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Die Erfindung bezieht sich auf ein pankratisches Objektiv, d. h. ein
Objektiv mit veränderbarer Brennweite, das ein normalerweise ortsfestes hinteres
Linsensystem und ein vorderes Linsensystem aufweist, das relativ zueinander bewegbare
Linsengruppen besitzt, deren Verschiebebewegungen zur Veränderung der äquivalenten
Brennweite des Objektivs mittels eines Einstellelementes derart gesteuert sind,
daß die Bildebene des ganzen Objektivs über den ganzen Bereich der relativen Verschiebebewegung
konstant bleibt.
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Beim Entwurf eines pankratischen Objektivs ergeben sich vielfältige
mechanische und optische Aufgaben. Insbesondere von der mechanischen Seite her gesehen,
wird bisher von den zur Veränderung der Brennweite relativ zueinander verschiebbaren
Linsengruppen verlangt, daß sie voneinander abweichende Bewegungen ausführen, von
denen mindestens eine nicht in linearem Verhältnis zur anderen oder den anderen
verläuft. Die Gesetzmäßigkeit der Relativbewegung kann dadurch vereinfacht werden,
daß der konstruktiven Gestaltung der Linsengruppen schwerwiegende Beschränkungen
auferlegt werden. Dies ist z. B. bei dem Objektiv nach der deutschen Patentschrift
1032 571 der Fall, bei dem die optischen Oberflächen symmetrisch ausgeglichen
sind und relativ zu einem Punkt des Linsensystems symmetrisch verschoben werden.
Auf diese Weise ist aber eine Lösung der optischen Aufgaben und daher auch eine
befriedigende Lösung der gesamten Aufgaben nicht möglich.
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Die mechanischen Probleme könnten gewöhnlich durch Verwendung eines
verhältnismäßig einfachen Mechanismus gelöst werden, bei dem von nur einer einzigen
Steuerkurve Gebrauch gemacht wird, nicht jedoch dann, wenn in bezug auf die Bewegung
des Einstellelementes für die Veränderung der Brennweite ein annähernd logarithmisches
Gesetz dieser Veränderung erzielt werden soll. Diese zusätzliche Aufgabe vermehrt,
wie ersichtlich, die mechanischen Probleme der Steuerung und macht es sehr schwierig,
eine komplizierte Steuervorrichtung zu vermeiden. Insbesondere ergibt sich die schwierige
Aufgabe, die Verwendung von zwei Steuerkurven zu vermeiden, von denen mindestens
eine an dem einen Ende so steil ist, daß ein erhebliches Drehmoment und Ungleichmäßigkeit
in der mechanischen Belastung eingeführt wird.
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Eine nur teilweise Lösung dieser Aufgabe ist in der deutschen Patentschrift
1 110 905 offenbart, die eine Steuervorrichtung für die bewegbaren Linsengruppen
eines pankratischen Objektivs nach der deutschen Patentschrift 1203 488 beschreibt.
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Bei diesem Objektiv besteht das vordere Linsensystem aus zwei axial
verschiebbaren Linsengruppen, nämlich einer vordersten sammelnden und einer hintersten
zerstreuenden Gruppe, deren Bewegungen so miteinander gekoppelt sind, daß ein virtuelles
Bild in einer konstanten Bildebene entworfen wird. Bei dieser hierzunachderdeutschen
Patentschrift 1110905
verwendeten Steuervorrichtung werden der einen der beiden
beweglichen Linsengruppen zwei einander überlagerte axiale Verschiebebewegungen
erteilt, von denen die eine von dem Einstellelement in linearem Verhältnis zu dessen
Bewegung und die andere mittels einer in nichtlinearem Verhältnis zur Bewegung des
Einstellelementes arbeitenden Steuerkurve abgeleitet ist, während der anderen verschiebbaren
Linsengruppe eine mittels dieser Steuerkurve abgeleitete axiale Verschiebebewegung
erteilt wird. Zusätzlich ist, um die gewünschte, annähernd logarithmische Funktion
der Veränderung der Brennweite zu erzielen, eine übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis
von 2: 1 in die Antriebsverbindung einer der beiden beweglichen Linsengruppen eingeschaltet.
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Die Nachteile dieser bekannten Steuervorrichtung beruhen darin, daß
sie verhältnismäßig kompliziert ist, weil sie, wenngleich zwar dabei nur eine einzige
Steuerkurve verwendet wird, diese zur Erzeugung zweier Verschiebebewegungen herangezogen
wird, die in nichtlinearem Verhältnis zur Bewegung des Einstellelementes stehen.
Ein Teil dieser Steuerkurve muß immer noch verhältnismäßig steil ausgebildet werden,
so daß die obenerwähnten Nachteile auch hier, wenngleich in geringem Maße, gelten,
daß nämlich immer noch ein erhebliches Drehmoment und Ungleichmäßigkeit in der mechanischen
Belastung der Steuervorrichtung auftreten.
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Es ist ferner aus der USA: Patentschrift 1947 669 ein selbständiges
pankratisches Objektiv bekannt, das eine vordere sammelnde Linsengruppe, eine mittlere
zerstreuende Linsengruppe und eine sammelnde hintere Linsengruppe aufweist. Bei
diesem bekannten Objektiv werden die mittlere und die hintere Linsengruppe relativ
zu der Bewegung des Einstellelementes linear, aber mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
nach hinten bewegt, wobei die hintere Linsengruppe schneller bewegt wird als die
mittlere. Der vorderen Linsengruppe wird eine diesen Bewegungen entgegengerichtete,
aber ungleichförmige Verschiebebewegung erteilt. Dieses bekannte Objektiv ist weitgehend
optisch symmetrisch ausgebildet, wobei die Blende in der Mitte der symmetrischen
mittleren Linsengruppe angeordnet ist. Dieses bekannte Objektiv besitzt aber den
Nachteil, daß es in der Einstellage der kleinsten äquivalenten Brennweite eine erhebliche
Baulänge besitzt. Es weist ferner den Nachteil auf, daß zum Fokussieren alle drei
Linsengruppen in bestimmter Weise zueinander verstellt werden müssen. Damit ergeben
sich besondere Schwierigkeiten bei der Konstruktion der Verstelleinrichtung für
die drei Linsengruppen und für die Blende und auch bei der Korrektion der Abbildungsfehler.
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Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine andere
und bessere Lösung der in Zusammenhang mit der Konstruktion eines pankratischen
Objektivs auftretenden mechanischen Aufgaben zu schaffen, ohne daß die Lösung der
optischen Probleme erschwert wird und ohne daß die Nachteile der genannten bekannten
Steuervorrichtung nach der genannten deutschen Patentschrift 1 110 905 und der genannten
USA: Patentschrift 1947 669 auftreten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem pankratischen
Objektiv der eingangs genannten Art vor, daß das vordere Linsensystem über den ganzen
Verschiebebereich im wesentlichen afokal ist und drei jeweils für sich verschiebbare
Linsengruppen aufweist, von denen die vorderste und die hinterste sammelnd sind
und derart in ihrer Bewegung miteinander gekoppelt sind, daß sie unter der Steuerung
durch das Einstellelement einander gleiche, jedoch entgegengesetzt gerichtete Verschiebebewegungen
ausführen, bei der sie aus einer Ausgangslage zunächst voneinander weg und dann
wieder aufeinander zu in diese Ausgangslagen bewegt werden, die am Ende der Verschiebebewegung
wieder erreicht
werden, daß ferner die mittlere Linsengruppe zerstreuend
ist und eine im Verhältnis zii der Bewegung des Einstellelementes annähernd lineare
Verschiebebewegung ausführt und daß die Verschiebebewegungen der mittleren Linsengruppe
und der vorderen und hinteren Linsengruppe derart miteinander gekoppelt sind, daß
sich die äquivalente Brennweite des Objektivs relativ zu der Bewegung des Einstellelements
nach einem annähernd logarithmischen Gesetz ändert, während der mittleren Linsengruppe
eine Verschiebebewegung von einer vorderen Ausgangslage bei kleinster äquivalenter
Brennweite zu einer hinteren Endlage bei größter äquivalenter Brennweite in ein
und derselben Richtung erteilt wird.
