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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMTPATENT OFFICE

KLASSE 57: Photographie.CLASS 57: Photography.

Die nachstehend beschriebene Erfindung bezweckt, ein sehr lichtstarkes Objektiv zur Verfügung zu stellen, welches bei guter anastigmatischer Bildebenung über ein grofses Gesichtsfeld besonders hohen Anforderungen an die chromatische und sphärische Correction des Bildes genügt. Diesen Zweck erreicht sie dadurch, dafs sie das im sogenannten Gaufs-, sehen Fernrohrobjektiv zum Ausdruck kommende Correctionsprincip für diesen neuen Zweck nutzbar macht.The invention described below aims to provide a very fast lens to provide, which with good anastigmatic image planarization over a large field of view particularly high demands on the chromatic and spherical correction of the Image is sufficient. It achieves this purpose by doing this in the so-called Gauf- see telescope objective expressing Correctionsprincip for this new Purpose usable.

Wie bekannt, hat Gaufs gezeigt, dafs ein zweigliedriges Objektiv besonders vollkommene Correction der chromatischen und sphärischen Abweichung für gröfsere Oeffnung gestattet, wenn man dasselbe gemäfs dem in Fig. 1 dargestellten Schema zusammensetzt, nämlich aus einem convexen Crownglasmeniscus A und einer convexeoneaven Flintglaslinse B, deren beide einander zugewendete, durch Luft getrennte Glasflächen erheblich verschiedenes Krümmungsmafs zeigen, sich also nicht mit einander verkitten lassen. Im Gegensatz zu den Objektivtypen von Fraunhofer, Littrow U.A., bei welchen die einander zugekehrten (inneren) Flächen des Systems annähernd gleich starke Krümmungen besitzen, daher auch meist verkittet sind, gestattet der G aufs'sehe Typus bei richtiger Vertheilung der Krümmungen gleichzeitige Correction der sphärischen Abweichung für zwei verschiedene Farben, also Aufhebung der sogenannten chromatischen Differenz der sphärischen Abweichung, sowie die Correction dieser beiden Abweichungen über eine grofse Oeffnung des Systems. Objektive dieser Art sind für astronomische Fernrohre wiederholt mit Erfolg zur Anwendung gekommen, und zwar mit beiden möglichen Anordnungen der Linsen, also sowohl mit »Crown voraus« als auch mit »Flint voraus«. Eine vortheilhafte Anwendung dieses Zusammensetzungstypus auf photographische Objektive hat aber bisher noch nicht stattgefunden, und sie gelingt erst durch die gegenwärtige Erfindung, indem erstens dem G a u fs - Objektiv die für photographische Systeme wünschenswerthe, bis jetzt bei ihm noch nicht erzielte anastigmatische Bildebenung gegeben wird, und indem zweitens auf eine neue Weise dieses Objektiv (mit anastigmatischer Ebenung) in befriedigender Weise für photographische Zwecke achromatisirt wird, ein Erfolg, welchem der geringe Spielraum in der Auswahl geeigneter Glasarten besondere Schwierigkeiten bereitet hat. Es hat sich nämlich ergeben, dafs eine vollkommene anastigmatische Bildebenung bei grofser Oeffnung des Objektivs sich nur durch Einführung verhältnifsmäfsig grofser Linsendicken oder bezw. einer grofsen Linsendistanz erreichen läfst, und während beim astronomischen Objektiv, welches besondere Ansprüche auf anastigmatische Bildebenung nicht zu erfüllen hat und mit nur kleinen Linsendicken und Entfernungen ausgeführt worden ist, mit jedem gegebenen Paar von Crown- und Flintglas eine befriedigende chromatische Correction sich erreichen läfst,As is well known, Gaufs has shown that a two-part lens permits particularly perfect correction of the chromatic and spherical deviation for a larger aperture if it is assembled according to the scheme shown in Fig. 1, namely from a convex crown glass meniscus A and a convexoneaven flint glass lens B, the two glass surfaces facing each other, separated by air, show considerably different degrees of curvature, so they cannot be cemented to one another. In contrast to the lens types from Fraunhofer, Littrow UA, in which the (inner) surfaces of the system facing each other have almost equally strong curvatures and are therefore usually cemented, the G on the same type allows simultaneous correction of the spherical ones if the curvatures are correctly distributed Deviation for two different colors, i.e. the cancellation of the so-called chromatic difference of the spherical deviation, as well as the correction of these two deviations over a large opening of the system. Lenses of this type have repeatedly been used successfully for astronomical telescopes, with both possible lens arrangements, that is, both with "crown ahead" and with "flint ahead". An advantageous application of this type of composition to photographic lenses has not yet taken place, and it is only possible through the present invention, in that firstly the G au fs lens is given the anastigmatic image plane which is desirable for photographic systems and which has not yet been achieved with it, and, secondly, in that this objective (with anastigmatic plane) is achromatized in a satisfactory manner for photographic purposes, a success for which the limited scope in the selection of suitable types of glass has caused particular difficulties. It has been found that a perfect anastigmatic planarization of the image with a large opening of the objective can only be achieved by introducing relatively large lens thicknesses or respectively. a large lens distance can be achieved, and while with the astronomical lens, which does not have to meet special requirements for anastigmatic image planarization and has only been made with only small lens thicknesses and distances, a satisfactory chromatic correction can be achieved with any given pair of crown and flint glass,

