DE2519892A1

DE2519892A1 - Optisches system mit veraenderlicher lichtstaerkeverteilung fuer punktfoermige abbildung

Info

Publication number: DE2519892A1
Application number: DE19752519892
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Nakamura
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1974-05-04
Filing date: 1975-05-03
Publication date: 1975-11-13
Also published as: JPS581402B2; JPS50142231A; US4013347A

Description

!■iinolta Camera Ksoushiki KaIsIiR, Osaica Kokusai building, 30, 2-Chome, Azuchi-Maohi, Hihsshi-Ku, Osrka 541 / Japan

Optische? 'ystem ait veränderlicher lun. i'ür punktförmig übui

Jic ü!riiri.-'"-.un. betrifft ein abbildendes optisches Syste;:: mit wenigstens e-inem ^T..^reitex'en optischen Slerüent sur Beeinilussuiv; der AbbildecharakteristiiC für einen nicht ιokussierten Bildpunkt.

Is allgemeinen ^Tdrd ein Aufnahnieobjektiv entsprechend der Lchärfe eines aui eine Filniebene fokussierten Bildes £Ov;ertet. Unter BerMcksichtipun.v der Gesanitleictuii. deo Aufnahme-Objektivs jedoch ist die bloße Schärfe aes im Brennpunkt auf der Filmebene befindlichen Bildes zur- Bevertun,-; nicht ausreichend, sondern die natürlich versclrOmrnenen Abbildungen von vor bzw. hinter dem anvisierten Objekt Iielenden Aufnahmeobjekten bilden den wesentlichen faktor für die Bewertung des Aufnahir.eobjektivs. In liiancheri Fällen ist es erforderlich, t-ine ^•fev;üii£clite Verschroniiiienheit für das Zielooje-:t selbst vorzusehen. Las optische System, das in der La^e ist, ein solches Außerfokusuila su erseu^evi, ist in der Uw-Paieutschrii t r;o. 5.o43.^3!> beschrieben.

jerner ist ein so^en. "Weichseichiie.'system" bekanni :λιγ Erzielung einer überstrahlun. von Konturen bei der Ab-

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- 3 Karidbercich passieren, verschiebbar sein.

u'is eriii"rluiif-'e_f;-effiäße optische Element kann zur Beeinflussung der durch seinen Iian^;l"bereich tretenden Lichtstrahlen in seineiu ufmdbereioh ein positiver oder ein negatives Brechung svermö^'en aufweisen, während sein Innenbere''ch kein Brcchunsvermopen aufweist. Dieser aandbereich kann im Gegensatz zum Innenbereich auch eine relativ hohe lichtschluckende Charakteristik haben oder mit einer lichtzerstreuenden Charakteristik versehen sein, während dann sein Innenbereich eine lichtdurchlässige Charakteristik aufweisen kann.

Jas optische Element kann entweder im Bereich konvergenter Lichtstrahlen ο^er im Bereich nicht paralleler Lichtstrahlen im optischen System verschiebbar sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausfüh/ungsform können zi/ei optische Elemente vorgesehen sein,' die derart miteinander verbunden sind, da3 wenn das eine optische Element in seine erste Stellung verschoben ist, das f.v/eitn optische Element in seine erste Stellung und v/enn das eine optische Element in seine zv/eite Stellung verschoben ist, das zweite optische Element in seine zveite ;-,teilung verschoben ist.

Beide optischen Elemente können in ihrem iiandbereich entweder ein positives oder ein negatives Brechun;-;sverinü'-.'en aufweisen, während ihre Irmenbereiche kein Brechungs-

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,viio'uiig eines Auinahmeouje-kts. Dabei bestehen relativ jedoch Lchvierigkeiten bein ^vo-:iis£ieren der Linsenzusa:iiüiense-i,zuu_o auf Oman der Ohc'ra.'it.cris ilk dec fcrrussierten Bildes. Außerde::¹ richte ι, sich die Lichts tärkevert,eilim.^:;tcligrakieristik nach der ylendenbVEfnungsgröSe der Lin&erizusaiiiinensetzung, so daß bei weit eingestellter Blendenöffnung das entstandene 3ila zu undeutlich -/ird, • ährend der v/eichzeiohnerefiekt bei klein eingestellter Blen. e nur un_t;en%end ist.

Auf_e,abe der iriindun^: ist en, ein optisches System zu schaffen, mittels dessen die Lichtstärkeverteilun^ f'vv einen . ußerfoVusbildpunkt variabel gehalten !./erden kann una das leicht zu fokussierea sevie in der La^e ist, ein Bild iij.t ^evmnschter idealer Weichzeichnung bei der eingestellten Blendeiiöffnung zu erziele:;.

ürfinuun- sgenäß vjird aies dadurch erreicht, da3 das optische Element enxlang der optischen Achse verschiebbar i;;t und eine Handbereichcharakteristik, welche die dort hindurch tretenden Li:'htstr&hlen beeinflussen kann, und eine Innenbereichcharakteristik, '/eiche im wesentlichen ohne linflu.3 auf die durch den Innenbereich tretenden Lichtstrahlen oleiot, aufweisen kann.

In einer bevorzugten AusiiAh,_-mi.sforiii kann das optische iileLie.it Zv isehen einer ersten Stellung, in der alle Lichtstrahlen seinen Innenbereich passieren, und einer z''eiten 'teilung, in der die Handlichtatrahlen seinen

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vermögen ausweis, en.

Eines der beiden optischen Elemente kann entweder im Berei ch konvergenter Lichtstahlen oder im Bereich nicht paralleler Lichtstrahlen im optischen Oyster¹, verschiebbar ε ein.

:chließlich kann vorteilhafterv/eise das optische Element für eine Kamera mit einer Blendenöffnung verwendbar und in Übereinstimmung mit der Änderung der Größe dieser Blendenöffnung automatisch verschiebbar sein.

