DE2163430A1 - Achromatisches Objektiv - Google Patents

Description

Nippon Kogaku K.K. Shimizu, Case

Tokyo/Janan

Achromatisches Objektiv

Die Erfindung bezieht sich auf ein achromatisches Objektiv, welches für Fotographie oder dergleichen geeignet ist.

Wenn ein dünnes, zusammengesetztes Linsensystem, welches einfach aus zwei zusammengesetzten Linsen besteht, so hergestellt wird, daß es achromatisch für Licht mit einer Wellenlänge ϊ- g für die g-Linie des Spektrums ist, und zwar im Hinblick auf Licht mit einer Wellenlänge λ d für die d-Linie des Spektrums als Bezugswellenlänge (siehe Fig. 6) dann kann die fokale Länge f des Linsensystems für eine dritte Wellenlänge/Ic für die c-Linie des Spektrums wie folgt ausgedrückt werden:

= ^fc - ^fd = (^ki " ^k2) ^fd=-^Dfd

^g₁ - VS₂

Dabei gilt: f·, stellt die Brennweite oder fokale Länge der Bezugswellenlänge d dar,

Vg = ⁿd " ¹ , k = ⁿc " ⁿd , n_d, η und η

n_g - n_d

stellen die Brechungindeces für die Wellenlängen Ad, Xg und ^c dar und die Indexziffern 1 und 2 beziehen sich jeweils auf die positiven und negativen Linsen. 4 f_Q stellt das

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-²- 216343Q

sogenannte sekundäre Spektrum dar.

Der Wert von D kann variabel sein und hängt von solchen Faktoren ab, die das verwendete Glas und die vorkommenden Wellenlängen, aber da bei bei gewöhnlichen Glassorten die Werte von Yg und k im Großen und Ganzen zueinander proportional sind, wird der Zähler in Gleichung 1 nicht zu Null. Deshalb zeigt die Gleichung, daß Achromatismus für drei unterschiedliche Wellenlängen unmöglich mit einem \ aus zwei Glaskomponenten hergestellten achromatischem Objektiv erreicht werden kann.

Beispielsweise wird mit einer Kombination von Glaskomponenten, die genügend unterschiedliche Dispersionskräfte für die d-Linie, die g-Linie und die c-Linie des Spektrums aufweisen, gewöhnlich ein im Großen und Ganzen konstanter Wert von ungefähr -1/1000 erhalten. Wenn daher ein achromatisches, fotographisches Objektiv für die d-Linie und g-Linie achromatisch gemacht wird, wird die Brennweite für die c-Linie um ungefähr 0,1% vergrößert, was keinen vernachlässigbaren Wert in einem optischen System großer Brennweite darstellt, welches für Präzisionsmessungen Verwendung finden soll« Um diesen Wert zu verkleinern, wird das Glas, wie aus Gleichung 1 ersichtlich, für die positive Komponente mit einem kleineren Wert von k gewählt, während das Glas für die negative Komponente einen größeren Wert von k aufweist Dadurch wird der Nenner der Gleichung 1 verringert

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und somit der Wert von D verkleinert. Im idealen Fall sollten die Werte von k in den positiven und negativen Linsengliedern derart sein, daß k^=kp ist, wodurch ein Achromatismus für drei verschiedene Wellenlängen erreicht wird.

Ferner sollte das Glas für die positive Komponente einen großen Wert von > g besitzen, d.h. eine niedrige Dispersionskraft, während das Glas für die negative Komponente einen kleinen Wert von Vg aufweisen sollte, d.h. eine hohe Dispersionskraft.

Dadurch wird der Nenner in Gleichung 1 vergrößert und der Viert von D verkleinert. Wie zuvor erwähnt, sind jedoch bei den gewöhnlich verwendeten optischen Glassorten die Werte von pg und k im wesentlichen proportional zueinander und der Wert von D hält sich deshalb auf einem im Großen und Ganzen konstanten Pegel. Es ist somit schwierig, eine gewünschte Glassorte aufzufinden. Aus diesem Grunde wurden andere Materialien, außer Glas, z.B. Quarzit als Material zur Verringerung des Wertes von D benutzt. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 24069/1969 zeigt beispielsweise ein fotographisches Teleobjektiv, welches eine vordere Linsengruppe mit drei Komponenten einschließlich einer positiven, einer negativen und einer positiven Komponente aufweist, wovon die negative Komponente aus Flintglas oder Bariumflintglas besteht und zwischen zwei positiven Komponenten liegt (siehe Fig. 7)c Bei einer derartigen

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Kombination der Komponenten, nämliche der Komponenten aus Quarzit und Flintglas oder Bariumflintglas wird der Wert von D auf ungefähr 1/3 bis 1/4 des Wertes verringert, wie er mit gewöhnlichen Glassorten er zielbar ist, und daher kann eine gute Korrektion von chromatischer Aberration erwartet werden. Schwierigkeiten bestehen jedoch darin, daß Quarzit teuerer ist als die gewöhnlichen Glassorten und daß es schwierig zu bearbeiten und schwer in erforderlicher Größe zu erhalten ist.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, die Größe des sekundären Spektrums bis auf einen Bruchteil dessen zu reduzieren, wie es gemäö^{3 anc}der Technik erzielbar war, ohne jedoch kristallines Material von geringer Dispersionskraft zu benutzen, wie Quarzit oder dergleichen. Bei der Aufgabenstellung in Betracht zu ziehen ist der Umstand, daß optische Glassorten eine viel geringere partiale DispexsLon und Dispersionskraft als kristalline Materialien wie Quarzit und dergleichen aufweisen und daß der Wert von D " nicht so stark wie im Falle der Verwendung von Quarzit verringert werden kann, selbst wenn Kronglas auf der Basis von Phosphat oder Fluorphosphat als positive Komponente und Antimonflintglas zur Verringerung der sekundären Spektrum verwendet werden, oder Lanthanglas mit ähnlichen Eigenschaften als negative Komponente verwendet wird, um einen Achromatismus für zwei Linien zu erzielen.

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Die gestellte Aufgabe wird auf Grund der in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst.

In Anbetracht der zuvor erwähnten Betrachtung kann der Wert von D wie folgt verringert werden: Es wird eine dritte positive Komponente aus Glas mit einem Wert von r g hinzugefügt, der equivalent dem der negativen Komponente ist, jedoch einen kleineren absoluten Wert von k aufweist, als die negative Komponente; ferner wird die negative Brechkraft der negativen Komponente vergrößert, so daß die Brechkraft der zusätzlichen positiven Komponente kompensiert wird; das zusammengesetzte Objektiv mit der negativen Komponente und der dritten positiven Komponente und mit einer negativen Brennweite kann demnach so hergestellt werden, daß es eine geringe Variation in dem Wert von j/g besitzt und einen scheinbaren Wert von k aufweist, der nahezu equivalent zu dem der ersten positiven Komponente ist, die aus Kronglas auf der Basis von Phosphat oder Fluorphosphorsäure besteht, wobei der scheinbare Wert von D verringert wird. Dies bedeutet, daß in Gleichung 1 die Größe des Wertes von k zwischen der negativen Komponente und der. _;zusätzlichen oder dritten positiven Komponente umgekehrt wird, so daß das positive oder negative Vorzeichen von D sich umkehrt und zu einem sekundären Spektrum von entgegengesetzten Vorzeichen führt, woraus wiederum ein optisches System erhalten wird, welche eine verringerte Größe des sekundären Spektrums besitzt.

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Darüber hinaus wird gleichzeitig der ursprünglich aufgestellte Achromatismus für zwei Wellenlängen aufrechterhalten, und wenn der kombinierte Wert von k des negativen und der dritten positiven Komponente gleich dem Wert von k der ersten Komponente wird, wird ein Achromatismus für drei Wellenlängen erhalten« Im extremen Fall wird ferner das Vorzeichen des sekundären Spektrums umgekehrt. Indem η Arten von unterschiedlichen Glassorten zur Herstellung von η Komponenten verwendet werden und indem in geeigneter Weise die Brechkräfte der Jeweiligen " Komponenten bestimmt werden, kann allgemein gezeigt werden, daß der Achromatismus für η unterschiedliche Wellenlängen erzielt werden kann.

In einem gewöhnlichen optischen System würde Jedoch ein Achromatismus für drei Wellenlängen, nämlich in der Nähe voncld, g und c oder d, F und c genügen, da die anderen Wellenlängen nicht stark hiervon abweichen. Zu diesem Zweck sind mindestens drei Komponenten aus mindestens drei verschiedenen Glassorten erforderlich.

Als Ergebnis von Experimenten, die bezüglich verschiedener Kombinationen dieser drei unterschiedlichen Glassorten ausgeführt owur den, wurde festgestellt, daß die Kombination von Kronglas auf der Basis von Phosphat oder Fluorphosphat von geringer Dispersionkraft für die positiven Komponenten und Lanthanglas oder Antimonglas für die negative Komponente des

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Bariumflintglases zu einem guten Ergebnis führt. Dies beruht auf der Tatsache, daß Phosphatkronglas und Fluorphosphatkronglas jeweils eine geringe Dispersionskraft aufweisen» daß der absolute Wert von k von Lanthan- oder Antimonglas, die für die negative Komponente verwendet werden, relativ groß ist, und daß Bariumflintglas einen Wert von Ps aufweist, der nahezu gleich dem von Lanthan- oder Antimonglas ist und einen absoluten Wert von k besitzt, der kleiner ist als der von Lanthan- oder Antimonglas·

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem zuvor beschiiebenen Gedanken und die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen Anwendungen dieses Gedankens auf die vordere Linsengruppe eines fotographischen Teleobjektivs dar, welches als laigbrennweitiges fotographisches Objektiv einsetzbar ist*

Das optische System gemäß Erfindung besteht aus einem Objektiv, deren vordere Linsengruppe aus drei bis fünf Komponenten besteht, von denen mindestens zwei konvergierend und mindestens eine divergierend ist. Mindestens eine der drei Komponenten ist ein positives Glied, hergestellt aus Phosphatkronglas oder Fluorphosphatkronglas, mindestens ein Glied ist eine positive Komponente, gebildet aus Bariumflintglas und mindestens ein Glied ist

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eine negative Komponente, hergestellt aus Lanthanglas oder Antimonflintglas. Auf diese Weise wird eine Korrektur der chromatischen Aberration in der Vordergruppe des Objektivs durchgeführt·

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1A stellt einen Längsschnitt durch ein optisches System gemäß Erfindung dar;

Fig. 1B ist ein Diagramm der spherischen Aberration des optischen Systems nach Fig. 1A;

Fig. 1C ist ein Diagramm des Astigmatismus des optischen Systems nach Fig. 1A;

Fig. 1D ist ein Diagramm der verzeichnenden Aberration (Verzeichnung) des optischen Systems nach Fig. 1A;

Fig. 2λ stellt eine zweite Ausführungsform dar und die Ziffern A bis D beziehen sich auf ähnliche Darstellungen wie in Fig. 1;

Fig. 3 stellt eine dritte Ausführungsform dar, wobei die Einzeldarstellungen A bis D die erläuterte Bedeutung haben;

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Fig, 4 gibt eine vierte AusfUhrungsform wieder mit den Ziffern A bis D in erläuterter Bedeutung;

Fig. 5 gibt eine fünfte Ausführungsform wieder mit den Ziffern A bis D in erläuterter Bedeutung;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verlaufs des Achromatismus in dem achromatischen Objektiv für zwei Wellenlängen mit einer Brennweite von f = 100 mm, wobei zwei bekannte Glassorten verwendet werden;

Fig. 7 ist ein Diagramm des Verlaufs des Achromatismus am axialen Bildpunkt, wenn die Brennweite des bekannten fotographischen Teleobjektivs mit zwei Komponenten aus Quarzit auf f = 100. mm umgewandelt wird;

Fig. 8 ist ein Diagramm des Verlaufs des Achromatismus am axialen Bildpunkt, wenn die Brennweite des Objektivs nach Beispiel II, bzw. Anspruch 3 auf f = 100 mm umgerechnet wird;

Fig. 9 ist ein Diagramm des Verlaufs des Achromatismus am axialen Bildpunkt, wenn die Brennweite des Objektivs nach Beispiel V, bzw. Anspruch 6 auf f = 100 mm umgerechnet wird.

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Es wird Bezug auf die Figuren 1A, 2A, 3A, 4A und 5A genommen, wo im axialen Längsschnitt fünf Beispiele von optischen Systemen gemäß Erfindung dargestellt sind. Wie ersichtlich, stellt das optische System ein Objektiv mit einer Vordergruppe dar, welches mindestens zwei konvergente Komponenten und mindestens eine divergente Komponente umfasst. Die Gesamtanzahl der Komponenten in der Vordergruppe kann von drei bis fünf reichen. In Fig. 1A (Beispiel I) umfasst die Vordergruppe vier Komponenten, von denen drei konvergierend und eine divergierend ausgebildet ist. In den Figuren 2A, 3A und 4A (Beispiele II, III und IV) sind zwei konvergente Komponenten und eine divergente Komponente benutzt. In Fig. 5A (Beispiel V) sind drei konvergente Komponenten und zwei divergente Komponenten benutzt. In allen diesen verschiedenen Beispielen ist mindestens eine Komponente in der Vordergruppe eine positive Komponente, die aus Phosphatkronglas oder Fluorphosphatkronglas besteht, mindestens eine Komponente ist eine positive Komponente, die aus Bariumflintglas besteht, und mindestens eine Komponente ist eine negative Komponente, die aus Lanthanglas oder Antimonflintglas besteht.

Die verschiedenen Daten der jeweiligen Beispiele sind in Tabellenform in den UnteranSprüchen enthalten, und es gelten die folgenden Definitionen:

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r stellt den Krümmungsradius der jeweiligen Komponente dar; g bezieht sich auf die Dicke der Komponente, gemessen an der optischen Achse, bzw. auf den Luftspalt zwischen zwei Komponenten;

n_d ist der Brechungsindex des jeweiligen optischen Glases, und

y, die Abbesche Zahl des jeweiligen optischen Glases, und zwar für die Helium d-Linie des Spektrums.

Die zahlreichen Aberrationen in den Beispielen I bis V sind in den Figuren 1B, C, D bis 5B, C, D dargestellt, wobei die Kurve m den Astigmatismus für meridionale Strahlen und die Kurve s den Astigmatismus für spherische Strahlen darstellt.

Der Verlauf des Astigmatismus der axialen Bildpunkte in Beispielen II und V sind in Fig. 8, bzw. 9 dargestellt, wobei die Brennweite auf f = 100 mm umgerechnet ist..

Die für die Beispiele gegebenen Definitionen und Erläuterungen gelten auch für die Unteransprüche.

Obwohl die Erfindung in !Anwendung auf ein fotographisches Teleobjektiv gezeichnet und beschrieben worden ist, versteht es sich, daß sie auch auf Objektive in Teleskopen, Mikroskopen usw. anwendbar ist.

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Claims (1)

Achromatisches Objektiv, gegenzeichnet durch wenigstens zwei positive Komponenten und wenigstens eine negative Komponente, wobei wenigstens eine der positiven Komponenten aus einem Glas der Fluorphosphorsäureglas und Phosphorsäureglas umfassenden Gruppe aufgebaut ist, wenigstens eine andere der positiven Komponenten aus t einem Bariumflintglas aufgebaut ist und die negative Komponente aus einem Glas der Lanthanglas- und ftntimonflintglas umfassenden Gruppe aufgebaut ist. 209828/0695 2. Achromatisches Objektiv nach Anspruch 1, wobei die Komponenten die folgenden Werte aufweiseng ι· =+ 106.0 1 a 11,0 η. = 1.48606 , = 81.5 Fluorphosphor-1 . säureglas' =- 151.0 d2 = 4.0 r, =- 144.0 d, = 3.0 nd = 1.744 d = 44.9 Lanthanglas -+ 130.0 d4 = 12.0 nd = 1.6393 d = 45.0 Bariumfliriglafs =+ 650.0 de = 1.0 r =+ 95.0 d/- = 7.7 n. = 1.48606 , = 81.5 Fluorphosphor-6 b d d säureglas r? =+ 878.8 d? = 119.3 r8 =- 43.0 d8 = 1.0 nd = 1.62041 d = 60.3 =+ 150.0 dg = 3.5 nd = 1.62004 d = 36.3 r10 =- 104.82 Brennweite f=300.0; relative Öffnung F/4.5; Bildwinkel 8.4° 209821/0895 3. Achromatisches Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnetdaß die Komponenten die folgenden Werte aufweise»: = + 200.000 d.. = 15.0 nd = 1.48606 d « 81.5 Fluorphosphorsäure glas * - 277.348 d2 = 6.0 r3 a - 277.348 d3 = 6.0 nd = 1.744 d = 44.9 Lanthanglas Γ/, = + 387.299 el,, = 1.5 = + 224.820 d,- = 10.0 n, = 1.56965 ,, = 49.5 Bariumflint-5 ü ü glas r6 =+4430.700 d6 = 254.0 = - 93.000 d7 = , 1.5 nd = 1.52682 d = 51.1 r8 = + 180.000 d8 = 6.0 nd = 1.62374 d = 47.0 = - 148.925 Brennweite f=600.0; relative Öffnung F/5.6 Bildwinkel 8°. 209828/0695 4. Achromatisches Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten die folgenden Werte aufweisen: = + 300.0 d1 = 13.0 n, = 1.48614 Λ s 81.5 Fluorphos τ α α phorsäure glas r2 = - 430.0 d2 = 7.3 r5 = - 382.5 d3 = 7.5 nd = 1.61266 d = 44.3 Antimonflint- glas τ,, β + 310.0 d,, = 1.5 rR = + 292.0 de- = 10.0 nri = 1.56953 A- 49.5 Bariumflint-5 5 α α glas - 1654.4 d£ =435.0 r7 = - 150.0 d7 = 2.0 nd = 1.51885 d = 59.0 r8 = dg = 5.0 nd = 1.62399 d^ r9 = 233.27 Brennweite f=800.0; Relative Öffnung F/8; Bildwinkel 6° 209828/0695 5. Achromatisches Objektiv nach Anspruch 1, 2163 dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten die folgenden Werte aufweisen: r =+ 403.0 d1 = 13.0 n, = 1.48606 . = 81.5 Fluorphosphor säureglas =- 413.0 d2 = 8.0 r =_ 428.0 d, = 6.0 nd = 1.744 d = 44.9 Lanthanglas r/, =+ 1168.1 (L1 = 2.0 r,- =+ 550.0 dt- = 10.0 n, = 1.56965 A= 49.5 Bariumflint-5 5 α α glas r6 =- 6230.7 dg = 575.0 =- 190.0 d7 = 2.0 nd = 1.5168 d = 64.2 r8 =+ 430.0 d8 = 7.0 nd = 1.62374 d = 47.0 r9 =- 449.9 Biidweite f=1200; Relative Öffnung F/11; Bildwinkel 4° 203828/069 6. Achromatisches Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten die folgenden Werte aufweisen: . =+ 310.0 d. = 11.0 n, = 1.61405 H = 55.1 Bi-Barium-1 ' α α flintglas r2 =- 525.0 d2 = 5.0 =- 630.0 d5 = 7.5 nd = 1.6115 d = 44.3 Antimonflint- glas r4 =+ 313.0 d4 = 4.0 v = 341.3 d5 = 10.0 nd = 1.48606 , = 81.5 Fluorphos- 0phorsäureg rv = phorsäureglaf Tf- =- 557.0 (L- = 7.0 =- 413.0 7.5 nd = 1.713 d = 53.9 Lanthanglas r8 =- 814.0 d8 = 1.0 rQ =+ 700.0 dQ = 10.0

1.62374 _d = 47.0 Bariumsflint-

glas

=- 2386.1 d₁₀= 533.0

190.0

1.0 n_d= 1.5.168 _d = 64.2

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r₁₂ =+ 310.0 d₁₂ = 7.0 n_d = 1.62374 _d = 47.0 =- 472.83

Brennweite f= 1200; Relative Öffnung F/11 Bildwinkel 4°

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