DE1255945B

DE1255945B - Projektionsobjektiv variabler Brennweite

Info

Publication number: DE1255945B
Application number: DEA39134A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedbert Freitag
Original assignee: Agfa AG
Current assignee: Agfa Gevaert NV
Priority date: 1961-12-30
Filing date: 1961-12-30
Publication date: 1967-12-07

Description

Projektionsobjektiv variabler Brennweite - Gegenstand der Erfindung ist ein Objektiv variabler -Brennweite, vorzugsweise für Projektionszwecke, bestehend aus einer der längeren Schnittweite zugewandten Sammellinse, einer Bikonvexlinse, einem zwischen diesen beiden Sammellinsen eingeschlossenen, zum Zwecke der Brennweitenänderung axial verschieb-.baren, aus zwei sich gegenseitig ihre stärker gekrümmte Seite zuwendenden Negativlinsen bestehenden, zer-.streuenden zweiten Glied und einem der Bikonvexlinse nachgeschalteten vierten Glied, welches wiederum aus einem der Bikonvexlinse benachbarten positiven Meniskus, einer der kürzeren Schnittweite zugewandten Bikonvexlinse und einer von diesen beiden Positivlinsen eingeschlossenen Negativlinse besteht.
Objektive variabler Brennweite sind in mannigfaltigen Ausführungsformen bekannt. Die meisten dieser Konstruktionen sind für Aufnahmezwecke gedacht, hauptsächlich für Kinokameras, aber auch für Fotokameras. Entsprechend dieser Aufgaben-#teHung muß die Lage des Bildes gegenüber den fest in der Kamera eingebauten Teilen des Objektivs variabler Brennweite konstant sein, da speziell bei Kinokameras die Brennweite während der Aufnahme veränderbar sein soll.
Diese Konstanz der Bildlage wird durch großen technischen Aufwand ermöglicht: Entweder durch zusätzliche optische Elemente (optischer Schnittweitenausgleich), deren Brennweiten und Abstände hauptsächlich durch die Forderung der Bildlagenkonstanz festgelegt sind und deshalb nur noch in beschränktem Umfang zur Korrektion herangezogen werden können, oder durch mehr oder weniger komplizierte und mechanisch nicht einfach herstellbare Kurvenführung mindestens eines der verschiebbaren Linsenglieder (mechanisches Schnittweitenausgleich). Beide Möglichkeiten werden in dem überwiegenden Teil der bekannten Konstruktionen so verwirklicht, daß afokale Systeme variabler Fernrohrvergrößerung vor optische Systeme konstanter Brennweite geschaltet werden, wodurch die Schnittweite des Gesamtsystems gleich der Schnittweite des nachgeschalteten Objek- tivs ist, während die Brennweite des Gesamtsystems zwischen den Grenzen fl,#i,# = - f ' und f",.. f' variiert, wobei F"'i" die kleinstmögliche, F die größtmögliche Fernrohrvergrößerung des pankratischen Systems ist, während f' die Brennweite des nachgeschalteten Objektivs ist.
Ähnliche Wege sind auch auf dem Gebiet der Projektionsobjektive besehritten worden, und zwar wurde z. B. das einfachste pankratische System benutzt, das in zwei Stellungen afokal ist, nämlich ein System aus drei Gliedern, und zwar zwei Gliedern positiver Brechkraft, zwischen denen ein Glied negativer Brechkraft axial verschiebbar ist. Für die Brennweiten der Glieder dieses einfachsten pankratischen Systems gelten folgende Formeln: Dabei ist der Brennweitenfaktor, A 1 der Verschiebeweg des negativen Gliedes und al, (bzw. a") der Hauptebenenabstand der Glieder 1 und 2 (bzw. 2 und 3) in der Stellung, in der die Glieder 1 und 2 (bzw. 2 und 3) den kleinsten Abstand haben. Demnach ist die Brennweite des Gliedes 11 nur vom Verschiebeweg A 1 und dem Vergrößerungsbereich V abhängig, während die Brennweiten der Glieder I und 111 zusätzlich noch von den Hauptebenenabständen abhängen.