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Auf diese Weise löst die Erfindung die mechanischen Probleme in Verbindung
mit der Konstruktion des Objektivs und vermeidet die Nachteile der bekannten Steuervorrichtung.
Insbesondere können vermöge der Verwendung der drei jeweils für sich verschiebbaren
Linsengruppen die angestrebten Funktionen ihrer Verschiebebewegungen dadurch erreicht
werden, daß die axialen Verschiebebewegungen der vordersten Linsengruppe und der
hintersten Linsengruppe anm ähernd einander gleiche und einander entgegengerichtete
Verschiebewege sind, die in einem zur Bewegung des Einstellelementes nichtlinearen
Verhältnis stehen, während die Bewegung der mittleren Linsengruppe des vorderen
Linsensystems in einem zur Bewegung des Einstellelementes annähernd linearen Verhältnis
steht. Dabei können die vorderste und die hinterste Linsengruppe von einer einzigen,
durch das Einstellelement angetriebenen Steuerkurve aus gesteuert werden. Ferner
kann man, wie erfindungsgemäß verlangt, die einander gleichen und entgegengesetzten
Verschiebebewegungen der vordersten und der hintersten Linsengruppe zu der Verschiebebewegung
der mittleren Linsengruppe in ein solches Verhältnis bringen, daß die äquivalente
Brennweite des ganzen Objektivs sich gemäß einer annähernd logarithmischen Funktion
in bezug auf die Bewegung des Einstellelementes ändert.
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Zum Fokussieren kann in an sich bekannter Weise der vordersten Linsengruppe
des vorderen Linsensystems eine zusätzliche Bewegung durch eine Steuerbewegung des
Entfernungseinstellelementes unabhängig von seiner Verschiebung zur Drehung der
Brennweite erteilt werden.
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Die Gesetzmäßigkeit der Relativbewegung für die Einstellung der Brennweite
ist innerhalb engerer Grenzen abhängig von den Brennweiten der drei bewegbaren Linsengruppen
des vorderen Linsensystems. Es wurde gefunden, daß die einfachste Ausbildung der
Steuer- bzw. Einstellvorrichtung und insbesondere der Steuerkurve vorzugsweise dann
erzielt wird, wenn diese Brennweiten innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden.
In dieser Hinsicht ist die Brennweite L der zerstreuenden mittleren Linsengruppe
des vorderen Linsensystems besonders wichtig. Das Produkt aus der äquivalenten Brennweite./'
der divergenten mittleren Linsengruppe des vorderen Linsensystems und der /=Zahl
des gesamten Objektivs liegt vorzugsweise zwischen dem 1- und (lern 2,67fachen des
negativen Wertes des Ausdrucks
wobei l'" und F", der-kleinste bzw. der größte Wert der Brennweite des ganzen Objektivs
ist. In Abhängigkeit hiervon liegen die Brennweiten der vor-Bersten und der hintersten
Linsengruppe des vorderen Linsensystems vorzugsweise je zwischen dem 0,9-und dem
1,33fachen des Ausdrucks
Mit Rücksicht darauf, daß das vordere Linsensystem afokal ist, liegt die Brennweite.
des ortsfesten hinteren Linsensystems vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise
zwischen dem 0,8- und dem Llfachen des positiven Wertes des Ausdrucks j` F@ )7n,
Diese Maßnahmen, insbesondere die beschriebenen Bewegungsabläufe ermöglichen ein
in sich einheitliches System der Korrektion der Aberrationen auszuführen, durch
das auch die bei der Konstruktion eines pankratischen Objektivs auftretenden optischen
Schwierigkeiten gelöst werden können.
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Im Hinblick hierauf können die optischen Eigenschaften der vordersten
und der mittleren Linsengruppe des vorderen Linsensystems derart gewählt werden,
daß ihre Beiträge zur gesamten Aberration annähernd den gleichen Wert in den beiden
Endstellungen des Verschiebebereichs haben, während die Beiträge der hintersten
Linsengruppe des vorderen Linsensystems dazu dienen, Abweichungen von diesem Wert
in Zwischenstellungen innerhalb des Bewegungsbereichs zu kompensieren. Sind die
Aberrationen auf diese Weise stabilisiert, so kann das ortsfeste hintere Linsensystem
in einer an sich bekannten Weise als eine Abwandlung eines für sich selbst korrigierten
optischen Systems ausgebildet sein, das die annähernd stabilisierten restlichen
Aberrationen des vorderen Linsensystems in rin sich bekannter Weise kompensiert.
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Hierzu sei ausgeführt, daß es z. 13. aus der deutschen Patentschrift
1032 571 und von S. 24I1 des Buches »Das photographische Objektiv« von F
1 ü g g e bekannt ist, zur Veränderung der Brennweite bewegbare Linsengruppen zu
verwenden, die in bezug auf einen zwischen ihnen liegenden Punkt optisch symmetrisch
ausgebildet sind und sich während des Veränderns der Brennweite um einander gleiche
Beträge und in einander entgegengesetzten Richtungen verschieben, so daß Koma und
Astigmatismus über den Verschiebebereich annähernd stabilisiert sind. Es ist aus
diesen genannten Druckschriften auch bereits an sich bekannt, die Endstellungen
dieser symmetrischen Linsengruppen so zu wählen, daß Anderungen der sphärischen
Aberration und der Verzeichnung auf ein Mindestmaß beschränkt werden und dabei einander
gleiche entgegengesetzte Werte in diesen Endstellungen des Verschiebehereichs haben.
Im Gegensatz hierzu sind. bei dem erfindungsgemäßen Objektiv die sammelnde vorderste
Linsengruppe und die zerstreuende mittlere Linsengruppe vorzugsweise so ausgebildet,
daß sie in Kombination miteinander sowohl hinsichtlich des Vorzeichens als auch
der Größe zur Korrektion der Aberration in den Endstellungen des Verschiebebereichs
in gleichem Maße beitragen. Die sammelnde hinterste Linsengruppe ist bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung so gestaltet, daß sie Unterschiede der Aberration
in den mittleren Einstellagen ausgleicht, die si:U ;()wohl aus der in bezug auf
die Bewegung des Einst(, I . iements nichtlinearen Verschiebung der vordersten Linsengruppe
als
auch aus der in bezug auf die Bewegung des Einstellelements linearen Verschiebung
der-mittleren Linsengruppe ergeben. Um dieses Ziel zu erreichen und im Hinblick
darauf, daß die in nichtlinearem Verhältnis zur Bewegung des Einstellelements stehende
Verschiebung der hintersten Linsengruppe derjenigen der vordersten Linsengruppe
gleich und enigegengerichtet ist, ist die hinterste Linsengruppe notwendigerweise
optisch unsymmetrisch sowohl zu der vordersten als auch zu der mittleren Linsengruppe
ausgebildet.
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Im Rahmen des vorstehend beschriebenen Systems der Korrektion von
Aberrationen sind bestimmte Erfindungsmerkmale des vorderen Linsensystems von Vorteil
für die Verbesserung der Stabilisierung und Korrektion bestimmter Aberrationen.
Die zerstreuende mittlere Linsengruppe des vorderen Linsensystems ist besonders
wichtig für die Stabilisierung von sphärischer Aberration. In Hinblick auf dieses
Ziel ist es bekannt, eine solche zerstreuende Gruppe mit einer stark sammelnden
inneren Berührungsfläche zu versehen. Dies bereitet jedoch Schwierigkeiten bei der
Korrektion des Astigmatismus. Erfindungsgemäß ist daher vorzugsweise vorgesehen,
daß die sphärische Aberration in einem höheren Maße dadurch stabilisiert ist, daß
diese zerstreuende mittlere Linsengruppe eine zerstreuende oder nur schwach sammelnde
innere Berührungsfläche oder Kittfläche erhält, wodurch die Korrektion von Astigmatismus
erleichtert wird. Zu diesem Zweck enthält die zerstreuende mittlere Linsengruppe
bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein zerstreuendes Verbundglied
und hinter diesem eine zerstreuende Einzellinse, wobei der Krümmungsradius der inneren
Berührungsfläche dieses Verbundgliedes, die nach vorn konvex ist, dem Betrag nach
zwischen 0,3.fZ und 0,6 f2 liegt und wobei die mittleren Brechungsindizes
der Materialien der beiden Elemente dieses Verbundgliedes sich um weniger als 0,04
unterscheiden. Diese Grenzwerte sind insbesondere dann von Bedeutung, wenn die axiale
Verschiebestrecke der mittleren Linsengruppe größer als _fi ist, was besonders wünschenswert
ist, um die bestmöglichen Ergebnisse für die nach der Erfindung vorgesehenen Bewegungsgesetze
zu erzielen.
