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Diese Erfindung betrifft ein Varioobjektiv,
das zur Verwendung in TV-Kameras, Videokameras, Fotoapparaten o.ä. geeignet
ist, insbesondere ein Varioobjektiv mit einer großen relativen
Apertur und einem großen Variobereich
mit einer relativen Apertur mit einer F-Zahl von 1,64 am Weitwinkelende
und einem Varioverhältnis
von 8–15,
dessen Frontlinseneinheit oder erste Linseneinheit mit einer Vielzahl
von Linsenuntereinheiten versehen ist, von denen eine Linsenuntereinheit
zum Fokussieren beweglich gemacht worden ist, oder bei dem das sogenannte
Innenfokussierverfahren Anwendung findet, um die minimale Objektdistanz
zu verkürzen.
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Bei Varioobjektiven für TV-Kameras
o.ä. besteht
in Verbindung mit dem Fortschreiten der Technik zum Minimieren der
Größe der TV-Kameras
ein wachsender Bedarf nach einer Verbesserung der kompakten Form des
gesamten Linsensystems, während
trotzdem eine viel stärkere
Vergrößerung der
relativen Apertur und des Vergrößerungsveränderungsbereiches
gewünscht
werden.
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Das Fokussierverfahren zum Bewegen
einer Linseneinheit, die vor der Linseneinheit zum Verändern der
Vergrößerung angeordnet
ist, ist im Hinblick auf die Varioobjektivkonfiguration den anderen
Verfahren überlegen.
Da es dieses Verfahren ermöglicht,
das Verändern
der Brennweite und das Fokussieren unabhängig voneinander durchzuführen, ist
es möglich,
eine Vereinfachung der Konstruktion des Betätigungsmechanismus sicherzustellen.
Andere Vorteile bestehen darin, daß die Bildschärfe durch
das Verändern
der Brennweite nicht beeinflußt
wird und daß für eine äquivalente
Objektdistanz die Fokussierbewegung unabhängig von jeder beliebigen Brennweitenveränderungsposition
konstant bleibt.
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Von den Varioobjektiven, bei denen
ein derartiges Fokussierverfahren Anwendung findet, gibt es ein solches,
das in der Reihenfolge von der Objektseite aus eine erste Linseneinheit
mit positivem Brechungsvermögen
zum Fokussieren (Fokussierlinseneinheit), eine zweite Linseneinheit
mit negativem Brechungsvermögen
zum Verändern
der Vergrößerung (Variatorlinseneinheit),
eine dritte Linseneinheit mit positivem oder negativem Brechungsvermögen zum
Kompensieren der durch die Veränderung
der Vergrößerung verursachten Verschiebung
einer Bildebene (Kompensatorlinseneinheit), eine Blende und eine
vierte Linseneinheit mit positivem Brechungsvermögen zum Erzeugen eines Bildes
(Relaislinseneinheit) umfaßt,
d.h. vier Linseneinheiten, und ein sogenanntes aus vier Einheiten
bestehendes Varioobjektiv bildet, wobei eine Linsenuntereinheit, die
einen Teil der ersten Linseneinheit darstellt, zum Fokussieren beweglich
gemacht ist. Ein Varioobjetkiv unter Anwendung eines sogenannten „Innenfokustypsn
wurde beispielsweise in der japa- Patentveröffentlichung Nr.
Sho 59-4686 und in der
JP
6-242378 A vorgeschlagen.
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Beim Gegenstand der vorstehend erwähnten japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Sho 59-4686 ist die erste Linseneinheit mit drei Linsenuntereinheiten
versehen, von denen die erste Linsenuntereinheit ein negatives Brechungsvermögen, die
zweite Linsenuntereinheit ein positives Brechungsvermögen und
die dritte Linseneinheit ein positives Brechungsvermögen besitzen.
Das Fokussieren wird von einem im Unendlichen angeordneten Objekt
bis zu einem Objekt mit minimaler Distanz durchgeführt, indem
die zweite Linsenuntereinheit in Richtung auf die Bildseite axial
bewegt wird.
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Die offengelegten japanischen Patentanmeldungen
Sho 52-109952, Sho
55-57815 und Sho 55-117119 sowie die japanischen Patentveröffentlichungen
Sho 61-53696 und Sho 52-41068
etc. beschreiben ebenfalls aus vier Einheiten bestehende Varioobjektive,
bei denen die erste Linseneinheit in eine Vielzahl von Linsenuntereinheiten
unterteilt ist, von denen eine Linsenuntereinheit, die zur Objektseite
am nächsten
gelegen ist, während
des Fokussierens stationär
gemacht wird, während
eine der nachfolgenden Linsenuntereinheiten in der Nähe der Bildseite
zum Fokussieren beweglich gemacht wird, wobei das Innenfokussierverfahren Anwendung
findet.
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Auch beim Gegenstand der offengelegten
japanischen Patentanmeldung Sho 52-128153 ist die erste Linseneinheit
in zwei Linsenuntereinheiten unterteilt, wobei die Trennung zwischen
den beiden Linsenuntereinheiten zunimmt, wenn ein Fokussieren von
einem im Unendlichen angeordneten Objekt bis zu einem Objekt mit
einer endlichen Entfernung durchgeführt wird.