ist beim anastigmatisch geebneten Objektiv von verhältnifsmäfsig grofser OefFnung die chromatische Correction nur dann möglich, wennIn the case of an anastigmatically leveled lens with a relatively large aperture, the chromatic aperture is used Correction only possible if

/ Δ η / Δ η

die relative Dispersion der Ausdruck —the relative dispersion of the expression -

^r \ η — ι ^r \ η - ι

des Flintglases einen verhältnifsmäfsig grofsen Werth, und zwar etwa den zweifachen Werth der Dispersion des Crownglases besitzt. Ein Glaspaar solcher Art ist aber, weil es ein sehr schweres Flint einbegreifen müfste, für photographische Zwecke nicht mehr geeignet.of flint glass has a comparatively large value, namely about twice the value the dispersion of the crown glass. A pair of glasses of this type is, however, because it is a very had to understand heavy flint, no longer suitable for photographic purposes.

Dieses Hindernifs wird durch die neue Construction in der folgenden Art überwunden. In dem gemäfs Fig. ι gebildeten Linsensystem wird entweder die Linse A oder die Linse B oder jede von beiden zusammengesetzt aus einer positiven (biconvexen) Linse und einer mit ihr verkitteten negativen (b.iconca\^fen) Linse aus Glas von demselben oder sehr nahe demselben Brechungsvermögen, aber verschiedener Dispersion.This obstacle is overcome by the new construction in the following manner. In the gemäfs Fig. Ι lens system formed is either the lens A and lens B or each of them composed of a positive (biconvex) lens, and one with their cemented negative (b.iconca \ ^f s) lens is made of glass of the same or very close to the same refractive power but different dispersion.