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Einen weiteren Beitrag zur Stabilisierung der sphärischen Aberration
und des Astigmatismus erhält man, wenn man erfindungsgemäß die Krümmungsradien jeder
der beiden Oberflächen der zerstreuenden Einzellinse der mittleren Linsengruppe
des vorderen Linsensystems . dem Betrag nach größer als f2 macht. Um diese
Maßnahme zu erleichtern, soll die hintere Oberfläche des zerstreuenden Verbundgliedes
der mittleren Linsengruppe nach vorn konvex sein, und zwar mit einem Radius. der
größer als 0,66.fi und kleiner als der Betrag des gesamten axialen Verschiebewegs
dieser mittleren Linsengruppe ist.
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Eine Stabilisierung axialer und schiefwinkliger chromatischerAberrationen
wird hauptsächlich durch die sammelnde vorderste Linsengruppe des vorderen Linsensystems
erzielt, die zu diesem Zweck vorzugsweise ein Verbundglied enthält, das aus einer
sammelnden und einer zerstreuenden Linse besteht, wobei der mittlere Brechungsindex
der zerstreuenden Linse den der. sammelnden Linse um O.0$ bis 0,20 und die Abbuche
V-Zahl des Materials der sammelnden Linse die des Materials der zerstreuenden Linse
um 20 bis 30 übertrifft. Die Stabilisierung chromarischer Aberrationen kann auch
noch dadurch -verbessert werden, daß in der zerstreuenden mittleren Linsengruppe
das Material der vorderen Linse des Verbundgliedes eine Abbesche 1'-Zahl besitzt,
die um 15 bis 30 größer ist als die des Materials der hinteren Linse dieses Verbundgliedes.
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Als Beitrag zur Stabilisierung insbesondere von Koma kann die vordere
Oberfläche des Verbundgliedes der vordersten Linsengruppe vorzugsweise nach vorn
konvex sein und einen 0,5 f1 bis 1,0.f, betragenden Krümrnungsradius besitzen, während
der Krümmungsradius der hinteren Oberfläche dieses Verbundgliedes größer als 3 f
gewählt wird.
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Die Wahl der Parameter innerhalb der obenerwähnten Grenzen führt für
sich allein noch nicht zu einer vollständigen Stabilisierung der Aberrationen in
den beiden vorderen Linsengruppen des vorderen Linsensystems, aber ihre Verwendung
bringt einen Ausgleich der Beiträge dieser beiden Linsengruppen zur gesamten Aberration
in den beiden Endstellungen des Verschiebebereichs mit sich und führt zu einem zwischen
diesen Endstellungen liegenden Bereich von Veränderungen, der so klein ist, daß
eine vollständige Stabilisierung 'durch Verwendung einer verhältnismäßig einfach
aufgebauten, sammelnden hintersten Linsengruppe bei dem vorderen Linsensystem erzielbar
ist.
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Es kann jedoch in einer mittleren Einstellage durch die Eigenschaften
der beiden vorderen Linsengruppen des vorderen Linsensystems eine restliche Uberkorrektion
von Astigmatismus auftreten, und diese kann -durch eine solche Ausbildung der hintersten
Linsengruppe dieses Systems ausgeglichen werden, daß diese eine Unterkorrektion
an Astigmatismus erhält, wenn sie aus ihrer Ausgangsstellung nach hinten verschoben
wird. Zu diesem Zweck wird der Krümmungsradius der hinteren Oberfläche dieser hintersten
Linsengruppe vorzugsweise größer als 3.f3 gewählt und beträgt der Krümmungsradius
der vorderen Oberfläche dieser Linsengruppe zwischen 0,25.f, und 0,65 f3, wobei
.f3 die äquivalente Brennweite dieser sammelnden hintersten Linsengruppe des vorderen
Linsensystems ist.
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Diese sammelnde hinterste Linsengruppe enthält vorzugsweise ein Verbundglied,
das eine zerstreuende, z. B. »gebrochene« innere Berührungsfläche besitzt, die nasch
vorn konvex ist und einen zwischen 0,15,f3 und 0,35 L liegenden Krümmungsradius
hat. Diese Maßnahme kann in Verbindung mit einer geeigneten Wahl der Brechungsindizes
der Materialien dieses Verbundgliedes zur annähernden Stabilisierung von Koma in
den mittleren Einstellagen dienen. Zu diesem Zweck wird der mittlere Brechungsindex
des Materials der vorderen Linse dieses Verbundgliedes um 0,15 bis 0,35 größer als
der des Materials der hinteren Linse dieses Verbundgliedes gewählt.
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Hinsichtlich der Korrektion chromatischer Aberrationen wäre es zwar
möglich, eine gute Korrektion axialer chromatischer Aberration in dem vorderen Linsensystem
herbeizuführen, ist es aber oft zweckmäßig, sich dieser Möglichkeit in gewissem
Ausmaß zu begeben, um so eine bessere Stabilisierung schiefwinkliger chromatischer
Aberration zu erhalten. In diesem Sinne ist es durch ein gewisses Ausmaß an Überkorrektion
von axialer chromatischer Aberration in der hintersten Linsengruppe des vorderen
Linsensystems möglich, eine äußere K.orrektior schiefuinkliper Aberration in mittleren
Einstdlag zu erzielen. um restliche innere iefwinklige AW-ration
der
beiden vorderen Linsengruppen in diesen mittleren Einstellagen auszugleichen. Zu
diesem Zweck wird in Verbindung mit den obengenannten Grenzen für die Krümmungsradien
der inneren Berührungsfläche die Abbesche V-Zahl des Materials der hinteren Linse
des Verbundgliedes der hintersten Linsengruppe vorzugsweise um 25 bis 45 größer
gewählt als die des Materials der vorderen Linse dieses Gliedes.
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Wird das vordere Linsensystem in der vorstehend beschriebenen Weise
ausgebildet, so ist es möglich, alle hauptsächlichen Aberrationen über den gesamten
Verschiebebereich im wesentlichen zu stabilisieren. Insbesondere ist es durch Wahl
der Parameter innerhalb der angegebenen Grenzen möglich, diese Aberrationen bei
kleinen Werten zu stabilisieren, mit Ausnahme der sphärischen Aberration, die indessen
auch in einem bedeutend höheren Maße als üblich stabilisiert wird. Die restlichen
stabilisierten Aberrationen, die insbesondere aus kleinen Anteilen von axialer und
schiefwinkliger chromatischer Aberration und einem kleinen Betrag von sphärischer
Aberration bestehen, werden in dem hinteren Linsensystem kompensiert, das in anderer
Hinsicht in der üblichen Weise für sich selbst korrigiert ist. Im allgemeinen können
nahezu ein beliebiges der bekannten Arten von korrigierten photographischen Objektiven
als hinteres Linsensystem verwendet werden, vorausgesetzt, daß es den notwendigen
routinemäßigen Abänderungen unterworfen wird, die zum Ausgleich der restlichen Aberrationen
des vorderen Linsensystems dienen.
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So kann bei einer einfachen Ausführungsform das hintere Linsensystem
in Form eines bekannten Objektivs ausgebildet sein, das drei einfache Glieder enthält,
von denen das vorderste und das hinterste sammelnd und das mittlere zerstreuend
ist. In diesem Falle kann ein guter Korrektionsstand für sphärische Aberration höhere
Ordnung über den ganzen Veränderungsbereich der äquivalenten Brennweite dadurch
erzielt werden, daß die vordere Oberfläche des hinteren Linsensystems asphärisch
ausgebildet wird und kleine Änderungen an anderer Stelle des hinteren Linsensystems
durchgeführt werden, die die anderen restlichen stabilisierten Aberrationen des
vorderen Linsensystems ausgleichen. Der oben in Verbindung mit Verbundgliedern oder
Kittgliedern gebrauchte Ausdruck »innere Berührungsfläche« soll nicht nur eine innere
Kittfläche, sondern auch eine solche Fläche bezeichnen, die oftmals als »gebrochene
Berührungsfläche« bezeichnet wird, d. h. eine solche Anordnung, bei der die beiden
sich berührenden Oberflächen um ein geringes voneinander verschiedene Krümmungsradien
aufweisen. In diesem Fall ist der effektive Krümmungsradius der gebrochenen Berührungsfläche
der arithmetische Mittelwert zwischen den Krümmungsradien der beiden beteiligten
Oberflächen, und die effektive Brechkraft ist der harmonische Mittelwert zwischen
den Brechkräften der beiden Oberflächen.
