DE945598C

DE945598C - Lichtstarke sphaerisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigierte Objektive

Info

Publication number: DE945598C
Application number: DEV1302A
Authority: DE
Inventors: Dr H C Albrecht Wilhe Tronnier
Original assignee: Voigtlander AG
Current assignee: Voigtlander AG
Priority date: 1950-04-29
Filing date: 1950-06-11
Publication date: 1956-07-12
Also published as: US2627204A; FR1041577A

Description

Die Erfindung betrifft sphärisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigierte lichtstarke Objektive für Photographic und Projektion. Der Erfindungsgegenstand stellt eine Variation des Gauß-Typus dar. In der Fig.i ist die allgemeine bauliche Übersicht für ein solches hier angewandtes System und gleichzeitig das Schema der verwendeten Bezeichnungen wiedergegeben.

Objektive dieses Aufbaues sind grundsätzlich bekannt. Unter den zahlreichen dabei schon vorgeschlagenen und teilweise auch ausgeführten Spezialausführungen ist für die Objektive nach der Erfindung eine Bauart zum Ausgangspunkt gewählt, die folgende Merkmale in sich vereinigt:

Das Objektiv besteht aus zwei die Blende B einschließenden Systemhälften, deren jede aus zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das der Blende benachbarte Glied zwei Linsen entgegengesetzten Stärkevorzeichens hat (II_ffi und H₆ sowie III_a und IH₆), während das der Blende abgewendete Glied (I sowie IV) eine einfache Sammellinse ist. Es sind dabei einerseits die dioptrisch am stärksten zerstreuend wirkenden Flächen (R_rjn = R₆ sowie Rfiu a — Rt) ^m beiden Systemhälften der Blende zugekehrt, während andererseits die dioptrisch am stärksten sammelnd wirkenden Flächen der positiven Elemente beider Systemhälften (R_fi = R₁ und R_fu_a = R₃ sowie Rrjjjt = -R₁₀ und R_rlv = R₁₂) jede von der Blende abgekehrt sind. Es ist weiter vorgesehen, daß die innenstehenden Sammelflächen (Rfjxa sowie Rriiit) di^e stärkste Sammelwirkung besitzen und die Summe ihrer beiden Radienbeträge größer ist als Null. Beim Objektiv nach dieser Gestalt ist für die Erfindung die Glaswahl wichtig, die in bekannter Weise

so getroffen ist, daß die Brechzahlen der Gläser in der zweiten Objektivhälte von der Blende B aus in den ihr folgenden Elementen (HI₀, HI₆, IV) derart ansteigen, daß jede der auf das gelbe Licht bezogenen Brechzahlendifferenzen benachbarter Linsen (also M₅—M₄ und n₆ —M₅) größer ist als 0,0185 ^und <ü^e Brechzahlendifferenz der Gläser der der Blende benachbarten und der ihr am weitesten abgekehrten Linse (m₆—M₄) größer ist als 0,0370. Bei den neuen Objektiven nach vorliegender Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung des seitlichen Korrektionszustandes gegenüber normalen lichtstarken Objektiven des Gauß-Typus erreicht, bei welch letzteren entweder nur eine verhältnismäßig zonenarme anastigmatische Bildfeldebnung bei gleichzeitig vorhandener starker komatischer Überkorrektion weit geöffneter Bündel erzielt werden konnte oder aber eine bereits mäßige Korrektion der komatischen Abweichungen mit einer starken Durchkrümmung der astigmatischen Bildschalen verbunden, war.

Dies ist erreicht durch einen Aufbau der Objektive der oben umrissenen Gattung, wie er in den nachfolgend aufgeführten zwei Beispielen I und II gekennzeichnet ist, dem die Fig. 2 und 3 zugeordnet sind. Es bedeuten dabei in Übereinstimmung mit dem Bezeichnungsschema nach Fig. 1 in den Zahlentafeln: R die Krümmungsradien und d- die Dicken der Linsen, deren Luftabstände untereinander mit α bezeichnet sind. Die Brechzahlen der verwendeten Gläser sind für das gelbe Licht der Fraunhoferschen Linie d mit einer Wellenlänge von 5876 AE angegeben, während die Farbdispersion dieser. Gläser durch die Abbesche Zahl ν charakterisiert ist. Die zwischen den Innengliedern II und III angeordnete

Blende ist mit B bezeichnet. Die die Länge der kürzeren Strahlungsweite bestimmende bildseitige Schnittweite des Objektivs für das unendlich ferne Objekt, bezogen auf den achsennahen Strahl, ist mit fi₀' bezeichnet. Die Daten dieser Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Brennweite 1, während die zugehörigen, in Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Linsenachsenschnitte dieses Erfindungsgegenstandes je für eine Brennweite von f = 150 mm in etwa natürlicher Größe dargestellt sind.

