DE2704299A1

DE2704299A1 - Petzval-objektiv

Info

Publication number: DE2704299A1
Application number: DE19772704299
Authority: DE
Inventors: David James Samuel Buckland; David Michael Williamson
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1977-08-04
Also published as: FR2339872B3; FR2339872A1; NL7701122A; GB1502546A

Description

27. Januar 1977 9968-76 Dr.ν.Β/Ε

The Rank Organisation Limited 11 Hill Street, London W1X 8AE (England)

Petzval-Objektiv

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Petzval-Objektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere ein Objektiv mit zwei positiven Linsengruppen oder Gliedern, die durch einen verhältnismäßig langen Luftabstand in der Größenordnung der Brennweite f des Objektives als Ganzes, zweckmäßigerweise nicht weniger als 0,75 f getrennt sind.

Für verschiedene Zwecke werden Hochleistungsobjektive, beispielsweise mit einer Lichtstärke in der Größenordnung von 1:1,2 bis 1:0,9 und einer Eintrittspupille von mindestens 150 mm benötigt, die einen nutzbaren Bildwinkel von ± 4 bis ± 5 Grad haben und bei denen alle Bildfehler in einem großen Lichtwellenlängenbereich gut korrigiert sind, insbesondere diejenigen, welche auf dem sekundären Spektrum beruhen (d.h. Brennweitenunterschiede für die Wellenlängen an den Grenzen des nutzbaren Spektralbereiches bezüglich der Brennebene für die Wellenlänge in der Mitte des Spektralbereiches).

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Bei den bekannten Linsen-Hochleistungsobjektiven, insbesondere solchen großer öffnung und großem nutzbarem WeIlenlängenbereich haben sich immer wieder die auf dem sekundären Spektrum beruhenden Bildfehler als der die Bildleistung begrenzende Faktor erwiesen. Man hat zwar versucht, diesen Mangel durch die Verwendung von Gläsern mit außergewöhnlichen Dispersionseigenschaften zu beheben, dabei entstehen jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Korrektur der primären Farbfehler. Ein Ausweichen auf Spiegelobjektive, die den gestellten Anforderungen genügen, stellt ebenfalls keine befriedigende Lösung dar, da diese wesentlich größere Durchmesser haben als die entsprechenden brechenden oder Linsen-Objektive, da die Öffnungsverluste durch die anderweitig benötigte Mittelzone ausgeglichen werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv oder optisches System anzugeben, das nur brechende Komponenten enthält und bei großer relativer öffnung und breitem nutzbaren Spektralbereich eine gute Bildfehlerkorrektur gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Petzval-Objektiv der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Petzval-Objektiv gemäß der Erfindung enthält also zwei positive oder sammelnde Linsenglieder, die längs der optischen Achse durch einen verhältnismäßig langen Luftabstand getrennt sind. Das Vorderglied und das Hinterglied enthalten jeweils erstens eine relativ langbrennweitige Linsenkombination aus mindestens drei Linsenelementen, die in erster Linie hinsichtlich einer guten Bildfehlerkorrektur bemessen sind, und zweitens ein Einzellinsenelement relativ kurzer Brennweite,

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(ο '

dessen Hauptzweck darin besteht, die Brechkraft zu ergeben. Die Einzelelemente der beiden Glieder sind jeweils auf der dem die beiden Glieder trennenden Luftzwischenraum zugewandten Seite der zugehörigen Linsenkombination angeordnet, so daß die jeweiligen Linsenkombinationen sich im Objekt- bzw. Bildraum der jeweiligen Einzellinsenelemente im Vorder- und Hinterglied befinden.

Die Linsenkombination im Vorderglied ist vorzugsweise afokal, d.h. ihre Brennweite ist größer als etwa 10 f. Diese Linsenkombination kann zweckmäßigerweise ein verkittetes Triplet enthalten. Die Linsenkombination im Hinterglied hat vorzugsweise ebenfalls eine beträchtliche Brennweite, die größer ist als f und die Brennweite des Einzelelementes dieser Gruppe ist kleiner als f. Diese Linsenkombination enthält vorzugsweise entweder ein verkittetes Triplet oder ein Düblett-Glied, auf das ein einfaches Glied folgt. Die Dreilinsenkombination enthält in allen Fällen vorzugsweise ein sammelndes vorderes Linsenelement, ein zerstreuendes mittleres Linsenelement und ein sammelndes hinteres Linsenelement.

