DD129698B1 - Hochaufloesendes objektiv fuer einen grossen spektralbereich - Google Patents

Description

197105 -4-

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hochauflösendes fotografisches Objektiv für einen großen Spektralbereich vom erweiterten Doppel-Gauß-Typ, welches bei einer relativen Öffnung von etwa 1:4 ein Feld von 2б^>-4-0° verzeichnungsfrei auszeichnet und welches vorwiegend für Luftbildfotografie, insbesondere für Multispektralfotografie eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Fotografische Objektive mit den angegebenen Daten hinsichtlich relativer Öffnung und Feldwinkel sind bekannt. Jedoch erreichen diese das theoretische Auflösungsvermögen nicht oder nur für kleine Bildfelder und enge Spektralbereiche. Es existieren zv/ar apochromatisch auch für größere Spektralbereiche korrigierte Objektive, allein bei diesen gelang bisher die geforderte gute Bildfehlerkorrektur nur für den Achsenpunkt und nicht für ein großes Bildfeld, so daß dort ein hohes Auflösungsvermögen nicht erreicht v/ird. Abgesehen davon weisen solche Objektive mit wachsendem Feldwinkel noch Yignettierung auf und haben den technischen Nachteil, daß im Blendenraum eines Doppel-Gauß-Objektivs ein Verbundglied aus derartig vielen Einzellinsen angeordnet ist, daß für den Einbau eines Verschlusses mit Blende kein Platz verbleibt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Hochleistungsobjektiv, daß für anspruchsvolle photographische Aufnahmen aus großer Höhe geeignet ist und feinkörnigste Filmmaterialien voll ausnutzt.

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Darlegung des Yfesens der Erfindung; Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objektiv zu schaffen, welches die genannten Nachteile umgeht, welches bei einer Brennweite in der Größenordnung von f = 125 mm und einer relativen Öffnung von 1:4 ein PeId von 2 40° verzeichnungsfrei und mit hoher Auflösung abbildet, wobei sich der Spektralbereich von ca. 480 nm bis 850 nrn erstrecken soll. Unter hoher Auflösung wird dabei verstanden, daß das Auflösungsvermögen durch die Beugung bestimmt wird und die Aberrationen praktisch keinen Einfluß darauf ausüben.

Hohes Auflösungsvermögen im Bildfeld erfordert gleichzeitig, daß das Objektiv frei von Vignettierung ist und eine Lichtverteilung, welche mindestens dem cos -Gesetz entspricht, erreicht wird.

Um eine gleichmäßige Transparenz über einen großen Spektralbereich zu sichern, sollen als optische Medien möglichst wenige Sondergläser und Schwerflintgläser mit Brechzahlen über 1,68 eingesetzt werden. Außerdem soll ein solches Objektiv durch Variation nur eines Luftraumes ohne Beeinträchtigung der anderen Korrektion eine Brennweitenänderung in der Größenordnung von Λγο gestatten. Die Erfüllung dieser letzten Forderung ist zum Ausgleich der produktionsbedingten Brennweitenschwankung dann wichtig, wenn mehrere Objektive gleichzeitig in verschiedenen Spektralbereichen eingesetzt werden sollen und eine exakte Größengleichheit der Einzelbilder für die spätere Auswertung zu gewährleisten ist. Zum Zwecke der Erhöhung der Genauigkeit der Filmplanlage oder Kopierung von Marken kann es erforderlich sein, in der Bildebene eine Filmandruckplatte anzuordnen.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß ein bekanntes Doppel-Gauß-Objektiv, bei welchem zwei Menisken mit ihrer Höhlung einen Blendenraum einschließen und die beide gemeinsam objekt- und bildseitig von je einer Sammellinse umgeben sind, in der Weise

