FI81687B - Multifokalt objektiv. - Google Patents

Description

1 81687

Objektiivi, jossa on useita polttopisteitä Tämä keksintö liittyy kuvausobjektiiviin, jolla voidaan tehdä teräviä kuvia kohteista, jotka ovat objek-5 tiivistä ainakin kahdella eri etäisyydellä, niin että ainakin yhteen objektiivin polttotasoon on sijoitettu oikaiseva elementti, joka on jaettu ainakin kahteen alueeseen, joissa valontaittokyvyt eroavat toisistaan.

Nämä ominaisuuksdet omaava objektiivi tunnetaan US-10 patenttijulkaisusta 3 588 227 ja sen tarkoituksena on toimia mikroskoopin objektiivina. Objektiivin edessä olevat kaksi kohdetta näkyvät terävinä polttotasossa saman kokoisina suurennuksina. Tunnetun rakenteen periaatteen mukaan sijoitetaan objektiivin polttopisteen kuvapuolelle 15 optinen elementti, joka tämän polttotason yhdellä puolella toimii positiivisena linssinä keskittääkseen lähimmän kohteen polttotasoon ja sen toisella puolella toimii suun-taistasolaikkana ilman nettotaittotehoa (jolloin vain kohteen oma taittokyky vaikuttaa säteisiin tällä puoliskol-20 la), niin että säteet etäisemmästä kohteesta eivät taitu niin paljoa ja, johtuen sopivien mittojen valinnasta, keskittyvät samaan nimenomaiseen polttotasoon.

Tämän keksinnön eräänä päämääränä on saada aikaan valokuvausobjektiivi, joka on erityisen käyttökelpoinen 25 elokuva- ja TV-kameroissa ja joka tekee mahdolliseksi kuvata yhdessä ainoassa kohtauksessa terävät kuvat kohteista, jotka ovat eri etäisyyksillä, toisin sanoen kumpikin omalla syvyydellään näkökentässä. Tällä tavoin yhdistetyn kuvan tulee näyttää luonnolliselta, ja jos käytetään liian 30 erilaisia optisia järjestelmiä, on erityisen tärkeää, että yhden kohteen epäterävä kuva, jonka tekee järjestelmä, joka tekee terävän kuvan toisesta kohteesta, häiritsee mahdollisimman vähän toisen järjestelmän terävää kuvaa. Muutoin saisi epäterävä kuva aikaan näkyvän haamukuvan. 35 Jos kuitenkin tuhruinen kuva on saman kokoinen ja asete- 2 81687 taan terävän kuvan päälle, havaitaan kuva terävänä.

Tämän tarkoituksen saavuttaminen on tätä ennen ollut tunnettua käyttämällä kahta eri objektiivia sekä pei-lilaitteita. Tässä tapauksessa kohdataan kuitenkin suuria 5 ongelmia mekaanisessa pysyvyydessä. Lisäksi on vaikeaa saada tarkasti sattumaan yhteen kaksi kuvaa, joista yhdessä on terävä kohde A sekä epäterävä kohde B ja toisessa epäterävä kohde A sekä terävä kohde B. Kuvat kohteesta A, joista yksi on terävä ja toinen epäterävä, on asetettava 10 päällekkäin, vaikka ne eivät olisikaan kuvapinnan keskus tassa, mikä merkitsee, että objektiivin suurennuksen on oltava sama. Keksinnön yhtenä päämääränä on saada aikaan kuvien sellainen yhdistäminen ja tehdä se yhdellä ainoalla, valokuvaukseen, elokuvaukseen, televisiokuvaukseen 15 jne. sopivalla objektiivilla.

Edellä mainitussa patenttijulkaisussa esitetty objektiivi muodosta ratkaisua keksinnön mukaiselle ongelmalle. Eri etäisyyksillä olevat kohteet A ja B kuvautuvat kumpikin terävästi tunnetun objektiivin kummassakin puo-20 liskossa ja ovat saman kokoisia, mutta saman aikaisesti ovat epäterävät kuvat erikokoisia ja sen vuoksi asettuu esimerkiksi A:n epäterävä ja erikokoinen kuva A:n terävän kuvan päälle. Tällä on erittäin häiritsevä vaikutus esimerkiksi filmikuvaan.

