DE969778C - Sphaerisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigiertes Objektiv - Google Patents

Description

• Sphärisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigiertes Objektiv Die Erfindung betrifft ein sphärisch, chromatisch, astigmatisch und komatisch korrigiertes lichtstarkes Objektiv für Photographie und Projektion. Es stellt eine Variation des Gauß-Typus dar und besteht dementsprechend aus vier einzelnen Baugruppen, deren mittlerer Luftabstand als Blendenraum ausgebildet ist. Mit Bezug auf die Fig. z, welche ein der Erfindung gemäß aufgebautes Objektiv im Schnitt in üblicher Darstellung zeigt, sind dabei folgende an sich bekannten Merkmale verwirklicht. Die zwei die Blende B einschließenden Systemhälften sind jede ihrerseits aus zwei benachbarten Gliedern IId, IIb sowie IIIa, IIIb entgegengesetzten Stärkevorzeichens und einem weiteren, der Blende abgekehrten, sammelnd wirkenden Bauelement I sowie IV zusammengesetzt. Dabei sind einerseits die dioptrisch am stärksten wirksamen Zerstreuungsflächen und in beiden System- hälften der Blende B zugekehrt und andererseits die dioptrisch am stärksten wirkenden Sammelflächen und sowie und der Positiv- elemente beider Systemhälften jeweils von der Blende abgekehrt. Weiter sind die dioptrisch am stärksten wirksamen Sammelflächen und die in beiden Systemhälften die Innenglieder II und III auf der jeweils der Blende abgekehrten Seite begrenzen, derart ausgebildet, daß die Summe ihrer beiden Radienbeträge, d. h. also: größer ist als Null und somit einen positiven Wert besitzt. Außerdem steigen die Brechzahlen der Gläser der Linsen nach der Seite der kürzeren Strahlungsweite zu, also für die im Sinne der photographischen Aufnahme der Bildseite benachbarten Linsen, von der Systemmitte aus in der Weise an, daß einerseits die Differenz des arithmetischen Mittelwertes yz, der Brechzahlen der Gläser der die Blende einschließenden Zerstreuungslinsen IIb und IIIQ. zur Brechzahl n, der der Blende abgekehrten Außenlinse IV größer ist als 0,0370 (also: n6 - n, > 0,0370), und daß andererseits gleichzeitig jeder der Einzelschritte dieses speziellen Brechzahlenanstieges dieser Gläser größer ist als 0,0185 (also: n5 - n" > 0,o185 sowie n6 - n5 > 0,0i85).
• Die Erfindung besteht in einer neuen baulichen Gestaltung des vorstehend beschriebenen Objektivs, die durch die nachfolgende Zahlentafel gekennzeichnet ist. In Übereinstimmung mit der Abbildung bedeutet darin R die Krümmungsradien und d die Dicken der Linsen, deren Luftabstände untereinander mit a bezeichnet sind. Die Brechzahlen der verwendeten Gläser sind für das blaue Licht der Fraunhoferschen Linie F mit einer Wellenlänge von 4861 AE angegeben, während die Farbdispersion dieser Gläser durch die Abbesche Zahl v 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 pö bezeichnet. Die Daten dieses Ausführungsbeispiels beziehen sich auf die Brennweite i, während der dazugehörige und in Fig. i wiedergegebene Linsenachsenschnitt dieses Erfindungsgegenstandes für eine Brennweite von f @ i50 mm etwa in natürlicher Größe dargestellt ist.
• Hierbei 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 Stärkevorzeichens aufgebaut, die durch einen meniskenförmigen Luftabstand voneinander getrennt sind. Die ralative Öffnung dieser Ausführungsform beträgt 1 : 2,3. Das nutzbare Gesichtsfeld dieses Objektivs beträgt 5o°.

