DE2753759A1 - Hochaufloesendes objektiv fuer einen grossen spektralbereich - Google Patents

Description

Titel; Hochauflösendes Objektiv für einen großen Spektralbereich

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein hochauflösendes fotografisches Objektiv für einen großen Spektralbereich vom erweiterten Doppel-Gauß-Typ, welches bei einer relativen öffnung von etwa 1 i4 ein Feld von 2 &z> verzeichnungsfrei auszeichnet und welches vorwiegend für Luftbildfotografie, insbesondere für Multlspektralfotografle eingesetzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen; Fotografische Objektive mit den angegebenen Daten hinsichtlich relativer öffnung und Feldwinkel sind bekannt. Jedoch erreichen diese das theoretische Auflösungsvermögen nicht oder nur für kleine Bildfelder und enge Spektralberelehe. Es existieren zwar apochromatisch auch für größere Spektralbereiche korrigierte Objektive, allein bei diesen gelang bisher die geforderte gute Bildfehlerkorrektur nur für den Achsenpunkt und nicht für ein großes Bildfeld, so daß dort ein hohes Auflösungsvermögen nicht erreicht wird. Abgesehen davon weisen solche Objektive mit wachsendem Feldwinkel noch Vignettierung auf und haben den technischen Nachteil, daß im Blendenraum eines Doppel-Gauß-Objektivs ein Verbundglied aus derartig vielen Einzellinsen angeordnet ist, daß für den Einbau eines Verschlusses mit Blende kein Platz verbleibt.

Ziel der Erfindung ι

Ziel der Erfindung ist ein Hochleistungsobjektiv, daß für anspruchsvolle photographische Aufnahmen aus großer Höhe geeignet 1st und feinkörnigste Filmmaterialien voll ausnutzt. 809831/058!

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Darlegung des Wesens der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objektiv zu schaffen, welches die genannten Nachteile umgeht, welches bei einer Brennweite in der Größenordnung von f = 125 mm und einer relativen öffnung von 1 i4 ein Feld von 26^»· 40° verzeichnungsfrei und mit hoher Auflösung abbildet, wobei sich der Spektralbereich von ca. 480 nm bis 850 nm erstrecken soll. Unter hoher Auflösung wird dabei verstanden, daß das Auflösungsvermögen durch die Beugung bestimmt wird und die

Aberrationen praktisch keinen Einfluß darauf ausüben.

Hohes Auflösungsvermögen im Bildfeld erfordert gleichzeitig, daß das Objektiv frei von Vlgnettlerung ist und eine Lichtverteilung, welche mindestens dem cos -Gesetz entspricht, erreicht wird.

Um eine gleichmäßige Transparenz über einen großen Spektralbereich zu sichern, sollen als optische Medien möglichst wenige Sondergläser und Schwerflintgläser mit Brechzahlen über 1,68 eingesetzt werden. Außerdem soll ein solches Objektiv durch Variation nur eines Luftraumes ohne Beeinträchtigung der anderen Korrektion eine Brennweitenänderung in der Größenordnung von 1 % gestatten. Die Erfüllung dieser Letzten Forderung ist zum Ausgleich der produktionsbedingten Brennweitenschwankung dann wichtig, wenn mehrere Objektive gleichzeitig in verschiedenen Spektralbereichen eingesetzt werden sollen und eine exakte Größengleichheit der Einzelbilder für die spätere Auswertung zu gewährleisten ist· Zum Zwecke der Erhöhung der Genauigkeit der Filmplanlage oder Kopierung von Marken kann es erforderlich sein, in der Bildebene eine Filman druckplatte anzuordnen·

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß ein bekanntes Doppe1-Gauß-ObjektIv, bei welchem zwei Menisken mit ihrer Höhlung einen Blendenraum einschließen und die beide gemeinsam objekt- und bildsei tig von je einer Sammellinse umgeben sind, in der Welse

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ergänzt wird, daß zur Verringerung des sekundären Spektrums in den Blendenraum in Lichtrichtung hinter der Blende ein dreiteiliges Verbundglied eingeführt wird, bei welchem eine Bikonkavlinse aus einem Kurzflintglas mit einer Im kurzwelligen Bereich stark verkürzten Teildispersion von zwei Sammellinsen eingeschlossen ist, wobei zur Verbesserung der Peldebnung und der schiefen sphärischen Aberration dicht vor der Bildebene ein streuender Meniskus steht, welcher seine erhabene Fläche dem Bild zukehrt. Die die Blende elnschließenden Menisken des Doppel-Gauß-Objektlvs enthalten dabei zur Achromatisierung Je eine Kittfläche, und von den umgebenden Sammellinsen ist bei Abbildung von unendlich die objektseitig stehende als Meniskus und die bildseitige als Bikonvexlinse ausgebildet.

