DE1622089B1 - Reproduktionsobjektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Reproduktionsobjektiv, d. h. ein Objektiv zur Reproduktion von Plänen, Dokumenten, Zeichnungen usw. Sie bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf solche Objektive, die mit einer Vergrößerung von weniger als 1 arbeiten und verkleinerte Bilder mit einer ausgezeichneten Auflösung liefern sollen, vor allem zur Herstellung von gedruckten Schaltungen kleiner Abmessungen oder Mikroschaltungen, insbesondere integrierten Schaltungen und Mikrofilmen mit einem unternormalen Format (kleiner als 35 mm). Die Erfindung betrifft insbesondere Objektive mit einer Vergrößerung in der Größenordnung von 1/10 und einer Öffnung η sin ω in der Größenordnung von 0,50.

Die Erfindung bezweckt, solche Objektive im besonderen hinsichtlich ihrer Bildauflösung und ihrer Öffnung zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Reproduktionsobjektiv hoher Auflösung und großer Öffnung, das mit einer Vergrößerung kleiner als 1 arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß es in Richtung des Lichts gezählt folgende vier Linsengruppen aufweist:

eine erste Gruppe, die aus nur einer einzigen Linse mit geringer Brechkraft und aus einem Glas mit hohem Brechungsindex besteht und die zur Änderung der Vergrößerung der Reproduk-■ tion durch eine gleichartige Linse mit anderer Brennweite ersetzbar ist;

eine zweite, praktisch afokale Gruppe mit vorzugsweise sieben Linsen zur Berichtigung der durch die dritte Linsengruppe eingeführten Aberrationen;

eine dritte Gruppe, die aus einer einzigen Linse, gegebenenfalls auch aus zwei Linsen besteht, welche die Brechkraft des Objektivs bestimmt und deren Brennweite etwas kleiner ist als die Objektivbrennweite;

eine vierte Gruppe, die aus einer einzigen zerstreuenden Linse besteht, die aus einem Glas mit kleinem Brechungsindex hergestellt ist und die in der Nähe der Bildebene des Objektivs angeordnet ist, um die Bildfeldkrümmung zu berichtigen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die das erfindungsgemäße Objektiv im Schnitt daf stellt.

Zur Herstellung eines Objektivs mit sehr großer Öffnung {n sin ω = 0,50), welches mit einer gegebenen Vergrößerung von 1/10 arbeitet und in einem Feld von 3,5 mm Durchmesser eine mittlere Auflösung von 1500 Strichen/mm für die g-Linie des Spektrums hat, wird dieses Objektiv, wie dargestellt, aus folgenden vier Linsengruppen I, II, III, IV zusammengesetzt:

Zunächst eine erste Gruppe I, die durch eine einzige, durch die Grenzflächen 1 und 2 begrenzte Linse A geringer Brechkraft (ihre Brennweite beträgt 305 mm für einen in einer Entfernung von 300 mm von der vorderen Grenzfläche 1 der Linse liegenden Gegenstand) und mit hohem Brechungsindex (1,8 für die Natriumlinie D mit der Wellenlänge 5876 Angström, wobei übrigens alle Indizes für diese Linie angegebensind) gebildet wird, damit diese Linse möglichst wenig Aberrationen einführt. Die Linset, die die 0,1 betragende Vergrößerung der Reproduktion bestimmt, gestattet, den in der Fortpflanzungsrichtung der Lichtstrahlen folgenden Rest des Objektivs (Gruppen II, III und IV) so arbeiten zu lassen, als ob sich der Gegenstand im Unendlichen befinden würde, da der zu reproduzierende Gegenstand praktisch in der Gegenstandsbrennebene liegt. Die Vergrößerung des Objektivs kann daher dadurch verändert werden, daß die aus diesem Grunde vorzugsweise entfernbare Linse A durch eine ähnliche Linse anderer Brennweite ersetzt wird.