■Gemäfs der Bedingung gleichen Brechungsvermögens der beiden mit einander verkitteten Elemente bleibt eine derartig zusammengesetzte Linse hinsichtlich aller von der Lichtbrechung abhängigen Wirkungen (Brennweite, Lage der Cardinalpunkte und sphärische Aberration jeglicher Art) genau identisch mit einer einfachen homogenen Linse von gleichen Aufsenkrümmungen und gleicher Dicke; hinsichtlich der Farbenzerstreuung aber ist die zusammengesetzte Linse gleichwertig einer entsprechenden einfachen Linse mit gleichen Krümmungen und gleicher Dicke aus Glas von anderer Dispersion, als in dem einen oder dem anderen Element thatsächlich vorkommt. Die.resultirende Dispersion der zusammengesetzten Linse ist nämlich kleiner als diejenige des wenigst zerstreuenden Glases, d. h. die zusammengesetzte Linse ist achromatisch oder partiell achromatisch, wenn bei einer Sammellinse A das positive Element, bei einer Zerstreuungslinse B das negative Element aus dem Glas von geringerer Dispersion besteht, und die resultirende Dispersion der zusammengesetzten Linse ist gröfser als diejenige des stärkst zerstreuenden Glases in den Elementen, die Linse ist also hyperchromatisch, wenn in der Zerstreuungslinse B das positive Element aus Glas von geringerer, das negative aus Glas von gröfserer Dispersion gebildet wird. Das erstere ergiebt sich aus den bekannten Regeln der Achromatisirung von Linsen, das letztere aus den in der Patentschrift Nr. 8888q gegebenen Nachweisungen über hyperchromatische Zerstreuungslinsen. Die Gröfse der resultirenden Dispersion der zusammengesetzten Linse hängt η allen diesen Fällen ab von den Dispersionswerthen der zu beiden Elementen verwendeten Gläser und von dem Verhältnifs der Krümmungsmafse oder der Brennweiten dieser Elemente zu einander, also bei gegebenen Aufsenkrümmungen der Linse von dem Krümmungsradius der inneren, mit einander verkitteten Flächen. Sie kann aus diesen Daten im einzelnen Fall nach bekannten Formeln numerisch bestimmt werden.According to the condition of the same refractive power of the two cemented elements, such a composite lens remains exactly identical with a simple homogeneous lens of the same curvatures and the same thickness with regard to all effects dependent on the refraction of light (focal length, position of the cardinal points and spherical aberration of any kind); with regard to the scattering of colors, however, the composite lens is equivalent to a corresponding simple lens with the same curvatures and the same thickness made of glass of a different dispersion than actually occurs in one or the other element. The resultant dispersion of the compound lens is smaller than that of the least divergent glass, i.e. the compound lens is achromatic or partially achromatic if the positive element in a converging lens A and the negative element in a diverging lens B consists of the glass with lower dispersion , and the resulting dispersion of the composite lens is greater than that of the most highly divergent glass in the elements, i.e. the lens is hyperchromatic if in the divergent lens B the positive element is formed from glass of less dispersion, the negative from glass of greater dispersion. The former results from the well-known rules of achromatization of lenses, the latter from the evidence of hyperchromatic diverging lenses given in Patent Specification No. 8888q. The magnitude of the resulting dispersion of the composite lens depends η in all these cases on the dispersion values of the glasses used for both elements and on the ratio of the curvature or the focal lengths of these elements to one another, i.e. for given upward curvatures of the lens on the radius of curvature of the inner one cemented together surfaces. It can be determined numerically from this data in each individual case using known formulas.

Hiernach kann also zwischen den Linsen A und B eines dem G aufs'sehen Typus entsprechenden Linsensystems mittelst der angegebenen Art der Zusammensetzung derselben jedes beliebige Verhältnifs der Farbenzerstreuung hergestellt werden, ohne dafs diese Linsen hinsichtlich der Brechungswirkung und der die letztere begleitenden sphärischen Aberrationen irgendwie verschieden werden von einfachen Glasstücken gleicher Aufsenkrümmung und gleicher Dicke. Man kann also diese Aufsenkrümmungen und Dicken ohne Rücksicht auf das Dispersionsverhältnifs der zu benutzenden Glasarten zum Voraus so bestimmen, wie es für die Correction der sphärischen Abweichung und die anastigmatische Ebenung des Bildfeldes das Vortheilhafteste ist, und dann durch geeignete Wahl des inneren Krümmungsradius der zu verkittenden Elemente in A oder in B, oder in beiden dasjenige Verhältnifs der resultirenden Farbenzerstreuung zwischen A und B nachträglich herbeiführen, welches für eine richtige. Correction der chromatischen Abweichungen erforderlich ist. Auch wenn hierbei — wie es thatsächlich der Fall ist — ein Verhältnifs der Farbenzerstreuung zwischen A und B nöthig wird, welches bei einfachen Linsen nur unter Benutzung eines Flintglases von sehr starker Dispersion erreichbar wäre, genügen nunmehr zur Farbencorrection Crown- und Flintgläser, welche nur wenig verschiedene Dispersion zeigen, wofern sie nur annähernd gleiches Brechungsvermögen besitzen.According to this, any desired ratio of color dispersion can be established between lenses A and B of a lens system corresponding to the G type by means of the specified type of composition, without these lenses becoming in any way different with regard to the refractive effect and the spherical aberrations accompanying the latter of simple pieces of glass of the same curvature and thickness. These curvatures and thicknesses can therefore be determined in advance, regardless of the dispersion ratio of the types of glass to be used, as it is most advantageous for the correction of the spherical deviation and the anastigmatic plane of the image field, and then by a suitable choice of the inner radius of curvature of those to be cemented Elements in A or in B, or in both, subsequently bring about that ratio of the resulting color dispersion between A and B which is correct. Correction of chromatic aberrations is required. Even if here - as is actually the case - a ratio of color dispersion between A and B is necessary, which with simple lenses could only be achieved using a flint glass of very strong dispersion, crown and flint glasses are now sufficient for color correction, which only slightly show different dispersions, provided they only have approximately the same refractive power.