  f - 1,0 1:2,3 pö --* o,698

  R1 = -I- o,64174

  dl = o,o61o8 n1 = 1,62856 v1 = 6o,3

  R, = -I- 1,78419

  a1 = 0,00394 Luft

  R3 = -I- 0,44511

  d2 = 0,0729o 1t2 = 1,66758 % = 57,o

  R4 = -f- 1,o8963

  a2 = 0,07290 Luft

  R5 = -I- 0,97278

  d3 = 0,04138 71 3 = 1,63245 v3 = 36,--

  R, = -i- 0,27540

  b1 = 0,o8867

  a3 = o,18423 Blendenraum

  b2 = 0,09556

  R, = - 0,27540

  d4 = 0,o3941 n4 = 1,66o45 v4 = 33,9

  R8 = -I- 1,78419

  R9 = R8

  d5 = 0,o8079 zts = 1,66782 v5 = 50,9

  Rlo = - 0,4o689

  a4 = 0,00197 Luft

  Rll = + 3,63341

  d 6 = 0,05911 1t6 = 1,70254 v6 = 53,5

  Rlz = - o62343

  Bei den neuen Objektiven nach der Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung des seitlichen Korrektionszustandes gegenüber normalen lichtstarken Objektiven des Gauß-Typus erreicht, bei welch letzterer 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.
• Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen konnte hinsichtlich der gleichzeitigen zonenarmen Korrektion beider Bildfehlerarten ein wesentlicher Fortschritt dadurch erreicht werden, daß durch eine Brechzahlenverteilung innerhalb der dioptrisch sehr wirksamen Linsen der beiden der Blende nachfolgenden und auf der Seite der kürzeren Strahlungsweite stehenden Baugruppen in gleichzeitiger Verbindung mit der Durchbiegung der die Blende einschließenden beiden Innengruppen des Gesamtobjektivs eine Kombination beider Korrektionsarten realisiert wird.
• Für eine einzelne Gauß-Hälfte, äuch 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 bekannt. 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 bekannten Objektiven 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 Innengruppen 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 Systemabblendung, wenn man eine feine seitliche Bildschärfe erzielen will.
• Das neue Objektiv nach der Erfindung ist von diesem Nachteil frei. Auch bei großen relativen Öffnungen wird durch den neuen Aufbau ein in den seitlichen Gesichtsfeldteilen scharf gezeichnetes Bild erreicht.
• Die außeraxialen Öffnungsfehler optischer Systeme werden üblicherweise durch den Verlauf der komatischen Bildhöhen-Abweichungen 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 Gaußobjektiv in der Fig. 2 angegeben, und zwar in Millimeter-Dezimalteilen für eine Einheitsbrennweite von f = Zoo mm. Die Kurve gibt den Aberrationsverlauf für einen objektseitigen Strahlenneigungswinkel von 17° an. Die Länge der Höhenachse des quasielliptischen komatischen Zerstreuungsfleckes beträgt als Differenz des geringsten und des größten Bildhöhenwertes 0,295 mm.
• Für die Ausführungsform des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung gemäß der vorstehenden Zahlentafel ergibt sich unter Beiseitelassung des lediglich verzeichnungsbedingten NL'LLpunktes für die gleiche Einheitsbrennweite f =Zoo mm und für die gleiche objektseitige Strahlenneigung von 17°, deren genauer Wert im Beispielsfalle 16'54'11" beträgt, folgende Aufstellung der Bildhöhenwerte

