einer negativen,
einer negativen und einer positiven Linse zusammen, wobei die am nächsten am Objekt
liegende positive Linse (hierin als erste Linse bezeichnet) in der ersten Linsengruppe
einen Brechungsindex N1 für die d-Linie hat, der folgender Gleichung genügt: (1)
1.67 < N1 Die zweite Linsengruppe setzt sich zusammen aus einer negativen, einer
positiven und einer positiven Linse.
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Die dritte Linsengruppe setzt sich zusammen aus negativen Linsengruppen
mit mehr aufeinander zu weisenden konkaven Linsenflächen, wobei zumindest eine der
negativen Linsengruppen der dritte Linsengruppe eine Anordnung aus zwei Gruppen
und zwei Komponenten oder zwei Gruppen und vier Komponenten umfaßt, die aus einer
zusammengekitteten positiven und negativen oder einer zusammengekitteten negativen
und positiven Linse besteht, wobei die konkave Linsenfläche der negativen Linsengruppe
in der dritten Linsengruppe, die näher am Objekt ist und auf die Bildebene hinzu
weist, einen
Krümmungsradius r111a aufweist, die konkave Linsenfläche
der negativen Linsengruppe in der dritten Linsengruppe, die auf das Objekt zu weist
und dichter an der Bildebene liegt, einen Krümmungsradius rIIIb hat und wobei die
Brechungsindizes der Linsen der dritten Linsengruppe für die d-Linie einen durchschnittlichen
Wert N 111haben. Die Krümmungsradien und der Durchschnittsindexwert genügen den
folgenden Ungleichungen:
(3) 1.67 < NIII Die vierte Linsengruppe setzt sich zusammen aus einer negativen,
einer positiven, einer positiven, einer positiven und einer negativen Linse. Die
vierte Linsengruppe hat eine erste Linsenfläche mit einem Krümmungsradius rIv1,
der der folgenden Ungleichung genügt: (4) -2.5 < < < -1.0 s Außerdem gelten
die folgenden Ungleichungen:
worin ist: f5: die Objektivbrennweite bei Einstellung auf kleine
Vergrößerung, m5: die Quervergrößerung der ersten Linsengruppe bei Einstellung auf
kleiner Vergrößerung, ml : die kombinierte Quervergrößerung der ersten und zweiten
Linsengruppe bei Einstellung auf kleine Vergrößerung, m123s: die kombinierte Quervergrößerung
der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe bei Einstellung auf kleine Vergrößerung,
der der Bewegungsabstand der i-ten Linsengruppe und die die hintere Schnittweite
bei Einstellung auf kleine Vergrößerung.
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Die Objektivfassungskonstruktion kann durch gemeinsames Bewegen der
zweiten und vierten Linsengruppe oder durch proportionales Bewegen der zweiten,
dritten und vierten Linsengruppe einfacher gestaltet werden. Es ist jedoch vom Standpunkt
der optischen Funktionstüchtigkeit erkennbar, daß Aberrationen in einem größeren
Ausmaß korrigiert werden können, wenn die erste, zweite, dritte und vierte Linsengruppe
in Positionen angeordnet werden, die einen guten Aberrationsausgleich ergeben.
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Die Bedingung (1) bezieht sich auf die erste Linsengruppe. Die erste
Linse der ersten Linsengruppe ist eine positive Linse für die Korrektur der Verzeichnung.
Wenn die untere Grenze der Bedingung (1) überschritten wird, so würde der Krümmungsradius
der ersten Linsenfläche, die auf die Bildebene hinweist, klein. Insbesondere würde
die Verzeichnung bei Einstellung auf kleine Vergrößerung maximal bei einem Zwischenbildfeld.
Die Verzeichnung
würde kleiner, wenn das Bildfeld größer wird,
woraus eine Vergrößerung der sogenannten "Wiederherstellung der Verzeichnung" resultiert.
Dann könnte die Anordnung nicht bei einem erfindungsgemäßen Objektiv verwendet werden.
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Die Bedingungen (2) und (3) sind auf die dritte Linsengruppe gerichtet.
Wenn die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten würde, so würde die Wirkung
hinsichtlich der sphärischen Aberration und der Feldkrümmung klein sein.
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Die Aberrationen könnten nicht ausbalanciert werden, ohne daß die
Brechkraft der zweiten und vierten Linsengruppe reduziert wird, wodurch sich ein
großbemessenes Objektiv ergibt. Wenn dagegen die untere Grenze der Bedingung (2)
unterschritten wird, so würden die sphärische Aberration und die Feldkrümmung übermäßig
in einer Richtung korrigiert und würde bei der Änderung der Brennweite zunehmend
geändert. Wenn die untere Grenze der Bedingung (3) unterschritten würde, würde der
Krümmungsradius jeder Linse der dritten Linsengruppe reduziert und es könnte keine
hohe Funktionstüchtigkeit erwartet werden, da die dritte Linsengruppe von den vier
Linsengruppen die größte Brechkraft hat.
