DE1108935B - Optical system with variable focal length - Google Patents
Optical system with variable focal lengthInfo
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Description
Optisches System mit veränderlicher Brennweite Die Erfindung bezieht sich auf optische Systeme, deren Brennweite oder Vergrößerung dadurch verändert wird, daß mindestens zwei Linsen oder Linsenglieder längs der optischen Achse gleichzeitig verschoben werden. Dabei kann es sich um telezentrische Systeme, also um Fernrohre handeln, bei denen sich durch das Verschieben die Vergrößerung ändert; indessen können solche Fernrohre auch mit einem fotografischen Objektiv zusammengebaut sein, so daß das Ganze ein System veränderlicher Brennweite darstellt. Dabei kann der Zusammenbau auch so weit getrieben sein, daß zur Einsparung von optischen Mitteln oder zur Verbesserung der Korrektion auf vollkommen auskorrigierten telezentrischen Strahlengang zwischen Fernrohr und Objektiv verzichtet ist. Die Blende und damit die Pupille befindet sich in dem nachgeschalteten Objektiv, besser vor ihm, um die Durchmesser aller Linsen des Systems klein halten zu können.Variable focus optical system The invention relates to on optical systems whose focal length or magnification changes as a result is that at least two lenses or lens members along the optical axis at the same time be moved. These can be telecentric systems, i.e. telescopes act in which moving changes the magnification; meanwhile such telescopes can also be assembled with a photographic lens, so that the whole is a system of variable focal length. The Assembly also be carried out so far that to save optical means or to improve the correction on completely corrected telecentric ones The beam path between the telescope and the objective is dispensed with. The aperture and with it the pupil is in the downstream lens, better in front of it, around the To be able to keep the diameter of all lenses in the system small.
Das System gemäß der Erfindung gehört zu derjenigen verhältnismäßig wenig bekannten Bauart, bei der zwischen zwei äußeren zerstreuenden Gliedern ein sammelndes Glied verschoben wird.The system according to the invention belongs to the one proportionate little known type, in which one between two outer dispersing members collecting member is moved.
Diese Bauart hat einen wesentlichen Vorteil vor denjenigen bekannteren Systemen, bei denen ein streuendes Glied zwischen zwei sammelnden Bauteilen verschoben wird. In diesem letzteren Falle muß das der längeren Schnittweite - bei der kinematografischen Aufnahme also dem Gegenstand - zugekehrte Sammelsystem eine Brennweite haben, die den Verschiebeweg des Negativgliedes erheblich übersteigt. Denn im gesamten Objektiv darf grundsätzlich keine reelle Abbildung zustande kommen. Diese lange Brennweite des frontseitigen Sammelgliedes wirkt sich bei der Naheinstellung störend aus. Es ist bekannt und unumgänglich notwendig, für die Scharfeinstellung auf nahe Entfernungen die Frontlinse zu verschieben, ihr also zusätzlich zu der gegebenenfalls für die Brennweitenänderung vorgesehenen Verschiebung noch eine zweite Verstellungsmöglichkeit gemäß einer Entfernungsskala oder eines Entfernungsmessers zu geben. Infolge der verhältnismäßig langen Brennweite wird der Weg dieser Verschiebung sehr lang. Es besteht die Gefahr von Vignettierungen, um so mehr, weil die Frontbauteile im Hinblick auf die weit hinten liegende Pupille und die Streuwirkung der verschiebbaren folgenden Bauteile einen erheblichen Durchmesser aufweisen müssen, den man aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt ist, möglichst knapp zu bemessen.This type of construction has a major advantage over the more popular ones Systems in which a dispersive link is shifted between two collecting components will. In the latter case, the one with the longer focal length - in the case of the cinematographic one So recording the object - facing collection system have a focal length that the displacement of the negative link significantly exceeds. Because in the entire lens In principle, no real mapping can be created. That long focal length the front collecting link interferes with the close-up adjustment. It is known and absolutely necessary for focusing at close distances to move the front lens, so you in addition to the possibly for the Focal length change provided shift still a second adjustment option according to a distance scale or a range finder. As a result of relatively long focal length, the path of this shift becomes very long. It there is a risk of vignetting, all the more so because of the front components on the pupil lying far back and the scattering effect of the sliding following one Components must have a significant diameter, which is economical The aim is to keep reasons as short as possible.