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Generell besitzt ein Varioobjektiv
vom Innenfokustyp im Vergleich zu einem anderen Varioobjektiv, bei dem
die gesamte erste Linseneinheit zum Fokussieren bewegt wird, einzigartige
Vorteile, da der wirksame Durchmesser der ersten Linseneinheit kleiner
wird, wodurch Verbesserungen der kompakten Form des gesamten Linsensystems
erleichtert werden, da ferner eine Close-up-Fotografie, ein besonders
superkurzes Fokussieren einfach durchgeführt werden können und
da, weil die Fokussierlinsenuntereinheit eine relativ geringe Größe und ein
geringes Gewicht besitzt, eine viel kleinere Antriebskraft ausreicht,
wodurch es möglich
wird, eine rasche Brennpunktseinstellung sicherzustellen.
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Um bei einem Varioobjektiv dessen
relative Apertur (auf eine F-Zahl von beispielsweise 1,64) und dessen
veränderliches
Vergrößerungsverhältnis (auf
beispielsweise 8 oder mehr) zu vergrößern, während immer noch eine gute
Stabilität
mit einem guten optischen Verhalten über den gesamten Bereich der
veränderlichen Vergrößerung und
den gesamten Fokussierbereich erhalten wird, ist es erforderlich,
geeignete Konstruktionsregeln für
das Brechungsvermögen
sämtlicher
Linseneinheiten, die Form, Konstruktion und Anordnung der Linsen
und den Beitrag einer jeden Linseneinheit zum Achromatismus aufzustellen.
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Um generell eine Verringerung der
Veränderung
sämtlicher
Aberrationen sicherzustellen, um ein gutes optisches Ver halten über den
gesamten Bereich der veränderlichen
Vergrößerung und über den
gesamten Fokussierbereich zu erzielen, ist es erforderlich, beispielsweise
das Konzept zu verwirklichen, das Brechungsvermögen einer jeden Linseneinheit
so zu schwächen,
daß die
Einheit weniger Aberrationen erzeugt, oder das Konzept zu verwirklichen,
die Zahl der Linsenelemente in jeder Linseneinheit zu erhöhen, um
auf diese Weise den Freiheitsgrad in Bezug auf die Korrektur von
Aberrationen zu vergrößern. Wenn
man daher ein Varioobjektiv schaffen will, dessen relative Blende
und variables Vergrößerungsverhältnis zugleich
vergrößert werden, ist
es unvermeidbar, daß der
Luftspalt zwischen zwei beliebigen Linseneinheiten in unerwünschter
Weise größer wird
oder daß die
Gesamtzahl der Linsenelemente ansteigt. Folglich entsteht das Problem,
daß das
gesamte Linsensystem sehr großvolumig
und sehr schwer wird.
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Auch der neuere Trend zum Entwickeln
von Varioobjektiven für
Sendezwecke besteht darin, den Gesichtsfeldwinkel noch weiter zu
vergrößern und
den Bereich veränderlicher
Vergrößerung noch
weiter auszudehnen. Darüber
hinaus werden Verbesserungen des Abbildungsverhaltens für das nahe
Objekt und eine Verkürzung
der minimalen Objektdistanz zu einem der wichtigen Faktoren in Bezug
auf die Spezifikationen und die Anzeige der Bilder.
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Bei einem derartigen Varioobjektiv
für Sendezwecke
sind jedoch die Veränderungen
sämtlicher
Aberrationen beim Fokussieren, insbesondere der sphärischen
Aberrationen, chromatischen Aberrationen in Längsrichtung und des Astigmatismus,
so prägnant,
daß eine
gute Stabilität
des optischen Verhaltens nur sehr schwierig aufrechtzuerhalten ist.
In diesem Fall ist es üblich,
daß die
Veränderungen
der Aberrationen um so größer werden,
je größer die
Brennweite oder je kleiner die F-Zahl, d.h, je größer das
Aperturverhältnis
oder je kürzer
die minimale Objektdistanz, wird.
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Als nächstes wird der Mechanismus
zum Verändern
der Aberrationen eines Varioobjektivs unter Zugrundelegung der Konstruktion
aus der vorstehend erwähnten
japanischen Patentveröffentlichung
Sho 59-4685 erläutert.
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13 ist
ein Diagramm zum Erläutern
eines Dünnlinsensystems
in der paraxialen Zone, wenn die erste Linseneinheit L1 mit einer
ersten Linsenuntereinheit L11 mit negativem Brechungsvermögen, einer
zweiten Linsenuntereinheit L12 mit positivem Brechungsvermögen und
einer dritten Linsenuntereinheit L13 mit positivem Brechungsvermögen versehen
ist.
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In 13 zeigt
die obere Hälfte
in Bezug auf eine optische Achse eine Fokussierposition mit einem Objekt
im Unendlichen, und die untere Hälfte
relativ zur optischen Achse zeigt eine Fokussierposition mit einem
Objekt mit minimaler Entfernung. Ein Lichtstrahl wird auf der Basis
des ermittelten Wertes der F-Zahl für jede Fokussierposition im
Telefotoende ausgewählt.
Wie aus 13 deutlich
wird, wird die Einfallhöhe
des Strahles auf die erste Linsenuntereinheit L11 niedriger, wenn
eine Fokussierung auf das nächste
Objekt durchgeführt
wird, als wenn sich das Objekt im Unendlichen befindet. Umgekehrt
wird die Einfallhöhe
des Strahles auf die zweite Linsenuntereinheit L12 höher. Da
die erste Linsenuntereinheit L11 als Ganzes ein negatives Brechungsvermögen besitzt
und da ferner die zweite Linsenuntereinheit L12 ein positives Brechungsvermögen hat,
ergibt sich, daß für das nächste Objekt
die chromatischen Aberrationen im Vergleich zu denen für das im Unendlichen
angeordnete Objekt negativ korrigiert werden.