Mit der Erfindung wird so ein optisches System geschaffen, in dem, um eine Veränderung sowohl einem Außerfokusbild auf einer Filmebene als auch einem darauf fokussierten Bilde mitzuteilen, wenigstens ein optisches Element in einem Luftzwischenraum zwischen den Objektivlinsen oder auch außerhalb dieses Luftraums zwischen den Linsen angeordnet ist. Ler Mittelpunkt dieses optischen Elements liegt auf der optischen Achse der Äufnahmelinsen; es weist in seinem mittleren Bereich eine durchsichtige, planparallele Platte auf, die im wesentlichen symmetrisch zu dem Mittelpunkt ist. An seinem Umfangsrandbereich v/eist das optische Element eine Brechkraft oder (bestimmten) Lichtdurchlaßgrad auf und ist ausgelegt, die Bildpunkt-Intensitätsverteilung zu verändern, um eine Bildpunkt-Intensitätsverteilung nach Belieben zu leisten; es kann dazu parallel zur optischen Achse verschoben werden, wodurch die

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Bildpunkt-Intensitätsverttilung sowohl für ein durch das Objektiv abgebildetes fokucsiertes Bil.i al? auch für ein nicht fokussicrtes Bild beliebig verän/.'rbar ist; dadurch wird das Objektiv in seine:.· Aubildurh-'S-charakterisi-ik für ein Außerfokusbild verbessern und der VerschwommenheitS^:rad für ein fokussiertos Bild kann beliebig geändert werden ohne daß hierbei eine Beeinflussung- durch die eingestellte Blendenöffnung ' hinzunehmen wäre.

iSs wird zunächst noch ein in der vorliegenden Erfindung enthaltenes Prinzip beschrieben. Angenommen, es ist eine durchsichtige, planparallele Platte in einem Luftzwischenraum zwischen den Objektivlinsen angeordnet, in dem das in den Linsensystem bestehende Lichtbündel einen konv-.ve,/eiii en oder divergenten Zustand bieget, ud:r eiue solche Platte ist in dem fokue^-icrten, kon^ei" ;eij .oi; Lieht bündel angeordnet;, das von der letzten Obie/^iv-lince abgestrahlt wird und angenoinnen, da.i die ve:- schiedenen Aberrationen der Objektivlinsen aubreichend kompensiert sind, dann wird das Verschieben der planparallelen Platte in Richtung der optischen Achse keinerlei Einfluß auf die verschiedenen Aberrationen ausüben, wenn die planparaliele Platte nicht ein Brechunksvermögen aufweist, das alle Lichtstrahlen beeinflußt, enn im G-egensatz dazu die planparallele Platte ein optisches Element ist, das in seincl·! ünfangsrandbereich ein Brechun,,"svermö£eu oder einen Lichtdurchlaßgrad aufweist, werden die Lichtstrahlen, die durch den Umfangsrandbereich

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der Platte gehen, notwendigerweise durch die Brechkrar't oder den LichtdurchlaHgrod der Platte beeinflußt. Wenn das optische I'lerne nt in dichtung der optischen Achse verschoben wird, dann verändert sich die Anzahl der durch den Umfangsrandbereich fallenden Lichtstrahlen. :.o ist die Veränderung der BildpunH-Intensitätsverteilung abhängig von der Menge der durch den Umfangsrandbereich der Platte fallen-:-üii Lichtstrahlen, da diese Platte die Beschaffenheit der Lichtstrahlen verändert.

um die befriedigenden Ergebnisse der Erfindung zu erreichen, sollte ein solches optisches Element vorzugsweise in einem LuftZwischenraum zwischen den Objektivlinsen angeordnet werden, der eine stark konvergente Charakteristik oder eine stark divergente Charakteristik aufweist, und ein solcher Luftraum sollte vorzugsweise so weit wie möglich sein.

Ein ".."eichzeichnerlinsensystem ist das typischste Beispiel, in dem die Erfindung angewandt werden kann.

Weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von .Vusfiihrungsbeispielen in Verbindung mit der ~ anhängenden Zeichnung. Es sei jedoch betont, da3 die Zeichnung nur zur Erläuterung dienen, nicht aber die Grenzen der Erfindung bestimmen soll.

Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht eines optischen Systems einer ersten Ausführungsiorm der Erfindung,

Fi;-;. 2 eine Kurve sphärischer Aberration und die BiIdpunkt-ln"eusiLäitverteilung für einen nicht fokussierten Bildpunkt für den Fall, in dem das optic.ehe Element eine Stellung (a) in Fig. 1 einnimmt, dabei stellt Fig. 2(A) eine Kurve sphärischer Aberration dar und die Fig. 2(E), 2(G), 2(L) geben die Bildpunkt-Intensitätsvertf.ilung für ein nicht fokussi^r i/.s e Bild ehes Aufnahmeobjekts, das sich verglichen mit einem Zieloujekt in einem weiten Abstand von einer photographischen Kamera befindet, die Bildpunkt-Ir^ensitätsverteilung für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts und die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein nicht fokussiertes Bild eines Aufnahmeobjekts, das sich näher an der Photokamera befindet als das Zielobjekt, wieder,

Fig. 5 eine Kurve sphärischer Aberration, die die BiIdpunkt-Intensitatsverteilung für den Fall wiedergitt, in dem das optische Element mit einer divergenten Brechkraft in dem Umfangsrandbereich eine Stellung (b) in Fig. 1 einnimmt, dabei stellt Fig. 3(A) eine Aberrationskurve dar und die Fig. 3(B), 3(G) und 3(D) geben die Biläpum.t-Iritensitatsveri-ilung für eixi entferntes ni"-ht fokussiertes Bild, für ein fokussiertes BiI j des Zielobjekts und für ein nahes, 4

