DE1279960B

DE1279960B - Photographisches oder kinematographisches Objektiv

Info

Publication number: DE1279960B
Application number: DEV27003A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Bystricky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-10-28
Filing date: 1964-10-21
Publication date: 1968-10-10

Description

Photographisches oder kinematographisches Objektiv Die Erfindung betrifft ein photographisches oder kinematographisches Objektiv mit stetig veränderbarer Brennweite und hoher Lichtstärke, vorzugsweise für Projektionszwecke, mit einem aus mehreren Linsen aufgebauten Grundobjektiv positiver Brechkraft und einem Vorsatz variabler Vergrößerung, der ein einfach verkittetes positives, mit dem Grundobjektiv starr verbundenes Frontglied und ein einfach verkittetes negatives, zwischen den beiden positiven Linsengruppen angeordnetes und zur Variation der Vergrößerung längs der optischen Achse verschiebbares Glied aufweist.
Objektive mit veränderlicher Brennweite, die aus einem mehrgliedrigen Grundobjektiv und einem vorgeschalteten dreigliedrigen System mit zwei festen positiven Gliedern und einem dazwischen verschiebbar angeordneten negativen Glied bestehen, sind bekannt. Diese bekannten Objektive haben den Nachteil, daß die Bildfehlerkorrektur im wesentlichen entweder auf die Bildfeldcinebnung und den Anastigmatismus oder auf die Beseitigung der Verzeichnung (kissenförmige Verzerrung) beschränkt oder doch konzentriert ist. während gleichzeitig im ersten Fall eine vergleichsweise starke kissenförmige Verzeichnung und im zweiten Fall eine deutliche Bildfeldwölbung und starker Astigmatismus auftreten. Außerdem sind diesen bek@tnntcn Objektiven vergleichsweise starke chromatische Fehler zueigen.
Bei einem weiteren bekannten System mit dreigliedrigem Vorsatzobjektiv und hierin zwischen zwei positiven Gliedern verschiebbar angeordnetem negativem Glied ist dieses Vorsatzsystem im wesentlichen afokal, da hier die Schnittweite hinter dem Vorsatzsystem das etwa 200- bis 4000fache der jeweiligen Gesamtbrennweite beträgt und das hinter der dritten Linse bzw. sechsten Brechfläche entstehende Zwischenbild in bezug auf das folgende Grundobjektiv als im Unendlichen liegend betrachtet werden kann. Diese bekannte Systemauslegung soll im wesentlichen mit geringem Aufwand an optischen und mechanischen Mitteln einen großen Veränderungsbereich der Brennweite bei Einhaltung der Schnittweite ohne zusätzliche Verstellung weiterer Objektivglieder verwirklichen. Dabei gelten jedo:h hinsichtlich der gleichmäßigen Korrektur der verschiedenen Abbildungsfühler die bereits angeführten Nachteile der bekanntenSystememitverschiebbarem negativem Mittelglied innerhalb eines dreigliedrigen Vorsatzobjektivs. In Anbetracht der fehlenden, chromatisch korrigierenden Kittflächen innerhalb des Vorsatzobjektivs ist auch dieses bekannte System insbesondere hinsichtlich der Farbkorrektur noch verbesserungsbedürftig. Ferner ist ein optisches System mit dreigliedrigem Vorsatz bekannt, bei dem jedoch im Gegensatz zur vorliegenden Gattung zur Brennweitenveränderung zwischen zwei negativen Gliedern ein verschiebbares positives Glied vorgesehen ist. Dabei handelt es sich, ebenfalls im Gegensatz zur vorliegenden Gattung, um ein System, bei welchem zur Scharfeinstellung bei veränderter Brennweite insgesamt eine Verschiebung mindestens zweier Linsen oder Linsengruppen längs der optischen Achse erforderlich ist. Bei einem solchen System läßt sich zwar eine mehr oder weniger gleichmäßige Korrektur der Abbildungsfehler erreichen, jedoch mit einem in bezug auf die vorliegende Gattung grundsätzlich höheren und damit unvergleichbaren Aufwand. Außerdem läßt sich bei diesem bekannten