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Einige zweckmäßige praktische Ausführungsformen eines Objektivs mit
veränderlicher Brennweite nach der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnungen
näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform, F i g. 2 und
3 zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Objektivs, F i g. 4
schematisch eine Steuervorrichtung zum Einstellen der bewegbaren Linsengruppen des
Objektivs und F i g. 5 bis 10 Aberrationsdiagramme zu einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In den folgenden Tabellen sind Zahlenwerte für die in den F i g. 1
bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele enthalten.
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Es bedeuten Rt, R2 die Krümmungsradien der einzelnen Oberflächen des
Objektivs, wobei ein Pluszeichen eine nach vorn konvexe Oberfläche und ein Minuszeichen
eine nach vorn konkave Oberfläche bezeichnet, Dt, Dz die axiale Dicke der einzelnen
Linsen und St, SZ die axialen Luftabstände zwischen den einzelnen Gliedern, Linsengruppen
oder Systemteilen.
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Die Tabellen geben ferner den mittleren Brechungsindex n, für die
D-Linie des Spektrums, die Abbesche I'-Zahl jedes der in dem Objektiv benutzten
Materialien und die lichten Durchmesser der der Luft ausgesetzten Oberflächen des
Objektivs an.
| BeÄspielI |
| Äquivalente Brennweite 1,0 bis 5,0 Relative Offnung,//4,0 |
| Dicke bzw. Brechungs- Abbesche Lichter |
| Radius Luftabstand Index 6! Zahl Durch- |
| messer |
| Rt +1,9964 1,25 |
| D, 0,0625 1,7618 26,98 |
| R , +1,0849 |
| 1)2 0,2125 1,6177 49,78 |
| R3 -19,1161 1,205 |
| St veränderlich |
| R, +5,9363 0,578 |
| D3 0,0375 1,691 54,80 |
| RS +0,4401 |
| D4 0,075 1,7174 29,51 |
| Rf, + 1,0484 0,522 |
| SZ 0,075 |
| Fortsetzung |
| Dicke bzw. Brechungs- Abbesche Lichter |
| Radius Luftabstand Index nD V-Zahl Durch- |
| messer |
| R, -1,6614 0,514 |
| D5 0,0375 1,691 54,80 |
| R$ +l0,1010 0,518 |
| S3 veränderlich |
| R9 +1,1659 0.528 |
| D(, 0,0375 1,7618 26,98 |
| Rio +0,7101 |
| D, 0,075 1,5097 64,44 |
| R11 -c# 0,522 |
| S.@ veränderlich |
| R12 asphärisch 0,522 |
| D8 0,075 1,61029 57,25 |
| R13 -41>3223 0,514 |
| SS 0,255 |
| R 1 4 -1,0533 0,412 |
| D9 0,025 1,60483 43,83 |
| 0,104. |
| R15 +0,7468 |
| Rl, +2,7902 S, 0,200 0,435 |
| Dto 0,075 1,60557 60,02 |
| Rt, -0,8569 0337 |
Die asphärische Oberfläche R12 besitzt einen Krümmungsradius von -I-0,7962 F, an
ihrem Scheitel und ist durch folgende Gleichung definiert
wobei y der radiale Abstand von der optischen Achse und x der axiale Abstand von
der transaxialen Ebene durch den Scheitel der Oberfläche, für positive Werte von
x hinter dieser Ebene gemessen, bedeutet.
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Die Abmessungen der veränderlichen Luftabstände sind die folgenden:
| S, S3 S4 |
| F = Fo ....... . ...... 0,0375 1,8264
0,41675 |
| F = F0-F,"... ..... 1,2736 1,2736 0,075 |
| F = F", . . . . . . . . . . . . . . 1,8264 0,0375 0,41675 |
Die linearen Abmessungen der Tabelle sind mit F, als Einheit angegeben, wobei Fo
der kleinste Wert der äquivalenten Brennweite F des Objektivs ist, während der größte
Wert F", dieser äquivalenten Brennweite 5 Fo beträgt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die hintere Schnittweite (gemessen
von dem Scheitel der hinteren Oberfläche R1, bis zur hinteren Brennebene) 1,7020
F, Die Irisblende ist in einem Abstand von 0,025 F,, vor der Oberfläche R12 angeordnet
und besitzt einen Durchmesser von 0,522 F".
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Das Objektiv überdeckt ein lfalbwinkelfeld von 1 I1/2` in seiner Einstellung
für geringste äquivalente Brennweite F" bis zu 2t/2' bei größter eingestellter äquivalenter
Brennweite F;". Die äquivalenten Brennweiten /* bzw. j= blw. .J; der vordersten
bzw. der mittleren bzw. der hintersten Linsengruppe des vorderen Linsensystems betragen
+3,553 Fo bzw. -1,(X)0 Fo bzw. -+-3,289 F"; die Brennweite des feststehenden hinteren
Linsensystems FR beträgt 2,075 F,.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist (las vordere Linsensystem im wesentlichen
afokal über den gesamten Verstellbereich und umftßt drei Linsengruppen, von denen
die vorderste und die hinterste je aus einem konvergenten Verbundglied besteht,
während die mittlere Linsengruppe ein divergentes Verbundglied und eine hinter ihr
angeordnete divergente einfache Linse aufweist. Während der Änderung der Einstellung
von kleinster äquivalenter Brennweite F, auf größte äquivalente Brennweite F", des
ganzen Objektivs wird die divergente mittlere Linsengruppe von dem Einstellelement
rir die äquivalente Brennweite her, z. B. mittels eines Schraubengewindes, in einem
linearen Verhältnis zu der diesem Einstellelement erteilten Bewegung nach hinten
verschoben, und zwar über einen gesamten Verschiebungsweg, der gleich
ist. Gleichzeitig werden die vorderste und die hinterste Linsengruppe von dem Einstellelement
für die Brennweite her mittels einer einfachen Steuerkurve derart verschoben, daß
sie sich zunächst voneinander weg über eine Strecke 12 (F@@ F;) ___ 4, 2 1-n F,"
): ' @ F" F»@ und sich dann zurück und aufeinander rtt bis in ihre Ausgangslage
bewegen. Wrnn 11, 1= und I, die jeweiligen, von den drei I insrngruppen in
jedem Augenblick von ihren Ausgangslagen aus gemessenen zurückgelegten Wegstrecken
bezeichnen, so sind diese
Wegstrecken bzw. Verschiebungen durch
folgende Gleichungen definiert:
wobei X sich von 0 bis 1 in einem linearen Verhältnis zu der Grüße der Bewegung
des Einstellelementes ändert.
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Das hfaß der Änderung von F, (las durch die obige Gleichung definiert
ist, verläuft nicht genau logarithmisch in bezug auf die Größe X, jedoch ist (las
Verhältnis ausreichend annähernd logarithmisch, uni seinen Zweck zu erfüllen.
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Da die Verschiebungen der vordersten und hintersten Linsengruppe gleich
und einander entgegengesetzt sind, kann die Anordnung ,o getroffen werden, daß sie
füreinander als Gegengeevichte arbeiten und deshalb genau ausgewogene Kräfte ausüben,
wenn die optische Achse des Objektivs eins der üblichen horizontalen Lage herausbewegt
wird. Da außerdem die grüßte Verschiebung klein ist --- sie beträgt nur etwa
0,38 F) ---, braucht die Steuerkurve über den ganzen Bewegungsbereich
keine große Steigung zu besitzen. Die Steuervorrichtung der Verschiebebewegungen
ist weiter unten an I1and der F i g. 4 noch näher erläutert.