Diese Nachteile fallen bei dem Gegenstand der Erfindung fort, da bei ihm die Brennweite des Frontgliedes negativer Brechkraft, absolut genommen, kleiner ist als der Verschiebeweg des positiven, zwischen den beiden Streugliedern angeordneten Bauteiles.These disadvantages do not apply to the subject matter of the invention, since for him the focal length of the front segment of negative refractive power, taken in absolute terms, is smaller is as the displacement path of the positive, arranged between the two spreading members Component.
Diese Verkürzung der Brennweite kann auch auf die anderen, insbesondere die verschobenen Glieder ausgedehnt werden und führt entweder zu einer verhältnismäßig kurzen Baulänge des ganzen Systems, verglichen mit dem Verhältnis der extremen Vergrößerungen; oder man kann bei normalen Baulängen das System so einrichten, daß das nachzuschaltende Objektiv eine verhältnismäßig kurze Brennweite, also bei gegebenem Bild- bzw. Filmformat einen überdurchschnittlich großen Bildwinkel hat. Das Objektiv gemäß der Erfindung entspricht dieser Konzeption.This shortening of the focal length can also affect the others, in particular the displaced limbs are stretched and either leads to a proportionate short overall length of the whole system, compared to the ratio of the extreme enlargements; or you can set up the system with normal overall lengths so that the downstream Objectively a relatively short focal length, so for a given image or film format has an above-average angle of view. The lens according to the invention corresponds to this concept.
Im übrigen können in an sich bekannter Bauweise zwei Möglichkeiten für den Aufbau des Systems gemäß der Erfindung vorgesehen werden, da das sammelnde verschiebbare Glied zweiteilig ausgeführt ist.In addition, there are two possibilities in a known construction to be provided for the construction of the system according to the invention, since the collecting slidable member is made in two parts.
Man kann einerseits die beiden den Verschiebeweg begrenzenden negativen Glieder - von der Verschiebung für die Scharfeinstellung abgesehen - fest stehenlassen und den Abstand der beiden Komponenten des verschiebbaren Sammelgliedes so variieren, daß das System, als Fernrohr betrachtet, streng telezentrisch eingestellt bleibt. Mit einem Objektiv zu einem System variabler Brennweite verbunden, würde es das entstehende Bild also stets an der gleichen Stelle entwerfen. .On the one hand, one can use the two negative ones that limit the displacement path Leave the links in place - apart from the shift for focusing and vary the distance between the two components of the sliding collecting member so that that the system, viewed as a telescope, remains strictly telecentric. Combined with a lens in a variable focal length system, it would Always design the resulting image in the same place. .
Ein solches System hat den Vorteil, daß seine äußere Länge konstant ist, so daß keine Gleitbahnen für die Führung verschiebbarer Bauteile freigelegt werden. Dagegen ist es erforderlich, für die Bewegung des zweiteiligen Sammelsystems zwei Kurven vorzusehen, die, beispielsweise als Schraubenlinie in einen Führungszylinder geschnitten, beide keine konstante Steigung aufweisen, also schwierig herzustellen sind.Such a system has the advantage that its outer length is constant is so that no slideways exposed for guiding movable components will. On the other hand, it is necessary for the movement of the two-part collection system to provide two curves, which, for example, as a helix in cut a guide cylinder, both do not have a constant slope, so are difficult to manufacture.
