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Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2.

Zur Zeit in Bildplattengeräten, "Compactdisc (CD)"-Spielern oder optischen Speichersystemen verwendete Abtastobjektive haben vier oder mehr Linsen. Aus Kostengründen wäre es jedoch wünschenswert, Abtastobjektive mit nur drei Linsen zu verwenden.

Vorschläge für Abtastobjektive mit nur drei Linsen sind aus den DE-OS 25 32 787, 27 03 823, 28 48 685, 29 25 737 und 31 34 001 bekannt geworden.

Bei den Abtastobjektiven gemäß den DE-OS 25 32 787 und 29 25 737 sind die in Richtung des auf die Abtastfläche (Speichermedium) auftreffenden Stahls erste und zweite Linse miteinander verkittet. Da ein derartiges Kittglied vergleichsweise kostenaufwendig ist, sind bei diesen Objektiven nur geringe Kosteneinsparung verglichen mit Abtastobjektiven mit vier freistehenden Linsen möglich.

Ein Objektiv anderer Gattung mit drei freistehenden Linsen ist aus der DE-OS 32 36 666 bekannt. Dieses Objektiv weist jedoch drei positive Linsen auf. Deshalb sind zur Korrektur hochbrechende und damit in der Herstellung teuere und schwerbearbeitete Gläser erforderlich. Darüberhinaus hat die mittlere Linse zwei sehr kleine und damit schwierig herzustellende Radien. Da diese Radien noch dazu nahezu konzentrisch sind, kann die mittlere Linse und das Objektiv nicht automatisch zentriert werden, wodurch dieses Objektiv anderer Gattung weiter verteuert wird.

Abtastobjektive mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 sind aus den weiteren obenstehend genannten Druckschriften bekannt.

Bei den Abtastobjektiven gemäß den DE-OS 27 03 823 und 28 48 685 beträgt die Größenordnung des Luftabstands zwischen der zweiten und dritten Linse (betrachtet in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Abtaststrahls) etwa das 0,7fache bis 1,0fache der Brennweite des Objektivs und ist damit vergleichsweise groß. Hierdurch wird zwar die gewünschte gute Korrektur der Bildfehler und insbesondere des Astigmatismus erzielt, die Schnittweite des Objektivs ist aber nicht so groß, wie es in manchen Einsatzfällen wünschenswert wäre.

Bei dem aus der DE-OS 31 34 001 bekannten Objektiv ist der Luftabstand zwischen der zweiten und dritten Linse kleiner als bei den obenstehenden diskutierten Objektiven gewählt. Allerdings sind die Bildfehler insbesondere der Astigmatismus bei diesem Objektiv nicht in der oftmals gewünschten Weise korrigiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtastobjektiv zu schaffen, das kostengünstig herzustellen ist und bei großer Schnittweite eine gute Bildfehlerkorrektur aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem Abtastobjektiv gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 ausgegangen wird und die erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Bedingungen eingehalten werden. Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Bedingungen wird erreicht, daß bei einem Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen kleine Luftabstände und damit eine große Schnittweite bei hervorragender Bildfehlerkorrektur möglich sind. Insbesondere ist die sphärische Aberration und die Koma dritter und fünfter Ordnung korrigiert. Auch ist der Astigmatismus in der Weise korrigiert, wie dies die Einsatzfälle eines Abtastobjektivs erfordern.

Darüberhinaus hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bei einem Abtastobjektiv, bei dem die erfindungsgemäß angegebenen Bedinungen eingehalten sind, übliche Fertigungstoleranzen oder sonstige Abweichungen keinen so großen Einfluß auf die Bildqualität haben, wie dies bei bekannten Objektiven der Fall ist.

Von entscheidender Bedeutung für die Lösung der Aufgabe sowie die weiteren hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Abtastobjektive ist jedoch, daß alle erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt sind. Insbesondere ist es wichtig, daß die Bedinungen für die Verhältnisse der Brennweite f1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite des Abtastobjektivs und zur Brennweite f 3 der dritten Linse gleichzeitig erfüllt sind. Wenn auch nur eine der angegebenen Grenzen überschritten wird, ist es nicht mehr möglich, den Korrektionszustand, der die erfindungsgemäßen Abtastobjektive auszeichnet, aufrecht zu erhalten oder die vergleichsweise große Unempfindlichkeit gegen Toleranzen zu erhalten.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Ansprüchen 3-13 sind vorteilhafte Einschränkungen der in den Ansprüchen 1 oder 2 angegebenen Bereiche gekennzeichnet. Hierdurch werden die guten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Objektive weiter verbessert.

Durch die Wahl der Radien gemäß einem der Ansprüche 14 folgende werden die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Objektive weiter gesenkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Abtastobjektivs.

Das Abtastobjektiv besteht aus drei freistehenden Linsen 1, 2 und 3. Eine planparallele Glasplatte 4 deckt eine Abtastfläche 5, beispielsweise eine Bildplatte oder eine "Compactdisc" ab. Die Glasplatte 4 ist vorteilhafterweise in die Korrektur des Objektivs mit einbezogen.

Die Krümmungsradien der einzelnen Flächen des Objektivs sind mit ri(i = 1 . . . 8), die Linsendicken bzw. Luftabstände mit di, die Brechzahlen der Linsen mit ni und die Abbe'sche Zahl mit vi bezeichnet.

Die Tabellen 1-5 zeigen Werte dieser Größen für verschiedene Ausführungsbeispiele. Die Ausführungsbeispiele sind monochromatisch für Wellenlängen aus dem Bereich von etwa 750 nm bis etwa 859 nm korrigiert. Deshalb sind die Brechzahlen ni für die Wellenlänge 800 nm angegeben. Die aufgrund der monochromatischen Korrektur nur der Vollständigkeit halber angegebenen Abbe'schen Zahlen gelten für die e-Linie.

Zusätzlich enthalten die Tabellen die Werte der Verhältnisse der Brennweite f 1 der ersten Linse 1 zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f 3 der dritten Linse 3 sowie die auf die Brennweite des Gesamtobjektivs bezogenen Summen der Luftabstände d 2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d 4 zwischen der zweiten und dritten Linse sowie die Verhältnisse dieser Luftabstände.

In den Tabellen 1 bis 5 ist die Gesamtbrennweite f jeweils auf 1 normiert. Tatsächlich ausgeführte Abtastobjektive haben eine Brennweite f zwischen etwa 4 und 10 mm, ein Öffnungsverhältnis zwischen 1 : 0,85 und 1 : 1,5 und einem Bildwinkel von etwa 0,5-2°.

In den Tabellen 1 bzw. 2 sind verschiedene Ausführungsbeispiele angegeben, deren Werte für f 1/f, f 1/f 3, (d 2 + d 4)/f und d 2/d 4 die erfindungsgemäß angegebenen Bereiche abdecken.

Anhand der Tabellen 3 und 4 soll demonstriert werden, daß die erfindungsgemäß angegebenen Bedingungen tatsächlich ein universelles Konstruktionsprinzip für Abtastobjektive gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 darstellen.

Die Tabelle 3 ist der Wert für das Verhältnis der Brennweite f 1 zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjekivs in etwa konstant auf dem Wert 1,724 gehalten. Wie man leicht sieht, ist es - auch wenn ein Wert fest vorgegeben wird - möglich, gut korrigierte Abtastobjektive, die die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe lösen und auch die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung haben, zu schaffen, bei denen die restlichen Werte innerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Bereiche variieren. Beispielsweise durchläuft das Verhältnis f 1/f 3 den Bereich von etwa 1,3 bis 1,45.

In Tabelle 4 sind zusätzlich zum Wert f 1/f die Werte (d 2 + d 4)/f und d 2/d 4 in etwa konstant gehalten. Dennoch ist es möglich, Abtastobjektive zu schaffen, deren Wert für f 1/f 3 den gesamten erfindungsgemäßen Bereich durchläuft.

Damit ist offensichtlich, daß es sich bei den erfindungsgemäß angegebenen Bedinungen um ein echtes Konstruktionsprinzip handelt, das es dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres erlaubt, Abtastobjektive mit drei freistehenden Linsen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 derart auszubilden, daß es bei großer Schnittweite (und damit geringer Baulänge) eine hervorragende Korrektur der Bildfehler und darüberhinaus eine Unempfindlichkeit gegen Aufbautoleranzen aufweist.


Anspruch[de]
  1. 1. Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen, von denen die in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Strahls erste Linse (1) eine positive Linse, die zweite (2) eine zur ersten Linse konkave negative Meniskuslinse mit negativer Brechkraft und die dritte (3) eine positive Linse ist, deren der Abtastfläche zugewandte Fläche konkav oder plan ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Brennweite f 1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f 3 der dritten Linse in einem Bereich liegen, dessen Eckpunkte folgende Wertepaare (f 1/f; f 1/f 3) bilden:



    und daß die Luftabstände d 2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d 4 zwischen der zweiten und dritten Linse folgende Beziehungen erfüllen:

    0,07 ≤(d 2 + d 4)/f ≤ 0,12

    1,1 ≤d 2/d 4 ≤ 4,0

  2. 2. Abtastobjektiv mit drei freistehenden Linsen, von denen die in Richtung des auf die Abtastfläche auftreffenden Strahls erste Linse (1) eine positive Linse, die zweite (2) eine zur ersten Linse konkave negative Meniskuslinse mit negativer Brechkraft und die dritte eine positive Linse ist, deren der Abtastfläche zugewandte Fläche konkav oder plan ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse der Brennweite f 1 der ersten Linse zur Gesamtbrennweite f des Abtastobjektivs und zur Brennweite f 3 der dritten Linse in einem Bereich liegen, dessen Eckpunkte folgende Wertepaare (f 1/f; f 1/f 3) bilden:



    und daß die Luftabstände d 2 zwischen der ersten und zweiten Linse und d 4 zwischen der zweiten und dritten Linse folgende Beziehungen erfüllen:

    0,07 ≤(d 2 + d 4)/f ≤ 0,120

    1,4 ≤d 2/d 4 ≤ 3,0

  3. 3. Abtastobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,28 ≤f&sub1;/f&sub3; ≤ 1,375

    erfüllt ist.
  4. 4. Abtastobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,295 ≤f&sub1;/f&sub3; ≤ 1,365

    erfüllt ist.
  5. 5. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,68 ≤f&sub1;/f ≤ 1,82

    erfüllt ist.
  6. 6. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,71 ≤f&sub1;/f ≤ 1,80

    erfüllt ist.
  7. 7. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,72 ≤f&sub1;/f ≤ 1,795

    erfüllt ist.
  8. 8. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,19 ≤f&sub3;/f ≤ 1,34

    erfüllt ist, wobei f&sub3; die Brennweite der dritten Linse ist.
  9. 9. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,24 ≤f&sub3;/f ≤ 1,32

    erfüllt ist, wobei f&sub3; die Brennweite der dritten Linse ist.
  10. 10. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,26 ≤f&sub3;/f ≤ 1,30

    erfüllt ist, wobei f&sub3; die Brennweite der dritten Linse ist.
  11. 11. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 3-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    2,0 ≤d&sub2;/d&sub4; ≤ 3,5

    erfüllt ist.
  12. 12. Abtastobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,60 ≤f&sub1;/f ≤ 1,67

    erfüllt ist.
  13. 13. Abtastobjektiv nach Anspruch 2 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung

    1,3 ≤f&sub3;/f ≤ 1,41

    erfüllt ist.
  14. 14. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r 1-r 4 die Bedingung

    1,2 f ≤ |ri| ≤ 7,0 f

    mit i=1 . . . 4 erfüllen.
  15. 15. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r 1-r 4 die Bedingung

    1,3 f ≤ |ri| ≤ 5,5 f

    mit i=1 . . . 4 erfüllen.
  16. 16. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien r 1-r 4 die Bedingung

    1,4 f ≤ |ri| ≤ 4,5 f

    mit i=1 . . . 4 erfüllen.
  17. 17. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r 5 die Bedingung

    0,6 fr 5 ≤ 0,95 f

    erfüllt.
  18. 18. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r 5 die Bedingung

    0,75 fr 5 ≤ 0,88 f

    erfüllt.
  19. 19. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r 5 die Bedingung

    r 5 = (0,82 ± 0,025) f

    erfüllt.
  20. 20. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r 5 die Bedingung

    |r 2| ≤ 2,8 f

    erfüllt.
  21. 21. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutwerte der Krümmungsradien der beiden Flächen der ersten Linse in etwa gleich sind.
  22. 22. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der ersten Fläche (r 3) der zweiten Linse (2) auf der zweiten Fläche (r 2) der ersten Linse (1) aufliegt.
  23. 23. Abtastobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallele Platte in die Korrektur mit einbezogen ist.






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