Das Einzellinsenelement, das in erster Linie die Brechkraft für die beiden Linsenkombinationen liefert, besteht vorzugsweise jeweils aus einem nach hinten konkaven Meniskuselement. Bei den Einzellinsenelementen ist dabei jeweils die Krümmung der Vorderfläche vorzugsweise mindestens doppelt und noch mehr bevorzugt mindestens dreimal so groß wie die Krümmung der rückwärtigen Fläche.

Durch die Vermeidung der Verwendung extremer Werkstoffe ist es weniger schwierig, die Primärbildfehler zu korrigieren.

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Hinter der hinteren Linsengruppe ist vorzugsweise eine Linse zur Bildfeldebnung vorgesehen, vorzugsweise eine einfache Zerstreuungslinse.

Der verhältnismäßig lange Luftabstand zwischen den beiden Gliedern des Objektivs beträgt vorzugsweise mindestens etwa 1,0 f. Dieser verhältnismäßig lange Luftabstand nacht es möglich, ein reflektierendes Glied zwischen den beiden Objektivgliedern anzuordnen, so daß es z.B. möglich ist, die optische Achse in einem Winkel innerhalb eines weiten Winkelbereiches zu knicken.

Das vorliegende Objektiv eignet sich besonders für Ziel- und Visiereinrichtungen und bei solchen Anwendungen kann dann hinter der Bildfeldebnungslinse relativ nahe bei der Bildebene eine Strichplatte angeordnet sein. Die Strichplatte kann zur Anpassung an wechselnde Objektabstände axial verstellbar sein.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung.

Numerische Daten für das Objektiv gemäß Beispiel 1 (Fig. 1) und das Objektiv gemäß Beispiel 2 (Fig.2) sind in den Tabellen I bzw. II angegeben.

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-r-

In der ersten Spalte der Tabellen sind die Radien R der einzelnen LinserfLächen angegeben, wobei das Minuszeichen
eine nach vorne konkave Linsenfläche bedeutet. In der zweiten Spalte sind die Dicken de der Linsen bzw. die Luftabstände S zwischen den betreffenden Linsenflächen angegeben.

In der vierten Spalte ist der Brechungsindex η für die Natrium-d-Linie angegeben. In der vierten und letzten Spalte isü die freie öffnung (CA.) aufgeführt. Die Werte sind in
Millimetern angegeben, selbstverständlich läßt sich das Objektiv jedoch entsprechend vergrößern oder verkleinern.

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BEISPIEL 1

Brennweite f = 144,9 Lichtstärke 1 : 0,95

R	5	507,54	d	bzw. S	»²⁶	1,5725	CA.
R₁ =					ψ		15^,55
J.	4	- 175,74	d	= 51	,00	1,7018
Ro =	R- =	f			I	1	151,56
	5	173 74	d	9	,97	1.5725
R	R =				I	I	147,66
		d	= 19	,00
Rr, =						147,60
7	161.57	S	1	,68	1,5725
Ro =	I					147.60
ti	494 54	d	18	,56
^R9 ⁼	r					144 69
	66.55	S	= 155	,57	1,61575	W
R_lfl =					I	80 75
10	189,37	d	- 17	159
R₁₁ =	F					75,10
11	59,94	S	11	,56	1,61575
R₁₀ =				I	I	6υ,72
	- 241,94	d	» 15	f52	1,7552
	1				j	55,86
	42,52	d	4	,80
14						46,06
«IR "	49,78	S	7	.06	1 7440
	f			I ,55		45,64
201,27	d	14	¥
OO	S	7	,26	1,7552	57,56
			7	ί	50,79
57,97	d	4
			27,59

