DE2527105A1

DE2527105A1 - Verfahren und einrichtung zum erhoehen des winkelfeldes einer photographischen objektivlinse

Info

Publication number: DE2527105A1
Application number: DE19752527105
Authority: DE
Inventors: Akira Tajima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1974-06-18
Filing date: 1975-06-18
Publication date: 1976-02-12
Also published as: FR2346733B1; JPS588481B2; DE2527105C2; JPS50161229A; FR2346733A1; US4518227A

Description

Die Erfindung betrifft ein photographisches Linsensystem/ und zwar im einzelnen ein Verfahren zur Erweiterung des Winkelfeldes einer in ihrer Brennweite veränderbaren oder eine einzige Brennweite aufweisenden Objektivlinse. Um das Winkelsichtfeld einer Gummilinse zu erweitern, ist es bekannt, eine Weitenkonverterlinse anzuwenden, die an der Vorderseite der Gummilinse in deren Weitwinkeleinstellung angebracht wird. Wenn die Weitenkonverterlinse afokal ist, dann läßt sich das kombinierte Linsensystem für Fokussierungszwecke innerhalb desselben Bereichs einstellen, den die Gummilinse selbst besitzt. Wenn sie nicht afokal ist, dann ergibt sich eine Veränderung im Fokussierungsbereich. In der letzteren Verbin-Sp/12

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dung muß die Fokussierungseinstellung modifiziert werden. Infolgedessen ist es, soweit die Erweiterung des Winkelsichtfeldes durch Benutzung einer Weitenkonverterlinse geschieht, erforderlich, daß die Konverterlinse selbst afokal ist, beispielsweise eine afokale Konverterlinse vom umgekehrten galileischen Typ. Dieses Erfordernis wurde konventionell dadurch erfüllt, daß man die Konverterlinse aus einer vorderen Konkavlinsengruppe und einer rückwärtigen Konvexlinsengruppe aufgebaut hat, welche die folgende Beziehung erfüllen:

f, + D = f₂

Hierin ist f- die Brennweite der konkaven Linsengruppe; f₂ ist die Brennweite der konvexen Linsengruppe; und D ist der Zwischenraum zwischen den Hauptpunkten der konvexen und konkaven Linsengruppe.

Die Weitenkonverterlinse mit einem solchen Aufbau hat jedoch die folgenden Schwierigkeiten. (1) Die Anordnung von zwei Linsengruppen unterschiedlicher Zeichnungskraft hat die Ausführung eines relativ komplizierten Linsenaufbaus zur Folge, welcher seinerseits die Konverterlinse ziemlich schwer und raumaufwendig macht. (2) Zur Erleichterung einer weiteren Erhöhung des Winkelfeldes mit abnehmender Winkelverstärkung ist es erforderlich, entweder das Hauptpunktintervall D zu er-

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höhen, oder die Brennweiten f.. und f_ der konkaven und konvexen Linsengruppe zu erniedrigen, und zwar mit Verzicht auf das Gewicht und die Raumauf wendigkeit der vollständigen Konverterlinse. Diese Schwierigkeiten werden ernsthafter, wenn der Feldwinkel erhöht wird. Infolgedessen ist es schwierig, den Feldwinkel der Gummilinse durch Verwendung der Anbringung einer Weitenkonverterlinse auf der Basis der obigen Beziehung zu vergrößern.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum Erhöhen des Feldwinkels einer in ihrer Brennweite veränderbaren oder eine einzige Brennweite aufweisende Objektivlinse vorgeschlagen, und zwar durch Verwendung einer Ansatzlinse von einfachem Linsenaufbau und geringer Abmessung, ohne daß die oben erwähnten Schwierigkeiten hervorgerufen werden, die beim Stande der Technik unter Verwendung einer Ausbildung mit einer afokalen Weitenkonverterlinse auftreten.

Weiterhin wird mit der Erfindung eine einzige oder zusammengesetzte Ansatz- bzw. Zusatzlinse der beschriebenen Art zur Verfügung gestellt, die dazu geeignet ist, an der Vorderseite einer in ihrer Brennweite veränderbaren oder eine einzige Brennweite aufweisenden Objektivlinse verwendet zu werden, deren Anbringung einen Fokussierungsmechanismus hat,

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der für die Makrophotographie bei der Weitwinkeleinstellung der Objektivlinse einstellbar ist.