Das Objektiv weist eine zweite Linsengruppe II auf, die eine praktisch afokale Gruppe ist, d. h. ohne Brechkraft, und zweckmäßig durch sieben Linsen B, C, D, E, F, G, H gebildet wird, die in der dargestellten Weise durch die Grenzflächen 3 bis 15 begrenzt werden und fortschreitend die durch die Linse / der dritten Gruppe III, bei der es sich um eine konvergierende Gruppe handelt, eingeführten Aberrationen berichtigen sollen. Die hohe Zahl (in der Größenordnung von sieben) dieser Linsen der zweiten Gruppe ermöglicht, fortschreitend kleine Berichtigungen vorzunehmen, was zu einem Qualitätsobjektiv führt. Bei Verwendung einer Berichtigungsgruppe mit einer kleinen Linsenzahl, die an der Grenze ihrer Möglichkeiten arbeiten, sind große Berichtigungen vorzunehmen, so daß man kein Qualitätsobjektiv erhalten würde. Die Linsen der zweiten Gruppe berichtigen insbesondere die sphärischen Restaberrationen und die Bildfeldkrümmung sowie die Komaänderungen zwischen dem Rand des Feldes und den 2/3 des Feldes.

Die Linsen der Gruppe II können in vier aufeinanderfolgende Untergruppen Ha, lib, lic, lld zusammengefaßt sein, nämlich:

eine erste Untergruppella und zwei Sammellinsen B und C aus Gläsern mit ziemlich hohem Brechungsindex (1,72) zur Berichtigung der sphärischen Aberration und teilweisen Berichtigung der Bildfeldkrümmung. Sie haben eine Brennweite von 98 bzw. 78 mm, wobei jede dieser Linsen mit einer mittleren Öffnung von etwa Fß ■ arbeitet. Bei Ausführungsabwandlungen können die Linsen-B und C zu einer einzigen Linse zusammengefaßt werden, wobei dann die Öffnung des gesamten Objektivs verringert wird. Es kann jedoch auch zu den Linsen B und C eine dritte Linse hinzugefügt werden, wobei die Untergruppe mit drei Linsen die gleiche Brechkraft wie die ursprüngliche Untergruppe II a mit zwei Linsen hat, was eine Vergrößerung der Öffnung des Objektivs ermöglichen würde;
eine zweite Untergruppe lib, die durch eine einzige bikonkave Linse D gebildet wird, die divergierend ist und eine Brennweite von 78,1 mm hat, was eine Berichtigung der sphärischen Aberration und des äußeren Koma bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildfeldkrümmung ermöglicht; eine dritte Untergruppe II c mit sehr geringer Brechkraft (Brennweite —2.219,7 mm) mit zwei miteinander verkitteten Linsen E und F. Der Unterschied zwischen den Abbeschen Zahlen (60 und 28) der beiden Linsen E und F ermöglicht die Berichtigung der chromatischen Aberrationen, während der Unterschied zwischen den Brechungsindizes (1,620 und 1,731) der beiden Linsen infolge der Krümmung der Klebefläche der beiden Linsen die Berichtigung der sphärischen Restaberrationen ermöglicht;
eine vierte Untergruppe II d mit zwei Linsen G und H, die die Berichtigung der sphärischen

ORlGiMAL IhSSPECTED

Aberrationen und der durch die Linse D eingeführten äußeren Koma vornimmt. Gemäß einer Ausführungsabwandlung kann die Linse G aus einem Glas mit dem Brechungsindex 1,62025 mit einer Linse aus einem Glas mit dem gleichen Brechungsindex, aber einer anderen Abbeschen Zahl chromatisiert werden, was den Chromatismus der Gesamtanordnung verbessern würde.