  Fig. 3

  Bildhöhen-Größtwert ....... . ... . . . 30,411

  Bildhöhen-Kleinstwert . . . . . . . . . . . . . 30,265

  0,46

  für das gelbe Licht.
• Da bei diesen verglichenen Objektiven die Aberrationskurven einen gleichgeformten Verlauf aufweisen, so besitzen sie auch formähnliche komatische Zerstreuungsflecke, in denen in Rücksicht auf den gleichen Strahlenquerschnitt die Lichtintensität flächenproportional ist. Infolgedessen ist das vergleichbare Intensitätsverhältnis in den Zerstreungsflecken mit sehr großer Annäherung dem quadratischen Verhältnis der Längen der Höhenachsen dieser komatischen Zerstreuungsflecke proportional. Für das Ausführungsbeispiel gemäß nachfolgender Zahlentafel ergibt sich damit in bezug auf den Stand der Technik dieses Höhenachsenverhältnis zu und daraus die Intensitätsrelation für diesen Fall zu 2,0212 = 4,08 , und das bedeutet, daß der durch den gleichen Öffnungsquerschnitt der Komabüschel gegebene abbildungswirksame Querschnitt des Zerstreuungsfleckes nur 24,5"/, gegenüber demjenigen des diesen speziellen Stand der Technik repräsentierenden Vergleichsobjektivs beträgt. Damit ist durch den Erfindungsgegenstand ein außerordentlich bedeutsamer technischer Fortschritt erzielt.
• Aus der obigen Zahlentafel ist ersichtlich, daß das neue Objektiv die im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebene Staffelung der Brechzahlen bei den innenstehenden Zerstreuungslinsen aufweist. Sie zeigt weiter bei den beiden die Blende einschließenden Negativlinsen die Anwendung hochbrechender Gläser, nämlich eines Flintglases mit der Brechzahl 1,63245 für die blaue F-Linie des Spektrums bei der einen und eines Flintglases mit der Brechzahl 1,66045 für F bei der anderen dieser Linsen. Am Blendenraum ist damit eine erheblich höhere Brechzahlenlage optisch wirksam als beim vorbekannten Stande der Technik. Die Zahlentafel zeigt weiter augenfällig die im Oberbegriff des Patentanspruchs verankerte Bedingung, daß auch die Sammellinsen des Hintergliedes IIIb und IV noch mit ansteigenden Brechzahlen ausgestattet sind, wie das bei Gaußobjektiven an sich bekannt ist. Der zahlenmäßige Anstieg von der mittleren Brechzahl am Blendenort zur sechsten Linse beträgt nämlich 0,056o9, ist also größer als 0,0370, während die Einzelschritte des Brechzahlenanstieges vom Blendenraum zur fünften Linse mit 0,02137 und von der fünften zur sechsten Linse mit 0,03472 jede für sich und gleichzeitig beide größer sind als 0,o185. Hinsichtlich der Formgestaltung zeigt die Zahlentafel, daß die beiden die Blende einschließenden Glieder II und III derart gestaltet sind, daß der Außenradius R3 des der längeren Strahlungsweite zugekehrten Gliedes II einen längeren Krümmungsradius besitzt als der bildseitige Außenradius Rlo des der kürzeren Strahlungsweite zugekehrten Gliedes III. Damit zeigt die Bauform dieser beiden die Blende einschließenden zerstreuenden Innenglieder eine solche äußere Durchbiegung auf, daß die Radiensumme ihrer beiden außenstehenden Begrenzungsflächen R3 und Rla einen positiven Wert besitzt, der also größer ist als Null und hier den Wert + 0,03822 (= -f- 0,44511 - 0,4o689) besitzt.
• Fig. 3 gibt die korrespondierende Abweichung des Ausübungsbeispiels nach der Erfindung für die gleiche objektseitige Hauptstrahlenneigung und für den gleichen Strahlenquerschnitt wieder wie Fig.2. Infolgedessen ist die Abszissenteilung gleich derjenigen der Fig. 2. Die Ordinatenteilung besitzt die gleiche Intervallgröße, die bereits der vorausgehenden Fig. 2 maßstabsgleich zugrunde gelegt ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Lichtstarkes photographisches Objektiv aus zwei die Blende (B) einschließenden Systemhälften, welche ihrerseits aus zwei benachbarten Gliedern (II, IIb sowie IIIa, IIIb) entgegengesetzten Stärkevorzeichens und einem weiteren, der Blende abgekehrten, sammelnd wirkenden Bauelement (I sowie IV) zusammengesetzt sind, wobei einerseits die dioptrisch am stärksten wirksamen Zerstreuungsflächen ( und ) in beiden Systemhälften der Blende (B) zugekehrt und andererseits die dioptrisch am stärksten wirkenden Sammelflächen und sowie und ) der Positivelemente beider Systemhälften jeweils von der Blende abgekehrt sind und die dioptrisch am stärksten wirksamen Sammelflächen ( und ) , die in beiden Systemhälften die Innenglieder (II und III) auf der jeweils der Blende abgekehrten Seite begrenzen, derart ausgebildet sind, daß die Summe ihrer beiden Radienbeträge (d. h. also: ) größer ist als Null und somit einen positiven Wert besitzt, wobei außerdem die Brechzahlen der Gläser der Linsen nach der Seite der kürzeren Strahlungsweite zu, also für die im Sinne der photographischen Aufnahme der Bildseite benachbarten Linsen, von der Systemmitte aus in der Weise ansteigen, daß einerseits die Differenz des arithmetischen Mittelwertes (n,) der Brechzahlen der Gläser der die Blende einschließenden Zerstreuungslinsen (IIb und IIIa) zur Brechzahl (n,) der der Blende abgekehrten Außenlinse (IV) größer ist als 0,0370 (also: n6 - n., > 0,0370), und daß andererseits gleichzeitig jeder der Einzelschritte dieses speziellen Brechzahlenanstieges dieser Gläser größer ist als 0,o=85 (also: n5-14 > 0,0185 sowie ne-7t5 > 0,o=85), gekennzeichnet durch folgende bauliche Gestaltung: f = 1,0 r : 2,3 Pop = o,69$ R1 = -!- 064I74 dl = o,o6=o8 ialF = 1,62856 v1 = 60,3 R2 = -f- z784=9 a1 = 0,00394 Luft R, = -1- o,445== dz = 0,07290 n2F = 1,66758 v2 57,0 R4 = + =,o8963 a2 = 0,07290 Luft R5 = -I- 097278 d3 = 0,04138 n3F = 1,63245 v8 = 36,2 R6 = -f- 027540 b1 = 0,o8867 a3 = o,=8423 Blendenraum b2 = 009556 R7 = - 0,27540 d4 = 0,03941 n4F - 1,66045 v4 = 33,9 Ra = + 1,78419 R9 = R8 d, = 0,o8079 yt5F = 1,66782 v5 = 50,9 Rlo = - 04o689 a4 = 0,00197 Luft Rll = -f- 363341 0,05911 746F = 1,70254 v8 = 53,5 R12 = - o,62343 In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 92 313, 439 556; )"Foto-Kinotechnik«, Nr. 3/=949, S. 57/58: »Die photogr. Optik«, H. Harting, 2. Auflage, Jg. 1925, S. 135; »Journal of the Optical Society of America«, Bd. 38, Jg. 1948, S. 841 bis 844.