Die meisten normalen photographischen Objektivlinsen, die sich von den Makroobjektivlinsen unterscheiden, sind so ausgelegt, daß sie Fokussierungslinsenteile besitzen, die so einstellbar sind, daß sie für Objekteinstellungen von mehr als ungefähr einem Meter geeignet sind. Bei der Anwendung der Erfindung auf solche normalen Objektivlinsen muß die Ansatzbzw. Zusatzlinse der beschriebenen Art eine absolute Brennweite besitzen, die größer als der minimale Objektabstand ist, d.h. langer als einen Meter, auf den die Objektivlinse scharf gestellt werden kann, oder andererseits ist es unmöglich, durch Bewegung des Fokussierungsteils der Objektivlinse eine Fokussierung zu bewirken, die Objektabständen zwischen dem vorerwähnten minimalen Objektabstand, beispielsweise einen Meter, und der absoluten Brennweite der Ansatz- bzw. Zusatzlinse angepaßt ist.

Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, den Feldwinkel einer Gummilinse zu vergrößern, welche zusätzlich zum normalen Fokussierungslinsenteil eine Makrofokussierung aufweist, und zwar erfolgt die Erhöhung des Feldwinkels durch Verwendungeiner Zusatzlinse, die eine negative Brennweite hat, deren absoluter Wert kürzer als die untere Grenze des Bereichs von Objektabständen ist, auf welche die Gummi-

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linse mittels des formalen Fokussierungslinsenteils allein fokussiert werden kann. Mit dem kombinierten Linsensystem, das aus der Zusatzlinse und der Gummilinse besteht.bzw. diese beiden Linsen aufweist, wird die Fokussierung dadurch bewirkt, daß man die Makrofokussierung in einer solchen Weise benutzt, daß ein Teil der Gummilinse, welcher nicht das Fokussierungslinsenteil ist, beispielsweise die Variator-, Kompensator-, Relaislinse oder ein Teil der Relaislinse nach vorwärts oder rückwärts aus der jeweiligen Position bewegt wird, welche der Weitwinkeleinstellung entspricht, während eine wesentliche Übereinstimmung zwischen der Ebene eines virtuellen Bildes des Objekts, welches durch die Zusatzlinse selbst ausgebildet ist, und der Objektposition, auf welche die Gummilinse selbst fokussiert ist, aufrechterhalten wird. Es ist wichtig, einen solchen Fokussierungsvorgang in der Weitwinkeleinstellung der Gummilinse auszuführen. Diese Fokussierungsart ist in der FAchsprache als sogenannte "Weit-Makrofokussierung"^: bekannt.

Betrachtet man die Erfindung von einem anderen Aspekt her, so kann man sagen, daß sie darauf basiert, daß gefunden wurde, daß der absolute Wert der Brennweite der Zusatzlinse vorzugsweise kleiner als das 25-fache der minimalen Brennweite einer Objektivlinse mit veränderbarer Brennweite oder der Brennweite einer Objektivlinse mit einer Brennweite ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in den Figuren

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der Zeichnung im Prinzip veranschaulichter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Gummilinse mit dem Weg eines Lichtstrahls, der von einem Objekt kommt, daß sich im Unendlichem befindet;

Fig. 1B zeigt eine schematische Darstellung eines

kombinierten Linsensystems, das aus einer Zusatzlinse und der Gummilinse der Fig. 1A besteht;

Fig. 1C zeigt eine schematische Darstellung des kombinierten Linsensystems der Fig. 1B, wobei die Gummilinse durch die Bewegung eines Kompensators auf eine Objektposition fokussiert ist, die mit dem vorderen Brennpunkt der Zusatzlinse zusammenfällt;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines

kombinierten Vorlinsenaufbaus gemäß der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Blockdarstellung eines Beispiels einer Gummilinse, auf welche die Erfindung angewandt werden kann; und

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Fig. 4 bis 9 zeigen Blockdarstellungen von sechs Beispielen von Vorsatz- bzw. Abringungslinsen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei jedes dieser Beispiele in der Darstellung mit der Gummilinse der Fig. 3 kombiniert ist.