System eine gleichmäßige chromatische Korrektur für alle Brennweiten im allgemeinen nur dadurch erzielen, daß alle Einzelglieder bzw. Einzelgruppen für sich achromatisiert werden, was ebenfalls mit erhöhtem Aufwand verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Objektivs mit dreigliedrigem Vorsatz und hierin zwischen zwei positiven Gliedern verschiebbarem negativem Glied sowie nachgeschaltetem Grundobjektiv, bei welchem mit mäßigem Aufwand an korrektiven Mitteln alle wesentlichen Abbildungsfehler einschließlich der Verzeichnung und Farbfehler praktisch vollständig und weitgehend gleichmäßig über den Einstellbereich der Brennweite ausgeglichen sind. Der erfindungsgemäßen Lösung liegt eine Brechkräfteverteilung zugrunde, derart, daß für die Brennweite.f, des Frontgliedes und für die Brennweite _f;, des negativen Gliedes die Beziehung und für die Vergrößerung (i" des negativen Gliedes die Beziehung 1 flu 2,5 einzuhalten ist. Der Verschiebeweg dieses Gliedes soll etwa gleich der maximalen Brennweite des Gesamtsystems sein, während das negative Glied aus einem positiven Meniskus und einer Bikonkavlinse aufgebaut ist. Unter Verwirklichung dieser gemeinsamen Grundmerkmale kennzeichnen sich drei im wesentlichen gleichwertige Einzellösungen für Objektive der eingangs genannten Art durch die in den drei Patentansprüchen gekennzeichneten Datentabellen. Dabei versteht es sich, daß für diese Daten Abweichungen innerhalb von dem Erfindungsgegenstand angehörenden Bereichen zulässig sind, und zwar umfassen diese Bereiche eine Abweichung der Krümmung einzelner Flächen bis zu :L 10°/" der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu t 10°,ö der Brennweite des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis zu ±0,03 und der Abbeschen Zahlen bis zu ±5 .
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in welcher ein dem Patentanspruch 1 entsprechendes Objektiv in drei verschiedenen Brennweiteneinstellungen gezeigt ist.
Das dargestellte Objektiv weist als Frontglied einen positiven Meniskus auf, der aus einem negativen und einem positiven Meniskus aufgebaut ist. Die zur Behebung der sphärischen und chromatischen Aberrationen notwendige zerstreuende Kittfläche ist in bezug auf den Projektionsschirm konvex ausgebildet, um die Brechungswinkel für die Hauptstrahlen möglichst klein zu halten. Infolge dieses Aufbaus - ist das durch das Frontglied entworfene Bild eines in der Ebene des Projektionsschirmes befindlichen Objektes mit einem positiven Verzeichnungsfehler behaftet, und zwar für große Objektwinkel in stärkerem Maße als für kleine Winkel.
Es wurde die im folgenden beschriebene günstigste Form des Frontgliedes ermittelt: Die Brennweite f des Frontgliedes ist ungefähr gleich der fünffachen mittleren Brennweite des Gesamtsystems, der Krümmungsmittelpunkt der ersten Fläche liegt in unmittelbarer Nähe der Eintrittspupille des Objektivs bei Einstellung der kürzesten Brennweite. Ferner ist der Radius r, der ersten Fläche des Frontgliedes kleiner als und der Radius r2 der Kittfläche größer als Das verschiebbare negative Glied der erfindungsgemäßen Objcktive ist aus einem positiven Meniskus und einer Bikonkavlinse verkittet. Die Kittfläche hat sammelnde Wirkung und ist in bezug auf den Projektionsschirm konkav, um ihre positive Brechkraft für die Hauptstrahlen möglichst deutlich zur Wirkung kommen zu lassen. Das durch die ersten beiden Glieder entworfene Bild eines in der Ebene des Projektionsschirms liegenden Objektes zeigt daher für die Einstellung auf die längste Brennweite, was die Verzeichnung betrifft, einen stark verminderten positiven Fehlerrest und für die kürzeste Brennweite einen kleinen negativen Fehlerrest. Diese Fehlerreste werden durch das Grundsystem nicht mehr wesentlich beeinflußt. Das Gesamtsystem weist daher bei der kürzesten Brennweite einen kleinen negativen, bei der längsten Brennweite einen kleinen positiven Fehlerrest auf, bei mittleren Einstellungen verschwinden diese Fehler vollkommen. Die Fehler in den Extremstellungen sind jedoch so klein, daß sie praktisch nicht in Erscheinung treten.
Für das negative Glied wurden folgende optimale Daten ermittelt: der Verschiebeweg des negativen Gliedes ist ungefähr gleich der Brennweite des Gesamtsystems.
Für die Radien der freien Flächen des Gliedes gilt folgende Beziehung: r4 > 2 rh wobei r4 den Radius der projektionsschirmseitigen Fläche, rc, den der filmebenenseitigen Fläche bezeichnet.
Die Vergrößerung (i" der negativen Glieder liegt in folgenden Grenzen: 1 :2# t@« i 2,5 Der zweite, bei den Objektiven der eingangs erwähnten Art besonders störende Fehler besteht in den am Bildrand auftretenden Farbsäuren. Zur Korrektion dieser Fehler wurden im vorliegenden Fall die Glieder I und 1I, welche für die Variation des Objektwinkels und der Bildlage verantwortlich sind, achromatisiert. Es hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, die chromatisch sammelnde Wirkung der Kittfläche im Glied Il dem absoluten Wert nach etwas größer zu wählen als die chromatisch zerstreuende Wirkung der Kittfläche im Glied I. Beim Objektiv nach Patentanspruch 1 ist dies dadurch erreicht, daß bei gleichem Absolutwert der Radien der Kittflächen die v-Differenz im Glied 1 kleiner als im Glied I'I ist. Beim Objektiv nach Patentanspruch 2 ist bei ungefähr gleichen )-Differenzen der Radius der zerstreuenden Kittfläche im Glied 1 länger als der der sammelnden Kittfläche im Glied 1I. Beim Objektiv nach Patentanspruch 3 schließlich wird die zerstreuende Wirkung der schwächer gekrümmten Kittfläche des ersten Gliedes noch zusätzlich durch eine Verkleinerung der j,-Differenz ihrem Absolutwert nach herabgesetzt. Das durch die Glieder I und 11 entworfene Bild ist daher für kurzwelliges Licht größer als für langwelliges, so daß mit einem entsprechend unterkorrigierten Grundobjektiv in allen Brennweiteneinstellungen ein völlig farbfreies Bild erzeugt wird.
Das Grundobjektiv besteht aus fünf freistehenden Linsen und bildet das durch die Glieder I und 1I entworfene virtuelle Bild stark verkleinert reell in der Filmebene ab. Das Grundobjektiv weist folgende wesentliche Merkmale auf: Die erste Linse ist gleichseitig bikonvex, wobei die Radien ungefähr gleich der Baulänge des Objektivs sind. Innerhalb dieser Linse herrscht im wesentlichen telezentrischer Strahlengang.
Die folgende Bikonvexlinse wendet ihre schwächer gekrümmte Fläche dem Film zu, der Radius der stärker gekrümmten Fläche ist größer oder ungefähr gleich der Minimalbrennweite des Gesamtsystems. Der Brechungsindex (17d) dieser Linse ist der höchste aller Kronlinsen des Grundobjektivs, jedoch nicht größer als n,1 = 1,72.
Für die Radien der dritten Linse gilt folgende Ungleichung: r'12 < 1 r'11 I < 1,1 r12.
Diese Linse weist den höchsten Brechungsindex (n,,) und die kleinste Abbesche Zahl (1,) des Gesamtsystems auf.
Es folgt ein positiver Meniskus, dessen Flächen in bezug auf die Filmebene konvex sind. Für die Radien dieser Flächen gilt: 3 Y74 < r'13 < 4 i'14# Die fünfte Linse ist bikonvex und kehrt ihre schwächer gekrümmte Fläche der Filmebene zu. Die beiden zuletzt genannten Linsen sind aus dem gleichen Glas hergestellt für dessen Kenngrößen folgende Beziehungen gelten: 1t77 >_ 1,63 v >_ 55 Die oben angeführten Objektive sind in erster Linie für Projektionszwecke bestimmt. Nach denselben Uberlegungen können jedoch auch photographische Aufnahmeobjektive hergestellt werden,

Claims

Patentansprüche: 1. Photographisches oder kinematographisches Objektiv mit stetig veränderbarer Brennweite und hoher Lichtstärke, vorzugsweise für Projektionszwecke, mit einem aus mehreren Linsen aufgebauten Grundobjektiv positiver Brechkraft und einem Vorsatz variabler Vergrößerung, der ein einfach verkittetes positives Frontglied, das mit dem Grundobjektiv starr verbunden ist, und ein einfach verkittetes negatives Glied zwischen den beiden positiven Linsengruppen aufweist, das zur Variation der Vergrößerung längs der optischen Achse verschiebbar ist, wobei für die Brennweite ,f; des Frontgliedes und für die Brennweite ,f;, des negativen Gliedes die Beziehung und für die Vergrößerung @" des negativen Gliedes die Beziehung 1 I fäll 2,5 gilt, wobei ferner der Verschiebeweg dieses Gliedes etwa gleich der maximalen Brennweite des Gesamtsystems ist und das negative Glied aus einem positiven Meniskus und einer Bikonkavlinse aufgebaut ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Daten, verstanden mit einer Abweichung der Krümmung einzelner Flächen bis zu ± 10% der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu t 10°/o der Brennweite des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis ± 0,03 und der Abbeschen Zahlen bis t 5: +2,19 d, = 0,08 r2,,1 = 1,76 1@, = 27 +1,30 c12 = 0,25 17d2 = 1,62 12 = 47 r3 = + 14,00 10,21 . . . . . . . ..f' 0,73... F i g. 1 d3 = 0,87. . . . . . . .,f' 1,00... F i g. 2 1,53. . . . . . . ..f 1,37... F i g. 3 r4 = -3,88 d4 = 0,14 n7,4 = 1,76 v4 = 28 r5 = -1,30 d5 = 0,08 n,,s = 1,62 15 = 58 r, = +1,76 1,64. . . . . . . ..f' 0,73... F i g. 1 cl, = 0,97........,f' 1,00 ...Fig. 2 0,31 . . . . . . . ..f' 1,37... F i g. 3 ri = +3,95 d, = 0,13 17d7 = 1,62 r, = 58 rri = -3,95 d" = 0,01 r9 = +0,72 d<, = 0,19 nd9 = 1,69 19 = 55 1,o = -5,56 d,o = 0,13 r" = _ -0,89 dl, = 0,11 ndl, = 1,79 ",l = 26

1'1z = -0,85 d12 = 0,13 r13 = -1,96 d13 = 0,17 11d13 = 1,64 113 = 55 1'14 = -0,58 d14 = 0,01 115 = +0.78 dl, = 0,37 11,115 = 1,64 r15 = 55 1'1c, = -18,73 1 0.42......... @-0,73...Fig.1 s1(, = 0.41 .... . . . .,f' 1,00. . . F i g. 2 0.39. . . . . . . . ,f' 1,37... F i g. 3 Bilddiagonale: 0,32. Relative Uffnung: 1 : 1,3.

