DE2658542A1 - Gaussches linsensystem - Google Patents

Description

HOFFMANN · JSIlXE & PARTNER 26 58542

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOPFMANN · Dl PL-ING. W. ί ITLE · DR. R E R. N AT. K. H OFFMAN N · DIPL.-I NG. W. LE H N D-BOOO MÖNCHEN 81 - ARAB E LLASTRASS E 4 (STEKNHAUS) · TE LE FO N (OP-9) 911087 - TE LEX 05-29619 (PATH Π)

Anwaltsakte 28 763

Minolta Camera Kabushiki Kaisha, Osaka / Japan

Gaußsches Linsensystem

Die Erfindung betrifft ein Gaußsches Linsensystem und insbesondere ein aus fünf Gruppen mit sieben Linsenelementen bestehendes Gaußsches Linsensystem mit einem relativ großen öffnungsverhältnis und einer relativ großen hinteren Brennweite, bei dem das zweite und dritte Linsenelement miteinander zu einer Doppellinse verkittet sind und das vierte und fünfte Linsenelement zu einer Doppellinse verkittet sind, wodurch sich das Linsensystem aus fünf Gruppen zusammensetzt, die voneinander durch Lufträume isoliert sind.

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Im allgemeinen ist ein Gaußsches Linsensystem mit einem großen Öffnungsverhältnis und einer großen hinteren Brennweite für eine Korrektion von sphärischer Aberration, Koma und Astigmatismus nicht gut geeignet. Zu diesem Problem kommt die Forderung nach einer kürzeren Gesamtlänge und einer üblichen kompakten Bauweise hinzu. Jeder Versuch, die Gesamtlänge eines derartigen Linsensystems zu reduzieren, führt jedoch notwendigerweise zu einer wesentlichen Vergrößerung eines Komahofes bei mittleren Blickfeldwinkeln und somit zu einer Erschwerung einer Bildherstellung.

Hinzu kommt, soweit es sich um das aus fünf Gruppen mit sieben Linsenelementen bestehende Gaußsche Linsensystem handelt, daß es zur üblichen Praxis geworden ist, wie aus der US-PS 3 560 079 ersichtlich, die Dicke der Doppellinse (dritte Linsengruppe) aus miteinander verkitteten vierten und fünften Linsenelementen zu vergrößern, um dadurch die Divergenz des Lichtbündels für den Zweck einer Vergrößerung der hinteren Brennweite zu steigern. Andererseits, wie aus der US-PS 3 634 001 ersichtlich, ist es anerkannte Praxis, daß ein ausreichend großer Luftraum (wo eine Blende vorgesehen ist) zwischen der zweiten Linsengruppe (Doppellinse) und der dritten Linsengruppe (Doppellinse) vorhanden sein muß, um eine zufriedenstellende Korrektion von Koma und Astigmatismus zu erzielen. Diese Techniken befriedigen jedoch nicht einen Konstrukteur, der die Gesamtlänge des Linsensystems zu reduzieren wünscht, um eine kompakte Konstruktion zu erhalten. Solange man jedoch den bekannten Konstruktionstechniken folgt, führt die bloße Auslegung der Randdicken von Gaußschen Linsengruppen entsprechend den Erfordernissen der Herstellung und der Bearbeitung notwendigerweise zu einer Vergrößerung der Gesamtlänge des Linsensystems, wodurch es schwierig ist, die erstrebte kompakte Bauweise zu bewerkstelligen.

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Daraus folgt dann, daß das aus fünf Gruppen mit sieben Linsenelementen bestehende Gaußsche Linsensystem mit einer hinteren Brennweite, die mehr als 70% der Brennweite des Linsensystems beträgt, einem Bildfeldwinkel (2io ) von ca 46° und einer F-Zahl (Lichtstärke) von ca. 1.4 eine Gesamtlänge haben muß, die mehr als 95% der Brennweite beträgt. Bisher ist kein Linsensystem dieses Typs bekannt, bei dem seine Gesamtlänge weniger als 90% der Brennweite des Linsensystems beträgt.

Jedes bisher bekannte Gaußsche Linsensystem, dessen Gesamtlänge geringer als 90% n_c;r Brennweite des Linsensystems ist, ist von dea; Typ mit 6-Gruppen aus sieben Linsen, bei dem die Doppellinse aus einer zweiten und einer dritten Linse besteht, die voneinander unter Zwischenschaltung eines Luftraums getrennt sind, der zur Korrektur des Komahofes verwendet wird. Wenngleich jedoch ein derartig aufgeteilter Linsentyp des Gaußschen Linsensystems wirksam bei der Komahofkorrektur ist, ist es schwierig, die Petzval-Summe bei einer kleineren Gesamtlänge auf ein ausreichendes Ausmaß zu reduzieren, was dazu führt, daß die Ebenheit der Bildebene verloren geht und die Korrektur der seitlichen chromatischen Aberration ebenfalls schwierig gemacht wird. Da ferner in der Praxis die Lexstungsfähigkext zunehmend empfindlich von Herstellungsfehlern (insbesondere Ausrichtfehler) der gesonderten zweiten und dritten Linsen abhängig ist, ist für die Lexstungsfähigkext des Produktes ein größerer Ungenauxgkeitsberexch als im Falle des Linsensystems mit fünf Gruppen aus sieben Linsen unvermeidlich, von denen die zweite und dritte Linse miteinander verkittet sind. Somit ist es schwierig, die durch Berechnungen festgelegte Auslegung zu verwirklichen.

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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Gaußsches Linsensystem mit fünf Gruppen aus sieben Linsen dahingehend zu verbessern, daß 1.) das Linsensystem ein relativ großes Öffnungsverhältnis, 2.) eine relativ große hintere Brennweite, 3.) eine relativ kurze Gesamtlänge aufweist und bei dem 4.) verschiedenartige Abbildungsfehler feinkorrigiert sind.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe werden, anstelle der üblichen.Auslegetechniken zu folgen, insbesondere die Lufträume zwischen der zweiten Gruppe (Doppellinse) und der dritten Linsengruppe (Doppellinse) und die Dicke der dritten Linsengruppe (Doppellinse) verringert, hauptsächlich um eine Reduzierung der Gesamtlänge des Linsensystems zu erreichen. Dementsprechend bewirkt die unvermeidliche Zunahme der positiven Brechkraft der hinter der Blende angeordneten Linsengruppen, daß die zehnte oder folgende Brechungsfläche, insbesondere auf die zehnte Brechungsfläche, die der Bildseite nahe ist, so ausgelegt wird, daß dadurch die Divergenz des Lichtbündels vergrößert und die hintere Brennweite ausreichend groß gehalten werden. Ferner werden gemäß der Erfindung die Verstärkung von verschiedenartigen Abbildungsfehlern, die üblicherweise mit einer derartigen Konstruktion einhergehen,so in der folgenden Weise zur Zufriedenheit kompensiert. So wird die Dicke der zweiten Linsengruppe (Doppellinse) ausreichend groß gegenüber der Dicke der dritten Linsengruppe gestaltet. Außerdem werden gegenüber dem üblichen Linsensystem das Verhältnis der Krümmungsradien der achten Rrechungsflache zu der sechsten Brechungsfläche vergrößert und das Verhältnis der Krümmungsradien der zehnten Brechunqsfläche zu der achten Brechungsfläche verringert. Zusätzlich v.erden für die fünfte und sechste

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Linse relativ hohe Brechungszahlen gewählt und die Brechungszahl der zweiten Linse wird geringer als die Brechungszahlen der oben genannten Linsen gehalten.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der anhand der Zeichnung eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erf indungsgeinäßen Gaußschen Linsensystems beschrieben ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Linsenanordnung der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2a, 2b und 2c graphische Darstellungen von sphärischer Aberration und Sinusbedingung, Astigmatismus und Distorsion der ersten Ausführungsform und

Fig. 3 graphische Darstellungen eines Komas der ersten Ausführungsform bei uj=23^o, co =12° und cC=O° .

Das erfindungsgemäße Linsensystem ist ein Gaußsches Linsensystem mit fünf Gruppen aus sieben Linsen. Von der Dingseite aus besteht dieses Linsensystem aus einer meniskenförmigen dingseitig konvexen Sammellinse, die eine erste Linsengruppe bildet, einer zweiten Sammellinse und einer dritten Zerstreuungslinse, die mit der zweiten Sammellinse verkittet ist, so daß eine meniskenförmige dingseitig konvexe Doppellinse gebildet ist, welche eine zweite Linsengruppe bildet, einer vierten Zerstreuungslinse und einer fünften Sammellinse, die mit der vierten Zerstreuungslinse verkittet ist, so daß eine meniskenförmige dingseitig konkave Doppellinse gebildet ist, welche eine dritte Linsengruppe bildet, einer sechsten meniskenförmigen dingseitig konkaven Sammellinse,

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welche eine vierte Linsengruppe bildet und einer siebten Sammellinse, die eine fünfte Linsengruppe bildet« Die Bemessungsparameter des Linsensystems liegen innerhalb der folgenden Bereiche:

(1) 1.7 < r₈ /r₆<1.9,

(2) 0.9 < r₁₀/r_fi<1.2,

(3) 0.67 < (d₆+d₇)/(d₃+d₄) < 0.87,

(4) 1.65 <n₂ < 1.72,
n,- > 1 .72, und

n_g < 1.72 .

In diesen Bedingungen sind jeweils von der Dingseite aus beginnend r. der Krümmungsradius der i-ten Brechungsfläche, d- der Wert des i-ten Axialabstandes und n. die Brechungszahl der i-ten Linse.

Die Bedingungen (1) und (2) zusammen mit der Bedingung (3) umreißen den Bereich, in dem die hintere Brennweite vergrößert werden kann, während die Gesamtlänge so klein wie erwünscht gehalten wird und eine zufriedenstellende Korrektur von verschiedenartigen Abbildungsfehlern möglich ist. Somit zeigt dieser Bereich am klarsten die Charakteristiken der Erfindung auf. Außerhalb der Bereiche der Bedingung (1) oder (2) ist, soweit es sich um Abbildungsfehler handelt, eine Korrektur der sphärischen Aberration und des Komas erschwert. Insbesondere, wenn die obere Grenze der Bedingung (1) und die untere Grenze der Bedingung (2) überschritten wird, ist es schwierig, den Komahof zu korrigieren, wohingegen jenseits der unteren Grenze von Bedingung (1) und der oberen Grenze von Bedingung (2) keine große hintere Brennweite erzielt werden kann. Die Bedingung (3) gibt das Verhältnis der Axialabstände wieder, die zur Verkürzung der

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Gesamtlänge und zur Korrektur von Komahof und Astigmatismus wirksam werden. Sofern diese obere Grenze überschritten ist, wird die Korrektur des Komahofes schwierig und die Gesamtlänge kann nicht verringer werden. Jenseits der unteren Grenze wird die Zunahme der positiven Brechkraft der hinter der Blende angeordneten Linsengruppe zu groß, so daß eine kleine Petzval-Summe erzielt wird, wodurch eine Korrektur des Astigmatismus erschwert wird.

Die Bedingungen (4) und (5) geben den Ausgleich der Brechkraftverteilung für eine zufriedenstellende Korrektur von verschiedenartigen Abbildtirigsfehlern wieder. Diese Bedingungen betreffen die Linse L₂, welche die positive Brechkraft der vor der Blende angeordneten Linsengruppen aufbringt, und die Linsen Lr und L/-, welche die positive Brechkraft der hinter der Blende angeordneten Linsengruppen aufbringen.

In erste Linie ist die Bedingung (5) erforderlich, um ein Vergrößeren der Petzval'-Summe zu verhindern, was andernfalls aus einem Verkürzen der Gesamtlänge folgen würde, und dadurch eine zufriedenstellende Korrektur eines Astigmatismus zu ermöglichen. Diese Bedingung ist auch für die Korrektur der sphärischen Aberration und, zusammen mit der Bedingung (4), wie vorher beschrieben, für die Korrektur eines Komas wie auch einer Distorsion wesentlich. Wie oben erwähnt, wird die Bedingung (4), zusammengenommen mit der Bedingung (5), für die Korrektur von Koma und Distorsion wirksam. Sofern die obere Grenze von Bedingung (4) überschritten ist, wird die Korrektur von Koma und Distorsion erschwert, während es unterhalb ihrer unteren Grenze unmöglich ist, die Petzval-Summe klein genug zu halten und gleichzeitig eine zufriedenstellende Korrektur von verschiedenartigen anderen Abbil-

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dungsfehlern zu gewährleisten, so daß eine Korrektur eines Astigmatismus schwierig ist. Ferner ermöglicht die Erfindung eine wenig aufwendige Konstruktion, weil ein wenig aufwendiges nlas für die Linsen, die vergleichsweise groß im Volumen sind, und ein aufwendigens Glas für die Linsen mit vergleichsweise kleinem Volumen verwendet werden können.

Die nachfolgenden Tabellen beziehen sich auf die erste, zweite und dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist eine schematische Ansicht der Linsenanordnung der ersten Ausführungsform dargestellt, v/ohingegen in den Figuren 2a, 2b, 2c und 3 Kurven für verschiedenartige Abbildungsfehler wiedergegeben sind, die der ersten Ausführungsform zuzuordnen sind. Für die zweite und dritte Ausführungsform sind keine Figuren vorgesehen, da bei beiden Ausführungsformen Aufbau und Abbildungsfehler im wesentlichen gleich denen der ersten Ausführungsform sind.

- Tabellen -

7 0 9 8 2 3 / 0 G C 3

TABELLE

Ausführungsfonn 1

f=100 1:1.4 2CC=46^C

Kr ü mnu ng s r a d i ^?j s

/Axiali-'bf tand Brcc]n:nrr.-;-.äh.l AhLc-"clv Zanl

! A

85.953

r₂= 264.66

49.684

'--τ- ₌ _c;oi4 c.

! r_r= 30.864

= - 31.646

U.

OO

r_D= - 56.734
⁸

r_Q= - 176.34

₀= - 57.207

₁= 426.44

[r₁₂=-T59.

93

d₁ = 7.427

d₂ = 0.608

d₃ = 16.358

d₄ =. 3.916

d₅ = 27.761

d_c = 2.783

d_? = 11.931

dg = 0.293

d_g = 8.627

₀= 0.303

= 5.201 = 1.80741

n₇ = 1.72

= 31.6

n₂ = 1.689 r

n₃ = 1.70055 V₃

49.2 30.1

n₄ = 1-74 '₄

n₅ = 1.788

28.3. 45.7

_c = 1.765 K

6 6

= 46.3

= 50.2

hintere Brennweite f/ =72.05 Gesamtlänge D=85.208

709029/06 6

. uböbA/

Au'-f ύ!π Ίϋ rf < ■} r: ?

f -1 cn ΐ:ΐ./ΐ : o?--.if

I₁ - 83.858

_τ ( Cl₁ -■ 7.72;· H₁ --- 1.7515 V' - y? .W

¹I₂ -- 290.0?

d., =■■ 0.47C r₃ = 49.021

d = 16.OH? η 1.7003 V_n r= 47.7

-J /i ^.

r₄ - 1"4C). 5

. ί el. = 3.(-X: n. - 2.7173G i' - 29.4

L < 4 3 3

IV - 30.975

n₄ = 1.733 V₄ = 28.2

n₅ = 1.7885 ^₅ = 45.7

I	r8	\.	r11	= - 31	.524	d5 =	27.	362
	fr9				d6^	2.	511
		= -1156	.0
H	I	= - 56	.457	d7 =	12.	181
			d8 =	0.	293
	= - 155	.81
-I	- - 56	.490	dg =	8.	755
			ά1θ"	0.	303
	= 346	.23
L7,	= - 181	.72	dif	5.	2

n₆ = 1.7885 ^₆ = 45.7

n_ =1.72 V= 50.2

hintere Brennweite f' =72.18 Gesamtlänge L=85.017

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■". f 'fmr nt i.;~orn J

E IH¹. 1:1.1

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A^-: i il i! .t .ir, Hr cflii t ι - '.π 1

Al·;-· τ:1ιί> ".

r, = 85.

r₂ = 260.54

(I₁ = 7. JH?.

η, = 1.80711

= 31.6

¹U-

50.166

OO

30.901

= - 31.061

3617.6

= - 54.733
= - 180.60

r₁₀= - 57.156

d₃ =16.420

d₄ = 3.978

d_r =27.74

d₆ = 2.825

^d7

=11.966

d₈ - 0.293

dg = 8.526 n₂ = 1.689

= 1.74

n₅ = 1.7885

- 1.765

\ = 49.4

n₃ = 1.70055 T₃ = 30.1

= 28.3

= 45.7

= 46.3

444.09

r₁₂= - 167.97

Cl₁₁= 5.200 =· 1.717

= 47.9

hxntere Brennweite f/=72.56 GesciiPtlänge L=85.261

9/0069 _ Patentansprüche -

Claims (4)

Patentansprüche Gaußsches Linsensystem mit fünf Gruppen aus sieben Linsenelenenten, das von der Dingseite aus zusammengesetzt ist aus einer meniskenförmigen dingseitig konvexen Sanroellinse, die eine erste Linsengi'uppe bildet, einer zweiten Sammellinse und einer dritten mit der Sammellinse verkitteten Zerstreuungslinse, die eine meniskenförmige dingseitig konvexe Doppellinse als zweite Linsengruppe bilden, einer vierten Z·=*-. Streuungslinse und einer fünften mit der vierten Zarstreuungslinse verkitteten Sammellinse, so daß eine meniskenförmige dingseitig konkave Deppellinse als dritte Linsengruppe gebildet ist, einer sechsten meniskenförmigen dingseitig konkaven Sammellinse, die eine vierte Linsengruppe bildet und einer siebten Sammellinse, die eine fünfte Linsengruppe bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestaltungsparameter des Linsensystems innerhalb der folgenden Bereiche liegen: 1·7 <r8 / r6 < 1.9, 0.9 < r10/ rg < 1.2, 0.67 < (d6+d?)/(d3+d4)< 0.87,

1.65 < n₂ < 1.72,

n₅ > 1.72, und

η. < 1.72,

worin jeweils von der Dingseite aus beginnend r. den Krümmungsradius dei/i-ten Brechungsfläche, d· den Wert der i-ten Axialabs Landes und n· die Brechungszahl der i-ten Linse bedeuten.

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2. Linsengruppe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Auslegung entsprechend den Vierten in Tabelle 1 .

3. Linsensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Auslegung entsprechend den Werten in Tabelle 2.

4. Linsensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Auslegung entsprechend den Werten in Tabelle 3.

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