In Fig. 2 ist eine lichtschwächere Ausführungsform nach vorliegender Erfindung dargestellt, bei der in an sich bekannter Weise die beiden mehrteiligen Innenglieder II und III als- Kittglieder ausgebildet sind. Dieses in der üblichen Weise im Achsenschnitt dargestellte Objektiv ist für die Zwecke der reproduzierenden Umbildung vorgesehen und stellt somit ein Projektionsobjektiv mit mittelgroßem Bildwinkel dar, welches eine relative Öffnung von 1:2,3 bei einer nutzbaren Bildfeldausdehnung von etwa 50° besitzt.

Eine lichtstärkere Ausführungsform nach vorliegender Erfindung ist in Fig. 3 gegeben. Der konstruktive Aufbau dieses Systems ist in allen Einzelheiten in der nachfolgenden Zahlentafel II dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die auf der Seite der längeren Strahlungsweite angeordnete und im Sinne der photographischen Aufnahme der Blende voraufgehende mehrteilige Innengruppe (II) aus zwei unverkitteten Einzellinsen entgegengesetzten Stär-kevorzeichens aufgebaut, die durch einen meniskenförmigen Luftabstand voneinander getrennt sind. Die relative Öffnung dieser beispielsweisen Ausführungsform beträgt 1:2. Das nutzbare Gesichtsfeld dieses Objektivs beträgt 55°.

Beispiel I

1:2,3 Po = 0.7177

+ 0,60708 + 1,64332 + 0,40395 + 0,66243

A₁ = 0,05695

CL₁ = 0,00205

dz = 0,13076 M₁ = 1,63909 V₁ = 55,7

Luft

M₂ = 1,61136 Vz = 59,0

= + 0,26875

R₇ = — o,28i6o i?₈= R₉= + 0,60708

^V1O

₁₁

— — 0,38692 = + 2,68465

d₃ — 0,04009 M₃ = 1,64819 r₃ = 33,7

h_x — 0,12480

a_s — 0,19881 Blendenraum

δ₂ = 0,07401

d_t = 0,02508 d₅ = 0,10485 Ci₁ = 0,00308

da = 0,04996

M₄ = 1,58241 Vi = 40,6

M₅ = I,6lI36 V₅ = 59,0

Luft

M_c =. 1,63909 V₆ = 55,7

§45 59β

Beispiel II

f=r.o

1:2,0

Po = 0,6972

R*

= + 0,63214 = + 1,76011 = + 0,43828 = + 1,08680 = + 0,97029 = -j- 0,27096

R₁ = — 0,26444 Rs= R·)= + 0,77003 Rw = —0,37233 Ru = + 3,76623 R₁₂ = —0,79382

dry = 0,05996

A₁ = 0,00400 d_z = 0,06395 a₂ = 0,07195 d₃ = 0,04896

a_s = 0,18886

d_t = 0,02198 d₅ = 0,09693 e₄ = 0,00300 d_e = 0,07794 by = 0,09393

b₂ = 0,09493

Zum vorbekannten Stande der Technik und dem ihm gegenüber erzielten Fortschritt ist hier zuzüglich zu der eingangs erwähnten Sachlage ergänzend noch folgendes auszuführen:

Für eine einzelne Gauß-Hälfte, auch in einer auf die Systemblende nachfolgenden Linsenstellung, sowie für die Zusammenstellung zweier solcher Hälften zu Doppelobjektiven vom Gauß-Typ wurde zwecks Erzielung einer zonenarmen Bildebnung über ein größeres Gesichtsfeld hinweg eine von der Blende aus ansteigende Brechzahlenfolge bereits vorgeschlagen. Für lichtstarke Objektive ist aber nicht nur die anastigmatische Bildebnung von Wichtigkeit, sondern gleichzeitig auch die Behebung der Öffnungsfehler (Koma-Korrektion) für endlich geöffnete Büschel in den seitlichen Bildfeldteilen. Bei den älteren Vorschlägen war noch nicht erkannt, daß zur gleichzeitigen Kombination von Koma-Korrektion und zonenarmer anastigmatischer Bildfeldebnung ein besonders starker und fortschreitender Brechzahlenanstieg in gleichzeitiger Kombination mit der äußeren Durchbiegungsverteilung der die Blende einschließenden Innen- gruppen des Gesamtobjektivs für diese Variationen des Gauß-Typus Platz zu greifen hat, wobei dann durch diese Kombination eine wesentliche Leistungssteigerung gegenüber den vorbekannten Bauformen dieses Objektivtyps erschlossen wird. Die erheblichen außeraxialen Öffnungsfehler älterer Bauformen dieses Objektivtyps zwingen nämlich zur Systemabbiendung, wenn man eine feine seitliche Bildschärfe erzielen will.

Die neuen Objektive nach der Erfindung sind von diesem Nachteil frei. Auch bei großen relativen Öffnungen wird durch den neuen Aufbau ein in den seitlichen Gesichtsfeldteilen scharf gezeichnetes Bild erreicht.

W₁ = 1,62139 V₁ = 60,3

Luft

W₂ = 1,65953 v₂ = 57,0

Luft

M₃ = 1,64691 v_a = 33,9

Blendenraum

% = 1,63652 v₄ = 35,5

M₅ = 1,69347 v₅ = 53,5

Luft

M₀ = 1,72381 v₆ = 38,0

Die außeraxialen Öffnungsfehler optischer Systeme werden üblicherweise durch den Verlauf der komatischen Bildhöhenabweichungen im Meridianschnitt als Funktion der Strahlendurchtrittshöhen in der durch den ersten Flächenscheitel der Vorderlinse gehenden und senkrecht auf der optischen Achse stehenden Bezugsebene dargestellt. Dieser Verlaufszustand ist für ein zum Stande der Technik gehörendes Gauß-Objektiv in der Fig. 4 angegeben, und zwar in Millimeter-Dezimalteilen für eine Einheitsbrennweite von f = 100 mm. Die Kurve gibt den Aberratipnsverlauf für einen objektseitigen Strahlenneigungswinkel von 17° an. Die Länge der Höhenachse des quasi elliptischen komatischen Zerstreuungsfleckes beträgt als Differenz des geringsten und des größten Bildhöhenwertes 0,295 mm.

Für die hinsichtlich der relativen Öffnung diesem älteren Objektiv am nächsten kommenden Ausführungsformen des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 2 und 3 sowie in den Zahlentafeln I und II im einzelnen dargestellt sind, ergibt sich unter Beiseitelassung des lediglich verzeichnungsbedingten Nullpunktes für die gleiche Einheitsbrennweite f = 100 mm und für die gleiche objektseitige Strahlenneigung von 17⁰, deren genauer Wert im Falle des Beispiels I gemäß Fig. 2 dann i6° 50' 56" und im Falle des zweiten Beispiels nach Fig. 3 dann 17° 1' 30" beträgt, folgende Zusammenstellung der korrespondierenden Bildhöhenwerte:

Fig. 5 Fig. 6

Beispiel I Beispiel II

Bildhöhen-Größtwert 29,983 30,561

Bildhöhen-Kleinstwert 29,926 30,437

0,057
Beide Werte gelten für das gelbe Licht,

0,124.

Da bei diesen Vergleichsobjektiven die Aberrationskurven einen gleichgeformten Verlauf aufweisen, so besitzen auch beide Vergleichsobjektive formähnliche komatische Zerstreuungsflecke, in denen in Rücksicht auf den gleichen Strahlenquerschnitt die Lichtintensität flächenproportional ist. Infolgedessen ist das vergleichbare Intensitätsverhältnis in den Zerstreuungsflecken mit sehr großer Annäherung dem quadratischen Verhältnis der Längen der Höhenachsen dieser komatischen Zerstreuungsflecke proportional. Für die Ausführungsbeispiele gemäß den Zahlentafeln ergibt sich damit in bezug auf den durch das ältere Objektiv gegebenen Stand der Technik dieses Höhenachsenverhältnis zu

a) Beispiel I

0,295

0,057

= 5,17

und daraus die Intensitätsrelation für diesen Fall zu

5.I7² = 26,8,

und das bedeutet, daß der für dieses Beispiel I durch den gleichen Öffnungsquerschnitt der Komabüschel gegebene abbildungswirksame Querschnitt des Zers'treuungsfleckes nur 3,7 °/₀ gegenüber demjenigen-des diesen speziellen Stand der Technik repräsentierenden älteren Objektivs beträgt;