2. Objektiv mit dein Gattungsbegriff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Datcn. verstanden mit einer Abweichung der Kriünmung einzelner Flächen bis zu ± 10% der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu t 101'/o der Brennweite des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis +0,03 und der Abbeschen Zahlen bis + 5: r1 = +2.11 dl = 0.11 11,1l = 1,72 29 + 1.41 cl, = 0.23 11,12 = 1.56 r2 = 59 1'3 = + 18,41 0.20. . . . . . . .,f' 0.73. . . F i g. 1 d3 = 0.87. . . . . . . .,/' l,00... F i g. 2 1.54. : . . . . . .,/' 1,37... F i g. 3 1;1 = - 3.77 (14 = 0.l4 11,14 = 1.74 1I. = 28 r5 = - 1.31 (IS = 0.08 i1"_, = 1.60 1'S = 61 1, _ + 1.72 1,62. . . . . . . ..@' 0.73... F i g. 1 cl(, = 0.95 . . . . . . . . .f' 1,00 ... F i g. 2 0.28 . . . . . . . . ,f' - 1,37... F i g. 3 r, _ + 3.98 d7 = 0,13 11,1, = 1,62 15 = 58 r8 = -3,98 d8 = 0,01 r9 = +0,80 d9 = 0,20 Ii,tg = 1,71 1@9 = 54 rlo = -5,78 dlo = 0,13 rll = -0,87 d11 = 0,14 11,111 = 1,79 rlt = 26 1'l2 = +0,87 d12 = 0,13 r13 = -2,14 d13 = 0,17 11d13 = 1,64 1'13 = 58 1'14 = -0,60 d14 = 0.01 r15 = +0,82 d15 = 0,22 11d15 = 1,64 1'l5 = 58 rls = -4,48 0,54. . . . . . . .. f--0.73 ... F i g. 1 si(, = 0,53 . . . . . . . . f'- 1,00. . . F i g. 2 t).50. . . . . . . ..f-- 1,57... F i g. 3 Bilddiagonale: 0,32. Relative Öffnung: 1 : 1,3.

3. G.bjektiv mit dem Gattungsbegriff nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch folgende Daten. verstanden mit einer Abweichung der Krümmung einzelner Flächen bis zu f 10"o der Brechkraft des entsprechenden Gliedes, der Dicken bis zu :L 10% der Brennweite des entsprechenden Gliedes, der Brechzahlen bis zu ± 0,03 und der Abbeschen Zahlen bis -1-5: r1 = +2,11 d, = 0,11 ndl = 1,72 1'1 = 29 r2 = + 1,41 di = 0,23 nd2 = 1,55 1@ _= 51 13 = +l8,41 0,20. . . . . . . ..f' 0,73 ... F i g. 1 d3 = 0,87 . . . . . . . ..@' 0,99 ... F i g. 2 1,54. . .. . . . .,f' 1,36... F i g. 3 i4 _ -3,77 d4 = 0,14 nd4 = 1,74 i¢ = 28 r5 = -1,31 c15 = 0,08 nd5 = 1,60 15 = 61 rc, = +1,72 1,62.........f' 0,73 ...Fig. 1 d,, = 0,95. . . . . . . ..f' 0,99... F i g. 2 0,28. . . . . . . ..f' 1,36... F i g. 3 r, _ +3,98 d., = 0.13 11d7 = 1,62 1y = 58 1, = -3,98 dH = 0,01 . ry = +0,86 ei<, = 0,21 ndy = 1,71 1g = 54 1'l0 = -6,29 d", = 0,11 l'11 = -0,96 d" = 0,15 n,1 = 1,79 1',1 = 26 1'12 = +0,87 d,2 = 0,21 1'13 (l,3 = 0.11 1113 = 1,64 1'13 = 58 1'14 = -0.69 11,4 = 0,01 1'15 = +0,83 c115 = 0.15 n15 = 1.64 115 = 58 1'", = -2.29 0.62 . . . . . . . . ,@' 0.73 ... F i g. 1 = 0.62 . . . . . . . . ./' 0.99. .. F i g. 2 0.59. . . . . . . ../' 1.36... F i g. 3 Bilddiagonale: 0.32. Relative Offnung : 1 : 1.3.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 159 179. 1 108 935; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 814 231; USA.-Patentschriften Nr. 3 029 700. 2 945 419.