Da a" und a" gleiche Größenordnung haben, gilt wegen der näherungsweisen Gleichheit von 1 und III und der Umkehrbarkeit des Strahlengangs Damit ergibt sich, daß das geometrische Mittel M aus f."# und f.i" etwa gleich der Brennweite f' des nachgeschalteten Objektivs ist gemäß der Formel Diese oben beschriebenen Lösungsmöglichkeiten sind für Schmalfihn-, Aufnahme- und Projektionsobjektive gut zu gebrauchen, da dort die mechanischen Abmessungen - also Durchmesser der vorderen Linsen und Baulänge - gegenüber dem Filmformat groß sein können.
Demgegenüber liegt dem erfindungsgemäßen Ob- jektiv die Aufgabe zugrunde, ein Projektionsobjektiv variabler Brennweite zu schaffen, bei welchem der Durchmesser der ersten Linse höchstens so groß ist wie die Diagonale des zu projizierenden Bildformates. Das Linsenschema des erfindungsgemäßen Objektivtyps unterscheidet sich dabei rein äußerlich nicht von den eingangs beschriebenen Objektivforinen.
Ein nur scheinbar pankratisches System 1 bis 111 ist vor ein Objektiv fester Brennweite IV geschaltet worden. Während jedoch, wie oben ausgeführt, bei den bekannten Systemen dieser Art die Brennweitef des Hintergliedes IV etwa gleich dem geometrischen Mittel aus der kürzesten und der längsten Brennweite des Gesamtobjektivs ist, ist bei dem entsprechenden Hinterglied IV des erfindungsgemäßen Objektivs die Brennweite deutlich größer als dieses geometrische Mittel M. Die Korrektion des Projektionsobjektivs variabler Brennweite ist besonders gut, wenn die Brennweite des Hintergliedes IV mindestens viermal so groß ist wie das genannte geometrische Mittel M. Dieser langen Brennweite des Hintergliedes IV entsprechend ist die Kombination der Glieder 1, 11 und III nicht afokal, sondern hat in allen Stellungen Brennweiten, die kleiner sind als die Brennweite des Hintergliedes IV.
Um möglichst kleine Aberrationen im Vorderteil zu erreichen, sind die Brennweiten der Glieder I und 11 für den Fall des afokalen Vorsatzes größer, als es den oben angegebenen Formeln entspricht, während die Bikonvexlinse III eine deutlich kürzere Brennweite hat, die kleiner ist als 900/" des obengenannten geometrischen Mittels M. Ferner ist es besonders günstig, wenn gleichzeitig die letzte Linse IVc des Hinter-Aedes IV aus einem Glas hergestellt wird, dessen v-Wert um mindestens 20 kleiner ist als der v-Wert der ersten Linse IVa dieses Hintergliedes IV. Diese Linse IVa hat zweckmäßig eine Mittendicke d., die größer ist als 10 0/, des geometrischen Mittels M aus kleinster und größter Brennweite des Gesamtobjektivs. Auch ist es vorteilhaft, daß die Lufträume 1, und Is die Gestalt von Bikonvexlinsen haben, die sich gegenseitig ihre stärker gekrümmten Seiten zuwenden.
Die Korrektur des Objektivs ist in allen Stellungen der eines Objektivs fester Brennweite gleichwertig; allerdings ist die Schnittweite bei den verschiedenen Brennweiten nicht konstant. Da jedoch' normalerweise ein Projektionsobjektiv während der Projektion nicht verstellt wird, wird diese Tatsache, die die gute Korrektur bei nur sieben Linsen ermöglicht, nicht als Nachteil empfunden.
F i g. 1 zeigt ein Objektiv gemäß der Erfindung bei Einstellung auf die kürzeste Brennweite, F i g. 2 das Objektiv nach F i g. 1 bei Einstellung auf die längste Brennweite.

