DE845415C

DE845415C - Ultraviolet permeable optical system

Info

Publication number: DE845415C
Application number: DEO644D
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl-Ing Franz; Richard Hasenmiller
Original assignee: Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Current assignee: Optische Werke CA Steinheil Soehne GmbH
Priority date: 1941-10-31
Filing date: 1941-10-31
Publication date: 1952-07-31

Description

Ultraviolettdurchlässiges optisches System 1)ie vorliegende Erfindung bezieht sich auf ultraviolettdurchlässige Objektive, die für einen großen Wellenlängenbereich apochromatisch korrigiert sind.Ultraviolet Transmissive Optical System 1) The present invention refers to ultraviolet transmissive lenses that cover a wide range of wavelengths are apochromatically corrected.

Es ist bekannt. daß ultraviolettdurchlässige Objektive durch die Kombination von Quarz und Fluoriden, z. B. Calcium, Lithium-, Magnesium-, Berylliumfluorid, bzw. Quarz mit Chloriden oder Bromiden von Natrium oder Kalium gebildet werden können. Ferner sind Kombinationen von Fluoriden mit den genannten Chloriden bzw. Bromiden möglich. Derartige Objektive enthalten zwei verschiedene :Materialien. Sind sie aus drei Linsen zusammengesetzt, darin sind immer mindestens zwei Linsen aus <lern gleichen Material verwendet worden. So sind z. B. Systeme bekannt, die aus zwei Quarz- und einer Steinsalzlinse bzw. aus zwei Quarz- und einer Lithiumfluoridlinse bestehen.It is known. that ultraviolet permeable lenses through the combination of quartz and fluorides, e.g. B. calcium, lithium, magnesium, beryllium fluoride, or quartz can be formed with chlorides or bromides of sodium or potassium. There are also combinations of fluorides with the chlorides or bromides mentioned possible. Such lenses contain two different types: Materials. Are they composed of three lenses, in which there are always at least two lenses same material has been used. So are z. B. Systems known that consist of two Quartz and a rock salt lens or two quartz and a lithium fluoride lens exist.

Der Nachteil dieser Objektive, mögen sie nun zwei- oder mehrteilig sein, besteht darin, daß die Farbenkurven im äußeren kurzwelligen Teil sehr ungünstig verlaufen, so daß sich der hinreichend korrigierte Bereich häufig als zu klein erweist. Solche Farbenkurven für einen Wellenlängenbereich von der roten C-Linie bis herab zu igo mu zeigen die Abb. i bis 3, und zwar Abb. i für ein System aus Quarz und Steinsalz, Abb.2 für ein System aus Lithiumfluorid und Steinsalz Abb.3 für ein System aus Lithiumfluorid und Quarz.The disadvantage of these lenses, they now like two or more parts be, is that the color curves in the outer short-wave part are very unfavorable so that the adequately corrected area often turns out to be too small. Such color curves for a wavelength range from the red C-line down Fig. i to 3 show igo mu, namely Fig. i for a system made of quartz and Rock salt, Fig.2 for a system of lithium fluoride and rock salt Fig 3 for a system made of lithium fluoride and quartz.

Diese Kurven zeigen im kurzwelligen Teil starke Ausbauchungen, also ein großes sekundäres Spektrum. Da sich dieses durch Aufteilen einer Linse in zwei oder mehrere Linsen nicht beeinflussen läßt, sind die gezeigten Farbenkurven charakteristisch für alle möglichen, aus den genannten Materialien herstellbaren Achromaten. So wird z. B. jedes Objektiv, das aus Quarz und Lithiumfluorid hergestellt und für den Bereich von 589 m,u bis 18o m,u achrontatisiert ist, eine Farbenkurve nach Abb.3 zeigen, gleichgültig ob die beiden Materialien auf zwei oder mehr Linsen verteilt sind.These curves show strong bulges in the short-wave part, that is a large secondary spectrum. Since this is done by splitting a lens into two or several lenses cannot be influenced, the color curves shown are characteristic for all possible achromatic lenses that can be produced from the materials mentioned. So will z. B. Any lens made from quartz and lithium fluoride and applicable to the field from 589 m, u to 18o m, u is achrontatized, show a color curve according to Figure 3, regardless of whether the two materials are distributed over two or more lenses.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden, indem das Objektiv aus zwei aus ultraviolettdurchlässigem Material hergestellten Achromaten zusammengesetzt wird, von denen der eine im äußeren kurzwelligen Teil des Wellenlängenbereichs eine mit abnehmender Wellenlänge zunehmende, der andere eine abnehmende Brennweite aufweist. Hierbei können als ultraviolettdurchlässige Materialien Quarz, Fluoride, z. B. Calcium-, Lithium-, Magnesium-, Berylliumfluorid, .ferner Chloride bzw. Bromide von Natrium oder Kalium in bekannter Weise Verwendung finden.These disadvantages are avoided by the invention by the lens composed of two achromatic lenses made of ultraviolet-permeable material of which one is in the outer short-wave part of the wavelength range increasing with decreasing wavelength, the other has a decreasing focal length. Here, as ultraviolet-permeable materials, quartz, fluoride, e.g. B. calcium, Lithium, magnesium, beryllium fluoride, as well as chlorides or bromides of sodium or potassium can be used in a known manner.