O O

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- G -■■-nicht fokussiertes Bild wieder,

rig. 4 die graphischen Darstellungen für den Fall, in dem einem sich in der Stellung (b) in Fig. 1 befindenden optischen Element ein konvergentes Brechung svermögen gegeben ist, wobei rig. 4(A) eine Kurve sphärischer Aberration darstellt und die Fig. 4(B), 4(C) und 4(LO die BiIdpunkt-Intensitätsverteilung für ein entferntes nicht fokussiertes Bild, für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts und für ein nahes nicht fokussiertes Bile wiedergeben,

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

r'ii:. 6 sphärische Aberrationskurven für die Fälle, in denen ein optisches Element mit divergentem. Brechungsvermögen im Umfangsranlbereich die Stellungen (a), (b) und (c) in Fig. 5 einnimmt,

Fig. 7 in einer graphischen Darstellung sphärische Aberrationskui'ven für die Fälle, in denen ein optisches Element ein konvergentes Brechungsvermögen aufweist und die Stellungen (a), (b) und (c) in Fig. 5 einnimmt,

Fig. 8 eine dritte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 graphische Darstellungen sphärischer Aberration und Koma in dem Fall, in dem zwei optische Elemente die Stellungen (al) bzw. (a2) in Fig. 8 einnehmen,

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Fig. 10 graphische Darstellungen sphärischer Aberration und Koma in dem Fall, in dem zwei bei (bi) und (b2) in Fig. 8 befindlichen optischen Elementen ein divergentes Brechungsvermögen in ihren Umfangsrandbereichen gegeben ist,

Fig. 11 graphische Darstellungen sphärischer Aberration und Koma in dem Fall, in dem zv/ei bei (b'i)bzw. (b2) in Fig. 8 befindlichen optischen Elementen ein konvergentes Brechungsvermögen in den Umfangsbereich gegeben ist,

Fig. 12 den Fall, in dem ein einziges optisches Element mit lichtschluckender Charakteristik in seinem Umfangsrandbereich verwendet vird, dabei stellt Fig. 12(A) eine sphärische Aberrationskurve dar und die Fig. 12(B), 12(0) und 12(D) geben die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein entferntes nicht fokussiertes Bild, für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts und für ein nahes nicht fokussiertes Bild uieder,

Fig. 13(A), (B), (C), (D), (E) in Seitenansicht Längsschnitte eines in den jeweiligen Äusführungsformen der Erfindung verwendeten optischen Elementes; und

Fig. 14 einen Längsschnitt durch eine Objektivfassung, in der ein Linsensystem der dritten Ausführungsform enthalten ist.

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Fig. i zeigt-eine Ausführungsform, in der ein optisches Element 7 in einem aus drei Objektivlinsen bestehenden Lin&ensystem angeordnet ist. In diesem Linsensystem, das aus einer konvexen, einer konkaven und einer konvexen Linse 1,2,3 gebildet wird, konvergiert das Lichr,-büridel in einem Zwischenraun zwischen einer ersten Line i und einer zveiten Linse 2. Ein optisches Element 7 ist innerhalb eines Luftswischenraumes z- isehen der ersten und zwei'<:en Linse 1,2 angeordnet, vouei sein Mittelpunkt auf der optischen Achse liegt, ivenn das optische "lenient 7 in eine Stellung (a) am nahes ten der zweiten Linse 2 geschoben wird, dann passiert das Lichtbündel den mittleren, planparallelen Bereich des optischen Elementes 7, aber tritl nicht durch den sphärischen oder asphärischen Umian_:_-;srandbereich des optischen Elementes 7, den ein Brechungsvermogen verliehen ist, wie es durch eine schräge Schraffierung in FiZ₅. 1 angedeutet ist. Infolgedessen ergibt sich im Falle der stellung (a) dieselbe Bedingung, wie man sie bei einem Linsensystem erhält, das aus der ersten, zweiten und dritten Linse 1,2,3 aber mit der Zerstreuung durch ein optisches Element 7 besteht, so daß das optische Element 7 in der gleichen Weise wie jene Linsen verwendet werden kann und die Fokussierung erleichtert wird.

Wenn in der ersten Ausführungsform das optische Element 7 parallel zur optischen Achse in Richtung auf die erste Linse 1 verschoben wird, um eine Stellung (b)

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:■":·"}glichst nahe an eier ersten Linse 1 einzunehmen, dann passiert das Lichtbündel, das auf Grund der Brechung durch die erste Linse 1 konvertiert, den nit einem Brechungsvermögen versehenen Bereich des optischen Elementes 7, so daß die Lichtstrahlen, die diesen bereich passiert hauen, Konvergenz oder Jjivergens aufweisen mit der Fol.;;e der eztrem ungenügenden Kompensation oder Überkompensation für eine sphärische Aberration des gesamten Objektivlinsensystens, und so erriet sich das sogenannte kontrastschwache 3ild.

Ein gutes kontrastschwaches Bild hat einen äußerst scharfen Kern, der von einem Lichthof umgeben ist. Zur Erzeugung eines solchen Kerns ist die Leistung eines allgemein gebräuchlichen Objektivlinsensystems erxorderlich. Allgemein gesagt, um in Bezug auf ein Zielaufnahmeobjekt ein schönes verschwommenes Bild eines Hintergrundes zu erzeugen,ist eine ungenügende Kompensation für eine sphärische Aberration eines Linsensystems wünschenswert, während um ein schönes MId eines Vordergrundes zu schaffen, eine Überkompensation für die sphärische Aberration des Linsensystems v:ünsehenswert ist. Lies wird verständlich bei Bezugnahme auf die Bildpunkt-Intensitätsverteilung.

"Firr. 2(A) stellt graphisch eine sphärische Aberrationskurve eines optischen Systems dar, in dem das optische Element 7 die Stellung (a) in Fig. 1 einnimmt. jJieser Fall bietet dieselbe Kompensationsbedingung wie die

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für die Aberration de_ts aus den Objektivlinsen 1,2 und bestehenden Linnensystems.

