DE3315061A1

DE3315061A1 - Abtastobjektiv mit drei linsen

Info

Publication number: DE3315061A1
Application number: DE19833315061
Authority: DE
Inventors: Ernst 8000 München Rothe
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1983-04-26
Publication date: 1984-10-31
Also published as: JPS59208518A; FR2545228A1; NL8400993A; GB8410551D0; FR2545228B1; GB2139376A; GB2139376B; DE3315061C2

Abstract

Beschrieben wird ein Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen, von denen die in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Strahls erste Linse eine positive Linse, die zweite eine zur ersten Linse konkave Meniskuslinse und die dritte eine positive Linse ist, deren an der Abtastfläche zugewandten Fläche konkav oder plan ist. Das erfindungsgemäße Abtastobjektiv zeichnet sich dadurch aus, daß die Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f3 der dritten Linse in einem Bereich liegen, dessen Eckpunkte folgende Wertepaare (f1/f; f1/f3) bilden: (1,570; 1,270) - (1,870; 1,295) (1,725; 1,450) - (1,930; 1,495) oder (1,550; 1,080) - (1,680; 1,120) (1,580; 1,200) - (1,700; 1,240) und daß die Luftabstände d2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d4 zwischen der zweiten und dritten Linse folgende Beziehungen erfüllen: 0,065 </= (d2 + d4)/f </= 0,120 0,85 </= d2/d4 </= 5,0.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2.

Zur Zeit in Bildplattengeräten, "Compactdisc. (CD)" - Spielern oder optischen Speichersystemen verwendete Abtastobjektive haben vier oder mehr Linsen. Aus Kostengründen wäre es jedoch wünschenswert, Abtastobjektive mit nur drei Linsen zu verwenden.

Vorschläge für Abtastobjektive mit nur drei Linsen sind aus den DE-OSen 25 32 787, 27 03 823, 28 48 685, 29 25 737 und 31 34 001 bekannt geworden.

Bei den Abtastobjektiven gemäß den DE-OSen 25 32 787, 29 25 737 sind die in Richtung des auf die Abtastfläche (Speichermedium) auftreffenden Strahls erste und zweite Linse miteinander verkittet. Da ein derartiges Kittglied vergleichsweise kostenaufwendig ist, ergeben derartige Objektive nur geringe Kosteneinsparungen verglichen mit Abtastobjektiven mit vier freistehenden Linsen.

Abtastobjektive mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 sind aus den weiteren obenstehend genannten Druckschriften bekannt.

Bei den Abtastobjektiven gemäß den DE-OSen 27 03 823 und 28 48 685 beträgt die Größenordnung des Luftabstands zwischen der zweiten und dritten Linse (betrachtet in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Abtaststrahls) etwa das 0,7 bis 1,0-fache der Brennweite des Objektivs und ist damit vergleichsweise groß. Hierdurch wird zwar die gewünschte gute Korrektur der Bildfehler und insbesondere des Astigmatismus erzielt, die Schnittweite des Objektivs ist aber nicht so groß, wie es in manchen Einsatzfällen wünschenswert wäre.

Bei dem aus der DE-OS 31 34 001 bekannten Objektiv ist der Luftabstand zwischen der zweiten und dritten Linse kleiner als bei den obenstehend diskutierten Objektiven gewählt. Allerdings sind die Bildfehler insbesondere der Astigmatismus bei diesem Objektiv nicht in der oftmals gewünschten Weise korrigiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtastobjektiv zu schaffen, das kostengünstig herzustellen ist und bei großer Schnittweite eine gute Bildfehlerkorrektur aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Abtastobjektiv gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 ausgegangen wird und die erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Bedingungen eingehalten werden. Durch die Kombinationen der erfindungsgemäßen Bedingungen wird erreicht, daß bei einem Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen kleine Luftabstände und damit eine große Schnittweite bei hervorragender Bildfehlerkorrektur möglich sind. Insbesondere ist die sphärische Aberration und die Koma dritter und fünfter Ordnung korrigiert. Auch ist der Astigmatismus in der Weise korrigiert, wie dies die Einsatzfälle eines Abtastobjektivs erfordern.