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Um eine Verkürzung der minimalen Objektdistanz
sicherzustellen, muß der
Raum, der den Bereich der Axialbewegung der zweiten Linsenuntereinheit
L12 zur Verfügung
stellt, größer gemacht
werden, oder sowohl die erste als auch die zweite Linsenuntereinheit
L11 und L12 müssen
ein vergrößertes Brechungsvermögen erhalten,
um die Effizienz der Fokussierung zu erhöhen. Bei dem erstgenannten
Verfahren werden die Einfallhöhen
des Strahles, der auf der Basis der F-Zahl der ersten und zweiten
Linsenuntereinheit ausgewählt
wird, in einem größeren Ausmaß variiert,
so daß dadurch
auch die Veränderung
der chromatischen Aberration in Längsrichtung größer wird.
Damit sich der Fokussierbereich auch auf kürzere Objektdistanzen erstrecken kann,
muß die
erste Linsenuntereinheit eine mehr vordere Position einnehmen. Um
dann den Strahl von einem extraaxialen Objektpunkt zuzulassen, muß der effektive
Durchmesser der ersten Linsenuntereinheit für das Weitwinkelende erhöht werden,
wodurch das Gewicht dieser Untereinheit zu stark erhöht wird.
Obwohl andererseits bei dem zuletzt genannten Verfahren ein Anstieg
des effektiven Durchmessers vermieden werden kann, wird ein Anstieg
des Divergenzwinkels dieses Strahles, der auf der F-Zahl am Telefotoende
der ersten Lisenuntereinheit basiert, bewirkt. Hierdurch verändern sich
die Einfallhöhen
des Strahles auf die erste und zweite Linsenuntereinheit im gleichen
oder größeren Ausmaß. Darüber hinaus
steigt die veränderte
Größe der Aberrationen
mit einer Veränderung
der Einfallhöhe
des Strahles bei einem Anstieg des Brechungsvermögens der ersten und zweiten
Linsenuntereinheit an. Folglich wird die Veränderung der chromatischen Aberration
in Längsrichtung
größer.
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Wenn man eine Verkürzung der
minimalen Objektdistanz wünscht
und die Linsenkonfiguration im gleichen Zustand beläßt, verändern sich
in jedem Falle die Einfallhöhen
des Strahles auf die erste und zweite Linsenuntereinheit in einem
größeren Ausmaß. Um einen
Anstieg der Masse und Größe des Varioobjektives
zu vermeiden, muß das
Brechungsvermögen
erhöht
werden. Hierdurch wird der Anstieg des Veränderungsbereiches der Aberrationen
weiter intensiviert, so daß die
chromatische Aberration in Längsrichtung
für das
Telefotoende schlechter wird.
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Die vorliegende Erfindung ist in
Anspruch 1 wiedergegeben und bezieht sich auf ein aus vier Einheiten bestehendes
Varioobjektiv, dessen erste Linseneinheit zum Fokussieren mit einer
Frontlinsenuntereinheit, einer Zwischenlinsenuntereinheit und einer
hinteren Linsenuntereinheit versehen ist. Von diesen Linsenuntereinheiten
ist die Zwischenlinsenuntereinheit zum Fokussieren axial beweglich
gemacht. Um bei Anwendung eines derartigen Innenfokussierverfahrens
das Aberturverhältnis
und das Verhältnis
der veränderlichen
Vergrößerung zu
erhöhen,
gibt die vorliegende Erfindung geeignete Konstruktionsregeln für die Linsen
einer jeden Linsenuntereinheit vor, um den Bereich der Veränderung
der sphärischen
Aberration, chromatischen Aberrationen u.a. beim Zoomen und Fokussieren
zu verringern. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein Varioobjektiv mit einer großen
relativen Apertur und einem hohen Bereich zur Verfügung zu
stellen, das eine gute Stabilität
in bezug auf das optische Verhalten besitzt, die über den
gesamten Bereich veränderlicher
Vergrößerung und über den
gesamten Fokussierbereich auf einem hohen Niveau aufrechterhalten
wird.
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Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Varioobjektiv
umfaßt
in der Reihenfolge von der Objektseite zur Bildseite eine erste
Linseneinheit mit positivem Brechungsvermögen, die während des Zoomens stationär ist, eine
zweite Linseneinheit mit negativem Brechungsvermögen, die während des Zoomens axial beweglich
ist, eine dritte Linseneinheit, die während des Zoomens axial beweglich
ist, und eine vierte Linseneinheit mit positivem Brechungsvermögen, die
während
des Zoomens stationär
ist, wobei die erste Linseneinheit eine Frontlinsenuntereinheit,
die mindestens eine Positivlinse aufweist und insgesamt ein negatives
Brechungsvermögen
besitzt, eine Zwischenlinsenuntereinheit, die mindestens eine Positivlinse
und eine zusammengeklebte Linse umfaßt und insgesamt ein positives
Brechungsvermögen
besitzt, und eine hintere Linsenuntereinheit, die eine zusammengeklebte
Linse aufweist und insgesamt ein positives Brechungsvermögen besitzt,
umfaßt, wobei
die Zwischenlinsenuntereinheit in Richtung auf die Bildseite bewegt
wird, um eine Fokussierung von einem Objekt im Unendlichen bis zu
einem Objekt mit minimaler Objektdistanz zu bewirken.
