DE4315630C2 - Varifocal lens with finite transmission length - Google Patents
Varifocal lens with finite transmission lengthInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a zoom lens according to the Preamble of claim 1.
Varioobjektive werden beispielsweise eingesetzt, um ein relativ großes Objektfeld mit variabler Vergrößerung auf einen Empfänger abzubilden, wie es in Bildprojektionseinrichtungen und Colorprintern der Fall ist, aber auch in Stereomikroskopen vom Greenough-Typ. Es kommt hierbei darauf an, mit möglichst wenigen Bauelementen einen möglichst hohen Brennweitenänderungsbereich zu erzielen.For example, zoom lenses are used to a relatively large object field with variable magnification to map a receiver as in Image projection equipment and color printing is the case, however also in Greenough-type stereomicroscopes. It comes here depends on using as few components as possible achieve high focal length change range.
In der DE-OS 34 18 639 ist ein Varioobjektiv für eine endliche Abbildungslänge beschrieben, das aus vier beweglichen Linsengruppen besteht. Aufgrund der großen Anzahl von Einzellinsen ist der Herstellungsaufwand groß. Weiterhin ergeben sich Nachteile bezüglich des zu erzielenden Bildkontrastes. Dadurch, daß alle vier Gruppen bewegbar ausgebildet sind, ist auch der konstruktive Aufwand für die benötigten Führungselemente relativ hoch.In DE-OS 34 18 639 a zoom lens for a finite imaging length described, which consists of four movable lens groups. Due to the large number of individual lenses, the manufacturing effort is great. There are also disadvantages with regard to the image contrast to be achieved. Because all four groups are movable, is also the constructive effort for the required guide elements relatively high.
Die DE-OS 31 41 824 beschreibt ein Varioobjektiv mit einer ersten Linsengruppe negativer Brennweite sowie einer zweiten Linsengruppe positiver Brennweite.DE-OS 31 41 824 describes a zoom lens with a first Lens group of negative focal length and a second Lens group of positive focal length.
Beide Linsengruppen sind bewegbar angeordnet. Die Anzahl der benötigten optischen Linsen ist relativ hoch, was sich auch hier negativ auf die Gesamtkosten auswirkt.Both lens groups are movably arranged. The number of Optical lenses required is relatively high, which is also the case here negatively affects the total cost.
Durch den unterschiedlichen Einzeldurchmesser der Linsen ergeben sich Probleme bezüglich der Führbarkeit in einer gemeinsamen Fassung. Die angegebene numerische Apertur in einen Bereich von 0,1 schränkt den Anwendungsbereich ein, da beispielsweise in den stereoskopischen Abbildungsstrahlengängen eines Greenough- Stereomikroskopes die maximale Apertur jedes Kanals ca. 0,07 beträgt.Due to the different individual diameters of the lenses problems related to feasibility in a common Frame. The specified numerical aperture in a range of 0.1 limits the scope, for example in the stereoscopic imaging beam paths of a greenough Stereomicroscope the maximum aperture of each channel is approximately 0.07 is.
In der DE-OS 35 44 148 ist ein Objektiv für das Kopieren mit variabler Bildgröße angegeben, das aus einer ersten Linsengruppe mit negativer Brennweite, einer zweiten Linsengruppe mit positiver Brennweite sowie einer dritten Linsengruppe mit negativer Brennweite besteht, wobei alle Linsengruppen bewegbar ausgebildet sind.In DE-OS 35 44 148 is a lens for copying with variable image size specified from a first Lens group with negative focal length, a second Lens group with positive focal length and a third Lens group with a negative focal length, where all Lens groups are designed to be movable.
Die zweite Linsengruppe besteht aus mehreren Einzellinsen.The second lens group consists of several Single lenses.
Dadurch, daß die Brennweite der ersten Linsengruppe negativ ist, wird man gezwungen, den Öffnungswinkel von vornherein zu verkleinern, da das Negativglied die Apertur vergrößert.Because the focal length of the first lens group is negative, one is forced to close the opening angle from the start reduce because the negative link increases the aperture.
In "Das optische System des Mikroskopes", Verlag für Technik Berlin 1958, S. 66ff, wird ein pankratischer Kondensor von Richter/Reinert beschrieben, der aus einer ersten Linse positiver Brechkraft, einer zweiten Linse negativer Brechkraft und einer dritten Linse positiver Brechkraft besteht, wobei erste und dritte Linse fest miteinander gekoppelt sind und gemeinsam verschoben werden. Die Bildlage ist in dieser Lösung nicht konstant (Fokusschwankung von 1,5 mm). Durch die gleichen Brennweiten der ersten und dritten Linse und die verwendeten Abstände werden Vergrößerungen von -0,3 bis 3 erzielt. In "The Optical System of the Microscope", Verlag für Technik Berlin 1958, pp. 66ff, becomes a pancratic condenser by Richter / Reinert described the positive from a first lens Refractive power, a second lens of negative refractive power and one third lens of positive refractive power, the first and third Lens are firmly coupled and moved together will. The image position is not constant in this solution (Focus fluctuation of 1.5 mm). By the same focal lengths of the first and third lens and the distances used Magnifications from -0.3 to 3 achieved.