Andererseits kann der sammelnde Bauteil als starres Ganzes verschoben werden, wozu in einem Leitzylinder eine Schraubenlinie konstanter Steigung vorgesehen werden kann; dann ist eine zweite, im allgemeinen einen Umkehrpunkt enthaltende Kurve für die Bewegung des Frontgliedes oder des der Kamera bzw. dem nachgeschalteten Objektiv zugekehrten Gliedes des Fernrohres erforderlich.On the other hand, the collecting component can be moved as a rigid whole for which purpose a helical line of constant pitch is provided in a guide cylinder can be; then there is a second, generally containing a turning point Curve for the movement of the front member or that of the camera or the downstream Lens-facing link of the telescope required.
Das hier beschriebene optische System kann auf beide Arten aufgebaut und angewandt werden. Hinsichtlich der Korrektion der Farbfehler entspricht es dem bekannten Erfahrungssatz, daß alle einzelnen Bestandteile achromatisiert werden müssen. Sonst ist eine stabile Behebung des Farbfehlers für alle Vergrößerungen oder Brennweiten nicht möglich.The optical system described here can be constructed in both ways and applied. With regard to the correction of color errors, it corresponds to this known experience that all individual components are achromatized have to. Otherwise there is a stable correction of the color error for all enlargements or focal lengths not possible.
Der Frontbauteil des Systems gemäß der Erfindung besteht aus drei Linsen, einem außenstehenden zerstreuenden Meniskus und einem nachfolgenden plankonkaven oder ähnlich gestalteten Kittglied; diese Aufteilung ist erforderlich, um die hohen Brechkräfte unterzubringen, entsprechend dem Gedanken, daß eben die Brennweite, absolut genommen, kleiner als der Verschiebeweg des folgenden positiven Gliedes ist.The front component of the system according to the invention consists of three Lenses, an outwardly diffusing meniscus and a subsequent plano-concave or similarly shaped cemented link; this division is required to keep the high To accommodate refractive powers, according to the idea that the focal length, taken absolutely, smaller than the displacement of the following positive term is.
Dieses besteht aus zwei achromatischen Systemen, deren Abstand bei der einen Bauart konstant und sehr klein, bei der anderen aber variabel ist.This consists of two achromatic systems, the distance between which is one type is constant and very small, while the other is variable.
Das dritte feststehende Glied des als Fernrohr betrachteten Linsensystems ist wiederum ein Achromat negativer Brennweite.The third fixed link of the lens system seen as a telescope is again an achromatic negative focal length.
Bei der Behebung der geometrischen Korrektion muß von der üblichen Betrachtungsweise abgegangen werden, die für jeden der üblichen Abbildungsfehler dritter Ordnung eine Fläche oder einen Bauteil als besonders geeignet zur Verbesserung nennt. Vielmehr sind bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung sämtliche Abbildungsfehler jeden einzelnen Bauteiles auf ein Minimum ihrer bildverschlechternden Auswirkung gebracht worden. Zu diesem Zweck wurden für jede Stellung jedes Linsengliedes im Hinblick auf die Pupillenlage und für jeden Bildpunkt Lage und Querschnitt des Lichtbündels bestimmt; dieser wurde sodann gleichmäßig mit rechnerisch verfolgten Strahlen besetzt. Die überwiegende Mehrzahl dieser Daten jeden Bauteiles, also insbesondere Glasarten, Flächenkrümmungen und Dicken, wurden dann in bekannter Weise so bestimmt, daß die Gesamtheit aller Strahlen für einen Bildpunkt im Bildraum des jeweiligen Gliedes durch eine möglichst kleine Fläche hindurchgeht. Die Größe dieser Bildfläche wurde im Hinblick darauf bestimmt, daß sie durch die nachfolgenden optischen Glieder nochmals abgebildet, also vergrößert oder verkleinert wird, wobei in dem auf dem Film entworfenen Schlußbild eine bestimmte Größe der Unschärfe keinesfalls überschritten werden durfte.When eliminating the geometric correction must be different from the usual Approach to be departed for each of the usual aberrations third order a surface or a component as particularly suitable for improvement is called. Rather, the subject matter of the present invention includes all imaging errors every single component to a minimum of their deteriorating effect has been brought. For this purpose, each lens element in the With regard to the pupil position and for each image point the position and cross-section of the light beam certainly; this was then evenly filled with arithmetically traced rays. The vast majority of this data for each component, i.e. in particular types of glass, Surface curvatures and thicknesses were then determined in a known manner so that the Totality of all rays for a pixel in the image space of the respective link passes through as small an area as possible. The size of this picture area was determined with a view to being repeated by the following optical links imaged, that is, enlarged or reduced in size, with the one designed on the film Final image a certain amount of blurring could not be exceeded under any circumstances.
