DE4107070A1 - Zweiteiliger, farbfehlerfreier planachromat - Google Patents

Description

Die Erfindung ist als Mikroskopobjektiv für Normalfeld für den gesamten sichtbaren und angrenzenden IR-Spektralbereich, insbesondere für Meßzwecke mit hochauflösenden Aufnahmematerialien geeignet.

In der neueren Zeit sind zahlreiche Planapochromate und Achromate entwickelt worden, die CVD-frei und für Tubuslänge ∞ gerechnet sind und deren sekundäres Spektrum gering ist. Allerdings werden diese ausgezeichneten Korrekturen nur für einen begrenzten, der visuellen Beobachtung angepaßten Wellenlängenbereich innerhalb der Tiefenschärfe garantiert. Die bekannten stärkeren Systeme haben Restfarbfehler über dem gesamten Feld und die Definitionshelligkeiten der Feldpunkte sinken bereits an den Grenzbereichen des sichtbaren Spektrums ab. Außerdem sind diese Systeme kompliziert aufgebaut und es werden teure und extreme Sondergläser bzw. Kristalle verwendet.

Folgende allgemeine Konstruktionsprinzipien für derartig extrem korrigierte optische Systeme sind bekannt:

• - Durch Überkorrektion eines vorderen positiven Systemteils und Verknüpfung mit einem entsprechenden hinteren Systemteil als inverses "achromatisches" Kittglied mit Flintglas in der positiven Linse und Kronglas in der negativen Linse wird der Unterschied in den Winkeln für die blaue und rote Farbe beseitigt.
• - Zur apochromatischen Korrektur werden zwei spiegelbildliche Kittglieder eingesetzt, die jeweils aus Verkittung einer Sammellinse von großer Brechkraft, z. B. aus Flußspat oder flußspatähnlichem Material, und einer Zerstreuungslinse aus einem Glas mit hoher Dispersion bestehen.
• - Zur Bildfeldebnung ist es bekannt, in derartigen optischen Systemen als Frontglied einen dicken positiven Meniskus aus hochbrechendem Schwerflint einzusetzen.

Darauf gründen sich zahlreiche Planaprochromate und Achromate, die alle mit den eingangs genannten Nachteilen behaftet sind.

Die Erfindung hat einen Planachromaten zum Ziel, der einfach aufgebaut ist, aus kostengünstigen Materialien besteht und der im gesamten visuellen und angrenzenden IR-Spektralgebiet einsetzbar und korrigiert ist und für hochgenaue Meßzwecke geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hochauflösenden Planachromaten zu schaffen, der im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm keinerlei Farbfehler aufweist. Außerdem sind unendliche Bildweite, kleiner Durchmesser der Bauteile, großer Objektabstand, sowie in Verbindung mit der Tubuslinse Telezentrie für die Pupillenlage zu gewährleisten. Diese Aufgabe löst erfindungsgemäß ein zweiteiliger, farbfehlerfreier Planachromat für ∞ Tubuslänge durch objektseitig den ersten Teil beginnend mit einem dicken positiven Meniskus aus hochbrechendem Schwerflint als Frontlinse und desweiteren enthaltend zwei zweilinsige Kittgruppen, deren einander zugekehrte Sammellinsen aus CaF₂ bzw. flußspatähnlichem Glas und deren Zerstreuungslinsen aus Schwerflint bestehen und mit einem abschließenden hinteren Systemteil als inverses achromatisches Kittglied mit Schwerflint in der Sammellinse und Kronglas in der Zerstreuungslinse und desweiteren dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sammellinsen der Kittglieder eine dicke Sammellinse aus CaF₂ bzw. flußspatähnlichem Glas angeordnet ist und daß die Frontlinse, die Zerstreuungslinsen der beiden Kittglieder und die Sammellinse des hinteren Systemteils aus gleichem oder ähnlichem Schwerflint bestehen, dessen Wert ΔP g, F′=+0,012±0,002, die Abweichung der relativen Teildispersion von der Normalgeraden bezeichnet und daß die den hinteren Systemteil abschließende Zerstreuungslinse einen Wert ΔP g, F′=0±0,006, einen n_e-Wert=1,46±0,03 und einen - ν_e-Wert=67±2 hat.

Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß außer den für apochromatische Korrektion günstigen Materialkombinationen von Flußspat und Schwerflinten ein Kompensationsglied verwendet wird, das mit einem größeren Luftabstand, der vor allen Dingen die chromatische Vergrößerungsdifferenz beeinflußt, nach dem vorderen System angeordnet ist. Das vordere System erzeugt dabei seine Austrittspupille vor das Kompensglied, dessen erster Fassungsrand damit als Aperturblende dienen kann. Mit dieser Blendenlage läßt sich durch die gewählte Form des Kompensgliedes die Verzeichnung korrigieren und günstigen Einfluß auf Koma- und Astigmatismuskorrektion ausüben.

Diese nötige Form des Kompensationsgliedes, nämlich dicke Sammellinse und dünnste Zerstreuungslinse, führt erfindungsgemäß zu einer restlosen Kompensation des sekundären Spektrums für alle Wellenlängen von 400 bis 800 nm, wenn die dicke Sammellinse aus dem gleichen Material wie die Zerstreuungslinsen des Vorderteiles besteht. In diesem Falle heben sich die Wirkungen der partiellen Dispersion des Materials gerade auf, wobei die geringen partiellen Dispersionen des Flußspates des Vorderteiles, der die sammelnde Wirkung des gesamten Systems erzeugt, durch die größere partielle Disperion der zerstreuenden Linse des Kompensationsgliedes kompensiert wird. Auf diese Weise wird eine superchromatische Korrektion erzielt, ohne daß auf mehrere komplizierte optische Medien zurückgegriffen werden muß, die nur mehrere Wendepunkte in der Farblängskorrektion von 400 bis 800 nm erzeugen würden. Durch die Hauptkompensation des Restes des sekundären Spektrums mit einem einfachen Schwerflintglas kann dieses mit einer möglichst hohen Brechzahl verwendet werden (soweit es die Transmission zuläßt), was für die Korrektion der Petzvalsumme wichtig ist (1. Linse des Vorderteils und 1. Linse des Kompensationsgliedes) zur Bildfeldebnung, während mit der Wahl einer hohen Grunddispersion (kleine Abbesche Zahl ν) mit wenig Linsen bzw. Gliedern des Gesamtsystems ausgenommen wird, um möglichst kleinen Durchmesser zu erhalten, hohe Transmission zu gewährleisten und wenig Falschlicht zu erzeugen. Erfindungsgemäß besteht das Vordersystem aus einer geringstmöglichen Linsenzahl, realisiert durch die Folge Einzellinse-Kittglied aus 2 Linsen - Einzellinse-Kittglied aus 2 Linsen, wobei die erste Linse aus dem oben angegebenen Schwerflint zur Korrektion der chromatischen Vergrößerungsdifferenz besteht, die beiden Kittglieder aus Schwerflint und Flußspat bzw. flußspatähnlichem Glas und die 2. Einzellinse ebenfalls aus Flußspat bzw. flußspatähnlichem Glas bestehen. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Kompensationsgliedes mit gleichen Schwerflint ist es möglich, den vorderen Teil des optischen Systems als Kombination von Schwerflint und Flußspat auszuführen, das dadurch mit der angegebenen geringsten Anzahl von Linsen auskommt und trotzdem die gewünschte Bildleistung erreicht. Da jede optisch wirkende Außenfläche mehrere Funktionen zu erfüllen hat, ergibt sich auch eine günstige Formgestaltung betreffs Reflexe im Auflichtbeleuchtungsstrahlengang, indem keine Fläche konzentrisch bzw. in Annäherung konzentrisch zum Strahlengang des Objektes oder der Pupille steht.

Die Erfindung wird mit zwei Ausführungsbeispielen anhand zweier Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen Linsenschnittbilder des erfindungsgemäßen Planachromaten.

Der allgemeine, erfindungsgemäße Aufbau der beiden Ausführungsbeispiele s. Fig. 1 und 2 ist gleich, die unterschiedlichen Konstruktionsdaten sind in den zugehörigen Tabelle 1 und 2 enthalten. In den Tabellen sind außer den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Linsen auch die Parameter für jeweils eine passende 4linsige Tubuslinse mit zwei Glaswegen angegeben. Die Tubuslinsen sind in an sich bekannter Weise zu konstruieren, in der Tabelle sind die Linsen bzw. Glaswege mit T_j gekennzeichnet.

Entsprechend Fig. 1 bzw. 2 sind längs einer optischen Achse 0-0 Linsen L₁ bis L₈ angeordnet. Die Linsen sind entsprechend der zugehörigen Tabelle 1 und 2 mit den Konstruktionsdaten durch ihre Krümmungsradien r_i, ihre Scheiteldicken d_j und die Angabe ihrer Materialien eindeutig gekennzeichnet. Luftabstände zwischen den Linsenscheiteln sind mit 1 bezeichnet. Die Numerierung erfolgt jeweils fortlaufend von der Objektseite 0 bis zur Bildseite 0′ und die Längenangaben sind in mm angegeben.

