DE102011102345A1

DE102011102345A1 - "Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive"

Info

Publication number: DE102011102345A1
Application number: DE102011102345A
Authority: DE
Inventors: Rolf Wartmann
Original assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH; Carl Zeiss MicroImaging GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: DE102011102345B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen apochromatischen Vorsatz für Zoomobjektive. Erfindungsgemäß besteht der Vorsatz aus einem viergliederigen optischen System, bei dem ausgehend von der Objektebene (OE) das erste Teilsystem (T1) und das vierte Teilsystem (T4) aus jeweils einer Sammellinse (L1, L6) bestehen, das zweite Teilsystem (T2) durch ein Kittglied, bestehend aus einer Zerstreuungslinse (L2) und einer Sammellinse (L3), charakterisiert ist und das dritte Teilsystem (T3) aus einem Kittglied mit einer Zerstreuungslinse (L4) und einer Sammellinse (L5) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen apochromatischen Vorsatz für Zoomobjektive.
Zur Abbildung aus dem Nahbereich werden in der Regel spezielle Makroobkjektive benötigt, um einen großen Abbildungsmaßstab zu erzielen. Derartige Objektive sind oft sehr aufwendig in der Herstellung und verfügen über keine Zoomfunktion.
Bekannt sind Objektivvorsätze, die die Brennweite verlängern, um damit eine relativ kostengünstige Aternative zu den relativ teuren, langbrennweitigen Teleobjektiven zu bilden. Eine derartige Lösung stellt beispielsweise der Leica Apo-Extender-R 2x dar.
Ausgehend von den Nachteilen der Lösungen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen apochromatischen Vorsatz für an sich bekannte Zoomobjektive, die für Abbildungen aus dem Fernbereich von unendlich bis ca. 1 m ausgelegt sind, zu entwickeln, der einen kostengünstigen Einsatz dieser Zoomobjektive für den Nahbereich ohne Verschlechterung der Abbildungsqualität ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Der apochromatische Vorsatz besteht aus einem viergliedrigen optischen System, bei dem ausgehend von der Objektebene

– das erste Teilsystem und das vierte Teilsystem aus jeweils einer Sammellinse bestehen,
– das zweite Teilsystem durch ein Kittglied, bestehend aus einer Zerstreuungslinse und einer Sammellinse, charakterisiert ist und
– das dritte Teilsystem aus einem Kittglied mit einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse besteht.

