DE2461111C2

DE2461111C2 - Langbrennweitiges Objektiv

Info

Publication number: DE2461111C2
Application number: DE19742461111
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: SOPELEM SOC OPTIQUE PRECISION ELECTRONIQUE MEC
Current assignee: SOPELEM SOC OPTIQUE PRECISION ELECTRONIQUE MEC
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-23
Publication date: 1982-04-29
Also published as: IT1027115B; ES431522A1; GB1470199A; CH583913A5; NL7415678A; FR2256421A1; NL180047B; DE2461111A1; FR2256421B1; NL180047C; BE823917A

Description

R_22x = -114,731

G₂ 22 ft₂= 2,375 1,622582 1,61290 1,608729 1,601383 1,597512 44,24

R₂₂₂ = + 48,263

R_m = + 48,263

S₂₃ = 6,172 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25

D₂S 1/^=22,378

«52 =°°

e_s =42,802 1,63207 1,62 1,61499 1,60665 1,60275 36,3

R₅₃ =~

D₅₃ Z)₅₃= 0,444

A₃U = +156,965

e_3I= 4,280 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25 A₃₁₂ = - 48,263

rfji = 0,084 /J₃₂I = - 50,314

e_i2= 1,443 1,623709 1,61399 1,609801 1,602427 1,59864 44,15 Λ322 = + 43,251

du = 0,266 A₃₃₁ = + 47,620

<?₃₃ = 4,724 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25 A₃₃₂ = - 93,441

£>34 034 = 38,096

A₄₁ =- 21,670 G₄ 4 e, = 0,88 l,7055u 1,69692 1,69320 1.68637 1,68279 56,38

R₄₂ =- 43,513

Die Erfindung betrifft ein langbrennweitiges Objektiv Dieses bekannte Objektiv ist allerdings nur für

nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. sichtbares und nahes ultraviolettes Licht (Spektrallirsie

Bei einem derartigen bekannten Objektiv (vgl. ^=436 nm) — zudem nicht sehr stark korrigiert

DE-AS 12 78 753) sind folgende Abstände vorgesehen: 55 Z«/a? läßt sich der Farblängsfehler durch geeignete

Wahl der Gläser beheben, indem die Abbe-Zahlen der

- der im wesentlichen plankonvexen Linse von der ^Glä.^{ser für der}!'? Betracht kommenden Spektralbereich ersten negativen Linse = 0,02 F₁ ^geeif^et -^e*?^hlt werden jedoch kommt diese Korrek-

- der ersten negativen Linse vom positiven Menis- ^tur _n ^{eben nur f}Üf P^ar.^{axiale S}f ^a _f ^hle.^{n lrt}' ^Fra8% . _J kus-Linsenglied=0,002/=; ⁶⁰ , Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das

- des positiven Meniskus-Linsenglieds vom bikonve- langbrennweitige Objektiv der eingangs genannten Art xen Linsenglied - 0,25 Fund dahingehend zu verbessern, daß es außer für sichtbares

- des bikonvexen Linsenglieds von der zweiten Licht auch im nahen Infrarot kdfngiert ist sowie ein negativen Linse = 016 R großes Auflosungsvermögen bei nur geringer Vigriettie-

|, ' 65 rung am Bildfeldrand zeigt

* Die erfindungsgeTiäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt

Das bekannte Objektiv hat eine relative Öffnung Von durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentan-Ii 2,8, spruchs 1,

Durch das erfindungsgemäße Objektiv sind gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik (vgl. DE-AS 12 78 753) überraschende Korrektionswirkungen folgendermaßen erzielbär:

— Die bildseitige negative Meniskus-Linse kann wesentlich weiter als bisher am Bild angeordnet werden, wodurch erst die Korrektur der Petzvalkrümmung gesichert ist.

— Im Gegensatz zum bekannten Objektiv leistet die erste negative Linse infolge ihrer Durchbiegung nur einen kleinen Beitrag zum Astigmatismus. Der von der bildseitigen Linsenfläche der zweiten Linsengruppe hervorgerufene Astigmatismus wird schon von der nachfolgenden dritter. Linsengruppe weitgehend kompensiert. Hingegen ist ausweislich der Tabellen der Seidel-Koeffizienten beim bekannten Objektiv der Bildfehlerbeitrag zum Astigmatismus an der bildseitigen negativen Meniskus-Linse besonders groß.

— Es sind somit Bildfeldkrümmung und Astigmatismus (und damit auch die entsprechenden Bildfehler höherer Ordnung) wesentlich besser korrigiert als beim bekannten Objektiv, wodurch die Abbildungsletstung wesentlich verbessert wird.

Das erfindungsgemäße Objektiv zeichnet sich ferner durch eine große relative öffnung von 1 :1.5 aus. Darüber hinaus sind die Längsfehler kleiner als 3 · 10 ⁴ F, während sie beim bekannten Objektiv kleiner als ca. 2-10 JFsind.

Das erfindungsgemäße Objektiv ist hinsichtlich des Farblängsfehlers im Spektralbereich von 480- 1100 nm korrigiert, d. h. weit über den Spektralbereich des sichtbaren Lichts von 480 — 650 nm hinaus. Gleichzeitig ist ein hohes Auflösungsvermögen gewährleistet.

Beim erfindungsgemäßen Objektiv wird durch geeigneten Objektiv-Aufbau eine konstante Korrektur des Farbläicgsfehlers erzielt Dabei ist eine geeignete Brechkraftverteilung auf die einzelnen Linsenglieder wesentlich, da ohne diese auch mit modernen Rechenhilfen, z. B. automatischen Optimierungsprogrammen, keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielbar sind.

Das erfindungsgemäße Objektiv kann insbesondere für Filmaufnahmen, aber auch für Bildverstärkerröhren, insbesondere im nahen Infrarot, eingesetzt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objek/.ivs.

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs,

Fig.3 für das Objektiv gemäß Fig. 1 Kurven der sphärischen Aberration, abhängig von der Höhe des einfallenden Strahls für verschiedene Spektrallinien,

F i g. 4 für das Objektiv der F i g. 1 Kurven der Meridional- und der Sagittalabweichung, abhängig von der Höhe des einfallenden Strahls für zwei Bildwinkel,

F i g. 5 für das Objektiv gemäß F i g. 2 Kurven der sphärischen Aberration, abhängig von der Höhe des einfallenden Strahls für verschiedene Spektrallinien,

F i g. 6 für das Objektiv gemäß F i g. 2 Kurven der Meridional- und der Sagittalabweichung, abhängig von der Höhe des einfallenden Strahls für zwei Bildwinkel.

Gemäß den F i g. 1 und 2 besteht das erfindungsgemäße Objektiv (Apochromat) aus vier Linsengruppen G1.

O 2, G 3, G 4, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die ersten drei Linsengruppen Cl, G2, G3 haben positive Brechkraft, während die vierte Linsengruppe G 4 eine negative Bfechkraft besitzt.

Die erste Linsengruppe G 1 besteht aus einer im wesentlichen als Plankonvex-Sammellinse ausgebildeten Linse 11, deren konvexe Fläche objektseifig liegt, und aus einer stark meniskusförmigen oder Meniskus-Zerstreuungslinse 12, deren konkave Seite bildseitig

ίο liegt. Die erste Linsengruppe G1 ist sammelnd und die Brennweite daher positiv. Bei einer Brennweite F des Gesamt-Objektivs beträgt die Brennweite der ersten

Linsengruppe G 1 5 - 50 F.

Die zweite Linsengruppe C 2 enthält entweder zwei Linsen 21, 22 (Fig. 1). die verkittet sind oder aneinanderliegen, oder drei Linsen 21, 22, 23 (Fig. 2), die verkittet sind oder aneinanderliegen. Die erste Fläche /? 211 der zweiten Linsengruppe G2ist konvex, und die letzte Fläche Λ 222 bzw. Λ 232 ist konkav. Die

ZU Zweite Lirilcfigrüppc G 2 !St SSuiulclnd, tlTid ihre — daher positive — Brennweite beträgt 1,3 Fbis 2,5 F. Der Abstand D12 zwischen der ersten Linsengruppe Cl und der zweiten Linsengruppe C2 beträgt 0,10-0,16 F.

Wie bereits erwähnt, enthält die zweite Linsengruppe C 2 entweder zwei oder drei Linsen 21, 22 bzw. 21, 22, 23. In dem Objektiv, in dem die zweite Linsengruppe G 2 drei Linsen enthält, sind die Brechkräfte der Linsen stärker als die der Linsen des Objektivs, bei dem die zweit!, Linsengruppe C 2 zwei Linsen enthält, denn es werden Gläser verwendet, deren Teildispersionen ähnlicher und die billiger sind.

Die dritte Linsengruppe G 3 enthält drei Linsen 31, 32, 33, die durch geringe Lut'tabstände voneinander getrennt sind. Die äußeren Linsen 31, 33 sind bikonvex,

ji während die mittlere Linse 32 bikonkav ist Die dritte Linsengruppe G 3 ist sammelnd, und die — daher positive — Brennweite beträgt 0,8- 1,2 F. Der Abstand D 23 zwischen der zweiten Linsengruppe G 2 und der dritten Linsengruppe G 3 beträgt 0,45 - 0,55 F.

jo Die vierte Linsengruppe G 4 besteht aus einer einzigen Meniskus-Zerstreuungslinse 4. deren konkave Seite objektseitig liegt. Die daher negative Brennweite dieser Linse 4 beträgt -OJ Fbis -0.8 F. Der Abstand D 34 zwischen der dritten Linsengruppe C3 und der vierten Linsengruppe G 4 beträgt OJO - 0,40 F.

Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv kann ein Umlenkspiegel bzw. -prisma (5 in Fig. 2) zwischen der zweiten Linsengruppe G 2 und der dritten Linsengruppe G 3 angeordnet sein. Die Summe der Abstände D 25 und D53 beträgt bei dem Objektiv gemäß Fig.2

In den nachfolgenden Tabellen I und II o.id die Konstruktionsdaten zweier erfindungsgemäßer Objektive wiedergegeben.

Jede Tabelle gibt die Konstruktionsdaten für verschiedene Spektrallinien innerhalb des sichtbaren Spektrums und des nahen Infrarots.

Die Tabelle I entspricht einem Objektiv der Brennweite 100 und der relativen öffnung 1 :1,5, das den in F i g. 1 dargestellten Aufbau besitzt Dem Objektiv ist eine planparallele Glasplatte 6 nachgeschaltet, die dem Schutz der Röhre dient Die F i g. 3, die dem durch die Tabelle I und die F i g. ί bestimmten Objektiv zugeordnet ist, hat als Abszisse den sphärischen Längsfehler von parallel zur optischen Achse einfallenden Strahlen für unterschiedliche Bruchteile der vollen relativen Öffnung des Objektivs. Die Fig.3 zeigt gleichzeitig Kurven sphärischer Fehler L Π, IILIV, V, die

jeweils Strahlen der Spektrallinien F (0,4861 μηι), d (0,5876 um), C (0,6563 μηι), U (0,852 (im) bzw. s (1,014 μιη) entsprechen. Die Punkte F, d, C, L/und s an der Abszisse bezeichnen die jeweiligen Lagen der monochromatischen Bilder auf der optischen Achse für die Spektrallinien F, d, C, U Und s, was dem axialen Farbfehler entspricht. Es ist möglich, den den sphärischen Fehler darstellenden Abstand, definiert für nionov'lromatisches Licht, zu bestimmen, indem der Abstand· der bildseitigen Schnittpunkte mit der optischen Achse des Fernobjektivs für einen in der Einfailshöhe h bzw. auf einem entsprechenden Bruchteil der vollen relativen Öffnung des Objektivs einfallenden Strahl und für einen Paraxialstrahl gleicher Wellenlänge, vgl. die Punkte F_t t/usw. in F i g. 3, ermittelt wird.

Die Fig.4a und 4b zeigen an der Abszisse die Einfallshöhe h gegenüber der optischen Achse eines Strahlenbündels parallel zur Strahlung C. Die Kurven I ergeben an der Ordinate, abhängig von der Einfallshöhe h. d\€ Meridionalabweichüng 6y gegenüber dem Mittelstrahl. Die Kurven II ergeben an der Ordinate, abhängig von der Einfallshöhe Λ, die Sagittalabweichung δζ. Die Kurven II sind symmetrisch, weshalb in den Fig.4a, 4b lediglich deren rechter Teil dargestellt ist. Aus den Fig.4a, 4b ist die Bedeutung der Bildfeldwölbung und des Astigmatismus entnehmbar. Die Fig.4a und 4b ergeben die oben erläuterten Abweichungen, und zwar für einen Bildwinkel von 3°24' bzw. 2° 24'.

Die Tabelle II entspricht einem Objektiv ebenfalls der Brennweite iÖÖmm und der relativen Öffnung 1 :1,5, ίο jedoch mit dem Aufbau gemäß F i g. 2.

Die Fig.5 zeigt für das in der Tabelle H und der Fig.2 angegebene Objektiv die Kurven I, II, III. IV, V, die jeweils den sphärischen Längsfehler der Speklrallifiien F, d, C, U, s mit unterschiedlichem Bruchteil der (5 vollen relativen Öffnung des Objektivs gegenüber der optischen Achse definieren.

Die Fig.6a und 6b geben wieder für das durch die Tabelle II und die Fig.2 bestimmte Objektiv die Meridionalabweichüng (Kurven I) und die Sagittalab* weichung (Kurven II) für Bildwinkel des Objektivs von 3° 12' bzw. 2° 15' für verschiedene Strahlen mit Unterschiedlicher Einfallshöhe an.

Tabelle I

Linsen Krümmungs- Linsenrndien dicke

Luftabstand Brechzahlen FdCUs Ä 5876 Ä 6563 Ä 8520 Λ 10.140 Λ

Abbezahl

12

21

22

31
32

33

Ο»
G₄ 4

«m =

«112 =
«121 =
«122 =
«211 =
«212 =
«221 =
«222 =
«311 =
«312 =
«321 =
«322 =
«331 =
«332 =
«41 =
Λ,-. =
«61 ■

+ 82,690
+616,033
+ 78,209
+ 42.747
+ 62,553

- 83,365

- 83.365
+ 198,100
+ 183,499

- 77,322
-129,408
+ 82,883
+ 97,580
-113,964

- 22:429

- 60,S64

fi,= 8,491 1,60991

di = 0,964 e_n= 3,344 1,623709

D,₂=14,263 e₂, = 14,943 1,60991

d₂ = 0,005 C₂₂= 3,098 1,66418

D₂₃ =48,564 e₃i= 4,891 1,61025

d_n = 0,096 e₃₂= 1,417 1,623438

d₃₂ = 0^75 e₃₃= 4,269 1,61025

D₃₄ =3333 e, = 1,200 U2236

1,60333 1.60045 1,59542 1,59288 63,77

1.61399 1,609801 1,602424 1.598540 44,15

1,60333 1,60045 1,59542 1,59288 63,77

1,65265 1,64775 1,63928 1,63497 39,72

1,60365 1,60077 1,59572 1,59318 63,67

1,613730 1,609545 1,602176 1,598296 44,18

1,60365 1,60077 1.59572 1,59318 63,67

1,51680 1,51431 1,50982 140733 64,2

= 0.723 1,52236 1,51680 1,51431 1,50982 1,50733 64J2

ίο

Tabelle II

Linsen

Krümmungs

Linsen-

Luflabstand

V

D₅₃ =

Brechzahlen

ti

C

U

S

Abbe

radien

dicke

:/

F

5876 A

6563 A

8520 A

10.140 A

zahl

4861 Λ

«in = + 84,850

1.60847

1.60535

1.59983

1,59696

Il

P,,= 8.569

1.61562

59,25

R₁ 12 = +465.231

Gi

rfi ■

Ai₂, = + 66,597

■■ 0,222

1.61373

1.609545

1,602179

1,598296

12

Pi₂= 3,330

1,623438

44,18

«₁₂₂ = + 44.139

#,₂

Di₂ =

A₂,, = + 73,148

^ 14,270

1,60847

1,60535

1,59983

1,59696

21

P₂, = 11,899

1,61562

59,25

«2ΐ2 = -ΐί4.731

«221 = -114,731

!.612VO

I,60872y

[,6UIJ8J

ί,5575ί2

#2

22

P₂₂= 2,375

1,622582

44,Z4

«222 = + 48,263

«23,=+ 48,263

1,60847

1,60535

1,59983

1,59696

23

P₂J= 6,172

1,61562

59,25

025 =

1,62

1,61499

1,60665

1,60275

i

³²

P₅ =42,802

22,378

1,63207

36,3

«53 =»

(P5 "«5Ι+«52

f>53

«3,, = +156,965

= 0,444

ej,= 4,280 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25 Aj₁₂=- 48,263

</ji = 0,084 «321 = - 50,314

P₃₂= ί,443 Ϊ.623709 1,61399 1,609801 1,602427 1,59864 44,15 «322=+ 43,251

dn = 0,266 «33,=+ 47,620

P₃₃= 4,724 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25 «332 = - 93,441

Dj₄ = 38,096 «4, =- 21,670

p₄ = 0,88 1,70556 1,69692 1,69320 1,68637 1,6*279 56,38

A₄₂ =- 43,513

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Patentansprüche;

1, Langbrennweitiges Objektiv mit - daß das bikonvexe Linsenglied

5 — eine dritte Linsengruppe G 3 bildet, beste-

— einer im wesentlichen plankonvexen Linse, hend aus:

— einer ersten negativen Linse, — einer bikonvexen Linse (31),

— einem positiven Meniskus-Linsenglied, - einer bikonkaven Linse (32) und

— mit einer Brennweite von 1,3 F— 2,5 F, — einer bikonvexen Linse (33),

— einem mit großem Luftabstand davon angeord- io — die durch kleine Luftabstäride (Ü31,

neten bikonvexen Linsenglied d32) getrennt sind, und

— mit einer Brennweite von 0,8 F—1,2 F — daß die Luftabstände zwischen den Linsengrup-

— sowie einer zweiten einzelstehenden negativen pen wie folgt gewählt sind; Linse 0,10 FaD 12^0,16 F

— mit einer Brennweite von 0,5 F- 0,8 F, ii 0,45 F= D 23 = 0,55 F

— die als Meniskus ausgebildet ist, 030Fi D 34 < 0,40 F

dadurchgekennzeichnet, ~~ ^mi „ ^u- ι · v.

^ö -F= Objektivbrennweite,

— daß die plankonvexe Linse (11) und die erste D12= Luftabstand zwischen den Linsennegative Linse (12) 20 gruppen

— därch einen relativ kleinen Luftabstand G1 und G 2,

(<i\) getrennt sind und /?23 = Luftabstand zwischen den Linsen-

— eine erste Linsengruppe Gi mit einer gruppen Brennweite von 5 F- 50 Fbilden, G 2 und G 3,

— daß das positive Meniskus-Linsenglied (22), 25 D 34= Luftabstand zwischen den Linsen-

— das eine zweite Linsengruppe G 2 bildet, gruppen

— aus mindestens zwei miteinander verkitte- G 3 und G 4.

ten Linsen (21,22) besteht,

2. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten

Linsen Knimmungs- Linsen- Luftabstand Brechzahlen Abbe

FdCUs ^za^'

4861 Ä 5876 Ä 6563 Ä 8520 Ä 10.140 Ä

radien dicke FdCUs

11 A₁₁₂ = + 82,690 = - 83,365 = + 183,499 C₁₁= 8,491 di = 0,964 1,60991 1,60333 1,60045 1,59542 1,59288 63,77 = +616.033 A₂₂₂ = +198,100 = - 77,322 Gi 12 A₁₂₂ = + 78,209 Λιιι = -129.408 Ci₂= 3,344 Di₂ =14,263 1,623709 1,61399 1,609801· 1.602424 1,598540 44,15 Ä2II = + 42.747 A_3n = + 82,883 D₁₂ 21 = + 62,553 ** Ϊ21 = + 97.580 C₂I = 14,943 d₂ = 0,005 1,60991 1,60333 1,60045 1,59542 1,59288 63,77 A₂₁₂ = - 83,365 *» 122 = -113.964 G₁ 22 Λ₂₂ι «111 = - 22,429 e₂₂= 3.098 Dy =48,564 1,66418 1,65265 1,64775 1,63928 1,63497 39,72 «132 -- 60,864 D₂₁ = ΟΟ 31 A₄, = ΟΟ e₃₁= 4.891 d_n = 0,096 1,61025 1,60365 1,60077 1,59572 1,59318 63,67 A₄₂ A₆I 32 <?₃2 = 1.417 d_i2 = 0.275 1,623438 1,613730 1,609545 1,602176 1,598296 44,18 C₃ 33 C₃₃= 4,269 D₃₄ =33,283 1,61025 1,60365 1,60077 I,59i72 1,59318 63,67 Du 4 C₄ = 1,200 1,52236 1,51680 1,51431 1,50982 1,50733 64,2 G₄ 6 e₆ = 0,723 1,52236 1,51680 1,51431 1,50982 1,50733 64,2

3

3, Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten

Linsen Krümmungs- Linsen- Luftabstand Brechzahlen Abberadien dicke FdCUs ⁷^

4861 A 5876 A 6563 A 8520 A 10.140 A

Λ_Π1 = + 84,850

e,,= 8,569 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25 /?₁₁₂ = +465,231

G₁ d\ = 0,222

A₁₂, = + 66,597

e_!2= 3,330 1,623438 1,61373 1,609545 1,602179 1,598296 44,18 A₁₂₂ = + 44,139

D₁₂ Op =14,270

Λ211=+ 73.148

e,, = 11,899 1,61562 1,60847 1,60535 1,59983 1,59696 59,25

Ä212 = -114,731