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Photographisches Objektiv mit Stabilisierung
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gegen eine Bildwinkeländerung während des Fokussierens Die Erfindung
bezieht sich auf photographische Objektive mit einem Mechanismus zum Verhindern
einer Bildwinkeländerung während des Fokussierens und insbesondere auf ein Zoom-Objektiv
mit einem derartigen Mechanismus.
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Es ist eine Ausführungsform eines Fokussiersystems für ein photographisches
Objektiv bekannt, bei der eine bewegbare Linsengruppe vor einer ortsfesten Linsengruppe
oder vor ortsfesten Linsengruppen angeordnet ist.
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Insbesondere im Faile von Zoom-Objektiven wird als Fokussiersystem
die sog. Vorder-Fokussier-Anordnung verwendet, da die Erfordernis besteht, daß der
aus einem Variator und einem Kompensator bestehende Zoom-Teil unabhängig von dem
Objektabstand einen Objektpunkt (Bildpunkt der Fokussierlinse) an einer immer konstanten
Stelle
ergibt, so daß während der Brennweitenverstellung bzw. des Zoomens die Bildebene
konstant gehalten wird.
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Ein bei dem gegenwärtigen Stand der Technik auftretendes schwerwiegendes
Problem bei der Fokussiereinrichtung in den photographischen Objektiven und insbesondere
den Zoom-Objektiv-Systemen besteht darin, daß während des Fokussierens eine Bildwinkeländerung
in dem Objektraum vermieden oder wenigstens auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden
muß. Diese Bildwinkeländerung würde sonst den überraschenden Eindruck erwecken,
daß eine Brennweitenverstellung stattfindet. Dieser Sichteindruck ist unerwünscht.
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Zur Verringerung der Bildwinkeländerung während des Fokussierens
wurden verschiedenerlei Fokussiersysteme vorgeschlagen. Gemäß der US-PS 3 682 534
ist ein Fokussiersystem bzw. eine vordere Linsengruppe mit zwei Komponenten aufgebaut,
die beide negative Brechkraft haben und von denen die vorderste bzw. erste während
des Fokussierens ortsfest ist und zum Fokussieren nur die zweite bewegbar ist, um
damit die Bildwinkeländerung auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Gemäß der US-PS 4
099 845 ist eine vordere Linsengruppe aus drei Komponenten mit negativer, positiver
und positiver Brechkraft aufgebaut, von welchen nur die zweite Komponente nach hinten
zu bewegt wird, wenn eine Scharfeinsteliung auf kürzere Objektabstände vorgenommen
wird; damit wird ein Fokussiersystem erzielt, das den Vorteil hat, das Biidwinkeländerungen
verringert sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Systeme hauptsächlich auf
das Erzielen einer Verkleinerung des Durchmessers des vorderen Linsenelements und
eine Verkürzung des Objektabstands ausgerichtet sind, auf welchen eine Scharfeinstellung
vorgenommen werden kann; die Verringerung
der Bildfeldänderung kann
als Nebenergebnis betrachtet werden.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag in der JP-OS Sho 53-6051 ist eine
vordere Linsengruppe in zwei Teile aufgeteilt, die zum Fokussieren in einer bestimmten
unterschiedlichen Beziehung zueinander bewegt werden, wodurch es ermöglicht ist,
die Bildwinkeländerung auf Nuli zu verringern.
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Obgieich zwar gemäß den vorstehend genannten US-PS 3 682 532 und
4 099 845 eine Verringerung der Bildwinkeländerung möglich ist, ist jedoch die restliche
Änderung unannehmbar groß; nach der JP-OS Sho 53-6051 wird zwar eine vollkommene
Stabilisierung gegenüber der Bildwinkeländerung erzieit, es entsteht jedoch aus
der Erfordernis der Aufrechterhaltung der Beziehung, unter der die beiden Fokussierelemente
bewegt werden, ein Nachteil insofern, als der Fokussiersteuermechanismus sehr kompliziert
wird. Darüber hinaus wurde im Zusammenhang mit letzterem festgestellt, daß bei der
Anwendung an einem Objektsystem, bei welchem der Ort der Austrittspupille weit von
dem hinteren Hauptpunkt des Gesamtsystems entfernt liegt, ein beträchtlicher Fehler
herbeigeführt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten
herkömmlichen Nachteile auszuschalten und ein photographisches Objektiv mit einer
Fokussiereinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, unter Verwendung eines einfachen
Fokussiersteuermechanismus während des Fokussierens einen konstanten Bildwinkel
beizubehalten.