Bei einem solchen Objektivaufbau wird eine apochromatische hochauflösende Korrektion über ein großes Feld durch Anwendung nur eines extremen Kurzflintglases, ansonsten unter Verwendung normaler Gläser erreicht. Das arithmetische Mittel aus allen Glasbrechzahlen bleibt kleiner als 1,6. Das ist insofern wichtig, als die geforderte gleichmäßige Transparenz über einen großen Spektralbereloh am besten mit niedrigbrechenden.Gläsern erfüllt werden kann, während hochbrechende Gläser, vor allem Schwerflinte, im kurzwelligen Bereich stärker absorbieren.

Da extreme Kurzflintgläser im allgemeinen empfindlich gegenüber atmosphärischen Einflüssen sind, ist es erforderlich, Linsen aus solchen optischen Medien geschützt anzuordnen. Dies wird in einfacher Welse durch das hinter der Blende stehende dreiteilige Verbundglied gewährleistet· Um die Zentrierempfindlichkeit der in dem Verbundglied enthaltenen stark gekrümmten Kittflächen nicht zur Wirkung kommen zu lassen, dürfen die Brechsprünge.an diesen Kittflächen nicht zu groß sein und den Wert 0,03 nicht überschreiten. Im gleichen Sinne sollen auch die y -Sprünge an diesen Kittflächen nicht größer sein als 13, um dezen-

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trierungsbedingte Farbverschiebungen zu vermeiden.

Weiterhin weist die zur Blende erhabene Kittfläche r_Q des dreiteiligen Verbundgliedes mit stärkerer Durchbiegung wachsende astigmatlache Wirkung auf, die sich um so stärker als chromatischer Astigmatismus bemerkbar macht, je größer der y -Sprung an dieser Fläche ist. Um die astigmatIschen Farbfehler im Bildfeld klein zu halten, darf daher der ν--Sprung an dieser Fläche nicht zu groß oder der Radius r_Q der zur Blende erhabenen Kittfläche darf - bezogen auf die

Brennweite f des Gesamtsystems - nicht zu klein sein.

Störender Farbastigmatismus wird vermieden, wenn die Bedingung r₈>0,04 · f ·ΙΔν_βΙ eingehalten ist, wobei Λ V₆ die Differenz der Abbeechen Zahlen der Gläser beiderseits der erwähnten Kittfläche r« 1st. Der chromatische Astig matiemus wird zusätzlich unterdrückt, wenn die Kittfläche in dem in Lichtrichtung hinter dem dreiteiligen Verbundglied stehenden Meniskus zur Blende hohl 1st.

Um die Zentrierempfindlichkeit des gesamten dreiteiligen Verbundgliedes klein zu halten, sollte dessen Brenn- weite positiv und - verglichen mit der Brennweite f des Gesamtsystems - groß, mindestens zweimal größer als f sein. Eine positive Brennweite dieses Gliedes kleiner als 6 f ist insofern von Vorteil, als diese unterstützend auf die Gesamtbrechkraft des Objektivs einwirkt und die Teilbrech- kraftβ sämtlicher anderen Linsen verringert werden können, was kleinere Abbildungsfehler bewirkt. Das führt insbesondere dazu, daß der in Lichtrichtung hinter dem genannten Verbundglied stehende ursprünglich (beim klassischen Doppel-Gauß-Typ) streuende Meniskus in seiner Wirkung abge- schwächt und nahezu afokal werden kann, wobei dessen Brennweite negativ bzw. positiv im Betrage größer als 5 f bleibt.

Sollen Objektive dieses Aufbaus größere Temperaturschwankungen überstehen, so muß darauf geachtet werden, daß in dem dreiteiligen Verbundglied mit stark gekrümmten

Verbundflächen die linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten

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der verwendeten Gläser übereinstimmen.

Da die extremen Kurzflintgläser vergleichsweise sehr niedrige Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, eignen sich für das Verbundglied praktisch nur wenige Glaskombinationen. Bewährt haben sich z. B. Kombinationen der Schottgläser KzPS2 mit SK11 und BaLF4 sowie KzFSI mit SSK2, SK9 oder SK6. Der dicht vor der Bildebene stehende streuende Meniskus wirkt auf die Feldebnung und entlastet die die Blende einschließenden streuenden Menisken des Gaußobjektivs in ihrer Wirkung, so daß sich gleichzeitig die schiefe sphärische Aberration verringert. Eine solche Linse verlagert allerdings auch den vorderen Objektivhauptpunkt, was nicht ohne Auswirkung auf das sekundäre Querspektrum bleibt. Um das entstehende sekundäre Querspektrum in den erforderlichen Grenzen zu halten, darf der dicht vor der Bildebene stehende streuende Meniskus in seiner Wirkung nicht zu stark und seine Brennweite muß deutlich größer als f sein. Die Änderung der Brennweite des fertigen optischen Systems erfolgt durch Änderung des vor diesem Meniskus befindlichen Luftraumes, wobei der Korrektionszustand nicht beeinträchtigt wird, wenn der Meniskus so durchgebogen ist, daß er seine erhabene Fläche dem Bild zuwendet.