Es sei nun näher auf die Fig. 1A, 1B und 1C eingegangen, und zwar zunächst auf Fig. 1A_f in der eine Gummilinse gezeigt ist, die ein Fokussierungslinsenteil 1, eine Variatorlinse 2, eine Kompensatorlinse 3 und eine Relaislinse 4 aufweist, welche optisch fluchtend auf einer gemeinsamen Achse 7 angebracht sind, so daß ein Lichtstrahl 6, der auf die Gummilinse parallel dazu auftrifft, in der Brennebene 5 fokussiert wird. Um den Feldwinkel der Gummilinse der Fig. 1A zu erhöhen, ist eine Zusatzlinse 8 von negativer Brennstärke in der Nähe und vor dem Fokussierungslinsenteil 1 der Gummilinse in Fluchtung damit angeordnet, wodurch der axiale Strahl 6 an einer Stelle fokussiert wird, die nach rückwärts von der Brennebene 5 der Gummilinse selbst abweicht, wie in Fig. 1B gezeigt ist. Bei dieser Linsenanordnung wird die Fokussierung des axialen Strahls 6, der von einem Objekt aus dem Unendlichen kommt, in der Brennebene 5 dadurch bewirkt, daß der Kompensator 3 jenseits des Bereichs der Zoombewegung bewegt wird, wie in Fig. 1C gezeigt ist. Ein solcher Fokussierungsvorgang führt zu einer Übereinstimmung zwischen dem vordem Brennpunkt

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9 der Zusatzlinse 8 und der Objektposition, auf welche die Gummilinse der Fig. 1A selbst fokussiert ist. Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle der Auswahl des Kompensators 3 für den Fokussierungszweck irgendein anderes der Linsenteile 2 und 4 für die Fokussierungsbewegung ausgewählt werden kann.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf Fig. 2 eine Art von Weit-Makrofokussierungseinstellung der verschiedenen Linsenteile einer Gummilinse näher erläutert werden, wobei letztere einen variablen Brennweitenbereich von 7 mm bis 35 mm besitzt und mit einer Zusatzlinse nach der Erfindung versehen ist. Die Gummilinse der Fig. 2 hat nach der dortigen Darstellung fünf Linsenteile (G1 bis G5); die Brennweiten der verschiedenen Linsenteile und ihre räumlichen Beziehungen zueinander sind in der Tabelle 1 unten tabellarisch wiedergegeben.

Tabelle 1

Linse Brennweite Hauptpunktintervall

Gl	1	56.54	e._?	= 8,00 -	31,	83
					)
G2	C	-15,00		- 36,83 -	10,	00
	f ⁼		23	I
G3	. ^	-47,36	^e-3Ü	» ' 5.00 -	5_;	00
	. f u' »
G4		31,18	^e kr	• 30.00 -	30,	00
		^}		/
G5	19; 30

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Hierin bedeuten

G1

G2

G3

G4<

G5

fi

eij

Fokussierungslinsenteil

Variatorlinsenteil

Kompensatorlinsenteil

Erektorlinsenteil

Relaislinsenteil

Brennweite jedes Linsenteils Die jeweiligen Hauptintervalle zwischen den aufeinanderfolgenden Linsenteilen Gi und Gj. Der veränderbare Brennweitenbereich der vollständigen Gummilinse: F = 7 - 35

Verschieden Beispiele einer konkaven Zusatzlinse A, die eine Brennweite fA besitzt und in Verbindung mit einer Gummilinse benutzt v/erden kann, deren Stärkeverteilung in der Tabelle 1 angegeben ist, sind in Tabelle 2 wiedergegeben, und zwar in Verbindung mit der Angabe, welches Linsenteil für die Weit-Makrofokussierungsbewegung ausgewählt wurde, wie groß der Betrag der Versetzung des ausgewählten Linsenteils für den Weit-Makrofokussierungszweck erforderlich ist, und wie lang die Brennweite fz ist, welche die gesamte Gummilinse selbst für ei η i-n unendlichen befindliches Objekt hat. Das Fokussierungslinsenteil G1 bleibt stationär während des Weit-Makrofokussierungsvorgangs, wodurch das HauptpunktIntervall e„

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zwischen der Zusatzlinse A und dem Linsenteil G1 bei beispielsweise 10 mm konstant gehalten wird. Bewegungsrichtungen der ausgewählten Linsenteile (G2 bis G5) sind durch jeweilige Pfeile in Fig. 2 angedeutet.

Tabelle 2

Weit-Makro-Fokussie- Betrag der Brennweite Brennweite fz, rungsteil Bewegung fA der Zu- die in der gesamten

satzlinse Gummilinse auftritt

G2 G2 G3 G3 G4 G4 G5

3,0	-163,95	5,40
5,0	- 80,68	4,20
1,5	- 67,34	4,35
2,0	- 40,77	3,49
1,0	- 85,02	4,66
1,5	- 42,46	3,49
0,5	- 60,69	4,218

Ein spezifisches Beispiel einer Gummilinse, die für die Makrophotographxe geeignet in Fig. 3 gezeigt ist, und auf welche die Erfindung angewandt werden kann, kann in Übereinstimmung mit den numerischen Daten gebaut werden, wie sie in Tabelle 3 wiedergeben sind, worin die verschiedenen Linsenelemente in der Reihenfolge von der Vorder- zur Rückseite des Linsensystems numeriert sind, und worin folgende Bezeichnungen verwendet sind!

R : Die Krümmungsradien jeder Elementenoberfläche;

D : Die axiale Dicke der Lufttrennungen zwischen aufeinanderfolgenden brechenden Oberflächen;

N : Die Brechzahlen für die spektrale D-Linie von Natrium, und zwar für das Material jedes Linsenelements; und

V : Die Abbezahl des Materials jedes Linsenelements.

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Tabelle 3

	Π -	D	N	•	1,64000	V
1	131,918	1,72	1,80518		25,4
2	55,365	8,50	l_T64OOO	1,63854	60,2
3	-198,061	0_r10
4	43_Γ354	5_f00	l_r64OOO	60,2
VJl	94,875	D_r
6	104,043	0,70	l_r713OO	54,0
7	19,844	3,20
5	-3δ,74	0,70	1,77250	49,6
9	36_Γ985	2,30
10	-101,786	0,70	1,72342	38,0
11	16,543	4,50	1,78'I7O	26 j 2
12 ,	-72_Γ304	^D12 .
13	-27,427	0,60	l_r78590	44,2
14	24,284	2,50	1,75520	27,5
15	.-199,487	^D15
16	-319,952	0j60	1,69395	30,1
17	276,454	2,50	1,69680	55,7
18	-33,288	0,10
19	224_f854	1,50	60,2
20	-59_r96	0,70
21	-	11,00 .
22	co	5,50

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23	21,7	3,15	l_f75700	47,9
24	65,65	0_r10
25	11,50	3,SS	1,71300	54_;0
26	36,00	1,59	1.80513	25,4
27	8,13	6,2?
28	-13_fSO	1,72	l_;78470	26,2
29	i4Q_t 46	3,90	1,67790	53_r3
30	-l3_rS66	l_r7'i
31	137,39	2,30	1, D-S 4 46	35,8
32	-31,92	0,13
33	21,42	1, 80	1^59270	35,6
34	1051,429	J. _r c '.'
35	co	6_;3O	1,^3354	55,4
36	«3

In Fig. 3 ist die erste Linsengruppe I die Fokussierungslinsengruppe, die eine Brennweite F_T hat; die zweite Linsengruppe II der Variator, der eine Brennweite F besitzt; die dritte Linsengruppe III ist der Kompensator, der eine Brennweite F₁₁₁ aufweist; und die vierte Linsengruppe IV ist die Relaislinse, die eine vordere- und rückwärtige Brennweite F_1vf und F_1Vr hat.

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Brennweiten:

F₁ = 68,7 F_Ivf = 31,1

F₁₁ =H6,2 F_IVr = 26,6

^FIII =-33,5

Objektabstand: Unendlich

F-Zahl : 1, 4

Brennweitenbereich der Gummilinse: 7,286 bis 56,7 Variable Trennung:

D₅ 1,038 bis 39,728

D₁₂ 41,989 bis 3,681

D₁₅ 2,970 bis 2,589

Es sei nun auf die Fig. 4 bis 9 Bezug genommen, in denen sechs Beispiele einer Zusatzlinse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Kombination mit der Gummilinse der Fig. 3 dargestellt sind. Die Eigenschaften der in den Fig. 4 bis 9 gezeigten verschiedenen Zusatzlinsen sowie die axiale Lufttrennung jeder Zusatzlinse von dem Linsenscheitel der Gummilinse sind jeweils in den Beispielen 11, 12, 13, 21, 22 und 23 wiedergegeben. Insoweit, als die Beispiele 11, 12 und 13 betroffen sind, ist darauf hinzuweisen, daß die dritte Linsengruppe III für den Zweck der Weit-Makrofokussierung bewegt wird, so daß D₁₂ = 41,044, D₁₅ = 3,916 ist, und die Objektposition für die Gummilinse ist in einem Abstand von 58,534 von im vorderen Linsenscheitel derselben. Soweit die Beispiele 21, 22.und 23 betroffen sind, ist darauf hinzuweisen, daß die

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dritte Linsengruppe III für den Zweck der Weit-Makrofokussierung bewegt wird, so daß D^₂ = 41,535, D^₅ = 3, 424, und die Objektposition für die Gummilinse befindet sich in einem Abstand von 158,53 von deren vorderem Linsenscheitel. In den Beispielen bedeuten: Ra gleich Krümmungsradius der vorderen Brechungsoberfläche der Zusatzlinse; Rb gleich Krümmungsradius der rückwertigen Brechungsoberfläche der Zusatzlinse; Da gleich axiale Dicke der Zusatzlinse; S gleich axiale Trennung zwischen der Zusatzlinse und der Gummilinse; und Ft gleich Brennweite des kombinierten Linsensystems.

	Beispiel 11	Beispiel 12	Beispiel 13
Brennweite fA	-•48,534	-48,534	-48,534
Ra	75_P0	unendlich	-200,0
Rb	2 O _r B i4 3	29,271	34,419
Da	2,0	2,0	2,0
S	10,487	10.0	9,817
N	1,60311	1,60311	1,60311
V	60,7	60,7	.60,7
Ft	3,769	3,789	3,789

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Beispiel 21 Beispiel 22 Beispiel 23

TA Ra Rb Da XS Ii
V
Ft

-148,	534	-148,	534	580	-148,534
75,	0 .	unendlich	0	-200
40,	413	89,	0	162,85
2,	0	2,	60311	2,0
11.	490	10,	7	9,441
ι,	60311	1,	597	1,60311
60,	7	6o_f	60,7
UI	597	h	5,597

In jedem der obigen Beispiele ist das kombinierte Linsensystem auf ein im Undendlichen befindliches Objekt fokussiert.

Obwohl vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Gummilinse erläutert worden ist, ist sie auch auf Linsen bzw. Linsensysteme mit einer Brennweite (monofokale Linsen) anwendbar, bei denen eine Makrofokussierung vorgesehen ist.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung eine Objektivlinse mit veränderlicher Brennweite oder mit einer einzigen Brennweite, die einen Makrofokussierungsmechanismus hat und mit einer Konkavlinsenkomponente versehen ist, welche entfernbar an ihrer Vorderseite angebracht ist, um Erweiterung des Winkelsichtfelds der Objektivlinse zu bewirken, während der Makrofokussierungsmechanismus in eine Position eingestellt wird, in welcher die Objektposition, auf die die Objek-

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tivlinse fokussiert ist, in wesentlichen mit der Position des vorderen Brennpunkts der Konkavlinsenkoinponente zusammenfällt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Vergrößern des Feldwinkels einer photographischen Objektivlinse, deren Anbringung einen Makrofokussierungsmechanismus besitzt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

(a) Anordnung einer Zusatzlinse negativer Brennstärke vor der photographischen Objektivlinse in axialer Fluchtung mit derselben; und

(b) Einstellung des Makrofokussierungsmechanismus

auf eine Position, in welcher die Position des vorderen Brennpunkts der Zusatzlinse im wesentlichen der Objektposition zusammenfällt, auf welche die Objektivlinse durch die resultierende Einstellung des Makrofokussierungsmechanismus fokussiert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photographische Objektivlinse eine Gummilinse ist und daß der absolute Wert der Brennweite der Zusatzlinse kleiner als das 25-fache der minimalen Brennweite der Gummilinse ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photographische Objektivlinse eine Linse einer Brennweite (monofokale Linse) ist, und daß der absolute Wert der

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Zusatzlinse kleiner als das 25-fache der Brennweite der
monofokalen Linse ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzlinse aus einer Mehrzahl von
Linsenelementen aufgebaut ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzlinse aus einem einzigen Konkavlinsen element aufgebaut ist.

Einrichtung zum Erhöhen des Feldwinkels einer
photographischen Objektivlinse, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch:

(a) einen Makrofokussierungsmechanismus der betrieblich in bzw. an der mechanischen Anbringung bzw. Befestigung der Objektivlinse (I-IV) angebracht ist; und

(b) eine Zusatzlinse (A.., A„, A_, A^, A₅) von negativer Brennstärke, die vor der Objektivlinse angebracht ist, so daß dann, wenn sich die Zusatzlinse vor der Objektivlinse befindet, der Makrofokussierungsmechanismus in eine Position eingestellt bzw. einstellbar ist, in welcher die Position des vorderen Brennpunkts der Zusatzlinse im wesentlichen mit der Objektivposition übereinstimmt, auf welche die Objektivlinse durch die resultierende Einstellung des Makrofokussierungsmechanismus fokussiert ist.

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