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Optisches System für photographische oder kinematographische Geräte
Das Patent Nr. 248140 hat ein optisches System stetig veränderbarer Brennweite für photographische
Geräte mit einem Objektiv zum Gegenstand, dessen Bildebene durch ein Umkehrsystem in die Film- ebene abgebildet wird, wobei das Umkehrsystem die Aperturblende des Gesamtsystems enthält und diese Blende, insbesondere durch eine im Bereich der Zwischenbildebene angeordnete Feldlinse, in die
Aperturblendenebene des Objektivs abgebildet wird, wobei das Objektiv als pankratisches Objektiv aus- gebildet ist, dessen Aperturblendenebene im Bereich des letzten verschiebbaren Gliedes oder vor diesem liegt.
Die Erfindung betrifft eine Ausgestaltung des im Stammpatent angegebenen optischen Systems und kennzeichnet sich dadurch, dass der Bildort ein pankratisches Objektiv, dessen Bildort in Abhängigkeit von der Brennweite variabel ist, vorgesehen ist, und mindestens ein Glied des Umkehrsystems durch eine mit der Brennweitenverstelleinrichtung des Objektivs gekoppelte Antriebseinrichtung so in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist, dass das in seinem Ort veränderliche durch das Objektiv entworfene Zwischenbild in einer festen Ebene abgebildet wird.
Die oben angeführten nicht kompensierten Objektive zeichnen sich durch einen besonders einfachen mechanischen und optischen Aufbau aus, da sie in der Regel nur ein einziges verschiebbares Objektivglied besitzen. Die Konstanthaltung der Schnittweite des Gesamtsystems wird durch eine entsprechende
Steuerung mindestens eines Gliedes des Umkehrsystems bewirkt.
Gegenüber den im Stammpatent in den Ansprüchen 5 und 6 beschriebenen Anordnungen zeichnet sich der Gegenstand der Erfindung durch seinen besonders einfachen Aufbau und durch die geringe Zahl von beweglichen Gliedern aus. Gemäss dem Stammpatent ist vorgesehen, dass sowohl das Objektiv als auch das Umkehrsystem in sich kompensiert sind, d. h. eine bei Brennweitenänderung konstante Schnittweite aufweisen. Solche kompensierte Systeme erfordern jeweils mindestens zwei verschiebbare Objektivglieder. Der mechanische und optische Aufwand der Lösung gemäss dem Stammpatent ist somit beträchtlich höher als der in dieser Anmeldung angegebenen Konstruktion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Verschiebung des für die Konstanthaltung der Schnittweite verantwortlichen Gliedes der Vergrösserungsänderung des Gesamtsystems nicht entgegen, wie dies bei bisher üblichen pankratischen Systemen der Fall ist. Bei vergleichbarer optischer Beanspruchung der einzelnen Objektivglieder ist daher der erzielbare Brennweitenbereich grösser. Diese Anordnung zeichnet sich auch durch eine besonders einfache Steuerung der verschiebbaren Objektivglieder aus, da deren Bewegungsgesetze keinen Umkehrpunkt aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausfüh- rungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Die Fig. 1-12 zeigen vier verschiedene pankratische Systeme in je drei verschiedenen Brennweiteneinstellungen, wobei die einzelnen Glieder durch dünne Linsen dargestellt sind.
Während die im Stammpatent beschriebenen optischen Systeme, was ihre optischen Daten, wie Brennweitenbereich bzw. Brennweite und relatives Öffnungsverhältnis anlangt, auch in der bisherigen * 1. Zusatzpatent Nr. 257977.
*2. Zusatzpatent Nr. 260570.
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Form ausführbar sind, trifft dies für die im folgenden angeführten Systeme nicht oder nur mit Einschränkungen zu.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei pankratischen Objektiven mit einem Brennweitenbereich von 10 : 1 und darüber, bei einer Minimalbrennweite kleiner als 6 mm (bezogen auf das 8 mm Schmalfilmformat) vor allem die Frontglieder untragbare Abmessungen erreichen. Durch die Erfindung wird ein Weg angegeben, um auch bei optischen Systemen mit diesen extremen Leistungen die Grösse und den korrektiven Aufwand in vernünftigen Grenzen zu halten. Dies wird in erster Linie dadurch erreicht, dass die Aperturblende bzw. das reelle Bild derselben unabhängig von den mechanischen Gegebenheiten ihre optimale Lage einnehmen kann. Wesentlich ist ferner, dass das Frontglied bei der Brennweitenänderung ortsfest bleibt, so dass eine Abschlussplatte für das Objektiv entfallen kann.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich von den oben beschriebenen vor allem auch dadurch, dass das Umkehrsystem bei der Brennweitenvariation des Gesamtsystems in axialer Richtung verschoben wird und damit auch seine Eigenvergrösserung ss kontinuierlich ändert. Das Objektiv weist ebenfalls nur ein einziges verschiebbares Glied auf, so dass das Zwischenbild im Gegensatz zu den bisher erörterten Ausführungen bei einer Verstellung der Gesamtbrennweite seine Lage ändert. Die Bewegungsgesetze des verschiebbaren Gliedes des Objektivs und des Umkehrsystems sind so aufeinander abgestimmt, dass der Bildort bei der Brennweitenänderung konstant bleibt.