Zur Gewährleistung der Filmplanlage oder zur Kopierung eines Reseaus bei der Aufnahme kann in der Bildebene eine planparallele Platte angeordnet sein, welche wegen ihrer astigmatischen Wirkung bei der Korrektion zu berücksichtigen ist.

Ausführungsbeispiele ι

Die Erfindung wird in der zugehörigen Zeichnung durch ein Schnittbild dargestellt. Die Tabellen 1 bis 4 sind gleichwertige Ausführungebeispiele, die den Bereich verdeutlichen, in dem sinnvolle erfindungsgemäße optische Systeme konstruiert werden können.

Im Luftraum L₂ befindet sioh eine Blende. Das

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-St-

durch d^ charakterisierte optische Glied ist eine planparallele Platte, die als Filmanlageplatte und zur Kopierung von Marken (Reseaus) dient· Die durch d., dg, d^, d₇, dg und dg charakterisierten Glieder entsprechen dem klassischen Doppel-Gauß-Typ. Infolge der erfindungsgemäßen Erweiterung bekommt das bildseitige Kittglied, charakterisiert durch d~ - dg, nahezu afokale Form, wobei auch Ausführungsbeispiele (z. B. Tabelle 4) möglich sind, bei denen dieses Glied sammelnd wirkt.

Tabelle 1 :	r	= + 0,5618	Relative	Öffnung 1:4	0,0640	Feldwinkel 2^= 41°	ne	Abbesehe Zahlen
f=1				Dicken und		Brechzahlen		Ve
	Γ12	= + 1,2451	Luftabstände	0,0080		,51678
Radien							54,40
		= + 0,3873	d1 -	0,0910	1
r1			I
1	ri4	= +13,2801	1 s	0,0320		,56606
							60,48
		= + 0,2590	d2 =	0,1780	1	,53187
	I 2		C				51,54
	ri6	= + 1,9199	d-j =	0,0720	1
r.	r17
4	ri8	= - 0,1922	I9 =	0,0240		,56606
							60,48
		= + 0,3049	d. =	0,0642	1	,56028
r/;		4				53,67
b	= -24,0242	d_ =	0,0698	1	,58213
r7						53,60
I	= - 0,3543	H ·	0,0440	1
		b ·
	= - 3,9120		0,1077		,67764
rq						32,01
	= - 0,3965	d8 =	0,0898	1	,62554
ri0		O				57,87
I v/	= + 1,5288	1A =	0,1080	1
	4
= - 1,0407	dQ =	0,4791		,59424
	9				57,97
= - 0,5618		0,0480	1
	5
= - 5,6313	d A s	0,0391		,51859
= CO		0,0640			63,87
= OO	H -	31 /OSM	1
	d11 =			,54983
	9Π98				53,33
		1

Tabelle 2 :	= + O,	5771	Relative Öffnung 1 t4	Feldwinkel 2 S	0,0624	η	e	Abbesche
f=1	= + 1 ,	1395		Dicken und Brechzahlen		1,	53187	Ve
	F			Luftabstände	0,0096			51,
Radien	= + 0,	3863		d1 =	0,0889
	= + 4,	0873		1	0,0298	1.	59424
ri	= + 0,	2594	1I =		1,	53187	57,
ro			1 d2 =	0,1820			51,
2	= + 1,	8215	d. =	0,0720
r3	= - o,	1794	j	0,0240	1,	56606
r4	= + 0,	3579	1P =	0,0626	1,	56028	60,
rc	= -38,	0006	C. dA a		1,	56606	53,
5			de =	0,0640			60,
r6	= - 0,	3624	0 ds =	0,0400
r7	= - 5,	2876	D	0,1040	1,	65968
r8	- - 0,	4172	1^ =	0,0960	1,	59424	33,
rn	= + 1,	6014	5 d7 =	0,1120			57,
9	= - 0,	8313	7 do =		1.	,59424
rio	F		O H- dQ =	0,4871			57,
r11	= - 0,	5332	9	■ 0,0464
ri2	= - 5,	7546	Ic =	: 0,0320	1,	,51859
ri3	a OO = QD		din=	> 0,0800			63,
r„ .			Ί U 1S =	1,	,51859
14				63,
r15
ri6		- 41°
ri7 r.„	Zahlen
54
97
54
48
67
48
15
97
97
,87
,87