Die folgende Tabelle enthält die optischen Daten für ein System, das
als Vorsatzsystem für ein Aufnahmeobjektiv für 8-mm-Film von f = 13 mm Brennweite
benutzt werden kann, wobei sich die Blende zwischen dem Vorsatz und dem Objektiv
befindet; die Vergrößerung dieses Vorsatzfernrohres variiert zwischen 0,53 und 2,26.
Die in diesem Zusamrrienhang kurze Brennweite von 13 mm setzt für das Vorsatzfernrohr
gemäß der Erfindung den verhältnismäßig großen Winkel von 25' auf der Objektivseite
voraus; trotzdem liegt die Baulänge noch erheblich unter 90 mm. Besonders vorteilhaft
ist es, daß die für ein solches System sehr kurze wirksame Brennweite von 7 mm erreicht
werden kann.
In Fig.2 sind, abhängig von der Fernrohrvergrößerung V, in logarithmischem Maßstab die Luftabstände 12, 4 sowie deren Summe 12 -I- 14 aufgetragen; diese letztere Kurve ist ein Bild für die erforderliche Verschiebung des negativen Frontgliedes, das die Flächen r1 bis r5 enthält.In Fig.2, depending on the telescope magnification V, are in logarithmic Scale the air gaps 12, 4 and their sum 12 -I- 14 plotted; this latter Curve is a picture for the required displacement of the negative front link, which contains the areas r1 to r5.
Für den Fall, daß dieses Frontglied bei der Änderung der Vergrößerung nicht verschoben werden soll, sondern daß, wie beschrieben, die beiden Bauteile des Sammelgliedes einen variablen Abstand besitzen, ändern sich die Daten der Tabelle nur unbedeutend; die Änderungen sind in der Tabelle in Klammern angegeben. Für diesen Fall sind die Lufträume 12, 13, 14, wiederum abhängig von der Vergrößerung V, in Fig. 3 angegeben. Ihre Summe ist, wie ersichtlich, konstant.In the event that this front link when changing the magnification should not be moved, but that, as described, the two components of the collective link have a variable distance, the data in the table change only insignificant; the changes are indicated in the table in brackets. For this In this case, the air spaces 12, 13, 14, again depending on the magnification V, in Fig. 3 indicated. As can be seen, their sum is constant.
Aus diesen Daten kann man entnehmen, daß die Brennweite des dreilinsigen Frontgliedes f = -47,7 mm beträgt, also kleiner ist als die Verschiebung beider positiver Bestandteile, die mindestens 54 mm ausmacht. Infolge dieser kurzen Brennweite braucht das Zerstreuungsglied für die Naheinstellung auf 1 m nur um etwa 3 mm verschoben zu werden.From these data it can be seen that the focal length of the three-lens Front link is f = -47.7 mm, i.e. smaller than the displacement of both positive components that are at least 54 mm. As a result of this short focal length the divergent element only needs about 3 mm to be moved to 1 m for close-up adjustment to become.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEO6989A DE1108935B (en) | 1959-09-29 | 1959-09-29 | Optical system with variable focal length |
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|---|---|
| DE (1) | DE1108935B (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1279960B (en) * | 1963-10-28 | 1968-10-10 | Raimund Hauser Dr | Photographic or cinematographic lens |
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-
1959
- 1959-09-29 DE DEO6989A patent/DE1108935B/en active Pending
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