DE1064251B

DE1064251B - Modifiziertes Gauss-System mit anastigmatischer Bildfeldebnung

Info

Publication number: DE1064251B
Application number: DEV4293A
Authority: DE
Inventors: Dr Albrecht Wilhelm Tronnier
Original assignee: Voigtlander AG
Current assignee: Voigtlander AG
Priority date: 1952-02-02
Filing date: 1952-02-02
Publication date: 1959-08-27

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein lichtstarkes Objektiv mit anastigmatischer Bildfeldebnung jener Art des modifizierten Gauß-Typus, bei dem die Blende von je zwei Linsengruppen derart eingeschlossen ist, daß sowohl in dem auf der Seite der längeren Strahlungsweite stehenden Vorderglied als auch in dem der Blende auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite nachfolgenden Hinterglied im Sinne dieser Lichtrichtung je einer einfachen unverkitteten meniskenförmigen Einzellinse eine zusammengesetzte Linsengruppe entgegengesetzten Stärkevorzeichens nachfolgt, wobei sowohl die meniskenförmigen Einzellinsen ein entgegengesetztes Stärkevorzeichen besitzen als auch die ihrerseits aus Linsen entgegengesetzten Stärkevorzeichens zusammengesetzten Linsengruppen ihrerseits ein entgegengesetztes Stärkevorzeichen aufweisen.

Weiter geht die Erfindung von einem Objektivtyp aus, welcher außer den vorstehend aufgeführten Merkmalen noch folgende Besonderheiten aufweist: In dem der Blende nachfolgenden Hinterglied schließen zwei gegen diese Blende hohle meniskenförmige Zerstreuungslinsen eine ungleichschenklige Sammellinse ein, wobei letztere und die ihr auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite nachfolgende Außenlinse das vorerwähnte, ebenfalls gegen die Blende hohle, deutlich sammelnd wirkende und mit einem negativen Richtungsvorzeichen seiner beiden Krümmungsradien behaftete Nachbarflächenpaar einschließen. Dabei sind die Brechzahlen der Gläser der Linsen innerhalb des Gesamtsystems derart verteilt, daß mindestens sowohl die dem Objektraum wie die dem Bildraum am nächsten stehende Sammellinse Brechzahlen aufweisen, die deutlich größer sind als 1,625, während gleichzeitig die beiden der Blende auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite folgenden Zerstreuungslinsen kleinere Brechzahlen als 1,625 besitzen.

Das neue Objektiv nach vorliegender Erfindung gestattet durch die Anwendung der anspruchsgemäßen Regeln zum technischen Handeln auf diese spezielle Gestaltung der Gauß-Systeme eine wesentliche Verminderung der Zonenfehler in den inner- wie außeraxialen Teilen des anastigmatisch geebneten Bildfeldes. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können dabei diesen neuen Objektiven sogar durch eine besonders zonenarme Korrektion der Restbildfehler jene Eigenschaften erteilt werden, die es gestatten, auch bei lichtstarken Ausführungsformen mit einer vorgegebenen Objektivbrennweite ein Gesichtsfeld derart auszuzeichen, daß das Schärfenfeld, innerhalb dessen ein für die Aufgaben der Reproduktionstechnik normal üblicher Zustand der Schärfenzeichnung erreicht ist, eine solche Ausdehnung besitzt, daß sein Durchmesser etwa eben dieser Brennweite entspricht.

Es ist zur Erreichung dieses Zieles erfindungsgemäß

Modifiziertes Gauß-System
mit anastigmatis eher Bildfeldebnung

Anmelder:
Voigtländer Aktiengesellschaft,
Braunschweig, Berliner Str. 53

Dr. Albrecht Wilhelm Tronnier, Göttingen,
ist als Erfinder genannt worden

vorgesehen, daß die von den beiden meniskenförmigen Zerstreuungslinsen eingeschlossene ungleichschenklige Sammellinse in dem der Seite der kürzeren Strahlungsweite zugekehrten Hinterglied derart ausgebildet ist, daß sie aus einem Glas besteht, dessen Brechzahl für das gelbe Licht der if-Linie des Heliumspektrums größer ist als 1,6650 und deren stark gekrümmte Außenfläche zwecks Vermeidung einer Verminderung der relativen öffnung des Gesamtsystems eine Flächenbrechkraft zwischen dem l,5fachen und dem 4,5fachen der Äquivalentbrechkraft des Gesamtobjektivs aufweist, wobei diese Flächenbrechkraft einerseits auf das angrenzende Medium Luft und andererseits auf das gleiche gelbe Licht des Heliumspektrums bezogen ist.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das von den Teilen der kürzeren Strahlungsweite zugekehrten und das im Sinne der photographischen Aufnahme letzte Systemglied bildenden Linsen eingeschlossene Nachbarflächenpaar (2?jv) ^a^^s eine gegen die Blende hohle stark gekrümmte sammelnde Kittfläche ausgebildet ist.