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Die Bedingung (4) betrifft die vierte Linsengruppe und ist für die
Korrektur der Verzeichnung von Bedeutung. Wenn die obere Grenze der Bedingung (4)
überschritten wird, so wäre die Korrektur der Verzeichnung besser. Jedoch würde
es schwierig sein, die sphärische Aberration zu korrigieren. Wenn dagegen die untere
Grenze unterschritten würde, so würde sich bei der Änderung der Brennweite die sphärische
Aberration in weitem Bereich ändern. Dies stünde der Aufgabe der Erfindung entgegen.
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Die Bedingungen (5) bis (7) beziehen sich auf die Anordnung der Brechkräfte
der Linsengruppe. Wenn die obere Grenze
der Bedingung (5) überschritten
wird, würde die Brechkraft der ersten Linsengruppe reduziert und der Abstand, um
den die erste Linse zu bewegen ist, würde vergrößert.
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Dies würde eine Verkleinerung der Baugröße des Objektivs verhindern
und würde es schwierig machen, die hintere Schnittweite zu vergrößern. Wenn die
untere Grenze der Bedingung (5) unterschritten wird, würde die Gesamtgröße des Objektivs
reduziert. Jedoch würde die Brechkraft für einen Kompensator zu groß, wodurch sich
die Aberrationen bei der Änderung der Brennweite in einem zu großen Bereich verändern
würden.
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Wenn die obere Grenze der Bedingung (6) überschritten wird, würde
die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu stark, was zur Verursachung einer sphärischen
Aberration führen würde, und zwar insbesondere zu einer weitgreifenden Veränderung
derselben. Wenn die untere Grenze unterschritten wird, würde die Brechkraftveränderungsfähigkeit
reduziert. So würde der Abstand vergrößert, um den die zweite Linse zu bewegen wäre,
und die Gesamtgröße des Objektivs würde zunehmen.
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Die Bedingung (7) bezieht sich auf die Bedingungen (2) und (3). Wenn
die obere Grenze der Bedingung (7) überschritten wird, würden die durch die zweite
und vierte Linsegruppe erzeugten unteren Aberrationen nicht korrigiert und die hintere
Schnittweite würde klein. Wenn dagegen die untere Grenze der Bedingung (7) unterschritten
wird, würde die Brechkraft der dritten Linsengruppe zu stark und es würde sich insbesondere
die Feldkrümmung über einen zu weiten Bereich ändern.
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Die Bedingungen (8), (9) beziehen sich auf die Bewegung der zweiten,
dritten und vierten Linsengruppe. Wenn die oberen Grenzen der Bedingungen (8), (9)
überschritten würden, so würde die Veränderungsfähigkeit der zweiten,
dritten
und vierten Linsengruppe reduziert und der Abstand, um den die zweite bis vierte
Linsengruppe zu bewegen wären, würde zu groß. Wenn dagegen die untere Grenze unterschritten
würde, würde dies dahingehend wirksam werden, den Bewegungsabstand der dritten Linsengruppe
zu reduzieren. Jedoch würde der Abstand zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe
oder der dritten und vierten Linsengruppe sich in einem weiten Bereich ändern. Dies
würde erfordern, daß in den Linsengruppen die Aberrationen zu reduzieren sind, was
zu einer vergrößerten Anzahl der verwendeten Linsen führen würde.
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Die Bedingung (10) ist eine Bedingung hinsichtlich der Verwendung
des optischen Systems gemäß der Erfindung.
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Wenn die untere Grenze der Bedingung (10) unterschritten wird, wäre
es unmöglich, eine Vorrichtung, wie einen Spiegel, zwischen dem optischen System
und der Bildebene anzuordnen.
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Beispiele 1 bis 3 von Objektiven gemäß der Erfindung werden nachfolgend
beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen r einen Krümmungsradius, d eine Linsendicke
oder einen Luftabstand, N einen Brechungsindex für die d-Linie, 3 eine Abbe-Zahl,
F ein Öffnungsverhältnis für ein Objekt im Abstand "Unendlich", f eine Brennweite
des Objektivs, a das halbe Bildfeld des Hauptlichtes, m eine Quervergrößerung, L
einen Abstand zwischen Objekt-und Bildebene und B eine hintere Schnittweite.
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Einige Beispiele von Varioobjektiven gemäß der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnungen erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1, 3 und 5 Ansichten von Varioobjektiven bei Einstellung
auf kleine Vergrößerung für das Objektiv 1, 2 bzw. 3; Fig. 2(a), (b), (c), Fig.