Die Lage der Pupille, die vom Zoomobjektiv vorgegeben wird, liegt typischerweise, vom Objekt aus gesehen, weit hinter dem Vorsatz. Diese Konstellation führt in der Regel zu unbeherrschbaren chromatischen Aberrationen, die mit der vorliegenden Lösung beseitigt werden.
Das erfindungsgemäße optische System bewirkt eine beugungsbegrenzte, apochromatische Korrektur, so dass der Einsatz des Vorsatzes zu keiner Verschlechterung der Abbildung durch das Zoomobjektiv führt. Konventionelle Zoomobjektive werden somit auf relativ einfache Art und Weise zu sogenannten „Makro-Zoomobjektiven”.
Vorteilhafterweise sind die Sammellinse des ersten Teilsystems und die Sammellinse des vierten Teilsystems aus Fluorkronglas gefertigt.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Zerstreuungslinse des zweiten Teilsystems aus einem Kurzflintglas besteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sammellinse des zweiten Teilsystems aus einem hochdispersivem Glas gefertigt, wobei für das hochdispersive Glas die Bedingung: 45 ≤ v_e × n_e ≤ 72 gilt und dabei v_e die Abbezahl und n_e die Brechzahl für die Wellenlänge e = 546 nm sind.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Sammellinse des dritten Teilsystems aus einem Fluorkronglas besteht und die Zerstreuungslinse des dritten Teilsystems aus einem Kurzflintglas gefertigt ist.
Der erfindungsgemäße apochromatische Vorsatz für zoomobjektive wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Darstellung des optischen Systems des Vorsatzes,
2: eine Darstellung des optischen Systems mit Konstruktionsdatenbezugszeichen und
3: zwei Darstellungen des erfindungsgemäßen Vorsatzes mit einem konventionellen Zoomobjektiv.
1 zeigt ausgehend von einer Objektebene OE vier Teilsysteme T1, T2, T3, und T4 des erfindungsgemäßen apochromatischen Vorsatzes, wobei das Teilsystem T1 aus einer Sammellinse L1, welche aus einem Fluorkronglas gefertigt ist, besteht.
Das sich daran anschließende Teilsystem T2 umfasst ein Zweifachglied (Kittglied), bestehend aus einer Zerstreuungslinse L2 aus einem Kurzflintglas und einer Sammellinse L3 aus einem hochdispersiven Glas, wobei für das hochdispersive Glas die Bedingung: 45 ≤ v_e × n_e ≤ 72 gilt und dabei v_e die Abbezahl und n_e die Brechzahl für die Wellenlänge e = 546 nm sind.
Das dritte Teilsystem T3 besteht ebenfalls aus einem Zweifachglied (Kittglied), welches durch eine Zerstreuungslinse L4 aus einem Kurzflintglas und eine Sammellinse L5 aus einem Fluorkronglas charakterisiert ist, während das vierte Teilsystem T4 lediglich aus einer Sammellinse L6 besteht.
2 zeigt die gleiche Linsenanordnung mit Angabe der einzelnen Krümmungsradien r1 bis r10 und der Dicken, beziehungsweise Luftabstände d1 bis d9 unter Bezugnahme auf die in den folgenden Ausführungsbeispielen angegebenen Konstruktionsdaten.

Bei einer Brennweite von 166.9 mm, einer Lage der Objektebene OE vor dem ersten Teilsystem T1 von 121.2 mm, einer Lage der Bildebene von 5000 mm vor einem nachfolgenden Zoomsystem, einer Lage der Austrittspupille von etwa 50 mm bis 100 mm nach dem vierten Teilsystem T4 und einer vom nachfolgenden Zoomsystem bestimmten numerischen Apertur von maximal 0.125 ergeben sich folgende Konstruktionsdaten:

Fläche FL	Krümmungsradius r1–r10 [mm]	Dicke d1–d9 [mm]	Brechzahl n_e	Abbezahl v_e
1	95.031	6.5	1.4879	84.1
2	824.4	0.1
3	84.582	3.0	1.6166	44.3
4	31.171	8.0	1.6241	36.1
5	51.958	10.38
6	–31.171	3.0	1.6166	44.4
7	–409.8	7.5	1.6203	63.1
8	–45.975	0.4
9	–1125	8.0	1.4879	84.1
10	–52.334

Ferner ergeben sich bei einer Brennweite von 166.6 mm, einer Lage der Objektebene OE vor dem ersten Teilsystem T1 von 105.5 mm, einer Lage der Bildebene von 5000 mm vor einem nachfolgenden Zoomsystem, einer Lage der Austrittspupille von etwa 50 mm bis 100 mm nach dem vierten Teilsystem T4 und einer vom nachfolgenden Zoomsystem bestimmten numerischen Apertur von maximal 0.125 folgende Konstruktionsdaten:

Fläche FL	Krümmungsradius r1–r10 [mm]	Dicke d1–d9 [mm]	Brechzahl n_e	Abbezahl v_e
1	60.431	7.1	1.4879	84.1
2	360.0	0.1
3	63.305	2.0	1.5608	53.8
4	24.938	8.0	1.5510	45.5
5	33.741	26.21
6	–25.121	1.9	1.6166	44.4
7	–70.289	6.4	1.6203	63.1
8	–34.833	0.4
9	–199.5	8.0	1.4399	94.5
10	–38.963

