DE1497574B - Abbildendes optisches Spiegelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein abbildendes, optisches Spiegelsystem, das aus paarweise zusammengehörenden Oberflächen besteht und das z. B. für Kameras, Projektionsapparate und Fernrohrobjektive Verwendung finden kann.

Bei den älteren bekannten abbildenden Spiegelsystemen, die sich paarweise zusammengehörender Spiegel bedienen, beispielsweise beim Cassegrainschen oder Gregoryschen Spiegelsystem, werden asphärische Spiegelflächen zweiter Ordnung benutzt, um sphärische Aberration zu vermeiden. Bei diesen Systemen werden jedoch nur in Bildmitte gute Resultate erreicht. Beim Cassegrainschen Spiegelsystem wird beispielsweise ein konkaves Paraboloid für den ersten Spiegel und ein konvexes Hyperboloid für den zweiten Spiegel verwendet.

In der Zwischenzeit sind wesentlich verfeinerte Spiegelsysteme entwickelt worden, von denen hier nur das Schwarzschildsche und das Ritchey-Chretiensche Spiegelsystem genannt sein sollen. Bei diesen sind außer der sphärischen Aberration auch noch Fehler infolge Koma vermieden, weil bei der Berechnung der Spiegelflächen noch die Abbesche Sinusbedingung berücksichtigt wurde.

In Objektivanordnungen, die sich der obenerwähnten Spiegelsysteme mit asphärischen Spiegelflächen bedienen, ist es ein angestrebtes Ziel, eine lange Brennweite des Systems mit kompakten Abmessungen zu verbinden. Man hat jedoch herausgefunden, wenn bei solchen Entwürfen eine zu starke Betonung auf geringe Abmessungen gelegt wird, daß dann durch die erforderlichen Stärken der Flächenkrümmungen andere Abbildungsfehler auftreten; außerdem treten Schwierigkeiten bei der Fertigung solcher Systeme auf. So möge beispielsweise ein Parabolspiegel mit einem Durchmesser von etwa 5,10 m und einer Brennweite von etwa 16,7 m, wenn er zusammen mit einem hyperbolischen zweiten Spiegel verwendet wird, eine Gesamtbrennweite von etwa 76 m und ein Gesichtsfeld haben, dem die Größe einer Einheit zugeordnet ist und das sich auf Grund von Bildverzerrungen am Rande des Gesichtfeldes ergibt. Ein entsprechender Ritchey-Chretienscher Aplanat mit der gleichen Bildverzerrung am Rande des Feldes hat dagegen ein auf das angegebene Beispiel bezogenes Gesichtsfeld von 3 Einheiten. Ein entsprechender Aplanat nach der vorliegenden Erfindung hat ein Gesichtsfeld von 5 Einheiten, und außerdem ist der Abstand zwischen den Spiegeln bzw. die Gesamtlänge des Spiegelsystems gegenüber den aufgeführten Beispielen beträchtlich reduziert.

Aus den aufgeführten Beispielen geht klar hervor, daß nach dem Stand der Technik zwischen den geringen Abmessungen des Spiegelsystems und dem maximal erhältlichen Gesichtsfeld stets ein Kompromiß geschlossen werden mußte. Mit der Erfindung soll gegenüber dem aufgeführten Stand der Technik ein wesentlicher Fortschritt sowohl im Hinblick auf geringe Abmessungen als auch hinsichtlich des Gesichtsfeldes erreicht werden. Im übrigen wird bei den Spiegelsystemen nach dem Stand der Technik das Strahlenbündel lediglich ein einziges Mal zwischen dem primären Spiegelelement und dem sekundären Element reflektiert. Es ist das Verdienst der Erfindung, sich von dieser Bedingung gelöst zu haben und somit neue Möglichkeiten für den Entwurf von abbildenden optischen Systemen ermöglicht zu haben. Die Erfindung ermöglicht es, die Vorzüge der aplanatischen, d. h. der von sphärischen Aberrationen freien Spiegelsysteme, mit einem wesentlich erweiterten Gesichtsfeld und geringen Abmessungen zu verbinden. Die Erfindung geht dabei aus von einem abbildenden 5 optischen System mit primär und sekundär reflektierenden, sich gegenüberstehenden Flächen (Spiegeln), bei dem die primär reflektierenden Flächen (Spiegel) im Hinblick auf das Gesichtsfeld so angeordnet sind, daß sie das aus dem Dingraum kommende Strahlenbündel empfangen. Die Erfindung besteht darin, daß die primär und die sekundär reflektierenden Flächen eine solche Krümmung aufweisen und so im Verhältnis zueinander angeordnet sind, daß das ankommende Strahlenbündel mindestens zweimal entweder von den primär oder den sekundär reflektierenden Flächen und mindestens einmal von den verbleibenden Flächen reflektiert ist. Das optische System nach der Erfindung besteht also in seinen abbildenden Elementen aus zv/ei oder mehr sphärischen oder asphärischen Spiegeln bzw. Teilsystemen, die so ausgelegt sind, daß sie das abbildende Strahlenbündel mindestens zu einer dreifachen, vorzugsweise jedoch zu einer vierfachen Richtungsumkehr seiner axialen Komponente zwingen, d. h., daß das Strahlenbündel einen doppelten Hin- und Hergang zwischen den primären und den sekundären Elementen des optischen Systems ausführt. Mit primär reflektierenden Flächen, Spiegeln bzw. Teilsystemen sind hierbei solche Einrichtungen bezeichnet, die das aus dem Dingraum, also in den Zeichnungen von links kommende Strahlenbündel zu einer Richtungsumkehr seiner axialen Komponente zwingen und die dabei im Hinblick auf die Bildebene bildformende Kraft haben. Ähnlich verhält es sich mit den sekundär reflektierenden Oberflächen; diese stellen die ursprünglich vorhandene Richtung des Strahlenbündels vom Dingraum zur Bildebene wieder her.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus zwei asphärischen Spiegeln, wobei einer der beiden Spiegel die aus dem Dingraum kommenden Strahlen zweimal reflektiert.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Spiegelelemente des optischen Systems so angeordnet, daß sie lediglich aus dem Dingraum stammende Strahlen in die Bildebene übertragen, aus anderen Quellen als von dem gewünschten abzubildenden Objekt stammendes Licht jedoch ohne weitere Abschirmung ausschließen. Im folgenden werden an Hand der Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen axialen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei sich gegenüberstehenden Spiegeln;