4(a), (b), (c) und Fig. 6(a), (b), (c) Aberrationskurven der Objektive 1, 2 bzw.
3, wobei (a) die Aberrationen bei Einstellung auf kleine Vergrößerung, (b) die Aberrationen
bei Einstellung auf eine mittlere Vergrößerung und (c) Aberrationen bei Einstellung
auf große Vergrößerung darstellen.
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In den Zeichnungen bezeichnet ri den Krümmungsradius jeder Linsenfläche
und di eine Linsendicke oder einen Luftabstand zwischen benachbarten Linsenflächen.
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(ObJektiv 1) F = 4.0 - 5.6 f = 48.21 - 154.56 U = 23.70 - 6.20 m
= 1/14 - 1/3.5 L = 899.8 f = 100.01 - 167.85 B r d N Linsenfläche Nr.
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1 310.000 6.85 1.77250 49.6 2 -608.672 2.70 3 112.015 3.50 1.77250
49.6 4 58.556 9.50 5 -290.402 3.50 1.80400 46.6 6 58.357 0.50 7 57.786 5.75 1.80518
25.4 8 131.310 85.62 - 24.41 - 1.47 9 132.635 2.30 1.80518 25.4 10 38.538 5.80 1.69680
55.5 11 -117.326 0.15 12 41.340 4.35 1.72916 54.7 13 191.864 1.70 - 9.61 - 18.14
14 130.169 3.90 1.80518 25.4 15 -40.052 1.80 1.69680 55.5 16 38.933 3.10 17 -40.226
1.80 1.80400 46.6 18 424.643 22.81 - 14.9 - 6.37 19 -74.980 2.00 1.80518 25.4 20
73.076 4.70 1.58913 61.0 21 -51.417 0.15 22 141.403 4.20 1.61800 63.4
23
-55.661 2.00 24 -316.149 4.10 1.64769 33.8 25 -33.995 2.00 1.80610 40.9 26 -87.351
(Objektiv 2) F = 4.0 - 5.6 f = 48.25 - 154.69 = = 23.70 - 6.20
m = 1/14 - 1/3.5 L = 901.3 ob = 98.80 - 165.54 Linsenfläche Nr. r d N u 1 315.000
6.70 1.77250 49.6 2 -552.040 2.70 3 119.280 3.50 1.77250 49.6 4 60.350 9.70 5 -294.907
3.50 1.80400 46.6 6 58.071 6.00 1.80518 25.4 7 134.343 85.57 - 24.42 - 1.64 8 146.228
2.30 1.80518 25.4 9 39.010 5.80 1.69680 55.5 10 -114.300 0.15 11 40.025 4.35 1.72916
54.7 12 197.685 1.70.- 9.28 - 17.95 13 198.800 3.60 1.80518 25.4 14 -41.949 1.80
1.69680 55.5 15 41.949 3.40 16 -42.800 1.80 1.80400 46.6 17 76.950 2.70 1.72825
28.5 18 560.804 21.55 - 13.97 - 5.30 19 -74.420 2.00 1.80518 25.4 20 74.420 4.60
1.58913 61.0 21 -49.700 0.15 22 121.954 4.10 1.61800 63.4
23 -55.341
3.51 24 -737.998 4.30 1.64769 33.8 25 -35.000 2.00 1.80610 40.9 26 -116.842
(Objektiv 3) F = 4.0 - 5.6 f = 48.00 - 155.25 w = 23.70 - 6.20
m = 1/14 - 1/3.5 L = 904.1 fB = 98.88 - 166.92 Linsenfläche Nr. r d N 1 300.000
6.20 1.77250 49.6 2 -571.627 2.70 3 160.080 3.50 1.80400 46.6 4 59.813 9.00 5 -558.832
3.50 1.80400 46.6 6 64.273 5.50 1.80518 25.4 7 149.894 83.90 - 23.68 - 1.49 8 122.992
2.30 1.80518 25.4 9 39.016 6.00 1.69680 55.5 10 -127.419 0.20 11 39.566 4.50 1.69680
55.5 12 217.650 1.70 - 9.14 - 18.07 13 454.708 3.40 1.80518 25.4 14 -43.239 1.80
1.69680 55.5 15 43.239 3.50 16 -44.795 1.80 1.77250 49.6 17 44.795 3.20 1.71736
29.5 18 600.225 21.15 - 13.72 - 4.78 19 -66.667 2.00 1.74077 27.8 20 66.667 5.00
1.58913 61.0 21 -47.481 0.15 22 119.969 4.00 1.58913 61.0
23 -63.249
9.22 24 . 3449.114 4.00 1.56732 42.8 25 -43.629 2.00 1.80610 40.9 26 -100.210