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Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung
der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines Beispiels 1 eines erfindungsgemäßen Varioobjektives im Weitwinkelende;
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2 einen
Längsschnitt
eines Beispiels 2 eines erfindungsgemäßen Varioobjektives im Weitwinkelende;
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3 einen
Längsschnitt
eines Beispiels 3 eines erfindungsgemäßen Varioobjektives im Weitwinkelende;
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die 4A, 4B,4C und 4D graphische
Darstellungen der Aberrationen von Beispiel 1 der Erfindung im Telefotoende
mit einem im Unendlichen angeordneten Objekt;
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die 5A, 5B, 5C und 5D graphische
Darstellungen der Aberrationen von Beispiel 1 der Erfindung im Telefotoende
mit einem in minimaler Entfernung angeordneten Objekt;
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6 ein
Diagramm, das die Veränderung
der Verzeichnung bei Veränderung
der Vergrößerung im Beispiel
1 der Erfindung zeigt;
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die 7A, 7B, 7C und 7D graphische
Darstellungen der Aberrationen von Beispiel 2 der Erfindung im
Telefotoende mit einem im Unendlichen angeordneten Objekt;
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die 8A, 8B,8C und 8D graphische
Darstellungen der Aberrationen von Beispiel 2 der Erfindung
im Telefotoende mit einem unter minimaler Entfernung angeordneten
Objekt;
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9 eine
Diagramm der Veränderung
der Verzeichnung bei einer Veränderung
der Vergrößerung in Beispiel 2 der
Erfindung;
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die 10A, 10B, l0C und l0D graphische Darstellungen der Aberrationen
von Beispiel 3 der Erfindung im Telefotoende mit einem im Unendlichen
angeordneten Objekt;
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die 11A, 11B,11C und 11D graphische
Darstellungen der Aberrationen von Beispiel 3 der Erfindung im Telefotoende
mit einem unter minimaler Entfernung angeordneten Objekt;
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12 ein
Diagramm der Veränderung
der Verzeichnung bei einer Veränderung
der Vergrößerung in Beispiel
3 der Erfindung;
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13 eine
Darstellung der Geometrie zur Erläuterung des Unterschiedes zwischen
den Einfallhöhen des
Strahles auf die erste Linseneinheit des aus vier Einheiten bestehenden
Varioobjektives im Telefotoende mit einem im Unendlichen und unter
minimaler Entfernung angeordneten Objekt;
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14 eine
Darstellung der Geometrie zur Erläuterung des Unterschiedes zwischen
den Einfallhöhen des
Strahles auf die erste Linseneinheit des aus vier Einheiten bestehenden
Varioobjektives im Weitwinkelende mit einem im Unendlichen und unter
minimaler Entfernung angeordneten Objekt.
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In den Blockdiagrammen ist mit L1
die erste Linseneinheit, mit L2 die zweite Linseneinheit, mit L3
die dritte Linseneinheit, mit L11 die Frontlinsenuntereinheit, mit
L12 die Zwischenlinsenuntereinheit und mit L13 die hintere Linsenuntereinheit
bezeichnet. SP bezeichnet die Blende, und P bezeichnet den Glasblock.
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In den Aberrationskurven gibt die
e-Linie die spektrale e-Linie,
die g-Linie die spektrale g-Linie, ΔM die meridionale Bildebene
und ΔS die
sagittale Bildebene wieder.
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Die 1,2 und 3 zeigen in Blockdiagrammen die Beispiele
1, 2 und 3 der Varioobjektive der Erfindung im Weitwinkelende.
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In diesen Figuren ist mit L1 eine
erste Linseneinheit bezeichnet, die als „Fokussier"- (oder „Frontn-) Linseneinheit bezeichnet
wird, positives Brechungsvermögen
hat und während
des Zoomens stationär
bleibt. Die erste Linseneinheit L1 ist mit einer Frontlinsenuntereinheit
L11 versehen, die mindestens eine Positivlinse umfaßt und insgesamt
ein negatives Brechungsvermögen
besitzt, mit einer Zwischenlinsenuntereinheit L12, die mindestens
eine Positivlinse und eine zusammengeklebte Linse umfaßt und insgesamt
ein positives Brechungsvermögen
besitzt, und mit einer hinteren Linsenuntereinheit L13, die eine
zusammengeklebte Linse aufweist und insgesamt ein positives Brechungsvermögen besitzt.
Das Fokussieren von einem im Unendlichen angeordneten Objekt bis
zu einem Objekt mit minimaler Entfernung wird durch Bewegung der
Zwischenlinsenunterheit L12 als Ganzes in Richtung auf die Bildseite
durchgeführt,
wie in 1 gezeigt.
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Alternativ dazu ist die Zwischenlinsenuntereinheit
L12 in zwei Teile unterteilt, wie in den 2 und 3 gezeigt,
von denen der vordere Teil L12p eine oder zwei Positivlinsen umfaßt, und
der hintere Teil L12a eine zusammengeklebte Linse aufweist, wobei
der vordere Teil L12p und der hintere Teil L12a über entsprechende unterschiedliche
Distanzen in Richtung auf die Bildseite bewegt werden. Es findet
somit die Floating-Technik (Schwimmtechnik) Anwendung.
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Mit L2 ist eine zweite Linseneinheit
zur Veränderung
der Vergrößerung bezeichnet,
die als „Variator"-Linseneinheit bezeichnet
wird und ein negatives Brechungsvermögen besitzt. Das Zoomen vom
Weitwinkelende zum Telefotoende wird durch axiales monotones Bewegen
der zweiten Linseneinheit L2 in Richtung auf die Bildseite durchgeführt. Die
zweite Linseneinheit L2 variiert während des Zoomens die Bildvergrößerung in
einem Bereich, der eine Vergrößerung von
1 (-1 ×) einschließt.
