DE1020193B - Three-lens apochromatic objective - Google Patents
Three-lens apochromatic objectiveInfo
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- DE1020193B DE1020193B DEZ4168A DEZ0004168A DE1020193B DE 1020193 B DE1020193 B DE 1020193B DE Z4168 A DEZ4168 A DE Z4168A DE Z0004168 A DEZ0004168 A DE Z0004168A DE 1020193 B DE1020193 B DE 1020193B
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von dreilinsigen apochromatischen Objektiven, bestehend aus zwei sammelnden Linsen, die eine zerstreuende einschließen. Apochromatische Objektive aus drei Linsen sind an sich seit langem bekannt. Man versteht darunter solche Objektive, die für folgende Bildfehler korrigiert sind: sphärische Längsabweichung, Sinusbedingung, chromatische Längsabweichung für zwei Farben eines endlichen Spektralbereiches und außerdem noch für eine dritte Farbe, das sogenannte sekundäre Spektrum. Unter Vernachlässigung der Dicken liefert die Theorie als Bedingungen für die Erzielung der chromatischen Korrektion die folgenden bekannten Beziehungen für die Beseitigung der chromatischen Längsabweichung für zwei Farben:The invention relates to an improvement of three-lens apochromatic objectives, consisting of two converging lenses enclosing one diffusing one. Apochromatic objectives made up of three lenses have been known for a long time. This is understood to mean lenses that correct for the following image errors are: spherical longitudinal deviation, sine condition, chromatic longitudinal deviation for two colors of a finite Spectral range and also for a third color, the so-called secondary spectrum. Under The theory provides neglect of the thicknesses as conditions for achieving the chromatic correction the following known relationships for the elimination of longitudinal chromatic aberration for two Colours:
V1 V 1
J??_ = 0J ?? _ = 0
VS V S
darin bedeuten ψ^. ■ .φ3 die Brechkräfte der Einzellinsen und V1 ... vs die sogenannten Abbeschen Zahlen, d. h. die relativen Reziprokwerte der chromatischen Längsabweichung für die einzelnen Linsen I, II und III in bezug auf zwei Farben.therein mean ψ ^. ■ .φ 3 the refractive powers of the individual lenses and V 1 ... v s the so-called Abbe numbers, ie the relative reciprocal values of the chromatic longitudinal deviation for the individual lenses I, II and III with respect to two colors.
Bezeichnet der Index 1 und 3 Werte für die Sammellinsen I bzw. III, 2 diejenigen für die Zerstreuungslinse II, N die resultierende Abbesche Zahl der beiden Sammellinsen I und IIIThe index 1 and 3 denotes values for the converging lenses I and III, 2 those for the diverging lens II, N the resulting Abbe number of the two converging lenses I and III
N = N =
Ψι , Ψ3 Ψι , Ψ3
= Ψι + = Ψι +
die resultierende Brechkraft dieser beiden Linsen, dann läßt sich (1) schreibenthe resulting power of these two lenses, then can be written (1)
+ ■+ ■
= 0.= 0.
Für die Korrektion des sekundären Spektrums, also die Beseitigung der Farb-Längsabweichung für eine dritte Farbe muß außer Gleichung (1) und (4) noch erfüllt sein:For the correction of the secondary spectrum, i.e. the elimination of the longitudinal color deviation for a third one In addition to equations (1) and (4), color must also be fulfilled:
Θ = Θ =
ΨιΨι
ΨζΨζ
Hierin bedeuten ϋν $2 und #3 die relativen Teildispersionen der Linsen I, II und III. Bezieht man diese relativen Dreilinsiges apochromatisch.es ObjektivHere ϋ ν $ 2 and # 3 mean the relative partial dispersions of lenses I, II and III. If one refers to this relative three-lens apochromatisch.es objective
Anmelder:
Fa. Carl Zeiss, Heidenheim/BrenzApplicant:
Carl Zeiss, Heidenheim / Brenz
Helmut Knutti, Oberkochen,
ist als Erfinder genannt wordenHelmut Knutti, Oberkochen,
has been named as the inventor
Teildispersionen auf die Farbe G' als dritte Farbe, so ist definiert:Partial dispersions on the color G 'as the third color are defined as follows:
ne, — nc njf— nc n e , - n c njf - n c
wenn nc, nj?, ng, die Brechzahlen für die Fraunhoferschen Linien C, F, G' bedeuten. Mit Θ in (5) ist die resultierende relative Teildispersion der beiden Sammellinsen I und III bezeichnet. Voraussetzung für die Erfüllung der Gleichung (5) ist die Forderung, daß die relativen Teildispersionen aller drei Linsen nicht derselben linearen Beziehung von der Formif nc, nj ?, ng are the refractive indices for Fraunhofer lines C, F, G ' . The resulting relative partial dispersion of the two converging lenses I and III is denoted by Θ in (5). A prerequisite for the fulfillment of equation (5) is the requirement that the relative partial dispersions of all three lenses do not have the same linear relationship of the shape
= A + Bv= A + Bv
genügen dürfen, d. h., für eine der drei Linsen muß sich die relative Teildispersion & in Abhängigkeit von ν mit einer anderen Konstanten, als sie für die übrigen zwei Linsen gilt, darstellen lassen.may suffice, ie for one of the three lenses the relative partial dispersion & as a function of ν must be represented with a different constant than it is valid for the other two lenses.