Ein Aufnahmeobjekt, das hinter dem Zielobjekt liegt, wird an einem Punkt -x in Fig. 1 in ein Bild geformt, und das so gebildete BiI-" ist von einer Filmebene, das ist die Ebene ο in Fig. 1, defokussiert. Die Bildpunkt-Intensitätsverteilung des nichifokussierten Bildes auf der Filmebene ο ist in Fig. 2(B) dargestellt. Ein ^ vordem Zielobjekt liegendes Aufnahmeobjekt wird an H

cc einem Punkt +x in Fig. 1 in ein Bild geformt, und die

Bildpunkt-Intensitätsverteilung für das nichtfokussierte ^ Bild auf der Filmebene ο ist in Fig. 2(D) dargestellt. Die Kurven, die die Bildpunkt-Intensitätsverteilung in Fig. 2(B) und 2(Jj) graphisch wiedergeben, sind im wesentlichen gleich. Die verschwommenen Bilder dieser hinter und vor dem Zielobjekt gelegenen Aufnahmeobjekte bieten insgesamt ausgedehnt verschwommene Bilder ohne einen scharfen Kern und geben so eine geringe Bildqualität.

Fig. 2(c) zeigt die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts in dem Fall, in dem ein optisches Element 7 die Stellung (a) in Fig. 1 einnimmt, wobei das fokussierte Bild scharf und ohne einen Lichthof ist.

Fig. 3(A) gibt in einer graphischen Darstellung eine

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sphärische Aberration in dem Fall wieder, in dem das optische Element 7 die Stellung (b) in Fi,;. i einnimmt und in seinem Umfangsrandbereich eine diver,, em, e BrocL-kraft aufweist, die Kurve stellt eine ÜberkompexisatJ on für eine sphärische Aberration dar.

Fig. 3(B) stellt die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein nicht fokussiertes Bild eines in Bezug aui" das Zielobjekt im Hintergrund liegenden Aufnahmeobjekts unter derselben Bedingung wie für Fig. 3(A) dar. Fig. 3(B) zeigt deutlich, daß das nicht fokussierte Bild in seiner Mit te geringe Intensität auf v/ei st, was zu einem vmlstförmigen verschwommenen Bild führt mangels eines Kerns, so daß kein gutes verschwommenes Bild erhalten werden kann.

Fi₀. 3(C) stellt die Bildpunkt-Iirensitätsverteilung für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts unter derselben Bedingung wie für Fig. 3(A) dar, wobei man ein gutes kontrastschwaches Bild erhält, bei dem ein Kern, der von einem Lichthof umgeben ist, in der Mitte liegt. Fig. 3(D) stellt die ü-dldpunkt-Intensitätsverteilung für ein nicht fokussiertes Bild eines im Vordergrund befindlichen Objekts unter derselben Bedingung wie für Fig. 3(A) dar. Beim Vergleich von Fig. 3(D) mit Fig. 2(D) , bei der das erfindungsgemäße optische Element 7 in dem Linsensystem nicht gebraucht wird, bietet die erstere in der Mitte einen Kern, der von einem Lichthof umgeben ist mit der Möglichkeit, daß das na-

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- 14 türlich verschwommene Bild erhalten wird.

Fig. 4 gibt die graphischen Larstellungen für den Fall wieder, daß einem optischen Element 7 eine konvergente ßrechkrait in dem Umfangsranäbereich verliehen ist. Aus Fi::. 4(A) if-1 zu ersehen, daß eine kompensation für eine sphärische Aberration unzureichend ist.

Fig. '!(B) stellt die Bildpunkt-In'.ensitätsverteilung für Gin nicht fokussiertes Bild eines im Hintergrund befindlichen Objekts unter derselben Bedingung v.'ie .für Fig. 4(A) dar; die V-: r teilung skurve nähert sich stark der von Fi^. 3(D) mit der Darstelluu." eines -jxien ve.-/sch/ omnenen Bildes.

Fig. 4(0) zeigt die Bildpunkt-Intei.üitätsverteilung für ein fokussiertes Bild des Zielobjekls unter derselben Bedingung wie für Fig. 4(A). Auch in diesem Fall erhält man eine der von Fig. 3(C) ähnliche Verteilungskurve mit der Darstellung eiies guten kontrast schwachen Bildes.

Fig. 4(D) giot die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein nicht fokussiertes Bild eines im Vordergrund befindlichen Objekts unter derselben Bedingung wie oben mieder. Lie Verteilungskurve ist sehr ähnlich der von Fig. 3D), bei der in der Mitte kein Kern gebildet wird, aber ein klar konturiertes, vralstförmig verschwom-

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seiles Bild er^eu^i, "-"i.'.'d, diese Faktoren beeinträchtigen die abbildende).: Gharakteristika.

rig. 5 ^eigt eine Lyei·. e Ausführungsform der Erfindung, bei der ein optisches Element? hinter der dritten Obje-coivlinse 5 außerhalb des LuftZwischenraumes zwischen den Linsen 1,2,3 angeordnet ist-; die dritte Objektivlinse 3 ist eine der ein Linsensystem bildenden Objektivlinsen 1,2 und ?. Dem optischen Ele.mcmt 7 ist in UmfangsrancLöereich eine Brechkraft verliehen und es kann parallel zur optischen Achse verschoben v/erden, um die Stellungen (a), (b) bzv^r. (c) einzunehmen.