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BEISPIEL 2

Brennweite f = 182 Lichtstärke 1 : 1,2

R	307,34	d	bzw. S	ⁿD	C.A.
R₁ =					152,4
X	- 224,00	d	29,21	1,5725
R₂ =					151,2
R₃ -	140,46	d	= 12,70	1,7018	J
R/, -			J	1	146 0
	CO	d	26 67	1.5725
R =					145,8
	165,04	S	1.27
R, =					145 3
	528,32	d	= 17,78	1.61375	¹
Ro =			1		143.0
	70_f08		= 184 18		I
R₈ =					69,4
O	376.42	d	= 16,51	1,61375	I
R₉ - Rin ⁼	V		I		64 7
Xu	102,90	S	= 1,32
R₁₁ =	_ 136,58		V		61 2
11		d	= 15,18	1,5725	55,7
R₁₂ =	28,02	d	= 8,89	1,7018
^R13 ⁼	I		I		42,4
^R14 ⁼	- 1367,54	d	= 20,32	1,5725	T
	- 301,27	S	= 7,35	W	37,1
		9		31,0
66,55	d	= 5.08	1.7847	1
	ι		28_;2

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•Μ '

Bei beiden Beispielen hat die Eintrittspupille einen Durchmesser von 150 mm, das Objektiv gemäß Beispiel 1 erfaßt einen Winkelbereich von t 5⁰, während der erfaßte Winkel bei dem Objektiv gemäß Beispiel 2 ± 4° beträgt. Die hintere Brennweite (Schnittweite) beträgt bei den Objektiven gemäß Beispiel 1 und 2 jeweils 6,882 bzw. 9,57 mm. In beiden Fällen kann, z.B. wenn das Objektiv in einer Visiervorrichtung verwendet werden soll, eine Strichplatte zwischen der hinteren Oberfläche der Bildfeldebnungslinse und der Bildebene angeordnet werden. Die Strichplatte wird zur Anpassung an unterschiedliche Objektabstände verstellbar ausgebildet.

Beim Beispiel 1 gemäß Fig. 1 enthält das Vorderglied die brechenden Flächen R₁ bis R_ß, das Hinterglied die brechenden Flächen R- bis R.. ₃ und die Bildfeldebnungslinse die brechenden Flächen R₁₄ und R₁₅* °i^e Triplet-Linsenkombination des Vordergliedes enthält die Flächen R₁ bis R₄ und das Einzellinsenelement des Vordergliedes die brechenden Flächen R₅ und Rg. Im Hinterglied ist das Einzellinsenelement durch die brechenden Flächen R₇ und R„ begrenzt, während die Triplet-Linsenkombination die Flächen Rg bis R₁₃ enthält. Beim Beispiel 1 besteht diese Kombination aus einem Linsendublett mit den Flächen R_g bis R₁₁
brechenden Flächen R₁₂ und

mit den Flächen R_g bis R₁₁ und einer Einzellinse mit den

Das Objektiv gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel 2 ist entsprechend aufgebaut, lediglich die hintere Linsengruppe hat eine Linsenfläche weniger, da die Triplet-Linsenkombination als eine verkittete dreigliedrige Linse mit den Flächen R_g bis R₁₃ aufgebaut ist.

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-AX'

Bei beiden Beispielen dient die Triplet-Linsenkombination im Vorder- und Hinterglied in erster Linie zur Korrektur von Bildfehlern und die Einzellinsenelemente zur Erzeugung der Brechkraft. Dies gilt insbesondere für das Vorderglied, bei dem die Triplet-Linsenkombination im wesentlichen afokal ist. Beim Beispiel 1 ist die Brennweite der Triplet-Linsenkombination R₁ bis R₄ des Vordergliedes -2364,1, während die Brennweite des Einzellinsenelementes 409,08 beträgt. Eine solche Anordnung, bei der das Vorder- und Hinterglied jeweils eine bildfehlerkorrigierende Kombination aus mindestens drei Linsen und eine in erster Linie die Brechkraft liefernde Einzellinse enthält, können Bildfehler des sekundären Spektrums auch ohne Verwendung extremer Linsenmaterialien gut korrigiert werden, welche hinsichtlich der Korrektur der primären Bildfehler, insbesondere der Farbfehler höherer Ordnung ungünstig sind.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln. Insbesondere braucht die bildfehlerkorrigierende Linsenkombination im Vorderglied, die aus mindestens drei Linsenelementen besteht, nicht notwendigerweise als verkittete dreigliedrige Linse ausgebildet zu sein.

Weitere Einzelheiten des Aufbaues der Ausführungsbeispiele lassen sich den Zeichnungen entnehmen, z.B. welche Linsen als Menisken, als Bikonvexlinsen, als Bikonkavlinsen, als Plankonvexlinsen oder Plankonkavlinsen ausgebildet sind. Auf eine ins Einzelne gehende Aufzählung dieser Merkmale wird verzichtet, um die Beschreibung nicht unnötig umfangreich zu machen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

vl. Petzval-Objektiv mit zwei sammelnden Linsengliedern, die durch einen verhältnismäßig langen Luftabstand getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderglied (R₁ bis R_g) und das Hinterglied (R₇ bis R... in Fig. 1; R₇ bis R₁- in Fig. 2) jeweils eine Linsenkombination (R₁ bis R₄; Rg bis R₁₃ in Fig. 1 bzw. R- bis R₁₂ in Fig. 2), die eine relativ lange Brennweite hat, aus mindestens drei Linsenelementen besteht und in erster Linie eine Bildfehlerkorrektur ergibt, und zweitens einem Einzellinsenelement (R_c, R,; R_n, R₀) relativ kurzer Brennweite, das in erster Linie zur Erzeugung der erforderlichen Brechkraft dient, enthält, wobei die Einzellinsenelemente der beiden Gruppen jeweils auf der dem Luftzwischenraum (Rg-R-) zugewandten Seite der jeweiligen Objektivglieder so angeordnet sind, daß die jeweiligen Linsenkombinationen sih im Objektbzw. Bildraum der zugehörigen Einzellinsenelemente im Vorder und Hinterglied befinden.
2. Petzval-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenkombination des Vordergliedes ein wenigstens annähernd afokales verkittetes Triplet (R₁ bis R₄) enthält.
3. Petzval-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen kombination im Hinterglied eine größere Brennweite als die Brennweite f des Objektivs als Ganzes hat, und daß die Brenn weite des Einzellinsenelements im Hinterglied kleiner als f ist.

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ORIGINAL INSPECTED
4. Petzval-Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenkombination im Hinterglied ein vorderes Glied in Form eines verkitteten oder verbundenen Dubletts (Rg bis R₁₁ in Fig. 1) und ein hinteres Glied in Form einer einfachen Linse (R₁₂' ^Ri3^ enthält.
5. Petzval-Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenkombination im Hinterglied ein verkittetes oder verbundenes Triplet (R_ bis R₁₂ in Fig. 2) enthält.
6. Petzval-Objektiv nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes Linsentriplet ein sammelndes vorderes Element, ein zerstreuendes mittleres Element und ein sammelndes hinteres Element enthält bzw. enthalten.
7. Petzval Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzellinsenelement im Vorderglied und/oder Hinterglied einen nach hinten konkaven Meniskus (R5, R6; R7, R8) enthält.
8. Petzval-Objektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Vorderfläche des Meniskus mindestens doppelt so groß, vorzugsweise etwa dreimal so groß ist wie die Krümmung der hinteren Fläche.

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9. Petzval-Objektiv nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Linsengruppe die Brechungsindices der Materialien der Linsenelemente sich voneinander um nicht mehr als 0,15 unterscheiden.
10. Petzval-Objektiv nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Hinterglied eine Bildfeldebnungslinse (R14-R15 in Fig. 1; R13-R14 in Fig. 2) in Form einer einfachen Zerstreuungslinse angeordnet ist.
11. Petzval-Objektiv nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Vorderglied und dem Hinterglied nicht kleiner als f ist, wobei f die Brennweite des Objektivs als Ganzes bedeutet, und daß zwischen dem Vorder- und Hinterglied mindestens ein reflektierendes Bauteil zur Knickung der optischen Achse des Objektivs angeordnet ist.
12. Petzval-Objektiv nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Hinterglied eine Strichplatte angeordnet ist.

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