Photographisches Gauss-Objektiv Die Erfindung bezieht sich auf ein photogra phisches Gauss-Objektiv, in dem ein Paar konvex konkaver Glieder mit rein divergierender Wirkung vorgesehen ist, die zwischen Sammelgliedern ange ordnet sind und an gegenüberliegenden Seiten einer Blende einander zugekehrte konkave Flächen auf weisen, welches Objektiv durch ungewöhnlich gute Korrektureigenschaften, sowohl hinsichtlich der Aberration niederer Ordnung und der schrägen sphäri schen Aberration wie auch der astigmatischen Fehler höherer Ordnung gekennzeichnet ist.
Das erfindungs gemässe Objektiv ist besonders ,geeignet, um den An forderungen zu entsprechen, die durch die moderne Nacht-Luftphotographie an Objektive mit mittlerer Brennweite, Lichtstärke und Bildwinkel gestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemässen Objektivs, das diesen Bedingungen ent spricht, hat eine Brennweite von 30,48 cm, eine Lichtstärke von 1 : 2,5 und einen Bildwinkel von 55 .
Es ist bereits schon seit langem bekannt, dass Gauss-Objektive sowohl bei Betrachtungssystemen wie auch für photographische Zwecke ein grosses gut korrigiertes Bildfeld liefern, und d'ass man durch ver schiedene Abwandlungen dieser Objektive die Kor rekturen erhalten kann, die bei dem jeweiligen Ver wendungszweck des Objektivs gefordert werden. Je doch weisen die bekannten Gauss-Objektive gewisse Mängel auf, durch die ihre Lichtstärke und der Bild winkel begrenzt werden.
Ein bemerkenswertes Bei spiel eines solchen Mangels ist das Auftreten sphäri scher Aberration bei beträchtlich achsenfernen Win keln, die als schräge sphärische Aberration bezeich net wird und lediglich das Wiederauftreten der korri gierbaren achsennahen sphärischen Aberration ist.
Die schräge sphärische Aberration ändert sich im allgemeinen mit dem Quadrat des Bildwinkels der achsenfernen Strahlen und mit der dritten Potenz der relativen Blendenöffnung, so dass man bei einem Gauss-Objektiv mit grossem Bildwinkel und grosser Lichtstärke erhebliche Schwierigkeiten zu erwarten hat, die sich aus der schrägen sphärischen Aberration ergeben, wobei diese Schwierigkeiten noch grösser werden, wenn die erforderlichen Brennweiten wesent lich grösser sind als die, die für gewöhnliche photogra phische Zwecke benutzt werden.
Ein weiterer Nachteil der Gauss-Objektive ist der, dass der Astigmatismus höherer Ordnung bei grösser werdendem Bildwinkel rasch grösser wird. Dabei ist diese Tendenz so stark ausgeprägt, dass man für die Zwecke, für die das erfindungsgemässe Objektiv be stimmt ist, ungewöhnliche Mittel zur Korrektur der Aberration zur Anwendung bringen muss. In dem am 5.
Dezember 1950 ausgegebenen USA- Patent Nr. 2 532 751 wurde bereits dargelegt, wie eine Vergrösserung des Blendenraumes eines Gauss- Objektivs dazu verwendet werden kann, die schräge sphärische Aberration zu vermindern, indem man den grössten Teil dieser Aberration, die sich mit der dritten Potenz der Blendenöffnung ändert, ausschaltet und auf einen Beitrag zu den Restfehlern, die sich mit der fünften und höheren Potenzen der Blenden öffnung ändern, beschränkt. Auch das USA-Patent Nr. 2<B>6713</B> 80, ausgegeben am 9.
März 1954, zeigt bereits, wie Ausgleichsmittel in den Mittelluftraum eines solchen Objektivs eingeführt werden können, um dadurch Vorteile einschliesslich der Berichtigung schräger sphärischer Aberration zu verwirklichen. Somit kann durch Anwendung der in diesen Paten ten dargelegten Mittel die schräge sphärische Aberra tion in ihrer Grösse vermindert werden und ihr Ein fluss auf beliebige vorgegebene Zonen und Bild winkel kann etwa auf den Wert Null gebracht wer den. Bei der Entwicklung eines als Nachtobjektiv aus gebildeten Gauss-Objektivs mit einer Brennweite von 30,48 cm, einer Lichtstärke von 1 : 2,5 und einem Bildwinkel von 55 wurde festgestellt, dass ein solches gemäss den Erkenntnissen dieser Patente ausgebildetes Objektiv eine geringere optimale Güte aufweist.
Tat sächlich zeigt sich, dass die Verwendung verhältnis mässig stark gekrümmter um die Blende herum an geordneter Linsenflächen, was bei solchen Objektiven mit grossem Blendenraum erforderlich ist, zu einer Vergrösserung der schrägen sphärischen Aberration in der sagittalen Richtung führt.
Die normale schräge sphärische Aberration eines solchen Objektivs, bei dem die Flächen der um die Blende angeordneten Linsen schwächere Krümmungen aufweisen, bewirkt bei der Abbildung einer punktförmigen Lichtquelle bei nur mässiger Ausdehnung in der sagittalen Rich tung eine beträchtliche Ausdehnung in der merid'io- nalen Richtung, während solche Objektive mit grossem Blendenraum und stärker gekrümmten, die Blende umgebenden Linsenflächen in meridionaler (tangen- tial) Richtung schwächere und in sagittaler (skew)
Richtung stärkere schräge sphärische Aberration auf weisen. Bei den letztgenannten Objektiven ist die Aberrationsänderung über das gesamte Feld ver hältnismässig gering, so dass diese Objektive hervor ragende achsenferne Abbildungen liefern. Wenn je doch eine weitere Verbesserung der Güte der achsen- fernen Abbildung erreicht werden soll, dann muss die schräge sphärische Aberration in der sagittalen Richtung noch weiter vermindert werden, wobei die Korrektur dieser Aberration meridionaler Richtung aufrechterhalten wird.