Es zeigt sich, daß man bei derartig zusammengesetzten ultraviolettdurchlässigen Systemen aus den genannten Materialien zu einem vorzüglich korrigierten System kommt, das über den ganzen Bereich der sichtbaren Bestrahlung bis weit ins ultraviolette Gebiet hinein, mindestens bis zu r8o m,u, ein nur kleines sekundäres Spektrum besitzt. Abb. ,4 zeigt die Farbenkurve dieser neuen, in Abb. 5 bis 7 dargestellten Objektive.It is found that ultraviolet-permeable in such a composite Systems from the materials mentioned come to an excellently corrected system, that over the whole range of visible radiation up to the ultraviolet Area in, at least up to r8o m-u, has only a small secondary spectrum. Fig. 4 shows the color curve of these new lenses shown in Fig. 5 to 7.

Vergleicht man nämlich unter sonst gleichen Bedingungen die aus den physikalisch möglichen ultraviolettdurchlässigen Materialien, wie Quarz, Fluoriden, wie z. B. Calcium-, Lith-ium-, Magnesium- oder Berylliumfluorid, ferner Chloriden bzw. Bromiden von Natrium oder Kalium errechenbaren Achromaten und hält man die Achromasiebedingung für den genannten großen Bereich ein, so kann man feststellen, daß die aus zweierlei Materialien hergestellten Achromaten sich entsprechend ihrer Zusammensetzung in zwei Gruppen aufteilen lassen. Die eine zeigt im kurzwelligen Teil des Spektrums mit abnehmender Wellenlänge eine Zunahme der Brennweite, die andere eine Abnahme. Beispiele hierfür zeigen die Abb. i bis 3, die ohne Schwierigkeiten durch weitere ergänzt werden könnten.If one compares those from the physically possible ultraviolet-permeable materials such as quartz, fluorides, such as B. calcium, lithium, magnesium or beryllium fluoride, also chlorides or bromides of sodium or potassium calculable achromats and one keeps the Achromatic condition for the aforementioned large area, one can determine that the achromats made of two materials are corresponding to their Divide the composition into two groups. One shows in the short-wave Part of the spectrum with decreasing wavelength an increase in the focal length, the others a decrease. Examples of this are shown in Figs. I to 3, which are without difficulty could be supplemented by others.

Die Abb. i und 2 zeigen eine nach links stark ausgebuchtete Farbenkurve, während im Gegensatz hierzu Abb. 3 eine starke Abweichung nach rechts aufweist. Diese interessante Tatsache, die ihre physikalische Begründung in den besonderen Eigenschaften des verwandten Materials findet, wurde bisher nicht beachtet und nicht ausgewertet, da es für die praktische Verwendung der Achromaten an sich im allgemeinen gleichgültig ist, nach welcher Seite die Ausbuchtung der Farbenkurve liegt. Allein störend wirkt zunächst nämlich nur das Vorhandensein und die Größe des sekundären Spektrums. Berechnet man daher die leiden verschiedenartig zusammengesetzten Achromaten in der Weise, daß die Ausbuchtung der Farbenkurve im gleichen Wellenlängenbereich liegt und von entsprechender Größe, aber entgegengesetzt gerichtet ist, so erhält man erfindungsgemäß bei Zusammensetzung dieser beiden Achrontaten eine Farbenkurve, die für den genannten großen Bereich weitgehend geebnet ist, wie Abb..4 es zeigt.Figs. I and 2 show a color curve that is strongly bulged to the left, while in contrast to this, Fig. 3 shows a strong deviation to the right. This interesting fact which its physical justification in the particular Properties of the related material finds, has so far not been considered and not evaluated as it is for the practical use of the achromatic itself in general it does not matter which side the bulge of the color curve is on. Alone The only disturbing factor is the presence and size of the secondary Spectrum. If one therefore calculates the achromatic lenses with different compositions in such a way that the bulge of the color curve is in the same wavelength range and is of a corresponding size, but directed in the opposite direction, so receives according to the invention, when these two achrontates are combined, a color curve is which is largely leveled for the large area mentioned, as Fig. 4 shows.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit, die aus gleichen Materialien bestehenden Glieder in ein einziges zusammenzufassen. Diese Maßnahme führt dann zu einem dreiteiligen System, (las unmittelbar aus dem vierteiligen hervorgegangen ist. Diese Vereinfachung ist z. B. dann gegeben, wenn die zu kombinierenden Achromaten ein Material, z. ß. Lithiumfluorid, gemeinsam haben. Ein solches Objektiv zeigt Abb.6. Es ist entstanden aus der Kombination eines Achromaten Quarz-Lithiumfluorid mit einem Achromaten Lithiumfluorid-Steinsalz. _1bb. 7zeigteinObjektiv, das aus der Kombination Lithiumfluorid-Steinsalz mit Steinsalz-Quarz entstanden ist, wobei die beiden Steinsalzlinsen in eine einzige Linse zusammengefaßt sind.According to a further embodiment of the invention, there is the possibility to combine the links made of the same materials into a single one. This measure then leads to a three-part system (read directly from the four-part has emerged. This simplification is z. B. then given when the achromatic to be combined a material such. ß. Lithium fluoride, have in common. Such a lens is shown in Fig. 6. It was created from the combination of an achromatic lens Quartz lithium fluoride with an achromatic lithium fluoride rock salt. _1bb. 7 shows a lens, which resulted from the combination of lithium fluoride rock salt with rock salt quartz is, the two rock salt lenses are combined into a single lens.