Glaspaare, welche diesen Anforderungen entsprechen , stehen unter den vom Jenaer Glaswerk regelmäfsig gelieferten Sorten optischen Glases in genügender Auswahl zur Verfügung. Die Bedingung identischen Brechungsvermögens braucht natürlich nur annähernd erfüllt zu sein, weil geringe Unterschiede des Brechungsindex zwischen den verkitteten Bestandteilen selbst bei starker Krümmung der Innenfläche der Linse nur einen relativ unbedeutenden und rechnerisch leicht zu berücksichtigenden Einflufs auf die Correctionen haben. Ein kleiner Unterschied des Brechungsvermögens — etliche Einheiten der dritten Decimale — kann sogar vorteilhaft sein, weil mittelst eines solchen eine vollkommenere Ausgleichung der sogenannten »Zonen« der sphärischen Aberration möglich ist.Glass pairs that meet these requirements are among those from Jenaer Glaswerk Regularly supplied types of optical glass are available in a sufficient selection. The condition of identical refractive power naturally only needs to be approximately fulfilled because of the small differences in the refractive index between the cemented components even with a strong curvature of the inner surface of the lens only a relatively insignificant and have a computationally easy to take into account influence on the corrections. A little The difference in the refractive power - several units of the third decimal - can even be be advantageous because by means of such a more perfect equalization of the so-called "Zones" of spherical aberration is possible.

Des Weiteren bedeutet es keine principielleFurthermore, it does not mean a principled one

Veränderung des neuen Objektivtypus, wenn an Stelle der die beiden Glasbestandtheile des Objektivs trennenden Luft irgend ein anderes Medium eingeführt wird, mafsgebend ist nur, dafs dieses Zwischenmedium einen ungewöhnlich kleinen Brechungsexponenten im Vergleich zu den Exponenten der verwendeten Glasarten besitzt.Change of the new lens type if the two glass components of the Any other medium is introduced into the air separating the objective, the only decisive factor is that this intermediate medium has an unusually small exponent of refraction in comparison to the exponents of the types of glass used.

Dieses so beschriebene Objektiv mit anastigmatischer Bildebenung wird man zweckmäfsig so corrigiren, dafs die Blende vor das Objektiv zu stehen kommt, wie das in Fig. 2 dargestellte Beispiel illustrirt. Dasselbe besitzt noch merkliches Coma und, wie jedes anastigmatisch geebnete Objectiv mit Vorderblende, den Fehler orthoskopischer Verzeichnung. Diese beiden Mängel lassen sich aber ohne Schwierigkeit dadurch heben, dafs man ein Doppelobjektiv (mit Mittelblende) construirt, zu welchem das vorbeschriebene Objektiv als Element benutzt wird. Ein Beispiel dieser Art des neuen Objektivs ist in Fig. 3 gegeben.This objective described in this way with anastigmatic image planarization becomes expedient Correct in such a way that the diaphragm comes to stand in front of the objective, as shown in Fig. 2 Example illustrated. It still has noticeable coma and, like every anastigmatically leveled one Lens with front panel, the error of orthoscopic distortion. These two Defects can, however, be corrected without difficulty by using a double lens (with central aperture) constructed, for which the above-described objective is used as an element will. An example of this type of new lens is given in FIG.