' b) Beispiel II

0.295
0,124

= 2,38

und daraus die Intensitätsrelation für diesen Fall zu

2,38² = 5,66,

und das bedeutet, daß der für dieses Beispiel II durch den gleichen Öffnungsquerschnitt der Komabüschel gegebene abbildungswirksame Querschnitt des Zerstreuungsfleckes nur 17,7 °/o gegenüber demjenigen des diesen speziellen Stand der Technik repräsentierenden älteren Objektivs beträgt.

Damit ist gezeigt, daß durch den Erfindungsgegenstand ein bedeutsamer Fortschritt erzielt ist, der sich aus den Fig. 4, 5 und 6 übersichtlich ablesen läßt. In Fig. 4 ist, wie schon erwähnt, der Verlauf der

meridionalen Koma in Form der komatischen BiIdhöhenabweichungen für ein Gauß-Objektiv nach dem Stande der Technik in dem beigeschriebenen Maßstab wiedergegeben,

Fig. 5 und 6 geben demgegenüber die korrespondierenden Abweichungen derAusübungsbeispiele nach der Erfindung für die gleiche objektseitige Hauptstrahlenneigung und für den gleichen Strahlenquerschnitt wieder. Infolgedessen ist die AbszissenteÜung gleich derjenigen der Fig. 4. Die Ordinatenteilung besitzt die gleiche Intervallgröße, die bereits der vorausgehenden Fig. 4 maßstabsgleich zugrunde gelegt ist. Nach den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen konnte hinsichtlich der gleichzeitigen zorienarmen Korrektion beider Bildfehlerarten der dargetane wesentliche Fortschritt dadurch erreicht werden, daß durch die gleichzeitige Anwendung der erwähnten Brechzahlenverteilung innerhalb der dioptrisch sehr wirksamen Linsen der beiden der Blende nachfolgenden Baugruppen und .auch der Durchbiegung der die Blende einschließenden beiden Innengruppen beim Gesamtobjektiv eine Kombination beider Korrektionsarten realisiert ist.

Aus den Zahlentafeln ist weiter zu entnehmen, daß die innenstehenden Zerstreuungslinsen des Erfindungsgegenstandes in der Weise aufgebaut sind, daß die Zerstreuungslinsen 1I₆ vor der Blende B aus Schwerflintgläsern hergestellt sind (im Beispiel I aus Schwerflint SF Nr. 12 von Schott, im Beispiel II aus Schwerflint SF Nr. 2 oder Nr. 16 von Schott), während die Zerstreuungslinsen III_a hinter der Blende B aus Leichtflint- oder Normalflintgläsern bestehen (im Beispiel I aus Leichtflint LF Nr. 5 von Schott, im Beispiel II aus dem Normalflintglas F Nr. 6 von Schott). Es handelt sich ■ also um Gläser verschiedenartigen Charakters, wobei die Gläser der auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Linsen III_O eine geringere Brechzahl aufweisen als die Schwerflintgläser der anderen auf der Seite der längeren Strahlungsweite stehenden Zerstreuungslinsen H₆. Da außerdem die Sammellinse IH₆ eine höhere Brechzahl n_s besitzt als die Brechzahl % der voraufgehenden Zerstreuungslinse, so zeigen beide Zahlenbeispiele, daß die Zerstreuungslinse IH₀ hinter der Blende B von zwei Linsen umgrenzt wird, die beide eine höhere Brechzahl besitzen als eben diese Zerstreuungslinse III_a. Es ist aus den Zahlenangaben außerdem ersichtlich, daß diese Glasverteilung bei einer Brechzahlenfolge im Hinterglied des Objektivs verwirklicht ist, die in ihrer Gesamtheit gleichzeitig von der Blende aus zur Seite der Bildebene hin in an sich bekannter Weise ansteigt, wie das bereits beim Gattungsbegriff gemäß dem eingangs erwähnten Aufbau des Objektivs festgelegt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Lichtstarkes, sphärisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigiertes photographisches Objektiv vom Gauß-Typus aus zwei die Blende (B) einschließenden Systemhälften, deren jede aus zwei Gliedern zusammengesetzt ist, von denen das der Blende benachbarte Glied zwei Linsen entgegengesetzten Stärkevorzeichens hat (Π_α und H₆ sowie TLI_a und IH₆), während das der Blende abgewendete Glied (I sowie IV) eine einfache Sammellinse ist, wobei einerseits die dioptrisch am stärksten zerstreuend wirkenden Flächen {R-riib = R_a sowie RfBJa = R₇) in beiden Systemhälften der Blende zugekehrt sind, während, andererseits die dioptrisch am stärksten sammelnd wirkenden Flächen der positiven Elemente beider Systemhälften (R_fl — R₁ und Rfn_a = R₃ sowie Rrisid = Rio ^unci Rriv — R12) jede von der Blende abgekehrt sind und wobei weiter die innenstehenden Sammerflächen (Rfn.a sowie i?_rm₆) die stärkste Sammelwirkung besitzen und die Summe ihrer beiden Radienbeträge größer ist als Null und wobei außerdem gleichzeitig die Brechzahlen der Gläser in der zweiten Objektivhälfte von der Blende (B) aus in den ihr folgenden Elementen (Ilia, HI₆, IV) derart ansteigen, daß jede der auf das gelbe Licht bezogenen Brechzahlendifferenzen benachbarter Linsen" (also «₅—% und η_ΰ —W₅)

