DE1274812B

DE1274812B - Lichtstarkes katadioptrisches System des Cassegrain Typs

Info

Publication number: DE1274812B
Application number: DEC32086A
Authority: DE
Inventors: Yoshiya Matsui
Original assignee: Canon Camera Co Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1963-02-12
Filing date: 1964-02-08
Publication date: 1968-08-08

Description

Lichtstarkes katadioptrisches System des C assegrain Typs Die Erfindung bezieht sich auf ein viergliedriges katadioptrisches System hoher Lichtstärke und langer Brennweite mit einem objektseitigen, als Korrekturglied dienenden negativen Einzelmeniskus konkaver Vorderfläche, einem nachgeschalteten, ebenfalls korrigierenden positiven Meniskus konkaver Vorderfläche und reflektierender Hinterfläche als Fangspiegel, einem zweiten, dem Fangspiegel gegenüberliegenden konvexen Spiegel und einem diesem nachgeschalteten achromatischen gekitteten Glied, das in der Mittelöffnung des Fangspiegels gegenüber dem zweiten Spiegel liegt und das Bild hinter sich abbildet.
Bei einem bekannten System dieser Art ist der als Linsenspiegel ausgebildete Fangspiegel mit in die Korrektion einbezogen. Die Baulänge ist zwar vorteilhaft klein, das üffnungsverhältnis ist aber nur 1 : 9,5, und die Koma ist ungenügend auskorrigiert.
Des weiteren ist ein Spiegelsystem hoher Offnung und vergleichsweise kleiner Baulänge bekannt. Dieses System ist aber relativ kurzbrennweitig und würde zu einem viel zu schweren Aufbau bei langbrennweitiger Ausführung führen.
Auch ist ein Spiegelsystem bekannt, bei dem ein oberflächenreflektierend ausgebildeter Fangspiegel vorgesehen ist, dem zwei entsprechend große Korrektionslinsen vorgeschaltet sind. Das bekannte System verwendet daher drei große Bauelemente, während es beim vorliegenden System nur zwei sind, da hier die Hinterfläche des positiven Einzelmeniskus, entsprechend verspiegelt, zugleich als Fangspiegel dient. Des weiteren liegt die relative üfnung des bekannten Systems bestenfalls bei 1 : 4.
Bei einem ähnlichen, bekannten System ist der objektseitige Einzelmeniskus positiv und der nachgeschaltete, den Fangspiegel tragende Meniskus negativ. Diese Systeme haben vorteilhaft kleine Baulängen, aber nur ein Olfnungsverhältnis von 1: 5,6.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein katadioptrisches System der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, das kompakt aufgebaut ist, geringes Gewicht hat, mit kleinen Kosten herzustellen ist, eine Lichtstärke. besser als 1: 4 sowie einen Bildwinkel von mehr als 3° aufweist und bei dem das Bildfeld außerhalb des linsenoptischen Systems liegt. Das optische System du? Erfindung soll außerdem einfach aufgebaut sein, eine kurze Gesamtlänge besitzen und trotz der größeren Lichtstärke als 1 :4 einen ausgezeichneten Korrektionszustand hinsichtlich sowohl sphärischer und chromatischer Aberration als auch hinsichtlich des Astigmatismus und der Verzeichnung aufweisen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine- schematische Darstellung des Systems und F i g. 2 bis 4 Darstellungen des Korrektionszustandes hinsichtlich der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung.
Das System nach F i g. 1 besteht aus vier Gliedern, nämlich aus einem als Korrektionsglied dienenden negativen Einzelmeniskus 1, dien zum Objekt hin konkav ist, ferner aus einem Fangspiegel 2, der als positiver Einzelmeniskus konkaver Vorderfläche und reflektierender Hintertche ausgebildet ist, aus einem zweiten, oberflächenreflektierenden. Spiegel 4, der zum Fangspiegel 3 konvex ist, und aus einem achromatischen gekitteten Linsenglied 6, das in der Mittelöffnung 5 des Fanspiegels 2 liegt und das Bild hinter sich abbildet. Des weiteren ist eine den Spiegel 4 umgebende Streulichthaube 7 vorgesehen.
Die wesentlichen Forderungen bei der Konstruktion des die vorstehend erwähnten Eigenschaften aufweisenden Systems sind folgende: a) Die Entfernung zwischen dem vorderen Scheitelpunkt des Systems und der Bildebene soll so klein wie möglich sein.
b) Die großen Glieder, d. h. die Korrekturlinse und der Fangspiegel, sollen aus möglichst wenig Elementen bestehen und so dünn wie möglich ausgebildet sein. c) Die zusammengesetzten Glieder sollen gleichfalls aus möglichst wenig Linsenelementen aufgebaut sein.
d) Zum Erhalt eines Bildwinkels von mehr als 3° und einer Lichtstärke von mehr als 1 : 4 soll die sphärische Aberration möglichst gut auskorrigiert sein, und eine übermäßige Verschlechterung der Petzval-Summe soll nach Möglichkeit vermieden werden. Wird die Bedingung a) zu weit getrieben, so erfordert dies notwendigerweise eine größere Brechkraft jedes der Elemente mit der Folge eines Zunehmens der Aberration im ganzen System, so daß die Anzahl der Linsenelemente vergrößert werden müßte; dies aber wiederum widerspricht den Bedingungen b) und c) und ebenso der Bedingung d), und zwar in Folge einer Verschlechterung der sphärischen Aberration und der Petzval-Summe.
Dementsprechend liegen der Konstruktion des Systems folgende Bedingungen zugrunde: I. Die Entfernung zwischen dem vorderen Scheitelpunkt des Korrekturgliedes und der Bildebene liegt zwischen 0,7 und 0,6f; II. für das Korrekturglied gilt 0,35 f < I R1 1 < I R2 ( < 0,5 f d1 < 0,04 f ; III. für den Fangs ie e1 und seine Linse gilt 1,3 f < 1R4) <YR31 < 1,6 f d2 < 0,05 f ; IV. für die Luftabstände gilt 0,3f <11,12<0,4f 0,25f <13<0,4f; . V. für den zweiten Spiegel gilt 0,9,r <1R61 < 1,4 f. Hierin bedeuten, sämtlich in Strahlenrichtung gesehen, R1, R2,... die Krümmungsradien der brechenden und reflektierenden Oberflächen, dl, d2,... die axialen Dicken der entsprechenden Linsen, Il, 12,... deren Luftabstände.
Die vorstehend beschriebene Bedingung I gibt die Begrenzung der Entfernung zwischen dem vorderen Scheitelpunkt der Korrektionslinse 1 und der Bildebene an. Danach muß diese Entfernung zwischen 0,7 und 0,61» liegen. Darüber hinaus bewirkt die die Luftabstände betreffende Bedingung IV eine Korrektur einer außeraxialen Aberration unter Berücksichtigung der Bedingung I und gleichzeitig eine Abnahme der Gesamtlänge, die durch den komplizierten Strahlengang eines derartigen Systems verursacht wird. Die Bedingungen I1, III und V, die sich auf das Korrekturglied 1, den Fangspiegel und den zweiten Spiegel bzw. auf das achromatische gekittete Hinterglied 6 beziehen, dienen zur Korrektur der gesamten chromatischen Aberration unter Erfüllung der Forderungen b) und c). Im einzelnen dient die Bedingung II zur Korrektur der sphärischen Aberration, die Bedingung V zur Vermeidung einer Verschlechterung der Petzval-Summe und die Bedingung III sowie das achromatische gekittete Hinterglied zur Kompensierung einer Uberkorrektion der chromatisehen Aberration, die durch das als negative Einzelmeniskus ausgebildete Korrekturglied 1 verursacht wird. Die Bedingung III stellt im Hinblick auf eine vollständige Korrektur der axialen und außeraxialen Aberrationen bei einem katadioptrischen System möglichst geringer Gliederzahl die wichtigste Bedingung dar.

Das dargestellte System hat die im Patentanspruch angegebenen Daten. Sein ausgezeichneter Korrektionszustand ist der aus den F i g. 2 bis 4 ersichtliche, und seine Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung sind die folgenden:

Nummer
der I il III P G T
Oberfläche
1 -3,475340 7,511183 -16.23377 0,8485669 36,91971 -0,0162702 -0,0351645
2 2,860119 -6,182126 13,36261 0,7985388 -30,60923 0,0156330 -0,0337906
3 -0,0612425 0,1740077 0,4944056 0,2347458 2,071727 -0.0045242 0,0128545
4 0,5553940 -1,490728 4,001250 -0,951'0300 -8,187070 0,0000000 0.0000000
5 0,4819830 -1,232597 3,152180 0,2347458 -7.460893 0,0054168 -0,0138528
6 -0,4864820 1,232755 -3,123827 1.753478 3,472493 0,0000000 0.0000000
7 -0,0063581 0,0786725 -0.9734608 0,6434626 4,083257 . 0,0011187 0.0138426
8 0,0004968 0,0040078 0,032300 0,1241727 -0.7408657 i -0,0014923 -0,0120384
9 0,2373005 -0,2485940 0,2604251 0,3451782i -0,6344251 0,0022071 -0.0023122
0,1058710 -0,1534198 -0,0166592 1.147396 i -1,085294 -0.0001484j -0.0001324

Claims

Patentanspruch: Viergliedriges katadioptrisches System hoher-Lichtstärke und langer Brennweite mit einem objektseitigen, als Korrekturglied dienenden negativen Einzelmeniskus konkaver Vorderfläche, einem nachgeschalteten, ebenfalls korrigierenden positiven Meniskus konkaver Vorderfläche und reflektierender Hinterfläche als Fangspiegel, einem zweiten, dem Fangspiegel gegenüberliegenden konvexen Spiegel und einem diesen nachgeschalteten achromatischen gekitteten Glied, das in der Mittelöffnung des Fangspiegels gegenüber dem zweiten Spiegel liegt und das Bild hinter sich abbildet, gekennzeichnet durch folgende Daten: Systembrennweite: f'= 1 Bildwinkel: 3,3 Relative üffnung: 1: 3,3 SChnlttmelte: S'= 0.24111 R, _ -0,40128 d, = 0,025 N, = 1,51633 r, = 64,1 R2 = -0,42642 1, = 0,367 R3 = -1,45056 d2 = 0,0375 N2 = 1,51633 2,2 = 64,1 R4 = -1,38689 (reflektierende Fläche) da = d2 Na = N2 l 3 = r2 R5 = R3 12 = 0,345 Rh = -l,14059 (reflektierende Oberfläche) 13 = 0,33485 R, = 0,625 d4 = 0,00875 N4 = 1,67270 J4 = 32,2 R, = 0,25319 d 5 = 0,0125 N 5 = 1,58913 v5 = 61,2 R9 = -1,07401

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1010 755; USA.-Patentschriften Nr. 2 730 013, 3 001446, 2 730 926.