Ein derartiges System ki3nnte nun auch als ein an sich zweiteiliges System aufnefaßt werden, dem aber in bekannter Weise, wie bei der Verwendung normaler optischer Gläser, noch ein weiterer dritter Bestandteil hinzugefügt ist. Die Voraussetzungen für die Durchführung dieser Maßnahme sind im vorliegenden Fall der Verwendung der genannten ultraviolettdurchlässinen "Materialien mit ihren andersartigen physikalisch-optisclien Eigenschaften jedoch nicht ohne weiteres gegeben.Such a system could now also be seen as a two-part system System are accepted, but in a known way, as with the use of normal optical glasses, yet another third component is added. The conditions To carry out this measure, the use of the called ultraviolet-permeable "materials with their different physical-optical properties However, properties are not readily available.

Betrachtet man nämlich für den in Frage kommenden Wellenlängenbereich (leg Kurvenverlauf der Brechungsexponenten der zur Verfügung stehenden ultraviolettdurchlässigen Materialien, so ist durchaus noch nicht erkennbar, ob durch Hinzufügen eines dritten Elements eine wesentliche Verbesserung erreicht werden kann. Gerade im kurzwelligen Teil weichen nämlich die Brechungsexponenten dieser Materialien derart stark und unregelmäßig voneinander ab, daß eine orientierende Untersuchung über die Voraussetzungen für eine apochrotnatische Korrektur nur sehr schwer durchführbar ist. Wollte man etwa, wie sonst üblich, die Teildispersionen dieser Glieder betrachten und sie auf verschiedene Wellenlängenbereiche beziehen, so wäre man lediglich auf den Zufall angewiesen, ob man auf Werte stößt. die eine derartig weltgetriebene Achromasie möglich erscheinen lassen.If one considers namely for the wavelength range in question (put curve progression of the refraction exponents of the available ultraviolet-permeable Materials, it is by no means clear yet whether by adding a third one Elements a substantial improvement can be achieved. Especially in short-wave In part, the refraction exponents of these materials are so strong and soft irregularly from each other that an exploratory study of the prerequisites for an apochrotnatic correction is very difficult to carry out. You wanted to about, as usual, consider the partial dispersions of these members and place them on If you relate to different wavelength ranges, then you would only be based on chance dependent on whether one comes across values. such a world-driven achromatism seem possible.

Diese Schwierigkeiten konnten jedoch durch die genannten Untersuchungen über die Gestalt der Farbenkurven der einzelnen Achromaten überwunden werden, so daß es gelang, über die Konstruktion eines vierteiligen Objektivs zu dein genannten dreiteiligen zu kommen.However, these difficulties were addressed by the aforementioned investigations be overcome via the shape of the color curves of the individual achromatic lenses, see above that it was possible to use the construction of a four-part lens to make yours three-part to come.