4 zeigt zwei Darstellungen des erfindungsgemäßen Vorsatzes mit den Teilsystemen T1, T2, T3 und T4 mit einem konventionellen Zoomobjektiv bei verschiedenen Zoomstellungen.
Bezugszeichenliste

T1, T2, T3, T4

Teilsystem

L1, L2, L3, L4, L5, L6

Linse

r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10

Krümmungsradius (Linse)

d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8, d9

Dicke/Luftabstand

OE

Objektebene

FL

Fläche

ne

Brechzahl

ve

Abbezahl

e

Wellenlänge

Claims

Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive, gekennzeichnet durch ein viergliederiges optisches System, bei dem ausgehend von der Objektebene (OE) – das erste Teilsystem (T1) und das vierte Teilsystem (T4) aus jeweils einer Sammellinse (L1, L6) bestehen, – das zweite Teilsystem (T2) durch ein Kittglied, bestehend aus einer Zerstreuungslinse (L2) und einer Sammellinse (L3), charakterisiert ist und – das dritte Teilsystem (T3) aus einem Kittglied mit einer Zerstreuungslinse (L4) und einer Sammellinse (L5) besteht.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (L1) des ersten Teilsystems (T1) und die Sammellinse (L6) des vierten Teilsystems (T4) aus Fluorkronglas gefertigt sind.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Zerstreuungslinse (L2) des zweiten Teilsystems (T2) aus einem Kurzflintglas besteht.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (L3) des zweiten Teilsystems (T2) aus einem hochdispersivem Glas besteht, wobei für das hochdispersive Glas die Bedingung: 45 ≤ v_e × n_e ≤ 72 gilt und dabei v_e die Abbezahl und n_e die Brechzahl für die Wellenlänge e = 546 nm sind.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstreuungslinse (L4) des dritten Teilsystems (T3) aus einem Kurzflintglas besteht.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (L5) des dritten Teilsystems (T3) aus einem Fluorkronglas besteht.
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit einer Brennweite von 166.9 mm, einer Lage der Objektebene OE vor dem ersten Teilsystem (T1) von 121.2 mm, einer Lage der Bildebene von 5000 mm vor einem nachfolgenden Zoomsystem, einer Lage der Austrittspupille von etwa 50 mm bis 100 mm nach dem vierten Teilsystem (T4) und einer vom nachfolgenden Zoomsystem bestimmten numerischen Apertur von maximal 0.125: Fläche FL Krümmungsradius r1–r10 [mm] Dicke d1–d9 [mm] Brechzahl n_e Abbezahl v_e 1 95.031 6.5 1.4879 84.1 2 824.4 0.1 3 84.582 3.0 1.6166 44.3 4 31.171 8.0 1.6241 36.1 5 51.958 10.38 6 –31.171 3.0 1.6166 44.4 7 –409.8 7.5 1.6203 63.1 8 –45.975 0.4 9 –1125 8.0 1.4879 84.1 10 –52.334
Apochromatischer Vorsatz für Zoomobjektive nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten mit einer Brennweite von 166.6 mm, einer Lage der Objektebene OE vor dem ersten Teilsystem (T1) von 105.5 mm, einer Lage der Bildebene von 5000 mm vor einem nachfolgenden Zoomsystem, einer Lage der Austrittspupille von etwa 50 mm bis 100 mm nach dem vierten Teilsystem (T4) und einer vom nachfolgenden Zoomsystem bestimmten numerischen Apertur von maximal 0.125: Fläche FL Krümmungsradius r1–r10 [mm] Dicke d1–d9 [mm] Brechzahl n_e Abbezahl v_g 1 60.431 7.1 1.4879 84.1 2 360.0 0.1 3 63.305 2.0 1.5608 53.8 4 24.938 8.0 1.5510 45.5 5 33.741 26.21 6 –25.121 1.9 1.6166 44.4 7 –70.289 6.4 1.6203 63.1 8 –4.833 0.4 9 –199.5 8.0 1.4399 94.5 10 –38.963