In den Figuren und Datentabellen sind die Linsenradien mit R, bis R", die Luftabstände mit 11 bis 1, die Linsendicken mit d, bis d, die Brechungsindizes der Gläser für die d-Linie des Spektrums mit n, bis n, und ihre Abbeschen Zahlen mit v, bis v, bezeichnet.

Tabelle 1

M 105,6 Al. = 1,49

.f."i.

Brennweite des Hintergliedes = 1303 = 12,3 M Öffnungsverhältnis bei f.'p# 1: 2,7

Brennweite des Gliedes 111 = 64,0 = 0,61 M Öffnungsverhältnis bei 1: 3,0

R, 129,5 d, = 5,4 n, = 1,5145 v, = 54,6

R, -523,0 11 # 1,0 - 23,7

R, 389,0 d, = 3,2 n, = 1,6204 v, = 60,3

R, 89,9 12 = 6,4

R, -70,9 d, = 2,5 n, = 1,6204 v, = 60,3

R6 30 1, = 23,7 - 1,0

R, 54,0 d, = 8,5 n, = 1,6204 v, = 60,3

R, -140,6 4 = 0,2

R, 36,2 d5 = 13,5 n., = 1,6204 v, = 60,3

RIO # 104,3 1,5 # 2,5

RI, = -153,4 d, = 6,2 n, = 1,7847 v, = 26,1

R12 = 28,9 1, = 8,1

RI3 # 74,2 d, = 4,4 n, = 1,7400 v, = 28 2

R14 = -123,0

Tabelle 2

M 105,7 f 1,49

Brennweite des Hintergliedes = fl'v = 1026 9,7 M Öffnungsverhältnis bei f.e 1: 2,7

Brennweite des Gliedes 111 = f,. = 68,6 0,65 M Öffnungsverhältnis bei f". 1: 3,0

R, = 157,5

d, = 5,4 n, = 1,5891 v, 61,2

R, = -775,0

1, = 1,0 - 25,7

R, = 2269,0

d, = 3,2 n, = 1,6031 v. - 60,7

R, = 102,3

1, = 5,5

R,5 = -73,1

d, = 2,5 n, = 1,6031 v, 60,7

Re = -640,1

1, # 25,7 - 1,0

R7 = 54,1

d4 = 7,3 n4 = 1,6031 v4 - 60,7

R, = -166,9

4 = 0,2

R, = 35,9

d, = 13,6 n, = 1,6031 vr, 60,7

RIO = 111,5

Ir, = 2,9

R" = -204,6

d« = 6,8 n, = 1,7847 % - 26,1

R,2 = 27,5

18 = 6,9

RI3 = 61,7

d, = 4,4 n, = 1,7552 V7 = 27,5

R14 = -183,1

Tabelle 3

M 104,8 f 1,47

Brennweite des Hintergliedes = fl'v = 659,2 = 6,3 M Öffnungsverhältnis bei f,',i" 1: 2,7

Brennweite des Gliedes im = fl = 75,2 = 0,72 M Öffnungsverhältnis bei f ' 1 3,0

R, = 167,5 d, = 3,8 n, = 1,5225 vl = 59,6

R2 = -917,5

11 = 1,0 = 29,4

R3 = 879,4 d, = 3,5 n, # 1,5225 v. = 59,6

R4 = 108,9

12 = 5,8

R5 = -76,7

d#, = 2,5 n. = 1,5225 v3 = 59,6

Ri, = cr#

1, = 29,4 1,0

R7 = -53,6 d4 # 7,0 n4 = 1,5225 v4 = 59,6

R8 = - 140,6

14 = 011

R 9 = 36,5 dr, = 14,5 n5 = 1,6204 v. = 60,3

Rjo = 138,0

15 = 3,8

RI, = -165,1 d, = 6,7 n, = 1,7847 v6 = 26,1

R,2 # 27,8

1, = 8,6

R,3 = 65,3 d7 = 4,7 n, # 1,7400 V7 = 28,2

RI4 = -167,5

Claims

Patentansprüche-. 1. Objektiv variabler Brennweite, vorzugsweise für Projektionszwecke, bestehend aus einer der längeren Schnittweite zugewandten Sammellinse (1), einer Bikonvexlinse (III), einem zwischen diesen beiden Sammellinsen eingeschlossenen, zum Zwecke der Brennweitenänderung axial verschiebbaren, aus zwei sich gegenseitig ihre stärker gekrümmte Seite zuwendenden Negativlinsen bestehenden, zerstreuenden Glied (II) und einem der Bikonvexlinse (III) nachgeschalteten Glied (IV), welches wiederum aus einem der Bikonvexlinse (III) benachbarten positiven Meniskus (IVa), einer der kürzeren Schnittweite zugewandten Bikonvexlinse (IV e) und einer von diesen beiden Positivlinsen eingeschlossenen Negativlinse (IVb) besteht, wobei die Brennweite des dreilinsigen Gliedes (IV) größer als die Brennweite der Kombination 1, 11 und III in allen Stellungen des Gliedes (11) und größer als das Vierfache des geometrischen Mittels M aus der kürzesten und der längsten Brennweite des Gesamtobjektivs ist, gekennzeichnet d u r c h die folgenden Konstruktionsdaten, die sich von den angegebenen um weniger als in den Flächenbrechkräften um weniger als 0,05 M in den Dicken d und Luftabständen 1,umwenigerals ±0,04indenBrechungsindizes n, und um weniger als ±6 in den v-Werten unterscheiden können: M lo5,6 f111. # 1,49 f.,in Brennweite des Hintergliedes = fl'v = 1303 = 12,3 M Öffnungsverhältnis bei 1 :2,5 Brennweite des Gliedes III = f,' , = 64,0 = 0,61 M Öffnungsverhältnis bei 1: 3,0 R, = 129,5 d, = 5,4 n, 1,5145 vl = 54,6 R2 = -523,0 11 = 1,0 23,7 R, = 389,0 d2 = 3,2 n2 196204 v2 = 60,3 R4 = 8919 1, = 6,4 R" = -70,9 d, = 2,5 n. # 1,6204 v, = 60,3 R, r#O 1, = 23,7 - 1,0 R, 54,0 d4 # 815 n4 = 1,6204 v4 = 60,3 R, 140,6 14 # 0,2 R 36,2 d, = 13,5 n, = 1,6204 v,5 # 60,3 R" = 104,3 1" 2, 5 R" = -153,4 d, 6,2 n. = 1,7847 v, = 26,1 R12 = 28,9 1, 8,1 RI3 = 74,2 d, 4,4 n. = 1,74ffl v, = 29,2 R14 = -123,0