Während bei optischen Systemen mit festem Umkehrsystem durch dasselbe nur brennweitenunabhängige Restabbildungsfehler kompensiert werden können, ist es bei den im folgenden angegebenen Systemen auch möglich, durch das Umkehrsystem brennweitenabhängige Abbildungsfehler zu beheben.
Das in den Fig. 1-3 gezeigte optische System für 8 mm Filmkameras weist ein ortsfestes positives Frontglied 33 auf, das von einem verschiebbaren negativen Glied 34 gefolgt ist. Das an dritter Stelle stehende positive Glied 35 ist ebenso wie die negative Feldlinse 36 ortsfest. Das positive Umkehrsystem 37 führt bei der Brennweitenänderung eine axiale Bewegung aus, die der Bewegung des negativen Gliedes 34 entgegengerichtet ist. Um die Öffnung des Objektivs unabhängig von der Brennweitenänderung zu halten, ist die Aperturblende 38 zwischen der Bildebene B2 und dem Umkehrsystem 37 angeordnet.
Die einzelnen Glieder des optischen Systems sind als dünne Linsen dargestellt, die achsparallelen Öffnungsstrahlen 20 sind in vollen Linien, die durch die Bildfeldecke zielenden Hauptstrahlen 21 strichliert. (Um eine entsprechende Sicherheit gegen Vignettierung zu erlangen, ist die Bilddiagonale gegenüber dem tatsächlichen Aufnahmeformat um 10'/0 vergrössert angenommen.)
Das pankratische System weist folgende Einzelbrennweiten und Abstände auf :
EMI2.1
<tb>
<tb> Glied <SEP> des <SEP> opt. <SEP> Systems <SEP> Brennweite <SEP> Abstände <SEP> (mm)
<tb> Bezugsz. <SEP> in <SEP> mm <SEP> Fig. <SEP> 1Fig. <SEP> 2Fig. <SEP> 3 <SEP>
<tb> LI <SEP> 33 <SEP> +58, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 6, <SEP> 67 <SEP> 15,00 <SEP> 22,00 <SEP> 30, <SEP> 50 <SEP> 34,13
<tb> Ln <SEP> 34 <SEP> - <SEP> 14, <SEP> 00
<tb> 37, <SEP> 47 <SEP> 29, <SEP> 13 <SEP> 22,13 <SEP> 13, <SEP> 63 <SEP> 10,00
<tb> Lm <SEP> 35 <SEP> + <SEP> 13, <SEP> 91
<tb> 20,90 <SEP> 20, <SEP> 90 <SEP> 20,90 <SEP> 20, <SEP> 90 <SEP> 20, <SEP> 90 <SEP>
<tb> LF <SEP> 36-33, <SEP> 33 <SEP>
<tb> 23, <SEP> 77 <SEP> 23, <SEP> 21 <SEP> 22, <SEP> 33 <SEP> 20,00 <SEP> 18, <SEP> 10 <SEP>
<tb> LR <SEP> 37 <SEP> - <SEP> 10, <SEP> 00
<tb> Austrittschnittweite <SEP> 16, <SEP> 23 <SEP> 16, <SEP> 79 <SEP> 17, <SEP> 67 <SEP> 20,00 <SEP> 21,90
<tb> Gesamtbrennweite <SEP> 4,09 <SEP> 6,
98 <SEP> 12, <SEP> 29 <SEP> 29, <SEP> 37 <SEP> 44, <SEP> 70 <SEP>
<tb>
Der Gesamtbrennweitenbereich beträgt somit ungefähr 4 - 45 mm. Das maximale Öffnungsverhältnis ist 1 : 1, 8 ; der freie Durchmesser der Frontlinse 30 mm.