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Die Bildebene des gesamten Objektivs bleibt über den ganzen Verschiebungsbereich
konstant, und die Grüße des Bildes ninnnt mit zunehmender äquivalenter Brennweite
F zu, derart, daß das Verhältnis der maximalen Bildgrüße zu der minimalen Bildgrüße
F"y'F" beträgt.
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Bei der vorstehenden Beschreibung der Verschiebebewegungen wurde angenommen,
daß die Gegenstandsweite konstant bleibt, z. 13. unendlich ist. Ein Fokussieren
auf geringere Gegenstandsweiten kann mittels einer zusätzlichen Verschiebebewegung
der . vordersten Linsengruppe des vorderen Linsensystems nach vorn bewirkt werden.
Ist d der Abstand des Objektivs von der vorderen Knotenebene der vordersten Linsengruppe
in seiner richtigen Einstellage, so besteht die erforderliche weitere Einstellung
der . vordersten Linsengruppe zur Fokussierung bzw. Scharfeinstellung aus einer
Verschiebung nach vorn über eine Strecke ff %((! -.f;). Diese zusätzliche Verschiebebewegung
zur Fokussierung kann mittels einer Steuerung durch ein Einstellelement fier die
Entfernungseinstellung unabhängig von der Einstellung für die jeweilige Brennweite
erfolgen, z. B. dadurch, daß die vorderste Linsengruppe in ihrer Halterung verstellbar
gelagert ist.
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Da I;" = 5 ho ist, so besitzt der Ausdruck k F" I;"
den
Wert 2,236 F". Bei dein obengenannten Ausführungsbeispiel ist 2 = -1,0t10 1#;,,
und die j=Zahl des Objektivs beträgt 4,0, so (fuß das Produkt aus /: und der .f-Zahl
das 1,79fiiche des negativen Wertes von ['F"F", ist. Der Ausdruck
besitzt den Wert 3,236 F", so daß die äquivalenten Brennweiten f; und A der vordersten
und hintersten Linsengruppe das 1,10- bzw. das 1,02fache dieses Ausdruckes sind.
-
Die Brennweite FR des feststehenden hinteren Linsensysteins beträgt
2,075 F", nämlich das 0,93fache von @(F@ F",.
-
Der Krüniniungsradius RS der inneren Berührungsfläche des Verbundgliedes
der mittleren Linsengruppe des vorderen Linsensystems beträgt (las 0,44-fache des
Zahlenwertes von f2, und der Unterschied zwischen den mittleren Brechungsindizes
der Nfaterialien der beiden Elemente dieses Verbundgliedes beträgt 0,26. Die Differenz
zwischen den Abbeschen V-Zahlen dieser Materialien beträgt 25,3.
-
Der gesamte Verschiebungsweg der mittleren Linsengruppe beträgt 1,79
F).
-
Die Differenz zwischen den mittleren Brechungsindizes der Materialien
der das Verbundglied der vordersten Linsengruppe des vorderen Linsensystems >bildenden
Luisen beträgt 0,1-1-1, und die Differenz der Abbeschen V-Zahlen dieser Materialien
ist 22,8. Der Krüminungsradius R, der vorderen Oberfläche dieses Verbundgliedes
beträgt 0,56 f, und der Radiris R3 der hinteren Oberfläche dieses Gliedes
beträgt 5,38.f,
Die innere Berührungsfläche des die hinterste Linsengruppe
des vorderen Linsensystems bildenden' Verbundgliedes ist zerstreuend, 1n11 ihr Krümmungsradius
R", beträgt 0,22.ß. Die Differenz zwischen den mittleren Brechungsindizes der Materialien
der beiden Linsen dieses Verbundgliedes beträgt 0,252, und die Differenz zwischen
den Abbeschen V-Zahlen dieser Materialien beträgt 37,5.
-
Das hintere Linsensystem diese; Ausführungsbeispielen unifaßt drei
feststehende Systemteile, die aus je einer einfachen Linse bestehen, wobei der vorderste
und hinterste Systemteil konvergent und der mittlere Systemteil divergent ist. Die
numerischen Zahlenwerte für dieses hintere Linsensystem weichen geringfügig von
denen eines für sich selbst korrigierten Systems ab, wobei diese geringen Abweichungen
für den Ausgleich der stabilisierten restlichen Aberrationen des vorderen Linsensystems
in der oben beschriebenen Weise vorgesehen sind. Insbesondere ist die vordere Oberfläche
R,2 des vordersten Systemteiles dieses Linsensystems asphärisch ausgebildet, um
ein größeres hfaß an Korrektion für sphärische Aberration zu erhalten.
-
Das gesamte Objektiv ist daher für die primären Aberrationen über
den ganzen Einstellbereich der äquivalenten Brennweite gut korrigiert.
-
Die nächsten beiden Ausführungsbeispiele ("fabellen 11 und 111) unterscheiden
sich von (lein ersten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, daß sie Merkmale
enthalten, (furch die zwei unterschiedliche Änderungsbereiche der äquivalenten Brennweite
des Objektivs geschaffen werden. AiiLli bei (lie:;en Beispielen 11 und 111 enthält
das hintere L insensy,teni drei Systemteile, von denen der vordere und der hintere
sammelnd und der mittlere Systemteil zerstreuend ist; in diesem Fall ist indessen
der mittlere Systemteil zwischen zwei vorbe,linmiten Einstellagen verschiebbar,
in denen er die @feichen
Konjugierten besitzt, jedoch unterschiedliche
Vergrößerungen liefert.
| Beispiel II |
| Radius Dicke bzw. Brechung # Abbesche Lichter |
| Luftabstand index no I'-Zahl - Durch- |
| messer |
| R, +2,3020 |
| 1,274 |
| D, 0,2125 1,65695 50,81 |
| R2 -2,3020 |
| D2 0,06875 1,7618 26,98 |
| R3 -25,4945 1,221 |
| S, veränderlich |
| R4 +3,0841 0,603 |
| D3 0,04125 1,691 54,80 |
| RS +0,3886 |
| D4 0,103 1,674 32,00 |
| R,, +0,9988 |
| 0,534 |
| SZ 0,103 |
| R, -1,9290 0,516 |
| D5 0,04125 1,691. 54,80 |
| R" + 6.25(() |
| 0,511 |
| " S3 veränderlich |
| R, +1,2025 0,524 |
| D,, 0,0375 1,7618 26,98 |
| R") +0.7318 |
| D, 0,075 1,5097 64,44 |
| R" f 0,518 |
| S4 veränderlich |
| R,2 asphärisch 0,518 |
| D, 0,0625 1,48503 70,29 |
| R,3 -3,8225 0,514 |
| S 5 0,05 oder 0,765 |
| R,4 -1.2174 0,508 |
| D" 0.0375 1,65695 50,81 |
| Rts +0.4909 |
| D,n 0,075 1,7618 26.98 |
| R,, +1,1742 0.513 |
| S,, 0,765 oder 0,05 |
| R,- +2.0886 0.742 |
| D" 0,05 1,7618 26,98 |
| R" +0.8273 |
| D,, 0,175 1,61334 57,59 |
| R" -2.0464 0.748 |
| S- 0.0025 |
| R20 +l0,8029 0.745 |
| D130.075 1,5097 64,4.1 |
| R2, -2.5096 0,745 |
Die asphärische Oberfläche besitzt einen Krümmungsradius von + 1,8262 1;, an ihrem
Scheitel und ist durcl folgende Gleichung definiert:
Die Abmessungen der veränderlichen Luftabstände sind die folgenden:
| S, S 3 S4 |
| F = F,) 0,0375 1,88225 0,42738 |
| F = 1 F,) F," _ . . . 1.31225I 1,31225 0,075 |
| F = F", t.88225 0.0375 0.42738 |
| Beispiel 111 |
| Dicke bzw. Brechungs- Abbesche Lichter |
| Radius Luftabstand index nD -Zahl Durch- |
| messer |
| R, +1,9964 1,25 |
| Dl 0,0625 1,7618 26,98 |
| R2 +1,0849 |
| D2 0,2125 1,6177 49,78 |
| R3 -19,1161 . 1,205 |
| St veränderlich |
| R4 +5,9363 0,578 |
| D3 0,0375 1,691 54,80 |
| R5 +0,4401 D4 0,075 1,7174 29,51 |
| 0,522 |
| R6 +1,0484 , |
| SZ 0,075 |
| R, -1,6614 0,514 |
| DS 0,0375 1,691 54,80 |
| R$ +l0,1010 0,518 |
| S3 veränderlich |
| R9 +1,1659 0,528 |
| D6 0,0375 1,7618 26,98 |
| R,0 +0,71014 |
| D, 0,075 1,5097 64,44 |
| R" x 0,522 |
| S4 veränderlich |
| R,2 asphärisch 0,522 |
| D8 0,0625 1,48503 70,29 |
| R,3 -3,8536 0,518 |
| S 5 0,05 oder 0,7716 |
| R,4 -1,2288 0,512 |
| D9 0,0375 1,65695 50,8I |
| R,5 +0,4955 |
| D, 0 0,075 1,7618 26,98 |
| 0,517 |
| R,, +1,1848 |
| Sf, 0,7716 oder 0,05 |
| 0,748 |
| R" +2,1073 |
| D" 0,0425 1,7618 26,98 |
| R,, +0,8350 |
| D,2 0, 1 5 1,61334 57,59 |
| R,9 -2,0653 0,751 |
| S, 0,0025 |
| 0,749 |
| RZO +l0,9880 |
| D,3 0,0625 1,5097 64,44 |
| R2, -2,5082 0,747 |
Die asphärische Oberfläche besitzt einen Krümmungsradius von + 1,8431 Fo an ihrem
Scheitel und ist durch folgende Gleichung definiert:
Die Abmessungen der veränderlichen Luftabstände sind die folgenden:
| S, s3 S4 |
| F = F, .............. 0,0375 1,8264 0,41675 |
| F = FOF",........... 1,2736 1,2736 0,075 |
| F = F", . . . . . . . . . . . . . . 1,8264 0,0375
0,41675 |
In den beiden Tabellen 1I und III sind die linearen Abmessungen mit Fo als Einheit
angegeben, wobei Fo der kleinste Wert der äquivalenten Brennweite F des Objektivs
in dem unteren Anderungsbereich ist. Der höchste Wert F", dieses unteren Einstellbereiches
beträgt 5 Fo, und der kleinste bzw. der größte Wert Fä bzw. F" in dem oberen Einstellbereich
beträgt 2 Fo bzw. 10F,".
