DE1032571B - Optisches System, das zur Erzeugung eines Bildes von kontinuierlich veraenderlicher Groesse eines in fester Entfernung von dem System befindlichen Gegenstandes dient - Google Patents
Optisches System, das zur Erzeugung eines Bildes von kontinuierlich veraenderlicher Groesse eines in fester Entfernung von dem System befindlichen Gegenstandes dientInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System, das zur Erzeugung eines Bildes von kontinuierlich veränderlicher
Größe eines in fester Entfernung von dem System befindlichen Gegenstandes dient.
Das System besteht aus zwei normalerweise stationären Linsen gleichen Vorzeichens, d. h. zwei positiven oder
zwei negativen Linsen bzw. zwei konkaven oder konvexen Linsen, sowie zwei axial verschieblichen Linsen, die eine
Brechkraft gleichen Vorzeichens, jedoch entgegengesetzt dem Vorzeichen der Brechkraft der normalerweise
stationären Linsen aufweisen. Alle Linsen sind auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet, wobei die
verschieblichen Linsen zwischen und im Abstand von den zwei normalerweise stationären Linsen angeordnet sind.
Weiterhin enthält die Vorrichtung Mittel zur Veränderung der Vergrößerung, um die verschieblichen Linsen in der
Richtung der Achse des Systems kontinuierlich und gleichzeitig, den Umständen entsprechend, um gewisse
Beträge zu verschieben, so daß der Abstand von den normalerweise stationären Linsen, in dem das Bild eines
Gegenstandes in einer festen Entfernung von den normalerweise stationären Linsen genau eingestellt ist,
konstant bleibt, während die Bildgröße bei der Betätigung der Einstellvorrichtung kontinuierlich verändert wird.
Der Ausdruck »normalerweise stationäre Linse«· bedeutet,
daß eine Linse während der kontinuierlichen Änderung der Bildgröße eines Gegenstandes in einer festen Entfernung
von dem System stationär bleibt.
■ Beispiele von optischen Systemen der beschriebenen Art sind in den britischen Patentschriften 639 610, 639 611, 639 612,646 409 sowie in der USA.-Patentschrift 2 514 239 beschrieben und beansprucht.
■ Beispiele von optischen Systemen der beschriebenen Art sind in den britischen Patentschriften 639 610, 639 611, 639 612,646 409 sowie in der USA.-Patentschrift 2 514 239 beschrieben und beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Systeme der beschriebenen Art, in
denen die normalerweise stationären Linsen positiv wirkend und die verschieblichen Linsen negativ wirkend
sind (wie in der britischen Patentschrift 646 409 sowie in der USA.-Patentschrift 2 514239 beschrieben).
In Systemen der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, kann eine oder können beide der normalerweise
stationären Linsen einstellbar längs der optischen Achse angeordnet sein. Eine Brennweitenverstellvorrichtung
kann vorgesehen sein und unabhängig von der vergrößerungsverändernden Vorrichtung betätigt werden, um
eine oder jede der verstellbar angeordneten stationären Linsen zu verschieben, um so eine richtige Brennpunkteinstellung
des Systems zu bewirken (s. britische Patentschrift 639 611). Obgleich in dieser Patentschrift die
Betätigung der Einstellvorrichtung mit besonderem Hinweis auf die Anfangseinstellung des Systems auf
einen festen Gegenstand vor Betätigung der vergrößerungsverändernden
Vorrichtung beschrieben wird, kann die spezifisch in dieser Patentschrift beschriebene Einstellvorrichtung
genauso gut während des Betriebs der Optisches System,
das zur Erzeugung eines Bildes
von kontinuierlich veränderlicher Größe
eines in fester Entfernung
von dem System
befindlichen Gegenstandes dient
befindlichen Gegenstandes dient
Anmelder:
W. Watson & Sons Limited, London
W. Watson & Sons Limited, London
Vertreter: Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt,
Düsseldorf, Kreuzstr. 32
Düsseldorf, Kreuzstr. 32
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 18. Juli 1950
Großbritannien vom 18. Juli 1950
Harold Horace Hopkins, London,
ist als !Erfinder genannt worden
ist als !Erfinder genannt worden
vergrößerungsverändernden Einrichtung ohne Änderung der spezifisch in dieser Patentschrift erwähnten Konstruktion
betätigt werden. Auf diese Weise kann die Vergrößerung des in dieser Patentschrift beschriebenen Systems
ebenfalls variiert werden, während die Einstellung des Systems unabhängig vorgenommen wird, um einen
Gegenstand im Brennpunkt zu halten, der sich während der Änderung der Vergrößerung bewegt.
In einem solchen System kann jede der vier Linsen eine
Linsenkombination darstellen, die aus zwei oder mehr Teillinsen besteht, die miteinander in Berührung stehen
oder in einer bestimmten festen Entfernung voneinander angeordnet sind. Eine oder mehrere dieser Teillinsen
können aus zwei oder mehr miteinander in Berührung stehenden Linsenelementen bestehen.