In den Fällen, in denen das eine divergente Brochkraft aufweisende optische Element 7 die jeweiligen Stellungen (s), (b) und (c) einnimmt, v/eist das gesamte Linsensystem die sphärischen Aberrationen auf,wie es in Fig. 6 graphisch dargestellt ist. Fig. 6(A) gibt eine sphärische Aberrationskurve wieder, bei der das optische Element 7 die Stellung (a) in Fig. 5 einnimmt. Fig. 6(B) gibt eine sphärische Aberrationskurve wieder, bei der das optische Element 7 in die Stellung (b) verschoben ist, und Fig. 6(0) eine sphärische Aberrationskurve, bei der das optische Element 7 in die Stellung (c) verschoben ist. Die sphärische Aberrationskurve gemäß Fig. 6(A) ist sehr ähnlich der des Objektivlinsensystems selbst, und die Kurven gemäß Fig. 6(B) und 6(G) stellen dar, daß die Kompensation für eine sphärische Aberration zunehmend übermäßig wird. Diese

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graphischen Darstellungen machen deutlich, daß das Ausmaß eines Lichthofs entsprechend einer Stellung des optischen Elementes 7 auf der optischen Achse gesteuert werden kann, so daß man kontrast schwache Bilder ir it veränderlichem Kontrastgrad erhalten kann.

Fig. 7 gibt in graphischen Darstellungen die sphärischen Aberrationskurven für den Fall wieder, daß das optische Element 7 in denselben Stellungen wie in Fig. 5 angeordnet ist, aber eine konvergente Brechkraft in dem Umfangsrandbereich aufweist. Die sphärischen Aberrationskurven gemäß Fig. 7(A), 7(B) und 7(C) entsprechen denen der Fig. 6(A), 6(B) und 6(C). Diese Kurven gemäß den Fig. 7(A), 7(B) und 7(C) zeigen deutlich, daß mit der Verschiebung des optischen Elementes 7 aus der Stellung (a) über (b) nach (c) in Fig. 5 die Kompensation für die sphärische Aberration unzureichend wird.

Mit den zwei vorangehenden Ausführungsformen können sphärische Aberrationen zu ihrer Ausgleichung verändert werden, aber es ist recht schwierig, den Lichthof für das Lichtbündel außerhalb der optischen Achse symmetrisch auszubilden. In Fig. 8 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, bei der ein Linsensystem aus sechs Objektivlinsen 1,2,3,4,5 und 6 besteht; darin sind zwei optische Elemente 8-, und 82 in einer Weise angeordnet, daß das eine optische Element 8., zwischen der dritten Linse 3 und der vierten Linse 4, und das andere optische Element 8^ zwischen der vierten Linse

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und der fünften Linse 5 angeordnet ist; diese beiden optischen Elemente 8. und 8.-, können von Stellungen (al) und (a2) in Stellungen (bi) und (b2) verschoben werden. Wenn die betreffenden optischen Elemente 8. und 82 sich in den Stellungen (al) bzw. (a2) befinden, passiert kein Licht die Umfangsrandbereiche dieser Elemente 8. und 8p, denen beiden eine Brechkraft verliehen ist; wenn diese optischen Elemente 8. und 8p sich bei (b1) bzw. (b2) befinden, kann Licht die Umfangsrandbereiche passieren. Wenn sich die optischen Elemente 8. und 8p in den Stellungen (al) bzw. (a2) befinden, kann das gesamte Linsensystem in de..¹ gl-i-.-.hen Weise verwendet v/erden wie das Objektivlinsensystem 1,2,3,4,5 und 6, und wenn die optischen Elemente 8. und 8p sich in den Stellungen (b1) und (b2) befinden, kann man ein kontrastschwaches Bild erhalten.

In diesem Fall erzeugt das sich in der Ltellung (bi) befindende optische Element 8., einen \n Bezug auf seine Mitte im wesentlichen symmetrischen Lichthof für das Lichtbündel auf der optischen Achse, während es einen Lichthof auf der Unterseite des Lichtbündels außerhalb der optischen Achse erzeugt.

Im Gegensatz dazu erzeugt das sich in der Stellung (b2) befindende optische Element 8p einen in Bezug auf seine Mitte im wesentlichen symmetrischen Lichthof für das Lichtbündel auf der optischen Achse, während es einen Lichthof an der Oberseite des Lichtbündels außer-

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halb der optischen Achse erzeugt. Aus vorstehend Beschriebenem erhellt, daß in der Ausführungsform gemäß. Fig. 8 ein in Bezug auf den Hittelpunkt im wesentlichen symmetrischer Lichthof sowohl für das Lichtbündel auf der optischen Achse als auch für das Lichtbündel außerhalb der optischen Achte erzeugt werden kann, wodurch ein kontrast schwache s Bild von verbesserter Qualität erreicht wellen kann.

In der Ausführungsform kann das Verschieben des optischen El ein in te s ο, aus der Stellung (al) in die Stellung (b1) my--', das Verschieben des optischen Elementes 8-, aus der Stellung (a?_) in die Stellung (b2) mit einer Blende verbunden sein oder manuell bewirkt werden, so daß das Ausmaß des Lichthofs reguliert werden kann.

Fig. 9 zeigt sphärische Aberration und Koma in dem Fall, daß die optischen Elemente 8-, und 8 p sich in der obigen Ausführungsform in den Stellungen (al) bzw. (a2) befinden.

Fig. 10 zeigt in graphischen Darstellungen die sphärische Aberrations- und die Komakurve in dem Fall, in dem in der Ausführungsform gemäß Fig. 8 die optischen Elemente 8-, und 8_O in ihrem Umfanesrandbereich eine divergente Brechkraft aufweisen und die betreffenden optischen Elemente 8-, und 8p in die Stellungen (b1) und (b2) gebracht sind. Aus diesen Kurven gemäß Fig. 10 ist zu ersehen, da3 eine Überkompensation vorliegt.

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Fi!'. Ii zeigt in graphischen Darstellungen sphärische Aberration und Koma in dem Fall, daß die optischen Elemente 8, und 8p in der Ausführungsform _r,emäß Fig. 8 in ihrem Umgebungsrandbereich eine konvergente Brechkraft aufweisen und in die Stellungen (bi) hzv.. (b2) gebracht '/orden sind. Diese Kurven geben die unzureichende Kompensation der jeweiligen Aberration wieder. Diese Fehlerkurven stellen die Entstehung eines in Bezug auf die Mitte symmetrischen Lichthofs für das Lichtbündel außerhalb der optischen Achse dar.