größer ist als 0,0185 und die Brechzahlendifferenz der Gläser der der Blende benachbarten und der ihr am weitesten abgekehrten Linse (m₆—M₄) größer ist als 0,0370, dadurch gekennzeichnet, daß folgende bauliche Gestaltung für die Einheitsbrennweite verwirklicht ist:

5 /"=ΐ,ο ι: 2,3 φο = 0,7177

R₁ = + 0,60708

<Ζ_Χ = 0,05695 »1 = 1,63909 V₁ = 55,7

i?₂ = + 1,64332 70

10 CL₁ = 0,00205 Luft

R₃ = + 0,40395

d₂ = 0,13076 M₂ = 1,61136 V₂ = 59,0

R₁ — -f 0,66243

«₂ = 0

-Kg ⁼ Λ₄

ifg = 0,04009 M₃ = 1,64819 V₃ = 33,7

R₆ = + 0,26875

O₁ = 0,12480

a₃ = 0,19881 Blendenraum

b₂ = 0,07401

R₇ = — 0,28160

iZ₄ = 0,02508 M₄ = 1,58241 v₄ = 40,6

A₈= R₉= -\- 0,60708

d_& = 0,10485 M₅ = 1,61136 V₅ = 59,0

-R₁₀ = —0,38692

«₄ = 0,00308 Luft

R₁₁ = + 2,68465

d₆ = 0,04996 M₆ = 1,63909 v₆ = 55,7

-Ri₂ = —0,77385 90
2. Objektiv mit den Merkmalen des Oberbegriffs vom Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende bauliche Gestaltung für die Einheitsbrennweite verwirklicht ist:

/"=1,0 1:2,0 2V = 0,6972 ₉₅

R₁ = + 0,63214

d_x = 0,05996 % = 1,62139 V₁ = 6o,3

R₂ = .+ 1,76011

U₁ = 0,00400 Luft _loo

R₃ =+ 0,43828

dg = 0,06395 «₂ = 1,65953 v₂ = 57,0

A₄ = + 1,08680

a₂ = 0,07195 Luft

R₅ = + 0,97029

₄₅ d₃ = 0,04896 M₃ = 1,64691 V₈ = 33,9

R_e = -j- 0,27096

h = 0,09393
a₃ = 0,18886 Blendenraum

δ₂ = 0,09493

R₇ = —0,26444

^₄ = 0,02198 M₄ = 1,63652 v₄ = 35,5

A₈= R₉= + 0,77003

d₅ = 0,09693 M₅ = 1,69347 v₅ = 53,5

•Rio = — 0,37233 _lls

₅_ Ct₁ = 0,00300 Luft

R11 = + 3,76623

^e = 0.07794 «e = 1,72381 V₆ = 38,0

R₁₂ = —0,79382

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 439 556; britische Patentschriften Nr. 602863, 602813; USA.-Patentschriften Nr. 1 839 on, 2 398 680; Foto—Kino—Technik, Heft 3, 1949, S. 57/58.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609554 7.56