Die primären Aberrationen, die in Systemen der beschriebenen
Art auftreten können, bestehen aus sieben Haupttypen, die gewöhnlich durch die folgenden Symbole
bezeichnet werden:
S1 = sphärische Aberration, S2 = Koma, S3 = Astigmatismus,
S4 = Bildfeldkrümmung, S5 = Verzeichnung,
L = axiale chromatische Aberration und T = chromatische Änderung der Vergrößerung.
809 557/194
Es ist bekannt, daß,--wenn die chromatischen Aberrationen
L und T eines Linsensystems für eine Stellung des Gegenstandes und der Blende korrigiert werden, sie
auch für alle Stellungen des Gegenstandes und der Blende
korrigiert sind. Infolgedessen kann das System im wesentlichen für chromatische Aberrationen durch die Verwendung
von achromatischen Linsen und/oder achromatischen Teillinsen in dem. ganzen System korrigiert werden.
Daraus folgt, daß das System im wesentlichen keine chro-
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die während der Bewegung der
beweglichen Linsen in den Aberrationen des gesamten Systems auftretende Veränderung durch die Veränderungen
der Koma und der sphärischen Aberration der beiden beweglichen Linsen bedingt ist, die während dieser
Bewegung als Einheit angesehen werden. Es wurde ferner gefunden, daß, wenn die beiden beweglichen Linsen als
zusammengehöriges Paar in einer Grenzstellung ihres Be-
matischen Aberrationen aufzeigen wird, wobei es nicht 10 wegungsbereichs auf Koma und sphärische Aberration *
korrigiert werden, unter der vorstehend für das betrachtete Linsensystem gemachten Voraussetzung, daß die"
beweglichen Linsen identisch und in Beziehung zueinander umgekehrt auf der Achse angeordnet sind, Koma
und sphärische Aberration dieses aus den beiden beweglichen Linsen bestehenden Paars in einem nutzbaren Bewegungsbereich
im wesentlichen gleich Null bleiben. Es wurde ferner gefunden, daß, wenn Koma und sphärische
Aberration der beweglichen Linsen im wesentlichen gleich , Null bleiben, wie es unter- den vorstehend erläuterten
Bedingungen der Fall ist, Koma und sphärische Aberration des Systems als Ganzes sich während der Bewegung
der beweglichen Linsen nicht verändern. Man hat also nunmehr eine einfache Möglichkeit, das
wichtig ist, wie sich die relative Stellung der verschiebbaren Linsen zueinander während der Bildgrößenänderung
ändert.
Es ist weiterhin bekannt, daß die Bildfeldkrümmung S4
eines Linsensystems durch die Konstruktion der einzelnen *5
Linsen bestimmt und vollkommen unabhängig von den Stellungen des Gegenstandes und der Blende ist. Infolgedessen
kann ein für alle Stellungen der beweglichen Linsen krümmungsfreies Bildfeld erhalten werden, wenn man die
Konstruktion des Systems so vornimmt, daß es für eine Stellung der verschieblichen Linse ohne Bildfeldkrümmung
ist. ·
Es ist außerdem bekannt und kann in der optischen
Theorie leicht bewiesen werden, daß der Astigmatismus S3
jeder einfachen oder zusammengesetzten Linse eine Kon- 25 anscheinend schwierige Problem, das System auf Koma stante ist, wenn die Blende in Berührung mit der Linse und sphärische Aberration zu korrigieren, in einfachste steht. Er ist unabhängig von der Entfernung des Objekts
und der präzisen Konstruktion der einfachen oder zusammengesetzten Linse selbst. Der Astigmatismus ändert
Theorie leicht bewiesen werden, daß der Astigmatismus S3
jeder einfachen oder zusammengesetzten Linse eine Kon- 25 anscheinend schwierige Problem, das System auf Koma stante ist, wenn die Blende in Berührung mit der Linse und sphärische Aberration zu korrigieren, in einfachste steht. Er ist unabhängig von der Entfernung des Objekts
und der präzisen Konstruktion der einfachen oder zusammengesetzten Linse selbst. Der Astigmatismus ändert
sich im allgemeinen mit der Änderung in der Stellung der 3° Linsen als Paar in einer Grenzstellung ihres Bewegungs-Blende,
aber in dem besonderen Fall, wenn die sphärische bereichs in bezug auf Koma und sphärische Aberration
Aberration S1 und die Koma S2 gleich Null sind, ändert
der Astigmatismus sich nicht mit der Stellung der Blende.
Aus diesen Darlegungen ergibt sich, daß, wenn alle
vier Linsen in einem optischen System der beschriebenen 35
Art zusammengesetzte Linsen wären, die einzeln auf
chromatische Aberration korrigiert und ebenso einzeln
aplanatisch (d. h. frei von sphärischer Aberration und
Koma) sind, der Astigmatismus des gesamten Systems
konstant und unabhängig von irgendwelchen Stellungs- 40 erwähnte Bewegung der beweglichen Linsen wenigstens änderungen der Blende und den Abständen zwischen den in einem Teil des Bereichs der genannten Grenzstellung vier Linsen sein würde. Man hat jedoch festgestellt, daß nicht wesentlich geändert wird.
der Astigmatismus sich nicht mit der Stellung der Blende.