In Tabelle 3 sind die wesentlichen Leistungsparameter der beiden Ausführungsbeispiele 1 und 2 angegeben. Fig. 3 zeigt die entsprechenden Lagen der Einstellebenen in Abhängigkeit von den Wellenlängen, wobei T=0,000546 mm (Apertur)² ein Maß für die Tiefenschärfe ist.

Zweckmäßig werden bei der Wahl der Brennweiten der einzelnen Linsen bzw. Glieder sowie der Durchbiegung die Restfehler der zum Einsatz kommenden Tubuslinse mit beachtet, denn nur so kann das optische System Objektiv-Tubuslinse sowohl den gewünschten Abbildungsmaßstab zwischen Objekt und Empfänger herstellen, als auch durch den Abstand der Tubuslinse vom Objektiv die Pupillentelezentrie hergestellt werden bei Korrrektion der außeraxialen Bildfelder, deren Korrektion vom Abstand der Tubuslinse vom Objektiv mit beeinflußt wird.

Die angegebenen Ausführungsbeispiele lassen sich durch geringe Änderungen der Radien und Distanzen auch zu anderen Tubuslinsen anpassen, außerdem besteht die Möglichkeit, die Anpassung zu einer theoretisch ideal korrigierten Tubuslinse durchzuführen. Nach den Erfordernissen des speziellen Einsatzes des vorgestellten Objektivtyps kann dieser mit ähnlichem Aufbau und identischen optischen Medien für Objektive der Aperturen 0,3 und 0,6 verwendet werden, wobei die bildseitigen Bedingungen die gleichen sind, d. h. gleichgroßes Bildfeld und Bildfehlerkorrektion. Durch den erfindungsgemäßen einfachen Aufbau der Objektive sowie der einfachen optischen Medien sind sie gut reproduzierbar und ökonomisch günstig herstellbar. Ihre Leistungsparameter lassen eine weitgefächerte Anwendung in vielen Meßgeräten, manche Verfahren können erst durch den Einsatz von Objektiven effektiv arbeiten, bei denen mittels einer automatischen Fokussierung alle Wellenlängen zwischen 400 und 800 nm scharf abgebildet werden, die Feldkorrektion elektronischen Empfängern angepaßt ist und keine Detailverzerrung auftreten.

Claims (3)

1. Zweiteiliger, farbfehlerfreier Planachromat für ∞ Tubuslänge, objektseitig den ersten Teil beginnend mit einem dicken positiven Meniskus aus hoch brechendem Schwerflint als Frontlinse und desweiteren enthaltend zwei zweilinsige Kittgruppen, deren einander zugekehrte Sammellinsen aus CaF₂ bzw. flußspatähnlichem Glas und deren Zerstreuungslinsen aus Schwerflint bestehen und mit einem abschließenden hinteren Systemteil als inverses achromatisches Kittglied mit Schwerflint in der Sammellinse und Kronglas in der Zerstreuungslinse, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sammellinsen (L₃, L₅) der Kittglieder eine dicke Sammellinse (L₄) aus CaF₂ bzw. flußspatähnlichem Glas angeordnet ist und daß die Frontlinse (L₁), die Zerstreuungslinsen (L₂, L₆) der beiden Kittglieder und die Sammellinse (L₇) des hinteren Systemteils aus gleichem oder ähnlichem Schwerflint bestehen, dessen Wert ΔP g, F′=+0,012±0,002, die Abweichung der relativen Teildispersion von der Normalgeraden bezeichnet und daß die den hinteren Systemteil abschließende Zerstreuungslinse (L₈) eine Wert ΔP g, F′=0±0,006, einen n_e-Wert=1,46±0,03 und einen ν_e-Wert=67±2 hat.

2. Zweiteiliger, farbfehlerfreier Planachromat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende konkrete Konstruktionsdaten:

Tabelle 1 (Fig. 1)

Panachromat 13×/0,3

3. Zweiteiliger, farbfehlerfreier Panachromat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende konkrete Konstruktionsdaten:

Tabelle 2 (Fig. 2)

Panachromat 26×/0,6

Tabelle 3 (alle Werte sind auf die gleiche Auffangebenenlage bezogen)