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Die Erfindung betrifft ein photographisches Objektiv, das an seiner
vordersten Linsengruppe eine Einrichtung zum Einhalten einer konstanten Bildebene
trotz
einer Änderung des Objektabstands hat. Erfindungsgemäß wird
der hintere oder Bildbrennpunkt des restlichen Linsensystems, das hinter dieser
zum Fokussieren bewegbaren Linsengruppe angeordnet ist, mit dem Ort der Austrittspupille
des ganzen Objektivsystems in Ubereinstimmung gebracht, so daß während des Fokussierens
die Bildwinkeländerung in dem Objektraum auf Null verringert ist. Das heißt, wenn
ein zur optischen Achse paralleler Lichtstrahl auf die während des Fokussierens
ortsfeste Linsengruppe einfällt, erreicht dieser Lichtstrahl einen Bildpunkt, mit
dem der Punkt bzw. Ort der Austrittspupille des ganzen Objektivsystems in Übereinstimmung
gebracht ist.
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Das heißt, das erfindungsgemäße photographische Objektiv ist so aufgebaut,
daß ein Hauptstrahl, der durch die Mitte der hinter der zum Fokussieren bewegbaren
Linsengruppe angeordneten Blendenöffnung läuft, in dem Raum vom Verlassen der zum
Fokussieren bewegbaren Linsengruppe bis zur Ankunft an der während des Fokussierens
ortsfesten Linsengruppe immer parallel zu der optischen Achse des Linsensystems
gehalten wird, während das Fokussieren bzw. die Scharfeinstellung vorgenommen wird.
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Gemäß einem später beschriebenen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
photographischen Objektivs sind eine zum Fokussieren bewegbare erste Linsengruppe,
eine zwischen die erste Linsengruppe und eine Blende gesetzte zweite Linsengruppe
und eine zwischen die Blende und die Bildebene gesetzte dritte Linsengruppe an einer
gemeinsamen optischen Achse in dieser Reihenfolge von vorne her angeordnet, wobei
der hintere Brennpunkt bzw. Bildbrennpunkt des kombinierten Linsensystems aus der
zweiten und der dritten Linsengruppe mit dem Ort der Austrittspupille des ganzen
Linsensystems übereinstimmt. Das heißt, bei dem erfindungsgemäßen photographischen
Objektiv verläuft während des Fokussierens durch Bewegen der genannten ersten Linsengruppe
der
Hauptstrahl, der durch die Mitte der Blende läuft, von der ersten Linsengruppe bis
zu der zweiten Linsengruppe immer paraliel zu der optischen Achse des Linsensystems.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispieien unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1(A) und 1(B) sind schematische Ansichten, die das Prinzip des
Fokussierverfahrens bei dem photographischen Objektiv zeigen.
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Fig. 2 ist eine Linsen-Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels
des photographischen Objektivs in Form eines Zoom-Objektivs.
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Fig. 3 bis 6 sind graphische Darsteilungen von unterschiedlichen
Abbildungsfehlern des Zoom-Objektivs nach Fig. 2 in vier verschiedenen Brennweiten-Einstellungen.
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Die Fig. 1 zeigt das Prinzip des bei dem photographischen Objektiv
angewandten Fokussierverfahrens.
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Die Fig. 1(A) zeigt das Objektiv bei der Scharfeinstellung auf ein
Objekt im Abstand "Unendlich". Bei dieser Beschreibung ist diese Scharfeinstellung
als Ausgangspunkt gewählt. Die Fig. 1(B) zeigt das Objektiv bei der Scharfeinstellung
auf ein Objekt 17 in einem endlichen Abstand S1.