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ORIGINAL INSPECTED

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Tabelle 3:
f=1

Rad ien

+ 0,5553
+ 1,2827
+ 0,3951
+ 2,0119
+ 0,2572
+ 2,4195

- 0,1898
+ 0,4003
+36,2323

- 0,3539

- 1,7639

- 0,4231
+ 1,7610

- 0,8211

- 0,5616

- 4,4928
oo

00

Relative Öffnung 1:4 , Feldwinkel 2 6 = 41⁽

Dicken und Brechzahlen Abbesche Zahlen Luftabstände n_ n>_

6 Kg

d₁ = 0,0720

1₁ = 0,0096 d₂ = 0,0882 d₃ = 0,0298

1₂ = 0,1860 d₄ = 0,0720 de = 0,0240 d₆ = 0,0626

1₃ = 0,0560 d₇ = 0,0400 d₈ = 0,1040

1₄ = 0,0842 d₉ = 0,1120

1₅ = 0,4858 d₁₀= 0,0464

1₆ = 0,0320 d_1iO 0,0720 1,53187

1,59424
1,53187

1,62508

1,61637
1,62508

1,61685
1,59424

1,59424
1,51859
1,51859

51,54

57,97 51,54

52,84 43,78 52,84

36,70 57,97

57,97 63,87 63,87

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4 er

Tabelle 4:
f=1

Radien

Relative Öffnung 1:4 , Feldwinkel 2 η = 4i'

Dicken und Luftabstände Brechzahlen Abbesche Zahlen e ^r e

= + 0,5467
= + 1,3161
= + 0,3852
= + 5,5860
= + 0,2455
= + 4,1004
= - 0,2042
= + 0,4122
= oo
» - 0,3732
= - 2,2112
= - 0,4107
= + 1,5906
= - 0,8462
= - 0,5685
= - 6,3761
= oo

= OO

d₁ = 0,0640

1₁ = 0,0080 d₂ = 0,0845 d₃ = 0,0320

1₂ = 0,1920 d₄ = 0,0720 d₅ = 0,0200 d₆ = 0,0584

1₃ = 0,0696 d₇ = 0,0520 d₈ = 0,0920 1. = 0,1000 dg = 0,1080

1₅ = 0,4543 Cl₁₀= 0,0480

1₆ = 0,0640 d₁₁₌ 0,0640 1,53430

1,59424
1,53187

1,61636
1,61637
1,62508

1,60813
1,59424

1,59424
1,51859
1,51859

48,62

57,97 51,54

56,03 43,78 52,84

37,89 57,97

57,97 63,87 63,87

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Claims (3)

Erf indungsans pruch:

1. Fotografisches Objektiv vom erweiterten Doppel-Gauß-Typ, bei dem zwei Menisken, welche je eine Kittfläche enthalten und welche beide mit ihrer Höhlung einen Blendenraum einschließen, objekt- und bildseltig von je einer Sammellinse umgeben sind, wobei die objektseitig stehende Sammellinse ein zum Objekt erhabener Meniskus und die bildseitig stehende Sammellinse eine Bikonvexlinse 1st, dadurch gekennzeichnet, daß im Blendenraum in Lichtrichtung hinter der Blende eine dreiteilige Verbundgruppe angeordnet 1st, In welcher eine Bikonkavlinse aus einem Kurzflintglas mit im kurzwelligen Bereich stark verkürzter Dispersion beiderseits von zwei Sammellinsen umschlossen wird, wobei an den Kittflächen des Verbundgliedes die Differenzen der Brechzahlen kleiner als 0,03 und die Differenzen der Abbeschen V -Werte kleiner als 13 sind, fernerhin dadurch gekennzeichnet, daß dicht vor der Bildebene ein streuender Meniskus mit seiner erhabenen Seite zum Bild steht.

2. Objektiv nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Blendenraum hinter der Blende befindliche dreiteilige Verbundglied sammelnd wirkt und eine Brennweite größer als 2f besitzt, daß für den in diesem Verbundglied enthaltenen zur Blende erhabenen Kittradius r_Q die Bedingung

rQ>0,04 · f ΊΔ V _β I

eingehalten 1st, wobei Δ Y_ die Differenz der Abbeschen Zahlen der Gläser an besagtem Kittradlue r_Q darstellt, und daß der in Lichtrichtung hinter dem dreiteiligen Verbundglied stehende Meniskus nahezu afokal ist und eine Brenn weite von betragemäßig größer als 5f aufweist, wobei f die Brennweite des Gesamtsystems darstellt,

3. Objektiv nach Pumkt 2, gekennzeichnet durch die In den Tabellen 1 bis 4 angegebenen Konstruktionselemente· fr

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3.10.1977 GO/Bk

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