DE1248326B - Pankratisches Objektiv - Google Patents

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 42 h-6/02

Nummer: 1 248 326

Aktenzeichen: N21827IXa/42h

1 248 326 Anmeldetag: 11.Juli 1962

Auslegetag: 24. August 1967

Die meisten bisher entwickelten pankratischen Objektive sind für die Verwendung in einer Laufbildoder Fernsehkamera bestimmt, und es ist festzustellen, daß — abgesehen von einer nachstehend erwähnten Ausnahme — keines dieser Objektive für die praktische Verwendung bei Stehbildkameras geeignet ist, bei denen hohe Forderungen bezüglich der Größe und Schärfe des Bildes bestehen.

Bei der vorstehend erwähnten Ausnahme handelt es sich um ein optisch kompensiertes vierzehnlinsiges Objektiv mit dem Brennweitenbereich von 36 bis 82 mm für 35-mm-Kameras. Der Bildwinkel liegt hierbei in der Weitwinkelstellung bei 62°. Das relative Öffnungsverhältnis ist //2,8. Das bekannte Objektiv ist aber auf Grund seines hohen Gewichtes recht unhandlich.

Es sind in der Regel zwei Wege für die Herstellung _ von pankratischen Objektiven denkbar, die die Forderung nach hoher Leistung erfüllen:

1. Die Brennweiten der beweglichen Objektivglieder und die Abstände der Hauptebenen werden proportional, also geometrisch, vergrößert, so daß die optische Belastung jedes Gliedes des optischen Systems sich verringert.

2. Es werden asphärische Flächen verwendet.

Bei Betrachtung dieser Wege kommt man zu dem Ergebnis, daß das sich ergebende pankratische Objektiv entweder wegen des Anstiegs der Größe und des Gewichts des in einer Stehbildkamera anzubringenden optischen Systems schlecht tragbar ist oder daß die Massenherstellung asphärischer Linsen fraglieh ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß diese Wege für die Lösung des Problems nicht geeignet sind.

Die Erfindung leitet sich von diesen Vorschlägen ab, ohne aber an diesen unmittelbar festzuhalten. Sie hat die Entwicklung eines pankratischen Linsensystems für Stehbildkameras möglich gemacht, das bei geringstmöglicher Größe und Gewicht sehr gut korrigiert ist und keine asphärischen Flächen benötigt.

Das erfindungsgemäße mechanisch kompensierte pankratische Objektiv ist gekennzeichnet durch drei Wirkungsgruppen, nämlich durch eine sammelnde vordere Wirkungsgruppe, eine zerstreuende mittlere Wirkungsgruppe und eine sammelnde hintere Wirkungsgruppe, von denen die vordere und hintere Wirkungsgruppe mit verschiedenen Geschwindigkeiten mechanisch bewegbar sind und die mittlere Pankratisches Objektiv

Anmelder:

Nippon Kogaku Κ. K., Tokio
Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt,
Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:

Takashi Higuchi, Yokohama-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 15. August 1961 (28 904)

Wirkungsgruppe feststeht (F i g. 1), sowie durch die Bedingungen

0,2 λ < I λ I < 0,5 λ,

0,9 I /₂1 < /₃ < 1,8 [ /₂ 1,

worin Z₁₁Z ₂Und Za die Brennweitenderdiei Wirkungsgruppen bedeuten, ferner durch eine aus nur einem Linsenelement bestehenden vorderen Wirkungsgruppe, einer aus N Linsenelementen aufgebauten mittleren Wirkungsgruppe, wobei N nicht größer als 3 ist, und einer aus zwei oder drei sammelnden Linsenelementen, einem zerstreuenden Linsenelement und einem hinteren Linsenelement in der angegebenen Reihenfolge aufgebauten hinteren Wirkungsgruppe sowie durch die Bedingungen

0,5Zi</-i<UZi,

1,2 Jv^r I λ I < I I < 00,

0,4 JV^r I /, 1 <r _t<l ,5N\ft\, . 0,9 Z₃ < I r_n I < 1,8 U
0,5/₈<r_u<l,3/_B,

worin T₁ der Krümmungsradius der ersten Fläche des Vordergliedes, r₃ und r₄ die Krümmungsradien der ersten und zweiten Fläche des vordersten Linsenelementes der aus A^fLinsenelementen aufgebauten mittleren Wirkungsgruppe und r_lx und r₁₂ die Krümmungsradien der Vorder- bzw. Hinterfläche des zerstreuenden Linsenelementes in der hinteren Wirkungsgruppe sind.