Zur Erfüllung dieser Forderung wurden bisher die sogenannten »Kurzflinte« in Kombination mit Krongläsern verwendet. Die Brechzahlen aller dieser bisher für Apochromate üblichen Gläser lagen unter 1,600 und ergaben nach Gleichung (2) einen resultierenden v-Wert N, der sich nur wenig von v% unterscheidet. Da neben GleichungSo-called "short shotguns" have been used in combination with crown glasses to meet this requirement. The refractive indices of all these glasses, which were previously used for apochromats, were below 1.600 and, according to equation (2), resulted in a v-value N that differs only slightly from v % . As next to equation
(4) nun auch noch die »Brechkraftgleichung«(4) now also the "power equation"
+ Ψ2 = Φ + Ψ2 = Φ
(φ = vom Objektiv geforderte Gesamtbrechkraft) erfüllt sein muß, bedeutet die Verwendung der bisher üblichen Glasarten für Apochromate, daß die Absolutbeträge der Brechkraft 9J1... ψΆ sehr groß im Vergleich zu Φ sein müßten. Das hatte zur Folge, daß diese apochromatischen Objektive einen starken Gaußfehler (chromatische Differenz der sphärischen Aberration) und einen starken Zonenfehler der sphärischen Längsaberration aufwiesen. Brauchbare Apochromate dieser Art sind deshalb nur für Öffnungsverhältnisse kleiner als 1: 10 bekanntgeworden. Untersuchungen der in den letzten Jahren erschmolzenen optischen Gläser haben nun gezeigt, daß besonders(φ = total refractive power required by the lens), the use of the previously common types of glass for apochromats means that the absolute values of the refractive power 9J 1 ... ψ Ά must be very large compared to Φ . As a result, these apochromatic objectives exhibited a strong Gaussian error (chromatic difference in the spherical aberration) and a strong zone error in the spherical longitudinal aberration. Usable apochromats of this type have therefore only become known for aperture ratios less than 1:10. Investigations of the optical glasses melted in recent years have now shown that particularly
70S· 807/13070S 807/130
die neueren »Schwerflinte« mit einer Brechzahl größer als 1,61 und einem v-Wert.ldein.er als 35 ebenfalls ■&-Werte besitzen, deren Verlauf von der normalen linearen Funktion A + B ■ ν der übrigen optischen Gläser abweicht. Die Erfindung benutzt solche Gläser bei einem dreilinsigen apochromatischen Objektiv, bestehend aus zwei sammelnden Linsen, die eine zerstreuende Linse einschließen, in der Weise, daß sowohl für die in Richtung des Lichteinfalls an erster Stelle stehende Sammellinse als auch für die Zerstreuungslinse Gläser verwendet sind, deren Abbesche Zahl Meiner als 35 und deren relativethe more recent "heavy shotguns" with a refractive index greater than 1.61 and a v value .ldein.er than 35 also have ■ & - values whose course deviates from the normal linear function A + B ■ ν of the other optical glasses. The invention uses such glasses in a three-lens apochromatic objective, consisting of two converging lenses which enclose a diffusing lens, in such a way that glasses are used for both the converging lens in the first place in the direction of incidence of light and for the diffusing lens Abbe number of mine than 35 and their relative
Teildispersionen & Partial dispersions &
ng, — nc ng, - n c
größer als 1,61 sind, als es mit der bisher bekannten Kombination zu erreichen war.are greater than 1.61 than can be achieved with the previously known combination was.
Bei den erfindungsgemäßen Objektiven ergibt die größere effektive ^-Differenz in Verbindung mit den hohen Brechungsindizes wesentlich geringere Krümmungen. Infolgedessen läßt sich mit der Glaskombination nach der Erfindung eine bessere Korrektion des Zonenfehlers und des Gaußfehlers erreichen, wenn in bekannter Weise durch entsprechende Durchbiegungen der einzelnen Linsen die sphärische Längsabweichung und die Sinusbedingung korrigiert werden. Dadurch lassen sich im Gegensatz zu den bekannten Objektiven erfindungsgemäß solche mit größerem Öffnungsverhältnis, nämlich bis etwa 1:3, herstellen.In the case of the objectives according to the invention, the greater effective ^ difference results in connection with the high Refractive indices much smaller curvatures. As a result, with the glass combination after Invention achieve a better correction of the zone error and the Gaussian error if in a known manner by corresponding deflections of the individual lenses, the spherical longitudinal deviation and the sine condition Getting corrected. As a result, in contrast to the known lenses, according to the invention, such lenses can also be used produce a larger aperture ratio, namely up to about 1: 3.
Im übrigen genügt es in den meisten Fällen, wenn Gleichung (5) nur näherungsweise erfüllt ist. Außerdem muß beim Übergang zu Objektiven mit endlichen Dicken sowieso aus Gleichung (1) bis (5) in bekannter Weise eine im allgemeinen empirisch zu ermittelnde Korrektur angebracht werden.Moreover, in most cases it is sufficient if equation (5) is only approximately fulfilled. aside from that must when transitioning to lenses with finite thicknesses Anyway, from equations (1) to (5), a correction generally to be determined empirically is applied in a known manner will.
Für die Korrektion der Bildfehler ist es ferner vorteilhaft, und es dient gleichzeitig der weiteren Verkürzung der Schnittweite, wenn gemäß einem zusätzlichen Gedanken der Erfindung der objektseitige Radius der Front-It is also advantageous for correcting the image errors, and at the same time it serves for further shortening the back focus if, according to an additional idea of the invention, the object-side radius of the front
und daß ferner die Zerstreuungslinse gegen die genannte Sammellinse eine sphärisch-chromatisch sammelnde Kittfläche mit einem Unterschied in den Brechzahlen von weniger als 0,05 für die gelbe Heliumlinie d und gegen die andere Sammellinse eine zerstreuende Kittfläche mit einem Unterschied der Brechzahlen von mehr als 0,1 für die gelbe Heliumlinie d bildet.and that furthermore the diverging lens has a spherical-chromatically converging cemented surface with a difference in the refractive indices of less than 0.05 for the yellow helium line d and against the other converging lens a dispersing cemented surface with a difference in the refractive indices of more than 0, 1 forms for the yellow helium line d .
Durch die erfindungsgemäße Wahl der Brechzahlen für die Linsen, derart, daß die Sammellinse mit der höheren Brechzahl an erster Stelle, bezogen auf die Lichteinfallsrichtung, angeordnet ist, und dadurch, daß dieThe inventive choice of the refractive indices for the lenses, such that the converging lens with the higher refractive index in the first place, based on the direction of incidence of light, is arranged, and in that the
Kittfläche mit der zerstreuenden Wirkung sich zwischen 25 linse kleiner als der Ö,7fache Betrag der Objektivbrennder eingeschlossenen zerstreuenden Linse und der bild- weite gemacht ist.Putty surface with the dispersing effect is between 25 lens smaller than the Ö, 7 times the amount of the lens burner included diffusing lens and the image-wide is made.
seitig angeordneten Sammellinse befindet, läßt sich die Schnittweite des Objektivs verkürzen. Auf diese Weise erhält das Objektiv die Wirkung eines Teleobjektivs, indem sich die Hauptebenen entgegengesetzt der Lichteinfallsrichtung verlagern. Im umgekehrten Falle, wenn nämlich die sammelnde Linse mit der höheren Brechzahl an letzter Stelle, bezogen auf die Lichteinfallsrichtung, angeordnet wäre, würden die Hauptebenen in Richtung auf den Brennpunkt des Objektivs verschoben sein, wodurch sich eine verhältnismäßig große Schnittweite und damit eine verhältnismäßig große Baulänge des Fernrohres, in dem das Objektiv verwendet wird, ergibt. Diese Wirkung würde dann vor allem auch deswegen eintreten, weil sich die Kittfläche mit der stark zerstreuenden Wirkung im vorderen Teil des Objektivs befindet, wodurch dieses die Wirkung eines umgekehrten Teleobjektivs erhält.laterally arranged converging lens, the focal length of the lens can be shortened. In this way the lens has the effect of a telephoto lens, in that the main planes are opposite to the direction of incidence of light relocate. In the opposite case, namely when the converging lens with the higher refractive index in the last place, based on the direction of incidence of light, the main planes would be in the direction be shifted to the focal point of the lens, resulting in a relatively large focal length and thus a relatively large overall length of the telescope in which the lens is used results. These The main reason for the effect would then be because the cement surface with the strongly dispersing effect Located in the front of the lens, giving it the effect of an inverted telephoto lens receives.
Die Erfindung macht also von der Eigenschaft einer Reihe von den sogenannten >.>Schwerflint,>-Gläsern Gebrauch, die darin besteht, daß diese eine Abweichung von der oben angeführten linearen Funktion ■& — A + B · ν aufweisen. Eine solche Abweichung liegt bei den obenerwähnten »Kurzflinto-Gläsern zwar ebenfalls vor, jedoch besitzen letztere 9-Werte, die kleiner sind, als es der allgemeinen Formel A + B ■ ν entspricht. Infolgedessen wurden bei den bisher bekannten Objektiven die »Kurzflintc. -Gläser ausschließlich in der zerstreuenden Linse verwendet, die mit zwei sammelnden Linsen normaler Dispersionslage kombiniert wurden. Die beim Erfindungsgegenstand verwendeten Gläser besitzen dagegen 9-Werte, die größer sind, als es der allgemeinen Formel A + B · ν entspricht. Derartige Glaser werden erfindungsgemäß auch in einer der Sammellinsen, und zwar in der, in Lichtrichtung gerechnet, an erster Stelle stehenden Sammellinse verwendet und mit einer weiteren Sammellinse normaler Dispersionslage kombiniert, während für die eingeschlossene Zerstreuungslinse nach der Erfindung ebenfalls ein.hochbrechendes Glas mit niedriger Dispersion, d. h. also ebenfalls ein sogenanntes Schwerflintglas, verwendet wird. In Kombination mit einer gewöhnlichen Kronlinse als Sammellinse III läßt sich nach Gleichung (2) ein N erzeugen, zu dem sich unter Einhaltung von Gleichung (5) ein Glas für die Zerstreuungslinse II finden läßt, dessen v% einen größeren Unterschied gegen N besitzt, Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Die nachfolgende Tabelle gibt die dazugehörigen Werte für Radien, Brechzahlen und Glasdicken, bezogen auf eine Brennweite von f = 1 an. Dabei ist aber die Erfindung selbstverständlich nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.The invention thus makes use of the property of a series of so-called>.> Heavy flint,> glasses, which consists in the fact that these have a deviation from the above-mentioned linear function ■ & - A + B · ν . Such a deviation is also present in the above-mentioned »short flinto glasses, but the latter have 9- values that are smaller than corresponds to the general formula A + B ■ ν. As a result, the »Kurzflintc. -Glass used exclusively in the diffusing lens, which was combined with two converging lenses of normal dispersion position. The glasses used in the subject matter of the invention, on the other hand, have 9 values, which are greater than what corresponds to the general formula A + B · ν. According to the invention, such glasses are also used in one of the converging lenses, namely in the first converging lens, calculated in the direction of light, and combined with a further converging lens of normal dispersion position, while for the included diverging lens according to the invention also a high-refraction glass with low dispersion , ie also a so-called heavy flint glass is used. In combination with an ordinary crown lens as the converging lens III, an N can be generated according to equation (2), for which a glass for the diverging lens II can be found, the v % of which has a greater difference compared to N , while observing equation (5) Drawing shows an embodiment according to the invention. The following table shows the associated values for radii, refractive indices and glass thicknesses, based on a focal length of f = 1. However, the invention is of course not limited to this exemplary embodiment.
In der Zeichnung und der nachfolgenden Tabelle sind bezeichnetIn the drawing and the following table are indicated
mit r die Radien der brechenden Flächen, mit d die Dicken der einzelnen Linsen, mit s die Schnittweite vom bildseitigen Scheitel derwith r the radii of the refracting surfaces, with d the thicknesses of the individual lenses, with s the back focal length from the image-side vertex of the
letzten Linse zur Brennebene, mit nc die Brechzahlen für die C-Linie,
mit na die Brechzahlen für die d-Linie,
mit np die Brechzahlen für die F-Linie,
mit ng, die Brechzahlen für die G'-Linie des Spektrums,
mit va die Abbeschen Zahlen,
mit $ die relative Teildispersion, bezogen auf die Brechzahlen
und G'. last lens to the focal plane, with n c the refractive indices for the C-line, with n a the refractive indices for the d-line, with np the refractive indices for the F-line, with ng the refractive indices for the G'-line of the spectrum , with v a the Abbe numbers,
with $ the relative partial dispersion, based on the refractive indices
and G '.
für die Fraunhoferschen Linien C, F for Fraunhofer lines C, F
= 0,48697 τ-,, = — 0,29427 r% =+0,24760 r4 = —3,16230 s = +0,8544.= 0.48697 τ- ,, = - 0.29427 r % = + 0.24760 r 4 = -3.16230 s = +0.8544.
Claims (3)
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DEZ4168A DE1020193B (en) | 1954-04-24 | 1954-04-24 | Three-lens apochromatic objective |
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FR1122913D FR1122913A (en) | 1954-04-24 | 1955-04-22 | Three-lens apochromatic objective |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEZ4168A DE1020193B (en) | 1954-04-24 | 1954-04-24 | Three-lens apochromatic objective |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1020193B true DE1020193B (en) | 1957-11-28 |
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Family Applications (1)
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Also Published As
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