Ferner kann das in dem der Blende voraufgehenden Systemglied von dessen beiden Linsenelementen entgegengesetzten Stärkevorzeichens eingeschlossene Flächenpaar als Kittfläche ausgebildet und damit dieses gegen die Blende hohle und ihr voraufgehendes Systemglied als Kittglied aufgebaut sein.

Der vorbekannte Stand der Technik weist bereits ein Objektiv der hier vorliegenden Unterart des Gauß-Typus auf, bei dem zwei gegen die Blende hohle meniskenförmige Zerstreuungslinsen eine ungleichschenklige Sammellinse einschließen, deren stärkste Flächenkrümmung ebenfalls gegen die Blende hohl ist. Es handelt sich dort jedoch um einen Astigmaten, der nur für ein Bildfeld brauchbar ist, dessen Durchmesser etwa ein Viertel der Objektivbrennweite beträgt. Diese starke Gesichtsfeldbeschränkung ist im wesentlichen dadurch bedingt, daß in dem bildseitigen

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letzten Systemglied eine zerstreuende Kittfläche angeordnet ist, die eine Verminderung der sphärischen Aberration auf Kosten des seitlichen Korrektionszustandes gestattet. Im Gegensatz hierzu ist das neue Objektiv der vorliegenden" Bauform des Ganß-Typs bei einer guten Allgemeinschärfe des ausgedehnten Bildfeldes frei von dieser Gesichtsfeldbeschränkung, da das charakteristische Nachbarflächenpaar zwischen den beiden letzten Linsen mit einer stark sammelnden Äquivalentwirkung ausgestattet ist, so daß bei einer Verkittung dieser beiden Linsen miteinander ihre verbindende Kittfläche eine Sammelwirkung hat.

Es ist zwar bekannt, im bildseitigen Positiv eines Objektivs vom Gauß-Typ zwecks Verbesserung der astigmatischen Bildfeldebnung eine stark sammelnd wirkende Kittfläche anzuordnen. Die Anordnung eines sammelnden Nachbarflächenpaares ist allein aber noch nicht ausreichend, um gleichzeitig neben der Verminderung der astigmatischen Einstelldifferenz auch eine BildfeIdebnung herbeizuführen.

Deshalb weist das neue Objektiv erfindungsgemäß gleichzeitig auch noch die eingangs erwähnten Besonderheiten auf und ist demgemäß mit einer speziellen Glaswahl für die im Hinterglied stehenden drei Linsen ausgerüstet. Hierzu wird darauf hingewiesen, daß es zwar an sich auch bekannt ist. zur Erzielung einer möglichst zonenarmen Korrektion bei photographischen Objektiven vom modifizierten Gauß-Typ hochbrechende Gläser anzuwenden. Diese Maßnahme allein konnte jedoch ebenfalls nicht zum Ziel führen.

Die Erfindung besteht demzufolge dem Stande der Technik gegenüber in der vorgenannten Kombination, in der außer einer speziellen Glaswahl für die charakteristische, im Hinterglied stehende und von meniskenförmigen Zerstreuungslinsen eingeschlossene ungleichschenklige Sammellinse eine in angegebenen Grenzen liegende Flächenbrechkraft für deren stark gekrümmte Außenfläche vorgesehen ist. Erst durch diese Kombination ist eine solch zonenarme Korrektion der Restbildfehler erzielt, wie sie sonst nur bei lichtschwachen Systemen für die Aufgaben der Reproduktionstechnik erreicht werden konnte. Ein derartiger Schärfenzustand ist sehr eng verbunden mit der einem Objektivtyp innewohnenden Möglichkeit zu einer ungewöhnlich weitgehenden Behebung der Abweichungen von der Sinuskoinzidenzbedingung. Für lichtstarke Objektive müssen Restfehler dieser Art in einem Größenordnungsbereich liegen, der in nur Hunderttausendsteln der Brennweite auszudrücken ist. Der optimale Lagenbereich für diese Abweichung liegt zwischen etwa minus 20 Mikron und plus 50 Mikron, in dem diese Abweichungen sowohl für die Zonen- als auch für die Randstrahlen bei einer Einheitsbrennweite von f = 100 mm liegen müssen, um die angestrebte Schärfenzeichnung zu erreichen. Dieses Ziel wird durch die vorliegende Erfindung