Der vorliegenden Erfindung lieb daher die Auf gabe zugrunde, ein Gauss-Objektiv vorzusehen, das in seiner Güte den bisher vorgeschlagenen Objektiven überlegen ist, und bei dem eine Reihe von Mitteln in neuartiger Kombination zur Anwendung gekom men sind, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Die Erfindung betrifft ein photographisches Objek tiv, das für sphärische und chromatische Aberration, einschliesslich schräger sphärischer Aberration, Koma, astigmatische Fehler, Bildfeldkrümmun.g und Ver zerrung korrigiert ist und aus einem Paar äusserer Glieder mit rein sammelnder Wirkung und einem Paar konvexkonkav ausgebildeter Glieder besteht, die eine rein negative Wirkung haben und zwischen den äussern Gliedern angeordnet sind und auf gegen überliegenden Seiten einer Blende so angeordnet sind, dass sie der Blende ihre konkaven Flächen zukehren,
wobei beide Sammelglieder eine Brechzahl aufweisen, die zwischen 1,58 bis 1,80 liegt, während das vor dere Sammelglied gegen die Blende zu eine konkave, an Luft angrenzende Fläche mit einer Brechkraft von -0,2 bis -0,8 aufweist, während das hintere Sammelglied gegen die Blende hin ebenfalls eine an Luft angrenzende Fläche mit einer Brechkraft von -0,3 bis-0,4 hat, wobei ferner das vordere konvex konkave Glied eine an die Blende angrenzende kon kave Fläche aufweist, die eine Brechkraft von -1,7 bis -2,8 hat, während die Brechkraft der an die Blende angrenzenden konkaven Fläche des hintern konvexkonkaven Gliedes zwischen -1,0 und -1,9 liegt und einen numerischen Wert hat,
der kleiner als der der besagten konkaven Fläche des vordern konvexkonkaven Gliedes ist, wobei alle diese Brech- kräfte unter Bezugnahme auf die als Einheit an genommene Brechkraft des Objektivs angegeben sind, und wobei der axiale Abstand der konkaven Flächen der negativen konvexkonkaven Glieder grösser als 0,14 F und kleiner als 0,28 F ist, wenn F die Brennweite des Objektivs ist.
Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei Fig. 1 und 2 schematische Ansichten zweier ver schieden ausgebildeter Objektive darstellen.
Fig. IA und 2A Teilansichten in vergrössertem Massstab sind, die die Anwendung einer asphärischen Krümmung bei zwei Linsenflächen der Objektive nach Fig. 1 und 2 zeigen, und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer von dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ab weichenden Ausbildung des Objektivs ist, bei dem eine Feldebnungslinse verwendet wird.
Die Form des in der Fig. 1 dargestellten Gauss- Objektivs hat sich als die günstigste für ein Nacht aufnahmeobjektiv mit einer Lichtstärke von 1 : 2,5, einer Brennweite von 30,48 cm und einem Bildwinkel von 55, erwiesen. Das Objektiv besitzt äussere Sammelglieder, die die Form gekitteter Dubletten haben, wobei das Vorderglied aus einer äussern Sam mellinse 1 und einer innern Zerstreuungslinse II be steht, während die das Hinterglied des optischen Systems bildende Doppellinse aus einer innern Zer streuungslinse VII und einer äussern Sammellinse VIII gebildet wird.
Diese Sammelglieder umschliessen negative konvexkonkave Glieder, deren konkave Flächen der in der Mitte des Systems liegenden Blende zugewandt sind, wobei jedes dieser konvex konkaven Glieder anstatt aus miteinander verkitte ten Dubletten, wie sie üblicherweise bei bekannten Gauss-Objektiven Verwendung finden, aus einem Paar voneinander getrennter konvexkonkaver Linsen besteht. Das vordere konvexkonkave Glied besteht aus einer äussern positiven Linse<B>111</B> und einer innern Zerstreuungslinse IV, während das hintere konvex konkave Glied aus einer innern Zerstreuungslinse V und einer äussern Sammellinse VI besteht.
Bei dem Objektiv gemäss Fig. 1 wird die Korrektur schräger sphärischer Aberration dadurch erreicht, dass. man gekittete Doppellinsen als äussere Glieder des Ob jektivs verwendet, obwohl auch Einzellinsen mit asphärischen Flächen für diesen Zweck hätten be nutzt werden können. Die positiven Linsen I, 111, VI und VIII des Objektivs sind aus hochbrechendem Glas seltener Erden hergestellt. Die durch die Ver wendung von Glas seltener Erden erzielte Verbesse rung liegt in der Hauptsache in noch grösserer Ver vollkommnung der Korrektur bei gegebenen Werten der Lichtstärke der Brennweite und des Bildwinkels.
Das in der Fig. 2 dargestellte Objektiv ist hin sichtlich der Art der Glieder und der diese bildenden Linsen dem der Fig. 1 sehr ähnlich. Es unterscheidet sich von dem Objektiv nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass die hier zur Verwendung gekommenen Gläser eine mittlere bis hohe Brechzahl aufweisen, und dass keine Gläser aus seltenen Erden verwendet werden. Die Korrektur des Objektivs nach Fig. 2 ist unter schiedlich von der des in der Fig. 1 dargestellten Objektivs, liegt aber nicht wesentlich unterhalb dem bei dem Objektiv nach Fig. 1 erzielten Wert.
Im Hinblick auf die Tatsache aber, dass man bei mo dernen photographischen Objektiven bestrebt ist, absolute Vollkommenheit zu erzielen, dürfte selbst eine Verbesserung der Leistung des Objektivs um 201/9, wie sie durch die Verwendung von Gläsern aus seltenen Erden bei dem in der Fig. 1 dargestell ten optischen System erreicht wird, die Verwendung dieses Materials rechtfertigen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Objektive sind als typische Ausführungsbeispiele anzusehen, wobei das verwendete Glasmaterial innerhalb des obern Teils des praktisch realisierbaren Brechzahl bereiches liegt. Wenn ein Opfer auf Kosten der Lichtstärke gebracht werden kann, dann können Objektive, bei denen die älteren Arten optischer Gläser mit mittlerem bis niedrigem Brechungsindex Verwendung finden, hergestellt werden, deren Güte im übrigen mit denen der in den Fig. 1 und 2 dar gestellten Objektiven vergleichbar ist.
Bei Gauss-Objektiven sind die meridionalen Strahlenbündel in der Regel grösserer Aberration unterworfen als sagittale Strahlenbündel, da die Bre chungswinkel in der Meridionalebene praktisch an jeder Fläche ihren maximalen Wert erreichen. An derseits sprechen die Korrekturen meridionaler Strahlen mehr als die Korrektur der sagittalen Strahlen auf Kompensationsbrechungen an.
Dem gemäss ist es möglich, durch Anwendung einer An zahl von Linsenelementen mit verhältnismässig flachen Krümmungen die erforderlichen Korrekturen der schrägen sphärischen Aberration der meridiona- len Strahlen zu bewirken, wobei ein Brechungs ausgleich durch geeignete Bemessung der Krüm mungen, der Abstände und der Brechzahldifferenzen erreicht werden kann. Durch die Verwendung sol cher flachen Krümmungen erhält man dann die ge ringste schräge sphärische Aberration in sagittaler Richtung.
Weitere Korrekturen, deren Wert beträcht lich ist, kann man durch die Verwendung von asphä- rischen Flächen erzielen, wobei allerdings bei in grösseren Mengen herzustellenden Linsen derartig grosse Abweichungen von den sphärischen Flächen praktisch nicht durchführbar sind.
Die in den Objektiven nach Fig. 1 und 2 verwen deten Linsen weisen im Vergleich zu denen bekann ter Objektive verhältnismässig flache Krümmungen auf; und wenn man auch Linsen verwenden könnte, deren Flächen noch flachere Krümmungen als bei diesen beiden Objektiven aufweisen, so würde man doch dadurch ein optisches System mit übergrosser Baulänge erhalten. Da Gläser mit hoher Brechzahl gewöhnlich auch eine grössere Lichtabsorption als Gläser mit niedriger Brechzahl besitzen, ist es mit Rücksicht auf eine möglichst geringe Lichtabsorption erforderlich, dass die Masse des optischen Systems auf das kleinste Mass zurückgeführt wird, wenn solche Gläser mit hoher Brechzahl verwendet werden sollen.
Die optischen Systeme nach Fig. 1 und 2 sind demzufolge verhältnismässig kompakt gestaltet, um die Gesamtlänge des durch das Glas verlaufen den Strahlenganges so gering wie möglich zu halten, wobei ein Kompromiss mit dem Korrekturzustand eingegangen werden muss. Ein weiterer Vorteil eines kompakten optischen Systems ist der, dass bei diesem im allgemeinen bei grossen achsenfernen Winkeln ein geringeres Vignettieren auftritt, da die ver schiedenen Lichtbündel gewöhnlich innerhalb kleiner Raumwinkel zur Lichteintrittspupille liegen. über dies ist auch ein Objektiv kompakter Bauart im all gemeinen Gebrauch zu bevorzugen.
Die Objektive können so ausgeführt werden, dass sie im Rahmen der nachfolgend bezeichneten Grenzen eine Reihe voneinander abweichender Merk male aufweisen. Bei Objektiven, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, bei denen die äussern Sammel- glieder aus gekitteten Sammelgliedern bestehen, kann zwischen der Brechzahl der ersten und letzten gekitteten Fläche ein erheblicher Unterschied be stehen.
Bei dem ersten Glied des optischen Systems, das aus den Linsen I und Il gebildet wird, soll die Linse I die höhere Brechzahl aufweisen, und die Differenz zwischen dieser und der Brechzahl der ge kitteten Fläche, die durch den Radius R2 bestimmt wird, soll innerhalb eines Bereiches von 0,03 und 0,08 liegen. Eine geringere Brechzahldifferenz als 0,03 kann zu einer zu starken Krümmung der Fläche und demzufolge zu einer zu grossen Dicke des Gliedes oder zu einer I7berkorrektur durch die Fläche führen, während eine zu grosse Brechzahldifferenz sowohl Verzerrung als auch das Auftreten astigmatischer Bildfehler verursacht.
Was das im hintern Teil des optischen Systems angeordnete äussere Sammelglied anbetrifft, so machen die konvergierenden Licht strahlenbündel, um die gewünschte Korrekturwir kung zu erzielen, eine stärker gekrümmte Fläche er forderlich, und wegen der grösseren Neigung der stärker gekrümmten Fläche ist eine geringere Brech- zahldifferenz erwünscht.
Bei dem hintern Sammel- glied soll die Linse VII die kleinere Brechzahl auf weisen, wobei der bevorzugte Bereich für die Brech- zahldifferenz zwischen dieser Linse und der durch den Radius Ris bestimmten Fläche als zwischen den Werten 0,01 und 0,06 liegend ermittelt wurde.
Hierbei muss beachtet werden, dass sich bei Sammel gliedern, die komplizierter als gekittete Doppel linsen ausgebildet sind, die erwähnten Brechzahl- differenzen auf die gekitteten Flächen beziehen, deren Scheitel von der Blende abgewendet ist, da die Krümmungen anderer Flächen, die sich zu der in der Mitte des optischen Systems liegenden Blende hin öffnen, unempfindlich sind und keine grosse Korrekturwirkung aufweisen.
Wie oben bereits erwähnt, soll das arithmetische Mittel der Brechzahlen der äussern Sammelglieder so gross wie praktisch möglich sein, obgleich man auch Objektive mit hervorragenden Eigenschaften erhalten kann, wenn der Wert der Brechzahl min destens 1,58 beträgt. Da das gegenwärtig für die Herstellung solcher Linsen zur Verfügung stehende Glas mit einer grösseren Brechzahl als 1,80 bemer kenswert gelb ist und sich aus diesem Grunde nicht für diese Verwendung eignet, kann das vordere und das hintere Sammelglied bloss ein arithmetisches Mittel der Brechzahlen aufweisen, die in einem Be reich von 1,58 bis<B>1,80</B> liegt.
Dadurch, dass bei dem vorgeschlagenen Objektiv stark brechende Dubletten als äussere Sammelglieder zur Anwendung kommen, ist eine bequeme Farb- korrektur möglich, wodurch bei der Wahl des Glases für die negativen, an der Blende angrenzen den konvexkonkaven Linsen weniger Beschränkun gen bestehen. Demgemäss können diese negativen konvexkonkaven Linsen eine kleinere Brechzahl als die aufweisen, die bei bekannten Gauss-Objektiven üblich ist, woraus sich ein Vorteil in bezug auf die Petzvalsche Summe ergibt.
Verwendet man für die negativen konvexkonkaven Linsen Gläser mit klei nerer Brechzahl, dann würde dies normalerweise stärkere Krümmungen der an die Blende angrenzen den Linsenflächen erforderlich machen, und dies wiederum würde sich schädlich auf die schräge sphärische Aberration und auf die achsennahe sphärische Zone auswirken. Bei den beschriebenen Ausführungsformen berühren sich jedoch die Linsen. der konvexkonkaven Glieder des Systems nicht, und dadurch ist es möglich, mässige Krümmungen bei den an der Blende angrenzenden Flächen dieser Linsen beizubehalten.
Es hat sich gezeigt, dass das vordere negative konvexkonkave Glied mindestens eine negative Linse haben muss, deren Brechzahl um 0,02 bis 0,15 kleiner ist als das arithmetische Mittel der Brechzahlen des vordern Sammelgliedes. In ähnlicher Weise soll das hintere konvexkonkave Glied mindestens eine negative Linse besitzen, deren Brechzahl um 0,05 bis 0,20 kleiner als die mittlere Brechzahl des hintern Sammelgliedes ist.
Die Brechzahlen der positiven Linsen der nega tiven konvexkonkaven Glieder können gross sein, ohne dass dadurch ein zu grosser Astigmatismus her vorgerufen wird, da diese Linsen ja konvexkonkave Form aufweisen. Um die besten Ergebnisse zu er halten, soll die grösste Brechzahl der positiven Linsen der negativen konvexkonkaven Glieder grösser als das arithmetische Mittel der Brechzahlen ent weder des vordern oder des hintern Sammelgliedes sein,
und die grösste Brechzahl der positiven Linsen in jedem der konvexkonkaven Glieder soll um 0,03 bis 0,25 grösser sein als die kleinste Brechzahl der negativen Linsen in diesen Gliedern. Um eine Störung der Symmetrie innerhalb des optischen Systems zu vermeiden, muss diese günstige Vertei lung der Brechzahlen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, wobei für die Brechzahlen der posi tiven Linsen der negativen konvexkonkaven Glieder ein Wert von 1,85 als obere Grenze anzunehmen ist. In diesem Zusammenhang mag darauf hingewie sen werden, dass die Linse VI des in der Fig. 1 dar gestellten Objektivs aus Glas mit einer Brechzahl von 1,8 hergestellt ist.
Kennzeichnend ist ausser den hinsichtlich der Brechzahlen gemachten Angaben auch die Beschrän kung bestimmter weiterer baulicher Merkmale, und eins dieser Merkmale, das in bestimmten Grenzen gehalten werden muss, ist die effektive Brechkraft, die den Sammelgliedern zugemessen wird, wobei die Linsendicke vernachlässigt wird. Bei den beschrie benen Objektiven liegt der Brechkraftbereich der dünnen Linse des vordern Sammelgliedes zwischen 0,45 und 0,75, wobei die Brechkraft des gesamten Objektivs als Einheit angenommen wird.
Entspre chend liegt, unter Zugrundelegung des gleichen Mass stabes, der Brechkraftbereich des hintern Sammel- gliedes zwischen 0,75 und 1,10, wobei dieser Be reich in erster Linie durch die Erfordernisse der Korrektur von Verzerrung und des Koma bestimmt wird.
Eine weitere nützliche Beschränkung, die den Aufbau der Sammelglieder kennzeichnet, betrifft den allgemeinen Ablenkungsgrad der einzelnen Glieder des optischen Systems. Bei dem vordern Sammelglied ist eine bestimmte Tendenz zur konvexkonkaven Gestalt erforderlich, wobei diese Tendenz am besten durch eine Beschränkung der Brechkraft der innern Luft-Glas-Brechungsfläche, das heisst der durch den Radius R#, bestimmten Fläche, auf einen Bereich von -0,2 bis -0,8 gewährleistet werden kann; dabei geht man von der Brechkraft des gesamten Objektivs als Einheit aus.
Das hintere Sammelglied kann nur schwach konvexkonkav ausgebildet sein, im allge meinen wird jedoch eine schwach bikonvexe Gestalt bevorzugt. Diese charakteristischen Merkmale des hintern Sammelgliedes können in der Weise bestimmt werden, indem man die Brechkraft der innern Luft-Glas-Fläche als durch einen Bereich von -0,3 bis +0,4 begrenzt bezeichnet, wobei wieder die Brechkraft des gesamten Objektivs als Einheit an genommen wird. Hinsichtlich der Brechkraft einer einzelnen Linsenfläche ist dieser Begriff in seiner üblichen dioptrischen Bedeutung aufzufassen.
Wenn, wie oben ausgeführt, die Brechkraft und der Ablenkungsgrad für die Sammelglieder begrenzt worden sind, so handelt es sich bei den Begrenzun gen hinsichtlich der Form der negativen konvex konkaven Glieder in der Hauptsache um den Ab lenkungsgrad. Bei gut berichtigter Petzvalscher Summe, wie dies bei Qualitätsobjektiven der Fall ist, liegen die Brechkräfte der negativen konvex konkaven Glieder im wesentlichen fest, so dass ledig lich die Frage des Ablenkungsgrades in Betracht zu ziehen bleibt.
Diese Ablenkung kann am besten durch Hinweis auf die Brechkraft der sich um die Blende herum öffnenden konkaven Flächen und durch die Konvergenz der objektseitig einfallenden Strahlen bündel beschrieben werden, wobei die negative Brechkraft der vordern konkaven Fläche beträcht lich grösser als die Brechkraft der hintern Fläche ist. Es wurde festgestellt, dass zur Erzielung einer gün stigen Krümmungsfreiheit des Feldes und zur Kor rektur der sphärischen Aberration die Brechkraft der an die Blende angrenzenden vordern konkaven Fläche, das heisst die Fläche, die durch den Radius R7 bestimmt wird, in einem Bereich von -1,7 bis -2,8 liegen soll.
Die bevorzugte Brechkraft der hintern, an die Blende angrenzenden Fläche, das heisst die durch den Radius R8 bestimmte Fläche liegt zwischen -1,0 und -1,90. Ausserdem kann man eine günstige Korrektur des Koma erreichen, wenn die Brechkraft der vordern konkaven Fläche, absolut genommen, grösser ist als die der hintern konkaven Fläche.
Weiter muss die Länge des in der Mitte des Systems befindlichen Luftraumes, in dem sich die Blende befindet, in bestimmten Grenzen gehalten werden. Zum Zwecke einer günstigen Korrektur der schrägen sphärischen Aberration in der sagittalen Richtung wird der Luftraum so gewählt, dass er vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,14 F bis 0,28 F liegt, wobei F die Brennweite des ge samten Objektivs ist.
Verwendet man einen Luft raum kürzerer Länge, dann neigt die meridionale schräge sphärische Aberration dazu, unkontrollierbar zu werden, während, wenn der Luftraum über die angegebene obere Grenze hinaus verlängert wird, ein beträchtlicher Verlust der Gesamtbrechkraft eintritt, und hierdurch wird wieder ein allgemeines Steiler werden der Krümmungen mit sich daraus ergebender Aberration bedingt.
Bei der Entwicklung der beschriebenen Objektive wurde festgestellt, dass oft die Korrektur der obern und untern Randstrahlen wesentlich verbessert wer den kann, wenn man an den geeigneten Flächen asphärische Korrekturen in wohl überlegter Weise vornimmt. Wenn die Objektivfassung eine Gesamt länge hat, die einen wesentlichen Bruchteil der Brennweite des Objektivs darstellt, dann werden im allgemeinen die schräg einfallenden Strahlenbündel, die durch die Eintrittspupille treten, auf Punkten des vordern und hintern Sammelgliedes auftreffen, die ziemlich weit von der optischen Achse des Systems entfernt liegen.
Die äussern Strahlen be nutzen die äussern Teile solcher Flächen, die durch die zum mittleren Teil des Feldes hin gerichteten Strahlenbündel überhaupt nicht berührt werden. Demgemäss ist es also möglich, in den Randzonen solcher Flächen asphärische Korrekturen vorzu nehmen, um auf diese Weise die Abbildung in den Randgebieten zu beeinflussen, ohne dass dabei die Güte des Objektivs im mittleren Bereich des Feldes beeinträchtigt wird. Häufig erweist sich als ange- bracht, nur eine solche Fläche im vordern Teil und eine zweite entsprechende Fläche im hintern Teil des optischen Systems zu wählen.
Die Anwendung asphä- rischer Korrekturen kann als die zusätzliche Anord nung einer sehr schwachen Linse angesehen werden, die einer bestimmten Linse überlagert wird, wobei eine solche Linse, je nach dem im Zusammenhang mit andern Konstruktionseigenschaften des optischen Systems gegebenen Erfordernis, entweder positiv oder negativ auf den betreffenden Strahl wirken kann. Die Wirksamkeit der in dieser Weise zur An wendung kommenden asphärischen Korrektur ergibt sich aus der Tatsache, dass diese Korrektur fast vollkommen unabhängig von andern Parametern ist, die bereits durch die Beeinflussung der Gesamt leistung des optischen Systems stark beansprucht sind.
Wenn das beschriebene Objektiv richtig durch gebildet ist, dann können die erwähnten asphärischen Korrekturen als zusätzliche Massnahme angesehen werden, die dann in Verbindung mit andern bereits erwähnten Faktoren benutzt wird, um einwandfreie, achsenfern gelegene Abbildungen in den äussern Ecken des Bildformats zu erhalten. In der Praxis wird man lieber Linsen mit eingezogenen Kanten als solche mit aufwärts gerichteten Kanten verwenden, weil die ersteren leichter herzustellen sind, indessen kann die Verwendung von Linsen beider Kantenarten erforderlich sein.
Bei den beschriebenen Objektiven variiert die Tiefe der asphärischen Korrektur am äussern Rand der freien Blendenöffnung mit dem jeweilig gewähl ten optischen System und kann nur für einen Teil des sichtbaren Spektrums, nämlich für die Wellen länge des Lichtes einer Natriumlampe, sein, das eine Wellenlänge von 5893 A besitzt. Bei einem Objektiv mit einer Blendenöffnung von 1 : 2,5, einer Brennweite von 30,48 cm und einem Bildwinkel von 55 sollen die asphärischen Korrekturen eine Tiefe haben, die der Länge von mindestens das Fünffache dieser Wellenlänge entspricht.
Die Bezeichnung Tiefe bedeutet dabei den Abstand, der am Rande der Blendenöffnung parallel zur optischen Achse zwischen der sphärischen Grundfläche und der über lagerten asphärischen Fläche vorhanden ist. Während man eine bestimmte obere Grenze der asphärischen Variation nicht genau angeben kann, so kann doch gesagt werden, dass es ungewöhnlich wäre, wenn asphärische Korrekturen am Rande der freien Blendenöffnung mit einer axialen Tiefe von mehr als das 200fache der Wellenlänge des Natriumlichtes erforderlich wären, um eine achsenferne Korrektur zu erhalten;
und wenn die maximale axiale Tiefe der asphärischen Korrektur in bezug auf die sphärische Grundfläche grösser als 200 Wellenlängen des Na triumlichts sein würde, dann wäre es unwahrschein lich, dass das Objektiv im dazwischenliegenden Feld eine einwandfreie Leistung zeigen würde.
In der Fig. 1 zeigen die gestrichelten Linien L1 an der Linse II .(in stark übertriebener Darstellung) eine eingezogene Kante an der durch den Radius R3 bestimmten Fläche, wodurch diese Fläche asphä- risch wird. Die gestrichelten Linien L2 an der Linse VII zeigen in ähnlicher Weise (ebenfalls wieder in stark übertriebener Darstellung) eine eingezogene Kante an der durch den Radius R12 bestimmten Fläche.
Durch das Einziehen der Kanten erhält man asphärische Korrekturen an den Rändern der freien Blendenöffnung, und bei dem Objektiv nach Fig. 1 haben diese Berichtigungen eine axiale Tiefe D, die der Länge von etwa zehn Wellenlängen des Natrium- Lichts entspricht.
Bei dem Objektiv nach Fig. 2 zei gen die gestrichelten Linien L1 und L2 die einge zogenen Kanten an den durch die Radien R3 bzw. R12 bestimmten Flächen an, wobei durch das Ein ziehen der Kanten asphärische Korrekturen mit einer axialen Tiefe D, die der Länge von etwa zehn Wellenlängen des Natriumlichts entspricht, erzielt werden.
Die Daten des Objektivs nach Fig. 1 sind im wesentlichen wie folgt:
EMI0006.0023
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> F <SEP> = <SEP> 1,000 <SEP> f/2,5
<tb> Linse <SEP> Radien <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Linsen <SEP> nD <SEP> <I>y</I>
<tb> <B>1</B> <SEP> R1 <SEP> = <SEP> 0,635 <SEP> t1 <SEP> = <SEP> 0,075 <SEP> 1,75510 <SEP> 47,2
<tb> <B>il</B> <SEP> R2 <SEP> = <SEP> -1,667 <SEP> t2 <SEP> = <SEP> 0,007 <SEP> 1,68900 <SEP> 30,9
<tb> R3 <SEP> = <SEP> 1,061 <SEP> S1 <SEP> = <SEP> 0,002
<tb> 11<B>1</B> <SEP> R4 <SEP> = <SEP> 0,312 <SEP> t3 <SEP> = <SEP> 0,050 <SEP> 1,75510 <SEP> 47,2
<tb> R5 <SEP> = <SEP> 0,681 <SEP> S2 <SEP> = <SEP> 0,020
<tb> IV <SEP> R6 <SEP> = <SEP> 0,817 <SEP> t4 <SEP> = <SEP> 0,013 <SEP> 1,60500 <SEP> 37,9
<tb> R7 <SEP> = <SEP> 0,243 <SEP> S3 <SEP> = <SEP> 0,
200+
<tb> V <SEP> R8 <SEP> = <SEP> -0,399 <SEP> t5 <SEP> = <SEP> 0,013 <SEP> 1,62031 <SEP> 60,3
<tb> R9 <SEP> = <SEP> -1,609 <SEP> S4 <SEP> = <SEP> 0,020
<tb> VI <SEP> Rio <SEP> = <SEP> -0,909 <SEP> t6 <SEP> = <SEP> 0,054 <SEP> 1,80370 <SEP> 41,8
<tb> Ril <SEP> = <SEP> -0,500 <SEP> S5 <SEP> = <SEP> 0,002
<tb> VIl <SEP> R12 <SEP> = <SEP> 5,001 <SEP> t7 <SEP> = <SEP> 0,007 <SEP> 1,72000 <SEP> 29,3
<tb> VIII <SEP> R13 <SEP> = <SEP> 0,435 <SEP> t3 <SEP> = <SEP> 0,075 <SEP> 1,74450 <SEP> 45,8
<tb> Ri,l <SEP> = <SEP> -0,944 <SEP> f' <SEP> = <SEP> 0,703++
<tb> + <SEP> Die <SEP> Blende <SEP> liegt <SEP> 0,1147 <SEP> vom <SEP> Krümmung <SEP> sscheitel <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R;
<SEP> bestimmten <SEP> Fläche <SEP> in <SEP> Richtung <SEP> des
<tb> Krümmungsscheitels <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R8 <SEP> bestimmten <SEP> Fläche <SEP> entfernt.
<tb> ++ <SEP> f' <SEP> = <SEP> die <SEP> hintere <SEP> Brennweite. Die Daten des Objektivs nach Fig. 2 sind im wesentlichen wie folgt:
EMI0006.0025
<I>Beispiel <SEP> Il</I>
<tb> F <SEP> = <SEP> 1,000 <SEP> f/2,5
<tb> Linse <SEP> Radien <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Linsen <SEP> nD <SEP> y
<tb> I <SEP> R1 <SEP> = <SEP> 0,631 <SEP> t1 <SEP> = <SEP> 0,079 <SEP> 1,70065 <SEP> 47,8
<tb> <B>11</B> <SEP> R2 <SEP> ._ <SEP> -1,126 <SEP> <I>t2</I> <SEP> = <SEP> 0,007 <SEP> 1,64900 <SEP> 33,8
<tb> R3 <SEP> = <SEP> 1,370 <SEP> S1 <SEP> = <SEP> 0,002
<tb> III <SEP> R4 <SEP> = <SEP> 0,33<B>1</B> <SEP> t3 <SEP> = <SEP> 0,053 <SEP> 1,70065 <SEP> 47,8
<tb> R5 <SEP> =.
<SEP> 0,798 <SEP> S2 <SEP> = <SEP> 0,029
<tb> IV <SEP> R6 <SEP> = <SEP> 0,960 <SEP> t4 <SEP> = <SEP> 0,015 <SEP> 1,64900 <SEP> 33,8
<tb> R7 <SEP> = <SEP> 0,260 <SEP> S3 <SEP> = <SEP> 0,171+
<tb> V <SEP> R8 <SEP> = <SEP> -0,366 <SEP> t5 <SEP> = <SEP> 0,015 <SEP> 1,51868 <SEP> 64,2
<tb> R6 <SEP> = <SEP> -1,598 <SEP> S4 <SEP> = <SEP> 0,017
<tb> VI <SEP> Rio <SEP> = <SEP> -0,727 <SEP> t6 <SEP> = <SEP> 0,061 <SEP> 1,70065 <SEP> 47,8
<tb> Ril <SEP> = <SEP> -0,431 <SEP> S5 <SEP> = <SEP> 0,002
EMI0007.0001
<I>Tabelle <SEP> Il</I> <SEP> (Fortsetzung)
<tb> F <SEP> =1,000 <SEP> <B>1</B><I>/2,5</I>
<tb> Linse <SEP> Radien <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Linsen <SEP> nD <SEP> y
<tb> VII <SEP> R12 <SEP> = <SEP> 2,170 <SEP> t7 <SEP> = <SEP> 0,006 <SEP> <B>1</B>,68900 <SEP> 30,9
<tb> VIII <SEP> R13 <SEP> - <SEP> 0,439 <SEP> t8 <SEP> = <SEP> 0,099 <SEP> 1,70065 <SEP> 47,
8
<tb> R1,1 <SEP> _ <SEP> -1,085 <SEP> f' <SEP> = <SEP> 0,688++
<tb> -- <SEP> Die <SEP> Blende <SEP> liegt <SEP> 0,101 <SEP> vom <SEP> Krümmungsscheitel <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R7 <SEP> bestimmten <SEP> Fläche <SEP> in <SEP> Richtung <SEP> des
<tb> Krümmungsscheitels <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R8 <SEP> bestimmtsn <SEP> Fläche <SEP> entfernt.
<tb> ++ <SEP> F <SEP> = <SEP> die <SEP> hintere <SEP> Brennweite.
Nachdem die verschiedenen, oben beschriebenen Verbesserungen mit geeigneten Massnahmen zur Kor rektur der normalen Aberration kombiniert worden sind, verbleibt noch ein Zonenfehler in der Bildfeldwöl- bung, der mit den in dem soweit definierten Objektiv vorhandenen Mitteln nicht vermindert werden kann. Bei nicht vorhandenem Astigmatismus hat die Ab weichung von einer flachen Brennpunktebene im gesamten Bildfeld eine Grösse von etwa 0,0036 der Brennweite und erreicht ihren Maximalwert bei etwa 0,70 des Abstandes von der Achse zur Kante des bezeichneten Feldes.
Wenn erforderlich, kann die oben bezeichnete Flächenabweichung durch die Ver wendung einer Feldebnungslinse ausgeschaltet wer den.
Es ist bekannt, dass man eine zusätzliche Feld ebnungslinse in der Nähe der hintern Brennebene eines Objektivs anordnen kann, um so zur Beseiti gung der Flächenabweichung beizutragen, ohne dass dabei die optischen Korrekturen des Objektivs nennenswert beeinträchtigt werden, insbesondere, wenn die letzteren mit der Feldebnungslinse abge stimmt werden. Eine solche Feldebnungslinse kann auch benutzt werden, um die Petzvalsche Summe dritten Annäherungsgrades zu reduzieren, wobei es dann erforderlich ist, dass der Linse eine schwach negative Brechkraft erteilt wird.
Eine asphärische Verformung kann der Feldebnungslinse zusätzlich erteilt werden, um so die Aufgabe der Feldebnung zu vervollständigen.
Das in der Fig. 3 dargestellte Objektiv ist das gleiche, das in der Fig. 1 gezeigt wird, mit dem Un terschied, dass hier zusätzlich eine Feldebnungslinse zum Zwecke der Beseitigung der Restflächenabwei- chung vorgesehen ist. Bei dem in der Fig.3 dar gestellten Objektiv handelt es sich um ein Objektiv, bei dem der Abstand der Feldebnungslinse von der Bildebene verändert werden kann oder die sphäri schen und die asphärischen Teile der Linsenfläche ganz oder teilweise zwischen der vordern und der rückwärtigen Fläche dieser Linse verteilt werden können.
Es ist auch möglich, eine zusammengesetzte Linse mit sphärischen oder asphärischen Flächen in einer solchen örtlichen Anordnung in der Nähe der Bildebene zu verwenden, um verbesserte Korrekturen der Feldebnung und Ausschaltung chromatischer Verzerrung und restlicher Randfarbenfehler zu er reichen. Die Feldebnungslinse muss im allgemeinen ziem lich nahe an der Brennebene angeordnet sein, so dass andere Aberrationen nicht durch die Feld ebnungswirkung in solchem Masse beeinträchtigt wer den können, dass eine Korrektur derselben nicht mehr möglich ist. Bisweilen kann es wünschenswert sein, die Feldebnungslinse so anzuordnen, dass ihre letzte Fläche die Bildebene berührt.
Wenn die Rückseite der Feldebnung slinse flach ist und mit der Bild ebene zusammenfällt, kann diese als Bezugsfläche dienen, auf die eine photographische Emulsion oder ein Fadenkreuz aufgebracht werden kann. Öfter noch wird man die Feldebnungslinse absichtlich mit einem geringen Abstand von der Bildebene entfernt anordnen, um so eine Abbildung von Staub und Polierfehlern auf dem optischen Bild zu verhindern, oder auch um den erforderlichen Raum für den Ein bau eines Schlitzverschlusses, einer Gradplatte, eines Filters usw. vorzusehen.
Ist der Abstand der rück wärtigen Fläche der Feldebnungslinse von der Bild ebene grösser als 0,15 F, dann verliert diese Linse ihre Fähigkeit der Feldkorrektur und wird im wesentlichen die Eigenschaft einer Linse des opti schen Systems annehmen. Demgemäss kann die ört liche Anordnung der Feldebnungslinse in der Weise definiert werden, indem man die Bedingung aufstellt, dass ihre rückwärtige Fläche mit einem Abstand von 0 bis 0,15 F von der Bildebene entfernt liegt.
Die Feldebnungslinse kann eine sehr schwach sphärische oder asphärische Linse sein, die im Rahmen des optischen Hauptsystems für die End- korrektur der mit Ausnahme einer Restfeldkrüm- mung einwandfreien Leistung des Objektivs verwen det wird; auch kann die Feldebnungslinse eine weit gehend negative Brechkraft besitzen, um zur Kor rektur der massgebenden Petzvalschen Feldkrüm mung beizutragen. Weist eine Feldebnungslinse an irgendeinem Punkt eine Dickenvariation auf, die grösser ist als z.
B. 0,04 F, dann verliert sie ihre Eigenschaft als Feldebnungslinse und wird ein starkes optisches Element des Objektivs. Wenn die Feldebnungslinse nahe an der Bildebene angeordnet und aus einem Glas mittlerer Brechzahl hergestellt ist, dann liegt im allgemeinen die maximale Ver änderlichkeit der durch eine Dickenänderung der Feld'ebnungslinse hervorgerufenen Brennpunktver- schiebung bei 0,015- F.
Bei einer Brennweite von 100 mm hat eine Feldebnungslinse, deren Dicken änderung maximal 0,04 F beträgt, eine Korrektur leistung von Feldkrümmungen von<B>1,5</B> mm, die im normalen Bereich der Restfeldkrümmungen optischer Systeme liegt, die für den allgemeinen Gebrauch be stimmt sind.