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Mit L3 ist eine dritte Linseneinheit
bezeichnet, bei der es sich um die „Kompensator"-Linseneinheit mit positivem
oder negativem Brechungsvermögen
handelt. Um die Bildverschiebung beim Zoomen zu kompensieren, bewegt
sich im Falle des negativen Brechungsvermögens die dritte Linseneinheit
L3, während
ein konvexer geometrischer Ort zur Objektseite weist. Im Falle des
positiven Brechungsvermögens
bewegt sich die dritte Linseneinheit L3 monoton in Richtung zur
Objektseite. Mit SP ist eine Blende bezeichnet.
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Mit L4 ist eine vierte Linseneinheit
bezeichnet, bei der es sich um eine „Relaislinsen"-Einheit mit positivem
Brechungsvermögen
handelt. Mit P sind ein Farbtrennprisma, optische Filter u.a. bezeichnet,
die in den gleichen Figuren in der Form eines Glasblocks dargestellt
sind.
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Generell ist das aus vier Einheiten
bestehende Varioobjektiv mit dem sogenannten Frontfokussierverfahren
kombiniert, bei dem die vorderste oder erste Linseneinheit als Ganzes
zum Fokussieren bewegt wird. Das Frontfokussierverfahren hat den
Vorteil, daß der
Linsenmontagemechanismus eine einfache Konstruktion besitzt, da
die Fokussierbewegung der ersten Linseneinheit bei jeder Brennweite
für eine äquivalente
Objektdistanz konstant ist.
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Für
den Telefotobereich ändert
sich jedoch das optische Verhalten während des Fokussierens, insbesondere
in Bezug auf die sphärische
Aberration und chromatische Aberration in Längsrichtung, in einem großen Ausmaß. Dies
ist nicht günstig
für eine
Verkürzung
der minimalen Objektdistanz. Darüber
hinaus wird es schwierig, die Bildaberrationen über den gesamten Bereich des
Bildrahmens gut zu korrigieren.
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Daher wird erfindungsgemäß im Rahmen
der vorstehend beschriebenen Varioobjektivkonfiguration der Fokussierbereich
in Richtung auf kürzere
Objektdistanzen ausgeweitet. Zu diesem Zweck findet das „Innenfokussierverfahrenn
Anwendung, bei dem, wie in dem in 1 dargestellten
Beispiel gezeigt ist, die in der ersten Linseneinheit L1 enthaltene
Zwischenlinsenuntereinheit L12 zur Bildseite bewegt wird, um eine
Fokussierung von einem im Unendlichen angeordneten Objekt bis zu
einem Objekt mit minimaler Entfernung durchzuführen und auf diese Weise die
Aufrechterhaltung einer guten Stabilität des optischen Verhaltens
sicherzustellen.
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Bei den in den 2 und 3 gezeigten
Beispielen 2 und 3 ist die in der ersten Linseneinheit L1 enthaltene
Zwischen- linsenuntereinheit
L12 in zwei Teile L12p und L12a unterteilt, wie vorstehend beschrieben.
Die beiden Teile L12p und L12a sind dann so ausgebildet, daß sie sich über entsprechende
unterschiedliche Distanzen bewegen. Durch Anwendung einer derartigen
Floating-Technik wird die Verbesserung des optischen Verhaltens
erleichtert.
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Mit anderen Worten, irgendeiner der
Lufträume
in der Linsenuntereinheit, die sich zum Fokussieren bewegt, wird
vergrößert oder
verkleinert, wenn sich die Objektdistanz verändert. Da durch diesen Floatingeffekt
eine Änderung
der Neigungen und Höhen
der die Brechungsflächen
passierenden Strahlen verursacht wird, wird die Veränderung
der Aberrationen auf gute Weise korrigiert.
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Die vorstehend beschriebenen Merkmale
oder Bedingungen sind ausreichend, um das Varioobjektiv gemäß der Erfindung
zu verwirklichen. Um die besonders gewünschten Vergrößerungen
des Aperturverhältnisses
und des Bereiches der veränderlichen
Vergrößerung zu
erzielen, trotzdem jedoch eine gute Stabilität des optischen Verhaltens über den
gesamten Fokussierbereich durch Anwendung des Innenfokussierverfahrens
aufrechtzuerhalten, wird bevorzugt, mindestens eine der nachfolgenden
Bedingungen (I–1)
und (I–2)
zu erfüllen.
