DE3118561C2

DE3118561C2 - Kopierobjektiv mit veränderbarer Brennweite

Info

Publication number: DE3118561C2
Application number: DE3118561A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Saitama Itoh
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1980-05-13
Filing date: 1981-05-11
Publication date: 1983-09-15
Also published as: JPS6140086B2; US4359269A; GB2076990B; JPS56159614A; GB2076990A; DE3118561A1

Abstract

Eine Kopieroptik mit variabler Brennweite oder variabler Brechkraft hat eine mittlere Spanne variabler Vergrößerung mit besonders guter Kompensation der Verzerrungs-Aberration und ist von kompakten Abmessungen. Das Linsensystem weist in der Reihenfolge von der Objektseite her eine erste Linsengruppe mit einer negativen Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit einer negativen Brennweite auf. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe sind gleichzeitig mit der Veränderung der Position der Gesamtoptik veränderbar, so daß der Abstand zwischen der Objektfläche und der Bildfläche unverändert bleibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kopierobjektiv entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche I und 2. Ein derartiges Kopierobjektiv ist aus der GB-PS 13 86 175 bekannt.

Bisher bekannte Kopierobjektive können in zwei tem Abbildiingsmaßstab gezeichnet sind.

In dem erfindungsgemäßen Kopierobjektiv mit veränderbarer Brennweite befinden sich der Reihe nach von der Objektseite her eine erste Linsengruppe mit negativer Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit positiver Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit wiederum negativer Brennweite. Der Abstand zwischen der rsten und der zweiten Linsengruppe und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe kann verändert werden, während gleichzeitig der Abstand zwischen Objektebene und Bildebene konstant bleibt. In diesem Kopierobjektiv mit veränderbarer Brennweite dienen die erste und drit:e Linsengruppe hauptsächlich dazu, den Abstand zwischen Objektebene und Bildebene konstant zu halten, während die Verschiebung der zweiten Linsengruppe hauptsächlich den Zweck hat. die Brennweite des Objektivs zu verändern. Die erste Linsengruppe besteht, von der Objekiscite her betrachtet, aus einer

I \J V. 11 ^ 1-ΊΙ, t ( .1

C Il ill CMICII

.Ill LUUIILJIIlISt UIIU

großen Vergrößerungsbereich, der von Verkleinerung bis zur Vergrößerung reicht, während die zweite Gruppe einen engeren Bereich der Vergrößerungen hat, der lediglich eine Verkleinerung und eine Abbildung in Originalgröße oder eine Abbildung in Originalgröße und Vergrößerung ermöglicht. Ein Objektiv der ersten Gruppe ist in der IP-OS 55/11260 der Anmelderin beschrieben. Das Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe dieser Objektive ist groß, was dazu führt, daß die Linsensysteme große Abmessungen haben. Außerdem benötigen die Linsensysteme drei oder vier einzelne Linsengruppen, was zur Folge hat. daß die Einzelbewegungen der Linsengruppen sehr kompliziert sind, damit sie der Forderung nach konstantem Abstand zwischen Objektebene und Bildebene genügen.

Zur zweiten Gruppe gehörende Objektive sind in der DE-OS 30 22 732 beschrieben. Diese Objektive haben eine asymmetrische Konstruktion, weshalb die Brennweitenveränderung und ihre Leistungsfähigkeit in gewissem Maße begrenzt sind.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Objektiv der genannten Art zu schaffen, welches im Gegensatz zum Stand der Technik auf besondere Weise neben der sphärischen und chromatischen Aberration die Verzeichnung kompensieren kann, wobei das Objektiv mit kompakter Bauweise leicht zu handhaben sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale gelöst, wie sie sich aus dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 ergeben.

Dem eingangs genannten Stand der Technik ist die vorliegende ErfmJung insbesondere hinsichtlich der astigmatischen Abweichungen in meridionaler und sagittaler Richtung überlegen. Dies gilt auch hinsichtlich der chromatischen Aberration, da bei dem genannten Stand der Technik die erste und dritte Linsengruppe nur jeweils aus einer einzelnen Linse aufgebaut isL

Die Beschreibung der Erfindung erfolgt im einzelnen anhand der Zeichnung.