Aus diesen Darlegungen ergibt sich, daß, wenn alle
vier Linsen in einem optischen System der beschriebenen 35
Art zusammengesetzte Linsen wären, die einzeln auf
chromatische Aberration korrigiert und ebenso einzeln
aplanatisch (d. h. frei von sphärischer Aberration und
Koma) sind, der Astigmatismus des gesamten Systems
konstant und unabhängig von irgendwelchen Stellungs- 40 erwähnte Bewegung der beweglichen Linsen wenigstens änderungen der Blende und den Abständen zwischen den in einem Teil des Bereichs der genannten Grenzstellung vier Linsen sein würde. Man hat jedoch festgestellt, daß nicht wesentlich geändert wird.
dies nicht zutrifft und daß, wenn ein System auf diese Art Zweckmäßig wird dabei der Bewegungsbereich der bej:
hergestellt wird, die Koma der beiden beweglichen Linsen weglichen Linsen derart ausgebildet, daß die gemeinsame
sich mit der Bildgröße ändert, da die Stellung der wirk- 45 Vergrößerung der beweglichen Linsen während der Besamen Blende für jede der beweglichen Linsen sich ändert, wegung derselben von der genannten Grenzstellung ihres
wenn die beweglichen Linsen verschoben werden, um Bewegungsbereichs zu der anderen Grenzstellung dieses
eine Änderung der Bildgröße zu erreichen. Es hat sich Bewegungsbereichs nicht über den reziproken Wert dieser
weiter herausgestellt, daß in irgendeiner Linse, die aus in Vergrößerung in der genannten Grenzstellung hinaus verBerührung
miteinander stehenden Teillinsen besteht, die 50 ändert wird, woraus sich wiederum ergibt, daß jegliche
Koma der Linse nur für eine Stellung des Gegenstandes Koma oder jegliche sphärische Aberration in dem System
korrigiert werden kann. Es ist deshalb unmöglich, ein als Ganzes in dem ganzen Bereich bei einer Bewegung der
verstellbares Vergrößerungssystem zu erhalten, das frei beweglichen Linsen nicht wesentlich geändert wird,
von Koma und Astigmatismus ist, wenn man es so ein- Die beweglichen Linsen können meniskusförmig gerichtet,
daß jede Linse in sich selbst aplanatisch ist, da 55 staltet und so ausgebildet sein, daß jede bewegliche Linse
jede Linse, für die sich die Stellung des Gegenstandes wenigstens eine positiv wirkende Teillinse und wenigstens
Weise zu lösen, indem man die normalerweise stationären
Linsen jede gesondert auf sphärische Aberration und; Koma korrigiert und indem man ferner die beweglichen
korrigiert. Es ergibt sich dann, daß die Änderung in bezug auf Koma und sphärische Aberration jeder beweglichen
Linse während der Vergrößerungsänderung kontinuierlich durch eine Änderung von Koma und sphärischer Aberration
derselben Größe — jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen — in der anderen beweglichen Linse im wesentlichen
ausgeglichen wird und daß folglich Koma oder sphärische Aberration des Systems als Ganzes durch die
ändert, nur für eine Stellung des Gegenstandes aplanatisch ist.
Die Erfindung setzt ferner voraus, daß die beweglichen Linsen in ihrem Aufbau identisch sind, ausgenommen
gegebenenfalls in ihren Öffnungen und mit Ausnahme des Umstandes, daß die beweglichen Linsen in Beziehung
zueinander umgekehrt auf der Achse angeordnet sind, so daß ihre sich entsprechenden Brechungsflächen symmetrisch
um einen in der Mitte zwischen ihnen auf der optischen Achse liegenden Punkt gekrümmt sind.
Die vorliegende Erfindung soll die Aufgabe lösen, ein Linsensystem der vorstehend erläuterten Art in einfachster
Weise in bezug auf Koma und sphärische Aberration zu korrigieren.
eine negativ wirkende Teillinse enthält, wobei das genannte positiv wirkende Teilglied jeder beweglichen Linse
das der anderen beweglichen Linse näher liegende Teilglied der ersteren Linse ist. Dabei kann die normalerweise
stationäre Linse, die so angeordnet ist, daß sie bei Benutzung des Systems dem Objekt näher liegt, als Verbundlinse ausgebildet sein, deren negativ wirkendes Teilglied
sich von den beweglichen Linsen weiter entfernt befindet als ihr positiv wirkendes Teilglied.