Das Objektiv weist ferner eine dritte Gruppe III auf, die durch eine einzige Linse/ (zwischen den Grenzflächen 16 und 17) gebildet wird, die die Brechkraft des Objektivs bestimmt. Die Brennweite (23,23 mm) dieser Linse ist etwas kleiner als die Objektivbrennweite (26,7mm). Die Linse/ besteht aus einem Glas mit hohem Brechungsindex (1,8). Die durch sie infolge ihrer starken Konvergenz erzeugten Aberrationen werden fast alle von den Linsen der zweiten Gruppe II kompensiert. Gemäß einer Ausführungsabwandlung kann diese einzige Linse/ auch durch zwei Linsen ersetzt werden, um die öffnung der Gesamtanordnung zu vergrößern, wobei diese Gruppe mit zwei Linsen ebenfalls eine Brennweite hat, die etwas kleiner als die für das Objektiv gewählte ist.

Schließlich enthält das Objektiv eine vierte Gruppe IV, die durch eine einzige zerstreuende Linse K (mit den Grenzflächen 18 und 19) mit einem geringen Brechungsindex (1,516) gebildet wird, die in der Nähe der Bildebene Pi des Objektivs angeordnet ist und die Bildfeldkrümmung des Objektivs berichtigen soll.

In der Zeichnung ist der Verlauf einiger Strahlen dargestellt, darunter der Strahlen r_x für F/0,87 und r₂ für -F/0,97, wenn das Objektiv auf Unendlich mit der Wellenlänge von 4358 Angström (Linie g des Quecksilbers) arbeitet.

Die Kenngrößen eines derartigen tatsächlich als Erstausführung ausgeführten Objektivs sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:

Linsen	Grenzflächen	Dicken in mm	Krümmungs-	Brechungsindex für die	Abbesche Zahl	Durchmesser
			halbmesser in mm	Natriumlinie D		der Linse in mm
			785,500
A		4,00		1,8	F = 46	30
	1		-368,850
		0,10		Luft
	2		50,605
B		■ 5,27		1,72	V = 50	30
	3		160,430
		0,065		Luft
	4		32,221
C		4,82		1,72	F = 50	28
	5		68,325
		4,05		Luft
	6		-134,680
D		2,24		1,73150	V = 28	25
	7		108,420
		0,065		Luft
	8		60,033
E		9,50		1,62025	F = 60	23,5
	9		-25,683
F		2,20		1,73150	F = 28	23,5
	10		115,444
		0,065		Luft
	11		68,80
G		9,48		1,62025	F = 60	20
	12		-1234,8
		0,065		Luft
	13		38,907
H		1,80		1,62025	F = 36	16
	14		32,593
		2,51		Luft
	15		20,138
J		4,70		1,8	V = 46	13,2
	16		-344,900
		7,05		Luft
	17		-13,652
K		1,50		1,51650	F = 64	4,7
	18		55,830
	und der Zeichnung ent-	Die chromatische '.	ierichtigung ist	für die /i-Linie
19
Das der obigen Tabelle

sprechende Objektiv ist für die g-Linie des Quecksilbers korrigiert.

auf die F-Linie erfolgt, so daß g—/ = 0,010mm,
g — h = 0,010 mm ist.

Claims (1)

5 6 Infolge der Öffnung des Objektivs und der ge- zigen Linse (J), gegebenenfalls auch aus zwei wünschten Auflösung ist es jedoch nicht möglich, es Linsen besteht, welche die Brechkraft des für eine so große Bandbreite zu benutzen, ohne die Objektivs bestimmt und deren Brennweite Auflösung zu verringern. etwas kleiner ist als die Objektivbrennweite; Die Kerngrößen des beschriebenen Objektivs sind 5 eine vierte Gruppe (IV), die aus einer einfolgende: zigen zerstreuenden Linse (K) besteht, die aus , einem Glas mit kleinem Brechungsindex her- Brennweite 26,747 mm . gestellt ist und die in der Nähe der Bildebene Auszug des Obiektivs bei Ein (Pi) des Objektivs angeordnet ist, um die Büd- sfeSung Lf üÄh .Em +l,596 Io feldkrümmung zu berichtigen. Vergrößerung —0,0995 2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Abstand des Gegenstands TOn der ersten Mache -300 ^ ^ Wg nd) Abstand des Bildes von der letzten eine erste Untergruppe (T1 a) ^ einer bis tla-ctle 1,0665 drei Sammellinsen aus Gläsern mit ziemlich hohem Brechungsindex, welche die sphärische „ .. , Aberration und teilweise die Bildfeldkrüm- Patentansprüche: 20 muQg berichtigt; ^ π J14.- ■ ι.- i_*· j · 1« t. Af eine zweite Untergruppe (lib), bestehend aus