709 638/231

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

F i g. 1 die Darstellung des Grundaufbaues des Objektivs nach der Erfindung mit einer mittleren feststehenden, zerstreuenden Wirkungsgruppe und je einer mechanisch mit verschiedenen Geschwindigkeiten beweglichen, sammelnden vorderen und hinteren Wirkungsgruppe,

F i g. 2 die Darstellung der Normal-(Weitwinkel-)-Stellung der Wirkungsgruppen des erfindungsgemäßen Objektives, in der die Objektivbrennweite ein Minimum ist,

F i g. 3 die Darstellung der Stellung der Wirkungsgruppen des erfindungsgemäßen Objektivs, nachdem die vordere und die hintere Wirkungsgruppe um die Längen m bzw. 1 aus der Normalstellung herausbewegt worden sind, wobei das Mittelglied seine Lage beibehalten hat, und

F i g. 4 die Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 5 das Bewegungsdiagramm der Wirkungsgruppen.

Gemäß der Erfindung besitzt das erfindungsgemäße Linsensystem drei Wirkungsgruppen, nämlich ein sammelndes Vorderglied L₁, eine zerstreuende mittlere WirkungsgruppeL₂ und eine sammelnde hintere Wirkungsgruppe L₃. Das VordergliedL₁ und die hintere Wirkungsgruppe L₃ sind mechanisch gekoppelt S bewegbar, während die mittlere WirkungsgruppeL_a unbeweglich bleibt. Hierdurch wird eine kontinuierlich veränderbare Vergrößerung bei feststehender Bildebene erzeugt.

Es wird nun angenommen, daß die Brennweiten des ίο (beweglichen) sammelnden Vordergliedes L₁, der (feststehenden) zerstreuenden mittleren WirkungsgruppeL,, und der (beweglichen) sammelnden hinteren Wirkungsgruppe L₃, /_lt /₂ bzw. /3 sind und daß die Abstände zwischen den Hauptebenen der Wirkungsgruppenif₁ und d₂ sind. Des weiteren wird angenommen, daß diese Abstände im Fall der Normalstellung, bei der die gesamte Brennweite des Systems die kürzeste ist, (I₁S bzw. d₂s sind und daß diese Abstände J₁^ und d₂ L werden, wenn L₁ und L₃ um die Wege m bzw. / aus ao ihrer Normalstellung verschoben werden. Zur Bestimmung des notwendigen Verschiebungsweges m des Vordergliedes L₁ in Abhängigkeit vom Verschiebungsweg / der hinteren Wirkungsgruppe L₃ derart, daß der Bildort konstant bleibt, gelten die folgenden Formeln:

/ = d₂s — d₂L, m = d_lL — d_lS, m = Z₁-^d₁S -f

fz - D {b₃s + l-f₃ )-f₂-f₃ (b₃s + D (d_2S - 1) (b₃s + / - /3) - Λ (b_sS + /) - f₂ (b₃s + I - /3)

worin b₃ s der Abstand zwischen dem Bildort und der hinteren Wirkungsgruppe L₃ ist. Der BiIdort ist durch die Abbildung eines unendlich fernen Objektivs definiert, wenn sich die Wirkungsgruppen des Objektivs in der normalen Stellung befinden.

Die Funktion m(l), Gleichung 2, kann z. B. mit Hilfe eines Nocken-Kurvenschlitz-Triebes der üblichen Bauart realisiert werden, wozu die vordere und die hintere Wirkungsgruppe in bekannter Weise drehsteif miteinander gekoppelt, aber axial verschiebbar im Objektivtubus gelagert und gemeinsam bewegt werden. Für die Form der Schlitze ergibt sich dabei gemäß F i g. 5 folgendes qualitative Bild: Der Nocken der hinteren Wirkungsgruppe ist in einem im Tubus eingearbeiteten Schlitz konstanter Steigung geführt, während der Nocken des Vordergliedes in einem gekrümmt verlaufenden Schlitz gefühlt wird, dessen Steigung in der Stellung kürzester Gesamtbrennweite am kleinsten ist, mit zunehmender Gesamtbrennweite größer wird und sich schließlich der Steigung des Führungsschlitzes der hinteren Wirkungsgruppe annähert.