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ergänzt wird, daß zur Verringerung des sekundären Spektrums in den Blendenraum in Lichtrichtung hinter der Blende ein dreiteiliges Verbundglied eingeführt wird, bei welchem eine Bikonkavlinse aus einem Kurzflintglas mit einer im kurzwelligen Bereich stark verkürzten Teildispersion von zwei Sammellinsen eingeschlossen ist, wobei zur Verbesserung der Feldebnung und dei· schiefen sphärischen Aberration dicht vor der Bildebene ein streuender Meniskus steht, welcher seine erhabene Fläche dem Bild zukehrt. Die die Blende einschließenden Menisken des Doppel-Gauß-Objektivs enthalten dabei zur Achromatisierung je eine Kittfläche, und von den umgebenden Sammellinsen ist bei Abbildung von unendlich die objektseitig stehende als Meniskus und die bildseitige als Bikonvexlinse ausgebildet.

Bei einem solchen Objektivaufbau wird eine apochromatische hochauflösende Korrektion über ein großes Feld durch Anwendung nur eines extremen Kurzflintglases, ansonsten unter Verwendung normaler Gläser erreicht. Das arithmetische Mittel aus allen Glasbrechzahlen bleibt kleiner als 1,6. Das ist insofern wichtig, als die geforderte gleichmäßige Transparent über einen großen Spektralbereich am besten mit niedrigbrechenden Gläsern erfüllt werden kann, während hochbrech^nde Gläser, vor allem Schwerflinte, im kurzwelligen Bereich stärker absorbieren.

Da extreme Kurzflintglaser im allgemeinen empfindlich gegenüber atmosphärischen Einflüssen sind, ist es erforderlich, Linsen aus Solchen optischen Medien geschützt anzuordnen. Dies wird in einfacher Weise durch das hinter der Blende stehende dreiteilige Verbundglied gewährleistet.

Um die Zentrierempfindlichkeit der in dem Verbundglied enthaltenen stark gekrümmten Kittflächen nicht zur Wirkung kommen zu lassen, dürfen die Brechsprünge an diesen Kittflächen nicht zu groß sein und den Wert 0,03 nicht überschreiten. Im gleichen Sinne sollen auch die V -Sprünge an diesen Kittflächen nicht größer sein als 13, um dezen-

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trierungsbedingte Farbverschiebungen zu vermeiden.

Weiterhin v/eist die zur Blende erhabene Kittflache r_o

des dreiteiligen Verbundgliedes mit stärkerer Durchbiegung wachsende astigmatische Wirkung auf, die sich um so stärker als chromatischer Astigmatismus bemerkbar macht, je größer der у -Sprung an dieser Fläche ist. Um die astigmatischen Farbfehler im Bildfeld klein zu halten, darf daher der v» -Sprung an dieser Fläche nicht zu groß oder der Radius r_o ^r e ö

der zur Blende erhabenen Kittfläche darf - bezogen auf die Brennweite f des Gesamtsystems - nicht zu klein sein.

Störender Färbastigmatismus wird vermieden, wenn die Bedingung Го >> 0,04 · f »\hVA eingehalten ist, wobei ÄY_Q die Differenz der Abbeschen Zahlen der Gläser beiderseits der erwähnten Kittfläche r₈ ist. Der chromatische Astigmatismus wird zusätzlich unterdrückt, wenn die Kittfläche in dem in Lichtrichtung hinter dem dreiteiligen Verbundglied stehenden Meniskus zur Blende hohl ist.

Um die Zentrierempfindlichkeit des gesamten dreiteiligen Verbundgliedes klein zu halten, sollte dessen Brennweite positiv und - verglichen mit der Brennweite f des Gesamtsystems - groß, mindestens zweimal größer als f sein. Eine positive Brennweite dieses Gliedes kleiner als 6 f ist insofern von Vorteil, als diese unterstützend auf die Gesamtbrechkraft des Objektivs einwirkt und die Teilbrechkrafte sämtlicher anderen Linsen verringert v/erden können, was kleinere Abbildungsfehler bewirkt. Das führt insbesondere dazu, daß der in Lichtrichtung hinter dem genannten Verbundglied stehende ursprünglich (beim klassischen Doppel-Gauß-'Iyp) streuende Meniskus in seiner Wirkung abgeschwächt und nahezu afokal werden kann, wobei dessen Brennweite negativ bzw. positiv im Betrage größer als 5 f bleibt.