25 Toisissa konstruktioissa käytetään valokuvausobjek- tiiveihin liittyviä, vyöhykkeisiin jaettuja, linssejä, kuten esimerkiksi Fresnel-linssejä, ja ne esitetään esimerkiksi patenttijulkaisuissa GB-335 696 ja US-2 546 996 sekä US-2 651 237. Vaikka vyöhykkeet saavatkin aikaan terävät 30 kuvat eri etäisyyksillä olevista kohteista, ei huomiota ole kiinnitetty kuitenkaan eri kohteiden epäterävien haa-mukuvien epäyhtenäiseen suurennukseen ja sen vuoksi ei tämän keksinnön päämäärää ole pystytty saavuttamaan. On totta, että US-patenttijulkaisussa 2 651 238 käsitellään 35 tätä ongelmaa, mutta siinä esitetyssä ratkaisussa haamuku- 3 81687 vat ovat niin etäällä polttopisteestä, että ne eivät häiritse teräviä kuvia, mikä saattaa olla vaikeasti toteutettavissa muutoin kuin jos näkökentän yksittäiset syvyydet ovat pieniä ja aukko laaja.

5 Edellä mainittu päämäärä sekä muut päämäärät ja edut saavutetaan keksinnön mukaan siten, että johdannossa selitetyn tyyppisessä kuvauslinssissä oikaiseva elementti on sijoitettu objektiivin siihen polttotasoon, joka sijaitsee lähinnä kohdetta ja että objektiivin tulopupilli 10 sijaitsee sen kohteen suunnassa olevassa etupolttopis-teessä. Epäterävä kuva kohteesta, joka antaa myös terävän kuvan, on saman kokoinen kuin terävä kuva. On totta, että yhdistetyn kuvan kontrasti on huonompi kuin kontrasti nor-maalikuvassa, mutta sen vaikutus ei ole häiritsevä ja se 15 voi jopa saada aikaan taiteellisesti miellyttävän pehmeän polttopisteen, joka muutoin syntyy erityisillä hajotus-laikoilla. Tätä vaikutusta voidaan edelleen tehostaa varustamalla yksi tai jopa kumpikin oikaisevassa elementissä oleva kenttä hajotuslaikalla tai vastaavalla.

20 Oikaisevassa elementissä olevat eri kentät voidaan tarvittaessa sijoittaa mihin tahansa objektiivin etupolt-totasossa. Erityisen edullista on kuitenkin sijoittaa kentät symmetrisiksi optisen akselin suhteen. Esimerkiksi kaksipolttopisteisessä rakenteessa on suositeltavaa, että 25 kenttien välisen rajan halkaisija on sellainen, että se leikkaa optisen akselin. Jos kohteita ja kenttiä on yli kaksi, voidaan viimeksi mainitut muodostaa ympyräsektorien muotoisiksi, niin että kärjet ovat optisella akselilla. Tämä on sikäli edullista, että sen lähelle asetettu kalvo 30 himmentää kaikkia kuvia yhtä paljon. Muutoin voidaan muunlaisilla kenttäjaoilla saada aikaan joukko erityistehos-teita. Rengasmaisen vyöhykkeen avulla voidaan esimerkiksi siihen liittyvä kuva saada pehmeäksi ja hajaantuneeksi himmentämällä sekä saavuttaa monissa tapauksissa mielen-35 kiintoisia tuloksia. Saattaa olla mainitsemisen arvoista, 4 81687 että oikaisevan elementin yksi kenttä voi olla sopivasti avoin ja että kaksipolttopisteisen objektiivin eräässä yksinkertaisessa ja käytännöllisessä suoritusmuodossa voi oikaisevan elementin muodostaa puoliympyrän muotoinen 5 ohutlinssijärjestelmä, jonka voidaan katsoa olevan puolikas etulinssiä.

Objektiivin edessä olevaan laitteeseen voidaan asentaa useita sellaisia oikaisevia järjestelmiä esimerkiksi revolverikiinnityksellä, niin että ne voidaan hel-10 posti vaihtaa. Jos käytetään "puolia etulinssejä", suoritetaan tarkentaminen yhtä kuvaa varten tavanomaisesti (säännöllisesti siirtämällä kohdetta filmitason suhteen), kun taas toisen kuvan polttopiste saadaan valitsemalla etulinssi sopivasti. Yksinkertaisen ohuen järjestelmän 15 sijasta voidaan myös käyttää järjestelmää, jonka taittokykyä voidaan muuttaa, suurin piirtein samalla tavoin kuin säätöpolttovälisessä objektiivissa. Sen takana olevan objektiivin polttoväli voi myös olla säädettävä, ja tämä saattaa edellyttää määrättyä laskutoimitusta, joka kuiten-20 kin on optisen suunnittelijan mahdollisuuksien rajoissa.

Keksintö ilmenee selvästi kuvioista. Kuvio 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista objektiivia. Kuvio 2 esittää valon kaavamaista rataa.