In den nunmehr folgenden, zur Exemplification verschiedener in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen des neuen Objektivs dienenden Beispielen haben wir die folgenden Bezeichnungen eingeführt:In the now following, for the exemplification of different ones shown in FIGS. 2 and 3 We have the following examples of embodiments of the new lens Designations introduced:

Die Buchstaben r₁ r₂ r₃ r₄ r_B bedeuten die Radien der sphärisch geschliffenen Linsenflächen, d_x d.₂ d_a die Mitteldicken der Linsen, b die 'Blendenentfernung, d₀ die Luftdistanz zwischen den Linsen, L₁ L₉ L₃ die einzelnen Linsen selbst und D den Linsendurchmesser. In den numerischen Angaben ist auf diese Bezeichnung direct Bezug genommen. Bei diesen Angaben sind die Radien, Dicken und der Durchmesser der Linsen durch Verhältnifszahlen ausgedrückt, wobei die Brennweite des ganzen Objektivs als Einheit angenommen ist. Eine einfache Multiplication dieser Zahlen mit der Brennweite, welche in jedem besonderen Falle verlangt wird, ergiebt die Dimensionen für ein Objektiv mit der jeweils gewünschten Brennweite. The letters r ₁ r ₂ r ₃ r ₄ r _B mean the radii of the spherically ground lens surfaces, d _x d. ₂ d _a the mean thickness of the lenses, b the aperture distance, d ₀ the air distance between the lenses, L ₁ L ₉ L ₃ the individual lenses themselves and D the lens diameter. Direct reference is made to this designation in the numerical data. With this information, the radii, thicknesses and the diameter of the lenses are expressed by ratios, the focal length of the entire lens being assumed as a unit. A simple multiplication of these numbers by the focal length, which is required in each particular case, gives the dimensions for a lens with the respective desired focal length.

Zur Charakterisirung der verwendeten Glasarten sind die Brechungsexponenten Uq und yiq· angegeben, welche sich auf die D-Linie des Sonnenspectrums und bezw. auf die i7_y-Linie des Wasserstoffspectrums beziehen. Aufserdem ist für jede Glasart der Werth der relativenTo characterize the types of glass used, the refraction exponents Uq and yiq are given, which relate to the D line of the solar spectrum and respectively. relate to the i7 _y -line of the hydrogen spectrum. Moreover, for every kind of glass the value is relative

Dispersion I J angeführt, wobei Δ η fürDispersion IJ listed, where Δ η for

das Interval D bis H_y berechnet, für η der Werth von no benutzt ist.the interval D to H _{y is} calculated, for η the value of no is used.

Example i.

Astigmatisch, sphärisch und chromatisch corrigirtes Objektiv mit Vorderblende, dargestellt in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung. Die relative Oeffnung des Objektivs ist gleich Y₉ der Brennweite. Das Objektiv besteht aus zwei durch Luft getrennten Gliedern, von welchen das negative aus einer einfachen Linse L₁ und das positive Glied aus der zerstreuenden Linse -ZL₉ und der mit ihr verkitteten sammelnden Linse L₃ besteht, wobei die zu L₀ und L₃ verwendeten Glasarten von annähernd gleichem Brechungsexponenten sind,, das zu L₉ verwendete Glas aber die höhere Dispersion besitzt. Astigmatic, spherical and chromatically corrected lens with front panel, shown in Fig. 2 of the accompanying drawings. The relative aperture of the lens is equal to Y _{9 of} the focal length. The objective consists of two elements separated by air, of which the negative element consists of a simple lens L ₁ and the positive element consists of the diffusing lens -ZL ₉ and the converging lens L ₃ cemented to it, with those of L ₀ and L ₃ The types of glass used have approximately the same refraction exponent, but the glass used for L ₉ has the higher dispersion.