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(
I–1) Die Frontlinsenuntereinheit
besitzt mindestens eine Negativlinse, die zusammengeklebte Linse, die
in der Zwischenlinsenuntereinheit enthalten ist, besitzt eine Positivlinse
L12ap und eine Negativlinse L12an, und die in der hinteren Linsenuntereinheit
enthaltene zusammengeklebte Linse hat eine Negativlinse L13an und
eine Positivlinse L13ap, der Brechungsindex für die e-Spektrallinie und die
Abbé`
sche Zahl eines Materials der in der Frontlinsenuntereinheit enthaltenen
Negativlinse sind mit N11n und 11n bezeichnet, das Brechungsvermögen und
die Abbé`
sche Zahl eines Materials einer in der Frontlinsenuntereinheit enthaltenen k-ten
Linsen (k = 1,2 ...) sind mit ϕ11k und ν11k bezeichnet, das Brechungsvermögen der
Frontlinsenuntereinheit ist mit ϕ11 bezeichnet, das Brechungsvermögen einer
Klebefläche
der in der Zwischenlinsenuntereinheit enthaltenen zusammengeklebten
Linse ist mit ?12aa bezeichnet, die Abbé` sche Zahl des Materials
der Negativlinse L12an ist mit ν12an
bezeichnet, das Brechungsvermögen
und die Abbé`
sche Zahl des Materials einer in der Zwischenlinsenuntereinheit
enthaltenen k-ten Linse (k = 1,2 ...) sind mit ϕ12k und ν12k bezeichnet, das
Brechungsvermögen
der Zwischenlinsenuntereinheit ist mit ϕ12 bezeichnet,
das Brechungsvermögen
einer Klebefläche
der in der hinteren Linsenuntereinheit enthaltenen zusammengeklebten
Linse ist mit ϕ13aa bezeichnet, die Abbé` sche Zahl des Materials
der Negativlinse L13an ist mit ν13an
bezeichnet, das Brechungsvermögen
und die Abbé`
sche Zahl des Materials einer in der hinteren Linsenuntereinheit
enthaltenen k-ten Linse (k = 1,2 ...) sind mit ϕ13k und ν13k bezeichnet,
und das Brechungsvermögen
der hinteren Linsenuntereinheit ist mit ?13 bezeichnet. Es werden
die folgenden Bedingungen erfüllt:
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Um eine große Erhöhung des maximalen Gesichtfeldwinkels
zu erreichen, überträgt die Erfindung
der Frontlinsenuntereinheit in der ersten Linseneinheit eine wichtige
Rolle. Diesbezüglich
ist eine Reihe von Negativlinsen in der Frontlinsenuntereinheit
enthalten. Darüber
hinaus verlaufen die Strahlen, die die Ecken des Bildrahmens erreichen
sollen, durch den Rand der Apertur. Aus diesem Grund wird die Tendenz
zur Erzeugung von Verzeichnungen und lateralen chromatischen Aberrationen
intensiviert. Um dies zu vermeiden, legen die Ungleichungen der
Bedingungen (1), (2) und (3) den Negativlinsen
entsprechende Beschränkungen
auf. Wenn die untere Grenze der Bedingung (1) überschritten
wird, wird die negative Verzeichnung im Weitwinkelende zu groß, um in
einfacher Weise korrigiert werden zu können. Wenn die untere Grenze
der Bedingung (2) überschritten
wird, wird eine große
laterale chromatische Aberration erzeugt, die schwierig zu korrigieren
ist. Die Ungleichungen der Bedingungen (3) legen einen
Bereich für
den Achromatismuszustand in der gesamten Frontlinsenuntereinheit
fest. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, wird es schwierig,
die chromatischen Aberrationen zu korrigieren.
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Durch die Einführung der zusammengeklebten
Linse in die Zwischenlinsenuntereinheit wird verhindert, daß die chromatische
Aberration in Längsrichtung
negativ korrigiert wird, wenn eine Fokussierung auf kürzere Objektdistanzen
durchgeführt
wird. Gleichzeitig wirkt diese zusammengeklebte Linse mit einer
anderen zusammengeklebten Linse zusammen, die in der hinteren Linsenuntereinheit
enthalten ist, um die sphärische Aberration
und die chromatische Aberration in Längsrichtung für das Telefotoende
und die Verzeichnung und laterale chromatische Aberration für das Weitwinkelende
zu korrigieren. Die Bedingungen (4)–(9) stellen sicher,
daß sämtliche
Aberrationen auf gute Weise korrigiert werden. Von diesen Bedingungen
betreffen die Bedingungen (4) und (7) in erster
Linie die Korrektur der sphärischen
Aberration und Verzeichnung. Die Bedingungen (5), (6),
(8) und (9) betreffen in erster Linie die Korrektur
von chromatischen Aberrationen.
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Wenn die obere Grenze der Bedingung
(4) überschritten
wird, tritt im Telefotoende bei einem Objekt mit minimaler Distanz
eine zu einer negativen Korrektur führende große Veränderung der sphärischen
Aberration auf. Wenn die untere Grenze überschritten wird, wird die
Veränderung
der Verzeichnung beim Fokussieren größer und die gesamte Fokussierbewegung
auf unerwünschte
Weise erhöht.
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Wenn die obere Grenze der Bedingung
(7) überschritten
wird, wird die Korrektur der Kissenverzeichnung im Weitwinkelbereich
unzureichend. Wenn die untere Grenze überschritten wird, wird die
sphärische
Aberration für
die Telefotoseite über
den gesamten Fokussierbereich überkorrigiert.
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Die Ungleichungen der Bedingungen
(5) oder (8) befassen sich mit der Abbé` schen
Zahl des Materials der in der zusammengeklebten Linse verwendete
Negativlinse. Wenn die Abbé`
schen Zahlen von beiden Ungleichungen zugleich größere Werte
annehmen als die oberen Grenzen, wird der Effekt zur Verhinderung einer Änderung
der chromatischen Aberration in Längsrichtung zu einer negativen
Korrektur bei der minimalen Objektdistanz schwächer. Desweiteren verändert sich
auch die Korrektur der chromatischen Aberration in Längsrichtung
für das
Telefotoende auf einen negativen Wert. Wenn die untere Grenze überschritten
wird, wird die laterale chromatische Aberration für das Weitwinkelende
unterkorrigiert. Darüber
hinaus wird die chromatische Aberration in Längsrichtung für das Telefotoende
in unerwünschter
Weise überkorrigiert.
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Die Bedingungen (6) und
(9) haben die Zielsetzung, das kombinierte System aus der
Zwischenlinsenuntereinheit und der hinteren Linsenuntereinheit zu
achromatisieren. Wenn die obere Grenze oder die untere Grenze einer
der Bedingungen (6) und (9) überschritten wird, wird es
schwierig, die Veränderung
der chromatischen Aberrationen beim Fokussieren zu korrigieren.
