DE1622980C3

DE1622980C3 - Objektiv mit einem Öffnungsverhältnis von wenigstens 1 zu 0,75

Info

Publication number: DE1622980C3
Application number: DE19681622980
Authority: DE
Inventors: Henricus Wilhelmus Den Haag Bulthius (Niederlande)
Original assignee: N.V. Optische Industrie De Oude Delft, Delft (Niederlande)
Priority date: 1967-02-22
Filing date: 1968-02-22
Publication date: 1977-04-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv für Fotografie, Projektion usw. mit einem Öffnungsverhältnis von wenigstens 1: 0,75, einem Bildfeldwinkel von wenigstens 13° und einer Korrektion bezüglich aller Aberrationen in einem ebenen Bildfeld, wobei das Objektiv folgende Teile ausgehend von der langen in Richtung auf die kurze Konjugierte aufweist:

a) eine einzelne positive Frontlinse,

b) eine positive Komponente aus einer positiven und einer negativen Linse in der Form eines an der Frontseite konvexen Meniskus,

c) eine negative Komponente in der Form eines Meniskus mit konvexer Frontseite, bestehend aus einer positiven und einer negativen Linse,

d) eine letzte positive Komponente mit einer axialen Dicke von wenigstens dem 0,3fachen der Brennweite des Systems und einer konvexen Frontseite, die mit der Rückseite des vorangehenden Meniskus eine negative Luftlinse bildet, einer rückwärtigen Fläche mit einem Krümmungsradius von nicht weniger als dem zweifachen der Brennweite, wobei die letzte Komponente aus mindestens zwei miteinander verkitteten Teilen besteht, die verkittete Fläche stark gekrümmt ist und eine positive Brechkraft aufweist.

Objektive der erwähnten Art sind aus der GB-PS 6 96 902, der NL-PS 1 11169, der DT-AS 11 71 634 und der DT-AS 11 77 842 bekannt. Alle diese Objektive haben bis auf eines ein Öffnungsverhältnis von etwa 1:0,75.

Au; der G 3-PS 6 96 902 ist zu entnehmen, daß der erste Teil des Objektivs mit der einzelnen Frontlinse und d:n beiden Menisken, außer der konvexen rückwärtigen Fläche des zweiten Meniskus, in bezug auf die spnänsciip Aberr ition und Koma, aber nicht in bezug auf Bildf^ldkrümmung und Astigmatismus korrigiert werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese letzteren Aberrationen praktisch kompensiert werden können, ohne daß erneut sphärische Aberration und Koma auftritt, indem der Luftlinse zwischen dem zweiten Meniskus und der letzten Komponente des Systems eine passende Form gegeben wird. Bei dem aus der obengenannten GB-PS bekannten Objektiv kann der durch die starke negative Krümmung der Luftlinse bewirkte Verlust an Brechkraft annähernd dadurch kompensiert werden, daß die rückwärtige Fläche der letzten Komponente flach oder nur leicht gekrümmt und nahe der Brennebene angeordnet ist. Dabei treten nur kleinere Aberrationen auf, die durch Anpassung des übrigen Systems kompensiert werden können. In dem britischen Patent wird der Einfluß der verkitteten Flächen in der letzten Komponente nicht diskutiert. Es ist dort jedoch angegeben, daß die genannten Bedingungen leicht durch Verwendung einer Glassorte mit einem Brechungsindex von mindestens 1,65 und einer Abbe-Zahl von mindestens 40 für alle positiven Teile des Objektivs erfüllt werden können.