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Nach Fig. 1 weist das Objektiv eine zum Fokussieren bewegbare erste
Linsengruppe 11, eine während des Fokussierens ortsfeste bzw. feststehende zweite
Linsengruppe 12, eine Blende 14 und eine immer feststehende dritte Linsengruppe
13 auf. Bei 16 ist eine Bildebene dargestellt. Wenn bei der zweiten Linsengruppe
eine Vario- bzw. Zoom-Funktion vorgesehen ist, bildet dieses Linsen- bzw. Objektivsystem
ein allgemein bekanntes Zoom-Objektiv. 15 ist ein durch die dritte Linsengruppe
13 verursachtes Bild der Blende 14, d. h. eine Austrittspupille. Hierbei sei der
Bildwinkel bei dem Ausgangspunkt oder der Ausgangsstellung, d. h. der Neigungswinkel
des auf die erste Linsengruppe auftreffenden Hauptstrahls mit der optischen Achse
als {v)» definiert.
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Es sei nun angenommen, daß zum Fokussieren bzw.
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Scharfeinstellen auf das Objekt 17 in dem von der ersten Linsengruppe
weg gemessenen Abstand S1 die erste Linsengruppe axial um die Strecke x bewegt wird.
Der sich ergebende Bildwinkel wird mit o bezeichnet.
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Bei dem Objektiv ist der Bildbrennpunkt Bf des aus der zweiten und
der dritten Linsengruppe kombinierten optischen Systems gleich der Austrittspupille
des Gesamtsystems. Das heißt, wenn ein paralleler Lichtstrahl auf die zweite Linsengruppe
trifft, wird dieser parallele Lichtstrahl mittels der zweiten und der dritten Linsengruppe
zu einem Bildpunkt übertragen, mit welchem der Punkt bzw. Ort der Austrittspupille
des Gesamtsystems übereinstimmt. Dies bedeutet, daß der Hauptstrahl (der zu der
Bildebene hin durch die Mitte der Blendenöffnung hindurchlaufen muß) in dem Raum,
der durch die hintere Fläche der ersten Linsengruppe, aus der der Strahl austritt,
und die vordere Fläche der zweiten Linsengruppe gebiidet ist, an der der Strahl
eintrifft, eine Parallel-
lage zu der optischen Achse einnimmt.
Die Blende ist an der Hinterseite der zum Fokussieren bewegbaren Linsengruppe angeordnet.
Aus diesem Grund nimmt die Austrittspupille immer eine konstante Lage ein.
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Aus diesen beiden Umständen ergibt sich, daß a gieich tc ~ gemacht
ist. Das heißt, es ist ein gegenüber der Bildwinkeländerung während des Fokussierens
stabilisiertes photographisches Objektiv realisierbar.
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Bisher wurde festgestellt, welche Bedingung besteht, damit der Bildwinkel
unverändert bieibt. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn sich der Biidbrennpunkt des
der ersten Linsengruppe folgenden optischen Systems dem Ort der Austrittspupille
des Gesamtsystems nähert, gegenüber dem herkömmlichen Fokussiersystem eine beträchtliche
Verbesserung erzielbar ist.
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Als nächstes werden Beispiele von photographischen Objektiven gezeigt.
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Das erste Beispiei ist ein Linsensstem, das im Aufbau mit dem in
Fig. 1 gezeigten Linsensystem identisch ist und das als Dünnlinsensystem folgende
Daten hat: Linsengruppe Brechkraft Hauptpunkt-Intervall 1. Linsengruppe -0,05 5,0
2. Linsengruppe 0,1 15,0 3. Linsengruppe 0,025
Brennweite des Gesamtsystems:
12,8 Bildbrennpunkt: 1,6 Abstand der Eintrittspupille, gemessen von dem vorderen
Hauptpunkt der ersten Linsengruppe weg: 20,0 Bildbrennpunkt der Linsengruppe aus
der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe bzw.