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(I–2) Die Zwischenlinsenuntereinheit
umfaßt
eine Linse L12p, die aus einem oder zwei Positivlinsenelementen
besteht, und eine Linse L12a, die aus einer zusammengeklebten Linse
besteht. Die Bewegungsgrößen der
Linse L12p und der Linse L12a während
des Fokussierens von einem im Unendlichen angeordneten Objekt bis
zu einem Objekt bei minimaler Distanz sind mit M12p und M12a bezeichnet.
Es wird dann die folgende Bedingung erfüllt:
M12a < M12p (10).
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Erfindungsgemäß wird durch Anwendung des
Floating-Verfahrens,
das die Bedingung (10) erfüllt, die Veränderung
von Aberrationen, hauptsächlich
einer Verzeichnung, beim Fokussieren in Weitwinkelbereich beträchtlich
verringert.
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Als erstes wird der Grund für die Veränderung
der Verzeichnung beim Fokussieren erläutert. 14 zeigt ein Paar Strahlen, die die Ecken
des Bildrahmens im Weitwinkelende bei einem im Unendlichen angeordneten
Objekt und einem Objekt mit minimaler Distanz erreichen, unter der
Bedingung, daß die
einzelne Positivlinse und die zusammengeklebte Linse vereinigt sind,
um die Zwischenlinsenuntereinheit zu bilden. In 14 ist die obere Hälfte in Bezug auf die optische
Achse als auf das im Unendlichen angeordnete Objekt fokussiert gezeigt,
während
die untere Hälfte
in Bezug auf die optische Achse als auf das Objekt mit minimaler Distanz
fokussiert gezeigt ist.
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Bei dieser Einstellung im Weitwinkelende
besitzt der Strahl von einem extraaxialen Objektpunkt einen großen Einfallwinkel
in dem Raum zwischen der Frontlinsenuntereinheit und hinteren Linsenuntereinheit
und trifft unter einer geringen Höhe auf die hintere Linsenuntereinheit.
Daher ändert
sich die Höhe,
unter der der Strahl durch die Zwischenlinsenuntereinheit dringt,
zwischen dem auf das im Unendlichen angeordnete Objekt fokussierten
Zustand und dem auf das Objekt mit minimaler Distanz fokussierten
Zustand stark. Deshalb ändert
sich die Verzeichnung beim Fokussieren. Die Klebefläche mit
großem
Brechungsvermögen
in der Zwischenlinsenuntereinheit hat den Effekt, die Verzeichnung
auf minus zu bringen. Wenn die Fokussierung von einem im Unendlichen
angeordneten Objekt, für
das die Einfallhöhe
groß ist,
zu einem Objekt mit minimaler Distanz; für das die Einfallhöhe gering
ist, fortschreitet, ändert
sich die Verzeichnung stark zur Plusseite hin. Wenn sich die Brennweite
andererseits zur Telefotoseite verändert, nimmt der Einfallwinkel
des extraaxialen Strahles ab, so daß die Differenz zwischen den
Einfallhöhen
des Strahles auf die Frontlinsenuntereinheit und die hintere Linsenuntereinheit
abnimmt. Daher wird die Veränderung
der Verzeichnung beim Fokussieren sehr klein.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform
findet daher das Floating-Verfahren Anwendung, das die Bedingung
(10) erfüllt,
um den Veränderungsbereich
der Verzeichnung für
den Weitwinkelbereich beim Fokussieren zu verringern. Der größte Teil
der Fokussierungsfunktion wird von der Linse L12p übernommen,
während sich
die zusammengeklebte Linse L12a geringfügig zur Bildseite bewegt. Dies
erzeugt den Effekt, daß die
Verhinderung der Veränderung
der chromatischen Aberration in Längsrichtung für das Telefotoende
sogar zu einer Verringerung der Veränderung der Verzeichnung für den Weitwinkelbereich
führt.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, daß der geometrische
Ort für
die Bewegung der zusammengeklebten Linse L12a entweder linear sein
kann, wenn deren Geschwindigkeit relativ zur Geschwindigkeit der
Bewegung der Linse L12p konstant ist, oder nicht linear sein kann,
wenn sie beschleunigt oder verzögert
wird.
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Als nächstes werden die Beispiele
1 bis 3 der Erfindung erläutert.
Von den Daten für
die Beispiele 1 bis 3 ist Ri der Krümmungsradius der Oberfläche der
i-ten Linse, von der Objektseite aus gesehen, Di die i-te axiale
Dicke oder der Luftspalt, von der Objektseite aus gesehen, während Ni
und νi der
Brechungsindex für die
e-Spektrallinie und die Abbé`
sche Zahl des Glases des i-ten Linsenelementes sind, von der Objektseite aus
gesehen. Die Werte der Faktoren in den vorstehend beschriebenen
Bedingungen für
die Beispiele 1 bis 3 sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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In Beispiel 1 von 1 besitzt das Varioobjektiv ein Zoomverhältnis von
8 mit einer Brennweite im Weitwinkelende von fw = 5,72 [mm] und
kann auf ein Objekt mit einer minimalen Distanz von 300 [mm] fokussiert
werden. Die Zwischenlinsenuntereinheit L12 zum Fokussieren umfaßt eine
Positivlinse und eine zusammengeklebte Linse, die aus Positivlinsen
und Negativlinsen besteht, um die Veränderung der Aberrationen beim
Fokussieren zu korrigieren. Insbesondere für die Telefotoseite wird die
Veränderung
der chromatischen Aberration in Längsrichtung gut korrigiert.
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Im Beispiel 2 von 2 hat das Varioobjektiv ein Zoomverhältnis von
8 mit einer Brennweite im Weitwinkelende von fw = 5,72 [mm] und
kann auf ein Objekt mit einer minimalen Distanz von 300 [mm] fokussiert werden.