Aus dem Jahrbuch für Optik und Feinmechanik 1972, S. 48 und 51 ist ebenfalls eine derartige Anordnung mit einer in der Mitte der Übertragungslänge fest angeordneten Negativlinse bekannt.From the yearbook for optics and precision engineering 1972, pp. 48 and 51 is also such an arrangement with one in the middle of the Transmission length of fixed negative lens known.
Derartige Anordnungen gestatten es nicht, bei dem erforderlichen Arbeitsaufwand in einem Mikroskop gleichzeitig den erforderlichen Platzbedarf für die Bildaufrichtung und Pupillenanpassung zu gewährleisten.Such arrangements do not allow the required work in a microscope at the same time required space for image erection and To ensure pupil adjustment.
Hierzu und zur Verlagerung des Vergrößerungsbereiches wäre ein zusätzliches Homal erforderlich.For this and to shift the magnification range would be one additional homal required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv mit endlicher Übertragungslänge zu schaffen, das mit möglichst wenigen Einzellinsen auskommt und dennoch einen Vergrößerungsbereich von 0,65-5 überdeckt, wobei die Bildlage konstant sein soll. Dabei soll das Varioobjektiv möglichst universell einsetzbar sein und bezüglich der benötigten Führungen der Linsengruppen einen einfachen und platzsparenden Aufbau aufweisen.The invention has for its object to provide a zoom lens to create a finite transmission length with as much as possible few individual lenses and still one Magnification range covered by 0.65-5, with the Image position should be constant. The zoom lens should be as universal as possible and with regard to the required Guides the lens groups a simple and space-saving structure exhibit.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Varioobjektiv durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst.The task is with a generic zoom lens solved by the characterizing features of the first claim.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Objektivs nach Anspruch 1 wird in Anspruch 2 beschrieben. A preferred embodiment of the lens according to claim 1 is in Claim 2 described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1a den prinzipiellen Aufbau sowie den Strahlengang eines erfindungsgemäßen Varioobjektivs. Fig. 1a, the basic structure and the beam path of a zoom lens according to the invention.
Fig. 1b den Verlauf l₁(t) der Verschiebebewegung der ersten Linsengruppe. Fig. 1b the course l₁ (t) of the displacement movement of the first lens group.
Fig. 1c den Verlauf l₃(t) der Verschiebebewegung der dritten Linsengruppe. Fig. 1c the course l₃ (t) of the displacement movement of the third lens group.
Fig. 2 die Ansteuerung der Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe mittels einer Trommel. Fig. 2, the control of the displacement movement of the first and third lens groups by means of a drum.
Fig. 3 die Ansteuerung mittels einer die Linsengruppen umgebenden Trommel. Fig. 3 the control by means of a drum surrounding the lens groups.
Fig. 4 die Ansteuerung mittels eines an einer Kurvenscheibe angelenkten Hebelsystems. Fig. 4, the control by means of a lever system hinged to a cam.
In Fig. 1 sind O die Objektebene, O′ die Bildebene, r₁ . . . r₉ die Linsenradien, d₁ . . . d₆ die Linsendicken sowie L₁ . . . L₄ die Abstände der Linsengruppen voneinander sowie zwischen der Bildebene O′ und der Objektebene O.In Fig. 1, O is the object plane, O 'the image plane, r₁. . . r₉ the lens radii, d₁. . . d₆ the lens thickness and L₁. . . L₄ the distances of the lens groups from each other and between the image plane O ′ and the object plane O.
Der Öffnungsstrahlengang von der Objektebene O zur Bildebene O′ verläuft durch die Linsengruppe 1 positiver Brechkraft, die Linsengruppe 2 negativer Brechkraft sowie die Linsengruppe 3 positiver Brechkraft. The opening beam path from the object plane O to the image plane O 'runs through the lens group 1 positive refractive power, the lens group 2 negative refractive power and the lens group 3 positive refractive power.