Die Grenzstellungen des Bewegungsbereichs der beweglichen Linsen können durch mechanische Widerlager
und/oder Federn od. dgl. bestimmt werden, so daß die beweglichen Linsen durch Betätigung der Vorrichtung·:!'!
zur veränderlichen Vergrößerung nicht über diese
Stellungen hinaus bewegt werden können; oder die Grenz- ist, wenn die beweglichen Linsen sich in ihrer mittleren
Stellungen können willkürlich innerhalb des Bereichs ge- Stellung befinden. Es ergibt sich aus einer Verallgemeinewählt
werden, in dem die beweglichen Linsen durch die rung der Herschel-Bedingung, daß in Systemen mit nied-Vorrichtung
zur veränderlichen Vergrößerung beweglich riger Öffnung die Änderung der sphärischen Aberration
sind (z. B. in Positionen der beweglichen Linsen, die der 5 gering ist, wenn der allgemein bekannten, sogenannten
äußersten Vergrößerung entsprechen, für welche das Sinusbedingung genügt wurde. Die Sinusbedingung beSystem
vorzugsweise verwandt werden soll), um zwischen deutet einfach die Bedingung, daß keine Koma vorhanden
ihnen einen ausgewählten Bewegungsbereich abzugrenzen, sein soll, so daß dieser Bedingung im wesentlichen Genüge
in dem wenigstens zum Teil eine wesentliche Korrektion getan ist, wenn die beweglichen Linsen sich in ihren korri-
oder eine Zurückführung auf das kleinste Maß der Koma io gierten Ergänzungsstellungen befinden. Es folgt daraus,
und der sphärischen Aberration der beweglichen Linsen daß die Änderung der sphärischen Aberration bei der
gewünscht wird. . Vergrößerung unter diesen Bedingungen gering ist. In der Die Grenzstellungen des Bewegungsbereichs der beweg- Praxis hat sich herausgestellt, daß die relativen öffnungen
liehen Linsen sollen vorzugsweise so sein, daß die gemein- der. beweglichen Linsen bei einem System mit einem
same Vergrößerung der beiden beweglichen Linsen sich 15 Vergrößerungsbereich von 5:1 bis zu F/5 ohne übervon
einem zahlenmäßigen Höchstwert von ]/i? in einer mäßige sphärische Aberration betragen können. Die
Grenzstellung bis zu einem zahlenmäßig kleinsten Wert sphärische Aberration ist gleich Null, wenn die beweg-
von -^ in der anderen Grenzstellung ändert. Dabei be- !ichen ^en sich in ihren korrigierten Ergänzungsstel-
y# lungen befinden, und ändert sich nur langsam, wenn die
deutet R das Verhältnis des Maximalwerts zu dem Mini- 20 beweglichen Linsen sich zwischen diesen korrigierten Er-
malwert der Vergrößerung des Systems als ein Ganzes für gänzungsstellungen befinden, da der Sinusbedingung über
die Bewegung von beweglichen Linsen zwischen ihren dem ganzen Bewegungsbereich zwischen diesen Posi-
Grenzstellungen. tionen Genüge getan ist.
Das System arbeitet dann derart, daß, wenn es auf Das System wird vorzugsweise so ausgebildet, daß die
maximale Vergrößerung eingestellt ist, die durch die 25 Verzeichnung so klein wie möglich gehalten wird, wenn
beiden beweglichen Linsen geschaffenen optischen Bedin- die beweglichen Linsen sich in einer ihrer korrigierten
gungen in bezug auf diejenigen, die vorherrschen, wenn Ergänzungsstellungen befinden. Es ergibt sich nach den
das System auf kleinste Vergrößerung eingestellt ist, um- Gesetzen der Symmetrie, daß die Verzeichnung von der-
gekehrt identisch sind. Dies ergibt sich aus der Tatsache, selben Größe, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen sein
daß der Strahlenweg von dem Objekt aus und zu ihm hin 30 wird, wenn die beweglichen Linsen sich in ihrer anderen
und die Bildebenen in jede der beiden Richtungen durch- korrigierten Ergänzungsstellung befinden. Es ergibt sich
laufen werden können und daß die Vergrößerungen in weiter aus den Gesetzen der Symmetrie, daß die Ver-
den beiden extremen Lagen des Systems reziproke Werte zeichnung gleich Null sein wird, wenn die beweglichen
voneinander sind. Stellungen der beiden beweglichen Linsen sich in ihrer mittleren Stellung befinden. Es kann
Linsen werden als Ergänzungsstellungen bezeichnet, wenn 35 bewiesen werden, daß die Verzeichnung dann, wenn die
., ι,- ..o ./— ·, l · 1 beweglichen Linsen sich in irgendeiner anderen Stellung
ihre Vergrößerungen — Vr und — ττ^τ sind. . ° ., , . . , ^ .. ... , - b
G ° ' ]/Ä zwischen ihren korrigierten Erganzungsstellungen befin-
In der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Ände- den, geringer ist als die Verzeichnung, wenn sie sich in
rung_ der Koma jeder der beweglichen Linsen während ihren korrigierten Erganzungsstellungen befinden,
der Änderung der Vergrößerung des Systems kontinuier- 40 Man hat festgestellt, daß, wenn man die Teillinse aus
lieh kompensiert durch eine Änderung der Koma der- Glas mit geeigneten Eigenschaften herstellt, es möglich
selben Größe, aber umgekehrten Vorzeichens der anderen ist, den Astigmatismus gering zu halten. Der Astigmatis-
beweglichen Linse. Dies wird dadurch erzielt, daß das mus ist auch dann derselbe, wenn die beweglichen Linsen
System so gebaut wird, daß seine sphärische Aberration sich in ihren beiden korrigierten Erganzungsstellungen
und Koma korrigiert sind, wenn die beweglichen Linsen 45 befinden.