Angaben für die Brennweite gleich 1. Gröfste relative Oeffnung o,m.Details for the focal length equal 1. Largest relative aperture o, m.

Radien:Radii: undand Glasarten:Glass types: JJDJJD ncnc Dicken
EntfernungenThick
Distances ^ri ^r i ⁼⁼ = — 0,1164,= - 0.1164, d₁ d ₁ 1,57210,1.57210, 1,58997,1.58997, = 0,0320,= 0.0320, r₂ =r ₂ = = — 0,2215,= - 0.2215, d₀ d ₀ 1,51158,1.51158, ι,52344,ι, 52344, = 0,0172,= 0.0172, ^Γ3 ^; ^Γ 3 ^; = —■ 1,6097,= - ■ 1.6097, d₃ d ₃ 1,51m,1.51m, 1,52127,1.52127, = 0,0222,= 0.0222, r₄ =r ₄ = = -f 0,2708,= -f 0.2708, d₀ d ₀ = O,oo85,= O, oo85, = — 0,1760,= - 0.1760, bb = 0,0197.= 0.0197. Δ JJΔ YY η — ι η - ι L₁ L ₁ 0,03124,0.03124, LiLi 0,02318,0.02318, L₃ L ₃ O,oig88.O, oig88.

Example 2.

Astigmatisch, sphärisch und chromatisch corrigirtes Doppelobjektiv mit Mittelblende. Relative Oeffnung Y₄, dargestellt in Fig. 3. Das Objektiv ist zur Mittelblende symmetrisch gebaut und jeder Theil besteht aus zwei durch Luft getrennten Gliedern, von welchen das positive Glied aus der einfachen Linse L₃ und das negative aus der positiven Linse L₂ und der mit ihr verkitteten negativen Linse L₁ besteht, wobei L₂ und L₁ annähernd gleichen Brechungsexponenten, L₁ aber höhere Dispersion besitzt.Astigmatic, spherical and chromatically corrected double lens with central aperture. Relative opening Y ₄ , shown in Fig. 3. The objective is built symmetrically to the central diaphragm and each part consists of two elements separated by air, of which the positive element consists of the simple lens L ₃ and the negative element consists of the positive lens L ₂ and the negative lens L ₁ cemented to it, with L ₂ and L ₁ having approximately the same refraction exponents, but L ₁ having a higher dispersion.

Angaben für die Brennweite gleich 1. Gröfste relative Oeffnung 0,25.Details for the focal length equal 1. Largest relative aperture 0.25.

Radien:Radii: = — 0,1954,= - 0.1954, Dicken
und EntfernungenThick
and distances ^rl = - ^r l = - - T₁'- T ₁ ' = + 0,4370,= + 0.4370, d_l = 0,0411, d _l = 0.0411, r₂ == —r ₂ == - -r₂'-r ₂ ' = — 0,3599,= - 0.3599, d₂ = 0,0514, d ₂ = 0.0514, r₃ =■ —r ₃ = ■ - - r₃'- r ₃ ' = — 1,5424,= - 1.5424, d_a = 0,0308, d _a = 0.0308, r₄ = —r ₄ = - ~^ri~ ^r i = — 0,3147,= - 0.3147, Uq ^= 0,0020,Uq ^ = 0.0020, r₆ = -r ₆ = - ~^ri~ ^r i Glasarten:Glass types: b = 0,0514. b = 0.0514. MG'MG ' ΔηΔη HDHD 531, 1,59227,531, 1.59227, 1,57'1.57 ' 1,57244, 1,58512,1.57244, 1.58512, K — IK - I L₁:L ₁ : L₃:L ₃ : 0,02769,0.02769, L,:L ,: 0,02215.0.02215.

Claims

Patent Claims:

A lens system with anastigmatic image flattening, consisting of two lenses separated by a weakly refractive medium, a converging lens and a diverging lens, of which lenses the one or each of the two is composed of two parts cemented together made of glass types of different dispersion, but approximately the same refractive power.

A double lens, in which a lens system of the one referred to in claim ι Composition is used as an ingredient.

For this purpose ι sheet of drawings.