Die Bewegung der ganzen hinteren Wirkungsgruppe L₃, die vorzugsweise die Aperturblende enthält, ermöglicht die Kleinhaltung des gesamten Linsensystems und die Fehlerkorrektion. Die Verwendung eines sammelnden Vordergliedes L₁ bewirkt die Strahlenbündelung. Das Strahlenbündel wird dadurch günstig für die mittlere WirkungsgruppeL₂ und die nachfolgende hintere Wirkungsgruppe im Hinblick auf die vollständige Behebung der Überkorrektion, insbesondere der sphärischen Überkorrektion, ohne daß größere Abmessungen für das gesamte System erforderlich werden.

Die im Hinblick auf eine gute Auskorrigiermöglichkeit angestrebte gleichmäßige Verteilung der Vergrößerungswirkung auf die vordere und hintere Wirkungsgruppe und im Hinblick auf eine möglichst große Vergrößerungswirkung sowie auf eine möglichst gedrängte Bauweise, wirkungsvollste Kombination der Brennweiten Z₁, /₂ und f₃ ergibt sich aus den folgenden Relationen:

0,2 Λ < I/,-1 < 0,5 Λ, (3)

0,9 I/₂1 </₃<l,8|/₂|. (4)

Ist entgegen der Bedingung (3) ] J₂ \ < 0,2 Z₁, so wird die Entfernungm [vgl. Gleichung (2)] mehr als dreimal größer als die Entfernung / [vgl. Gleichung (1)] der dritten Gruppe. Dies widerspricht aber dem Ziel der Erfindung, eine gute Aberrationskorrektion durch gleichmäßige Verteilung der Vergrößerungswirkung auf die erste und dritte Wirkungsgruppe zu erhalten.

Denn wenn die Entfernung m zunimmt, muß der Durchmesser der ersten Wirkungsgruppe in der Stellung größter Brennweite stark vergrößert werden. Dies kann nur verhindert werden, wenn | f₂ 1 > 0,2 Z₁, also insoweit die Bedingung (3) erfüllt ist.

Ist andererseits | f₂ \ > 0,5 Zi, dann wird die Entfernung/«, die aus der Gleichung (2) erhalten wird, gegenüber der Entfernung/ negativ. Dies bedeutet, daß die erste Wirkungsgruppe in entgegengesetzter Richtung wie die dritte Gruppe bewegt werden müßte, wodurch die Vergrößerungswirkung abnehmen würde. Folglich muß auch | f₂ 1 < 0,5 Zi gelten.

Als nächstes sei angenommen, daß Z3 < 0,9 | Za |, also insoweit die Bedingung (4) nicht erfüllt ist. In diesem Fall würde in der Stellung längster Brennweite die Entfernung m gegenüber der Entfernung/ stark negativ mit dem Ergebnis werden, daß die Entfernungi₁ der Hauptebenen der ersten und zweiten Wirkungsgruppen negativ wird; hieraus geht hervor, daß mit

Claims (1)

1. einer solchen Bedingung das System nicht konstruiert werden könnte. Folglich muß entsprechend der Bedingung (4) f₃ > 0,9 | /₂ 1 sein. In ähnlicher Weise ist, wenn im Gegensatz zur Bedingung (4)

   f» > 1.8 I f_s I

   ist, in der Stellung längster Brennweite der Wert von m im Vergleich zu dem von / wesentlich größer. Folglich ist auch d₁ stark vergrößert. Dies aber wiederum würde zur Folge haben, daß der Durchmesser der ersten Wirkungsgruppe stark vergrößert werden müßte, was aber wiederum im Widerspruch zum angestrebten kompakten Aufbau und geringen Gewicht des ganzen Systems steht. Demgemäß muß auch f₃ < 1,8 | /₂ | sein.