Um nun sicherzustellen, dass sich die, Wirkung der bei den beschriebenen Objektiven ver wendeten Feldebnungslinse auf die Feldebnung be schränkt, muss die Dickenvariation dieser Linse in einem Bereich von etwa 0 bis 0,04 F liegen. Hierbei wurde die untere Grenze von etwa 0 F gewählt, weil die asphärische Korrektur der Feldebnungslinse bis weilen eine axiale Tiefe haben kann, die nur wenigen Wellenlängen des Natriumlichtes entspricht, und die Dicke der Feldebnungslinse benutzt werden kann,
um eine kleine Endkorrektur der Verzerrung und astigmatischer Fehler im äussern Feld zu bewirken. Obwohl, wie oben ausgeführt, die obere Grenze der Dickenvariation der Feldebnungslinse bei 0,04 F liegt, kann nicht diese gesamte Variation in dem asphärischen Teil der Linse ausgenutzt werden. Die asphärische Korrektur der Feldebnungslinse wird angewendet, um Feldkrümmungen höherer Ordnung zu beseitigen.
Demzufolge kann für die asphärische Variation der Feldebnungslinse eine obere Grenze von 0,02 F festgelegt werden, wobei sich diese Grenze auf den maximalen axialen Abstand zwischen der asphärischen Fläche und einer sphärischen Fläche bezieht, deren Mittelpunkt auf der optischen Achse liegt und durch den Krümmungsscheitel und die äussere Erstreckung der asphärischen Fläche ver läuft.
Die Daten des Objektivs nach Fig. 3 sind fol gende:
EMI0008.0025
<I>Beispiel <SEP> 111</I>
<tb> F <SEP> = <SEP> 1,000 <SEP> <I>f12,5</I>
<tb> Linse <SEP> Radien <SEP> Dicke <SEP> der <SEP> Linsen <SEP> np <SEP> <I>y</I>
<tb> <B>1</B> <SEP> R, <SEP> = <SEP> 0,635 <SEP> ti <SEP> - <SEP> 0,075 <SEP> 1,755<B>1</B>0 <SEP> 47,2
<tb> II <SEP> R2 <SEP> = <SEP> -1,667 <SEP> t2 <SEP> = <SEP> 0,007 <SEP> 1,68900 <SEP> 30,9
<tb> R3 <SEP> = <SEP> 1,061 <SEP> Si <SEP> = <SEP> 0,002
<tb> <B>1</B>11 <SEP> R4 <SEP> = <SEP> 0,312 <SEP> t3 <SEP> = <SEP> 0,050 <SEP> 1,75510 <SEP> 47,2
<tb> R5 <SEP> = <SEP> 0,681 <SEP> S2 <SEP> = <SEP> 0,020
<tb> IV <SEP> R6 <SEP> = <SEP> 0,817 <SEP> 14 <SEP> = <SEP> 0,013 <SEP> 1,60500 <SEP> 37,9
<tb> R7 <SEP> = <SEP> 0,243 <SEP> S3 <SEP> = <SEP> 0,200+
<tb> V <SEP> R8 <SEP> = <SEP> -0,
399 <SEP> t5 <SEP> = <SEP> 0,013 <SEP> 1,62031 <SEP> 60,3
<tb> R9 <SEP> = <SEP> -1,609 <SEP> S4 <SEP> = <SEP> 0,020
<tb> VI <SEP> Rio <SEP> = <SEP> -0,909 <SEP> t6 <SEP> = <SEP> 0,054 <SEP> 1,80370 <SEP> 41,8
<tb> Rii <SEP> = <SEP> -0,500 <SEP> S5 <SEP> = <SEP> 0,002
<tb> VII <SEP> Ri2 <SEP> = <SEP> 5,001 <SEP> t7 <SEP> = <SEP> 0,007 <SEP> 1,72000 <SEP> 29,3
<tb> VIII <SEP> Ri3 <SEP> = <SEP> 0,435 <SEP> t8 <SEP> = <SEP> 0,075 <SEP> 1,74450 <SEP> 45,8
<tb> R14 <SEP> = <SEP> -0,944 <SEP> S6 <SEP> = <SEP> 0,640
<tb> IX <SEP> Ri5 <SEP> plano+++ <SEP> to <SEP> = <SEP> 0,020 <SEP> 1,51700 <SEP> 64,5
<tb> R16 <SEP> piano <SEP> f <SEP> = <SEP> <B><I>0,050-</I></B>
<tb> <B>+</B> <SEP> Die <SEP> Blende <SEP> liegt <SEP> 0,
1147 <SEP> vom <SEP> Krümmungsscheitel <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R7 <SEP> bestimmten <SEP> Fläche <SEP> in <SEP> Richtung <SEP> des
<tb> Krümmungsscheitels <SEP> der <SEP> durch <SEP> den <SEP> Radius <SEP> R$ <SEP> bestimmten <SEP> Fläche <SEP> entfernt.
<tb> ++ <SEP> f' <SEP> = <SEP> die <SEP> hintere <SEP> Brennweite.
<tb> +++ <SEP> Diese <SEP> Fläche <SEP> ist <SEP> asphärisch <SEP> und <SEP> hat <SEP> eine <SEP> solche <SEP> Gestalt, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Dicke <SEP> dieser <SEP> Linse <SEP> bei <SEP> 0,32 <SEP> Bogengraden, <SEP> gerechnet
<tb> von <SEP> der <SEP> Achse <SEP> aus, <SEP> den <SEP> Grösstwert <SEP> erreicht;
<SEP> bei <SEP> 0,42 <SEP> Bogengraden <SEP> ist <SEP> die <SEP> Dicke <SEP> etwa <SEP> der <SEP> Dicke <SEP> an <SEP> der <SEP> optischen
<tb> Achse <SEP> gleich. <SEP> Die <SEP> grösste <SEP> Dickenänderung <SEP> beträgt <SEP> etwa <SEP> 0,011 <SEP> der <SEP> Brennweite. Das im Beispiel 1 beschriebene Objektiv kann, falls erforderlich, ohne Feldebnungslinse verwendet werden, jedoch ist eine Feldebnungslinse dann zu verwenden, wenn Idealergebnisse erzielt werden sollen.
Das Objektiv ist, um es auch ohne Feld ebnungslinse verwenden zu können, so ausgebildet, dass die astigmatischen Flächen über den grössten Teil des Feldes zusammenfallen, wobei nur die Rand- zonenfeldkrümmung zu korrigieren bleibt.