F i g. 1 und 3 zeigen einen Objektivaufbau von zwei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung: r, bezeichnet den Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche, d, die Linsendicke oder den Abstand zwischen zwei Linsenflächen und A eine Blende,

Fig.2 und 4 sind Diagramme von verschiedenen Aberrationen der Objektive nach den F i g. 1 und 3, wobei insbesondere mit (a), (b)\ma (c) Aberrationskurven bei unverändertem, verkleinertem oder vergrößerkonkaven Sammellinse. Die zweite Linsengruppe besteht im wesentlichen aus einem Linsentyp, wie er in Kopierobjektiven fester Brennweite verwendet wird, und hat eine Aperturblende eingefügt. Von der Blende zur Objektseite hin setzt sich der eine Teil der zweiten Linsengruppe zusammen aus einer konvex-konkaven Sammellinse mit der konkaven Fläche zur Blende hin und einer verklebten Linje aus einer konvex-konkaven Zerstreuungslinse mit der konkaven Fläche zur Blende hin und einer konvex-konkaven Sammellinse mit der konkaven Fläche zur Blende hin. Der zweite Teil der zweiten Linsengruppe setzt sich i;i der Richtung von der Blende A zur Bildseite hin zusammen aus einer konkav-konvexen Sammellinse mit konkaver Fläche auf der Seite der Blende und einer verklebten Linse aus einer konkav-konvexen Zerstreuungslinse mit konkaver Fläche zur Seite der Blende und einer konkav-konvexen Sammellinse mit konkaver Fläche zur Seite der Blende. Die dritte Linsengruppe besteht aus zwei Linsen, die. in der Reihenfolge von der Bildseite her, eine konvex-konkave Zerstreuungslinse und eine konvex-konkave Sammellinse sind, wobei die beiden konvexen Flächen der Bildseite zugewandt sind. Das gesamte Linsensystem erfüllt nachfolgende Bedingungen:

£1 <3.o.

m_ml„

-0.5 <L·™- < -o.l,
/ι

-0.5 <^-<-0.1,
/πι

0.03 < ^LU < 0.15.

J max

0.03

0.1

[.III

J ma

S 0.15,

J max
■ If,6 I

S 0,35,

0.1 <^S0.35(r_!6<0).

J max

(D
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)

Hierin bedeuten:

IUrnm ITIm .n A,

/i
/Il

/in
JOi. ti

JAl. Ill

der maximale Vergrößeriingsfakior im Brenn Wellenbereich:

der minimale Vergroßerungsfaktor im Brenn weitenbereich;
das Vcrgrößerungsverhältnis;
die Objektivbrennweite bei einem Abbildungsverliältnis von 1:1;
die Brennweite der ersten Linsengruppe:
die Brennweite der zweiten Linsengruppe. die Brennweite der dritten l.ins. n-jnippc;
die maximale Differenz de* \bstande<. /wischen der ersten und zweiten Linsen gruppe;

die maximale Differenz des Abstandes zwischen der /weiten iii-J dritten Linsengruppe;
der Krümmungsradius der Sammellinse der

der Krümmungsradius der Sammellinse tier dritten Linsengruppe.

Die erste Linsengruppe besteht in der Reihenfolge von der Objektseite her aus wenigstens einer zerstreuenden Meniskuslinse mit zur Objektseite gerichteter konvexer Oberfläche und wenigstens einer sammelnden Meniskuslinse mit zur Objektseite gerichteter komexer Oberfläche. Die dritte Linsengruppe besteht in der Reihenfolge von der Bildseite her aus wenigstens einer zerstreuenden Meniskuslinse mit konvexer Oberfläche zur Bildseite und wenigstens einer sammelnden Meniskuslinse mit konvexer Oberfläche zur Bildseite. Durch diese Anordnung werden für die Linsengruppen die chromatische Aberration kompensiert und die Verzeichnung im Gesamtvariobereich sehr stark verkleinert, während Schwankungen der Aberrationen, speziell der Verzeichnung vermindert sind.