in einer ihrer Grenzstellungen sich befinden. Daraus ergibt Die Begrenzungen des Bewegungsbereichs der beweg-
sich aus Symmetriegründen, daß sie dann auch für sphä- liehen Linsen können derart sein, daß, wenn die beweg-
rische Aberration und Koma korrigiert sein werden, wenn liehen Linsen von ihrer Grenzstellung, in der sie in bezug
die beweglichen Linsen sich in der Ergänzungsstellung auf Koma und sphärische Aberration korrigiert werden,
zu dieser Grenzstellung befinden, vorausgesetzt, daß die 50 weg und auf ihre andere Grenzstellung zu bewegt werden,
mechanischen Begrenzungen des Systems es gestatten, sie diese andere Grenzstellung erreichen, bevor sie ihre
diese Ergänzungsstellung einzunehmen. korrigierte Ergänzungsstellung erreichen, wobei es mög-
Da die Vergrößerung des Systems und mit ihr der beiden lieh ist, daß sie die korrigierte Ergänzungsstellung nicht
beweglichen Linsen sich kontinuierlich ändert, so folgt, erreichen. In derartigen Fällen werden die beweglichen
daß die beiden beweglichen Linsen, indem sie sich zwischen 55 Linsen —· wie oben erwähnt — automatisch im wesent-
die Grenzstellung, in der sie —· wie bereits erwähnt — liehen für alle Stellungen zwischen ihren Grenzstellungen
korrigiert werden, und die diese Grenzstellung ergänzende korrigiert.
Stellung bewegen, wobei diese beiden Stellungen im nach- Die einzelnen Linsen können in der Weise konstruiert
folgenden der Einfachheit halber als korrigierte Ergän- werden, daß sie das System als ein Ganzes in bezug auf
Zungsstellungen bezeichnet werden, eine Stellung durch- 60 Astigmatismus, Bildfeldkrümmung, axiale chromatische
laufen müssen (die als ihre mittlere Stellung bezeichnet Aberration und chromatische Änderung der Vergrößerung
wird), in der ihre Vergrößerung — 1 ist, da — ]/ä~ gleich an einer Grenzstellung des Bewegungsbereichs der beweg-
dem reziproken Wert von - ~ ist. "chen Linsen Rangieren, wodurch das System als ein
yR Ganzes im wesentlichen in bezug auf diese Aberration m
Die sphärische Aberration bleibt ebenfalls sehr klein, 65 dem gesamten Bereich der Vergrößerung entsprechend
selbst wenn verhältnismäßig große Blendenöffnungen ver- der Bewegung der beweglichen Linsen zwischen ihren
wandt werden. Die sphärische Aberration ist gleich Null, Grenzstellungen korrigiert wird.
wie oben beschrieben, wenn die beweglichen Linsen sich Die beiden normalerweise stationären Linsen können
in ihren korrigierten Erganzungsstellungen befinden. Es in ihrem Aufbau identisch sein, mit Ausnahme vielleicht
kann weiter gezeigt werden, daß ihre Größe feststehend 70 im Hinblick auf ihre öffnungen. Die Brechungsflächen
können symmetrisch um einen Punkt auf der optischen
Achse halbwegs zwischen ihnen angeordnet sein. Andererseits kann das System so gestaltet sein, daß die vierte
Linse (d. h. die hintere, normalerweise stationäre Linse) mit der ersten Linse identisch ist.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung
sind die beweglichen Linsen meniskusförmig gestaltet, und jede kann wenigstens eine positiv wirkende Teülinse
und wenigstens erne negativ wirkende Teillinse umfassen. Dabei ist der positiv wirkende Teil jeder beweglichen
Linse der am nächsten zu der anderen beweglichen Linse hin liegende Teil dieser Linse, wobei die normalerweise
stationäre Linse, die so angeordnet ist, daß sie dem Gegenstand bei Benutzung des Systems zunächst liegt (d. h.
also die vordere, normalerweise stationäre Linse), eine zusammengesetzte Linse von der sogenannten »Flint-Voran«-Konstruktion
ist.