   Außerdem sind folgende Bedingungen einzuhalten (Fig. 4):

   I. Zur Korrektion des Astigmatismus, der negativen Verzeichnung im Weitwinkelbereich und zur Verbesserung der Sinusbedingung, hat die vorderste Fläche des VordergliedesL₁ einen Krümmungsradius t₁ innerhalb folgender Grenzen:

   0,5 Λ < t₁ < 1,1 Λ. (5)

   II. Die mittlere Wirkungsgruppe L₂ wird aus N Linsenelementen aufgebaut (mit N < 3), so daß eine Überkorrektion der sphärischen Aberration bei großen Brennweiten verhindert wird. Um den Verzeichnungsfehler im Weitwinkelbereich zu beseitigen, hat die Vorderfläche des vordersten Linsenelementes der mittleren Wirkungsgruppe L₂ einen bestimmten Krümmungsradius r₃ und die Hinterfläche desselben einen bestimmten Krüm-III.

   mungsradius r₄, die innerhalb folgender Grenzen liegen:

   1,2 JVI /₂1 < I r₃ 1 < oo, (6)
   0,4ΛΓ|/,|<γ ₄<1,5|Λ|. (7)

   Die hintere WirkungsgruppeL₃ besteht aus zwei oder drei sammelnden Linsenelementen, einem zerstreuenden und einem hinteren sammelnden Linsenelement, in der angegebenen Reihenfolge, wobei das zerstreuende Linsenelement den folgenden Bedingungen genügt:

   0,9 f₃<\r_u\< 1,8 /»
   0,5 /3 < r₁₂ < 1,3 /3,

   wobei r_n und r₁₂ die Krümmungsradien der Vorder- und Hinterfläche des zerstreuenden Linsenelementes sind. Diese Bedingungen führen dazu, daß die bei Änderungen der Brennweite auftretenden Abgleichfehler, die durch das Vorderglied L₁ und das Mittelglied der mittleren Wirkungsgruppe L₂ erzeugt werden, wirksam ausgeschaltet werden. Vor allem dient die Bedingung (8) zur Korrektion der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung und die Bedingung (9) zur Verbesserung der Sinusbedingung, der Koma und des Astigmatismus.

   Das pankratische Objektiv der Erfindung ist für die Verwendung in einer Stehbildkamera geeignet, ist jedoch auch für die Verwendung in einer Laufbildoder Fernsehkamera brauchbar.

   Werte eines durchgerechneten Ausführungsbeispiels sind nachfolgend angegeben:

   Beispiel

   / = 100 bis 188; relative Öffnung 1: 4, Büdwinkel 52°8' bis 29°10'

   /1 = 197,97

   /2 = -60,45

   /3 = 75,45

   = +169,917 di = 12,82 "1 = 1,61948 = 53,9 = -428,034 d₂ = 7,13 ~ 36,24 r₃ = -189,759 d₃ = 1,91 "2 = 1,67005 = 47,0 = +120,781 d, = 8,75 »3 = 1,67005 V₃ = 47,0 1
   's = -120,781 d₅ = 1,91 ^rs = +515,788 d_e = 42,25 ~ 10,11 r₇ = +196,877 d₇ = 7,94 «4 = 1,69227 V_i = 53,3 r₈ = -123,387 d_& = 0,32 r₉ = + 61,130 d₉ = 8,26 «5 = 1,69227 = 53,3 rio = +276,117 d₁₀ = 13,50 rn = -119,362 d_n = 17,79 «6 = 1,73954 v_e = 27,7 riz = + 66,393 di« = 6,35 rn = +241,990 d₁₃ = 11,12 It₁ — 1,70063 = 40,7 rn = - 75,107

   worin r_1; r« ... r_u die Krümmungsradien, d_lf d₂... d_iz die Größe der axialen Dicken und der Luftabstände, K₁, n₂ ... «7 die Brechungsindizes bei der ZJ-Linie des Spektrums und V₁, v₂ ... u₇ die Abbeschen Zahlen der Linsenelemente, sämtlich von der Objektivseite her gezählt, sind.

   Patentanspruch:

   Pankratisches Objektiv, aus drei Wirkungsgruppen, nämlich durch eine sammelnde vordere Wirkungsgruppe, eine zerstreuende mittlere Wirkungsgruppe und eine sammelnde hintere Wirkungs-