In Fig. 1b und 1c ist der Verschiebeweg l₁, l₃ der Linsengruppen 1 und 3 schematisch dargestellt. In Fig. 1c ist dabei der Verschiebeweg l₁ der Linsengruppe 1 gestrichelt dargestellt. Die der Momentanposition der Linsengruppen 1 und 3 entsprechenden Kurvenstellen in 1b und 1c sind ebenfalls markiert. Zwischen der Brennweite f₁ der Linsengruppe 1, der Brennweite f₂ der Linsengruppe 2 sowie der Brennweite f₃ sowie der Übertragungslänge L besteht hierbei folgende allgemeine Beziehung:In Fig. 1b and 1c, the displacement l₁, l₃ of the lens groups 1 and 3 is shown schematically. In Fig. 1c, the displacement l 1 of the lens group 1 is shown in dashed lines. The curve positions in 1 b and 1 c corresponding to the current position of lens groups 1 and 3 are also marked. The following general relationship exists between the focal length f 1 of the lens group 1 , the focal length f 2 of the lens group 2 and the focal length f 3 and the transmission length L.
7,7 × f₁ < L < 8,2 × f₁
-13,8 × f₂ < L < -14,3 × f₂
5,9 × f₃ < L < 6,3 × f₃ (1)7.7 × f₁ <L <8.2 × f₁
-13.8 × f₂ <L <-14.3 × f₂
5.9 × f₃ <L <6.3 × f₃ (1)
wobei die Verschiebebewegung der Bedingungbeing the shifting motion of the condition
genügt. Der Abstand l₄ ist hierbei größer als der Abstand l₁. Vorteilhaft wird die Übertragungslänge L durch die Linsengruppe 2 im Verhältnis 1 : 1,55 geteilt.enough. The distance l₄ is larger than the distance l₁. The transmission length L is advantageously divided by the lens group 2 in a ratio of 1: 1.55.
Als konkretes Beispiel seien folgende Daten für die Abstände, Radien, Glasarten sowie Brennweiten der Linsengruppe 1, 2 und 3 angegeben: The following data for the distances, radii, types of glass and focal lengths of lens groups 1 , 2 and 3 are given as a concrete example:
wobei die Verschiebebewegungen gemäß o. g. Bedingung (2) folgenden Abstandsänderungen l₁ . . . l₄ und Vergrößerungen entsprechen:wherein the displacement movements according to the above. Condition (2) following Distance changes l₁. . . l₄ and enlargements correspond to:
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen zur Realisierung der angegebenen Verschiebungen der Linsengruppen 1 und 3 näher erläutert:Various embodiments for realizing the specified displacements of lens groups 1 and 3 are explained in more detail below:
In Fig. 2 sind die Linsengruppen 1, 2 und 3 mit ihren Fassungen in Linsenhaltern 4, 5 und 6 befestigt, die an Führungsstangen 7 und 8 gelagert sind. Die Linsengruppen 1 und 3 sind dabei gegenüber der festen Linsengruppe 2 verschiebbar angeordnet. Die Führungsstangen 7 und 8 sind in einem ortsfest zwischen Objektebene O und Bildebene O′ angeordneten Gehäuse 9 aufgenommen, das auch eine drehbar gelagerte Trommel 10 trägt, die Führungsnuten 11 und 12 aufweist, in die mit den Linsenhaltern 4 und 6 verbundene Führungsstifte 13 und 14 eingreifen. Bei Drehung der Trommel wird durch eine Kurvenform der Führungsnuten 11 und 12 die Verschiebebewegung der Linsenhalter 4 und 6 festgelegt und erfolgt beispielsweise nach dem anhand von Zahlenwerten oben beschriebenen konkreten Verlauf. Bezüglich der Verwendung einer drehbaren Trommel sind auch andere Ausführungsformen denkbar, beispielsweise die in Fig. 3 beschriebene.In Fig. 2, the lens groups 1 , 2 and 3 are fixed with their frames in lens holders 4 , 5 and 6 , which are mounted on guide rods 7 and 8 . The lens groups 1 and 3 are arranged displaceably with respect to the fixed lens group 2 . The guide rods 7 and 8 are housed in a stationary between the object plane O and image plane O 'arranged housing 9 , which also carries a rotatably mounted drum 10 , the guide grooves 11 and 12 , in the guide pins 13 and 14 connected to the lens holders 4 and 6th intervention. When the drum rotates, the displacement movement of the lens holders 4 and 6 is determined by a curve shape of the guide grooves 11 and 12 and takes place, for example, according to the specific course described above using numerical values. With regard to the use of a rotatable drum, other embodiments are also conceivable, for example the one described in FIG. 3.
Hier umschließt eine ortsfeste Trommel 15, die in ihrem Inneren Führungsnuten 16, 17 aufweist, den Abbildungskanal des Varioabbildungssystems. In die Führungsnuten 16, 17 greifen Führungsstifte 18, 19 ein, die mit den Linsenhalterungen 4 und 6 verbunden sind. Die Linsenhalterungen 4 und 6 sind hierbei in einem Rohr 20 verdrehfest verschiebbar gelagert.Here, a stationary drum 15 , which has guide grooves 16 , 17 in its interior, encloses the imaging channel of the zoom imaging system. Guide pins 18 , 19 engage in the guide grooves 16 , 17 and are connected to the lens holders 4 and 6 . The lens holders 4 and 6 are in this case mounted in a tube 20 so that they can rotate.