Ein erfindungsgemäß gestaltetes System kann für sich
allein oder z. B. in Verbindung mit einer gesonderten Objektivlinse eines photographischen Apparats mit fester
Brennweite verwandt werden. Andererseits kann das System in die Objektivlinse einer Kamera eingebaut
werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die vier Linsen, die ein verstellbares, teleskopisches Vergrößerungssystem
darstellen, in Verbindung mit einer oder mehreren Zusatzlinsen verwandt, die z. B. zwischen dem
teleskopischen System und dem Bildort gelegen ist, um ein System zu schaffen, das eine veränderliche endliche
Brennweite hat. Ein Vorteil dieser Ausführungsform gegenüber der Konstruktion des veränderlichen Vergrößerungssystems
als ein Zusatzgerät für jede Standardlinse besteht darin, daß die Aberrationen des Vierlinsensystems
während der Änderung der Vergrößerung nur konstant (und nicht notwendigerweise gleich Null) bleiben brauchen.
Die übrigen Aberrationen des Vierlinsensystems können durch eine geeignete Konstruktion der zusätzlichen
Linse oder der Linsen korrigiert werden. Die Zusatzlinse oder die Zusatzlinsen können in der Konstruktion
einfacher gehalten werden als die vollkorrigierten Linsen. Weiterhin kann die Aperturblende innerhalb des
verstellbaren, vier Linsen umfassenden Vergrößerungssystems untergebracht und so angeordnet werden,
daß sie sich mit den beweglichen Linsen verschieben läßt.
In diesem Fall muß der Durchmesser der Öffnung geändert
werden, wenn die beweglichen Linsen verschoben werden, um die relative Öffnung während der Änderung
der Vergrößerung konstant zu halten. Mechanische Vorteile dieser Anordnung sind darin zu sehen, daß die verwendeten
Linsen einen kleineren Durchmesser besitzen können. Optische Vorteile bestehen in der kleineren Einfallshöhe
von flach auffallenden Strahlenbündeln an den verschiedenen Flächen.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß
gestalteten Objektivlinse für einen photographischen Apparat beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch das Objektiv, der die Anordnung der Linsen zeigt;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Objektivs mit teilweise entferntem Deckel unter teilweiser Weglassung des Einstellsystems
mit Rücksicht auf eine größere Klarheit der Darstellung;
Fig. 3 ist ein Grundriß des Objektivs mit teilweise entferntem
Deckel; Fig. 4 ist eine Vorderansicht des Objektivs;
Fig. 5 zeigt eine Einzelheit der Konstruktion, nämlich die Unterseite des Trägers;
Fig. 5 zeigt eine Einzelheit der Konstruktion, nämlich die Unterseite des Trägers;
Fig. 6 zeigt eine Einzelheit der Konstruktion, nämlich das Einstellkontrollsystem.
Das Objektiv enthält drei normalerweise stationäre, positiv wirkende, zusammengesetzte, achromatische Linsen
10, 11, 12 und zwei bewegliche, negativ wirkende, zu-1 sammengesetzte, achromatische Linsen 13, 14. Die Linse
11 enthält zwei Teillinsen 15, 16, die miteinander in Berührung stehen und die die optischen Flächen 31,32,33
aufweisen. Die Linse 12 enthält zwei miteinander in Berührung stehende Teillinsen 19, 21 mit den optischen
Flächen 40, 41, 42. Der axiale Abstand zwischen den Flächen 42 und 43 ist 2,50 mm.
Die Linse 13 enthält zwei miteinander in Berührung stehende Teillinsen 24, 25 mit den optischen Flächen 34,
35, 36. Die Linse 14 enthält zwei miteinander in Berührung stehende Teillinsen 26, 27 mit optischen Flächen 37,
38, 39.
Die verschiedenen Linsenelemente und zusammenge^ setzten Linsen bestehen aus folgenden Glassorten und
haben die folgenden axialen Dickenabmessungen:
| Teillinse | Glasart | Axiale DickenabmessujLg |
| 15 | D.F. | 7,85 mm |
| 16 | M.B.C. | 28,0 mm |
| 24 | M.B.C. | 5,14mm |
| 25 | B.F. | 14,19 mm |
| 26 | B.F. | 14,19 mm |
| 27 | M.B.C. | 5,14 mm |
| 19 | M.B.C. | 28,0 mm |
| 21 | D.F. | 7,85 mm |
| 22 | H.C. | 34,5 mm |
| 23 | E.D.F. | 7,37 mm |
Die Einzelheiten der Glassorten sind wie folgt:
(Nd ist der Brechungsindex für die D-Linie)
(F ist der reziproke Wert
des Zerstreuungsververmögens)
des Zerstreuungsververmögens)
D.F.
M.B.C.
B.F.
H.C.
E.D.F.
