DE1472178A1

DE1472178A1 - Symmetrisch aufgebautes Linsensystem fuer Projektionszwecke

Info

Publication number: DE1472178A1
Application number: DE19651472178
Authority: DE
Inventors: Ruben Paul L
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1964-08-05
Filing date: 1965-08-04
Publication date: 1969-01-09
Also published as: GB1118931A; US3449040A; SE312241B

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionslinee und insbesondere ein Linsensystem, welches man im allgemeinen als symmetrisches System bezeichnet, bei welchem die Elemente in der rückwärtigen Hälfte der vollständigen Linse Duplikate der Linsenelemente in der vorderen Hälfte darstellen, deren Achsen jedoch umgekehrt orientiert sind«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Linsensystem wesentlich zu verbessern«

Zur Zielsetzung der Erfindung gehört es außerdem, eine Projektionslinee zu schaffen, die sich für Kopierzwecke in natürlicher Größe oder unter einer Vergrößerung im Verhältnis 1 zu 1 eignet, obwohl die Linse natürlich auch für andere Zwecke geeignet ist«

Die neue Linse soll Bilder besonders guter Qualität im

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Verhältnis 1 zu 1 liefern, bei einer relativen Blendenöffnung von mindestens f:5,6 , "bei Einstellung auf Unendlich und mit einem verhältnismäßig großen Bildwinkel von mindestens 66 Grad und "ohne "Vignettierungseffekt,,

Pie neue Linse soll aber auch einen einfachen Aufbau haben und nur geringe Herstellungskosten erfordern bei guter optischer Qualität; dabei muß die Linse hinsichtlich chromatischer und sphärischer Aberrationen und bezüglich Astigmatismus und verringerter Bildfeldwölbung korrigiert sein und schließlich muß die Linse frei von Comafehlern und Verzerrungen sein, zumal sie ja völlig symmetrisch aufgebaut ist*

Die neue Linse dient in erster Linie zur Übertragung von strahlungsenergie im Wellenbereich von 430 bis 450 Millimikrons (mu) mit einer opi-czenempfindlichkeit von 486 mil ο

In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Rand einen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Aus— führungsform des Linsensystems nach der Erfindung und

2 eine Tabelle mit den genauen Daten für das Linsensystem nach "Pig» 1_O

Symmetrisch aufgebaute Linsensysteme sind ebenso wie die Linsen bekannt, die man häufig als symmetrische Linsen bezeichnet, die aber nicht genau symmetrisch aufgebaut sind,

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weil kleine Unterschiede zwischen den Linsenelementen in der rückwärtigen Hälfte und den Linsenelementen in der vorderen Hälfte bestehen,, Alle "bisher "bekannt gewordenen Linsen, sowohl die wirklich symmetrisch aufgetauten als auch die fast, aber nicht völlig genau symmetrisch aufgebauten Linsensysteme weisen Nachteile auf_c

Das Linsensystem nach dor Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber den allgemein bekannten Linsensyutemen dar und vermeidet viele Nachteile der bisher bekannt gewordenen Linsen«»

Die Linse nach der Erfindung besteht aus vier Elementen, wobei die vorderen und die rückwärtigen Elemente jeweils ein Paar positiver Meniskuslinsen identisch gleicher Konstruktion darstellen,die sieh aber mit ihren Vorderflächen gegenüberstehen, wobei die dazwischenliegenden Elemente "ein Paar negativer Meniskuslinsen darstellen, die ebenfalls identisch gleich sind und sich mit ;Lhren Flächen gegenüberstehen, während die Blende in der Mitte zwischen diesen beiden negativen Elementen angeordnet ist«. Alle vier Elemente sind Einfach«- elemente oder Einzelelemente, so daß sich eine äußerst wirtschaftliche Konstruktion ergibt« Bei der Massenherstellung ist es unerläßlich, nur zwei-unterschiedliche Arten von Lins enelementen herzustellen, also praktisch einen Vorrat von positiven Meniskuselementen und einen Vorrat von negativen Meniskuselementen_o Es werden dann immer zwei positive Elemen-

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te und zwei negative Elemente in der oben angedeuteten Weise zusammengebaut, um das vollständige Linsensystem zu bekommen, wobei sich jegliche Verkittung eines Elementes mit einem anderen Element erübrigt«

In dem nun folgenden Beschreibungsteil sind die einzelnen Linsenelemente von vorn nach hinten gerechnet mit 1 bis 4 beziffert, obwohl es nach dem Obengesagten völlig belanglos ist, welche Seite als die Vorderseite und welche Seite als die Rückseite bezeichnet wird. Das Element 1 ist also völlig identisch mit dem Element 4, zeigt aber mit seiner Oberfläche nach der anderen Seite·