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Abstand der Austrittspupille des gesamten Linsensystems, gemessen
vom hinteren Hauptpunkt der dritten Linsen gruppe weg: -5,714 Abstand von der Blende
bis zu dem vorderen Hauptpunkt der dritten Linsengruppe: 5,0 Es ist anzumerken,
daß beim Ausdrücken der Abstände ein von dem Ausgangspunkt weg nach rechts zu bzw.
zur Bildebene hin gemessener Wert positiv ist und ein nach links zu bzw. zum Objekt
zu gemessener Wert negatives Vorzeichen erhält.
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Das zweite Beispiel ist ein praktischer Dicklinsen-Aufbau eines Zoom-Objektivs,
dessen Schnittansicht in Fig. 2 gezeigt ist, während die an diesem Objektiv auftretenden
verschiedenartigen Abbildungsfehler (sphärische Aberration,. Astigmatismus und Verzeichnung)
in den Fig. 3 bis 6 für die Brennweiteneinstellungen 9,433, 29,880. 40,.240 bzw.
46,134 gezeigt sind. In der Fig. 2 ist 21 eine zum Fokussieren bewegbare Linsengruppe,
während 22, 23 und 24 Linsengruppe sind, die während des Fokussierens feststehen.
Die Brennweiten-Verstellung erfolgt durch Änderung von axialen Luftabständen D7,
D12 und D16. R19 ist eine Blende.
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Die Daten des in Fig. 2 gezeigten Zoom-Objektivs sind in der folgenden
Tabelie für den Krümmungsradius Ri der i-ten Fläche, den axiaien Luftabstand oder
die axiale Dicke Di zwischen der i-ten und der (i+1)-ten Fläche und den Brechungsindex
N für die spektrale D-Linie angegeben.
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Fläche Nr. R D N 1 -132,964 1,20 1,8052 2 47,729 7,98 1,5673 3 -125,086
1,96 110 4 71,508 6,29 1,6968 5 -114,888 0,20 1,0 G 34,212 5,40 1,6325 7 81,805
Veränderbar 1,0 8 363,049 0,90 1,6935 9 12,195 2,61 1,0 10 -16,671 0,90 1,6935 11
13,785 2,79 1,3051 12 -7680,848 Veränderbar 1,0 13 39,088 0,90 1,6476 14 17,070
0,54 1,0 15 18,367 3,78 1,5163
Fläche Nr. R D N 16 -30,864 Veränderbar
1,0 17 0,000 7/50 1,5163 13 0t000 1,14 1,0 19 0,000 2,50 1,0 20 13,405 4,64 1,6667
21 75,664 2,24 1p0 22 -22,095 3,00 1,8051 23 33,763 3,41 1,0 24 125,654 4,20 1,6667
25 -20,054 0,30 1,0 26 15,048 2,99 1,6584 27 -35,230 2#26 110 28 -14,829 0,80
1,8051 29 -78,150
| s |
| Brennweite |
| ånderbare 9n433 291830 40*240 46tal34 |
| IAbEndEL |
| 1)7 4,605 20Z605 22,505 23,205 |
| 951 l9,951 9,136 3,657 ob541 |
| D16 7,298 2,113 5>692 8)108 |
Der hintere bzw. Bildbrennpunkt der Linsengruppe mit den Flächen
R4 bis R29 bzw. der Abstand der Austrittspupille des gesamten Linsensystems in Messung
von der letzten Linsenfläche R29 weg ist -42,1181.
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Mit der Erfindung ist ein photographisches Objektiv mit einer zum
Fokussieren bewegbaren vorderen Linsengruppe und einer während des Fokussierens
ortsfesten hinteren Linsengruppe geschaffen, dessen hinterer bzw. Biidbrennpunkt
mit dem Lageort der Austrittspupille des gesamten Linsensystems in Übereinstimmung
gebracht ist, um damit während des Fokussierens das Auftreten eiiier Bildwinkeländerung
in dem Objektraum zu verhindern.
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L e e r s e i t e