Die NL-PS 1 11 169 zielt im Hinblick auf die Kosten und die Verfügbarkeit im Handel darauf ab, die Benutzung solcher hoch brechender Glassorten mit Oxyden der Seltenen Erden für die positiven Linsen mit den größten Abmessungen, wie für die einzelne Frontlinse und den positiven Teil des ersten Meniskus, zu vermeiden. Diese Patentschrift beschäftigt sich ebenfalls nicht mit den Möglichkeiten der verkitteten Flächen der letzten Komponente.
Ein Objektiv der eingangs beschriebenen Art ist durch die DT-AS 11 71 634 bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung ist es zur Lösung der gestellten Aufgabe, d. h. zur Vergrößerung des nutzbaren Bildfeldwinkels notwendig, die verkitteten Flächen in der

ίο letzten Komponente weniger als üblich zu krümmen. Der Krümmungsradius der verkitteten Flächen ist dabei etwas größer als die 0,25fache Brennweite im Gegensatz zu dem üblichen Wert von etwa dem O,23fachen. Um die Leistung der verkitteten Fläche zu erhalten, muß die Differenz zwischen den Brechungsindizes zwischen beiden Seiten der verkitteten Flächen über den üblichen Wert von 0,172 auf etwas mehr als 0,18 gesteigert werden. Um das Objektiv bei dem erwünschten vergrößerten Bildfeldwinkel zu korrigieren,

so ist es daher durch die DT-AS 11 71 634 bekanntgeworden, einige Abänderungen in der vorletzten Komponente vorzunehmen.

Durch die Zeitschrift »Umschau«, 1954, Heft 19, S. 585 und 586, ist es bekanntgeworden, bei beibehaltenem Wert der Flächenbrechkraft an der Kittfläche des letzten Linsengliedes zur Erzielung einer besseren Korrektion des Objektivs bei großer Brechzahldifferenz an der Kittfläche eine geringe Krümmung dieser Kittfläche vorzusehen. Die Bildfehlerbeiträge der Kittfläche des letzten Linsengliedes werden dadurch kleiner.

Weiter ist es aus der DT-AS 11 77 842 bekannt, den verkitteten Flächen im ersten und zweiten Meniskus mehr negative bzw. positive Leistung zu geben, als es bisher üblich war, um eine längere rückwärtige Schnittweite zu ermöglichen. In einem Zahlenbeispiel wird ein Krümmungsradius der verkitteten Flächen der letzten Komponente vom 0,217fachen der Brennweite und eine Differenz zwischen den Brechungsindizes von 0,168 verwendet, welche Werte sich nur geringfügig von den aus der GB-PS 6 96 902 und der NL-PS 111169 bekannten Werten unterscheiden. Die Überlegungen, die zu dieser Konstruktion geführt haben, sind diesen Patentschriften nicht zu entnehmen.

Es ist bemerkenswert, daß seit der Einreichung der britischen Patentschrift im Jahre 1950 keine erfolgreichen Anstrengungen gemacht wurden, das Öffnungsverhältnis der obengenannten Objektivtypen merklich zu steigern. Versuche zur Erhöhung der Lichtstärke

durch Vergrößern der Öffnung der ersten drei Komponenten zeigten, daß die Korrektur der sphärischen Aberration und/oder der Koma im ersten Teil des Objektivs, wie in der GB-PS 6 96 902 gezeigt, zu großen Schwierigkeiten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lichtstärke von Objektiven der eingangs genannten Art unter Beibehaltung oder sogar Verbesserung des Korrekturzustandes dieser Objektive zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch Ausbildung der Objektive der eingangs genannten Art gemäß einer der in den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 3 aufgeführten Datentabellen gelöst.

Die Erfindung geht dabei davon aus, daß die verkitteten Flächen durch eine passende Wahl der Gläser der letzten Komponente mehr positive Leistung als bisher erreichen und dadurch das Öffnungsverhältnis des Systems stark vergrößern.
Mit den erfindungsgemäßen Objektiven können die

609 538/167

Anteile des Farbvergrößerungsfehlers der Kittfläche befriedigend kompensiert werden, indem geringfügige Anpassungen an irgendeiner Stelle innerhalb des Objektivs vorgenommen werden, insbesondere durch Veränderung der Abbe-Zahlen der positiven Teile beider Menisken. In Fällen, in denen an die Farbkorrektur sehr strenge Anforderungen gestellt werden, z. B. für Objektive mit großer Brennweite und großem Spektralbereich, ist es gemäß der Erfindung möglich, durch Auswahl der Gläser auf der Seite der länger Konjugierten der Kittfläche in der letzten Komponente ein Glas mit kleinerer Abbe-Zahl als für das Glas auf der anderen Seite der Kittfläche auszuwählen, wobei die Differenz zwischen den Abbe-Zahlen höchstens 10 beträgt.

