DE3818373C2

DE3818373C2 -

Info

Publication number: DE3818373C2
Application number: DE3818373A
Authority: DE
Inventors: Minoru Kobe Hyogo Jp Oda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1992-09-10
Also published as: US4854686A; GB2205415A; GB8810794D0; GB2205415B; DE3818373A1; JPS63305315A; JPH0795142B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Apochromaten, der für astronomische Teleskope, als photographisches Teleobjektiv usw. verwendbar ist.

Als Achromaten für Teleobjektive sind Linsenanordnungen bekannt, bei denen zwei Linsen aus verschiedenen Arten optischer Gläser kombiniert sind. Bei den sogenannten Apochromaten werden drei oder mehr Arten optischer Gläser verwendet und es wird das sekundäre Spektrum der Achromaten vermieden, so daß die Brennpunkte der Linien C (λ=6563 Å), D (λ=5893 Å) und F (λ=4861 Å) zusammenfallen. Das hier genannte sekundäre Spektrum der Achromaten ist ein Unterschied in den Brennpunkten der Linien C, F und D. Die Linien C, D und F sind dunkle Fraunhofer-Linien im Sonnenspektrum. Diese dunklen Linien liegen in den Farben orange, gelb und dunkelblau. Der erwähnte Apochromat hat eine wesentlich kleinere restliche chromatische Aberration bzw. ein kleineres sekundäres Spektrum als ein Achromat und ist in der Auflösung hervorragend, jedoch extrem schwierig herzustellen und daher sehr teuer.

Deshalb ist bereits vorgeschlagen worden, ein optisches Glas neuer Art mit geringer Dispersion dazu zu verwenden, ein Objektiv herzustellen, dessen Leistungsfähigkeit bezüglich der restlichen chromatischen Aberration nahe an einem Apochromaten liegt, während es bezüglich des Aufbaues ein Achromat ist. Ein solches Objektiv wird ein Halbachromat genannt und hat eine restliche chromatische Aberration, die einen Bruchteil der Aberration eines üblichen Achromaten beträgt, und kann zur Herstellung eines Teleobjektives guter Qualität bis zu einer Öffnung von 10 cm verwendet werden.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt den typischen Verlauf der chromatischen Aberration der erwähnten Objektive.

Es ist jedoch sehr schwer, einen herkömmlichen Apochromaten mit sehr kleiner restlicher chromatischer Aberration und guter Auflösung mittels dreier Arten optischer Gläser herzustellen.

Für einen Halbapochromaten ist es unbedingt erforderlich, daß die restliche chromatische Aberration um so kleiner ist, je größer die Öffnung bzw. das Öffnungsverhältnis ist. Es ist sehr schwierig, ein Teleobjektiv mit großer relativer Öffnung und hoher Abbildungsleistung herzustellen, das kompakt ist.

Bei einem Halbapochromaten ist daher die maximale verfügbare Öffnung für eine Brennweite von 1 m etwa 10 cm. Wenn die Öffnung zu 15 cm gewählt wird, sollte die Brennweite 2 m oder größer sein, um ein Objektiv guter Qualität zu erhalten.

Mit dem beschriebenen Halbapochromaten aus optischen Gläsern geringer Dispersion ist es daher nicht möglich, ein kompaktes und leistungsfähiges Teleobjektiv mit einer Öffnung von mehr als 15 cm zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objektiv des Apochromat-Typs zu schaffen, mit dem ein kompaktes und leistungsfähiges Teleobjektiv großer relativer Öffnung einfach aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Apochromaten gelöst, der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale aufweist, d. h. durch Hinzufügen einer achromatischen Linsengruppe zu einem Halbapochromaten.

Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes apochromatisches Objektiv wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die restliche chromatische Aberration verschiedener Arten von Teleobjektiven; und

Fig. 2 die Ansicht eines erfindungsgemäßen Objektives vom Apochromat-Typ.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Apochromaten. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet dabei eine positive Linse der ersten, halbapochromatischen Linsengruppe, 2 eine negative Linse der ersten Gruppe, die an der Bildseite der positiven Linse 1 angeordnet ist, 3 die positive Halbapochromat-Linsengruppe, die aus der positiven Linse 1 und der negativen Linse 2 besteht, 4 eine negative Linse der zweiten, achromatischen Linsengruppe, die in einem Abstand hinter der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 angeordnet ist, und 5 eine positive Linse der zweiten Linsengruppe, die an der Bildseite und nahe der negativen Linse angeordnet ist.

Der Apochromat besteht somit aus der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6.

Die Brennweite der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 wird mit f₁, die restliche chromatische Aberration dieser Linsengruppe mit K₁, die Brennweite der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 mit f₂ und die restliche chromatische Aberration dieser Linsengruppe mit K₂ bezeichnet.

Bei der erwähnten restlichen chromatischen Aberration wird z. B. die Brennweite der Linie C gleich der der Linie F gemacht, wobei diese Brennweite mit f_{C, F} und die Brennweite bezüglich der Linie D mit f_D bezeichnet wird. Dann ist K, mit dem K₁ und K₂ verknüpft sind, definiert durch

Es ist anzumerken, daß die Definition der Gleichung (1) nur für eine bessere Erläuterung vorgenommen wurde.

Es sei L der Luftabstand zwischen der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6. Die Bedingung dafür, daß die Brennpunkte der drei Wellenlängen der Linien C, D und F zusammenfallen und die chromatische Aberration auf der Achse korrigiert ist, kann durch

erhalten werden.

Mit der Einhaltung dieser Bedingung bilden die positive Linse 1 und die negative Linse 2 der ersten Linsengruppe die halbapochromatische, positive Linsengruppe 3, die auch ein Objektiv bilden kann, das für sich verwendet wird.