Kuviossa 1 esitetty moniosainen objektiivi käsittää 25 elokuvaprojektorin objektiivia 1, jonka polttoväli on 50 mm ja joka esitetään suunnilleen luonnollisessa koossa. Polttopisteet sijaitsevat kohdissa F sekä F' ja filmin taso on piirretty taaempaan polttotasoon. Etupolttotasossa on "puolikas"linssi 3, joka ulottuu yhtä pitkälle kuin 30 optinen akseli sekä iiris 4.

Koska on hyvin tunnettua, miten objektiiveja konstruoidaan (ks. esim. Conradyn "Applied Optics and Optival Design, osat I ja II, New York 1957, Dover), on tarpeetonta selittää esitettyä seitsenlinssistä objektiivia. Mitä 35 elementtiin 3 tulee, on se piirretty yhdeksi ainoaksi 5 81067 ohueksi linssiksi, ja sellainen rakenne on yleensä tyydyttävä, erityisesti, jos ei diopteriluvun tarvitse olla korkea. Akromatisointi voi olla suositeltavaa, joskin tämä on päätettävä suhteessa siinä jo olevaan epätarkkuuteen, mikä 5 johtuu terävän kuvan päällä olevasta epäterävästä kuvasta.

Jos asetetaan yksi kohteista äärettömyyteen, kuten kuviossa on tehty, linssielementin 3 polttoväli samaksi kuin etäisyys toiseen kohteeseen, linssin 3 muodostaessa näennäisen kuvan äärettömyyteen.

10 Järjestelmän toiminta voi tulla selvemmäksi, jos sovelletaan Gullstranin kaavaa valontaittokykyä varten kahteen moniosaiseen linssijärjestelmään: D = Dj + Dj - S . Dj . Dj 15 jossa Dt ja Dj ovat järjestelmien diopteriluku (m*1) ja S on järjestelmien välinen etäisyys (tai niiden toisiaan vastassa olevien päätasojen välinen etäisyys Gaussin likiarvossa). Jos, kuten tässä, linssielementti 3 (diopteri-20 luku Dj) on yhdistelmäobjektiivin polttopisteessä (diopteriluku Dx), saadaan tulokseksi D « Dj.

Oikaiseva tekijä ei siten vaikuta järjestelmän polttoväliin. Kuvio 2 esittää kaavamaisesti valonsäteen kulkua polttopisteiden F ja F' sekä päätasojen Hl ja H2 25 esittäessä pääobjektiivia. Oikaiseva elementti K esitetään ohuena linssinä, jonka polttopiste on FK. Kohdassa FK olevaa kohdetta varten esitetään kaksi sädettä, ja siitä voidaan nähdä, että järjestelmän pääetutaso sattuu yhteen pääobjektiivin pääetutason kanssa, samalla kun järjestel-30 män päätakataso siirtyy kohti kohdetta juuri riittävästi, että kohdassa FK oleva kohde on polttopisteessä kohdassa F'.

Kun ohutta linssiä 3 käytetään linssinpuolikkaan muodossa, sen reuna on mustattava kunnolla valon sironnan 35 välttämiseksi. Kokemus on myös osoittanut, että oikaisevan 6 81 6 ö 7 elementin tulee olla hyvin keskitetty optisen akselin suhteen. Muutoin eivät terävä ja epäterävä kuva satu yhteen, vaan ne siirtyvät sivusuunnassa (nettokiilailmiö). Elokuvaprojektorissa, jossa on siirrettävä tai vaihdettava 5 oikaiseva elementti, on keskityksen oltava puhtaasti käytännöllisistä syistä uudelleenasettuva ja tarkka, noin muutaman sadasosamillimetrin luokkaa (polttovälille 50 mm).

Vaikeiden kuvioitumisongelmien välttämiseksi tulisi 10 käyttää objektiivia, joka on laskettu siten, että sen tulopupilli sijaitsee etupolttopisteessä (ns. telekes-keisessä objektiivissa). Myös kalvo 4 on silloin objektiivin varsinaisessa tulopupillissa.

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti myös revol-15 verimekanismia, jossa on pyörintäakseli 5 sekä kaksi oikaisevaa elementtiä 3 ja 3'. Revolverilaikassa oleviin reikiin voidaan kiinnittää useita erilaisia oikaisevia elementtejä, jättäen yksi reikä tyhjäksi, niin että kohdetta 1 voidaan käyttää myös tavanomaisena kohteena. Kuten 20 jo on korostettu, tulee tämä revolverimekanismi valmistaa erityisellä tarkkuudella ja oikaisevien elementtien tulee olla hyvin keskitetyt, mikä ei muodosta ylittämättömiä teknisiä ongelmia, mutta mikä on pidettävä mielessä suunnittelun kestäessä.