Sollen Objektive dieses Aufbaus größere Temperaturschwankungen überstehen, so muß darauf geachtet v/erden, daß in dem dreiteiligen Verbundglied mit stark gekrümmten Verbundflächen die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten

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der verwendeten Gläser übereinstimmen.

Da die extremen Kurzflintgläser vergleichsweise sehr niedrige Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, eignen sich für das Verbundglied praktisch nur wenige Glaskombinatio- nen. Bewahrt haben sich z. B. Kombinationen der Schottgläser KzFS2 mit SK11 und ВаЪБЧ. sowie KzPSI mit SSK2, SK9 oder SK6. Der dicht vor der Bildebene stehende streuende Meniskus wirkt auf die Feldebnung und entlastet die die Blende einschließenden streuenden Menisken des Gaußobjektivs in ihrer Wirkung, so daß sich gleichzeitig die schiefe sphärische Aberration verringert. Eine solche Linse verlagert allerdings auch den vorderen Objektivhauptpunkt, was nicht ohne Auswirkung auf das sekundäre Querspektrum bleibt. Um das entstehende sekundäre Querspektrum in den erforderlichen Grenzen zu halten, darf der dicht vor der Bildebene stehende streuende Meniskus in seiner Wirkung nicht zu stark und seine Brennweite muß deutlich größer als f sein. Die Änderung der Brennweite des fertigen optischen Systems erfolgt durch Änderung des vor diesem Meniskus befindlichen Luftraums, wobei der Korrektionszustand nicht beeinträchtigt wird, wenn der Meniskus so durchgebogen ist, daß er seine erhabene Fläche dem Bild zuwendet.

Zur Gewährleistung der Filmplanlage oder zur Kopierung eines Reseaus bei der Aufnahme kann in der Bildebene eine planparallele Platte angeordnet sein, welche wegen ihrer astigmatischen Wirkung bei der Korrektion zu berücksichtigen ist.

Ausführungsbeispiele:

Die Erfindung wird in der zugehörigen Zeichnung durch ein Schnittbild dargestellt. Die Tabellen 1 bis 4 sind gleichwertige Ausführungsbeispiele, die den Bereich verdeutlichen, in dem sinnvolle erfindungsgemäße optische Systeme konstruiert werden können.

Im Luftraum Lp befindet sich eine Blende . Das

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durch cL., charakterisierte optische Glied ist eine planparallele Platte, die als Pilmanlageplatte und zur Kopierung von Marken (Eeseaus) dient. Die durch d., d₂, d,,

^l8

und d_Q charakterisierten Glieder entsprechen

dem klassischen Doppel~Gauß-Typ. Infolge der erfindungsgemäßen Erweiterung bekommt das bildseitige Kittglied, charakterisiert durch ö.rj - dg, nahezu afckale Form,wobei auch Ausführungsbeispiele (z. B. tabelle 4) möglich sind, bei denen dieses Glied sammelnd wirkt.

Tabelle 1:	Relative	Hadien	r	13	r	ID	= +0,5618	г Öffnung 1	0,0640	:4 , Feldwinkel 2 6*= 41°	Abbesche Zahlen
f=1		r1 A	ri7		Dicken und		Brechzahlen	^e
	r1	14	r18	= +1,2451	Xuftabstände	0,0080	ne
Ί	r1c-						54,40
	I 0	= +0,3873	d1 =	0,0910	1,51678
<
	=+13,2801	I1 =	0,0320
		I			60,48
	= +0,2590	U0 =	0,1780	1,56606
					51,54
	= +1,9199	d, =	0,0720	1,53187
	= -0,1922	I2 «	0,0240
					60,48
	= +0,3049	d. =	0,0642	1,56606
7					53,67
	=-24,0242	dr =	0,0698	1,56028
		!>			53,60
	= -0,3543	d/- =	0,0440	1,58213
У
	= -3,9120	1 =	0,1077
TO					32,01
r-1	= -0,3965	d =	0,0898	1,67764
1 I					57,87
r< о	= +1,5288	d8 =	0,1080	1,62554
I с		O
= -1,0407	I4. =	0,4791
	4			57,97
= -0,5618		0,0480	1,59424
= -5,6313	1 =	-0,0391
		0,0640		63,87
= CO	Cl1.=		1,51859
= · со
				53,33
dir	1,54983
I 1

