DE109283C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 57: Photographie.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 27. Mai 1898 ab.

Bekanntlich erfolgt die anastigmatische BiIdebenung gleichzeitig mit der Hebung der sphärischen Abweichung in verkitteten Drei-Linsen-Systemen dadurch, dafs dieselben zwei sphärische Trennungsflächen zweier auf einander folgender Medien enthalten, von denen die eine lichtsammelnd, die andere lichtzerstreuend wirkt. Von der Ueberlegung ausgehend, dafs die Leistungen eines derartigen Objective von der Gröfse der Brechungsexponentdifferenz zweier an einander stofsender Medien abhängt, glaubte der Erfinder weitere Verbesserungen, insbesondere eine erhebliche Steigerung der Bildschärfe dann erreichen zu können, wenn diese Trennungsflächen nicht Glas verschiedener Brechung von einander, sondern Glas von Luft trennen. Denn die Brechungsexponentendifferenz beträgt in diesem Falle das sechs- bis zehnfache der früheren. Der Erfinder wurde so auf ein System zweier durch Luft getrennter Einzellinsen geführt.

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet danach ein Objectiv der denkbar einfachsten Construction, bei welchem es trotz der Einfachheit seiner Zusammensetzung gelungen ist, alle die Schärfe des von ihm entworfenen, ausgedehnten Bildes beeinflussenden Fehler, wie: sphärische Abweichung, chromatische Abweichung, Astigmatismus, Bildwölbung, Coma, Distortion, zu beseitigen, überdies aber die allgemeine Bildschärfe durch Verminderung der sogenannten 'Zwischenfehler erheblich zu steigern gegenüber den bisher zu den gleichen Zwecken benutzten astigmatisch corrigirten, verkitteten Drei-Linsen-System en.

Das Zwei-Linsen-System besteht aus einer biconcaven Linse L₁ niedriger Brechung und einer biconvexen Linse L₂ hoher Brechung, wie in Fig. 1 gezeichnet.

Da anzunehmen war, dafs die astigmatischen Bildwölbungsfehler am erfolgreichsten bekämpft werden könnten, wenn der negativen Linse niedrigere Brechung beigelegt wird als der positiven, so wurde bei der Berechnung eines praktischen Beispiels für die erstere der Brechungsindex 1,54, für letztere der Brechungsindex 1,61 angesetzt und diese Näherungswerthe durch alle Stadien der rechnerischen Untersuchung beibehalten.

Die rechnerische Untersuchung ergab zunächst, dafs die Erfüllung der sogenannten Abbe 'sehen Sinusbedingung mit der Aufhebung der Bildwölbung und des Astigmatismus für schräg einfallende Strahlenbüschel im Einzelsystem nicht vereinbar war, dafs vielmehr nach astigmatischer Ebnung des Bildfeldes für enge Strahlenbüschel eine ziemlich beträchtliche Abweichung von der Erfüllung der Sinusbedingung übrig blieb. Das Einzel system konnte daher bei Benutzung der vollen Oeffnung weder seitlich von der Achse noch auf derselben befriedigende Bildschärfe aufweisen, dagegen war es in diesem Stadium der Rechnung noch ungewifs, ob der vor-

(S. Auflage, ausgegeben am 9. Mai 1903.)

handene Fehler in einem aus zwei gleichartigen Hälften zusammengesetzten Doppelobjective noch störend auftreten würde, oder ob dieser Fehler, was bei der Gröfse desselben im Einzelsystem noch sehr zweifelhaft war, durch die symmetrische Anordnung beider Hälften eliminirt oder so weit reducirt werden würde, um den Effect nicht mehr störend zu beeinflussen.

Hierüber konnte ein praktisch ausgeführtes Versuchsobjectiv den sichersten Aufschlufs geben.

Die Dispersion der Biconvexlinse mit dem Brechungsindex i,6i ist gegeben, da nur das sogenannte schwerste Baryt-Crown als einziges erhältliches Glas hoher Brechung und geringer Dispersion in Frage kommt. Damit ist aber auch die Dispersion, welche das Glasmaterial der Biconcavlinse haben mufs, ohne Weiteres vorgeschrieben. Es zeigte sich, dafs eine Glasart, welche annähernd die in Rechnung gezogene Höhe der Brechung und das gewünschte Farbenzerstreuungsvermögen besafs, in dem Verzeichnifs der verfügbaren Glasarten des Jenaer Glastechnischen Laboratoriums sich vorfand und auch vorräthig war, so dafs der Ausführung eines Objectivs nichts mehr im Wege stand, nachdem noch die wegen der kleinen Differenzen zwischen den Brechungsindices der erhältlichen Gläser und den in Rechnung gezogenen Werthen erforderlichen Correcturen vorgenommen waren.

Die Prüfung des Probeobjectivs an dem für die Zwecke derartiger Untersuchungen eigens construirten Prüfungsapparate liefs nun zunächst erkennen, dafs an dem Einzelsystem sich der Mangel genügender Berücksichtigung der Sinusbedingung in einer nicht präcisen Schärfe wahrnehmen liefs, so dafs das Zwei-Linsen-System, für sich verwendet, einen Fortschritt gegenüber anderen Einzelsystemen nicht bildet.

Um so mehr traten die Vorzüge des neuen Systems hervor, nachdem zwei Einzelsysteme zu einem Doppeobjectiv, wie in Fig. 3 dargestellt, genau centrisch vereinigt worden waren. Es zeigte sich, dafs das neue Doppelobjectiv dieselbe vorzügliche anastigmatische Bildebnung aufwies, wie die Doppelanastigmate nach Patent Nr. 74437, jedoch für einen noch gröfseren Bildwinkel; letzterer Umstand erklärt sich durch den gedrungenen Bau des Gesammtsystems und die Dünnheit der angewendeten Linsen. Besonders aber fiel die wesentlich erhöhte Schärfe des Bildes feiner Linienobjecte auf, sowohl auf der Achse, als auch auf den schräg gegen die Achse gerichteten Hauptstrahlen.

Die Constructionselemente eines Doppelobjectivs der vorliegenden Art sind in Millimetern folgende:

Radien: R₁ 71,973 ₂^_ß (Dicke der Linse Z₁), -R₂ 88,944 J₅₈₁₃ (Luftabstand beider

Linsen),
R_s 130,924

4,934 (Dicke der Linse L₂).

Ri 595309

Luftabstand zwischen beiden Einzelsystemen Δ = 12,043. Die verwendeten Glasarten haben folgende optischen Eigenschaften:

Brechungsindex für die Linie D

Linse L₁ = 1,5356,
L₂ = 1,6112.

Die Dispersion zwischen der Linie C und F des Spectrums ist bei

Linse L₁ — 0,01038,
L.₂ — 0,01043.

Die Brennweite des Doppelobjectivs beträgt 240 mm, die wirksame Oeffnung 32 mm, der nutzbare Bildwinkel über 8o°. Ein Vergleich zwischen dem oben beschriebenen Zwei-Linsen-System und einem aus einem einzigen Glaskörper bestehenden Drei-Linsen-System ist vorzüglich geeignet, die Vorzüge des ersteren zu veranschaulichen. In Fig. 1 und 2 sind zwei derartige Systeme neben einander gestellt, und zwar wurde von den bekannten astigmatisch corrigirten Drei-Linsen-Systemen dasjenige gewählt, welches dem Gegenstande dieser Erfindung mit Bezug auf die Richtung der Krümmungsradien am meisten ähnelt. Dieses System besteht aus einem von zwei Linsen hoher Brechung eingeschlossenen positiven Meniscus niedriger Brechung. Die den Einzellinsen eingeschriebenen Zahlen bedeuten die Brechungsindices des Glasmaterials in runden Zahlen. Die astigmatische Correctur wird hier, wie bei allen dreilinsigen Anastigmaten, dadurch herbeigeführt, dafs das System eine lichtzerstreuende Kittfläche Z und eine flachere, lichtsammelnde Kittfläche S, d. h. also Trennungsflächen zweier auf einander folgender Medien enthält.

Auch das Zwei-Linsen-System enthält zwei solcher entgegengesetzt wirkender Trennungsflächen Z bezw. S, hier sind es aber nicht Trennungsflächen zwischen Glas und Glas, sondern zwischen Glas und Luft. Nun ist es aber klar, dafs bei gegebener Oeffnung eines Linsensystems die Bildschärfe nach Correctur der sphärischen Aberration für den Randstrahl mit der Gröfse der Brechungsexponentendifferenz an den Trennungsflächen wachsen mufs, denn je kleiner diese Differenz, desto tiefere Krümmungen müssen die Flächen erhalten und desto mehr wachsen die Zwischenfehler an, d. h. die sphärischen Abweichungen derjenigen Strahlen, welche zwischen Mitte und Rand einfallen.

Diese Brechungsexponentendifferenzen betragen nun bei dem Drei-Linsen-System:

an Fläche Z: o,oc,
S : 0,10,

bei dem beschriebenen Zwei-Linsen-System dagegen:

an Fläche Z : 0,53,
S: ο,ΰΐ,

also das neun- bezw. sechsfache, und dementsprechend zeigen auch die Flächen selbst eine beträchtliche Abflachung gegenüber denjenigen der Drei-Linsen-Anastigmate, und damit erklärt sich auch die ganz erheblich gesteigerte Bildschärfe.

Abgesehen von der Abflachung sämmtlicher Krümmungen und damit Hand in Hand gehender Reduction der Linsendicken und Abstände bleiben alle charakteristischen Eigenschaften bezw. das Verhältnifs der Krümmungsradien zu einander ganz so wie dies bei dem Drei-Linsen-System der Fall ist und sein mufs. So behält insbesondere die letzte (convexe) Fläche der Biconvexlinse stärkere KrUmmmung als die erste (concave) der Biconcavlinse, desgleichen die zweite (concave) Fläche der ersten (biconcaven) Linse stärkere Krümmung als die erste (convexe) der Biconvexlinse, so dafs zwischen beiden Linsen ein Luftraum von der Form eines positiven Glasmeniscus entsteht.

Das neue Zwei-Linsen-System kann daher als aus dem Drei-Linsen-System entstanden gedacht werden in der Weise, dafs die Brechung der eingeschlossenen Linse niedriger, und zwar gleich derjenigen der Luft, d. h. = 1 angenommen worden ist, und dafs nunmehr nicht eine Glaslinse, sondern eine Luftlinse von einer Biconcav- und einer Biconvexlinse eingeschlossen wird.

Im D. R. P. Nr. 81825 sind Drei-Linsen-Objective beschrieben, welche aus zwei positiven Linsen und einer zwischen beiden liegenden Biconcavlinse zusammengesetzt sind. Den Gegenstand des genannten Patentes bilden durchweg Objective, welche aus den älteren Glasarten (d. h. aus Crownglas von niedriger und Flintglas von hoher Brechung) hergestellt sind.

Bei der Anwendung dieses Glasmaterials ist es, wie die rechnerische Nachprüfung des in Fig. 13 gezeichneten Objectivs ergiebt, möglich, fast vollkommen symmetrische Objective bei annähend vollkommener anastigmatischer Ebenung des Bildfeldes zu construiren. Man kann in diesem Falle, ohne von dem in jenem Patente geschilderten Constructionsprincip abzuweichen, die negative Linse in zwei congruente Bestandtheile zerlegen und so für die Blende den für sie bestimmten Platz im optischen Mittelpunkt des Systems schaffen.

Auf diese Anordnung bezieht sich das in jener Patentschrift, Seite 7, rechte Spalte, Zeile 47 bis 53 mit Bezug auf die Fig. 16 Gesagte.

Indefs hat diese Constructionsform, wie sich leicht zeigen läfst, erhebliche Nachtheile gegenüber dem Doppelobjectiv der vorliegenden Erfindung. Bei diesem haben die beiden positiven symmetrischen Biconvexlinsen höhere Brechung als die mit ihnen verbundenen Biconcavlinsen, wodurch bekanntlich unter sonst gleichen Umständen eine bessere anastigmatische Abflachung und eine gröfsere Ausdehnung des scharfen Bildes erzielt wird. Aufserdem gestattet das neue System gröfsere Bildschärfe und Lichtstärke, welche bekanntlich von der Tiefe der Krümmungsradien bei gleicher Brennweite der Linse abhängt. Nun müssen aber bei dem in Fig. 16 der Patentschrift Nr. 81825 skizzirten Vier-Linsen-System die beiden mittleren Negativlinsen nothwendig Planconvexlinsen sein, da durch das Trennen der einzelnen Biconcavlinse des ursprünglichen Drei-Linsen-Systems in zwei Bestandtheile, zum Zweck der Aufnahme der Blende, die Wirkungsweise des Negativsystems, d. h. seine Brennweite und Aufsenkrümmungen nicht geändert werden dürfen, ohne dafs von dem Constructionsprincip abgewichen und eine Verschlechterung des Bildes eintreten würde.

Die zerstreuende Wirkung der Negativlinse in dem Einzelsystem jener Fig. 16 kann daher nur durch die zweite Fläche hervorgebracht werden, da, wie gezeigt, die erste Fläche eine wirkungslose Planflä'che ist. Bei dem neuen Objectiv mufs dagegen die Negativlinse des Einzelsystems nothwendig eine biconcave, und zwar nahezu gleichseitige Linse sein, was zur natürlichen Folge hat, dafs die Krümmungen der zerstreuenden Flächen erheblich flacher ausfallen und dafs somit an Bildschärfe und Lichtstärke erheblich gewonnen wird, während andererseits durch die geänderte Lage der Höhe der Brechungsindices in den Negativ- und Positivlinsen Vortheile in Bezug auf die Ausdehnung und Abflachung des Bildes erreicht werden.

Aber die Wirkung des neuen Objectivs ist nicht nur quantitativ eine erhöhte, sondern auch qualitativ eine andere; in dem Vier-Linsen-System des Patentes Nr. 81825 wirken beide Negativlinsen genau so wie eine einzige Biconcavlinse und müssen als solche auch als ein System für sich betrachtet werden.

Bei dem neuen Vier-Linsen-System dagegen bilden je eine Biconcavlinse niedriger Brechung und eine Biconvexlinse hoher Brechung ein sphärisch, chromatisch und astigmatisch corrigirtes System für sich, sie stehen in sehr

kleiner Entfernung von einander, während dieser Entfernung gegenüber der Abstand beider Negativlinsen von einander ein verhältnifsmäTsig grofser ist.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Sphärisch, chromatisch und astigmatisch corrigirtes, nicht streng aplanatisches Objectiv, bestehend aus zwei durch Luft getrennten Linsen von nahezu gleicher Dispersion, einer Biconcavlinse von niedriger und einer Biconvexlinse von hoher Brechung bei einer solchen Anordnung der Innenkrümmungen, dafs zwischen beiden Linsen ein Luftraum entsteht von der Form eines Glasmeniscus positiver Brennweite.
   Ein aus zwei Objectiven der unter i. gekennzeichneten Art zusammengesetztes Doppelobjectiv.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.