Es kann entweder die Trommel 15 ortsfest und das Rohr 20 verdrehbar oder das Rohr 20 ortsfest und die Trommel 15 verdrehbar ausgebildet sein. Die Verschiebung der Linsengruppen 1 und 3 erfolgt jeweils, indem Trommel 15 und Rohr 20 gegeneinander verdreht werden, wobei im Rohr 20 eine entsprechende Längsnut 30 vorgesehen ist, in der die Führungsstifte 18, 19 verschoben werden.Either the drum 15 is stationary and the tube 20 is rotatable or the tube 20 is stationary and the drum 15 is rotatable. The lens groups 1 and 3 are each displaced by rotating the drum 15 and the tube 20 relative to one another, a corresponding longitudinal groove 30 being provided in the tube 20 , in which the guide pins 18 , 19 are displaced.
In Fig. 4 sind die Linsengruppen 1 und 3 in einem ortsfesten Rohr 21 verschiebbar angeordnet, das eine Längsnut 22 aufweist, innerhalb derer die Linsengruppen verschoben werden. Die Linsenhalterungen 4 und 6 sind hierbei als Drehlager 23, 24 ausgebildet, in denen Hebel 25, 26 angelenkt sind, die in einem gemeinsamen Drehpunkt 27 zusammengeführt sind.In FIG. 4, the lens groups 1 and 3 are arranged to be displaceable in a stationary tube 21 having a longitudinal groove 22, within which the lens groups are moved. The lens holders 4 and 6 are designed as rotary bearings 23 , 24 , in which levers 25 , 26 are articulated, which are brought together in a common pivot point 27 .
Zwischen den Drehlagern 23 und 24 ist eine Zugfeder 28 vorgesehen, die die Linsenhalterungen 4 und 6 zusammenzieht. Dadurch wird der Drehpunkt 27 an eine ortsfeste Kurvenscheibe 29 angedrückt. Bei Anlegen einer Kraft F, beispielsweise, wie dargestellt, an der Linsenhalterung 4, folgt der Drehpunkt 27, der Form der Kurvenscheibe 29.Between the pivot bearings 23 and 24 , a tension spring 28 is provided which pulls the lens holders 4 and 6 together. As a result, the pivot point 27 is pressed against a fixed cam 29 . When a force F is applied, for example, as shown, to the lens holder 4 , the pivot point 27 , the shape of the cam disk 29 , follows.
Infolgedessen vollführt die Halterung 6 über den Hebel 26 eine gleichsinnige Verschiebebewegung, deren Verlauf von der Form der Kurvenscheibe abhängt. Was die Ausbildung des Hebelsystems sowie die Anlenkung an eine Kurvenscheibe betrifft, so kann beispielsweise das Rohr 21 in Fig. 4 durch Fig. 2 analoge Führungsstangen ersetzt werden, auf denen die Linsenhalterungen 4, 5, 6 verschiebbar angeordnet sind.As a result, the holder 6 carries out a movement in the same direction via the lever 26 , the course of which depends on the shape of the cam. With regard to the design of the lever system and the articulation on a cam disc, the tube 21 in FIG. 4 can be replaced by FIG. 2 analog guide rods on which the lens holders 4 , 5 , 6 are displaceably arranged.
Es sind zudem weitere technische Lösungen zur Verschiebung von Linsengruppen mittels einer Kurvenscheibe möglich.There are also other technical solutions for shifting lens groups possible with a cam.
Claims (3)
- - eine erste Linsengruppe (1) mit positiver Brechkraft,
- - eine zweite Linsengruppe (2) mit negativer Brechkraft,
- - eine dritte Linsengruppe (3) mit positiver Brechkraft,
- a first lens group ( 1 ) with positive refractive power,
- a second lens group ( 2 ) with negative refractive power,
- a third lens group ( 3 ) with positive refractive power,
-13,8 × f₂ < L < -14,3 × f₂
5,9 × f₃ < L < 6,3 × f₃wobei die Übertragungslänge L durch die zweite Linsengruppe (2) im Verhältnis 1 : 1,55 geteilt wird. wherein the first and third lens group ( 1 , 3 ) relative to the second lens group ( 2 ) are arranged displaceably in the same direction by different amounts, characterized by the following relationships between the focal length f₁ of the first lens group ( 1 ), the focal length f₂ of the second lens group ( 2 ) , the focal length f₃ of the third lens group ( 3 ) and the transmission length L: 7.7 × f₁ <L <8.2 × f₁
-13.8 × f₂ <L <-14.3 × f₂
5.9 × f₃ <L <6.3 × f₃whereby the transmission length L is divided by the second lens group ( 2 ) in a ratio of 1: 1.55.
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Publications (2)
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