Optisches System mit einem sphärischen Spiegel und einem Korrektionselement. Im Laufe der Zeit sind verschiedene Spie gcklsysteme für optische Abbildungszwecke bekannt geworden. Ein wichtiger Vorteil bei der Verwendung von Spiegeln besteht darin, dass diese frei von chromatischen Aberrationen sind.
Die einfachste Form eines Spiegelsystems ist der sphärische Spiegel. Dieser hat im all gemeinen sphärische Aberrationen, die den Spiegel bereits bei kleinen relativen Öffnun gen unbrauchbar macht.
Bei einem parabolischen Spiegel ist die sphärische Aberration genau aufgehoben, wodurch die relative Öffnung theoretisch beliebig gross genommen werden kann. Prak tisch ist man aber stark darin beschränkt, weil die Technik der Parabolisierung desto schwieriger wird, je grösser die relative Öff nung des Spiegels ist. Neben diesem Nach teil weit der parabolische Spiegel den gro ssen Nachteil auf, dass ihm Koma anhaftet, wodurch, das Feld bis zu höchstens einige Grad beschränkt ist.
Es ist Schmidt gelungen, einen wichtigen Fortschritt zu tun, indem er im Krüm mungsmittelpunkt eines sphärischen Spie gels ein Korrektionselement angebracht hat, das die sphärische Aberration und den Astig matismus des Spiegels aufhebt. Hiermit gelang es Schmidt, ein Feld von etwa 19 bei einer relativen Öffnung von etwa 1:1,4 zu erreichen. Die Einführung des Korrektions elementes ergibt chromatische Aberration, die aber klein ist und auf eine von Schmidt selbst angegebene Weise unschädlich ge macht werden kann. Ein Nachteil des Schmidtschen Systems besteht in der tech- nisehen Schwierigkeit der Herstellung des Korrektionselementes, dessen Oberfläche eine Kurve vierten Grades als Meridianschnitt hat.
Ausserdem ist die Grösse des Feldes für viele Zwecke noch nicht hinreichend.
Das erfindungsgemässe System weist einen sphärischen Spiegel und mindestens ein Korrektionselement auf, das im gleichen Sinne als der Spiegel gekrümmt und zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und dem Spiegel angeordnet ist, wobei das Korrektionselement nur einmal von den sieh an der Abbildung beteiligenden Strah len durchlaufen wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionselement sphärisehe Begrenzungsfläehen hat und den Charakter einer negativen Meniskuslinse aufweist, deren Stärke höchstens 20% der Stärke des Systems beträgt.
Die Erfindung wird an Hand der beilie genden Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
In den nachfolgenden Beispielen von Ausführungsformen des optischen Systems nach der Erfindung beträgt das Auflösungs vermögen 0,02 % des Brennpunkta-bstlandes. Die brechenden bzw. reflektierenden Flächen sind mit 1, 2 usw., die Krümmungsraidien mit r', r;, usw. bezeichnet. Ein positives Vor- zeichen bedeutet, dass die betreffende Ober fläche ihre kugelige Seite der Richtung des einfallenden Lichtes zukehrt, ein negatives, wenn sie ihm ihre Hohlseite zukehrt.
Sämtliche Masse sind in mm angegeben. In den Figuren stellen D die Blende, C das Korrektionselement, S den Spiegel, M den Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und F den Achsenpunkt eines Filmträgers, beispielsweise einer Kamera, dar. Das Licht fällt von links ein. Es ist jedesmal nur die zu einer Seite der Achse liegende Hälfte des Systems gezeichnet. In den Tabellen bezeichnet nD den Bre chungsindex für Natriumlicht, v die Disper sion nach Abbe und f' den Brennpunkts abstand.
Es empfiehlt sich, das Korrektions element näher an den Brennpunkt des Spie gels als an den Spiegel und den Krümmungs mittelpunkt des Spiegels heranzurücken. Alle Ausführungsbeispiele erfüllen diese Bedin gung.
Bei dem ersten Beispiel (Fig. 1) gelten folgende Daten:
EMI0002.0006
<U>Abstände</U>
<tb> Blende
<tb> 13 <SEP> relative <SEP> Öffnung <SEP> 1:1,2
<tb> r1 <SEP> = <SEP> - <SEP> 43,3
<tb> 1,5 <SEP> nD <SEP> =1.518 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,2
<tb> r2 <SEP> =-47,3 <SEP> Bildfeld <SEP> 20
<tb> 76,5 <SEP> f'=60 <SEP> mm
<tb> r3 <SEP> =-123,8 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Systems <SEP> + <SEP> 16,7 <SEP> dptr.
<tb> Stärke <SEP> des <SEP> Spiegels <SEP> + <SEP> 16,2 <SEP> "
<tb> Stärke <SEP> der <SEP> Meniskuslinse <SEP> - <SEP> 0,88 <SEP> " Bei diesem Beispiel hat man den Vorzug der geringen Baulänge in Bezug auf die bekannte Kamera mit asphärischem Korrek tionselement, welche im Krümmungsmittel punkt des Spiegels angeordnet war.
Damit eine günstige Koma- und Astig matismuskorrektion erhalten wurde, ist hier eine Blende an der von dem Spiegel abge wendeten Seite des Korrektionselementes angeordnet.
Ausserdem ist von beiden Oberflächen des Korrektionselementes der Krümmungsmittel- Punkt in einer kleineren Entfernung als ein Viertel des Krümmungsradius des Spiegels von dessen Krümmungsmittelpunkt ange ordnet; in dieser Weise ist eine Bildfeld korrektur von 20 erreicht worden.
In Fig. 2 ist ein Beispiel einer solchen Anordnung gezeigt wurden, wobei sämtliche Krümmungsmittelpunkte der optischen Flä chen koinzidieren. In dieser Weise ist prin zipiell ein unbegrenztes Bildfeld erreicht worden.
Es gelten die folgenden Daten:
EMI0002.0010
<U>A</U>bs<U>tä</U>nd<U>e</U>
<tb> Blende
<tb> 43,3 <SEP> relative <SEP> Öffnung <SEP> 1:1,2
<tb> r1 <SEP> = <SEP> - <SEP> 43.3
<tb> 4,0 <SEP> nD <SEP> = <SEP> 1,518 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,2 <SEP> Bildfeld <SEP> bis <SEP> 180 \
<tb> <I>r==-47,3</I> <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Systems <SEP> -i-. <SEP> <B>15,5</B> <SEP> dptr.
<tb> 87,7 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Spiegels <SEP> + <SEP> 14,8 <SEP> dptr.
<tb> -135,0 <SEP> Stärke <SEP> der <SEP> Meniskuslinee <SEP> - <SEP> 0,67 <SEP> dptr.
<tb> f' <SEP> = <SEP> 64,6 <SEP> mm.
<tb> T <SEP> vorausgesetzt, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Elemente <SEP> des <SEP> Systems <SEP> wenigstens <SEP> in <SEP> einer <SEP> Richtung, <SEP> z. <SEP> B.
<SEP> in <SEP> einer
<tb> Fläche <SEP> senkrecht <SEP> zur <SEP> Zeichnung, <SEP> die <SEP> dazu <SEP> erforderliche <SEP> Ausdehnung <SEP> besitzen. Die relative Öffnung kann bis zu 1:0,95 gesteigert werden, wenn man sieh mit einem Auflösungsvermögen von 0,04% des Brenn punktabstandes abfindet.
Für manche Anwendungen kann es erwünscht sein, den geringen Farbenfehler, den das Korrektionselement dem optischen System erteilt, zu beseitigen. Dazu kann man das Korrektionselement selbst achromatisieren, z. B. dadurch, dass es als zwei zusammengekittete Einzellinsen ausgebildet wird, wobei die beiden Linsen aus Glasaden hergestellt sind, die für die mittlere Wellenlänge des Lichtes den glei chen Brechungsindex haben.
Ein Beispiel eines solchen Systems ist in Fig. 3 gezeigt worden. Die Daten sind:
EMI0003.0001
<U>A</U>b<U>stände</U>
<tb> Blende
<tb> 43,3 <SEP> relative <SEP> Öffnung <SEP> 1:0,8
<tb> v1 <SEP> --43,3
<tb> 4,0 <SEP> nD <SEP> =1,621 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,4 <SEP> Bildfeld <SEP> 180
<tb> = <SEP> a <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Systems <SEP> -f- <SEP> 21,2 <SEP> dptr.
<tb> 20,0 <SEP> nD <SEP> =1,624 <SEP> v <SEP> = <SEP> 47,0 <SEP> '
<tb> r; <SEP> = <SEP> 67,3
<tb> 42;6 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Spiegels <SEP> -f- <SEP> 18,2 <SEP> dptr.
<tb> r' <SEP> _-109,9 <SEP> Stärke <SEP> der <SEP> Meniskuslinse <SEP> - <SEP> 3,16 <SEP> dptr.
<tb> f' <SEP> = <SEP> 47,1 <SEP> mm.
Ein anderes Verfahren zur Erzielung chromatischer Korrektion besteht darin, dass dem optischen System eine positive Linse C an der von dem Spiegel abgewendeten Seite des Korrektionselements angeordnet ist, wel- ehe eine Stärke von höchstens 20% der Stärke des Spiegels aufweist.
In Fig. 4 ist ein solches System abge bildet. Die Daten sind:
EMI0003.0005
<U>A</U>bstände
<tb> Blende
<tb> 0
<tb> 1176
<tb> 2,0 <SEP> nD <SEP> =1,518 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,2
<tb> 43,3 <SEP> relativeÖffnung <SEP> 1:1,1
<tb> - <SEP> 43,3 <SEP> Bildfeld <SEP> +i <SEP> 40
<tb> 4 <SEP> 92r <SEP> =1,5 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,2
<tb> f' <SEP> = <SEP> 66,6 <SEP> mm.
<tb> - <SEP> 47,3 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Systems <SEP> + <SEP> 15 <SEP> dptr.
<tb> 87,7 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Spiegels <SEP> + <SEP> 14,8 <SEP> ,
<tb> -135.0 Der Brechungsindex der positiven Linse und des Korrektionselementes beträgt 1,518.
Die Stärke des Korrektionselementes allein beträgt - 0,67 dptr. und zusammen mit der positiven Linse - 0,226 dptr. Durch diese Massnahme wird der Durchmesser des einfal lenden Lichtbündels zuerst von der positiven Linse verkleinert und erst nachher von dem Korrehtionselement vergrössert. Der Durch messer des Spiegels kann also kleiner sein, als in dem Falle, da.ss keine Positivlinse benutzt wird.
Beim optischen: ,System nach der Erfin dung kann es vorkommen, da-ss der Abstand der Bildfläche von dem Spiegel grösser als der Abstand zwischen dem Spiegel und dem Korrektionselement ist. In diesem Fall kann man ein Korrektionselement verwenden, das in der Mitte eine Öffnung aufweist, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Bildfläche des Systems mit der dem Spiegel zugewen deten Aussenfläche des Korrektionselementes zusammenfällt. Es erübrigt sich in diesem Falle einen sonderlichen Bildträger anzuord nen. In diesem Fall soll der Abstand zwi schen Spiegel und dieser Aussenfläche dem Abstand zwischen Spiegel und Bildfläche entsprechen, wie in Fig. 5 bezeigt worden ist.
EMI0004.0002
Abstände
<tb> Blende
<tb> 43,3 <SEP> Relative <SEP> Öffnung <SEP> 1:1,1
<tb> r1 <SEP> =-43,3
<tb> 10,4 <SEP> nD <SEP> =1,621 <SEP> v <SEP> = <SEP> 60,4
<tb> Bildfeld <SEP> 180
<tb> 53,7
<tb> 63,3 <SEP> f' <SEP> = <SEP> 53,4
<tb> -117,0 <SEP> Stärke <SEP> des <SEP> Systems <SEP> +E <SEP> 18,7 <SEP> dptr <SEP> .
<tb> Stärke <SEP> des <SEP> Spiegels <SEP> + <SEP> 17,1 <SEP> ,
<tb> Stärke <SEP> der <SEP> Meniskuslinse <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> ,