Die Krümmungsradien R der Linsenoberflächen, die axiale Dicke T der einzelnen Linsenelemente und der axiale Luftzwischenräum bzw. die Zwischenräume S sind alle in der üblichen V/eise bezeichnet und tragen einen Index zur Bezeichnung der besonderen Oberfläche, der Linsendicke oder ι des LuftZwischenraums in logischer Folge von vorn nach hinten· Positive und negative Werte für R kennzeichnen die entsprechenden Oberflächen als konvex bzw« konkav gegenüber der Vorderflache« Da aber häufig an anderer Stelle eine andere Numerierung der Luftzwischenräume vorgenommen wird, bezieht sich die Bezeichnung Sp in diesem Falle nicht auf den gesamten Luftzwischenraum zwischen dem Element 2 und dem Element 3_f sondern auf den LuftZwischenraum zwischen dem Element 2 und der Blendenebene (dies ist die Hälfte des Gesamtabstandes zwischen.den Elementen 2 und 3) und S₅ kennBeichnet die ande-

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re Hälfte, also den Abstand von der Blendenebene zu dem Element 3· Damit ist also S. die axiale Luftstrecke zwischen den Elementen 3 und 4«

Die entsprechenden Brechungsindices, ausgedrückt unter Bezugnahme auf die Spektrallinie D des Natriums, sind mit N bezeichnet, während die Streuungsindiees oder Abbeziffern mit V mit besonderen Kennziffern bezeichnet sind, die erforderlich sind, um das besondere Linsenelement zu kennzeichnen. Die äquivalente Brennweite des gesamten Objektivs bzw,Linsensystems gemessen in Licht mit einer Wellenlänge von 486 mn ist mit dem Index P versehen.

Gemäß der Erfindung erhält man gute Ergebnisse, wenn die veränderlichen Größen für die Dicke, die Abstandsradien, die Breohungsindices und die Streuungsindiees praktisch im Bereich folgender Grenzen bleiben:

Tabelle 1

0,0733F <T₁ = T₄ < 0,0897P 0,02451" < T₂ = T₃ < O,O299F 0,0204F < S₁ = S₄ <O,O25OP 0,0794? < S₂ m S₃ < O,O97OP 0,224 i¹ ^ R₁ « -R₈ -<0,274 F 0,475 Έ ^ R₂ m -R₇ 4 0,581 Έ* 0,182 Y < R₃ = -R₆ <fO,222 1 0,135 Ύ < R₄ - -R₅ £ 0,165 i¹

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Tabelle 1 (Portsetzung)

R₅ -R₅

^ <1,48

1,610 ^ N₁ = N₄ sT 1,630

1,750 < N₂ = IT₅ <; 1,790

54,0 < V₁ = V₄ < 64,0

24,0 . < V₂ = V₃ <30,0

Zur Erzielung bester Ergebnisse sind sämtliche Variablen vorzugsweise innerhalb der in der obigen Tabelle enthaltenen Grenzen gehalten, und zusätzlich beträgt die Brennweite eines jeden Elementes 1 und 4 +0,676P und die Brennweite eines jeden Elementes 2 und 3 praktisch -0,946 F»

Einige wesentliche Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden auch in gleicher V/eise erhalten, wenn nur ein Teil der Variablen im wesentlichen in die Grenzen gemäß Tabelle fallen, selbst wenn auch andere Variable in Bereiche außerhalb dieser Grenzen fallen« So sind beispielsweise die Abstände S₁ und S₄ sehr viel kritischer für die optische Korrektion eines auf einen bestimmten Bereich beschränkten Astigmatismus und sollten deshalb innerhalb der angegebenen Grenzen bleiben. Die Abstände Sp und S~ sind für die Einstellung einer äquivalenten Brennweite des ganzen Systems nicht so kritisch, aber auch nicht für die Korrektur der sphärischen Aberration, e£»et sie sind dagegen kritisch für die Festlegung des astigmatischen Knotens und damit für die Bestimmung der

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winkelmäßigen Feldbedeckung· Begnügt sich infolgedessen ein Benutzer mit einer kleinen winkelmässigen Feldbedeckung, dann können die Abstände Sp und S₇ eich auch außerhalb des Bereiches ändern, wie er in der Tabelle 1 angegeben ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegexistandes haben die Werte der Variablen R, G und T als Punktion der entsprechenden Brennweite des optischen Systems folgende Werte:

Tabelle 2

^R1	= -R₇	= 0,249 F
R_?	= -R₆	= 0,528 F
^R3	= -R₅	= 0,202 F
^R4	rji	= 0,150 F
^T1	= T₃	= 0,0815F
^T2	= S₄	= 0,0272F
^S1	= S₃	= 0,0227F
^S2	= 0,0882F

Ein symmetrisch aufgebautes Linsensystem, welches mit den Werten in Tabelle 2 aufgebaut ist, kann mit Vorteil zum Kopieren mit einem Größenverhältnis von 1 : 1 (d,h* mit einer Vergrößerung von 1,0X) verwendet werden und in diesem Falle sind die Abstände am vorderen Ende und am hinteren Ende die miteinander konjugiert sind und auch von dem Objekt zu dem Element 1 und von dem Element 4 zu dem Bild in gleicher Weise 1,725F.

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Ein spezielles Beispiel eines Linsensyetems, dessen Variable in die Grenzen der Tabelle 1 hineinfallen, aber auch. den Gegebenheiten der Tabelle 2 entsprechen, und die außerdem die dargestellten Erfordernisse erfüllen, und das zu ausgezeichneten Ergebnissen führt, kann mit den ziffernmäßigen Daten nach Tabelle 3 aufgebaut sein, in der die einzelnen Symbole die gleiche Bedeutung haben, wie sie oben erläutert worden ist»

Tabelle 3

Linse

1,620 60,3

1,785 26,1

Radien in mm R₁ = + 27,5

R₂ =+ 58,25 R₃ =+ 22,32 R₄ =+ 16,58

Blende

1,785 26,1

1,620 60,3

R₅ = - 16,58 R₆ = - 22,32 R₇ = - 58,25

R₈ - - 27,5

Dicke in mm

T₁ = 9,0 S₁.- 2,5 T₂ - 3,0 S₂ - 9,74 B₃ » 9,74

T₃ = 3,0 S₄ = 2,5 T₄ = 9,0

Bei der bevorzugten Ausführung dee speziellen Llneen-

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systems mit den Merkmalen, die in Tabelle 3 aufgeführt sind, haben die Elemente 1 und 4 einen Durchmeser von 46,0 mm und die Elemente 2 und 3 einen Durchmesser von 31,0 mm«, Die
Brennweite des Elementes 1 für sich allein gemessen und des Elementes 4 für sich allein gemessen "beträgt + 74,632 mm
und die Brennweite des Elementes 2 für sich allein gemessen sowie des Elementes 3 für sich allein gemessen beträgt
-104,31 mm« Das gesamte Objektiv bzw* das gesamte symmetrisch aufgebaute Linsensystem hat eine äquivalente Brennweite von 110,37 mm, ein Öffnungsverhältnis von f : 5,6 und bedeckt ein Gesamtfeld von 66 Grad_e Die konjugierten Brennpunktsweiten für eine Vergrößerung von 1,OX von dem Objekt
bis zu der Vorderfläche des Elementes einerseits und von der rückwärtigen Fläche des Elements 4 zu dem Bild beträgt jeweils 190,44 mm_e Dieses spezielle Objektiv erfüllt in vollem IMfang die Zwecke und Ziele des Erfindungsgegenstandes, wie sie oben aufgeführt sind, und arbeitet in dem Wellenlängenbereich von 430 mu bis 530 mu bei einer 3pitaenempfindlichkeit von 486 mu ganz außerordentlich gut*

- Patentansprüche -

BAD

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Claims

M 1806 '

Dr. Expl.

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Patentanoprüche :

1_O Symmetrisch aufgebautes Linsensystem für Projektionszwecke mit vier einzelnen Linsenelementen und mit entsprechenden Luftzwischenräumen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und vierte Element bei systematischer Zählung von vorn nach hinten positive Meniskuslinsen sind, während das zweite " und dritte Element negative Meniskuslinsen sind, dadurch

gekennzeichnet, daß die Brennweite eines jeden positiven Meniskuselements praktisch + 0,676 F und die Brennweite eines jeden negativen Meniskuselements praktisch -0,946 P beträgt, wenn P die äquivalente Brennweite des ganzen Linsen— systems ist»

2» Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ ei elin et, daß der axiale LuftZwischenraum zwischen dem Element 1 und dem Element 2 und der LuftZwischenraum zwischen dem Element 3 und dem Element 4 praktisch im Bereich zwischen 0,0204 P und 0,0250 P liegen.

3o Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blendenebene in der Mitte zwischen den Elementen 2 und 3 vorhanden ist und der axiale Luftzwischenraum zwischen der Blendenebene und jedem der Elemente 2 und 3 praktisch in dem Bereich zwischen 0,0794 P und 0,0970 P liegt,

4· Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Elemente 1 und 4 aus einem Material mit

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elnem Brechungsindex (entsprechend der Natriumlinie D des Spektrums) hergestellt ist, der praktisch im Bereich zwischen 1,610 und 1,603 liegt, und daß der Streuungsindex etwa im Bereich von 54,0 bis 64,0 liegt«.

5· Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Elemente 2 und 3 aus einem Material mit einem Brechungsindex (entsprechend der Natriumlinie D des Spektrums) besteht, der praktisch im Bereich von 1,750 bis 1,790 liegt, und daß dieses Material einen Streuindex hat, der im wesentlichen in dem Bereich von 24,0 bis 3O_PO liegt.

6_e Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Krümmungsradius der Vorderfläche des Elementes 1 zu demjenigen der Bückseite sowie der Rückseite des Elementes 4 zu dem Krümmungsradius der Vorderseite dieses Elementes praktisch im Bereich von 0,425 bis 0,519 liegt.

7» Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Krümmungsradius der Vorderfläche des Elementes 2 zu demjenigen der rückwärtigen Pläohe und das Verhältnis des Krümmungsradius der rückwärtigen Fläche des Elementes 3 zu demjenigen der Vorderfläche praktisch im Bereich zwischen 1,21 und 1,48 liegt»

8. Symmetrisch aufgebautes Linsensystem für Projektionszwecke nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Abmessungen und Verhältnisse der Abmessungen zueinander:

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O,O733P 0,0245P 0,0204P 0,0794F 0,224 F 0,475 F 0,182 F

0,135 F 0,425

1,21

R,

= -R₈ = -R₇

= -R₆

< 0,0897F

< 0,0299F <0,0250F •CO,O97OF

< 0,274 P

< 0,581 P

< 0,222 P 4 0,165 P

0,519

-R₅

C N

N₄ 4 1,630 N₃ < 1,790

V₄ <64,0

V, <T30,0 j

1,610

1,750 < N₂

54,0 < V₁

24,0 < V₂

worin P die äquivalente Brennweite des ganzen Systems ist, T die axial gemessene Dicke des betreffenden Linsenelementes, entsprechend dem Index, S- der axiale Abstand zwischen den Linsenelementen 1 und 2, S₂ bzw» S., jeweils der halbe Abstand der axialen Abstandstrecke zwischen den Linsenelementen 2 und 3, S₄ der axiale Zwischenraum zwischen den Linsenelementen und 4, R der Krümmungsradius der betreffenden Linsenfläche, wie sie jeweils durch den systematischen Index bezeichnet ist,

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und wobei die positiven und negativen Werte von R sich auf konvexe bzw_e konkave Krümmungen nach vorn beziehen und N und V die entsprechenden Brechungsindices (für die Natrium D-Linie des Spektrums) sind und die Streuindices der entsprechenden Elemente durch Indices voneinander unterschieden sind.

9· Symmetrisch aufgebautes Linsensystem für Projektionszwecke nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Dimensionierung

Linse N V ,3 Radius = + in mm Dicke in mm = 9,0 ^R1 27,5 1 1,620 60 T₁ = 2,5 R₂ 58,25 ,1 = + S₁ = 3,0 R₃ 22,32 2 1,785 26 ^T2 = 9,74 R₄ 16,58 = - G₂ = 9,74 Blende ,1 S₃ = 3,0 R₅ 16,58 3 1,785 26 = - ^T3 = 2,5 ^R6 22,32 ,3 = - S₄ = 9,0 ^R7 58,25 4 1,620 60 ^T4 ^R8 27,5

worin die Linsenelemente in der ersten Spalte von vorn nach

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hinten aufgeführt sind, und die zweite Spalte die Brechungsindices N für die B-Linie des Spektrums in der zweiten Spalte enthalten sind und die dritte Spalte die entsprechenden Streu— indices V enthält und die vierte Spalte die Krümmungsradien K der entsprechenden Linsenoberflache enthält, wo"bei die positiven und negativen Werte von R sich auf konvexe und konkave Krümmungen relativ zu der Vorderseite des Linsensystems beziehen, die axial gemessenen Dicken T der entsprechenden Linsenelemente durch Indices gekennzeichnet sind (siehe fünfte Spalte), und die axialen 2wischenräume S zwischen aufeinanderfolgenden Linsenelementen ebenfalls in der fünften Spalte enthalten sind und in logischer Folge aneinandergereiht sind, wobei S- der Abstand zwischen den Elementen 1 und 2 und Sp + S-z der Abstand zwischen den Rlementen 2 und 3 und 3, der Abstand zwischen den Elementen 3 und 4 ist»

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Dr.Sk/tfr

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