Mit dem Aufbau der zweiten Linsengruppe, in der alle konkaven Linsenflächen zur Aperturblende hin gerichtet sind, wird dasselbe erzielt.

Die oben aufgeführten Bedingungen werden nun im einzelnen erläutert.

Bedingung (1) bestimmt den Bereich des Vergrößerungsverhältnisses. Wenn die untere Grenze unterschritten wird, dann ist das Brennweiten-Änderungsverhältnis besonders klein. Wenn hingegen die obere Grenze überschritten wird, dann ist es unmöglich, ein kompaktes Kopierobjektiv mit variabler Brennweite zu bauen.

Die Bedingungen (2), (3), (4) und (5) betreffen die Brechkraft. Wenn die obere Grenze der Bedingungen (2) und (3) überschritten wird, dann sind, obwohl das Linsensystem sehr klein gebaut werden kann, die Beträge der negativen Brechkräfte der ersten und dritten Linsengruppe zu groß, so daß die Krümmungen der einzelnen Linsenflächen zu stark sein müssen. Dies führt /u Schwankungen der sphärischen Aberration und des Astigmatismus und zu einer Zunahme des Astigmatismus bei der Brennweitenveränderung. Wird hingegen die untere Grenze unterschritten, dann werden, wenn auch dadurch eine gute Aberrationskompensation erzielt wird, die Abstände zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe und zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe größer, so daß das Gesamtobjektiv zu lang wird.

Wenn unter den Bedingungen (2) und (3) die untere Grenze der Bedingungen (4) und (5) unterschritten wird, dann kann leicht das Gesamtobjektiv klein gebaut werden. Um dann die Brennweite zu verändern, ist es notwendig, die negativen Brechkräfte der ersten und dritten Linsengruppe zu vergrößern. Dies ist jedoch mit Hinblick auf die Aberrationskompensation nicht erwünscht. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ist es nicht möglich, das Linsensystem klein zu machen.

Bedingung (6) betrifft die erste Linsengruppe. Wenn die untere Grenze unterschrissen wird, darin wird die Krümmung der Linsenfläche zu groß, wodurch sich in hohem Maße Aberrationen ergeben. Dies ist für ein Linsensystem mit sich gegeneinander bewegenden Teilen nicht brauchbar. Wenn die obere Grenze überschritten wird, ist es, wenn dabei auch die Aberrationskorrektur zufriedenstellend ist. erforderlich, die Brechungsfaktoren der verschiedenen Linsengruppen zu verringern, was dazu führt, daß das Objektiv größer wird.

Die Bedingung (7). die sich auf die dritte Linsengruppe bezieht, wurde aus denselben Gründen wie die Bedingung (6) formuliert.

Das Vergrößerungsverhältnis des erfindungsgemäßen Varioobjektivs enthält auch das Abbildungsverhältnis I : 1, und der Vergrößerungsfaktor bei der stärksten Vergrößerung übersteigt nicht den Wert 2. Es werden dadurch gute Eigenschaften erzielt, auch wenn bezüglich der Begrenzungsblende eine symmetrische Linsenkonstruktion gewählt wird.

Es werden jetzt zwei Objektive 1 und 2 beschrieben und in einer Tabelle unten aufgeführt, worin bedeuten:

die Gesamtbrennweite.

das Bildfeld,

Blendenzahl F( = 5,7).

der Vergrößerungsfaktor,

effektives Öffnungsverhältnis gemäß Gleichung

^NA=

W_mM die Maximalhöhe eines Objekts,

jw die Maximalhöhe des Bildes,

r, der Krümmungsradius der Men-Linsenfläche,

dj die Dicke einer Linse oder der Luftabstand

zwischen benachbarten Linsen,
N die Brechzahl für die d-Linie und
ν die Abbe-Zahl.

9 Objektiv 1

1:5.7

ω -NA = m =

**max ⁼

245.3 ~ 256.0 ~ 248.0 13.8° ~ 16.3° ~ 14.1° 0.053 ~ 0.044 ~ 0.036

-0.67- -1 1.414

JW = 150

Linsen-	r	d	4.00	/V	-0.67	V	-1.414
näche .			7.07
1	107.969	8.00	1.51633	64.1
2	54.495	3.00
3	54.739	9.10	1.51823	59.0
4	80.535	9.36
5	51.496	5.00	1.69680	55.5
6	114.028	4.50	1.60342	38.0
7	40.394	30.10
8	65.366	4.50	1.65160	58.6
9	121.506	5.00
10	- 149.350	11.05	1.65160	58.6
11	- 74.670	9.10
12	-42.391	3.00	1.57501	41.5
13	-136.193	8.00	1.67000	57.4
14	-56.934	3.10
15	-97.001	4.00	1.51823	59.0
16	-54.974
17	- 54.650	Vergrößerung	1.55963	61.2
18	-114.084	-1
Variabler Abstand

tn_max/m_mi„ = 2.11,

fmJf\ = -0.335
/««//m =-0.253,

//™, = 0.0586,

3.00	(D	17.997	14.174	(5)
3.00	(2)	17.997	14.174	(6)
	55 (3)	■A Al. Ill ^fmax ~	0.0586,	(7)
	(4)	*^ripffmax ⁼ r^/fn*	,„ = 0.214,
	l/-,„,l//„„ = \|i	^ri6l//_mttx = 0-215.

	-255.1 ~	31 18	247.1	ι!	4.00	(D	5	(3)	561	N	-0.67	12	V	-1.414	(5)
11	- 16.4° ~		14.2°		5.09	(2)	(4)			15.939			12.646	(6)
Objektiv 2	- 0.044 ~		0.036	8.00	Hierzu 4 Blatt		1.58913	15.939		61.0	12.646
1:5.7	1		■1.414	3.00			Λ/>1\|, Hilf max ⁼			0.0507,	(7)
/ - 244.5	150		0.50		1.56883	*^r\flfmax ~ ^r}lfn*		56.3	αχ; = 0.213,
ω - 13.9° -	r	8.13
NA - 0.053		5.0(1		1.69680	\ rill p\ If max ⁼ I		55.5	'ie!//«« = ⁰·²¹³"
m - -0.67	106.058	4.50		1.60342			38.0
***mmx " J max**	53.925	29.84			Zeichnungen
Linsen-	54.457	4.50	1.65160		58.6
fläche	OH.ZJZ	5.00
1	52.141	8.13	1.65160	58.6
2	102.230	9.50
3	40.624	3.00	1.60342	38.0
	69.00⁷	8.0(.	1.69680	55.5
5	136.414	5.09
6	-136.414	4.00	1.56883	56.3
7	- 69.007
8	-40.624	Vergrößerung	1.58913	61.0
9	- 1U2.23O	-1
10	-52.141	3.00
11	- 84.252	3.00
12	-54.457
13	-53.925
14	-106.058
15	Variabler Abstand
16
17	d<
18	du
	^mmaxl^mmin ⁼ 2.11 ,
	fmJfi = ■ -0.330

	fmax'fm = -0.330,
Λ A. II If *max=* 0.0507,

Claims

Patentansprüche:

1. Kopierobjektiv veränderbarer Brennweite zur Abbildung zwischen einer ortsfesten Objektebene und einer ortsfesten Bildebene, mit einer inneren Linsengruppe positiver Brennweite, die in symmetrischer Anordnung zu einer Aperturblende von innen nach außen jeweils eine sammelnde Meniskuslinse mit blendenseitig konkaver Fläche, ein Kittglied, bestehend aus einer zerstreuenden Meniskuslinse mit blendenseitig konkaver Fläche und einer sammelnden Meniskuslinse, enthält, und zwei negative äußere Linsengruppen, die jeweils aus einer zerstreuenden, bildseitig konvexen Meniskuslinse und einer sammelnden Meniskuslinse bestehen, wobei die vordere und hintere Linsengruppe relativ zur inneren Linsengruppe bewegbar angeordnet sind und das gesamte Objektiv zwischen Objekt- und Bildebene verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv folgende Konstruktionsdaten aufweist:

1:5.7

/ = 245.3-256.0-248.0

ω = 13.8° ~ 16.3°-14.1°

HA = 0.053 - 0.044 ~ 0.036

m = -0.67 1 1.414

!/-„ν = y««x = 150

Linsen- T d N -0.67 V -1.414 Hache 17.997 14.174 1 107.969 4.00 1.51633 17.997 64.1 14.174 2 54.495 7.07 3 54.739 8.00 1.51823 59.0 4 80.535 3.00 5 51.496 9.10 1.69680 55.5 6 114.028 9.36 1.60342 38.0 7 40.394 5.00 8 65.366 4.50 1.65160 58.6 9 121.506 30.10 10 - 149.350 4.50 1.65160 58.6 U - 74.670 5.00 12 -42.391 il.05 1.57501 41.5 13 - 136.193 9.10 1.67000 57.4 14 -56.934 3.00 15 -97.001 8.00 1.51823 59.0 16 - 54.974 3.10 17 - 54.650 4.00 1.55963 61.2 18 - 114.084 Variabler Abstand Vergrößerung -I 3.00 3.00

f die Gesamtbrennweite,

ω das Bildfeld,

F Blendenzahl Fl = 5,7),

m der Vergrößerungsfaktor,
NA effektives Öffnungsverhältnis gemäß Gleichung

die Maximalhöhe eines Objekts, die Maximalhöhe des Bildes, der Krümmungsradius der /-ten-Linsenfläche,

die Dicke einer Liese oder der Luftabstand zwischen benachbarten Linsen, die Brechzahl für die d-Linie und dieAbbf.-ZahL

2. Kopierobjektiv veränderbarer Brennweite zur Abbildung zwischen einer ortsfesten Objektebene und einer ortsfesten Bildebene, mit einer inneren Linsengruppe positivei- Brennweite, die in symmetrischer Anordnung zu einer Aperturblende, von innen nach außen jeweils eine sammelnde Meniskuslinse mit blendenseitig konkaver Fläche, ein Kittglied, bestehend aus einer zerstreuenden Meniskuslinse mit blendenseitig konkaver Fläche und einer sammelnden Meniskuslinse, enthält, und zwei negative äußere LinseDgruppen, die jeweils mit einer zerstreuenden, bildseitig konvexen Meniskuslinse und einer sammelnden Meniskuslinse bestehen, wobei die vordere und hintere Linsengruppe relativ zur inneren Linsengruppe bewegbar angeordnet sind und das gesamte Objektiv zwischen Objekt- und Bildebene verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv folgende Konstruktionsdaten aufweist:

1:5.7

/ = 244.5 ~ 255.1 ~ 247.1

t) = 13.9° ~ 16.4° ~ 14.2°

NA = 0.053 ~ 0.044 ~ 0.036

m = -O.67~-1~-1/U4

//-,„, = y„,„r = 150

Linsen- r d N -0.67 V -1.414 fläche 15.939 12.646 1 106.058 4.00 1.58913 15.939 61.0 12.646 2 53.925 5.09 3 54.457 8.00 1.56883 56.3 4 84.252 3.00 5 52.141 9.50 1.69680 55.5 6 102.230 8.13 1.60342 38.0 7 40.624 5.00 8 69.007 4.50 1.65160 58.6 9 136.414 29.84 10 - 136.414 4.50 1.65160 58.6 11 - 69.007 5.00 12 -40.624 8.13 1.60342 38.0 13 -10? 230 9.50 1.69680 55.5 14 -52.141 3.00 15 - 84.252 8.00 1.56883 56.3 16 - 54.457 5.09 17 - 53.925 4.00 1.58913 61.0 18 - 106.058 Variabler Abstand Vergrößerung -1 <U 3.00 d,i 3.00

f die Gesamtbfennweite.

«) das Bildfeld.

F Blendenzahl F( = 5.7),

V-I =

2/-I1 -IwI)

Hm

Γ,

d,

N
ν

, die Maximalhöhe eines Objekts,
die Maximalhöhedes Bildes,
der Krümmungsradius der /-ten-Lin
die Dicke einer Linse oder der Luftabstand zwischen benachbarten Linsen,
die Brechzahl für die d- Linie und
die Abbe-Zahl.