Durch die Kombination der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6, die dahinter in einem Abstand angeordnet ist, wird ein apochromatisches Objektiv mit einer größeren Brennweite gebildet, als es der Fall ist, wenn die halbapochromatische, positive Linsengruppe 3 allein für das Objektiv verwendet wird.

Für ein konkretes Zahlenbeispiel sei

f₁=1, f₂=1, K₂/K₁=5. (3)

Dann ist

L=0,553. (4)

Der Wert M für die Verlängerung der Brennweite durch die negative Achromat-Linsengruppe 6 ist gleich

M=1,81, (5)

was eine geeignete Größe ist. Dies führt zu einer Verringerung der Gesamtlänge des Objektivs relativ zu seiner Brennweite.

Für ein praktisch besonders vorteilhaftes Zahlenverhältnis ist L/f₁ vorzugsweise mehr oder weniger gleich 0,5. Diese Bedingung kann erfüllt werden durch

Wenn L/f₁ nahe bei 1 liegt, kann die achromatische, negative Linsengruppe 6 stark verkleinert werden, die chromatische Aberration (die Aberration der Schnittweite für die D-Linie bezüglich der Schnittweite der Linien C und F) wächst dabei aber stark an.

Wenn L/f₁ extrem klein ist, wird das Objektiv zu einem gewöhnlichen Apochromaten, und die achromatische, negative Linsengruppe 6 wird groß. Dabei gehen die wirtschaftlichen Vorteile und der Effekt der Verkleinerung der Gesamtlänge verloren.

Durch die Anordnung der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 in einem gewissen Abstand voneinander wird auch die Freiheit für die Korrektur von außeraxialen Aberrationen erhalten. Der Wert l/f₁ ist nach dem Vorstehenden vorzugsweise nicht extrem nahe an 0 oder 1.

Die Sammellinse 1 und die zerstreuende Linse 2 in der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und die zerstreuende Linse 4 und Sammellinse 5 in der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 sind in der in der Fig. 1 gezeigten Reihenfolge angeordnet, d. h. von links in der Reihenfolge positiv, negativ, negativ und positiv. In der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 kann jedoch jeweils auch die Anordnung der Linsen vertauscht sein.

Damit ist eine Korrektur der primären chromatischen Aberration (der chromatischen Aberration zwischen den Schnittweiten für die Linie C und die Linie F) möglich. Die Korrektur kann durch Einstellen des gegenseitigen Abstandes zwischen der negativen Linse 4 und der positiven Linse 5 in der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 erfolgen. Es ist anzumerken, daß die Anordnung der Linsen in der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und in der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 zu der Darstellung der Fig. 1 umgekehrt werden kann, so daß die Linsen von links in der Reihenfolge negativ, positiv, positiv und negativ angeordnet sind. Wenn die Anordnung der Linsen in der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 und der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 vertauscht wird, werden dennoch die gleiche Arbeitsweise und die gleichen Auswirkungen erhalten.

Die restliche chromatische Aberration der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe 3 wird durch die achromatische, negative Linsengruppe 6 korrigiert, die auf der Bildseite der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe angeordnet ist, um die Brennweite dieser Linsengruppe 3 zu verlängern.

Die primäre chromatische Aberration wird durch Einstellen des gegenseitigen Abstandes zwischen der zerstreuenden Linse 4 und der Sammellinse 5 in der achromatischen, negativen Linsengruppe 6 erhalten.

Erfindungsgemäß ist der Apochromat daher so aufgebaut, daß die achromatischen, negative Linsengruppe auf der Bildseite der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe in einem Abstand dazu angeordnet ist. Die achromatische, negative Linsengruppe ist im Vergleich zu der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe sehr billig. Die restliche chromatische Aberration der halbapochromatischen, positiven Linsengruppe wird durch die achromatische, negative Linsengruppe vorteilhaft korrigiert und die Brennweite ist verlängert, womit ein kompaktes und leistungsfähiges Teleobjektiv mit großer relativer Öffnung kostengünstig hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß im Vergleich zu den herkömmlichen Apochromaten auch eine Korrektur der außeraxialen Aberrationen erfolgen kann. Die Erfindung kann auch zur Verbesserung bereits bestehender Halbapochromaten verwendet werden, und die achromatische, negative Linsengruppe kann dazu vorgesehen werden, wahlweise angebracht oder entfernt zu werden, so daß von einem langbrennweitigen Apochromat auf einen kurzbrennweitigen Halbapochromat und umgekehrt umgeschaltet werden kann.

Claims

1. Apochromat, gekennzeichnet durch eine erste, halbapochromatische Linsengruppe (3) positiver Brechkraft mit zwei Linsen, nämlich einer Sammellinse (1) und einer zerstreuenden Linse (2) und durch eine zweite, achromatische Linsengruppe (6), die aus zwei Linsen besteht, nämlich einer zerstreuenden Linse (4) und einer Sammellinse (5), und die auf der Bildseite der ersten, halbachromatischen Linsengruppe (3) in einem Abstand dazu angeordnet ist, wobei die erste, halbachromatische Linsengruppe und die zweite, achromatische Linsengruppe folgende Bedingung erfüllen: wobei f₁, f₂ die Brennweiten der ersten bzw. zweiten Linsengruppe und K₁, K₂ die Werte der restlichen chromatischen Aberration der ersten bzw. zweiten Linsengruppe sind sowie L der Abstand zwischen den Linsengruppen ist.

2. Apochromat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

3. Apochromat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Anordnung der positiven und negativen Linse in der achromatischen, negativen Linsengruppe (6) und in der halbachromatischen Linsengruppe (3) jeweils vertauscht ist.