10

Die erfindungsgemäßen Objektive sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Objektiv gemäß der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 2 bis 4 die Aberrationskurven dieses Objektivs,

F i g. 5 bis 7 ähnliche Kurven für ein zweites erfindungsgemäßes Objektiv und

F i g. 8 bis 10 die Kurven für ein drittes erfindungsgemäßes Objektiv.

Das erste Objektiv hat ein Öffnungsverhältnis von

1:0,68 und einen Bildfeldwinkel von 20°. Das Objektiv ist für unendliche Entfernungen korrigiert.

Die numerischen Daten sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle	I	Axiale Dicke bzw.	= 16,59	Mittlerer	Abbe-Zahl
1:0,68;	2ω = 20°;/=100	axialer Abstand		Brechungsindex n_e
Linse	Krümmungsradius		= 0,34
		di		1,59424	58,02
	T₁ =227,97		= 35,91
I		dz		—	—
	r₂ = oo		= 3,62
		d₃		1,64129	55,15
	r₃ =111,65		= 1,19
II		dt		1,67764	31,97
	r₄ = -274,08		= 36,34
III		ds		—	—
	r₆ = 212,75		= 13,79
		de		1,64514	57,70
	r_e = 57,26		= 13,19
IV		d-,		1,72734	29,03
	r₇ =274,08		= 7,45
V		ds		—	—
	r₈ = 27,21		= 34,04
		rf,		1,58779	36,75
	r_e = 64,25		= 1,20
VI		d₁₀	= 5,11	1,84035	42,04
	r₁₀= 26,67
VII		du		—	—
	r_n = oo	_d	1,50207	61,21

VIII	T₁₂-OO

r₁₈ = 00

Die letzte Komponente dieses Beispiels besteht aus drei Teilen, was auch für das zweite, später erläuterte Beispiel gilt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teil liegt die stark gekrümmte gekittete Fläche mit positiver Leistung. Zwischen dem zweiten und dritten Teil ist ein kleiner brechkraftlosen Luftspalt eingefügt. Der dritte Teil besteht aus einer planparallelen Platte, die in der praktischen Anwendungsform solcher Objektive das Eingangs- oder Ausgangsfenster einer Bildverstärker- oder Bildwandlerröhre bildet. Dadurch

fällt das Bild mit der zweiten Fläche der Platte zusammen. Die Platte hat keinen Einfluß auf den Korrektionszustand des Objektivs.

Die verkittete Fläche der letzten Komponente hat im ersten Beispiel einen Krümmungsradius r₁₀ = 0,2667 /, die Differenz zwischen den Brechungsindizes an der verkitteten Fläche beträgt 0,25256, und die Differenz zwischen den Abbe-Zahlen wii und Wi beträgt 5,29. Diese Differenzen werden erreicht, indem man für den zweiten Teil der letzten Komponente ein Glas mit einem Brechungsindex n_e = 1,84035 und mit einer Abbe-Zahl v_e = 42,04 verwendet. Es ist natürlich empfehlenswert, daß die Differenz der Brechungsindizes an der stark gekrümmten gekitteten Fläche, die gemäß der Erfindung erforderlich ist, dadurch realisiert wird, daß für die konkave Seite auf der verkitteten Fläche das Glas einen möglichst großen Brechungsindex aufweist, da andernfalls die Linsenleistung durch die erste Fläche der letzten Komponente unnötig reduziert wird.

In den Figuren 2, 3 und 4 sind für das Objektiv nach

Tabelle I die Werte der Queraberrationen Ay' (meridionale Koma) als Funktion der Einfallshöhe In in der Eintrittspupille der parallel und unter verschiedenen Winkeln zur optischen Achse eintretenden Strahlenbündel gezeigt (ω =0°, ω = 5,75° und ω = 10°). Die Eingangspupille liegt um das 0,851fache der Brennweite hinter dem Scheitel des Radius r_x. Die Figuren zeigen auch die chromatische Variation der Queraberration, da die Kurven für drei verschiedene Wellenlängen aufgetragen sind (d, e, F).

Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Objektiv wird ein Öffnungsverhältnis von 1: 0,61 erreicht, wodurch ein weiterer Lichtstärkegewinn, verglichen mit dem ersten Objektiv, von mehr als 20% erreicht wird. Die Daten des zweiten Objektivs, das wie das erste für eine Entfernung von unendlich korrigiert ist und das einen Bildfeldwinkel von 20° hat, sind in der Tabelle II zusammengestellt. Im Hinblick auf den ähnlichen Aufbau ist es in den Zeichnungen nicht besonders

so gezeigt.

Tabelle II

1:0,61;2ω = 20°;/=100

Linse

Krümmungsradius

Axiale Dicke bzw. axialer Abstand

Mittlerer Abbe-Zahl

Brechungsindex n_e v_e

	rl	= 243,35	dx	= 17,71	1,59423	58,02
I
	»2	= OO	d₂	= 0,36	—	—

	r₃	= 119,19	d₃	= 38,34	1,66152	50,59
II
	r<	= -260,77	d*	= 3,50	1,69416	30,95
III
	's	= 218,89	ds	= 0,36	—	—

	'β	= 59,74	*d_a*	= 38,38	1,64304	59,95
IV
	r-,	= 254,82	di	= 14,72	1,72734	28,03
V
	*r_a*	= 27,94	ds	= 13,40	—	—

	r₉	= 71,28	*d_a*	= 7,95	1,62118	30,67
VI
	Ίο	= 26,95	*d₁₀*	= 36,34	1,92732	35,49
VII
	r_n	= OO	dn	= 1,13	—	—

	*rii*	= OO	*dit*	= 5,45	1,50207	61,21
VIII

Die verkittete Fläche der letzten Komponente hat nun einen Krümmungsradius r₁₀ = 0,2695 /, eine Differenz zwischen den Brechungsindizes von 0,30614 und eine Differenz zwischen den Abbe-Zahlen und Wi von 4,82. Das Glas des zweiten Teils der letzten Komponente hat einen sehr hohen Brechungsindex von n_e = 1,92732 und eine Abbe-Zahl v_e = 35,49. Die Figuren 5 bis 7 geben die Queraberration für

das Objektiv nach Tabelle II an, wobei die Pupille um das 0,908fache der Brennweite hinter dem Scheitel des Krümmungsradius T₁ liegt.

Das dritte Objektiv ist ein Objektiv mit einer kürzeren Brennweite. Aus Gründen, die nicht mit dem Korrekturzustand zusammenhängen, ist es unmöglich, in diesem Fall auf beiden Seiten der verkitteten Fläche der letzten Komponenten Glassorten auszusuchen, bei denen die Abbe-Zahl vvu > 30 und die Differenz

bis wi positiv ist. Die Differenz beträgt in diesem Fall —15,03, während der Krümmungsradius r₁₀ = 0,2947 / und die Differenz der Brechungsindizes 0,307 07 ist.

Die Daten des dritten Objektivs, das für eine Objektentfernung von Unendlich ausgelegt ist, ein Offnungsverhältnis von 1:0,61 und einen Bildfeldwinkel von 16° aufweist, sind in Tabelle HI zusammengestellt.

Tabelle	III	Axiale Dicke bzw.	= 17,85	Mittlerer	Abbe-Zahl
1:0,61	;2ω = 16°;/=100	axialer Abstand		Brechungsindex n_e	Ve
Linse	Krümmungsradius		= 0,37
		*d-t*		1,59424	58,02
	r, =245,12		= 37,88
I		dz		—	—
	r₂ =4460,43		= 3,51
		d₃		1,66152	50,59
	r₃ = 112,04		= 0,37
II		(J.		1,73430	28,19
	r₄ = -456,43		= 38,66
III		ß.		—	—
	r₅ =213,49		= 13,69
		d.		1,64304	59,85
	r_e = 60,17		= 13,05
IV		d,		1,76859	26,31
	r₇ =294,69		= 8,12
V		ds		—	—
	r₈ = 29,80		= 20,17
		d.		1,62058	36,37
	r„ = 65,97		= 9,13
VI		d_i0		1,92765	21,34
	r₁₀= 29,47		= 1,61
VII		d_a		1,79190	25,55
	^rn ⁼ °°		= 11,59
VIII		du		—	—
	r₁₂ = oo
		du	1,50207	61,21
	r₁₃ = oo
IX

= oo

Die Figuren 8 bis 10 zeigen die Queraberrationen für das Objektiv nach Tabelle III, jedoch für Strahlenbündel, die unter einem Winkel von 0°, 3° 44' und 8°3' relativ zur optischen Achse einfallen. In diesem Fall liegt die Eintrittspupille um das 0,902fache der Brennweite hinter dem Scheitelpunkt des Krümmungsradius r_v Beim Vergleich dieser Kurven mit denen der anderen Beispiele fällt auf, daß die weniger günstige Auswahl der Gläser auf beiden Seiten der verkitteten Fläche in der letzten Komponente eine größere chromatische Restaberration mit sich bringt, als erwartet werden konnte. Diese Aberrationen sind im Hinblick auf die relativ kleine Brennweite, für die dieses Objektiv ausgelegt ist, erträglich.

In der Tabelle III hat die letzte Komponente ein zusätzliches planparalleles Element VIII, das mit der rückwärtigen Fläche der Linse VII verkittet ist. Wie im ersten und zweiten Objektiv ist die stark gekrümmte verkittete Fläche mit dem Krümmungsradius r₁₀ mit stark positiver Leistung zwischen dem ersten und zweiten Element angeordnet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Objektiv für Fotografie, Projektion usw. mit einem Öffnungsverhältnis von wenigstens 1: 0,75, ■ einem Bildfeldwinkel von wenigstens 13° und einer Korrektion bezüglich aller Aberrationen in einem ebenen Bildfeld, wobei das Objektiv folgende Teile ausgehend von der langen in Richtung auf die kurze Konjugierte aufweist:

a) eine einzelne positive Frontlinse,

d) eine letzte positive Komponente mit einer axialen Dicke von wenigstens dem 0,3fachen der Brennweite des Systems und einer konvexen Frontseite, die mit der Rückseite des vorangehenden Meniskus eine negative Luftlinse bildet, einer rückwärtigen Fläche mit einem Krümmungsradius von nicht weniger als dem zweifachen der Brennweite, wobei die letzte Komponente aus mindestens zwei miteinander verkitteten Teilen besteht, die verkittete Fläche stark gekrümmt ist und eine positive Brechkraft aufweist,

gekennzeichnet durch die folgenden Daten, in welchen die Brechkraft der verschiedenen Flächen um ± 1 % von der Gesamtbrechkraft des Objektivs, die Dicke der Linsen und der Luftspalte zwischen den verschiedenen Elementen um ±2% der Brennweite und die Brechungsindizes sowie die Abbe-Zahlen um 0,02 bzw. ± 3 von den gegebenenen Werten abweichen können:

1:0,68; 2 ω = 20°;/=100

Linse Krümmungsradius = 227,97 Axiale Dicke bzw. = 16,59 Mittlerer Abbe-Zahl axialer Abstand Brechungsindex n_e ve _r = OO = 0,34 I di 1,59424 58,02 's = 111,65 = 35,91 d₂ — — r₃ = -274,08 = 3,62 II d₃ 1,64129 55,15 r₄ = 212,75 = 1,19 III d_t 1,67764 31,97 rs = 57,26 = 36,34 d. — — r„ = 274,08 = 13,79 IV d_e 1,64514 57,70 r₇ = 27,21 = 13,19 V d, 1,72734 29,03 r₈ = 64,25 = 7,45 d_a — — r» = 26,67 = 34,04 VI d_t 1,58779 36,75 r₁₀ = OO = 1,20 VII d₁₀ 1,84035 42,04 r_u = OO = 5,11 du — — VIII dn 1,50207 61,21

= OO

2. Objektiv für Fotografie, Projektion usw. mit einem Offnungsverhältnis von wenigstens 1: 0,75, einem Bildfeldwinkel von wenigstens 13° und einer Korrektion bezüglich aller Aberrationen in einem ebenen Bildfeld, wobei das Objektiv folgende Teile ausgehend von der langen in Richtung auf die kurze Konjugierte aufweist:

a) eine einzelne positive Frontlinse,

gekennzeichnet durch die folgenden Daten, in welchen die Brechkraft der verschiedenen brechenden Flächen um ± 1 % von der Gesamtbrechkraft des Objektivs, die Dicke der Linsen und der Luftspalte zwischen den verschiedenen Elementen um ±2% der Brennweite und die Brechungsindizes sowie die Abbe-Zahlen um ± 0,02 bzw. ± 3 von den gegebenen Werten abweichen können:

1:0,61; 2ω = 20°;/=:

Linse Krümmungsradius = 243,35 Axiale Dicke bzw. = 17,71 Mittlerer Abbe-Zahl axialer Abstand Brechungsindex n_e ve = OO = 0,36 I 1,59423 58,02 r₂ = 119,19 = 38,34 <4 — — r* = -260,77 = 3,50 II d₃ 1,66152 50,59 r* = 218,89 = 0,36 III d< 1,69416 30,95 r_b - 59,74 = 38,38 d_t — — r_s = 254,82 = 14,72 IV d. 1,64304 59,95 r-i = 27,94 = 13,40 V d. 1,72734 28,03 r_B = 71,28 = 7,95 d_s — — r» = 26,95 = 36,34 VI d₉ 1,62118 30,67 Ίο = OO = 1,13 VII d_w 1,92732 35,49 = OO = 5,45 d_u — — »12 VIII du 1,50207 61,21

r₁₃ = 00

3. Objektiv für Fotografie, Projektion usw. mit einem Öffnungsverhältnis von wenigstens 1: 0,75, einem Bildfeldwinkel von wenigstens 13° und einer Korrektion bezüglich aller Aberrationen in einem Bildfeld, wobei das Objektiv folgende Teile ausgehend von der langen in Richtung auf die kurze Konjugierte aufweist:

a) eine einzelne positive Frontlinse,

d) eine letzte positive Komponente mit einer axialen Dicke von wenigstens dem 0,3fachen der Brennweite des Systems und einer konvexen Frontseite, die mit der Rückseite des vorangehenden Meniskus eine negative Lufllinse bildet, einer rückwärtigen Fläche mit einem Krümmungsredius von nicht weniger als dem zweifache der Brennweite, wobei die letzte Komponente aus mindestens zwei miteinander verkitteten Teilen besteht, die verkittete Fläche stark gekrümmt ist und eine positive Brechkraft aufweist,

gekennzeichnet durch die folgenden Daten, in welchen die Brechkraft der verschiedenen brechenden Flächen um ± 1 % von der Gesamtbrechkraft des Objektivs, die Dicke der Linsen und der Luftspalte zwischen den verschiedenen Elementen ±2% der Brennweite und die Brechungsindizes sowie die Abbe-Zahlen um ± 0,02 bzw. ± 3 von den gegebenen Werten abweichen können:

1:0,61; 2ω = 16°;/= 100

T.inse Krümmungsradius = 245,12 Axiale
axialer Dicke bzw.
Abstand Mittlerer
Brechungsindex n_e Abbe-Zahl
Ve I = 4460,43 d_t = 17,85 1,59424 58,02 r₂ = 112,04 d₂ = 0,37 — — r₃ II = -456,43 d₃ = 37,88 1,66152 50,59 r_t III = 213,49 </« = 3,51 1,73430 28,19 r_s = 60,17 ds = 0,37 — — r« IV = 294,69 d, = 38,66 1,64304 59,85 r-, V = 29,80 d₇ = 13,69 1,76859 26,31 r_s = 65,97 d_s = 13,05 — — VI = 29,47 d₉ = 8,12 1,62058 36,37 Ίο VII = OO du,= 20,17 1,92765 21,34 »π VIII = OO du = 9,13 1,79190 25,55 r_M = OO d₁₂ = 1,61 — — r_a IX = OO d_a = 11,59 1,50207 61,21