Die optischen Flächen haben die folgenden Radien:
Es ist offensichtlich, daß die Linsen 13 und 14 in b
auf die Radien ihrer optischen Flächen, ihre Gläser
auf die Radien ihrer optischen Flächen, ihre Gläser
| Dichtes Flintglas | 1,623 | 1,572 | 1,623 | 1,700 | ■'ι 1I1IIi: |
| Nd = | 36,0 | 57,7 | 39,6 | 30,3 | i, I*! |
| V = | Mittleres Baryt- | Baryt-Flintglas | ί Kronglas | ||
| Kronglas | Nd = | 1,517 | ■■■ Φ | ||
| Nd = | V = | 60,6 | ■Α. | ||
| V = | Hartes | dichtes | ΐ: | ||
| Nd = | Flintglas | γ! ::| | |||
| V = | Nd = | ||||
| Extra | V = | ■■ή!"::ι | |||
| Fläche | Radius | Fläche | Radius |
| 31 | + 182,7 mm | 39 | — 357,0 mm |
| 32 | + 80,29 mm | 40 | unendlich |
| 33 | unendlich | 41 | - 80,29 mm |
| 34 | + 357,0 mm | 42 | — 182,7 mm |
| 35 | + 40,64 mm | 43 | +142,1 mm |
| 36 | + 77,84 mm | 44 | — 99,4 mm |
| 37 | - 77,84 mm | 45 | — 261,2 mm |
| 38 | — 40,64 mm |
die Dicke ihrer Teillinsen miteinander identisch sind. Die
Linsen haben folgenden Durchmesser:
Linse
11
13
14
12
10
13
14
12
10
Durchmesser
117,00 mm
71,50 mm
58,50 mm
117,00 mm
117,00 mm
IO
Der axiale Abstand zwischen den Linsen 11, 13, 14 und 12 ist in Fig. 1 als D1, D2 und D3 bezeichnet, und das
erforderliche Gesetz der Bewegung gibt für diese Abstände (in mm) die folgenden Werte an, wenn das System
auf einen Gegenstand in unendlich eingestellt ist.
| 88,42 | 3,87 | Relative | |
| 70,64 | 25,56 | Ver | |
| 47,78 | 57,84 | größerung | |
| 160,66 | 35,08 | 81,59 | 2,27 |
| 156,75 | 29,37 | 98,14 | 1,98 |
| 147,33 | 27,46 | 112,75 | 1,59 |
| 136,28 | 29,37 | 125,45 | 1,32 |
| 125,45 | 35,08 | 136,28 | 1,15 |
| 112,75 | 47,78 | 147,33 | 1,00 |
| 98,14 | 70,64 | 156,75 | 0,87 |
| 81,59 | 88,42 | 160,66 | 0,75 |
| 57,84 | 0,63 | ||
| 25,56 | 0,56 | ||
| 3,87 | 0,44 | ||
35
Die beweglichen Linsen 13, 14 können nicht über diese in der obenstehenden Tabelle näher bestimmten beiden
Stellungen hinaus bewegt werden, in denen jeweils relative Vergrößerungen von 2,27 und 0,44 erzielt werden.
Bei diesen beiden Stellungen handelt es sich um die vorstehend erläuterten korrigierten Ergänzungsstellungen.
In diesem Beispiel entspricht eine zahlenmäßige Vergrößerung von 2,27 einer Brennweite von ungefähr
mm für das System. Eine zahlenmäßige Vergrößerung von 1,0 entspricht einer Brennweite von etwa 230 mm,
und eine zahlenmäßige Vergrößerung von 0,44 entspricht einer Brennweite von ungefähr 100 mm.
Claims (4)
1. Optisches System, das zur Erzeugung eines Bildes von kontinuierlich veränderlicher Größe eines in
fester Entfernung von dem System befindlichen Gegenstandes dient, wobei das System zwei normalerweise
stationäre Linsen gleichen Vorzeichens (d. h. zwei positive oder zwei negative Linsen) sowie zwei
axial verschiebliche Linsen» mit ebenfalls gleichem, jedoch dem Vorzeichen der normalerweise stationären
Linsen entgegengesetzt gerichtetem Vorzeichen umfaßt und wobei alle Linsen auf einer gemeinsamen
optischen Achse so angeordnet sind, daß die beweglichen Linsen sich zwischen den beiden normalerweise
stationären Linsen und im Abstand von denselben befinden, während eine Vorrichtung vorgesehen ist,
welche die Vergrößerung derart verändert, daß die kontinuierliche und gleichzeitig unterschiedliche Verschiebung
der beweglichen Linsen des Systems in axialer Richtung derart erfolgt, daß der Abstand von
den normalerweise stationären Linsen, in dem das Bild eines sich in fester Entfernung von den normalerweise
stationären Linsen befindenden Gegenstandes genau eingestellt ist, konstant bleibt, während die
Größe dieses Bildes während der Betätigung der Einstellvorrichtung kontinuierlich verändert wird, mit
der Maßgabe, daß die beweglichen Linsen in ihrem Aufbau identisch sind, ausgenommen gegebenenfalls
in ihren Öffnungen und mit Ausnahme des Umstandes, daß die beweglichen Linsen in Beziehung zueinander
umgekehrt auf der Achse angeordnet sind, so daß ihre sich entsprechenden Brechungsflächen symmetrisch
um einen in der Mitte zwischen ihnen auf der optischen Achse liegenden Punkt gekrümmt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die normalerweise stationären Linsen jede gesondert auf sphärische Aberration und
Koma korrigiert sind und daß die beweglichen Linsen als Paar in einer Grenzstellung ihres Bewegungsbereichs im wesentlichen in bezug auf Koma und
sphärische Aberration korrigiert sind, woraus sich ergibt, daß die Änderung in bezug auf Koma und sphärische
Aberration jeder beweglichen Linse während der Vergrößerungsänderung kontinuierlich durch eine
Änderung von Koma und sphärischer Aberration derselben Größe — jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen
— in der anderen beweglichen Linse im wesentlichen ausgeglichen wird, und folglich jegliche
Koma oder jegliche sphärische Aberration des Systems als Ganzes durch die erwähnte Bewegung der beweglichen
Linsen in wenigstens einem Teil des Bereichs der genannten Grenzstellung nicht wesentlich geändert
wird.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungsbereich der beweglichen Linsen derart ausgebildet ist, daß die gemeinsame
Vergrößerung der beweglichen Linsen während der Bewegung derselben von der genannten Grenzstellung
ihres Bewegungsbereichs, in welcher die Korrektur der beweglichen Linsen als Paar in bezug
auf Koma und sphärische Aberration vorgenommen ist, zu der anderen Grenzstellung dieses Bereichs nicht
über den reziproken Wert dieser Vergrößerung in der genannten Grenzstellung hinaus verändert wird,
woraus sich ergibt, daß jegliches Koma oder jegliche sphärische Aberration des Systems als Ganzes in dem
ganzen Bereich bei einer Bewegung der beweglichen Linsen nicht wesentlich geändert wird.