-
Die relative Offnung des Objektivs beträgt f/4,0 für den unteren Einstellbereich
und f/8,0 für den oberen Einstellbereich.
-
Beide Ausführungsbeispiele erfassen ein Halbwinkelfeld von 11';2°
bei kleinster Brennweite Fo bis 2'/2° bei größter Brennweite F," in dem unteren
Einstellbereich und von 5'/4 bei dem kleinsten Wert der Brennweite Fö bis l'/4 bei
der größten Brennweite F", in dem oberen Einstellbereich.
-
Die Irisblende ist bei beiden Ausführungsbeispielen in einem Abstand
von 0,025 vor der Oberfläche R,2 angeordnet und besitzt bei dem Ausführungsbeispiel
11 einen Durchmesser von 0,518 Fo und im Beispiel 111 von 0,522 Fo. Die hintere
Schnittweite
beträgt 2,908 Fo im Beispiel 1I und 2,929 Fo im Beispiel
11I.
-
Die äquivalenten Brennweiten f l, f2 und ß der drei
Linsengruppen des vorderen Linsensystems betragen jeweils +3,704 Fo bzw. -1,031
Fo bzw. +3,405 Fo für Beispiel II und +3,553 Fo bzw. -1,000 F, bzw. +3,289 Fo im
Beispiel III.
-
Die äquivalenten Brennweiten f4, ,f5 und f,
des vorderen,
.mittleren und hinteren Systemteiles des hinteren Linsensystems betragen jeweils
+2,557 Fo bzw. -1,011 Fo bzw. + 1,399 Fo für Beispiel 1I und +2,580 Fo bzw. -1,020
Fo bzw. + 1,403 Fo im Beispiel III. Die äquivalente Brennweite FR des gesamten hinteren
Linsensystems beträgt +2,055 Fo im unteren Einstellbereich und +4,l10 Fo im oberen
Einstellbereich im Beispiel 1I und +2,074 Fo im unteren Einstellbereich und +4,148
Fo im oberen Einstellbereich beim Beispiel III.
-
In beiden Ausführungsbeispielen besteht der feststehende vordere Systemteil
des hinteren Linsensystems aus einer einfachen konvergenten Linse, die eine asphärische
vordere Oberfläche besitzt, während der verstellbare mittlere Systemteil aus einem
divergenten Verbundglied und der feststehende hintere Systemteil aus einem konvergenten
Verbundglied besteht, hinter dem eine einfache konvergente Linse angeordnet ist.
In der einen seiner beiden. vorbestimmten Einstellagen liegt der mittlere Systemteil
nahe bei dem hinteren Systemteil, während er in der anderen nahe bei dem vorderen
Systemteil liegt. In diesen beiden Einstellagen betragen die von dem mittleren Systemteil
beeinflußten Vergrößerungen
bzw. # I/M, wobei M der Quotient aus den äquivalenten Brennweiten des Objektivs
in den beiden Einstellagen ist. Da in beiden Beispielen M = 2 ist, betragen diese
Vergrößerungen 1,414 bzw. 0,707. Der mittlere Systemteil besitzt in den beiden Einstellagen
die gleichen Konjugierten, wobei die vordere Konjugierte in der einen Einstellage
gleich der hinteren Konjugierten in der anderen Einstellage ist. Die beiden Konjugiertenabstände
sind deshalb: Das vordere Linsensystem des Ausführungsbeispiels III ist mit dem
nach Ausführungsbeispiel I identisch, während das vordere Linsensystem nach Ausführungsbeispiel
II sich von dem nach Beispiel IIl hauptsächlich durch die Ausbildung des divergenten
Verbundgliedes der mittleren Linsengruppe des vorderen Linsensystems unterscheidet,
wobei eine geeignete Abänderung der vorderen Linsengruppe getroffen wurde. Die innere
Berührungsfläche dieses divergenten Verbundgliedes des Beispiels 1I ist deshalb
zerstreuend. Diese Maßnahme ist (in Verbindung mit der Ausbildung der vordersten
Linsengruppe) besonders vorteilhaft für die Korrektion von Astigmatismus. Beispiel
II liefert einen hohen Korrektionsstand, solange die Gegenstandsweite groß ist.
Die Korrektion für Aberration wird jedoch bei kleinen Gegenstandsweiten leicht unausgeglichen.
Dieses Ausführungsbeispiel sollte deshalb bei der praktischen Anwendung auf größere
Gegenstandsweiten beschränkt werden, wenn ein besonders hoher Korrektionsstand gefordert
wird. Diese Maßnahme steht ferner im Gegensatz zu der Anordnung nach den Beispielen
I und 11I, in denen die innere Berührungsfläche der divergenten mittleren Linsengruppe
leicht sammelnd ausgebildet ist. Obgleich diese Maßnahme (in Verbindung mit der
Ausbildung der vordersten Linsengruppe) etwas weniger vorteilhaft für die Korrektion
von Astigmatismus ist, so ermöglicht sie doch, daß der hohe Korrektionsstand sowohl
für kurze Gegenstandsweiten als auch für große Gegenstandsweiten aufrechterhalten
bleibt.
-
Die numerischen Besonderheiten des vorderen Linsensystems des Beispiels
III wurden oben in Zusammenhang mit dem Beispiel I beschrieben. Im folgenden sind
die entsprechenden Besonderheiten für das Beispiel Il beschrieben, das ein ebenfalls
über den ganzen Einstellbereich afokales vorderes Linsensystems besitzt.
-
Im Beispiel II. beträgt das Produkt aus ,ff und der f-Zahl des Obiektivs
das 1,84fache des negativen Wertes von
während .f und .f3 das 1,11-bzw. das 1,02fache des Ausdruckes
d. h. 2,414 f5 bzw. 1,707 f5. Diese Werte entsprechen im Beispiel 1I 2,441
Fo bzw. 1,726 Fo und im Beispiel III 2,462 Fo bzw. 1,741 Fo. Der Abstand zwischen
den beiden vorbestimmten Einstellagen ist gleich der Differenz aus den beiden Konjugiertenabständen
und beträgt 0,715 Fo im Beispiel 1I und 0,721 Fo im Beispiel III. Auf diese Weise
ist es möglich, wie bereits oben erwähnt wurde, zwei Einstellbereiche für die äquivalente
Brennweite des Objektivs unter Beibehaltung der gleichen Bildebene zu erhalten,
wobei der Ubergang von dem einen Einstellbereich in den anderen in einfacher Weise
durch Verschiebung des mittleren Systemteils des hinteren Linsensystems aus der
einen Arbeitsstellung in die andere erfolgt. In beiden Ausführungsbeispielen ist
das hintere Linsensystem ein modifiziertes, für sich korrigiertes optisches System,
wobei die Abänderungen an diesem System dazu dienen, die stabilisierten restlichen
Aberrationen des vorderen Linsensystems, wie dies in Zusammenhang mit Beispiel I
erwähnt wurde, zu kompensieren, wobei diese Kompensation in beiden Einstellagen
des mittleren Systemteiles wirksam ist.
beträgt. Der Krümmungsradius RS der inneren Berührungsfläche des Verbundgliedes
der mittleren Linsengruppe des vorderen Linsensystems beträgt das 0,37fache des
numerischen Wertes von f2, und dic Differenz zwischen den mittleren Brechungsindizes
der Materialien der beiden Linsen dieses Verbundgliedes beträgt 0,017, während die
Differenz der Abbeschen V-Zahlen dieser Materialien 22,8 beträgt Der gesamte axiale
Verschiebungsweg dieser mittleren Linsengruppe beträgt 1,85 Fo.
-
Die vorderste Linsengruppe des vorderen Linsensystems im Beispiel
II ist von dem der Beispiele] und III verschieden ausgebildet und so an die Verwendung
einer zerstreuenden inneren Berührungsfläche des mittleren Linsensystems angepaßt.
Sc besteht zwar im Beispiel 1I diese vorderste Linsengruppe aus einem Verbundglied,
jedoch ist seine innere Berührungsfläche in diesem Falle nach vorn konkav, und das
Material der vorderen Linse diese Gliedes besitzt einen niedrigeren mittleren Brechungsindex
und eine höhere Abbesche V-Zahl als das Material des hinteren Elementes. Die Differenz
der mittleren Brechungsindizes dieser Materialien beträgt
0,105
und die der Abbeschen V-Zahl 23,8. Die Radien R1 und R3 betragen 0,62 f bzw. 6,88.f,.
-
Die innere Berührungsfläche des die hinterste Linsengruppe des vorderen
Linsensystems bildenden Verbundgliedes ist zerstreuend, und ihr Krümmungsradius
Rlo beträgt 0,21 .ß. Die Materialien der beiden Linsen dieses Gliedes besitzen mittlere
Brechungsindizes, die sich um 0,252 unterscheiden, während die Differenz der Abbeschen
V-Zahlen 37,5 beträgt.
-
Die Steuervorrichtung für das Objektiv kann in unterschiedlicher Weise
ausgebildet sein; in F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Vorrichtung
schematisch beispielsweise dargestellt. Hierbei ist die vorderste, mittlere und
die hinterste Linsengruppe des vorderen Linsensystems jeweils mit f1, B bzw. C bezeichnet,
während das hintere Linsensystem mit E bezeichnet ist. Ferner bezeichnet E' einen
Einstellring für die Blende und EZ einen zweiten Einstellring für die Verschiebung
des mittleren Systemteiles des hinteren Linsensystems aus der einen in die andere
der beiden vorbestimmten Einstellagen zur Änderung des Einstellbereiches der äquivalenten
Brennweite, d. h. von dem unteren Einstellbereich in den oberen Einstellbereich
und umgekehrt. Die drei Linsengruppen des vorderen Linsensysterns sind in der Lage
dargestellt, die sie in dem unteren Ende des Einstellbereiches einnehmen und die
hier als Ausgangslage bezeichnet ist.
-
Die divergente mittlere Linsengruppe B des vorderen Linsensystems
ist mittels einer Mutter F' angetrieben, die gegen Verdrehung gesichert auf einem
Schraubengewinde F gelagert ist, das seinerseits mittels Zahnräder F2, F3 von einem
mit G bezeichneten Einstellelement für die äquivalente Brennweite aus derart angetrieben
wird, daß das Maß der Verschiebung der mittleren Linsengruppe in einem linearen
Verhältnis zu dem Maß der Bewegung dieses Einstellelementes steht.
-
Das Einstellelement G für die äquivalente Brennweite wirkt ferner
über Zahnräder H', H' auf eine hohle Trommel H ein, die eine Steuerkurve
H3 aufweist. Eine Rolle J', die in die notförmige Steuerkurve 113 eingreift, wird
von einer Zahnstange J getragen, die unmittelbar auf die hinterste Linsengruppe
C des vorderen Linsensystems einwirkt und die diese verschiebt. Eine zweite Zahnstange
K zur Betätigung der vordersten Linsengruppe :1 des vorderen Linsensystems wird
von der vorgenannten Zahnstange J mittels eines Zahnritzels K' derart angetrieben,
daß die beiden Zahnstangen und demzufolge auch die beiden Linsengruppen :1 und C
einander gleiche, jedoch einander entgegengesetzte Verschiebebewegungen ausführen.
-
Die Steuerkurve H3 ist so gestaltet, daß, während die divergente mittlere
Linsengruppe B sich von
dem einen Ende ihres Verschiebungsbereiches bis zu
dem anderen hin bewegt, die hinterste Linsengruppe C und die vorderste Linsengruppe
.-I sich zuerst nach außen und voneinander weg und dann nach innen und aufeinander
zu in ihre Ausgangslagen zurückbewegen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
macht die Trommeln eine vollständige Umdrehung für die Verschiebebewegung von dem
einen Ende des Einstellbereiches zu dem anderen, wobei die Verschiebebewegungen
nach außen und die Rückbewegung jeder der Linsengruppen 2l und C einander ähnlich
sind. Die Steuerkurve bzw. Führungsnut ist in bezog auf das Schraubengewinde F so
gestaltet, daß die äquivalente Brennweite des Objektivs in LJbereinstimmung mit
einem annähernd logarithmischen Gesetz gegenüber der Bewegung des Einstellelementes
G verändert wird, so daß die Größe des resultierenden Bildes sich in einem Maße
ändert, das in einem annähernd linearen Verhältnis zu der Bewegung des Einstellelementes
G steht. Es ist besonders zti beachten, daß die gesamten Verschiebebewegungen der
Linsengruppen .A und C verhältnismäßig klein sind, so daß die Steigung der Steuerkurve
gering ist.
-
Eine Fokussierung auf geringe Gegenstandsweiten erfolgt mittels eines
Entfernungseinstellelementes L, indem der vordersten Linsengruppe .9 eine zusätzliche
Verschiebebewegung nach vorn überlagert wird. Zu diesem Zweck treibt das Entfernungseinstellelement
L ein Schraubengewinde Al an, und eine auf diesem Schraubengewinde gelagerte, verdrehtest
gehaltene Mutter M' bewegt das Zahnritzel K' derart, daß dieses um die Hälfte der
der vordersten Linsengruppe A zu erteilenden Verschiebung zur Einstellung der Entfernung
verschoben wird. Infolge der Selbstsperrung des Schraubengewindes wirkt dieses als
ein Anschlag, der eine translatorische Bewegung des Ritzels K' während der Verschiebungen
zur Veränderung der Brennweite verhindert, solange nicht das Entfernungseinstellelement
L betätigt wird. In gleicher Weise wirkt der Eingriff der Rolle J' in die Führungsnut
F13 (infolge der Tatsache, daß deren Steigung gering ist) als ein Anschlag, der
eine Verschiebung der hintersten Linsengruppe C des vorderen Linsensystems während
der Bewegungen zur Einstellung der Gegenstandsweite verhindert, solange nicht das
Einstellelement G für die äquivalente Brennweite betätigt wird. Die Veränderung
der Brennweite und die Veränderung der Entfernungseinstellung können jedoch gewünschtenfalls
auch gleichzeitig erfolgen.