ίο einem lichtstarken Objektivtyp diese Korrektionsmöglichkeit erschlossen.

Das obenerwähnte Kombinationsmerkmal der Erfindung, daß nämlich die Brechkraft der gegen die Blende hohlen und zu dem Nachbarflächenpaar gehörenden stark gekrümmten Außenfläche dieser Linse zwischen dem l,5fachen und dem 4,5fachen der Gesamtbrechkraft des ganzen Objektivs beträgt, wobei diese Flächenbrechkraft einerseits auf das angrenzende Medium Luft und andererseits auf das gelbe Licht des Heliumspektrums bezogen ist, ergibt seinerseits einen erheblichen technischen Fortschritt und ermöglicht es, diesen Objektivtyp zum Anastigmaten zu entwickeln.

Diese auf das Grenzmedium Luft bezogene Eigenbrechkraft ergibt sich, in Dioptrien gemessen, leicht aus der bekannten Formel

1000 ■{% — !)
R_i

wobei der Index j die Ordnungsnummer der Fläche bezeichnet, deren Krümmungsradius R_j in Millimeter zu bemessen ist.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand durch Linsenachsenschnitte dargestellt.

In der Fig. 1 ist zugleich das Bezeichnungsschema eingetragen. Die zu beiden Seiten der mit B bezeichneten Blende angeordneten Linsengruppen I, II und III, IV sind ebenso wie die Linsen L, die Radien R, Dicken d und Luftabstände a der Reihe nach von der Seite der längeren Strahlungsweite nach der Seite der kürzeren Strahlungsweite hin durchnumeriert. Die verwendeten Gläser sind in gleicher Reihenfolge durch ihre mittleren, auf die gelbe Spektrallinie des Heliumlichtes bezogenen Brechzahlen n_a und in bezug auf ihre Farbenzerstreuung durch ihren jeweils zugeordneten numerischen Wert der Abbeschen Zahl ν charakterisiert.

Rn <

			Zahlenbeispiel
/ =	= 100 mm			Relative öffnung 1:2,3
+ 43,597
J₁ = 4,33	M₁ =	1,6676	v_i = 41,9	R-z		+ 103,826
O₁= 0,19	Luft
R₃ R_i		+ 30,103
+ 113,560	C⁷ ₂= 9,14	ⁿz =	1,7015	v₂ = 41,1
Cr₃= 0,04	Luft
R_i'		+ 113,560
+ 19.251	J₃ = 3,46	^raS =	1,7552	ν_Ά = 27,5
a₃ = 21,198	Luft		Blendenraum
R_e		- 21,522
R₇		- 29.051	J₄= 2,16	»4 =	1,5625	v_i = 42,8
O₄= 0.04	Luft
R_s		-133.027
R₉		- 21,349	J₅ = 9,19		1,6785	v₅ = 55,5
verkittet
R₉'		- 21,349
^r10		— 37,551	d₆ = 3,03	ⁿe =	1,5695	v₀ = 49,2

Die bildseitige Achsenschnittweite des Objektivs beträgt J₀' = 69,66 mm für das gelbe Licht.

