DE4310660A1 - 3 linsige Apochromate mit optischen Gläsern (FK-Objektive) - Google Patents

Description

Eine höhere Abbildungsleistung eines optischen Systems kann oft nur durch den Einsatz von Sondermedien, zu denen Flußspat und die Fluorphosphatgläser zu zählen sind, erreicht werden. Die optischen Eigenschaften von Flußspat sind seit langem bekannt. Die ersten Versuche, Flußspat einzusetzen (1886), gehen auf Abbe zurück. Diesem standen nur natürliche Kristalle in relativ kleinen Abmessungen zur Verfügung. Die Flußspatlinsen wurden in 2- und 3fach-Gruppen, vor allem in hochwertigen Mikroskopobjektiven, eingesetzt. Damit begann die Entwicklung einer Bearbeitungstechnologie. Diese ist heute nahezu ausgereift. Doch erst von dem Zeitpunkt an, als dieses Flußspatmaterial in guter Qualität und großen Abmessungen bereitgestellt werden konnte (Kristallzucht), war es für optische Systeme größeren Durchmessers, also auch für Fernrohrapochromate, interessant geworden.

Flußspat ist ein natürliches, nicht hygroskopisches, stabiles Mineral mit ausgeprägter Kristallstruktur (kubisch spaltend) und hoher relativer Weichheit. Der Einsatz dieses empfindlichen Materials erfordert spezielle technologische Verfahren der Bearbeitung, besonders bei der Politur, Temperaturbehandlung und mechanischer Stoßbelastung.

Dennoch schien Flußspat für größere, beugungsbegrenzte optische Systeme nicht geeignet zu sein, da die notwendige Oberflächengüte der optischen Fläche ohne hohen bis extremen Aufwand nicht wie bei Glas gelingt. Besonders angespannte oder extrem genaue Oberflächen bereiten technologische Schwierigkeiten. Durch Struktur, Spaltbarkeit- und Härteanisotropien kann es an der Oberfläche zu unerwünschten Mikrostrukturen kommen. Diese wirken sich dann störend auf die Wellenfront aus. Eine beugungsbegrenzte Abbildung ist damit beeinträchtigt, bzw. der technologische Aufwand ist sehr groß.

Die Versuche, ein eigenständiges, geschlossenes Objektiv zu entwickeln, führten 1984/85 auch zu dem APQ (G02B 280 684 0/DD 2 41 142 A1).

Die Kristalle können durch analoge Gläser nur bedingt ersetzt werden, da diese andere optische Eigenschaften aufweisen. Verschiebt man z. B. die Synthese der FK-Gläser in Richtung der optischen Eigenschaften von Flußspat, nimmt die Kristallisationsanfälligkeit stark zu. Durch die Glasstruktur wird die anormale Teildispersion des Flußspates nicht erreicht.

Mit FK-Gläsern gibt es auch sehr gute Lösungen für Apochromate. Sie sind den Flußspatobjektiven optisch völlig gleichwertig bzw. in ihrer optischen Leistung überlegen.

Die gezielte Glasauswahl ist sehr aufwendig und mit nur paraxialen Ansatzrechnungen nicht mehr ordentlich zu bewältigen. Diese Suche nach den optimalen Partnergläsern ist notwendig, um besonders bei der geschlossenen Objektivbauform Öffnungsfehler und Isoplanasie völlig auszukorrigieren.

Die FK-Objektive bestehen jeweils aus einer Linse Fluorphosphatglas, die anderen beiden Linsen sind aus normalen Krongläsern.

Das FK-Objektiv ist ein Kompaktobjektiv. Hier zeigt sich, daß der hochwertige und ebenso teure Flußspat durch moderne Fluorphosphatgläser ersetzt werden kann. Dieses FK-Glas muß nicht einmal die extremen Flußspateigenschaften erreichen.

Die Brechkraftverteilung des FK-Objektes ist ähnlich der eines Fluoritobjektivs. Die Bildgüte beider Objektive ist den Fluoritobjektiven gleichwertig bzw. "leicht" überlegen, doch dies ist praktisch kaum mehr nachweisbar.

Wichtig ist für Apochromate die Glasauswahl. Differenzen in den Teildispersionen haben Farbfehler zur Folge. Auszuwählen sind deshalb Partnergläser, deren Teildispersion im genutzten Spektralbereich einen dem FK-Glas ähnlichen Verlauf aufweist, dies wird durch eine gleiche Materialstruktur begünstigt. Bei Apochromaten müssen die 3 ausgewählten Schnittpunkte des Farblängsfehlers nicht unbedingt im visuellen Spektralbereich liegen, wenn die relativen Abweichungen nicht die wellenoptische Schärfentiefe überschreiten!

Beschreibung der Systeme des Patentanspruchs

Diese Erfindung betrifft Glasapochromate mit hoher Lichtstärke. Die Öffnungsverhältnisse können ohne Deformation bis um 1 : 3 erreichen. Auch kann die 3fach- Gruppe aufgespaltet werden.

Für Systeme mit Öffnungsverhältnissen (lichtstärker als 1 : 3) können zusätzliche optisiche Elemente zur Bildfehlerkorrektur eingesetzt werden. Für Öffnungsverhältnisse von ca. 1 : 15 an lohnt der Einsatz der FK-Gläser nicht mehr, ist aber möglich.

Durch die gleiche Materialstruktur (alles optische Gläser) ist eine gute bis sehr gute Korrektion des sekundären Spektrums möglich. Besonders im blauen bis UV- Grenzbereich des Spektrums sind bessere Ergebnisse als mit der Kombination Flußspat/optisches Glas erreichbar.

Neben den ZK-Gläsern sind besonders auch die im gleichen Bereich des Glasdiagramms liegenden (K-)Krongläser geeignet. Weiterhin trifft dies auch auf einige BAK-Gläser zu (Anspruch 7).

Claims (7)

1. 3-linsiges Objektiv der Gruppe mit den folgenden möglichen Konstruktionsparametersätzen 1A und 1B.

2. 3-linsiges Objektiv oder Gruppe nach Anspruch 1, die FK-Gläser sind austauschbar, Ohara FPL kombiniert mit Mainz ZK und Mainzer FK kombiniert mit Ohara ZSL.
Es sind somit folgende Glaskombinatioinen möglich, ZKN7 (Mainz), FPL52 (Ohara), ZKN7 (Mainz) und ZSL7 (Ohara), FK52 (Mainz), ZSL7 (Ohara).

3. 3-linsiges Objektiv der Gruppe nach Anspruch 1 und 2, lineare Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Systeme in proportionaler und unproportionaler Form.

4. 3-linsiges Objektiv oder Gruppe nach Anspruch 1, 2 und 3 als Glaskombination auch in Systemen mit Luftspalten.

5. 3-linsiges Objektiv oder Gruppe nach Anspruch 1 bis 4 und offene (Luftspaltsysteme) und geschlossene Apochromate mit positiver und negativer Brennweite.

6. 3-linsiges Objektiv oder Gruppe nach Anspruch 1 bis 5 als Glaskombinationen.

7. 3-linsiges Objektiv oder Gruppe nach Anspruch 1 bis 6, optische Gläser anderer Herstellerr mit analogen Eigenschaften, die in der Brechzahl, Abbezahl und Teildispersion weniger als 10% abweichen.