Darüberhinaus hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bei einem Abtastobjektiv, bei dem die erfindungsgemäß angegebenen Bedingungen eingehalten sind, übliche Fertigungstoleranzen oder sonstige Abweichungen keinen so großen Einfluß auf die Bildqualität haben, wie dies bei bekannten Objektiven der Fall ist.

Von entscheidender Bedeutung für die Lösung der Aufgabe sowie die weiteren hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Abtastobjektive ist jedoch, daß alle erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt sind. Insbesondere ist es wichtig, daß die Bedingungen für die Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite des Abtastobjektivs und zur Brennweite f3 der dritten Linse gleichzeitig erfüllt sind. Wenn auch nur eine der angegebenen Grenzen überschritten wird, ist es nicht mehr möglich, den Korrektionszustand, der die erfindungsgemäßen Abtastobjektive auszeichnet, aufrecht zu erhalten oder die vergleichsweise große Unempfindlichkeit gegen Toleranzen zu erhalten.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Ansprüchen 3 - 13 sind vorteilhafte Einschränkungen der in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Bereiche gekennzeichnet. Hierdurch werden die guten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Objektive weiter verbessert.

Durch die Wahl der Radien gemäß einem der Ansprüche 14 folgende werden die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Objektive weiter gesenkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Abtastobjektivs.

Das Abtastobjektiv besteht aus drei freistehenden Linsen 1, 2 und 3. Eine planparallele Glasplatte 4 deckt eine Abtastfläche 5, beispielsweise eine Bildplatte oder eine "Compactdisc." ab. Die Glasplatte 4 ist vorteilhafterweise in die Korrektur des Objektivs mit einbezogen.

Die Krümmungsradien der einzelnen Flächen des Objektivs sind mit ri (i = 1..8), die Linsendicken bzw. Luftabstände mit di, die Brechzahlen der Linsen mit ni und die Abbe'sche Zahl mit vi bezeichnet.

Die Tabellen 1 - 5 zeigen Werte dieser Größen für verschiedene Ausführungsbeispiele. Die Ausführungsbeispiele sind monochromatisch für Wellenlängen aus dem Bereich von etwa 750 nm bis etwa 850 nm korrigiert. Deshalb sind die Brechzahlen ni für die Wellenlänge 800 nm angegeben. Die aufgrund der monochromatischen Korrektur nur der Vollständigkeit halber angegebenen Abbe'schen Zahlen gelten für die e-Linie.

Zusätzlich enthalten die Tabellen die Werte der Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse 1 zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f3 der dritten Linse 3 sowie die auf die Brennweite des Gesamtobjektivs bezogenen Summen der Luftabstände d2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d4 zwischen der zweiten und dritten Linse sowie die Verhältnisse dieser Luftabstände.

In den Tabellen 1 bis 5 ist die Gesamtbrennweite f jeweils auf 1 normiert. Tatsächlich ausgeführte Abtastobjektive haben eine Brennweite f zwischen etwa 4 und 10 mm, ein Öffnungsverhältnis zwischen 1 : 0,85 und 1 : 1,5 und

einem Bildwinkel von etwa 0,5 - 2°.

In den Tabellen 1 bzw. 2 sind verschiedene Ausführungsbeispiele angegeben, deren Werte für f1/f, f1/f3, (d2 + d4)/f und d2/d4 die erfindungsgemäß angegebenen Bereiche abdecken.

Anhand der Tabellen 3 und 4 soll demonstriert werden, daß die erfindungsgemäß angegebenen Bedingungen tatsächlich ein universelles Konstruktionsprinzip für Abtastobjektive gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 darstellen.

Die Tabelle 3 ist der Wert für das Verhältnis der Brennweite f1 zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs in etwa konstant auf dem Wert 1,724 gehalten. Wie man leicht sieht, ist es - auch wenn ein Wert fest vorgegeben wird - möglich, gut korrigierte Abtastobjektive, die die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe lösen und auch die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung haben, zu schaffen, bei denen die restlichen Werte innerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Bereiche variieren. Beispielsweise durchläuft das Verhältnis f1/f3 den Bereich von etwa 1,3 bis 1,45.