Das oben angeführte optische System ist so ausgelegt, dass die Eigenvergrösserung ss des negativen Gliedes von einem Wert kleiner 1 auf einen Wert grösser 1 verstellt wird und somit in einer Zwischenstellung den Wert ss = 1 annimmt. Dies hat zur Folge, dass die Bewegung des von diesem Glied ent-
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worfenen virtuellen Bildes längs der optischen Achse ihre Richtung ändert. Bisher hat man der hin-und rückläufigen Verschiebung des virtuellen Bildes in der Weise Rechnung getragen, dass das die Ausgleichsbewegung ausführende Glied eine Umkehrbewegung ausführte. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, abgesehen von der relativ schwierigen Steuerung des Objektivgliedes, dass die Änderung der Eigenvergrö- sserung ss desselben in einem Teilbereich der durch das andere Glied bewirkten Vergrösserungsänderung entgegenwirkt.
Gemäss der Erfindung nimmt die Eigenvergrösserung ss des Umkehrsystems gleichzeitig mit der Eigenvergrösserung des negativen Gliedes den Wert ss = 1 an, die Bewegung des Umkehrsystems ändert jedoch nicht die Richtung. Die Änderung des Wertes ss des Umkehrsystems unterstützt daher während des Gesamtverstellbereiches die Vergrösserungsänderung. Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung ist, dass die Vergrösserungsänderung auf die drei Glieder 34,35 und 37 aufgeteilt werden kann, so dass trotz des grossen Gesamtbereiches die Vergrösserungsänderung der einzelnen Glieder relativ klein bleibt, was vor allem für die Korrektur dieser Glieder entscheidend ist.
In den Fig. 4-6 ist ein weiteres optisches System für 8 mm Filmkameras mit variabler Brennweite dargestellt. Das System weist einen Brennweitenbereich von 4 bis 40 mm, bei einem maximalen Öffnungsverhältnis von 1 : 1, 8 auf.
Das Objektiv dieses Systems weist in Übereinstimmung mit dem oben angeführten Beispiel ein ortsfestes positives Frontglied 39, ein verschiebbares negatives Glied 40 und ein festes positives Glied 41 auf. Auf eine Feldlinse kann bei diesem Ausführungsbeispiel verzichtet werden. Das Umkehrsystem 42 ist axial verschiebbar. Die Aperturblende ist zwischen Umkehrsystem und Bildebene B2 vorgesehen. Das negative Glied 40 und das Umkehrsystem bewegen sich nach solchen Gesetzen, dass der Bildort bei einer Brennweitenänderung unverändert bleibt.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Abstände
<tb> Glied <SEP> des <SEP> opt. <SEP> Systems <SEP> Brennweite
<tb> Bezugsz. <SEP> in <SEP> mm <SEP> Fig. <SEP> 4 <SEP> Fig, <SEP> 5 <SEP> Fig. <SEP> 6 <SEP>
<tb> Li <SEP> 39 <SEP> + <SEP> 62, <SEP> 00
<tb> 10,00 <SEP> 15, <SEP> 85 <SEP> 21, <SEP> 70 <SEP> 27, <SEP> 55 <SEP> 33, <SEP> 40 <SEP>
<tb> Ln <SEP> 40 <SEP> - <SEP> 13, <SEP> 00
<tb> 33, <SEP> 40 <SEP> 27, <SEP> 55 <SEP> 21, <SEP> 70 <SEP> 15, <SEP> 85 <SEP> 10,00
<tb> Lm <SEP> 41 <SEP> + <SEP> 14, <SEP> 76 <SEP>
<tb> 51, <SEP> 31 <SEP> 50, <SEP> 97 <SEP> 50, <SEP> 42 <SEP> 49, <SEP> 39 <SEP> 46, <SEP> 19 <SEP>
<tb> LR <SEP> 42 <SEP> +10,00
<tb> Austrittschnittweite <SEP> 14,88 <SEP> 15,22 <SEP> 15,77 <SEP> 16,80 <SEP> 20,00
<tb> Gesamtbrennweite <SEP> +4, <SEP> 14 <SEP> +6,07 <SEP> +9, <SEP> 64 <SEP> +17, <SEP> 17 <SEP> +40,
00
<tb>
EMI3.2
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Durch die Verstellung zweier Glieder kann die Abhängigkeit der Einstellentfernung von der Brennweite in relativ weiten Grenzen geändert werden.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Abstände
<tb> Glied <SEP> des <SEP> opt. <SEP> Systems <SEP> Brennweite
<tb> Bezugsz. <SEP> in <SEP> mm <SEP> Fig. <SEP> 7 <SEP> Fig. <SEP> 8 <SEP> Fig. <SEP> 9 <SEP>
<tb> Le <SEP> 43 <SEP> +75, <SEP> 00 <SEP>
<tb> 10,00 <SEP> 17, <SEP> 50 <SEP> 25,00 <SEP> 32, <SEP> 50 <SEP> 40,00
<tb> LU <SEP> 44-15, <SEP> 00
<tb> 40,00 <SEP> 32, <SEP> 50 <SEP> 25,00 <SEP> 17, <SEP> 50 <SEP> 10,00
<tb> Lm <SEP> 45 <SEP> +17, <SEP> 06
<tb> 70, <SEP> 34 <SEP> 69, <SEP> 96 <SEP> 69, <SEP> 33 <SEP> 68, <SEP> 16 <SEP> 65, <SEP> 41 <SEP>
<tb> LR <SEP> 46 <SEP> +14, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Austrittschnittweite <SEP> 21, <SEP> 62 <SEP> 22,00 <SEP> 22, <SEP> 63 <SEP> 23, <SEP> 80 <SEP> 26, <SEP> 55 <SEP>
<tb> Gesamtbrennweite <SEP> 4,21 <SEP> 6,21 <SEP> 9,97 <SEP> 18,13 <SEP> 40,00
<tb>
Das maximale Öffnungsverhältnis beträgt 1 : 1, 8, der freie Durchmesser der Frontlinse 39 mm.