2. Objektiv vom Typ gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Konstraktionsdaten, die sich von den angegebenen um weniger als in den Flächenbrechkräften um weniger als 0,05 M in den Dicken d und Luftabständen 1, um weniger als ±0,04 in den Brechungsindizes n" und um weniger als - 6 in den v-Werten unterscheiden können. M 105,7 f 1,49 Brennweite des Hintergliedes = f,v = 1026 9,7 M Öffnungsverhältnis bei 1: 2,7 Brennweite des Gliedes 111 = f#, = 68,6 0,65 M Öffnungsverhältnis bei 1: 3,0 R, = 157,5 d, = 5,4 n, = 1,5891 v, = 61,2 R, = -775,0 1, = 1,0 - 25,7 R, = 2269,0 d, = 3,2 nl, = 1,6031 v, = 60,7 R4 = 102,3 1, 5,5 R, = -73,1 d3 = 2,5 n, = 1,6031 v, = 60,7 Re = -640,1 1, = 25,7 - 1,0 R, = 54,1 d4 = 7,3 n4 = 1,6031 v4 = 60,7 R, = -166,9 14 = 0,2 R, = 35,9 d, = 13,6 nr, = 1,6031 % = 6 0, 7 RIO # 111,5 1, = 2,9 Ril = -204,6 d, = 6,8 n« # 1,7847 v, # 26,1 R12 = 27,5 le, = 6,9 R13 = 61,7 d, = 4,4 n, = 1,7552 v, = 27,5 R14 = -183,1

3. Objektiv vom Typ gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Konstraktionsdaten, die sich von den angegebenen um weniger als in den Flächenbrechkräften um weniger als 0,05 M in den Dicken d und Luftabständen 1, um weniger als -1-0,04 in den Brechungsindizes % -und um weniger als ±6 in den v-Werten unterscheiden können: f M Vf, f 10 4, 8 1,47 Brennweite des Hintergliedes = fl, = 659,9 = 6,3 M Öffnungsverhältnis bei f"',i" 1 -. 2,7 Brennweite des Gliedes 111 = fl = 75,2 0,72 M Öffnungsverhältnis bei f". 1. 3,0 R, = 167,5 d, = 3,8 n, = 1,5225 v, = 59,6 R2 # -917,5 1, = 1,0 29,4 R3 = 879,4 d2 = 3,5 n2 = 1,5225 % = 59,6 R, = 108,9 1, 5,8 R, = -76,5 d3 = 2,5 n. = 1,5225 v3 = 59,6 R, 3(- 1, = 29,4 1,0 R7 = 53,6 d, = 7,0 n4 = 1,5225 v, = 59,6 R, = - 140,6 4 = 0,1 R , = 36,5 d5 = 14,5 n" = 1,6204 v5 = 26,1 RIO = 138,0 15 = 3,8 R,1 = -165,1 d, = 6,7 n, = 1,7847 v, # 26,1 R12 = 27,8 1, = 8,6 _R,3 = 65,3 d7 = 4,0 n, = 1,7400 v, = 28,2 R,4 = -167,5

In Betracht gezogene Druckschritten: Deutsche Patentschriften Nr. 597 354, 650 907; deutsche Auslegeschriften Nr. 1088 247, 1018 236; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1814 231; USA.-Patentschriften Nr. 2 741155, 2 847 907, 3000259.