In Tabelle 4 sind zusätzlich zum Wert f1/f die Werte (d2 + d4)/f und d2/d4 in etwa konstant gehalten. Dennoch ist es möglich, Abtastobjektive zu schaffen, deren Wert für f1/f3 den gesamten erfindungsgemäßen Bereich durchläuft.

Damit ist offensichtlich, daß es sich bei den erfindungsgemäß angegebenen Bedingungen um ein echtes Konstruktionsprinzip handelt, das es dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres erlaubt, Abtastobjektive mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 derart auszubilden, daß es bei großer Schnittweite (und damit geringer Baulänge) eine hervorragende Korrektur der Bildfehler und darüber hinaus eine Unempfindlichkeit gegen Aufbautoleranzen aufweist.

Tabelle 1

Tabelle 3

Tabelle 4

Claims

1. Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen, von denen die in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Strahls erste Linse (1) eine positive Linse, die zweite (2) eine zur ersten Linse konkave Meniskuslinse und die dritte (3) eine positive Linse ist, deren der Abtastfläche zugewandte Fläche konkav oder plan ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f3 der dritten Linse in einem Bereich liegen, dessen Eckpunkte folgende Wertepaare (f1/f; f1/f3) bilden: und daß die Luftabstände d2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d4 zwischen der zweiten und dritten Linse folgende Beziehungen erfüllen:

0,065 </= (d2 + d4)/f </= 0,120

0,85 </= d2/d4 </= 5,0

2. Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen, von denen die in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Strahls erste Linse (1) eine positive Linse, die zweite (2) eine zur ersten Linse konkave Meniskuslinse und die dritte (3) eine positve Linse ist, deren der Abtastfläche zugewandte Fläche konkav oder plan ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f3 der dritten Linse in einem Bereich liegen, dessen Eckpunkte folgende Wertepaare (f1/f; f1/f3) bilden: und daß die Luftabstände d2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d4 zwischen der zweiten und dritten Linse folgende Beziehungen erfüllen:

0,065 </= (d2 + d4)/f </= 0,120

0,85 </= d2/d4 </= 5,0

3. Abtastobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,180 </= f3/f </= 1,390

erfüllt ist.

4. Abtastobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,240 </= f3/f </= 1,320

erfüllt ist.

5. Abtastobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,260 </= f3/f </= 1,300

erfüllt ist.

6. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,280 </= f1/f3 </= 1,375

erfüllt ist.

7. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,295 </= f1/f3 </= 1,365

erfüllt ist.

8. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,680 </= f1/f </= 1,820

erfüllt ist.

9. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,710 </= f1/f </= 1,800

erfüllt ist.

10. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,720 </= f1/f </= 1,795

erfüllt ist.

11. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,5 </= d2/d4 </= 4,0

erfüllt ist.

12. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

2,0 </= d2/d4 </= 3,5

erfüllt ist.

13. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 2 - 5 oder 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

1,600 </= f1/f </= 1,670

erfüllt ist.

14. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r1 - r4 die Bedingung

1,2f </= |r1| |r4| </= 7,0f

erfüllen.

15. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r1 - r4 die Bedingung

1,3f </= |r1| |r4| </= 5,5f

erfüllen.

16. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r1 - r4 die Bedingung

1,4f </= |r1| |r4| </= 4,5f

erfüllen.

17. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r5 die Bedingung

0,6f </= r5 </= 0,95f

erfüllt.

18. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r5 die Bedingung

0,75f </= r5 </= 0,88f

erfüllt.

19. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r5 die Bedingung

r5 = (0,82 +/- 0,025)f

erfüllt.

20. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r2 die Bedingung

|r2| >/= 2,8 f

erfüllt.

21. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutwerte der Krümmungsradien der beiden Flächen der ersten Linse in etwa gleich sind.

22. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der ersten Fläche (r3) der zweiten Linse (2) auf der zweiten Fläche (r2) der ersten Linse (1) aufliegt.

23. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Platte (4) in die Korrektur mit einbezogen ist.

24. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 - 22, gekennzeichnet durch Konstruktionsdaten ri, di, ni gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 - 41.

25. Abtastobjektiv nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die Werte von vi gemäß dem entsprechenden Ausführungsbeispiel.