Die Zwischenlinsenuntereinheit L12 zum Fokussieren ist in zwei Teile
unterteilt, d.h. eine Positivlinse L12p und eine zusammengeklebte
Linse L12a. Beide Linsen L12p und L12a sind so ausgebildet, daß sie sich über unterschiedliche
Distanzen zum Fokussieren bewegen, d.h. es findet das Floating-Verfahren
Anwendung, um hauptsächlich
die Veränderung
der Verzeichnung beim Fokussieren gut zu korrigieren.
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Im Beispiel 3 von 3 hat das Varioobjektiv ein Zoom-Verhältnis von
14,9 mit einer Brennweite im Weitwinkelende von fw = 6,7 [mm] und
kann auf ein Objekt mit einer minimalen Distanz von 1000 [mm] fokussiert
werden. Die Zwischenlinsenuntereinheit L12 umfaßt eine Linse L12p, die aus
zwei Positivlinsen und einer zusammengeklebten Linse L12a besteht,
so daß sich
insgesamt vier Linsenelemente ergeben. Ferner findet das Floating-Verfahren
Anwendung, um die sphärische
Aberration und die chromatische Aberration in Längsrichtung für das Telefotoende
gut zu korrigieren.
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Aus dem vorhergehenden wird deutlich,
daß erfindungsgemäß bei dem
aus vier Einheiten bestehenden Varioobjektiv die erste Linseneinheit
zum Fokussieren mit drei Linsenuntereinheiten versehen ist, d.h.
einer Frontlinsenuntereinheit, einer Zwischenlinsenuntereinheit
und einer hinteren Linsenuntereinheit. Von diesen Untereinheiten
ist die Zwischenlinsenuntereinheit zum Fokussieren axial beweglich
ausgebildet. In Bezug auf die Anwendung eines derartigen Innenfokussierverfahrens
zur Vergrößerung des
Aperturverhältnisses
und des Verhältnisses
der veränderlichen
Vergrößerung werden
Konstruktionsregeln für
jede Linseneinheit angegeben, um die Veränderung der Aberrationen, beispielsweise
der sphärischen
Aberration und chromatischen Aberrationen, beim Zoomen und Fokussieren
zu verringern. Es ist auf diese Weise möglich, ein Varioobjektiv mit
großer
relativer Apertur und hohem Bereich zu schaffen, das eine F-Zahl
von etwa 1,65 am Weitwinkelende und ein Verhältnis der veränderlichen
Vergrößerung von
8 bis 15 aufweist und bei dem eine gute Stabilität des optischen Verhaltens über den
gesamten Zoombereich und über
den gesamten Fokussierbereich auf einem hohen Niveau aufrechterhalten
wird.
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Ein Varioobjektiv umfaßt in der
Reihenfolge von der Objektseite zur Bildseite eine erste Linseneinheit mit
positivem Brechungsvermögen,
die während
des Zoomens stationär
angeordnet ist, eine zweite Linseneinheit mit negativem Brechungsvermögen, die
während
des Zoomens axial beweglich ist, eine dritte Linseneinheit, die
während
des Zoomens axial beweglich ist, und eine vierte Linseneinheit mit
positivem Brechungsvermögen,
die während
des Zoomens stationär
ist, wobei die erste Linseneinheit eine Frontlinsenun tereinheit,
die mindestens eine Positivlinse aufweist und insgesamt ein negatives
Brechungsvermögen
besitzt, eine Zwischenlinsenuntereinheit, die mindestens eine Positivlinse
und eine zusammengeklebte Linse aufweist und insgesamt ein positives
Brechungsvermögen
besitzt, und eine hintere Linsenuntereinheit, die eine zusammengeklebte
Linse besitzt und insgesamt eine positives Brechungsvermögen hat,
aufweist und wobei die Zwischenlinsenuntereinheit in Richtung auf
die Bildseite bewegt wird, um eine Fokussierung von einem im Unendlichen angeordneten
Objekt zu einem Objekt mit minimaler Objektdistanz durchzuführen.
worin der Brechungsindex für die e-Spektrallinie und die Abbé` sche Zahl eines Materials der in der Frontlinsenuntereinheit (L11) enthaltenen Negativlinse mit N11n und ν11n, das Brechungsvermögen und die Abbé` sche Zahl eines Materials einer in der Frontlinsenuntereinheit (L11) enthaltenen k-ten Linse (k = 1,2...) mit ϕ11k und ν11k, das Brechungsvermögen der Frontlinsenuntereinheit (L11) mit ϕ11, das Brechungsvermögen einer Klebefläche der in der Zwischenlinsenuntereinheit (L12) enthaltenen zusammengeklebten Linse mit 12aa, die Abbé` sche Zahl des Materials der Negativlinse (L12an) mit ν12an, das Brechungsvermögen und die Abbé` sche Zahl des Materials der in der Zwischenlinsenuntereinheit (L12) enthaltenen k-ten Linse (k = 1,2...) mit ϕ12k und ν12k, das Brechungsvermögen der Zwischenlinsenuntereinheit (L12) mit ϕ12, das Brechungsvermögen einer Klebefläche der in der hinteren Linsenuntereinheit (L13) enthaltenen zusammengeklebten Linse mit ϕ13aa, die Abbé` sche Zahl des Materials der Negativlinse (L13an) mit ν13an, das Brechungsvermögen und die Abbé` sche Zahl des Materials einer in der hinteren Linsenuntereinheit (L12) enthaltenen k-ten Linse (k = 1,2...) mit ϕ13k und ν13k und das Bre gen der hinteren Linsenuntereinheit (L13) mit ϕ13 bezeichnet sind.