25 Keksintö tarjoaa käytettäväksi valokuvausobjektii- vin, joka ratkaisee ongelman kuvata terävästi yhdessä kohtauksessa kamerasta eri iäisyyksillä olevia kohteita, joista kullakin on oma syvyytensä kentässä. Sellainen kuvaus on tähän saakka ollut tehtävä himmentämällä. Esimerk-30 kinä siitä, mitä voidaan saada aikaan objektiivilla, jossa F = 50 mm, voidaan himmennysluvulla 4 (jolloin erottelu-vaatimus on 0,003 mm) saavuttaa kaksi kentän syvyyttä 1,8 - 2,2 m ja 6,7 - 19 m (asetukset 2 m ja 10 m). Jos himmennetään himmennyslukuun 14, tulee kentän yhdistetty syvyys 35 olemaan 1,5 m - ääretön. Vastaava kentän syvyys saatuna 7 81687 aikaan tavanomaisella himmennyksella edellyttäisi himmen-nyslukua 28.

Sen lisäksi, että kentän käyttökelpoinen syvyys suuresti kasvaa, on mainittava tähän saakka tuntemattomat, 5 puhtaasti taiteellisesti ainutlaatuiset vaikutukset, jotka keksinnön avulla voidaan saavuttaa, jolloin polttopiste voidaan keskittää filminäyttämöllä valittuihin dramaattisiin alueisiin. Samalla tavalla voi keksintö valokuvauksessa tarjota uusia keinoja saavuttaa uusia taiteellisia 10 vaikutuksia, jotka ovat riippumattomia rajoituksista, joiden aikaisemmin katsottiin olevan teknologian sanelemia. Ihannetapauksessa tulisi kuvien olla luonnonmukaisia ja syvän tarkennuksen puute, jonka katsojan silmä tahattomasti kompensoi muuttamalla jatkuvasti polttopistettä, 15 saa välttämättä aikaan epäluonnollisen vaikutelman, jota keksinnön avulla voidaan suuresti vähentää.

Keksintöä on edellä valaistu käyttämällä apuna esimerkkiä. Tarkoituksena ei ole ollut rajoittaa keksintöä, vaan tekniikkaan perehtyneelle henkilölle on selityksen 20 lukemisen jälkeen selvää, että hän voi ehdottaa lukuisia ilmeisiä muunnoksia, jotka on tarkoituksena sisällyttää seuraaviin patenttivaatimuksiin.

Claims (8)

1. Kuvanmuodostusobjektiivi, joka pystyy muodosta-5 maan terävät kuvat kohteista, jotka ovat objektiivista kahdella eri etäisyydellä, niin että objektiivin (1) yhteen polttotasoon on sijoitettu oikaiseva elementti (3), joka on jaettu ainakin kahteen kenttään, joiden taittokyky on erilainen, tunnettu siitä, että oikaiseva ele-10 mentti (3) on sijoitettu objektiivin (1) siihen polttotasoon (F), joka sijaitsee lähinnä kohdetta ja että objektiivin tulopupilli sijaitsee sen kohteen suunnassa olevassa etupolttopisteessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuvanmuodos-15 tusobjektiivi, tunnettu siitä, että kentät on sijoitettu symmetrisesti objektiivin (1) optisen akselin suhteen.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuvanmuodostusobjektiivi, tunnettu siitä, että him- 20 mennyslaite on sijoitettu objektiivin (1) kohteen suuntaiseen etupolttopisteeseen (F).

3 81687

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuvanmuodostusobjektiivi, tunnettu siitä, että oikaiseva elementti (3) käsittää yksinkertaisen tai yhdis- 25 tetyn linssin, joka on puolitettu pitkin sitä halkaisijaa, joka leikkaa objektiivin (1) optisen akselin.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kuvanmuodostusobjektiivi, tunnettu siitä, että oikaisevan elementin (3) polttoväliä voidaan muuttaa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuvanmuodostusobjektiivi, tunnettu siitä, että oikaiseva elementti (3) on kiinnitetty irrotettavasti.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kuvanmuodostusobjektiivi, tunnettu siitä, että revolverimeka-35 nismin aukkoihin on kiinnitetty useita oikaisevia element- β 81687 tejä (3, 3'), joiden polttoväli on erilainen.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuvanmuodos-tusobjektiivi, tunnettu siitä, että yksi kentistä on varustettu välineellä terävyyden vähentämiseksi, jotta 5 saataisiin aikaan ns. pehmeän polttopisteen vaikutus. 10 81 607