3. Optisches System nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Linsen
meniskusförmig gestaltet sind und jede wenigstens eine positiv wirkende Teillinse und wenigstens eine
negativ wirkende Teillinse enthält, wobei das genannte positiv wirkende Teilglied jeder beweglichen
Linse das der anderen beweglichen Linse näher liegende Teilglied der ersteren Linse ist, und daß die
normalerweise stationäre Linse, die so angeordnet ist, daß sie bei Benutzung des Systems dem Objekt näher
liegt, als Verbundlinse ausgebildet ist, deren negativ wirkendes Teilglied sich von den beweglichen Linsen
weiter entfernt befindet als ihr positiv wirkendes Teilglied.
4. Optisches System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenabstände entsprechend
den eingestellten Vergrößerungen nach folgendem Gesetz geändert werden, wobei D1 und D3 die
Abstände der stationären Linsen von der ersten und zweiten zwischen ihnen befindlichen beweglichen
Linse, D2 den Abstand der beiden beweglichen Linsen
voneinander bedeuten:
809 557/194
wobei die normalerweise stationären Linsen (11, 12) als Verbundlinsen, bestehend aus den Teillinsen (15,
sowie 19, 21), ausgebildet sind, während die bewegliehen Linsen (13,14) ebenfalls als Verbundlinsen, bestehend
aus den Teillinsen (24, 25 und 26, 27), gestaltet sind, wobei die einzelnen TeiUinsen folgende Glasart
und Stärkenabmessung in Richtung der optischen Achse aufweisen:
Teillinse
15
16
24
25
26
27
19
21
16
24
25
26
27
19
21
Glasart
Dichtes Flintglas Np = 1,623 V = 36,0
Mittleres Baryt-Kronglas Np = 1,572 F = 57,7
Mittleres Baryt-Kronglas ND = 1,572 V = 57,7
Baryt-Flintglas
Nd'= 1,623 V = 39,6
Baryt-Flintglas
Np = 1,623 F = 39,6
Mittleres Baryt-Kronglas - Np = 1,572 F = 57,7
Mittleres Baryt-Kronglas Np = 1,572 F = 57,7
Dichtes Flintglas Nd = 1,623 V = 36,0
Axiale Dickenabmessung
7,85 mm 28,00 mm
5,14 mm 14,19 mm 14,19 mm
5,14 mm 28,00 mm
7,85 mm
40
während die einzelnen Flächen der Teillinsen nachfolgende Radien besitzen:
und die Linsen folgende Durchmesser aufweisen:
13
71,50 mm
12
117,00 mm
mit der Maßgabe, daß eine zusätzliche, normalerweise stationäre Linse 10 angeordnet ist, welche als Verbundlinse
(22, 23) ausgebildet ist, und bei einem Durchmesser von 117 mm die folgende Glasart nebst
axialer Dicke sowie die folgenden Radien ihrer Flächen (43, 44, 45) aufweist:
Teillinse
22
23
Glasart
Hartes Kronglas
ND = 1,517 F = 60,6 Extra dichtes Flintglas ND = IJOO F = 30,3
ND = 1,517 F = 60,6 Extra dichtes Flintglas ND = IJOO F = 30,3
Axiale Dickenabmessung
34,5 mm 7,37 mm
44
45
— 99,4 mm
— 261,2 mm
In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 514239, 2107 305;
britische Patentschrift Nr. 646 409.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 809 557/19* 6.58
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| GB17981/50A GB685945A (en) | 1950-07-18 | 1950-07-18 | Improvements in or relating to variable magnification optical systems |
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