-
Die Zahnstange J ist so ausgebildet; daß das Gesamtgewicht dieser
Zahnstange und der Linsengruppe C annähernd gleich dem der Zahnstange K und der
Linsengruppe A ist, so daß die beiden sich entgegengesetzt bewegenden Einheiten
gegenseitig als Gegengewicht wirken, sobald die optische Achse des Objektivs aus
ihrer normalen horizontalen Lage heraus verschwenkt wird, was dann eintritt, wenn
Objekte unter einem zur Waagerechten geneigten Winkel photographiert werden sollen.
Die Linsengruppen A und C, die bei praktischen Ausführungsformen verhältnismäßig
schwer sein können, werden deshalb in diesem Falle nicht versuchen, die Steuervorrichtung
ihrerseits anzutreiben, wenn das Objektiv verschwenkt wird. Die Linsengruppe B kann
ebenfalls infolge der Selbstsperrung des Schraubengewindes ebenfalls nicht seinerseits
die Verstellvorrichtung antreiben, sobald die Uhersetzungsverhä ltnisse der Zahnräder
F2, F3 und 11', 1l2 und die Größe des Durchmessers der Trommel 11 zu dem
Durchmesser der Schraubenspindel F so gewählt werden, daß das Schraubengewinde F
keine zu große Steigung erhalten muß.
-
Es ist ersichtlich, daß außer dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
weitere Ausführungsformen möglich sind.
-
Es ist ferner ersichtlich, daß die obengenannten drei Ausführungsbeispiele
für den Aufbau des Objektivs, für die Zahlenwerte angegeben sind, ebenfalls
als
Beispiele angegeben sind und daß die Erfindung auch in vielerlei anderer Weise verwirklicht
werden kann. So ist z. B., wie bereits erwähnt wurde, eine Vielzahl von unterschiedlichen
hinteren Linsensystemen an Stelle der beschriebenen verwendbar. Es ist ebenfalls
für die Erfindung nicht von erheblicher Bedeutung, daß in dem hinteren Linsensystem
eine asphärische Oberfläche verwendet wird. Ähnliche Ergebnisse hinsichtlich der
Korrektion von Aberration können auch ohne eine solche asphärische Oberfläche bei
einem komplizierteren Aufbau des hinteren Linsensystems erzielt werden.
-
Die in F i g. 5 bis 10 dargestellten Aberrationsdiagramme beziehen
sich auf Beispiel III, wobei ein bewegbarer Systemteil in der hinteren Linsengruppe
des Objektivs vorgesehen ist, um zwei Änderungsbereiche der äquivalenten Brennweite
zu schaffen. Die Diagramme der F i g. 5 bis 7 zeigen den Grad der Aberrationskorrektion,
die in dem unteren Änderungsbereich erreicht wird, während die F i g. 8 bis 10 auf
gleiche Weise für den oberen Änderungsbereich gelten. Jede Figur umfaßt fünf Diagramme
a, b, c, _d, e; von denen sich die ersten drei, a b und c, auf Strahlen in einer
Meridionalebene durch das Objektiv beziehen und sich die restlichen zwei, d und
e auf in einer T tialebene senkrecht zu der Meridionalebeneende schiefe bzw. Schrägstrahlen
beziehen.
-
Die Lage jedes Punktes der Kurve in jedem Diagramm stellt den Abstand
zwischen dem Punkt, in dem ein bestimmter Strahl das endgültige Bild durchschneidet,
und dem idealen Punkt dar, in dem dieser ..-Strahl die Ebene durchschneiden würde,
wenn keine restliche Aberration vorhanden wäre. Dieser Fehler wird durch die horizontale
Koordinate angegeben, und zwar zeigt in den Diagrammen a b und _c in jeder Figur,
die sich auf die meridionaln Strahlen beziehen, ein rechts von der vertikalen A_
chse liegender Punkt an, daß der Schnittpunkt von der optischen Achse weiter entfernt
ist als der ideale Punkt, während ein links von der vertikalen Achse liegender Punkt
anzeigt, daß der Schnittpunkt des Strahls näher an der optischen Achse liegt als
der ideale Punkt. In den Diagrammen d und e für die schiefen bzw. Schrägstrahlen
wird der Fehler in tangentialer Richtung auf der einen oder anderen Seite eines
idealen Punktes auf einer relativ zur optischen Achse radialen Linie gemessen.
-
Die vertikale Koordinate in jedem Diagramm ist in f-Blendenzahlen
eingeteilt, so daß sich jeder Punkt der Kurve auf einen Strahl bezieht, der in das
Objektiv in einem der f-Zahl entsprechenden - Abstand von der optischen Achse eintritt.
Bei parallel zur optischen Achse verlaufenden Strahlen entspricht eine relative
Öffnung von Null selbstverständlich der optischen Achse, während bei schrägen bzw.
schiefen Strahlen ein Strahl mit der Apertur Null der Hauptstrahl ist, der die optische
Achse in der Mitte der Irisblende schneidet.
-
Die Diagramme der F i g. 5 beziehen sich auf die kleinste äquivalente
Brennweite Fo im unteren Änderungsbereich und die Diagramme der F i g. 7 auf die
größte äquivalente Brennweite F," in diesem unteren Änderungsbereich, während sich
die Diagramme der F i g. 6 auf die mittlere äquivalente Brennweite
im unteren Änderungsbereich beziehen. Ebenso beziehen sich die Diagramme der F i
g. 8 auf die kleinste äquivalente Brennweite Fö im oberen Änderungsbereich und die
der F i g.- 10 auf die größte äquivalente Brennweite F,'" im oberen Änderungsbereich,
während sich die Diagramme der F i g. 9 auf die mittlere äquivalente Brennweite
im oberen Änderungsbereich beziehen (wobei Fö und F,'" im Beispiel jeweils gleich
2 Fo bzw. 2 F", sind).
-
In dem Beispiel deckt das Objektiv ein Bildformat von 2 F0/5,
so daß bei einem rechteckigen Bildfeld die Länge der Diagonale 2F0/5 und der Feldradius
F,/5 beträgt. In allen Figuren entsprechen das Diagramm a einem Feldradius von Null,
die Diagramme _b und d einem Feldradius von Fa/8 und die Diagramme c und .e einem
Feldradius von Fol5.
-
Die Größe der Fehler in den Diagrammen wird durch den Maßstab der
horizontalen Koordinate angegeben, wobei die in jedem Diagramm die horizontale Achse
auf jeder Seite des Koordinatenursprungs durchschneidenden Markierungen einen Fehler
von 0,0025 Fo anzeigen.
-
Diese' Diagramme geben die notwendige Information in bezug auf monochromatische
Aberrationen. So zeigt z. B. eine S-förmige Kurve, die auf beiden Seiten der vertikalen
Achse gut ausgeglichen ist, eine gute Komakorrektion an, und die Größe der Fehler
ist in diesem Fall eine Folge des Vorhandenseins einer axialen oder schrägen sphärischen
Aberration. Diese Kurven zeigen somit, wie gut alle Arten dieser Aberrationen ausgeglichen
wurden. Weiterhin umfassen die Meridionalstrahlenkurven die Wirkungen der Bildfeldkrümmung
und des tangentialen Astigmatismus, während die Kurven der Schrägstrahlen die Wirkungen
der Bildfeldkrümmung und des sagittalen Astigmatismus umfassen. Der Betrag der Vignettierung
wird durch die vertikale Ausdehnung der verschiedenen Kurven angegeben.
-
Aus diesen Diagrammen geht eindeutig hervor, daß gemäß der Erfindung
in dem ganzen unteren Änderungsbereich ein außerordentlich hoher Korrektionsgrad
der monochromatischen Aberrationen erzielt wird und daß der Korrektionsgrad in dem
oberen Änderungsbereich, obgleich nicht ganz so hoch wie im unteren Bereich, immer
noch sehr gut ist.
-
Hinsichtlich der Korrektion chromatischer Aberrationen, die in diesen
Diagrammen nicht dargestellt sind, ergeben die Beispiele der Erfindungsunterlagen
einen ausreichend guten Korrektionsgrad in beiden Bereichen ohne größere Schwankungen
bei Änderung der äquivalenten Brennweite.