Fig. 12 zeigt in graphischen Darstellungen eine sphärische Aberrationskurve und die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein fokussiertes Bild des Zielobjekts und für nicht fokussierte Abbildungen von Objekten im Vorder- und Hintergrund und zwar in dem Fall, in dem das optische Element 7 der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 in dem Umfangsrandbereich anstatt einer ßrechkraft eine lichtschluckende Funktion aufweist. Im Vergleich der Fig. 12(A),12(B), 12(C) und 12(D) mit den Fig. 2(A),2(B),2(C) und 2(D) sind die sphärischen Aberrat ion skurven sowohl gemäß Fig. 12(A) als auch Fig. 2(A) völlig gleich, weil dem optischen Element 7 keine Brechkraft verliehen ist. Die Kurven, die die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für im Brennpunkt befindliche Bilder graphisch darstellen, sind sowohl in Fig. 12(C) als auch in Fig. 2(C) völlig gleich. In den Fig. 12(B) und 12(D) stellen die die Bildpunkt-Intensi-

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tä-t ε verteilung für nicht fokussierte Bilder von Objekten im Vorder- und Hintergrund zeigenden Kurven mit den abgerundeten Ecken, v/ie durch Pfeile in den Fig. 12(B) und 1,.(D) gezeigt, mangelnde Quantität an Umgebungslicht dar. Infolgedessen vird die Bildpunkt-Intensitätsverteilung für ein nicht fokussiertes Bild verbessert, wenn demselben ein Mittelpunkt gegeben und es mit einem Lichthof umgeben wird. Das heißt, daß wenn dem Umfan.-srandb.ereich des optischen Elements 7 eine lichtschluckende Wirkung verliehen wird, sich die verbesserten nicht fokussierten Bilder für Objekte, die in Bezug auf das Zielobjekt irn Vorder- und Hintergrund liegen, ergeben, anders ?m dem Fall, in dem dem optischen Element 7 eine Brechkraft verliehen ict.

Fig. 15 zeigt Form und Aufbau der optischen Elemente 7,8. und 8p entsprechend der Erfindung.Fig. 13(A) und 13(B) zeigen die Form des optischen Elementes, dem in seinem Umfangsrandbereich eine positive Brechkraft, d.h. Konvergenz verliehen ist. Im Falle des unter (A) gezeigten optischen Elements ist eine plan-konvexe Linse durch Schleifen oder Schneiden in ihrem mittleren Bereich zu einer planparallelen Platte eingeschliffen, wobei ein ganz bestimmter Bereich in ihrem Umfangsrandbereich intakt bleibt. Im Falle des unter (B) gezeigten optischen Elementes ist eine planparallele Platte so umgeformt, daß der Umfangsrandbereich im Vergleich zum mittleren Bereich eine verminderte Dicke aufweist. Da das optische Element gemäß (B) aus einer planparallelen

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Platte hergestellt ist und die Verminderung der Dicke oder die Konizität ihrem Umfangskantenbereich symmetrisch zur Mitte gegeben ist, ist die Herstellung einer solchen Linse äußerst einfach im Vergleich mit der Herstellung einer Linse, die Bereiche mit verminderter Dicke aufweist. Das unter (G) gezeigte optische Element ist aus einer planparallelen Platte hergestellt, deren Umfangsbereich in ihrer Dicke verstärkt ist und eine negative Brechkraft aufweist. Diese optischen Elemente müssen nicht immer aus einer Glasplatte hergestellt v/erden, die, um einen planparallelen Bereich zu schaffen, einem Schleif- oder Schneidevorgang unterzogen werden, sondern können aus synthetischen Harzen wie z.B. Akrylharz hergestellt v/erden.

Der Umfangsbereich des jeweiligen optischen Elementes, dem eine Brechkraft verliehen ist, kann eine asphärische Oberfläche aufweisen. Die asphärische Oberfläche ist mit einer guten Näherung durch die folgende Formel bestimmt:

^y 2 ρ _Y4 , ρ _V6 _{n V}8 _{n Y}10

Z\l = O₂X + G₄I + 0₆ϊ + Ogi + O₁₀I

worin X eine Abweichung von einer planparallelen Platte, Y die Höhe von der optischen Achse und C₂ bis 0,q Koeffizienten der asphärischen Mche sind.

Fig. 13(D) und 13(E) zeigen die optischen Elemente, die in ihrem Umfangsrandbereich anstelle einer Brechkraft eine lichtschluckende Charakteristik, d.h. einen Licht-

- 22 - g 509846/0853

durchlaßgrad auf v/eisen. Das unter (D) gezeigte optische Element wird hergestellt, indem ein plan-konkaves, linsenförmiges IiD-FiIt er 9b (schräg schraffiert) an eine plan-konvexe Linse 9a mit derselben Krümmung wie das FD-Filter 9o geklebt wird, so daß die Brechkraft über dem gesamten optischen Element null wird. Das unter (E) gezeigte optische Element ist aus einer transparenten, planparallelen Platte 10a hergestellt, auf deren Umfangsbereich ein Material von geringer Durchlässigkeit 10b, zum Beispiel Aluminium, aufgeklebt oder durch Vakuumverdampfung aufgebracht ist, um nur für den Umiangsrandbereich eine lichtschluckende Wirkung vorzusehen. Anstelle des Materials von geringer Lichtdurchlässigkeit kann ein Material, das eine Streuwirkung hat, an dem Umiangsrandbereich angebracht werden, oder die Streucharakteristik kann ihm auf andere Weise verliehen werden.

Fig. 14 ist ein Längsschnitt durch eine Objektivfassung, in der das in Fig. 6 gezeigte optische System enthalten ist.