In den Fig. 10-12 ist ein pankratisches System für 8 mm Kameras mit einem extrem grossen Brennweitenbereich von 4 bis 60 mm dargestellt.
Das maximale Öffnungsverhältnis beträgt 1 : 1, 8, der Durchmesser der Frontlinse 39 mm.
Das neue System kennzeichnet sich durch folgende Daten :
EMI4.2
<tb>
<tb> Abstände
<tb> Glied <SEP> des <SEP> opt. <SEP> Systems <SEP> Brennweite
<tb> Bezugsz. <SEP> inmm <SEP> Fig. <SEP> 10 <SEP> Fig. <SEP> 11 <SEP> Fig. <SEP> 12
<tb> LI <SEP> 47 <SEP> +64, <SEP> 16 <SEP>
<tb> 10, <SEP> 00 <SEP> 17,00 <SEP> 24,00 <SEP> 31,00 <SEP> 37, <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ln <SEP> 48-12, <SEP> 50 <SEP>
<tb> 37, <SEP> 78 <SEP> 30, <SEP> 78 <SEP> 23, <SEP> 78 <SEP> 16, <SEP> 78 <SEP> 10,00
<tb> L <SEP> 49 <SEP> +17, <SEP> 20 <SEP>
<tb> 71, <SEP> 38 <SEP> 70, <SEP> 94 <SEP> 70, <SEP> 16 <SEP> 68, <SEP> 56 <SEP> 63, <SEP> 49 <SEP>
<tb> LR <SEP> 50 <SEP> +14,21
<tb> Austrittschnittweite <SEP> 20,54 <SEP> 20,98 <SEP> 21,75 <SEP> 23,36 <SEP> 28,43
<tb> Gesamtbrennweite <SEP> +4, <SEP> 00 <SEP> +6, <SEP> 19 <SEP> +10, <SEP> 69 <SEP> +21, <SEP> 86 <SEP> +60,
00
<tb>
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich dadurch, dass das erste Zwischenbild in bezug auf das Ab- bildungsformat verkleinert oder vergrössert sein kann. So ist es z. B. möglich, mit einem 8 mm Schmalfilmobjektiv ein den 8 mm Filmformat entsprechendes Zwischenbild zu entwerfen und durch ein vergrö- ssernd wirkendes Umkehrsystem auf einen 16 mm - Firn abzubilden. In diesem Fall wird wohl die relative Öffnung des Gesamtsystems im Verhältnis der Vergrösserung des Umkehrsystems verkleinert, es ergibt sich jedoch trotzdem eine beträchtliche Reduktion der Abmessungen des Abbildungssystems. Die Verringerung der Objektivabmessungen fällt vor allem bei pankratischen Objektiven sowie auch bei Sonderobjektiven z. B. bei extremen Weitwinkelobjektiven ins Gewicht.
In analoger Weise kann auch ein 16 mm - Objek- tiv durch Einschaltung eines verkleinernd wirkenden Umkehrsystems für das 8 mm Format verwendet werden, wobei sich eine entsprechende Vergrösserung des Öffnungsverhältnisses ergibt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt. Sie kann bei sämtlichen Objektivtypen, insbesondere auch bei sämtlichen mechanisch oder optisch kompensierten pankratischen Ob-
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