DE2532787C3

DE2532787C3 - Objektiv für Bildplatten

Info

Publication number: DE2532787C3
Application number: DE2532787A
Authority: DE
Inventors: Toshimichi Dipl.-Ing. Sagamihara Tokio Koizumi (Japan)
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1974-07-22
Filing date: 1975-07-22
Publication date: 1978-05-03
Also published as: JPS5244209B2; DE2532787B2; JPS5118557A; US4029398A; DE2532787A1; DE7523360U

Description

/= 1
WD = 0,099

/i, = 1,77X61 -, = 25,7

H₂ = 1.77861 ,·, = 25.7

/I₃ = 1,49668 ,-, = 65,0

= - 35 χ N. A. = 0,4
Σ P - 0,146 /, = 1,13

worin η bis r₄ die Krümmungsradien der Linsen, d\ bis di, die Dicken der Linsen bzw. Luftabs>ände der Linsen, ti\, lh und /J3 die Brechungsindizes der Linsen für die Wellenlänge 632,8 nm, im, V2 und vi die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die d-Linie, / die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung, N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand, Σ P die Petzval-Summe und f\ die Brennweite des Vordergliedes bezeichnen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv für Bildplatten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Als Objektive für Bildplatten verwendete man zunächst Mikroskopobjektive. Es ist bekannt, eine halbkugelförmige Linse als Frontglied in einem Mikroskopobjektiv zu verwenden (A. Gleichen, Lehrbuch der geometrischen Optik, Leipzig und Berlin, 1902, Seiten 386 und 387).

Es ist weiter bekannt, bei größeren Aperturen Kittglieder aus einer negativen und einer positiven Linse zu verwenden (K. M i c h e I: Die Grundsätze der Theorie des Mikroskops, Stuttgart 1964, Seiten 194-195).

Bei Objektiven, die in Wiedergabesystemen für Bildplatten verwendet werden, ist es nötig, ein Auflösungsvermögen von 1 μ und eine numerische Apertur von N. A. von 0,35 oder mehr zu garantieren, da das Objektiv sehr kleine, mit hoher Dichte gespeicherte Details abbilden muß. Anders wie allgemein bei Mikroskopobjektiven wird bei Objektiven für Bildplatten nicht durch ein Okular beobachtet, sondern das von dem Objektiv erzeugte Bild wird von einem lichtempfindlichen Element aufgenommen. Daher hat die Abbildungsleistung des Objektivs beträchtlichen hinfluß auf die Güte des Wiedergabesystems. Darüber hinaus muß das Objektiv kompakt sein, leicht im Gewicht und niedrig im Preis und für eine automatische Fokussierung geeignet sein.

Objekte für Bildplatten sind im allgemeinen zur Benutzung mit monochromatischem Licht (beispielsweise λ = 632,8 nm) vorgesehen. Wenn der Durchlaßgrad für Licht der betreffenden Wellenlänge hoch ist, dient dies der Eliminierung des bei der Verstärkung der Signale des Detektors auftretenden Rauschens. Zur Erzielung eines hohen Durchlaßgrades ist es daher notwendig, entweder eine Mehrschichtenantireflexvereütune auf den Linsenoberflächen vorzusehen oder die Zahl der das Objektiv bildenden Linsen so klein wie möglich zu halten. Im Hinblick auf die obenerwähnten weiteren Erfordernisse, wie niedriger Preis und leichtes Gewicht, ist es zweckmäßig, die Zahl der das Objektiv bildenden Linsen so klein wie möglich zu halten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv für Bildplatten anzugeben, das bei kleiner Anzahl von Linsen ein hohes Auflösungsvermögen und eine große numerische Apertur aufweist.

Diese Aufgabe wird durch Ausbildung des Objektivs mit den Konstruktionsdaten gemäß einer der in den Kennzeichen der Ansprüche 1—5 aufgeführten Datentabellen gelöst.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt das Objektiv für Bildplatten nach der vorliegenden Erfindung ein Linsensystem mit zwei Gliedern und drei Linsen, wobei das Vorderglied eine fast halbkugelförmige Linse ist (eine Linse, die eine Dicke hat, die etwas kleiner als der Krümmungsradius ihrer konvexen Oberfläche ist), deren plane Oberfläche dem Objektiv zugewandt wird und ein hinteres Glied, welches ein Kittglied aus einer negativen und einer positiven Linse ist.

Bei der Entwicklung des Objektivs für Bildplatten ist von den folgenden Bedingungen ausgegangen worden, in denen f die Brennweite des Objektivs, /Ί die Brennweite des Vordergliedes, Γ2 den Krümmungsradius der Oberfläche auf der Bildseite des Vordergliedes, r< den Krümmungsradius der Kittflache des hinteren Gliedes, d\ die Dicke des Vordergliedes, c/2 den Luftabstand zwischen dem Vorderglied und dem hinteren Glied und n₂ und /73 jeweils die Brechungsindizes der entsprechenden Linsen des hinteren Gliedes bezeichnen.

1,25 S /i//ä 0,85.	(D
2^ Ir₁]Id₁ ä 1,	(2)
M₂ - H₃ ^ 0,2.	(3)
IJ ^rJf ^ 0,82,	(4)
1 ^ d₂lf ^ 0,4 .	(5)

Wenn in dem Linsensystem dieser Ausbildung der Brechungsindex /Jj der das Vorderglied bildenden Einzellinsen von einem niedrigen Brechungsindex auf einen hohen Brechungsindex geändert wird, wobei die Brechkraft des Objektivs auf einem bestimmten Wert gehalten wird, wird der Betrag J/-2I des Krümmungsradius der das Voderglied bildenden Einzellinse groß, und infolgedessen wird eine Unterkorrektion der sphärischen Aberration des vorderen Gliedes entsprechend verringert. Wenn es daher möglich ist, die sphärische Aberration, die durch das Vorderglied hervorgerufen wird, mittels des hinteren Gliedes zu korrigieren, ist es möglich, die numerische Apertur N. A. größer zu machen, wenn der Brechungsindex des Vordergliedes größer gemacht wird. Darüber hinaus ist dies auch deshalb vorteilhaft für die Benutzung, da der Arbeitsabstand in diesem Fall auch größer wird.

Das obenerwähnte Korrekturverfahren hat jedoch eine bestimmte Grenze im Fall eines Linsensystems, das eine Vleine Anzahl von Linsen besitzt, wie das

hs Linsensystem nach der vorliegenden Erfindung und die Bereiche, in denen Bildfehler, die von dem Vorderglied verursacht werden, durch das hintere Glied korrigiert werden können, werden nachstehend diskutiert.

Zuerst ist es notwendig, für die das Vorderglicd bildende Einzellinse das Verhältnis zwischen der Linsendicke d\ der Vorderlinse und dem Krümmungsradius r₂ der bildseitigen konvexen Oberfläche dieser Linse zu wählen, und die Brechkraft der Linse, innerhalb der durch die zuvor erwähnten Bedingungen (1) und (2) gegebenen Bereiche zu wählen, um auf diese Weise sicherzustellen, daß das Objektiv einfach und billig herzustellen ist und um eine gute Korrektion der sphärischen Aberration zu erhalten. Wenn das Verhältnis von \r₂\ zu d\ in der Bedingung (1) kleiner wird, wird die das Vorderglied bildende Einzellinse größer als eine Halbkugel, d. h. die Dicke der Linse wird größer als der Krümmungsradius ihrer konvexen Oberfläche. Als Ergebnis davon wird die Brennweite f\ klein, d. h. f\/f<0,&5. Dies gilt für Gläser mit beliebigem Brechungsindex. Darüber hinaus wird die Herstellung der Linse schwierig, und die Produktionskosten sind beträchtlich höher. Wenn das Verhältnis \r₂\/d\ > 2 wird, wird /!//"> 1,25. In diesem Fall ist es nicht schwierig, die Linse herzustellen. Jedoch wird im zonalen Bereich die sphärische Aberation unterkorrigiert. Wenn versucht wird, die sphärische Aberation zu korrigieren, wird es nötig, den Krümmungsradius r» der Kittfläche des hinteren Linsengliedes klein zu machen. Infolgedessen kann die sphärische Aberration nicht zufriedenstellend korrigiert werden, selbst wenn die Differenz der Brechungsindizes der beiden Linsen, die das hintere Glied bilden, groß gemacht wird, so daß

Um das Objektiv so auszubilden, daß die sphärische Aberration leicht in der oben beschriebenen Weise korrigiert werden kann und daß der Krümmungsradius r_t der Kittfläche des hinteren Linsengliedes so gewählt wird, daß es nicht schwierig ist, dieses Linsenglied herzustellen, ist es notwendig, das Ve-hältnis zwischen der Dicke d\ und den Krümmungsr idius r₂ der das Vorderglied bildenden Einzellinse so zu wählen, daß

2 δ η/dt δ 1

und die Brechkraft des vorderen Gliedes in dem Bereich 1,25 a ft/f> 0,85

zu wählen.

Wenn die Differenz nj — ni der Brechungsindizes der Linse, die das hintere G Lied bilden, kleiner als 0,2 gewählt wird, kann die von dem Vorderglied verursachte sphärische Aberration nicht genügend korrigiert werden, falls nicht der Krümmungsradius η der Kittfläche äußerst klein gemacht werden kann. Wenn jedoch r₄ sehr klein gemacht wird, wird die Herstellung der Linse schwierig, und die Kosten der Herstellung steigen. Wenn der Krümmungsradius A der Kittfläche des hinteren Linsengliedes so gewählt wird, daß die Bedingung α/ΛΜ,Ι erfüllt ist, wird es unmöglich, die von dem Vorderglied verursachte sphärische Aberration zufriedenstellend zu korrigieren und infolgedessen ist eine Unterkorrektion des Linsensystems als Ganzes gegeben. Wenn jedoch bezüglich des Krümmungsradius

r₄//"<0,82

wird, wird die sphärische Aberration in dem Randabschnitt überkorrigiert. Wenn daher γαΙϊ größer oder kleiner als der obere oder untere Grenzwert des durch die Bedingung (4) gegebenen Bereiches wird, ist es unmöglich, die sphärische Aberration günstig zu korrigieren.

Der Luftabstand c/> zwischen dem Vorderglied und dem hinleren Glied ist von der Sinusbedingung und der s Korrektur des Astigmatismus abhängig. Wenn d₂lf> 1 wird, ist die Sinusbedingung unterkorrigiert. Wenn d₂/f<0A wird, ist der Astigmatismus groß. Die Bedingung (5),d. h.

dient zum Ausgleich dieser Bildfehler.

Für Bildplatten wird im allgemeinen bei der

Wiedergabe monochromatisches Licht verwendet (λ = 632,8 nm). Wenn jedoch das Objektiv nach der

ι«, vorliegenden Erfindung mit Licht von zwei oder mehr Farben benutzt wird, ist es auch möglich, günstig die chromatische Aberration zu korrigieren, vorausgesetzt, daß die Abbe-Zahlen der Linsen des Objektivs entsprechend den Ungleichungen Vi£50, i>₂ä4G und Vi a 50 gewählt werden.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht der Objektive nach der vorliegenden Erfindung,
2_s Fig. 2A, B, C, D die Fehlerkurven des Objektivs 1, F i g. 3A, B, C, D die Fehlerkurven des Objektivs 2,
F i g. 4A, B, C, D die Fehlerkurven des Objektivs 3,
F i g. 5A, B, C, D die Fehlerkurven des Objektivs 4,
F i g. 6A, B, C, D die Fehlerkurven des Objektivs 5.

Das Objektiv 1 weist die in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten numerischen Daten auf.

Tabelle I

U₁ = 0.372

I₁ ----- - 0.524

S₁ = 0,832

r, = 1.642

</, = 0.151

r₄ = 0.859

d_A = 0.305

/ι, = 1.51462

/I₂ = 1,77861
n₃ = 1,48601

r, = 64,1

.■₂ = 25,7 v₃ = 70,1

r₅ = - 1.555

f = \ ,; = _ 35 χ N.A. = 0,33
WD = 0.103 2" P = 0,1902 /, = 1,02

so Das Objektiv 2 weist die in der nachfolgender Tabelle 2 aufgeführten numerischen Daten auf.

Tabelle 2

r, = OO

<f, = 0,372 n, = 1,56671 .·, = 56,2

r₂ = - 0,549

d₂ = 0,906
f-o r₃ = 1,632

d₃ = 0,145 n₂ = 1,77861 r₂ = 25,7

r₄ = 0,865

d₄ = 0,301 n₃ = 1,48601 J₃ = 70,1

r₅ = - 1,632

/= 1 p= -35 χ N.A. = 0,35
WD = 0,096 Σ P = 0,188 /, = 0,97

Das Objektiv 3 weist die in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführten numerischen Daten auf. Das Objektiv 5 weist die in der nachfolgenden Tabelle 5 aufgeführten numerischen Daten auf.

Tabelle 3

Γ| = ¹X)

d_t = 0,562 r₂ = - 0,693 d₂ = 0,655 r_} = 1,944 d₃ = 0,142 r₄ = 0,95 dt = 0,304 r₅ = - 1,62

/=1 /i WD = 0,102

n, = 1,61655

(I₂ = 1,77861 «3 = 1,49668

v₂ = 25,7 i₃ = 65,0

= -35 χ N. A. = 0,37 IP = 0,165 / = 1,12

Tabelle 5	= 00	/I₁ =	1,77861	»Ί	= 25,7
^ri	= 0,758
d\	= -0,878
r₂	= 0,606
d₂	= 2,07	«2 =	1,77861	"2	= 25,7
r₃	= 0,149
d₃	- 1,004	»3 =	1,49668	''3	= 65,0
r*	= 0,305
d₄	= -2,029
fs

Das Objektiv 4 weist die in der nachfolgenden Tabelle 4 aufgeführten numerischen Daten auf. / = 1 β = _ 35 χ N. A. = 0,4
WD = 0,099 IP = 0,146 /, = 1,13

Tabelle 4

r, = oo

di	= 0,731
r₂	= -0,83!
d₂	= 0,577
r₃	= 2,007
d₃	= 0,135
»4	= 0,986
	= 0,308
>S	= - 1,969
	/=1
	WD = 0,098

In den Tabellen bezeichnen λ bis rs die Krümmungs-

n, = I,'/2309 i·, = 28,5 25 radien der Oberflächen der entsprechenden Linsen, d\

bis dt die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen den Linsen,/>i, n₂ und /73 die Brechungsindizes der Linsen bei der Wellenlänge 632,8 nm, Vi, V2 und V₃ die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die «/-Linie,

M₂ = 1,77861 i₂ = 25,7 ₃₀ /die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung,

N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand,

«j = 1,49668 i₃ = 65.0 ΣP die Petzvalsumme und f\ die Brennweite des

Vordergliedes,

Wie oben erwähnt und an Hand der Objekte 1 bis 5

β = _ 35 χ N. A. = 0,38 35 ersichtlich, besitzen die erfindungsgemäßen Objektive

für Bildplatten bei kleiner Linsenzahl geringe Ausmaße 2P = 0,151 /i = l,15 und leichtes Gewicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Objektiv für Bildplatten aus zwei Linsengliedern mit einer fast halbkugelförmigen Linse mit objektseitig ebener Begrenzungsfläche als Vorderglied und einem Kittglied mit einer positiven und einer negativen Linse als hinteres Linsenglied, gekennzeichnet durch die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten numerischen Daten:

3. Objektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 3 aufgeführten numerischen Daten:

Tabelle 1 H₁ = 1,51462 .·, = 64,1 /·, = χ J₁ = 0,372 r, = - 0,524 J₂ = 0,832 H₂ = 1,77861 C₂ = 25,7 γ, = 1,642 ί/, =0,151 η, = 1,48601 ι₃ = 70,1 r₄ = 0,859 J₄ = 0.305 /; = - 35 χ N.A. = 0,33 /·₅ = - 1,555 V= ι

IS

Tabelle 3 η, = 1,61655 .·, = 36,3 r, = χ J₁ = 0.562 f, = - 0,693 J₂ = 0,655 H₂ = 1,77861 r₂ = 25.7 r, = 1,944 J₃ = 0,142 H₃ = 1,49668 ι₃ = 65,0 r₄ = 0,95 ¹ J₄ = 0,304 = -35 χ N. A. = 0,37 r₅ = - 1,62 Σ P = 0,165 / = 1,12 / = 1 I' WD = 0,102

WD = 0,103 2P = 0,1902 /, = 1,02

worin ιϊ bis r* die Krümmungsradien der Linsen, di bis d« die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände der Linsen, /?i, ni und nj die Brechungsindizes der Linsen für die Wellenlänge 632,8 nm, V|, V2, vs die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die d-Linie, f die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung, N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand, Σ P die Petzval-Summe und f\ die Brennweite des Vordergliedes bezeichnen.

2. Objektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 2 aufgeführten numerischen Daten:

15

40 worin η bis /4 die Krümmungsradien der Linsen, d\ bis <U die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände der Linsen, /j|, n₂ und /73 die Brechungsindizes der Linsen für die Wellenlängen 632,8 nm, Vi, V2 und V₃ die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die d-Linie, f die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung, N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand, Σ P die Petzval-Summe und /Ί die Brennweite des Vordergliedes bezeichnen.

4. Objektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 4 aufgeführten numerischen Daten:

Tabelle 4

= OO H₁ = 1,56671 'Ί = 56,2 ⁴⁵ r, = oo »1 ¹¹I = 28,5 = 0,372 J₁ =0,731 Tabelle 2 = -0,549 r, = - 0,831 = 0,906 J₂ = 0,577 '•i = 1,632 H₂ = 1,77861 ''2 = 25,7 -^so r₃ = 2,007 H₂ ''2 = 25,7 d, = 0,145 »3 = 1,48601 - 70,1 J₃ = 0,135 T₂ = 0,865
= 0,301 r₄ = 0,986 »3 ''3 = 65,0 d₂ = - 1,632 J₄ = 0,308 I₃ r₅ = - 1.969 = - A. = 0,38 di / = I ß ./, = = U5 I WD = 0,098 = 1,72309 = 1,77861. = 1,49668 35 χ Ν. P = 0,151

/ = I it=. - 35 χ N. A. = 0,35
WD = 0,096 2'P = 0,188 /, = 0,97

worin η bis η die Krümmungsradien der Linsen, d\ fto bis dt die Dicken der Linsen bzw. Luttabstände der Linsen, n\, Π2 und Π3 die Brechungsindizes der Linsen für die Wellenlänge 632,8 nm, i>\, V2 und Vs die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die cr-Linie, / die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung, N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand, Σ P die Petzval-Summe und f\ die Brennweite des Vordergliedes bezeichnen.

worin η bis r* die Krümmungsradien der Linsen, d\ bis dt die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände der Linsen, n\, m und Π3 die Brechungsindizes der Linsen für die Wellenlänge 632,8 nm, V|, vi und vz die Abbe-Zahlen der entsprechenden Linsen für die c/-Linie, f die Brennweite des Objektivs, β die Vergrößerung, N. A. die numerische Apertur, WD den Arbeitsabstand, Σ P die Petzval-Summe und f\ die Brennweite des Vordergliedes bezeichnen.

5. Objektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die nachstehend in Tabelle 5 aufgeführten numerischen Daten:

Tabelle 5

r, = ν.
£/, = 0,758
r₂ = - 0,878
d₂ = 0,606
r, = 2,07
i/j = 0,149
r₄ = 1,004
J₄ = 0,305
r₅ = - 2,029