Ein Fokussierungsring 15 ist mittels einer Schraubenfläche 13 in einen feststehenden Linsentubus 12 geschraubt, der einen Ansatzanschluß 11 aufweist, und ein innerer Linsentubus 14 ist mit Hilfe der Schraubenfläche in den Fokussierungsring 15 geschraubt. Der innere Linsentubus 14 M mit einer Keilnut 17 versehen, in die ein sich linear nach vorn erstre.ckender Stift 16,

- 23 509846/0853

Je_· von de- feststehenden Linnen tubus Xa abra./i, lose eingepaßt ist.Auf den äußeren Un/ffng des inneren Linsentubus K ii drehbar zu ihm ein Bleriuenrin,■■ 18 aufgepaßt, der einen nil einem Blendenbetäii-rungsstift 21 verbundenen Arm 19 aufweist. -^er ßleridenbetätigungsstift 21 ist in einem Blendenbetätijnngsring 25 befestigt, der drehbar in dem inneren Linsen tubus 14 gelagert ist und eine Blende 24 au\^reist. Jie optischen Elemente G- und 8_O sind jeweils durch bewegbare Träger 35a und 35b /.ehalten, die innerhalb des inneren Linsentubus 14 in Sichtung der optischen Achse gleiten können. Führungsstil te 34a und 34b, die von den bewegbaren 'fj'ä. ern 35a und 35b abragen, gehen durch in dem inneren Linsentubus 14 vorgesehene noc^eiiförmige Hüten 37a und 37b und in Entlastungslöcher 3öa und 38b, die jeweils in Unfangsrichtung des inneren Linsentubus'14 vorgesehen sind. Lie Führungsstifte 3^a und 34b sind in Führungslöcher 33a und 33b eingepaßt, die in einstückig ausgebildeten Armen 31a und 31b in axialer '.dichtung verlaufend vorgesehen sind; die einstückig ausgebildeten Arme 31a und 31b ragen von einem Betätirungsring 25, der zur Veränderung der Bildpunkt-Intensitätsverteilung benutzt wird und drehbar auf den Außenumfang des inneren Linsentubus 14 aufgepaßt ist, parallel zur optischen Achse ab und in die Entlastungslöcher 38a und 38b hinein.

Ein Umschaltknopf 26 ist mittels eines Einklinkmechanicmus' 27,28 und 29 auf dem Betätigungsring 25 zur Ver-

- 24 - δ

0 9846/0853 _D

Wendung bei der Veränderung der Bildpunkt-Intensitätsverteilung vorgesehen. Der Umschaltknopf 26 kann mit Hilfe dieses Einklinkmechariismus' 27,28,29 in die Ki chtung der optischen Achse verschoben werden. Wenn der Umschaltknopf 26 entlang der optischen Aohse nach rückwärts verschoben wird, greift ein Kopplungsfortsatz 30 des Umschaltknopfes 26 in einen in dem Blendenbetätigungsring 18 vorgesehenen Ausschnitt 32 ein, und wenn er nach vorwärts verschoben wird, wird dieser Fortsatz 30 aus dem Ausschnitt 32 gelöst.

Wenn der Fokussierungsring 15 betätigt wird, dann wird der innere Linsentubus 14 in Eichtung der optischen Achse nach rückwärts oder vorwärts verschoben, wodurch die Objektivlinsen 1,2,3,4,5,6 und die optischen Elemente 8. und 8p gemeinsam zur Fokussierung verschoben werden. Die Blendenöffnung wird durch Drehen des Blendenrings 18 eingestellt. Wenn der Betätigungsring 25 für die Veränderung der Bildpunkt-Intensitätsverteilung gedreht wird, werden die optischen Elemente 8, und 8p in Bezug auf die Objektivlinsen 1,2,3,4,5,6 in Eichtung der optischen Achse verschoben, wodurch die Bildpunkt-Intensitätsverteilung geändert werden kann.

Venn der Kopplungsfortsatz 30 des Umschaltknopfes 26 in den Ausschnitt 32 in dem Blendenbetätigungsring 18 eingreift, kann die Bildpunkt-Intensitätsverteilung durch die Betätigung des Blendenbetätigungsrings 18 durch die Verbindung mit der Blende verändert werden.

- 25 - § ο

509846/0853 ο

Die Zahlenwerte für das in der obigen Ausführiurrsform verwendete optische System sind unten anhand von Beispielen aufgeführt:

f (Brennvjeite des gesamten Linsensystenis) = 1 ; F (Blende) = 2,5 ;

2 (Blickwinkel) = 24°24' ; und Bf (hintere Brennweite) = 0,382.

Krümmungsradius Dicke auf der Brechungs- Abbe'sehe

Achse index zahl

^rl	= 0.633	Q₁ =	0.072	N₁ =	1	.o779	*1	= 55.5
^r2	= 2.904	Q₂ =	0.002	N₂ -	1	.6727		= 52.1
^r3	= 0.371	^d3-	0.014	*S =*	1	.6779		= 55.5
^r4	= 0.229	^d4 =	0.115	^₄ =	1	.51o3	"4	= 64.2
^r5	= 0.732	S =	0.03		I	.5168		= 55.7
	= asphäri sche Ober fläche	a. = C	0.07	^ij6 ⁼	1	.5160		= 6^:. 2
f	= 00	Q₇ =	0.052		I	. 571 ■	*Y-(*	= 59.1
IV O	= 1.112	d,, = O	0.03	^Ww =	¹			= 41.1
^r9	= 0.Ϋ20	a₉ =	0.2

.p= asphäri- d..= 0.01 sehe Oberfläche

509846/0853

Krümmungsradius Dicke auf der

Achse

r,, = Oo

r-_i2 = 0.290

= -0.493

r₁₄= 1.032

O'' ^ri r\

= 0.03

d_1? = 0.02

= 0.004

d._]4 = O.Ob Id = 0.649

Die asphärischen Oberflächen in der obigen Liste sino die sechste und zehnte Oberfläche in einem optischen Element und der Koeffizient der asphärischen Fläche für die zehnte Oberfläche ist wie foL"t:

	Brech'-'-ait	negabive Brechkraft
Oberfläche	positive Brochkraft	13 -O,1(Jx'IO~ 12 -0,9x10
υ 10	13 Ü, 18x10— 12 0,9x10

Es \mrde ein abbildendes optisches System, wie z.B. ein Aufnahmeobjektiv, beschrieben, ./eiches hinsichtiich seiner Abuildun;/scharakteribtil: für ein nicht fokussiertes Bild verbessert ist. In dem optischen Systeui ist wenigstens ein optisches ';?!l^m&nl vorgesehen, dessen mittlerer Bereich als transparente, planparallele Platte

- 27 —

509846/0853

ausgebildet ist und dessen Umfangsrandbereich eine Brechkraft oder eine lichtschluckende Charakteristik aufweist und das in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das optische Element (7;3.,,8p) entlang der optischen Achse in dem Bereich eines optischen Systems verschiebbar sein, in dem die Lichtstrahlen divergent oder konvergent sind.

Die Erfindung kann vorteilhaft insbesondere einmal zur Veränderbarkeit der Lichtintensitätsverteilung bei einem nicht fokussierten Bild und zum andern zur leichten Fokussierung mit einem Weichzeichnersystem und damit zur Erzielung eines gewünschten idealen v/eich fokussierten Bildes bei beliebig eingestellter Blendenöffnung verwendet werden. Es versteht sich, daß bei einem erfindungsgemäßen Weichzeichnersystem auch die Veränderbarkeit der Lichtintensitätsverteilung für einen nicht fokussierten Bildpunkt gegeben sein kann.

Patentansprüche:

- 28 -

509846/0853 α

Claims

Pa "LentansOrüche

Aus einer nehrzahl von auf einer optischen Achce angeordneten Linsen bestehendes abbildendes optisches System mit wenigstens einoin seinen Strahlenweg schneidenden optischen Element,
da durch bekenne e i ohne i,

daß das optische Element (7;8.,8p) entlang der optischen Achse verschiebbar ist und eine Randbereichcharakteristi¹^ "welche die dort hindurch tretenden Lichtstrahlen beeinflussen kann, und eine Innenbereichcharakteristik, welche im wesentlichen ohne Einfluß auf die durch den Innenbereich tretenden Lichtstrahlen bleibt, aufweisen kann.

2. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Element (7;8.,,8p) zwischen einer ersten Stellunj (a), in der alle Lichtstrahlen seinen Innenbereich passieren, und einer zweiten Stellung (b), in der die Randlichtstrahlen seinen Randbereich passieren, verschiebbar ist.

3. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Randbereich des optischen Elements (7;8^,8p) ein positives Brechungsvermögen und sein Innenbereich kein Brechunksvermögen aufweisen.

4. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

- 29 -

509846/0853

daß der Handbereich des optischen Elements (7*8..,8,-.) ein negatives Brechungsvermögen und sein Innenbe.-.-eich kein Breciiungsvermögeii aufweisen.

5. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Randbereich des optischen Elements (7;&, ,6,,) im Gegensatz zu seinem Innenbereich eine relativ hohe liht schluckende Charakteristik auf v/eist.

6. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet,

daß der dandbereich des optischen Elements (7*8,,&^,) eine lichtzerstreuende Charakteristik und sein Innenbereich eine lichtdurchlässige Charakteristik aufweisen.

7. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Element (7;8,,Sp₁) im Bereich konvergenter Lichtstrahlen im optischen System verschiebbar ist.

G. Abbildendes optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Element (7;8.,b_o) im Bereich nicht paralleler Lichtstrahlen im optischen System vs:-'schiebbar ist.

- 30 - I

ο 509846/0853 §

9. Abbildendes optisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch-zwei optische Elemente (c., ,6,,).

10. Abbildendes optisches Systen nach Anspruch 1,2 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die zwei oütischen Elemente (B .,8,0 derart miteinander verbunden sind, daß wenn das eine optische Element (8.) in seine erste Scollang (al) verschoben ist, aas z-eite optische Element (3,) in seine erste Scellun^ (a2), und wenn das eine optiscne Element (8.) in seine zweite Stellung (bi) Te._:. schooen ist, das zweite optiscne Element (6.-,) in seine zweite Stellung (b2) verschoben ist.

11. Abbilde-ides optisches Syni.em nacl· Anspruch 1,2 und 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die optischen Elenente (8.,,·'. J in ihrem üandbereich positives Brechun^svermöt'en urin .in ihren Innenbereicli kein Brechun/svermögen aufweisen.

12. Aubildericieü optisches Systen nach Anspruch 1,2 und 9, dadurch ( ekennzeicimet,

da.3 die optischen Elemente (3 ,£.,) in ihren Rynabereich negatives Br·:chunjsvermö.^ei: und in ihrem Innenbereich

13. Abbildeiiues optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der beiden optischen Elemente (8,,8.-,) im Be

- 31 -509846/0853

re id .·. I:ⁿ]iVfciye:ner L: c\,',strahle:-.: .ν.·;-} optischen

14. Abbildendes optisches Listen nach Anspruch 9,
dadurch rekennceiohnet,

rla^ri eines ö.er beiden optischen Elemente (O.,c.) im Bereich nicht paralleler Lichtstrahlen des optiochen
terss verschiebbar ist.

Vj. Äbbildei'des optisches System nach den Ansprüchen 1 und

dadurch gekennzeichnet,

da.3 das optische Element (7,8-,,δρ) f":r eine Kaiiera nit einer Blendenöffnun, ■ ^irer\:endbor und in Übereinstimnun^' mit der Änderung der G-rö£e dieser Blenlei!Öffnung automatisch verschiebbar ist.

5098A6/0853

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