97 10

Tabelle 2;

Radien

Relative Öffnung 1:4

Dicken und Luftabstände Feldwinkel 2 6" =

Brechzahlen n.

Abbesche Zahlen

T₁ =+ 0,5771

r₂ =+ 1,1395

r₅ = + 0,3863

r₄ =+ 4,0873

r₅ = + 0,2594

r₆ = + 1,8215

r_? = - 0,1794

r₈ = + 0,3579

i· = -38,0006

^r10 ⁼ - °>⁵⁶²4 T₁₁ = - 5,2876

r₁₂ = - 0,4172 r_i5 = + 1,6014 r_u = - 0,8313 r₁₅ = - 0,5332 r₁₆ = - 5,7546

oo

OO

d_n = 0,0624

1₁ = 0,0096 d₂ = 0,0889 d₃ = 0,0298

1₂ = 0,1820 d₄ = 0,0720 d₅ = 0,0240 dg = 0,0626 I₅ = 0,0640 d_? = 0,0400 d₈ = 0,1040

1₄ = 0,0960 d₉ = 0,1120

1₅ = 0,4871 d₁₀= 0,0464

1₆ » 0,0320 Ci₁₁= 0,0800 1,53187

1,59424 1,53187

1,56606 1,56028 1,56606

1,65968 1,59424 1,59424 1,51859 1,51859

51,54

57,97 51,54

60,48 53,67

60,48

33,15 57,97

57,97 63,87 63,87

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Tabelle.3:	Relativ	Radien	= + 0,5553	e Öffnung 1:4	= 0,0720	I6	= 0,0320	, Teldv/inkel	2^ = 41°
f=1		= + 1,2827	Dicken und				Brechzahlen	Abbesehe Zahle
	r1		Xuftabstände	= 0,0096	d1	-= 0,0720	ne	Ve
r2	= + 0,3951	d1		1	I	1,53187	51,54
			= 0,0882
	= + 2,0119	1I
		I	= 0,0298
r4	« + 0,2572	d?		1,59424	57,97
rs		C.	= 0,1860
,>	= + 2,4195	d.		1,53187	51,54
		3	= 0,0720
D	« - 0,1898	I9
r7		ά	= 0,0240
I	= + 0,4003	d/		1,62508	52,84
r8		4	= 0,0626
O	*= +36,2323	d.		1,61637	43,78
r9			= 0,0560
rm	= - 0,3539	dfi		1,62508	52,84
IU		D	= 0,0400
r11	= - 1,7639	1,
I I			= 0,1040
	^= - 0,4231	d7		1,61685	36,70
I C		7	- 0,0842
	= + 1,7610	d8		1,59424	57,97
		ö	= 0,1120
r1/	» - 0,8211	1A
• 4		4	= 0,4858
	= - 0,5616	dQ		1,59424	57,97
15		У	л= 0,0464
rir,	= - 4,4928
I O		5
rnr?	= 00,	d1	1,51859	63,87
17
	= 00
1,51859	63,87

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Tabelle. 4:

Radien

Eelative 'Öffnung 1:4

Dicken -und Luftabstände Feldwinkel

=

Brechzahlen Abbesche Zahlen ⁿe >f e

r1 =	+	0,5467
r2 =	+	1,3161
r3 =	+	0,3852
r4 =	+	5,5860
r5 =	+	0,2455
r6 =	+	4,1004
r7 =	-	0,2042
r8 =	+	0,4122
r9 =		00
ri0=	-	0,3732
riT	-	2,2112
r12=	-	0,4107
r13=	+	1,5906
r14=	-	0,8462
r15=	-	0,5685
r16=	-	6,3761
r17=		OO
r18=		OO