Claims

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung für eine Brennweite von f = 150 mm in natürlicher Größe gegeben, dessen Aufbau dem nachfolgenden Zahlenbeispiel proportional ist. Die Daten dieser Ausführungsform beziehen sich auf die Brennweite f = 100 mm. Dementsprechend sind auch die Radienlängen, die längs der optischen Achse gemessenen Linsendicken und die Luftabstände zwischen den Linsen in Millimetern angegeben. Zum Hinweis auf die speziellen Gestaltungsmöglichkeiten im Rahmen des vorliegenden Konstruktionsprinzips wurden die beiden Innenradien Ri, Ri' der Linsen L2 und L? der zusammengesetzten Baugruppe II des Vordergliedes gleich groß gestaltet und durch einen nur sehr kleinen Luftabstand getrennt, um somit anzudeuten, daß diese beiden Linsen auch leicht durch Verkittung zu einem einheitlichen Kittglied zusammengefaßt werden können. Die Flächenbrechkraft des Krümmungsradius Rg beträgt 678,50 : 21,349 = 31,781, das ist das 3,178-fache der Äquivalentbrechkraft des Gesamtobjektivs, liegt also zwischen dem l,5fachen und dem 4,5fachen dieses Wertes. Außerdem ist m5 = 1,6785 und damit deutlich größer als 1,6650. Patentansprüche-

1. Lichtstarkes optisches System vom modifizierten Gauß-Typ mit anastigmatischer Bildfeldebnung, bei dem die Blende von je zwei Linsengruppen derart eingeschlossen ist, daß sowohl in dem auf der Seite der längeren Strahlungsweite stehenden Vorderglied als auch in dem der Blende auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite nachfolgenden Hinterglied im Sinne dieser Lichtrichtung je einer einfachen unverkitteten meniskenförmigen Einzellinse (I und III) eine zusammengesetzte Linsengruppe (II und IV) entgegengesetzten Stärkevorzeichens in der Weise nachfolgt, daß in dem der Blende nachfolgenden Hinterglied (III, IV) zwei gegen diese Blende hohle meniskenförmige Zerstreuungslinsen eine ungleichschenklige Sammellinse (L₅) einschließen, wobei letztere und die ihr auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite nachfolgende Außenlinse (L₆) ein ebenfalls gegen die Blende hohles, deutlich sammelnd wirkendes und mit einem negativen Richtungsvorzeichen seiner beiden Krümmungsradien behaftetes Nachbarflächenpaar (R_n) einschließen und die Brechzahlen der Gläser der Linsen innerhalb des Gesamtsystems derart verteilt sind, daß mindestens sowohl die dem Objektraum wie die dem Bildraum am nächsten stehende Sammellinse (L₁ und L₅) Brechzahlen aufweisen, die deutlich größer sind als 1,625, während gleichzeitig die beiden der Blende auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite folgenden Zerstreuungslinsen (L₄ und L₆) kleinere Brechzahlen als 1,625 besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden meniskenförmigen

ίο Zerstreuungslinsen (L₄ und L₆) eingeschlossene ungleichschenklige Sammellinse (L₅) in dem der Seite der kürzeren Strahlungsweite zugekehrten Hinterglied derart ausgebildet ist, daß sie aus einem Glas besteht, dessen Brechzahl (n₅) für das gelbe Licht der cf-Linie des Heliumspektrums größer ist als 1,6650 und deren stark gekrümmte Außenfläche (R₉) zwecks Vermeidung einer Verminderung der relativen Öffnung des Gesamtsystems eine Flächenbrechkraft zwischen dem 1,5-fachen und dem 4,5-fachen der Äquivalentbrechkraft des Gesamtobjektivs aufweist, wobei diese Flächenbrechkraft (φ₉) einerseits auf das angrenzende Medium Luft und andererseits auf das gleiche gelbe Licht des Heliumspektrums bezogen ist.

2. Lichtstarkes optisches System vom modifizierten Gauß-Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den beiden der kürzeren Strahlungsweite zugekehrten und das im Sinne der photographischen Aufnahme letzte Systemglied (IV) bildenden Linsen (L₅ und L₆) eingeschlossene Nachbarflächenpaar (R_n) als eine gegen die Blende hohle starkgekrümmte sammelnde Kittfläche ausgebildet ist.

3. Lichtstarkes optisches System vom modifizierten Gauß-Typ nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem der Blende voraufgehenden Systemglied (II) von dessen beiden Linsenelementen (L₂ und L₃) entgegengesetzten Stärkevorzeichens eingeschlossene Flächenpaar (R_i, R_i') als Kittfläche ausgebildet und damit dieses gegen die Blende höhle und ihr voraufgehende Systemglied (II) als Kittglied aufgebaut ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 142 294, 665 520;
USA.-Patentschrift Nr. 2 343 627;
Zeitschrift Optik, 1952, S. 350;
Zeitschrift JOSA, 1948, S. 841 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen