DE1622089C

DE1622089C - Reproduction lens

Info

Publication number: DE1622089C
Authority: DE
Inventors: Edgard Alfred Courbevoie Hugues (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication date: 1971-07-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Reproduktionsobjektiv, d. h. ein Objektiv zur Reproduktion von Plänen, Dokumenten, Zeichnungen usw. Sie bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf solche Objektive, die mit einer Vergrößerung von weniger als 1 arbeiten und verkleinerte Bilder mit einer ausgezeichneten Auflösung liefern sollen, vor allem zur Herstellung von gedruckten Schaltungen kleiner Abmessungen oder Mikroschaltungen, insbesondere integrierten Schaltungen und Mikrofilmen mit einem unternormalen Format (kleiner als 35 mm). Die Erfindung betrifft insbesondere Objektive mit einer Vergrößerung in der Größenordnung von 1/10 und einer Öffnung η sin <» in der Größenordnung von 0,50.The invention relates to a reproduction objective, ie an objective for reproducing plans, documents, drawings, etc. It relates particularly, although not exclusively, to objectives which operate at a magnification of less than 1 and which provide reduced images with excellent resolution should, especially for the production of printed circuits of small dimensions or microcircuits, in particular integrated circuits and microfilms with a sub-normal format (smaller than 35 mm). The invention relates in particular to objectives with a magnification of the order of 1/10 and an opening η sin <»of the order of 0.50.

Die Erfindung bezweckt, solche Objektive im besonderen hinsichtlich ihrer Bildauflösung und ihrer Öffnung zu verbessern.The invention aims at such lenses in particular with regard to their image resolution and their To improve opening.

Das erfindungsgemäße Reproduktionsobjektiv, hoher Auflösung und großer Öffnung, das mit einer Vergrößerung kleiner als 1 arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß es in Richtung des Lichts gezählt folgende vier Linsengruppen aufweist:The reproduction lens according to the invention, high resolution and large aperture, which with a Magnification smaller than 1 works, is characterized in that it is counted in the direction of the light has the following four lens groups:

eine erste Gruppe, die aus nur einer einzigen Linse mit geringer Brechkraft und aus einem Glas mit hohem Brechungsindex besteht und die zur Änderung der Vergrößerung der Reproduktion durch eine gleichartige Linse mit anderer Brennweite ersetzbar ist;a first group consisting of a single lens with low refractive power and a Glass with high refractive index is made and used to change the magnification of the reproduction can be replaced by a lens of the same type with a different focal length;

eine zweite, praktisch afokale Gruppe mit vorzugsweise sieben Linsen zur Berichtigung der durch die dritte Linsengruppe eingeführten Aberrationen; a second, practically afocal group with preferably seven lenses to correct the aberrations introduced by the third lens group;

eine dritte Gruppe, die aus einer einziger. Linse, gegebenenfalls auch aus zwei Linsen besteht, welche die Brechkraft des Objektivs bestimmt und deren Brennweite etwas kleiner ist als die Objektivbrennweite;a third group consisting of a single one. Lens, possibly also consisting of two lenses, which determines the refractive power of the lens and whose focal length is slightly smaller than that Lens focal length;

eine vierte Gruppe, die aus einer einzigen zerstreuenden Linse besteht, die aus einem Glas mit kleinem Brechungsindex hergestellt ist und die in der Nähe der Bildebene des Objektivs angeordnet ist, um die Bildfeldkriimmung zu berichtigen. a fourth group consisting of a single diffusing lens made of a glass with is made with a small refractive index and which is arranged in the vicinity of the image plane of the lens is to correct the field curvature.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die das erfindungsgemäße Objektiv im Schnitt darstellt.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows the invention Representing lens in section.

Zur Herstellung eines Objektivs mit sehr großer Öffnung (n sin «, = 0,50), welches mit einer gegebenen Vergrößerung von 1/10 arbeitet und in einem Feld von 3,5 mm Durchmesser eine mittlere Auflösung von 15(M) Strichen/mm für die g-Linie des Spektrums hat, wird dieses Objektiv, wie dargestellt, aus folgenden vier Linsengruppen I, II, III, IV zusammengesetzt:To produce an objective with a very large aperture (n sin «, = 0.50), which works with a given magnification of 1/10 and an average resolution of 15 (M) lines / mm in a field of 3.5 mm diameter for the g-line of the spectrum, this objective is composed of the following four lens groups I, II, III, IV as shown:

Zunächst eine erste Gruppe I, die durch eine einzige, durch die Grenzflächen 1 und 2 begrenzte Linse A geringer Brechkraft (ihre Brennweite beträgt 305 mm für einen in einer Entfernung von 300 mm von der vorderen Grenzfläche 1 der Linse liegenden Gegenstand) und mit hohem Brechungsindex (1,8 für die Natriumlinie I) mit tier Wellenlänge 5876 Angström, wobei übrigens alle Indizes für diese Linie angegeben sind) gebildet wird, damit diese Linse möglichst wenig Aberrationen einführt. Die Linse/I, die die 0,1 betragende Vergrößerung der Reproduktion bestimmt, 'vs gestattet, den in der l'ortpllanzungsrichtung der Lichtstrahlen folgenden Rest des Objektivs (Gruppen II, III und IV) so arbeilen zu lassen, als öl) sichFirst a first group I, which is formed by a single lens A delimited by interfaces 1 and 2 with a low refractive index (its focal length is 305 mm for an object at a distance of 300 mm from the front interface 1 of the lens) and with a high refractive index (1.8 for the sodium line I) with a wavelength of 5876 Angstroms, incidentally all indices are given for this line) so that this lens introduces as few aberrations as possible. The lens / I, which determines the 0.1 magnification of the reproduction, allows the remainder of the lens (groups II, III and IV) following in the direction of the beam of light to work as oil

40 der Gegenstand im Unendlichen befinden würde, da der zu reproduzierende Gegenstand praktisch in der Gegenstandsbrennebene liegt. Die Vergrößerung des Objektivs kann daher dadurch verändert werden, dal! die aus diesem Grunde vorzugsweise entfernbare Linse A durch eine ähnliche Linse anderer Brennweite ersetzt wird. 40 the object would be in infinity, since the object to be reproduced is practically in the object focal plane. The magnification of the lens can therefore be changed by! the lens A, which is preferably removable for this reason, is replaced by a similar lens with a different focal length.

Das Objektiv weist eine zweite Linsengruppe II auf, die eine praktisch afokale Gruppe ist, d. h. ohne Brechkraft, und zweckmäßig durch sieben Linsen ß, C, D, E, F, G, r/ gebildet wird, die in der dargestellten Weise durch die Grenzflächen 3 bis 15 begrenzt werden und fortschreitend die durch die Linse J der dritten Gruppe III, bei der es sich um eine konvergierende Gruppe handelt, eingeführten Aberrationen berichtigen sollen. Die hohe Zahl (in der Größenordnung von sieben) dieser Linsen der zweiten Gruppe ermöglicht, fortschreitend kleine Berichtigungen vorzunehmen, was zu einem Qualitätsobjektiv führt. Bei Verwendung einer Berichtigungsgruppe mit einer kleinen Linsenzahl, die an der Grenze ihrer Möglichkeiten arbeiten, sind große Berichtigungen vorzunehmen, so daß man kein Qualitätsobjektiv erhalten würde. Die Linsen der zweiten Gruppe berichtigen insbesondere die sphärischen Restaberrationen und die Bildfeldkrümmung sowie die Komaänderungen zwischen dem Rand des Feldes und den 2/3 des Feldes.The objective has a second lens group II, which is a practically afocal group, ie without refractive power, and is expediently formed by seven lenses β, C, D, E, F, G, r /, which are formed in the manner shown by the interfaces 3 to 15 and progressively correcting the aberrations introduced by the lens J of the third group III which is a converging group. The large number (of the order of seven) of these lenses of the second group enables progressively small corrections to be made, resulting in a quality lens. When using a correction group with a small number of lenses that are at the limit of their capabilities, large corrections must be made so that a quality lens would not be obtained. The lenses of the second group correct in particular the spherical residual aberrations and the curvature of the field as well as the changes in the coma between the edge of the field and the 2/3 of the field.

Die Linsen der Gruppe II können in vier aufeinanderfolgende Untergruppen Ha, Hb, lic, Hd zusammengefaßt sein, nämlich:The lenses of group II can be grouped into four successive subgroups Ha, Hb, lic, Hd be, namely:

eine erste Untergruppella und zwei Sammellinsen ß und C aus Gläsern mit ziemlich hohem Brechungsindex (1,72) zur Berichtigung der sphärischen Aberration und teilweisen Berichtigung der Bildfeldkrümmung. Sie haben eine Brennweite von 98 bzw. 78 mm, wobei jede dieser Linsen mit einer mittleren Öffnung von etwa F/3 arbeitet. Bei Ausführungsabwandlungen können die Linsen ß und C zu einer einzigen Linse zusammengefaßt werden, wobei dann die Öffnung des gesamten Objektivs verringert wird. Es kann jedoch auch zu den Linsen B und C eine dritte Linse hinzugefügt werden, wobei die Untergruppe mit drei Linsen die gleiche Brechkraft wie die ursprüngliche Untergruppe Ha mit zwei Linsen' hat, was eine Vergrößerung der Öffnung des Objektivs ermöglichen würde;
eine zweite Untergruppe II b, die durch eine einzige bikonkave Linse D gebildet wird, die divergierend ist und eine Brennweite von 78,1 mm hat, was eine Berichtigung der sphärischen Aberration und des äußeren Koma bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildfeldkriimmung ermöglicht; eine dritte Untergruppe II c mit sehr geringer Brechkraft (Brennweite —2.219,7mm) mit zwei miteinander verkitteten Linsen E und F. Der Unterschied zwischen den Abbeschen Zahlen (60 und 28) der beiden Linsen E und F ermöglicht die Berichtigung der chromatischen Aberrationen, während der. Unterschied zwischen den Brechungsindizes (1,620 und 1,731) der beiden Linsen infolge der Krümmung der Klebelläche der beiden Linsen die Berichtigung der sphärischen Restaberrationen ermöglicht;a first sub-groupella and two converging lenses β and C made of glasses with a fairly high refractive index (1.72) for correcting the spherical aberration and partially correcting the curvature of field. They have a focal length of 98 or 78 mm, each of these lenses working with a mean aperture of about F / 3. In the case of modifications, the lenses β and C can be combined into a single lens, in which case the opening of the entire objective is reduced. However, a third lens can also be added to lenses B and C, the subgroup with three lenses having the same refractive power as the original subgroup Ha with two lenses', which would enable the aperture of the objective to be enlarged;
a second sub-group IIb, formed by a single biconcave lens D , which is divergent and has a focal length of 78.1 mm, which allows correction of spherical aberration and external coma while improving the field curvature; a third sub-group II c with very low refractive power (focal length -2.219.7 mm) with two lenses E and F cemented together. The difference between the Abbe numbers (60 and 28) of the two lenses E and F enables the correction of chromatic aberrations while the. The difference between the refractive indices (1.620 and 1.731) of the two lenses, due to the curvature of the adhesive surface of the two lenses, enables the correction of residual spherical aberrations;

eine vierte Untergruppe 1Id mit zwei Linsend' und //, die ti ic Berichtigung der sphärischena fourth subgroup 1Id with two lenses end ' and //, the ti ic rectification of the spherical

Aberrationen und der durch die. Linse D eingeführten äußeren Koma vornimmt. Gemä(3 einer Ausführungsabwandlung kann die Linse G aus einem Glas mit dem Brechungsindex 1,62025 mit einer Linse aus einem Glas mit dem gleichen Brechungsindex, aber einer anderen Abbeschen Zahl chromatisiert werden, was den Chromatismus der Gesamtanordnung verbessern würde. Das Objektiv weist ferner eine dritte Gruppe III auf, die durch eine einzige Linse J (zwischen den Grenzflächen 16 und 17) gebildet wird, die die Brechkraft des Objektivs bestimmt. Die Brennweite (23,23 mm) dieser Linse ist etwas kleiner als die Objektivbrennweite (26,7 mm). Die Linse J besteht aus einem Glas mit hohem Brechungsindex (1,8). Die durch sie infolge ihrer starken Konvergenz erzeuglen Aberrationen werden fast alle von den Linsen der zweiten Gruppe II kompensiert. Gemäß einer Ausführungsabwandlung kann diese einzige Linse J auch durch zwei Linsen ersetzt werden, um die öffnung der Gesamtanordnung zu vergrößern, wobei diese Gruppe mit zwei Linsen ebenfalls eine Brennweite hat, die etwas kleiner als die Tür das Objektiv gewählte ist.Aberrations and the. Lens D makes introduced external coma. According to a variant embodiment, the lens G made of a glass with the refractive index 1.62025 can be chromatized with a lens made of a glass with the same refractive index but a different Abbe number, which would improve the chromatism of the overall arrangement third group III, which is formed by a single lens J (between the interfaces 16 and 17) which determines the refractive power of the objective. The focal length (23.23 mm) of this lens is slightly smaller than the objective focal length (26.7 mm ). the J lens is made of a glass with high refractive index (1.8). the erzeuglen through them as a result of their strong convergence aberrations are almost all offset from the lenses of the second group II. According to a Ausführungsabwandlung can this single lens J by two Lenses are replaced in order to enlarge the opening of the overall arrangement, this group with two lenses also having a focal length that is slightly smaller than the T is selected for the lens.

Schließlich enthält das Objektiv eine vierte Gruppe IV, die durch eine einzige zerstreuende Linse K (mit den Grenzflächen 18 und 19) mit einem geringen Brechungsindex (1,516) gebildet wird, die in der Nähe der Bildebene Pi des Objektivs angeordnet ist und die Bildfeldkrümmung des Objektivs berichtigen soll.Finally, the objective contains a fourth group IV, which is formed by a single divergent lens K (with the interfaces 18 and 19) with a low refractive index (1.516), which is arranged near the image plane Pi of the objective and the curvature of field of the objective should correct.

In der Zeichnung ist der Verlauf einiger Strahlen dargestellt, darunter der Strahlen r, für F/0,87 und r₂ für F/0,97, wenn das Objektiv auf Unendlich mit der Wellenlänge von 4358 Angström (Linie g des Quecksilbers) arbeitet. .The drawing shows the course of some rays, including rays r for F / 0.87 and r ₂ for F / 0.97 when the lens works at infinity with a wavelength of 4358 Angstroms (line g of mercury). .

Die Kenngrößen eines derartigen tatsächlich als,; Erstausführung ausgerührten Objektivs sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:The characteristics of such actually as,; The first version of the lens is in the given in the table below:

Linsenlenses GrenzflächenInterfaces Dicken in mmThicknesses in mm KrümmungsCurvature Brechungsindex
für dieRefractive index
for the Abbesche ZahlAbbe number Durchmesserdiameter halbmesser in inmradius in inm Natriumlinie I) Sodium line I) der Linse in mmof the lens in mm 1 ·1 · 785,500785,500 AA. 4,004.00 1,81.8 V = 46 V = 46 3030th '2'2 -368,850-368.850 0,100.10 Luftair 33 50,605 ο 50,605 ο BB. 5,275.27 1,721.72 V ■= 50 V ■ = 50 3030th 44th 160,430160.430 0,0650.065 Luftair 55 32,22132,221 CC. ' 4,82'4.82 1,721.72 V =-'50 V = - '50 2828 66th 68,32568.325 4,054.05 Luftair 77th -134,680-134.680 DD. 2,242.24 1,731501.73150 V = 28 V = 28 ■ 25 ■-■ 25 ■ - 8'8th' 108,420108.420 0,0650.065 Luftair 99 60,03360.033 EE. 9,509.50 1,620251.62025 K = 60K = 60 23,523.5 ■ 10 '■ 10 ' -25,683-25.683 FF. 2,202.20 1,731501.73150 V = 28 V = 28 . 23,5. 23.5 1111th 115,444115.444 0,0650.065 Luftair 1212th 68,8068.80 GG 9,489.48 1,620251.62025 V = 60 V = 60 2020th 1313th -1234,8-1234.8 0,0650.065 Luftair 1414th 38,90738.907 HH 1,801.80 1,620251.62025 V = 36 V = 36 1616 1515th 32,59332,593 2,512.51 Luftair 1616 '20,138'20, 138 JJ 4,704.70 1,81.8 V = 46 V = 46 13,213.2 1717th - 344,900- 344,900 7,057.05 Luftair 1818th - 13,652- 13,652 KK 1,501.50 1,516501.51650 V -- 64 V - 64 4,74.7 I¹JI ¹ y 55,83055.830

Das der obigen Tabelle und der Zeichnung entsprechende Objektiv isl für die g-I.inie des Quecksilbers korrigiert.The lens corresponding to the table above and the drawing is for the g-line of mercury corrected.

Die chromatische Berichtigung ist für die /i-l.inie auf die F-Linie erfolgt, so dal.f ι; -/ -··- 0,010 min, li /i = 0.010 mm ist.The chromatic correction is for the /i line takes place on the F-line, so dal.f ι; - / - ·· - 0.010 min, li / i = 0.010 mm.

Claims

5 6 Due to the opening of the objective and the zigcn lens (J), possibly also of two desired resolutions, it is not possible, however, to consist of lenses which determine the refractive power of the for such a large bandwidth without the objective and reduce their focal resolution. is slightly smaller than the focal length of the lens; The core sizes of the lens described are a fourth group (IV), which consists of a following:. zigen diffusing lens (K), which is made of a glass with a small refractive index, focal length: 26.747 mm and which is placed in the vicinity of the image plane. . “. ■ ... u · r · (P /) of the lens is arranged in order to be able to extract the image from the lens. A- . . To correct the curvature of the fcld, setting to infinity +1.596 magnification -0.0995 2. Objective according to claim 1, characterized in that the second group (II) consists of the distance between the object and the following consists of four consecutive subgroups first 1'IaCHe -30U i5 (Ha to nd). Distance of the image from the last a first subgroup c {I] a) with one to 1.0665 : 20. need corrected; . "...,. ,. , · 1 ι α r a second subgroup (Hb), consisting of

1. Reproduction objective that has a high view of a single biconcave lens (D) for

bsung and has a large aperture and with a correction of spherical aberration and

Magnification less than 1 works, thereby reducing the external coma;

marked that it is in the direction of the 25 subgroup (lic) with very

In terms of light, the following four lens groups with a _{higher refractive power} ,% _c ^P stinging ' _{from two} ^ ₁ .

^white ·. _4. " .,. . · · - Lenses (EF) cemented to one another from glasses

■ a first group I), which consists of only one em- j different Abbe numbers and

umpteenth lens ( A) with low refractive power and refractive indices to correct the chromium

Made of a glass with a high refractive index .30 _matic aberrations and the spherical

exists, and the change in the residual aberrations;

Enlargement of the reproduction by e.ne equal-. . Subgroup (lld) with two lenses

like lens with a different focal length replaceable ^ _//} _zm _reporting _igu f ^P _n ^P _g n J _{he spllürische} But-

1. 1 1 1 1 / -. / iT \ ■. rations and the external coma,
a second, practically afocal group (II) with 35

preferably seven lenses (ß, C, D. E, F, 3rd objective according to claims 1 and 2,

G, //) to correct the third identified by the following manufacturing

Lens group (III) introduced aberrations: data related to the lens focal length

a third group (III), consisting of a single 26.747 mm:

lenses (ircn / flacli ■ 1
1 Thicknesses in mm Curvature
radius in mm Refractive index
for the
N; itriumlinic D Abbeselie number diameter
of the lens in mm 1 785.5 (X) AA. 4, (X) 1.8 V = 46 30th 2 -368.850 0.10 air 3 50.605 BB. 5.27 1.72 V = 50 30th 4th 160.430 0.065 air ■ 5 32,221 CC. 4.82 L72 V = 50 28 6th 68,325 4.05 air 7th -134.680 DD. 2.24 1.73150 V = 28 25th H 108.420 0.065 air 9 60.033 EE. 9.50 1.62025 V = 60 23.5 IO -25,683 FF. 2.20 1.73150 V = 28 23.5 Il 11 5,444 0.065 air

continuation

lenses

Interfaces

Thicknesses in mm

Radius of curvature in mm, refractive index

for the
Sodium line D

Abbe number

'Diameter of the lens in mm

12th 9.48 68.80 1.62025 13th 0.065 -1235.8 air 14th 1.80 38.907 1.62025 15th 2.51 32,593 air 16 4.70 20,138 1.8 17th 7.05 -344,900 air 18th 1.50 -13.652 1.51650 19th 55.830

V = 60

V = 36

V = 46

V = 64

2020th

16

13.2

■ 4.7

1 sheet of drawings 109 627/278