1. Reproduktionsobjektiv, das eine hohe Auf- ^ 4X^_n ^;'_{Linse {D) zm}

lösung und eine große Öffnung hat und mit einer Berichtiguni der sphärischen Aberration und

Vergrößerung kiemer als 1 arbeitet, dadurch , äußeren Koma·

gekennzeichnet, daß es in Richtung des 25 ^aer ΓΖ ^Koma'
L gezahlt fCgende vier Lappen⁸ auf-

. ^ rr\ j- · · einander verkitteten Linsen (E-F) aus Gläsern

eine erste Gruppe (I), die aus nur einer ein- ^ verschiedenen Abbeschen Zahlen und

zigen Linse(A) mit geringer Brechkraft und Brechungsindizes zur Berichtigung der chro-

aus einem Glas mit hohem Brechungsindex 30 _matisdKf_{n Aberrationen und} |_{er s} ^S _phärischen

besteht, und die zur Änderung der Ver- Restaberrationen;

großerungderReproduktiondurchemegleich- _{eme yierte Unt gid) mit zwd Linsen}

artige Lmse mit anderer Brennweite ersetzbar ^ _{H) zm Beridh}g^ _d ^v _er sphärischen Aber-

¹^ ' .^ , _x. , r , , π „π -4. rationen und der äußeren Koma,

eme zweite, praktisch afokale Gruppe (II) mit 35

vorzugsweise sieben Linsen (B, C, D, E, F, 3. Objektiv nach den Ansprüchen 1 und 2,

G, H) zur Berichtigung der durch die dritte gekennzeichnet durch die folgenden Fertigungs-

Linsengruppe (III) eingeführten Aberrationen; daten, bezogen auf die Objektivbrennweite

eine dritte Gruppe (III), die aus einer ein- 26,747 mm:

Linsen

Grenzflächen

Dicken in mm

Krümmungshalbmesser in mm

Brechungsindex

für die
Natriumlinie D

Abbesche Zahl

Durchmesser der Linse in mm

1 4,00 785,500 1,8 V = 46 30 A 2 0,10 -368,850 Luft 3 5,27 50,605 1,72 V = 50 30 B 4 0,065 160,430 Luft 5 4,82 32,221 1,72 V = 50 28 C 6 4,05 68,325 Luft 7 2,24 -134,680 1,73150 V = 28 25 D 8 0,065 108,420 Luft 9 9,50 60,033 1,62025 F = 60 23,5 E 10 2,20 -25,683 1,73150 - ^ V =,28 : 23,5 F 11 0,065 115,444 Luft

Fortsetzung

Linsen

Grenzflächen

Dicken in mm

Krümmungshalbmesser in mm,

Brechungsindex

für die Natriumlinie D Abbesche Zahl

Durchmesser der Linse in mm

12 9,48 68,80 1,62025 13 0,065 -1235,8 Luft 14 1,80 38,907 1,62025 15 2,51 32,593 Luft 16 4,70 20,138 1,8 17 -7,05 -344,900 Luft 18 1,50 -13,652 1,51650 19 55,830

V = 60 V = 36 V = 46 V = 64

20

16

13,2

4,7

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

546/319

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