DE1497537C - Spiegelhnsen Objektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spiegellinsen-Objektiv, das — längs des Strahlengangs in Lichteinfallsrichtung gesehen — aufgebaut ist aus einer positiven Einzellinse, einem ersten Linsenspiegel mit konkaver Spiegelfläche, einem bei der positiven Einzellinse angeordneten zweiten Linsenspiegel mit konvexer Spiegelfläche und einer bei dem ersten Linsenspiegel angeordneten Linsengruppe mit negativer Brennweite, bestehend aus einer negativen und einer positiven Linse bzw. aus einer positiven und einer negativen Linse.

Es ist bekannt, daß bei langbrennweitigen Kameraobjektiven die chromatische Aberration verringert und die Gesamtlänge verkürzt werden kann, wenn das Objektiv mit Hilfe von, Spiegeln aufgebaut wird. Bei üblichen Kameraobjektiven mit Spiegelkomponenten ist die Gesamtlänge etwa gleich einem Drittel der Brennweite, falls diese nicht allzu lang ist, und der Durchmesser des zweiten Spiegels ist bemerkenswert groß, er liegt zumeist oberhalb 50°/₀ des effektiven Durchmessers. Deshalb tritt bei den üblichen Objektiven dieser Bauart eine Verschlechterung des Bildes durch Beugung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, Spiegellinsenobjektive der einleitend beschriebenen Art bereitzustellen, deren Gesamtlänge nur noch etwa ein Viertel der Brennweite ist und bei denen der Durchmesser des zweiten Spiegels auf etwa 40 °/₀ des effektiven Durchmessers beschränkt bleibt. Zugleich sollen dabei die Objektive klein und leicht sein, und alle wesentlichen Linsenfehler sollen auskorrigiert sein.

Zwei Objektive der einleitend beschriebenen Bauart, die den Ausgangspunkt der Erfindung bildet, lösen diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Konstruktionsdaten.

Diese beiden Objektive sind nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigt

A b b. 1 einen Längsschnitt durch das Objektiv nach Anspruch 1,

A b b. 2 einen Längsschnitt durch das Objektiv nach Anspruch 2 und

A b b. 3 den Korrektionszustand des Objektivs nach Anspruch 1.

Die beiden Objektive sind — längs des Strahlengangs in Lichteinfallrichtung gesehen — je aufgebaut aus einer positiven Einzellinse L₁, deren Vorderfläche R₁ große Brechkraft besitzt, einem ersten Linsenspiegel Ai₁ mit konkaver Spiegelfläche R_t, dessen brechende Vorderfläche R_s einen Krümmungsradius besitzt, der im Absolutwert kleiner ist als der Krümmungsradius der Spiegelfläche, einem bei L₁ angeordneten zweiten Linsenspiegel Af₂ mit konvexer Spiegelfläche R₆, dessen brechende Vorderfläche R₅ einen Krümmungsradius besitzt, der im Absolutwert kleiner ist als der Krümmungsradius der Spiegelfläche (wobei der Linsenspiegel Af₂ an die Linse L₁ angekittet sein kann), und einer bei M₁ angeordneten Linsengruppe mit negativer Brennweite, bestehend entweder aus einer negativen Linse L₂ und einer im Luftabstand dahinterliegenden positiven Linse L₃ (A b b. 1, Anspruch 1) oder aus einer positiven Linse L₂ und einer mit dieser verkitteten negativen Linse L₃ (A b b. 2, Anspruch 2).

Bei beiden Objektiven kann die chromatische Aberration trotz des Umstandes, daß kein oberflächenverspiegelter Spiegel benutzt wird, gut auskorrigiert werden. Es ist eine Eigenschaft dieser Objektive, daß die Lage des Bildpunktes auf der Achse für alle Wellenlängen von der A '-Linie bis zur g-Linie auf ²/ioooo der Brennweite konstant gehalten werden kann.

Dem Entwurf der beiden Objektive liegen folgende

Überlegungen zugrunde:

Für die Krümmungsradien R₁, R₂ der Vorder- bzw. Hinterfläche von L₁ gilt die folgende Bedingung:

5R₁<\R₂\: (1)

ίο Diese Beziehung ähnelt weitgehend der Bedingung für bevorzugte Korrektur der sphärischen Aberration und der Sinusbedingung der Linse L₁ als positive Einzellinse. Da bei den Objektiven nach der Erfindung sowohl die sphärische Aberration als auch die Sinusbedingung vorzugsweise auskorrigiert werden soll, kann deshalb diese Beziehung direkt als Bedingung für L₁ angewandt werden.

Weiter ist es notwendig, die Krümmungsradien R₃ und i?4 der brechenden bzw. spiegelnden Fläche von M₁ entsprechend folgender Beziehung zu wählen:

1,35 <^< 1,75.

Wird dieses Verhältnis kleiner als 1,35 oder größer als 1,75, so wird die Größe der sphärischen Aberration und der Sinusbedingung höher, gleichzeitig ist der Ausgleich gestört, das vom Linsenspiegel M₁ gelieferte Bild wird schlecht, und es ist unmöglich, eine ausreichende Bildvergrößerung mit dem Linsenspiegel M₂ durchzuführen. Diese Bedingung ist eine notwendige Bedingung dafür, daß das vom Linsenspiegel Af₁ erzeugte Bild ausreichende Qualität besitzt, eine höhere Nachvergrößerung durch den Linsenspiegel Af₂ erhalten werden kann und das gesamte optische System kompakt ausgeführt werden kann.

Für die Krümmungsradien R₅ und R₆ der brechenden bzw. spiegelnden Fläche des Linsenspiegels AZ₂ gelten die folgenden Beziehungen:

1,3 <

<2,0,

0,2/< \R₆\ <0,7/.

Diese Beziehungen sind die Bedingungen zur BiIderzeugung im Sinne einer Vergrößerung, und zwar unter Beibehaltung der von Af₁ gelieferten guten Bildqualität. Ist die Bedingung (3) nicht erfüllt, so werden in erster Linie die Korrektur der sphärischen Aberration und die Sinusbedingung nachteilig beeinflußt, und es ist unmöglich, ein gutes Endbild mit den Systemen zu erhalten. Die Bedingung (4) bestimmt den Vergrößerungsfaktor von Af₂. Ist der Betrag von R₆ kleiner als 0,2 /, so wird der Vergrößerungsfaktor zu groß, und es tritt Bildverschlechterung auf. Ist er größer als 0,7 /, so wird der Durchmesser von Af₂ zu groß, und gleichzeitig wird die dem zweiten Linsenspiegel Af₂ nachgeschaltete Linsengruppe L₂ und L₃ auferlegte Belastung zu groß, wodurch gleichfalls Bildverschlechterung entsteht. Die Linsengruppe L₂, L₃ hat negative Gesamtbrennweite und korrigiert in der Hauptsache die Bildfeldkrümmung in negativer Richtung, wie diese durch L₁ und Af₂ erzeugt worden ist, durch eine gegenläufige Bildfeldkrümmung in positiver Richtung derart, daß die Endbildqualität ausgezeichnet bleibt.

Der Korrekturzustand des Objektivs nach Anspruch 1 ist in A b b. 3 wiedergegeben, und die Seidel-Koeffizienten dieses Objektivs sind unter Zugrundelegung von /= 1,0 die folgenden:

	3 I	1	II	497 537	4 IV	V
	+0,708751δ	-0,907202	III-IV	+0,5121080	-0,0655498
1	+0,2471600	-0,5254666	+0,0232242	+1,1170516	^2,3750844
2	-11,5206954	+10,9515292	+2,2343032	-11,5106476	+10,9419778
3	+9,9601700 .	-10,4291834	-20,8209642	+9,4625574	-11,0139370
4	+0,6953272	-1,4859114	+24,2780814	+2,0752214	-4,4347402
5	-1,0341119	+2,2561916	+6,3507740	-2,8323820	+6,1795990
6	-3,6380482	+4,5912580	-9,8449718	-0,7947118	+1,0029354
7	+5,9920192	-5,4168786	-11,5884392	+6,9870466	-6,3163990
δ	-0,4050486	+0,1744948	+9,7938858	-1,7787588	+0,7662888
9	+0,0034062	+0,0770544	-0,1503446	-3,1806116	-71,9485950
10	-0,0114168	+0,1748962	+3,4860974	-1,9700210	+30,1780000
11	+0,1083476	-0,3765662	-5,3585140	+2,6307348	-9,1431942
12	+0,1058612	-0,0993024	+2,6175332	+0,7176870	-56,2286986
	+1,0206654

Bei beiden Objektiven ist es, wie vorstehend beschrieben, möglich, die Gesamtlänge bemerkenswert zu kürzen, und zwar durch Verwendung eines Spiegellinsensystems für ein langbrennweitiges Teleskopoder Kameraobjektiv. Wird ein oberflächenverspiegelter Spiegel als Reflexionsspiegel benutzt, so wird hierdurch zwar überhaupt keine chromatische Aberration eingeführt, aber es ist dann schwierig, die Korrektur der Sinusbedingung durchzuführen. Wird andererseits ein an der Rückseite reflektierender Spiegel verwendet, so wird die sphärische Aberration durch den Spiegel selbst ausgezeichnet korrigiert, gleichzeitig können die jeweiligen Aberrationen als Ganzes ausgezeichnet auskorrigiert werden, und es ist möglich, das ganze System in kompakte Form zu bringen; andererseits aber wird chromatische Aberration durch den Reflexionsspiegel eingeführt und sollen Infrarotaufnahmen bei Verwendung des Systems als langbrennweitiges Kameraobjektiv gemacht werden, wo also eine Korrektur der chromatischen Aberration bis zur /i'-Linie erforderlich ist, so ist das System überhaupt nicht vorteilhaft im Vergleich zu einem mit oberflächenverspiegeltem Spiegel versehenem System. Durch die beiden Objektive ist jedoch dieses Problem weitgehend gelöst. Mit anderen Worten, es ist hierbei möglich, die chromatische Aberration eines auf der Achse gelegenen Bildpunkts im Wellenlängenbereich zwischen der g-Linie und der Λ'-Linie auf ²/h>ooo der Brennweite zu beschränken. Gleichzeitig ist die Gesamtlänge des optischen Systems nur etwa ein Viertel der Brennweite. Hat also beispielsweise das optische System eine Brennweite von 1 m, so ist seine Gesamtlänge auf etwa 25 cm beschränkt. Diese Objektive sind daher insbesondere vorteilhaft bei Verwendung als langbrennweitige Kameraobjektive.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Spiegellinsenobjektiv, das — längs des Strahlengangs in Lichteinfallsrichtung gesehen — aufgebaut ist aus einer positiven Einzellinse, einem ersten Linsenspiegel mit konkaver Spiegelfläche, einem bei der positiven Einzellinse angeordneten zweiten Linsenspiegel mit konvexer Spiegelfläche und einer bei dem ersten Linsenspiegel angeordneten Linsengruppe mit negativer Brennweite, bestehend aus einer negativen und einer positiven Linse bzw. aus einer positiven und einer negativen Linse, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

L₁

M₁

M₈

R₁ —
R₂ =

R₃ = -319,000
A₁ = -485,185

R_t = -169,430
R_a = -258,420

R₁ = -200,000
R_s = +69,200

Ä„ ■-- +6(X)₁(XX)
A₁₀-- -321,860

Brennweite / = 1000,0

Dicke = 10 nd ■■= 1,51823 vd = 59,0

Abstand zwischen L₁ und Af₁ = 155

Dicke = = l,54072 vd = 47,2

Abstand zwischen Af₁ und Af₃ = 147
Dicke= 3,3 Hd = 1,54814 vd =■■ 45,9

Abstand zwischen Af₉ und £_a = 150

Dicke- 1,7 «rf-■= 1,5168 vd = 64,2
Abstand zwischen L₃ und L₃ — 2,0

Dicke 2,4 ml -1,74077 vd =27,7

Mit nd -- Brechungsindex bei der «/-Linie, vd ■■--■ Abbezahl bei der i/-Linie und

5 6

2. Objektiv nach dem Oberbegriif des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:

Brennweite / = 1000,0 JR₁ = +536,350

R-, = co

M₁ R₃ = -340,545
= -543,546 Rn = -181,189 M₂ Rs = +1100,000 R* = -290,000 L₂
L₃ R₇
R₉ = +300,000
= —32,636
= +71,537

Dicke = 12,0 nd = 1,62041 vd = 60,3 Abstand zwischen L₁ und Af₁ = 146,0 Dicke = 10,5 nd = 1,54072 vd = 47,2 Abstand zwischen Af₁ und Af₂ = 137,0

Dicke= 3,5
Dicke = 3,0

nd = 1,58913 nd = 1,59270

vd = 61,2 vd = 35,8

Abstand zwischen Af₂ und L_% = 121,5

Dicke = 6,0
Dicke = 2,0

nd = 1,67270 nd = 1,72000

vd = 32,2 vd = 50,3

mit nd = Brechungsindex bei der i/-Linie, vd = Abbezahl bei der d-Linie und
Rt = Krümmungsradien der einzelnen Linsen- und Spiegelflächen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen