CH655802A5

CH655802A5 - Objektivsystem mit einer in einem grossen bereich veraenderlichen brennweite, das mit asphaerischen oberflaechen versehen ist.

Info

Publication number: CH655802A5
Application number: CH7192/80A
Authority: CH
Inventors: Edgard Alfred Hugues; Jean-Marie Bacchus; Jan Haisma
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1986-05-15
Also published as: SE450917B; US4416518A; AU536162B2; GB2062280B; IT8024916A0; NL8005339A; FR2466785B1; SE8006688L; IT1132751B; AU6288680A; JPS5657018A; DE3035744A1; FR2466785A1; GB2062280A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektivsystem mit veränderlicher Brennweite und fester Bildebene, das aus Gruppen von Linsen zusammengestellt ist, wobei in mindestens zwei Gruppen eine Linse mit einer einzigen asphärischen Oberfläche vorhanden ist.

In der deutschen Offenlegungsschrift 2 625 058 ist ein Objektivsystem dieser Art beschrieben. Es weist das Merkmal auf, dass es nur durch zwei Gruppen von Linsen gebildet wird, die beide bewegbar sind.

Das Objektivsystem nach dieser Offenlegungsschrift weist zwei Arten von Nachteilen auf. Einerseits sind seine optischen Möglichkeiten beschränkt und führen zu einer Änderung der Brennweite mit einem Brennweitenverhältnis, das kaum grösser als 2 ist, wobei die Toleranzen berücksichtigt sind, die für die chromatischen und achromatischen Aberrationen erfüllt werden müssen. Andererseits bleibt, obwohl durch das Einführen einer asphärischen Oberfläche in jede der Gruppen die Anzahl zusammenstellender Elemente jeder Gruppe beschränkt ist, diese Anzahl hoch, was die mechanische Herstellung des Objektivsystems, insbesondere des Teiles, der für die gegenseitige Verschiebung der Gruppen sorgen muss, verwickelt macht.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteilen zu begegnen und insbesondere den Bereich, innerhalb dessen sich die Brennweite ändert, zu vergrössern. Nach der Erfindung werden ebenfalls eine Anzahl asphärischer Oberflächen benutzt, so dass die Anzahl der zusammenstellenden Elemente des Objektivsystems verkleinert wird, wobei, weil die bewegbaren Gruppen letzten Endes nur ein einziges Element enthalten, das Objektivsystem dann eine einfache mechanische Struktur aufweist. Da die bewegbaren Gruppen nur durch ein einziges optisches Element gebildet werden, besitzen sie eine kleine Masse, wodurch es für ihre Verschiebung möglich wird, Mittel mit ebenfalls einer kleinen Masse zu verwenden, die beispielsweise von Mikroprozessoren gesteuert werden.

Im Objektivsystem nach der Erfindung wird ein Prinzip zum «Ausgleichen» der Änderung der Brennweite benutzt, das in optischen Systemen zur Sicherstellung der Stabilität der Bildebene verwendet wird.

Im Objektivsystem nach der Erfindung wird insbesondere ein mechanisches Prinzip zum Ausgleichen der Brennweitenänderung mit fester Bildebene benutzt. Nach diesem Prinzip werden der Abstand zwischen den Gruppen und deren Verschiebung von einem analytischen Gesetz abhängig gemacht, das durch Berechnung bestimmt wird. Dieses Prinzip eignet sich besonders gut zum Ausgleichen bei Brennweitenänderungen mit grossen Brennweitenverhältnissen.

Nach dem Stand der Technik wurde dieses Prinzip bereits angewandt, und es benutzt das sogenannte Delano-Diagramm (siehe den Aufsatz von Besenmatter «Analyse der primären Wirkung asphärischer Flächen mit Hilfe des Delano-Dia-gramms» in «Optik» 51, 1978, S. 385-396). Ein Objektivsystem nach dem bekannten Stand der Technik, das nach diesem Ausgleichsprinzip erhalten ist, ist das System, das den Gegenstand des Aufsatzes von D.S. Volosov mit dem Titel «Design of com-plex photographie systems» in «Gostekhizdat» 1948, bildet. Dieses Objektivsystem weist eine mässige Leistungsfähigkeit auf: Brennweitenverhältnis 3 bis 4 und Apertur F/3 bis F/5. Bei der Anwendung dieses Prinzips wurde nach der Erfindung ein Weg verfolgt, der sich besser dazu eignet, Lösungen mit grösseren Leistungen zu finden. An erster Stelle wurden die Stärken der verschiedenen Gruppen fester und bewegbarer Linsen und die Verhältnisse untersucht, die zwischen diesen Stärken bestehen sollen, um die gewünschten Brennweitenänderungen und Aperturen zu erhalten, wobei man sich als Kriterium auf die Ausführbarkeit der Verschiebungsregeln für jede Gruppe und die Verhältnisse zwischen den Durchmessern der Gruppen und ihren Brennweiten richtete. So wurde das sogenannte «Brennweitenauswertungsdiagramm» entwickelt. Im Falle, in dem ein Objektivsystem verlangt wird, das z.B. zwei feste Gruppen und zwei bewegbare Gruppen mit Brennweiten Fi. F4, Fi bzw. F3 enthalten muss, werden die Brennweiten der auf Fi genormten bewegbaren Gruppen, d.h. die Verhältnisse F2/F1 und F3/F!, als Abszisse und Ordinate entlang der Achsen einer Ebene aufgetragen, wobei durch Änderung der Brennweite und der maximalen Stärke des Objektivsystems dann die Zonen der Ebene begrenzt werden können, mit denen die wirklichen Lösungen erhalten werden können. Nach der Erfindung ist auf diese Weise ein sehr kleiner Teil der Ebene bestimmt, der einem Brennweitenverhältnis von mindestens 5 entspricht. Dieselben Annäherungen bestehen für Objektivsysteme mit drei bewegbaren Gruppen darin, dass ein Diagramm der Stärken mit drei Abmessungen eingestellt und eine Volumenzone ausgewählt wird, die grossen gewünschten Brennweitenänderungen entspricht.

Um die angeführten Ziele und Resultate zu erreichen, weist das erfindungsgemässe Objektivsystem die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale auf.

Nach einer ersten Ausführungsform ist das Objektivsystem, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildraum gerechnet, mit einer ersten fixierten Gruppe mit positiver Stärke, einer ersten bewegbaren durch eine einfache Linse gebildeten Gruppe mit negativer Stärke, einer zweiten bewegbaren durch eine einfache bewegbare Linse gebildeten Gruppe mit positiver Stärke und einer zweiten festen Gruppe mit positiver Stärke versehen.

Wenn insbesondere Fi, F2 und F3 die Brennweiten der ersten fixierten Gruppe, der ersten bewegbaren Gruppe bzw. der zweiten bewegbaren Gruppe bezeichnen, sind die Brennweiten dieser verschiedenen Gruppen derart, dass

—0,25 < — sg —0,1 Fi

0,9 ^ < 2.

F,

Nach einer zweiten Ausführungsform enthält das Objektivsystem drei bewegbare Gruppen.

Nach Abwandlungen dieser Ausführungsformen erreicht das Brennweitenverhältnis Werte grösser als 8, während der halbe Feldwinkel grösser als 24° ist, wobei die numerische Apertur

F F

zwischen —— und ——- liegen kann, wobei F die Brennweite

(W 1 f •)

des Objektivs ist.

Auch kann der Bildabstand des Objektivs gross und grösser als 22 mm sein, wodurch das Objektiv in einer Farbbildaufnahmevorrichtung mit zwischen Objektiv und Kamera angeordnetem Farbtrennprisma mit drei Bildaufnahmeröhren verwendet werden kann.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zum Auswerten der Brennweiten beider beweglicher Gruppen eines Objektivsystems nach der Erfindung gemäss einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2a, 2b, 2c und 2d das optische Schema eines ersten Beispiels eines Objektivsystems mit zwei bewegbaren Gruppen gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei jede dieser Figuren auf einen Wert der Brennweite des Objektivsystems bezogen ist, von ihrem Minimum zu ihrem Maximum gerechnet,

Fig. 3a, 3b, 3c und 3d das optische Schema eines zweiten Beispiels eines Objektivsystems mit zwei bewegbaren Gruppen nach der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei jede dieser Figuren auf einen Wert der Brennweite des Objektivsystems bezogen ist, von ihrem Minimum zu ihrem Maximum gerechnet,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

fitt

65

7

655 802

Fig. 4a, 4b, 4c und 4d das optische Schema eines ersten Beispiels eines Objektivsystems mit drei bewegbaren Gruppen nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei jede dieser Figuren auf einen Wert der Brennweite des Objektivsystems bezogen ist, von ihrem Minimum zu ihrem Maximum gerechnet, Fig. 5 die Regeln der Bewegung der bewegbaren Gruppen des Objektivsystems, das in den Fig. 4a, 4b, 4c und 4d dargestellt ist,

Fig. 6a, 6b, 6c und 6d das optische Schema eines zweiten Beispiels des Objektivsystems mit drei bewegbaren Gruppen nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei jede dieser Figuren auf einen Wert der Brennweite des Objektivsystems bezogen ist, von ihrem Minimum zu ihrem Maximum gerechnet, und

Fig. 7 die Regeln der Bewegung der bewegbaren Gruppen des Objektivsystems, das in den Fig. 6a, 6b, 6c und 6d dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsfom des Objektivsystems, wobei dieses System zwei bewegbare Gruppen zwischen zwei fixierten Gruppen sind Fi bzw. F4 und die der bewegbaren Gruppen F2 bzw. F3. In einem rechteckigen Achsensystem sind ent-

F* F2

lang der x- und der y-Achse die Verhältnisse — bzw. — aufge-

Fi Fi tragen und ist das Auswertungsdiagramm der Brennweiten entwickelt, die sich auf das Objektivsystem beziehen. In diesem Diagramm wird die Zone 12 mit einem rechteckigen Umfang ausgewählt, die durch die Beziehungen definiert wird:

-0,25 < — < —0,1 Fi konvergierend und praktisch plankonvex, die Linse L« divergierend und praktisch plankonkav und die Linse Lo konvergierend und praktisch äquikonvex ist. Die bewegbaren Gruppen sind eine divergierende Linse L4 mit Brennweite F2 bzw. eine konver-5 gierende Linse L5 mit Brennweite F> Jede dieser Linsen ist mit einer asphärischen Fläche versehen, die den brechenden Oberflächen 7 bzw. 8 entspricht. Die Gleichung des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen 7, 8 und 10 (Umdrehung um die optische Achse 21) mit der Ebene der Fig. 2a, 2b, 2c 10 und 2d, auf einem rechteckigen Achsensystem X, y aufgetragen, weist die folgende Form auf:

Cy2

1 = n

+

1+ y 1-(1+X)C2 • y2

Ei yn

(2)

0,9

<^<

2.

Die Punkte innerhalb von 12 entsprechen Objektivsystemen mit veränderlichen Brennweiten und fester Bildebene, die grosse Felder in der Grössenordnung von 45° und Brennweitenände-rungen in der Grössenordunung von 8 aufweisen. Eines der besten Kompromisse für dieses Objektivsystem liegt in der Nähe des Punktes A der Fig. 1 mit als Koordinaten '

wobei die x-Koordinaten vom Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche entlang der positiv gerichteten optischen Achse der Linse Li zu der Bildebene 20 und die y-Koordinaten quer zu der optischen Achse gemessen sind. Das zweite Glied dieser Glei-20 chung enthält einen ersten Term, der einem Kegelschnitt durch den Scheitelpunkt C und einem Koeffiziënten X entspricht, und einen zweiten Term, der die Verformungen einer Ordnung grösser als 2 der brechenden Oberfläche in bezug auf diesen Kegelschnitt beschreibt. Die Tabellen I und II geben die Parameter 25 der Struktur dieses Objektivsystems an. Die Tabelle I gibt den Abstand E zwischen zwei aufeinanderfolgenden brechenden Oberflächen für die Brennweite F = 7,95 mm, den Krümmungsradius R die brechenden Oberflächen, die Brechungszahl n der Materialien und die Abbe- Zahl v ihrer Streuung an. 30 Wenn die brechende Oberfläche asphärisch ist, gibt die Spalte R den Radius des Oskulationsskreises an dieser Oberfläche entlang der optischen Achse an. Die Tabelle II gibt die Werte C, X und si der Gleichung (2) in bezug auf diese asphärische Oberfläche, bis zu der Ordnung 2 n = 10 entwickelt, an. Die Ge-35 samtlänge des optischen Systems ist 108,25 mm, während der Bildabstand (zwischen der letzten brechenden Oberfläche und der Bildebene bestehender Abstand) 22,14 mm beträgt.

TABELLE I

(1)

— = —0,2 F,

Ü-'

7 mm und einer Apertur von ■

wobei F die Brennweite des mit Fi > 0.

Dies entspricht für ein Bildformat mit einer Diagonale von F 1,8

Objektivs ist, dem Mindestwert der Brennweite in der Grössenordnung von 6 bis 8 mm und einem Platzraum, einschliesslich des Bildabstandes, in der Grössenordnung von 140 mm. Das erste Beispiel, das diesem Sonderfall, entspricht, ist in den Fig. 2a, 2b, 2c und 2d dargestellt, wobei diese Figuren je auf Werte der Brennweite von F = 7,95 mm, F = 15,00 mm, F = 35 mm bzw. F = 63,5 mm bezogen sind. In diesen Figuren ist die optische Achse des Objektivsystems mit 21 und das Bildfeld mit 20 bezeichnet. Die brechenden Oberflächen der Elemente des Objektivsystems sind, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 17 numeriert. Die fixierte Gruppe mit positiver Brennweite Fi besteht aus Linsen Li, Li und Lj, während die fixierte Gruppe mit Brennweite F4 aus vier Linsen Lf, bis L« besteht. Die Linsen Li und L2 bilden ein konvergierendes verklebtes Dublett, während die Linse Lj die Form eines konvergierenden Meniskus aufweist. In der fixierten Gruppe mit Brennweite F4 ist die Linse Lf, konvergierend, wobei die Eingangsfläche 10 derselben asphärisch ist, während die Linsen L7, Ls und Li; ein gesondertes Triplett bilden, wobei.die Linse L?

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

2,962

111,111

1,704485

29,88

2

11,099

43,910

1,622857

60,11

3

0,050

876,647

1,000000

4

6,503

53,395

1,622857

60,11

5

2,936

129,296

1,000000

6

1,113

—17,988

1,591288

60,94

7

1,896

8,261

1,000000

8

3,452

35,029

1,550192

53,17

9

59,841

—39,013

1,000000

10

2,982

25,384

1,654137

38,91

655 802

8

TABELLE I (Fortsetzung)

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

11

7,889

—62,563

1,000000

12

3,025

309,102

1,622857

60,11

13

0,050

—18,230

1,000000

14

0,802

—68,031

1,812529

25,30

15

1,032

13,760

1,000000

16

2,625

25,702

1,622857

60,11

17

0,000

—30,820

1,000000

Änderung Brennweite F: 7,95 à 63,50 mm Bildabstand : 22,14 mm

Länge des Objektivs : 108,25 mm

TABELLE II

Brechende Oberfläche

7

8

10

C

1,21048 101

2,85479 IO'2

3,93954 IO 2

X

—1,42139

—1,07632

—2,90598

S2

—1,68578 IO-4

—1,89696 IO-5

—2,27969 10'5

£3

2,736761 IO'6

3,04327 IO"7

—1,91999 IO"7

£4

—6,58215 10"8

—5,01920 10 y

1,14049 IO 9

£5

5,46590 10 10

2,90044 10"

—1,55755 10 "

Die Fig. 3a, 3b, 3c und 3d stellen ein zweites Beispiel dieser ersten Ausführungsform der Erfindung dar, das den Brennweitenbeziehungen (1) für je einen Wert der Brennweite von F = 8 mm, F = 15 mm, F = 35 mm bzw. F = 64 mm entspricht. Die Struktur des Objektivsystems lässt sich mit der Struktur vergleichen, die in den Fig. 2a, 2b, 2c und 2d dargestellt ist, mit Ausnahme der Tatsache, dass im Objektivsystem auf der Bildfeldseite ein an sich bekanntes Farbtrennprisma angeordnet ist, so dass die Spektralkomponenten des Bildes räumlich getrennt im blauen, im roten und im grünen Spektrum erhalten werden können. In den Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind die brechenden Oberflächen der Elemente, einschliesslich des Bildfeldes von 1 bis 20 numeriert. Mit vergleichbarer Form werden darin die Linsen Li bis Ly wiedergefunden, wobei die Flächen 7, 8 und 10 asphärisch sind, aber verschiedene Konstruktionsparameter aufweisen, wobei das Vorhandensein des Farbtrennprismas berücksichtigt wird. In jeder der Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind die bewegbaren Linsen L4 und L5 in einer verschiedenen Lage dargestellt, die einem der oben angegebenen Werte der Brennweite des Objektivsystems entspricht.

Mit 23 ist das Farbtrennprisma bezeichnet, das schematisch in Form einer planparallelen Platte dargestellt ist. Die Tabellen III und IV, die den Tabellen I und II analog sind, geben die Konstruktionsparameter an, die sich auf dieses zweite Beispiel beziehen, wobei die Gleichungen des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen die Form (2) aufweisen. Die Tabelle III bezieht sich auf den Wert der Brennweite F = 7,90 mm. Die Gesamtlänge des Objektivsystems, einschliesslich des Prismas, ist, wie gefunden wurde, 131,66 mm, wobei der Bildabstand, der nach dem Prisma vorhanden ist, 4,25 mm beträgt.

TABELLE III

Brechende Oberfläche

E (mm)

R

(mm)

n

V

1

2,935

115,145

1,723153

29,26

2

11,768

46,191

1,622857

60,11

3

0,050

—248,840

1,000000

4

5,243

63,147

1,622857

60,11

5

2,507

135,414

1,000000

6

0,688

—19,756

1,591288

60,94

7

3,279

11,786

1,000000

8

1,680

237,568

1,584777

40,53

9

59,431

—51,002

1,000000

10

2,329

42,857

1,584777

40,53

11

7,373

—31,066

1,000000

12

3,487

550,809

1,622857

60,11

13

0,040

—16,221

1,000000

14

0,788

—401,781

1,812529

25,30

15

1,259

13,928

1,000000

16

2,200

42,759

1,622857

60,11

17

0,050

—26,586

1,000000

18

26,500

OO

1,518727

64,04

19

0,000

OO

1,000000

Änderung Brennweite F : 7,90 à 64 mm Bildabstand nach Prisma: 4,25 mm Länge : 131,66 mm

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

fvü

65

9

655 802

TABELLE IV

Brechende Oberfläche

7

8

10

C

8,48454

10-

4,20932 10"3

2,33336

10"2

X

—8,64111

10"'

—6,87745 IO"2

—5,06288

£2

—1,01718

IO'4

—2,05245 10"6

—7,45166

10"5

S3

—1,33362

10-7

—4,29973 10'8

—2,89507

IO"7

s4

—1,23607

10"8

1,41858 10"9

1,75248

10'9

S5

1,19575

10 1°

—1,73662 10"

—5,15778

10"

wegbaren Gruppen bestehen aus je einer Linse Li, L3 bzw. L4, wobei Lz eine nahezu plankonvexe konvergierende Linse, Li eine bikonvexe konvergierende Linse und L4 eine bikonkave divergierende Linse ist. Die brechenden Oberflächen sämtlicher 5 Elemente sind, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 11 numeriert. Die Oberflächen der Elemente Li, L2, L3, L4 und L5, die den brechenden Oberflächen 2, 3, 5, 8 bzw. 9 entsprechen, sind asphärisch. In jeder Figur 4a, 4b, 4c und 4d sind die bewegbaren Linsen L2, L3 und L4 in einer Lage 10 dargestellt, die einer der oben angegebenen Brennweiten entspricht. Die Parameter der Struktur des Objektivsystems, die in den Tabellen V und VI angegeben sind, sind denen in den vorhergehenden Tabellen III und IV analog. In der Tabelle V ist die betrachtete Brennweite die Brennweite mit dem Mindestwert 15 F = 7 mm. Der Höchstwert F = 56 mm. Der Bildabstand beträgt 22,19 mm.

Es versteht sich, dass für diese Beispiele alle anderen Kombinationen fixierter Gruppen nach dem bekannten Stand der Technik, die der Art der bewegbaren Gruppen, die durch Linsen L4 bzw. L5 gebildet werden, entsprechen, geeignet sind.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält das Objektivsystem drei bewegbare Gruppen zwischen zwei fixierten Gruppen. Die Brennweiten der fixierten Gruppen sind, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, F, und F5 und die der bewegbaren Gruppen F2, F3 und F4. Eine vorhergehende Auswertung der Stärken führt dazu, dass die Elemente des Objektivsystems derart gewählt werden, dass die Verhält-

TABELLE V

• F2 msse — F,

F, Fj

— und — zwischen bestimmten Grenzen liegen. Fi F,

Nach einer Abwandlung dieser Ausführungsform, für die die erste fixierte Gruppe eine negative Brennweite Fi aufweist, sind diese Grenzen derart, dass:

-0,7 < — < —0,3 Fi

F3

-1 ^ < —0,4 Fi

Fj

0,12 ^ — sS Fi

0,3.

F' = —0,500 und — = 0,150. Dieses F,

Ein Beispiel eines Objektivsystems nach dieser Abwandlung Fi entspricht — = —0,385,

Fi Fi

Objektivsystem ist in den Fig. 4a, 4b, 4c und 4d dargestellt, die auf die Werte der Brennweite von F = 7 mm, F = 14 mm, F = 28 mm, und F = 56 mm bezogen sind.

Die fixierte Gruppe mit der Brennweite Fi besteht aus einem divergierenden Meniskus Li, während die Gruppe mit der Brennweite F5 aus den zusammengefügten Linsen L5 und Lf, besteht, die konvergierend bzw. divergierend sind. Die drei be

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

6,300

62,852

1,677623

32,08

2

31,400

17,997

1,000000

3

10,395

31,080

1,622857

60,11

4

1,100

403,858

1,000000

5

9,458

50,717

1,622857

60,11

6

1,750

—279,735

1,000000

7

0,866

—33,369

1,622857

60,11

8

52,400

21,567

1,000000

9

5,662

18,083

1,622857

60,11

10

0,396

—10,914

1,812529

25,30

11

0,000

—21,976

1,000000

-

Änderung Brennweite F 50 Bildabstand Länge

7 22. 120

,0 à 56,0 mm ,19 mm ,42 mm

TABELLE VI

Brechende Oberfläche

C

5,55650 IO'2

3,21750 IO'2

1,97173 10"2

4,63672 10'2

5,53002 10"2

X

—6,96979 10 1

— 1,13548

—9,75088 10"'

— 1,52017 10 1

—7,10788 10 1

£2

—5,38859 IO"

—9,88210 10 7

— 1,30489 10'6

—1,14601 10"5

—1,99591 10"5

£?

—9,03598 10JJ

—1,03273 10"9

—3,89438 10-"'

9,99829 10'8

2,71237 10"8

£4

3,92014 10~l:

1,46391 1012

—6,31723 1013

—8,14572 10 110

1,99891 IO'9

£5

0,00000

655 802

10

Zur Vervollständigung der Beschreibung der Struktur dieses Beispiels des Objektivsystems zeigt Fig. 5 die Regeln der Bewegung der Linsen L2, L3 und L4 als Funktion des Wertes der Brennweite F. Diese Regeln werden, ausgehend von Änderungen des Abstands längs der Achse zwischen bestimmten fixierten und bewegbaren Oberflächen und zwischen bestimmten bewegbaren brechenden Oberflächen, gegeben, und zwar: Ei zwischen den brechenden Oberflächen 2 und 3, E2 zwischen den brechenden Oberflächen 4 und 5, E3 zwischen den brechenden Oberflächen 6 und 7 und E4 zwischen den brechenden Oberflächen 8 und 9.

Nach einer zweiten Abwandlung der Ausführungsform des Objektivsystems mit drei bewegbaren Gruppen zwischen zwei fixierten Gruppen, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildraum gerechnet, weist die erste fixierte Gruppe eine positive Brennweite Fi und die zweite fixierte Gruppe eine positive Brennweite F5 auf, während von den bewegbaren Gruppen, die aus je einem einfachen Element bestehen, die erste eine negative Brennweite F2, die zweite eine negative Brennweite F3 und die dritte eine positive Brennweite F4 aufweist. Eine vorhergehende Auswertung der Brennweiten der bewegbaren Gruppen in bezug auf die der ersten fixierten Gruppe hat dazu geführt, dass derartige Brennweiten gewählt werden, dass die folgenden Ungleichheiten erfüllt werden:

—0,5 < — ^ —0,2 Fi

—0,5 < ^ < —0,2 Fi

0,3 ^ < 0,8. Fi bildet die dritte bewegbare Gruppe mit positiver Brennweite F4. Die Flächen der Linsen, die den brechenden Oberflächen 4, 7, 12 und 16 entsprechen, sind asphärisch. Die Tabellen VII und VIII, die den vorhergehenden Tabellenpaaren analog sind, ge-5 ben die Parameter der Struktur dieses Beispiels an, wobei die Tabelle VII sich auf den Wert der Brennweite F = 15,00 mm bezieht.

TABELLE VII

Ein Beispiel dieser Abwandlung zeigen die Fig. 6a, 6b, 6c

Fi und 6d für verschiedene Brennweitenwerte und entspricht — —

FF —0,301, £ = —0,326 ^ = 0,455.

F, F,

In diesen Figuren sind die brechenden Oberflächen, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 16 numeriert. Die erste fixierte Gruppe mit positiver Brennweite Fi besteht aus den beiden zusammengefügten Linsen Li und L2, die divergierend bzw. konvergierend sind, und der konvergierenden Linse L3. Die zweite fixierte Gruppe mit positiver Brennweite F5 enthält einerseits das konvergierende Gebilde, das aus der sehr dicken Linse L7 und der Linse Ls besteht, die miteinander verklebt sind, und andererseits die konvergierende Linse Lg. In jeder der Fig. 6a, 6b, 6c und 6d werden die bewegbaren Gruppen Li, L3 und L4 in einer verschiedenen Lage dargestellt, die den Werten der Brennweite des Objektivsystems F = 7,5 mm, F= 15 mm, F=30 mm bzw. F = 60 mm entspricht. Die erste bewegbare Gruppe mit negativer Brennweite F2 besteht aus der praktisch konkaven Linse L4; die zweite bewegbare Gruppe mit negativer Brennweite F3 besteht aus der ebenfalls praktisch plankonkaven Linse Lj. Die bikonvexe Linse Lfl

35

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

2,499

52,985

1,734359

28,17

2

13,466

31,271

1,622857

60,11

3

0,050

180,118

1,000000

4

5,533

60,986

1,622857

60,11

5

19,067

184,952

1,000000

6

0,940

—318,707

1,591288

60,94

7

7,021

11,422

1,000000

8

0,636

—10,909

1,591288

60,94

9

3,649

— 136,669

1,000000

10

1,848

135,620

1,734359

28,17

11

16,404

—24,210

1,000000

12

10,000

—39,414

1,615176

58,34

13

0,705

—7,702

1,812529

25,30

14

0,969

—13,685

1,000000

15

2,417

—99,112

1,622857

60,11

16

000

—14,931

1,000000

Änderung Brennweite F Bildabstand 55 Länge

7,5 à 60 mm 22,20 mm 85,20 mm

TABELLE VIII

Brechende Oberfläche

4

7

12

16

C

1,63972 2

8,75499 102

—2,53715 10 2

—6,69741 102

X

—1,68233 10 1

—7,55918 10 1

0,00000

11

655 802

TABELLE VIII (Fortsetzung)

Brechende Oberfläche

12

16

£2 Ë3

E4 £5

—5,59326 10"8 1,64888 IO10 0,00000 0,00000

-1,61978 IO"5 -4,29937 IO'7 0,00000 0,00000

—2,23860 IO"4 —1,06579 10'6 0,00000 0,00000

-3,68018 10'6 2,28552 10"8 0,00000 0,00000

Diese Brennweite ändert sich von 7,5 mm zu 60 mm, wenn die bewegbaren Linsen die Bewegungen vollführen, die durch die Kurven nach Fig. 7 angedeutet sind. In dieser Figur, die der Fig. 5 analog ist, wird die Bewegung der bewegbaren Linsen mit Hilfe von Änderungen als Funktion der Brennweite F der Abstände Ei bis E4 entlang der optischen Achse angegeben, und zwar:

Ei zwischen den brechenden Oberflächen 5 und 6, Ei zwischen den brechenden Oberflächen 7 und 8, E3 zwischen den brechenden Oberflächen 9 und 10 und E4 zwischen den brechenden Oberflächen 11 und 12.

Der Bildabstand des Objektivsystems liegt in der Grössenordnung von 22,2 mm.

Diese Objektivsysteme nach der Erfindung können z.B. in Bildaufnahmegeräten verwendet werden. Nach einer Abwandlung dieser Anwendung handelt es sich um eine Farbbildkamera mit drei Aufnahmeröhren für blaues, grünes bzw. rotes Licht. Das Objektivsystem ist aus solchen Systemen mit grossem Bild-20 abstand (grösser als oder gleich 22 mm) gewählt, wodurch zwischen dem Objektiv und der Kamera ein Farbtrennprisma angeordnet werden kann. Das in Fig. 3 beschriebene Objektivsystem, das derart entworfen ist, dass es bereits selber mit dem Farbtrennprisma versehen ist, eignet sich besonders gut für die-25 se Anwendung. Nach einer anderen Abwandlung dieser Anwendung ist das Bildaufnahmegerät eine einfache Kamera mit photoempfindlichem Film oder eine Farbbildkamera mit nur einer einzigen Aufnahmeröhre. In diesem Falle ist es nicht notwendig, zwischen dem Objektiv und der Kamera ein Farbtrennpris-30 ma anzubringen. Das nach der Erfindung verwendete Objektivsystem kann dann aus solchen Systemen mit kleinem Bildabstand (kleiner als 22 mm) gewählt werden.

v

7 Blätter Zeichnungen

Claims

655 802

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Objektivsystem mit veränderlicher Brennweite und fester Bildebene, das aus Gruppen von Linsen zusammengestellt ist, wobei in mindestens zwei Gruppen eine Linse mit einer einzigen asphärischen Oberfläche vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren bewegbaren Gruppen von Linsen und mindestens einer fixierten Gruppe von Linsen zusammengestellt ist; dass die Fixierung der Bildebene bei einer Brennweitenänderung grösser als 5 durch mechanischen Ausgleich erfolgt; dass sämtliche bewegbaren Gruppen aus einfachen Linsen bestehen, von denen mindestens eine mit einer asphärischen Oberfläche versehen ist, und dass wenigstens eine fixierte Gruppe mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche versehen ist.
2. Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Gegenstandsraum zu dem Bildraum gerechnet, das Objektivsystem mit nacheinander einer ersten fixierten Gruppe mit positiver Brennweite, einer ersten bewegbaren durch eine einfache Linse mit negativer Brennweite gebildeten Gruppe, einer zweiten bewegbaren durch eine bewegbare einfache Linse mit positiver Brennweite gebildeten Gruppe und einer zweiten fixierten Gruppe mit positiver Brennweite versehen ist.
3. Objektivsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn Fi, F; und F3 die Brennweiten der ersten fixierten Gruppe, der ersten bewegbaren Gruppe bzw. der zweiten bewegbaren Gruppe bezeichnen, die Brennweiten dieser verschiedenen Gruppen derart sind, dass

—0,25 sS — sj —0,1 F,

0,9 ^ — < 2.

Fi
4. Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl bewegbarer Gruppen mindestens gleich drei ist.
5. Objektivsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildraum gerechnet, dieses System mit nacheinander einer ersten fixierten Gruppe mit negativer Brennweite Fi, einer ersten bewegbaren durch eine einfache Linse mit positiver Brennweite F2 gebildeten Gruppe, einer zweiten bewegbaren durch eine einfache Linse mit positiver Brennweite Fj gebildeten Gruppe, einer dritten bewegbaren durch eine einfache Linse mit negativer Brennweite F4 gebildeten Gruppe und einer zweiten fixierten Gruppe mit positiver Brennweite versehen ist, wobei die Brennweiten dieser verschiedenen Gruppen derart sind, dass

—0,7 ^ ^ —0,3 Fi

F,

—1 s? — ==: —0,4 Fi

0,12 ^ < 0,3.

Fi
6. Objektivsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildraum gerechnet, dieses System nacheinander mit einer ersten fixierten Gruppe mit positiver Brennweite Fi, einer ersten bewegbaren durch eine einfache Linse mit negativer Brennweite F; gebildeten Gruppe, eine zweiten bewegbaren durch eine einfache Linse mit negativer Brennweite Fi gebildeten Gruppe, einer dritten bewegbaren Gruppe mit positiver Brennweite F4 und einer zweiten fixierten Gruppe mit positiver Brennweite versehen ist, wobei die Brennweiten dieser verschiedenen Gruppen derart sind, dass

—0,5 ^ ^ —0,2 Fi

—0,5 ^ < —0,2 Fi

0,3 ^ < 0,8.

F,
7. Objektivsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Brennweite in einem Verhältnis von mindestens 8 ist, und dass der halbe Feldwinkel mindestens gleich 24° bei dem Mindestwert der Brennweite ist.
8. Objektivsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die numerische Apertur zwischen 2 und 1,5 liegt.
9. Objektivsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Bildabstand grösser als 22 mm ist.
10. Objektivsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Bildabstand kleiner als 22 mm ist.
11. Objektivsystem nach den Ansprüchen 3 und 9, dadurch p

gekennzeichnet, dass die Apertur gleich —— ist, wobei die

1,8

Strukturparameter in den nachstehenden Tabellen I und II angegeben sind, wobei in der Tabelle I, in der die brechenden Oberflächen des Objektivsystems, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 17 numeriert sind, die Abstände E entlang der Achse des Objektivsystems für die Brennweite F = 7,95 für die verschiedenen durchlaufenen Medien, die Brechungszahl n und die Abbe-Zahl v für die Dispersion in den Medien angegeben sind, während in der Tabelle II die Werte der Symbole C, k und s, der Gleichung des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen 7, 8 und 10 durch eine Ebene durch die optische Achse

Cy2 ' i = n x = s- ,,

+ 2 s* y

1+ 1 1-(1+>„)C2 - y2 i = 2

angegeben sind, wobei die x-Koordinate vom Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche her entlang der optischen Achse und die y-Koordinate quer zu dieser Achse gemessen sind.

TABELLE I

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

2,962

111,111

1,704485

29,88

2

11,099

43,910

1,622857

60,11

3

0,050

876,647

1,000000

4

6,503

53,395

1,622857

60,11

5

2,936

129,296

1,000000

6

1,113

—17,988

1,591288

60,94

7

1,896

8,261

1,000000

8

3,452

35,029

1,550192

53,17

9

59,841

—39,013

1,000000

10

2,982

25,384

1,654137

38,91

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

m f>5

TABELLE I (Fortsetzung)

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

11

7,889

—62,563

1,000000

12

3,025

309,102

1,622857

60,11

13

0,050

—18,230

1,000000

14

0,802

—68,031

1,812529

25,30

15

1,032

13,760

1,000000

16

2,625

25,702

1,622857

60,11

17

0,000

—30,820

1,000000

TABELLE II

Brechende Oberfläche

7

8

10

C

1,21048 10 '

2,85479

102 3,93954 IO2

X

—1,42139

—1,07632

—2,90598

S2

—1,68578 IO4

—1,89696

IO'5 —2,27969 IO"5

S.Î

2,736761 IO'6

3,04327

IO'7 —1,91999 IO7

S4

—6,58215 10s

—5,01920

10" 1,14049 10 9

S5

5,46590 10

2,90044

10" —1,55755 10 "
12. Objektivsystem nach den Ansprüchen 3 und 10, da-

F

durch gekennzeichnet, dass die Apertur gleich —— ist, wobei

1,8

die Strukturparameter in den nachstehenden Tabellen III und IV angegeben sind, wobei in der Tabelle III, in der die brechenden Oberflächen des Objektivsystems, von dem Gegenstandsraum zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 19 numeriert sind, die Abstände E entlang der Achse des Objektivsystems für die Brennweite F = 7,90 mm für die verschiedenen durchlaufenen Medien, die Brechungszahl n und die Abbe-Zahl v für die Dispersion in den genannten Medien angegeben sind, während in der Tabelle IV die Werte der Symbole C, X und s, der Gleichung des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen 7, 8 und 10 durch eine Ebene durch die optische Achse

Cy2 i = n x ~~ + > f., y-1

1+ | 1-(1+X.)C- • y2 i = 2

angegeben sind, wobei die x-Koordinate vom Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche her entlang der optischen Achse und die y-Koordinate quer zu dieser Achse gemessen sind.

655 802

TABELLE III

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

2,935

115,145

1,723153

29,26

2

11,768

46,191

1,622857

60,11

3

0,050

—248,840

1,000000

4

5,243

63,147

1,622857

60,11

5

2,507

135,414

1,000000

6

0,688

—19,756

1,591288

60,94

7

3,279

11,786

1,000000

8

1,680

237,568

1,584777

40,53

9

59,431

—51,002

1,000000

10

2,329

42,857

1,584777

40,53

11

7,373

—31,066

1,000000

12

3,487

550,809

1,622857

60,11

13

0,040

—16,221

1,000000

14

0,788

—401,781

1,812529

25,30

15

1,259

13,928

1,000000

16

2,200

42,759

1,622857

60,11

17

0,050

—26,586

1,000000

18

26,500

OO

1,518727

64,04

19

0,000

OO

1,000000

TABELLE IV

Brechende Oberfläche

7

8

10

C

8,48454 10

2 4,20932

10 ' 2,33336 10-

X

—8,64111 10

1 —6,87745

102 —5,06288

— 1,01718 10

4 —2,05245

10" —7,45166 10'

— 1,33362 10

—4,29973

10 s —-2,89507 10 *

r.j

— 1,23607 10

1,41858

10" 1,75248 10"

!U

1,19575 10

—1,73662

10" —5,

15778 10 "

3

5 •

10

15

20

25

30

35

40

45

50

(in

655 802

4
13. Objektivsystem nach den Ansprüchen 5 und 9, da-

p durch gekennzeichnet, dass die Apertur gleich ist, wobei

1,8

die Strukturparameter in den nachstehenden Tabellen V und VI angegeben sind, wobei in der Tabelle V, in der die brechenden Oberflächen, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 11 numeriert sind, die Abstände E entlang der Achse des Objektivsystems für die Brennweite F = 17 mm für die verschiedenen durchlaufenen Medien, die Brechungszahlen n und ihre Abbe-Zahl v für die Dispersion angegeben sind, während in der Tabelle VI die Werte der Symbole C, X und s, der Gleichung des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen 2, 3, 5, 8 und 9 durch eine Ebene durch die optische Achse

TABELLE V

x =

Cy2

l = n l+l 1-(1 + X.) C2 • y2

+ z i = 2

Si y-1

angegeben sind, wobei die x-Koordinate vom Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche her entlang der optischen Achse und die y-Koordinate quer zu dieser Achse gemessen sind, und wobei die Bewegungen der bewegbaren Gruppen durch die Regeln der Änderungen, abhängig von der Brennweite des Objektivs, der Abstände zwischen den brechenden Oberflächen Ei, Ei, E3 und E4 bestimmt werden, die in Fig. 5 angegeben sind, wobei Ei, E2, E3 und E4 die Abstände zwischen den brechenden Oberflächen 2 und 3, 4 und 5, 6 und 7 bzw. 8 und 9 angeben.

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

n

V

1

6,300

62,852

1,677623

32,08

2

31,400

17,997

1,000000

3

10,395

31,080

1,622857

60,11

4

1,100

403,858

1,000000

5

9,458

50,717

1,622857

60,11

6

1,750

—279,735

1,000000

7

0,866

—33,369

1,622857

60,11

8

52,400

21,567

1,000000

9

5,662

18,083

1,622857

60,11

10

0,396

—10,914

1,812529

25,30

II

0,000

—21,976

1,000000

TABELLE VI

Brechende Oberfläche 2

C X

£2 £3

s4 S5

5,55650 10"2 —6,96979 10 1 —5,38859 10 6 —9,03598 IO"9 3,92014 10 12 0,00000

3,21750 IO 2 —1,13548 —9,88210 IO'7 —1,03273 10 9 1,46391 1012 0,00000

1,97173 10" —9,75088 10 1 —1,30489 10fi —3,89438 10"10 —6,31723 10'13 0,00000

4,63672 IO"2 -1,52017 10 1 -1,14601 IO"5 9,99829 10s -8,14572 IO10 0,00000

5,53002 10-—7,10788 10 1 —1,99591 IO5 2,71237 IO"8 1,99891 10l) 0,00000

55 14. Objektivsystem nach den Ansprüchen 6 und 9, da-

F

durch gekennzeichnet, dass die Apertur gleich ist, wobei

1,8

die Strukturparameter in den nachstehenden Tabellen VII und VIII angegeben sind, wobei in der Tabelle VII, in der die bre-60 chenden Oberflächen, von dem Gegenstandsfeld zu dem Bildfeld gerechnet, von 1 bis 16 numeriert sind, die Abstände E entlang der Achse des Objektivsystems für die Brennweite F = 15,00 mm für die verschiedenen durchlaufenen Medien, die Brechungszahlen n und ihre Abbe-Zahl v der Dispersion ange-65 geben sind, während in der Tabelle VIII die Werte der Symbole C, X und s, der Gleichung des Schnittes der asphärischen brechenden Oberflächen 4, 7, 12 und 16 durch eine Ebene durch die optische Achse

5

655 802

Cy2

1+ y 1-(1 + X)C2 • y2

+ Z

TABELLE VII (Fortsetzung)

i = 2

eì y angegeben sind, wobei die x-Koordinate vom Scheitelpunkt der brechenden Oberfläche her entlang der optischen Achse und die y-Koordinate quer zu dieser Achse gemessen sind, und wobei die Bewegungen der bewegbaren Gruppen durch die Regeln der Änderungen der Abstände zwischen den brechenden Oberflächen Ei, E2, E3 und E4, abhängig von der Brennweite des Ob-jektivsystems, bestimmt werden wobei diese Abstände in Fig. 7 angegeben sind, wobei Ei, E2, E3 und E4 die Abstände zwischen den brechenden Oberflächen 5 und 6, 7 und 8, 9 und 10 bzw. II und 12 angeben.

TABELLE VII

Brechende Oberfläche

Brechende Oberfläche

E (mm)

R (mm)

1

2

3

4

5

2,499 13,466 0,050 5,533 19,067
52.985 31,271

180,118
60.986 184,952

1,734359 1,622857 1,000000 1,622857 1,000000

28,17 60,11 25

60,11 30

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

E (mm)

R (mm)

0,940 7,021 0,636 3,649 1,848 16,404 10,000 0,705 0,969 2,417 000

-318,707 11,422 —10,909 -136,669 135,620 —24,210 —39,414 —7,702 —13,685 —99,112 —14,931

1,591288 60,94 1,000000

1,591288 60,94 1,000000

1,734359 28,17 1,000000

1,615176 58,34 1,812529 25,30 1,000000

1,622857 60,11 1,000000

TABELLE VIII

Brechende Oberfläche

12

16

C

X

£2 £3

£4 £5

1,639722 —1,68233 10 ' —5,59326 10"8 1,64888 10 "1 0,00000 0,00000

8,75499 10-—7,55918 10 1 —1,61978 IO"5 —4,29937 107 0,00000 0,00000

-2,53715 10"2 0,00000 -2,23860 104 -1,06579 10 6 0,00000 0,00000

-6,69741 IO2 0,00000 -3,68018 10fi 2,28552 10"8 0,00000 0,00000
15. Farbbildaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Objektivsystem nach Anspruch 9, einem Farbtrennprisma und einer Farbbildkamera mit drei Aufnahmeröhren versehen ist.

so 16. Farbbildaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Objektivsystem nach Anspruch 12, und einer Farbbildkamera mit drei Aufnahmeröhren versehen ist.
17. Farbbildaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Objektivsystem nach Anspruch 10 und einer 65 Farbbildkamera mit einer einzigen Aufnahmeröhre oder einer Filmkamera versehen ist.

655 802

6