`'Wird in den neuen Objektiven ein Material verwandt, das an der Luft wenig beständig ist, so wird dieses Material zweckmiißin zwischen widerstandsfähige Glieder gestellt. Ferner erscheint es vorteilhaft, als Material geringster Zerstreuung Lithiumfluorid zu verwenden, als Material stärkster Zerstreuung Steinsalz oder Kaliumbromid.`` 'If the new lenses use a material that is exposed to air If it is not very durable, this material is appropriate between resistant Limbs. It also seems advantageous as material to use lithium fluoride as the material of the greatest dispersion Rock salt or potassium bromide.

Was übrigens die Verwendung von Kaliumbromid betrifft, so ist zu bemerken, daß es ganz ähnliche optische Daten besitzt wie Steinsalz und infolgedessen auch ohne grundsätzliche Schwierigkeiten Verwendung finden kann, auch wenn es zur Zeit noch nicht in genügend großen Stücken erhältlich ist.By the way, as for the use of potassium bromide, it should be noted that it has very similar optical data as rock salt and consequently also can be used without any fundamental difficulty, even if it is currently is not yet available in sufficiently large pieces.

Die genannten Beispiele werden durch die nachstehenden Tabellen, die die Radien, Dicken und Abstände der Linsen sowie die Materialien und ihre optischen Daten enthalten. ergänzt. Die Maßzahlen beziehen sich auf Äquivalecttbrennweiten von too mm. 1i e i s 1> i e 1 t (A1>1. 5) r, + 154,1 nd d, I,86 Quarz 1,5442 69,9 rz + 6343 d.= 1,44 r, + 143,2 d.; 2,I5 Steinsalz 1,5443 42,8 r4 + I 12,6 d4 0,25 r, + 68,2 d5 2,1o Lithiumfluorid 1,3918 95,8 r,; - 18,2 d,; o,18 r7 - 19,4 d7 1,1I Quarz 1,5442 69,9 rö - 59,6 Beispiel 2 (Abb.6) ri + 45,68 nd d, I,0 Quarz 1,5442 69,9 rl + 19,46 d2 1,5 rs + 1946 d, 3,o Lithiumfluorid 1,3918 95,8 nd r, - 61,57 d4 o,8 r,, - 56,11 d5 1,2 Steinsalz 1,5443 42,8 r,; - 63,32 Beispiel 3 (Abb.7) r, ;- 4229 nd dl 2,35 Lithiumfluorid 1,39I8 95,8 r2 - 23,59 d.= 0,03 r, - 31,46 d3 1,70 Steinsalz 1,5443 42,8 r., - 3352 d4 0,50 r; - 24,88 d,, I,38 Quarz 1,5442 69,9 r'; - 7933 The examples mentioned are supported by the tables below, which contain the radii, thicknesses and spacings of the lenses as well as the materials and their optical data. added. The dimensions relate to equivalent focal lengths of too mm. 1i ice 1> ie 1 t (A1> 1. 5) r, + 154.1 nd d, I, 86 quartz 1.5442 69.9 rz + 6343 d. = 1.44 r, + 143.2 d .; 2, 15 rock salt 1.5443 42.8 r4 + I 1 2.6 d4 0.25 r, + 68.2 d5 2.1o lithium fluoride 1.3918 95.8 r ,; - 18.2 d ,; o, 18 r7 - 19.4 d7 1.1I quartz 1.5442 69.9 red - 59.6 Example 2 (Fig.6) ri + 45.68 nd d, I, 0 quartz 1.5442 69.9 rl + 19.46 d2 1.5 rs + 1946 d, 3, o lithium fluoride 1.3918 95.8 nd r, - 61.57 d4 o, 8 r ,, - 56.11 d5 1.2 rock salt 1.5443 42.8 r ,; - 63.32 Example 3 (Fig.7) r,; - 4229 nd dl 2.35 lithium fluoride 1.3918 95.8 r2 - 23.59 d. = 0.03 r, - 31.46 d3 1.70 rock salt 1.5443 42.8 r., - 3352 d4 0.50 r; - 24.88 d ,, I, 38 quartz 1.5442 69.9 r '; - 7933

Claims

PATENT CLAIM: t. L-ltraviolet permeable, of at least three Lenses existing apochrocnatic lens, characterized in that it consists of Achromatic is combined, of those in the outer short-wave part of the color curve one focal length increases as the wavelength decreases, the other decreases focal length having, wherein the radii of curvature, thicknesses and lens materials are preferably the may have values given in the examples.

2. Lens according to claim I, characterized in that the two combined achromatic lenses share one material to have.

3. Lens according to claim I or 2, characterized by lithium fluoride as Material of least dispersion. : 4. Objective according to Claim 1, 2 or 3, characterized by rock salt or potassium bromide as the material of the strongest dispersion.