1л —

d, =

d_c «

"3

d₇ =

^d8 =

Ii =

Ic =

d.₄=

= 0,0640 0,0080 0,0845 0,0320 0,1920 0,0720 0,0200 0,0584 0,0696 0,0520 0,0920 0,1000 0,1080 0,4543 0,0480 0,0640 0,0640 1,53430

1,59424 1,53187

1,61636 1,61637 1,62508

1,60813 1,59424 1,59424 1,51859 1,51859

48,62

57,97 51,54

56,03 43,78 52,84

37,89 57,97

57,97 63,87 63,87

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Claims (2)

197 105 -''ο

E r f i η d u η ·τ s an s η r u о hj_

1. Fotografisches Objektiv vom erweiterten Dopj^el-Gauß-Typ, bei dem zwei Menisken, welche je eine Kitt — fläche enthalten und welche beide mit ihrer Höhlung einen Blendenraum einschließen, objekt- und bildscitig von je einer Sammellinse umgeben sind, wobei die objektseitig stehende Sammellinse ein zum Objekt erhobener Meniskus und die bildseitig stehende Sammellinse eine Bikonvexlinse ist, gekennzeichnet durch folgende Konst rukt ionsd at en:

1 9 7 t O 5

2'. Objektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Relative Öffnung 1:4 Feldwinkel 26= 41 Dicken und Brechzahlen Abbeschc

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3. Objektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

f=1

Rad i en

χ. =

Xr, =

Xo =

Xi =

X ι η *—·

^ri3=

+ 1,2827

+ 0,3951

+ 2,0119

+ 0,2572

+ 2,4195

- 0,1898 + 0,4003 + 36,2323

- 0,3539

- 1,7639

- 0,4231 + 1,7610

- 0,8211

- 0,5616

- 4,4928

co

Relative Öffnung 1:4 Feldwinkel 2& = 41°

Dicken und

Luftabstände Brechzahlen Abbesehe

n„ Zahlen >y

•2
^L4

d₇ =

¹A =

d_q =

I₆ =

= 0,07'20 0,0096 = 0,0882 = 0,0298 = 0,1860 = 0,0720 = 0,0240 = 0,0626 - 0,0560 0,0400 0,1040 0,0842 0,1120 0,4858 0,0464 0,0320 = 0,0720

1,53187

1,59424 1,53187

1,62508.

1,61637 1,62508

1,61685 1,59424

1,59424 1,51859 1,51859

51,54

57,97 51,54

52,84 43,78 52,84

36,70 57,97

57,97 63,87 63,87

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- -β- 1 9 7 t O 5

4· Objektiv nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Eonst rukt i onsdat en:

f=1

Radien

T₁ =+ 0,5467

r₂ = + 1,3161

r₃ = + 0,3852

r₄ = + 5,5860

r₅ = + 0,2455

r₆ = + 4,1004

X₇=- 0,2042

+ 0,4122 oo

- 0,3732

- 2,2112

Relative öffnung 1:4 Feldwinkel 2^=41°

Dioken und Brechzahlen Abbesehe

Luft abstände ⁿe Zahlen >>_e

d₂ =

•8

10

^ri2 ⁼ " °»⁴¹⁰⁷ *лі = + 1,5906

i3

15

i7
i8

= - 0,8462

= - 0,5685

= - 6,3761

= oo

= OO

d₆ =

d_y =

0,0640 0,0080 0,0845 0,0320 0,1920 0,0720 0,0200 0,0584 0,0696 = 0,0520 = 0,0920 = 0,1000 = 0,1080 = 0,4543 = 0,0480 = 0,0640 = 0,0640

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1,59424 1,53187

1,61636

1,61637 1,62508

1,60813 1,59424

1,59424 1,51859 1,51859

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57,97 51,54

56,03 43,78 52,84

37,89 57,97

57,97 63,87 63,87

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