F i g. 2 zeigt die Aufsicht von links auf das Spiegelsystem nach F i g. 1 entsprechend Schnitt 2-2;

F i g. 3 zeigt einen axialen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung; F i g. 4 bis 6 zeigen weitere Querschnitte von Ausführungsformen der Erfindung;

F i g. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von mehreren Linsen mit zum Teil reflektierenden Oberflächen; F i g. 8 zeigt eine im Prinzip der F i g. 7 ähnliche Ausführungsform der Erfindung.

Das in F i g. 1 dargestellte optische System besteht aus einem ersten bzw. primär reflektierenden Spiegel 11 mit einer reflektierenden Oberfläche 12 und einem

zweiten bzw. sekundär reflektierenden Spiegel 13 mit reflektierender Oberfläche 14. Die optische Achse des Systems ist mit 15 bezeichnet. Die aus dem Dingraum stammenden Strahlen 16 werden entsprechend den eingezeichneten Strahlengängen 17, 18, 19 und 20 reflektieit; der Strahlengang 20 führt durch eine Öffnung 22 im Spiegel 11 schließlich zur Bildebene 21. F i g. 1 kann entnommen werden, daß die entsprechend den Strahlengängen 16 und 18 verlaufenden Strahlen auf den ersten bzw. primär reflektierenden Spiegel 11, die entsprechend den Strahlengängen 17 und 19 verlaufenden Strahlen auf den zweiten bzw. sekundär reflektierenden Spiegel 13 auftreffen. Jeder Spiegel reflektiert die auftreffenden Strahlen zweimal, so daß insgesamt vier Reflexionen des aus dem Dingraum kommenden Strahls 16 bis zur Bildebene 21 stattfinden. Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß in F i g. 1 lediglich der Verlauf eines Strahls oberhalb der Achse eingetragen ist, um die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren. Wie aus F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 1 hervorgeht, ist das aus den beiden Spiegeln 11 und 13 bestehende System zur Achse 15 konzentrisch. Die beiden Spiegel des in F i g. 1 gezeigten optischen Systems werden in ihrer Lage zueinander durch bekannte, in der Zeichnung nicht gezeigte Einrichtungen festgehalten. Die Zentrierung der verwendeten optischen Elemente im Hinblick auf die Achse 15 ist im übrigen allen anderen noch beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gemeinsam. Aus F i g. 2 geht weiterhin hervor, daß die reflektierenden Oberflächen der Spiegel vollständige Drehflächen sind. Es ist jedoch auch möglich, nur einen Teil der Drehfläche zu verwenden, wenn das gewünscht sein sollte. In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird jedoch die gesamte Drehfläche oder, falls Linsen verwendet werden, der gesamte kreisförmige Linsenkörper benutzt.

Um die Form und die Krümmung sowie die Anordnung der Spiegel zueinander angeben zu können, sind in F i g. 1 einige Abmessungen aufgeführt, die im übrigen auch auf einige andere Ausführungsbeispiele der Erfindung in den weiteren Figuren anwendbar sind. So ist mit A der Radius des sich in dem ersten Spiegel befindlichen Loches, mit B der Radius des ersten Spiegels angegeben, C bezeichnet die Entfernung der beiden Spiegel, D gibt den Abstand zwischen der Bildebene und dem Zentralpunkt des ersten Spiegels an, und E ist der Radius des zweiten Spiegels.

Die Form und Krümmung der Spiegel können mit Hilfe des Koordinatensystems 22 mit den beiden Koordinaten Y und Z angegeben werden. In der folgenden Gleichung ist mit U das Quadrat des Abstandes zwischen dem Zentralpunkt des ersten Spiegels und einem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche bezeichnet, dessen Lage durch die folgende Gleichung definiert ist. Die Form der Spiegel ergibt sich somit aus folgender Gleichung:

A = 20,9 mm

B = 27,5 mm S = —0,4 = Sagittaler Fokus

dritter Ordnung

C = 125 mm T = —1,2 = Tangentialer Fokus dritter Ordnung D = 32,29 mm
E — 25 mm

Die Koeffizienten der vorher angegebenen Gleichung ίο für die Form der Oberflächen haben hierbei folgende Werte:

Primär reflektierende	15	A1 = -6,6405 · 10-4	Sekundär reflektierende	Oberfläche 14
Oberfläche 12	A2 = +8,3226 · 10-10
A3 = +5,5294 · 10-16		= -6,6405 · ΙΟ"4
A1 = -2,6470 · 10-21	A1-	= +3,7303 · 10-9
	= -6,5052 · ΙΟ-15
As --	= -5,2940 · 10-lü
A,-

Z = A₁U + A₂U²

wobei

U² = Y² + Z²

Somit kann die Form der reflektierenden Oberflächen der Spiegel mit Hilfe der Koeffizienten A₁ bis Ai definiert werden. Ein praktisches Ausführungsbeispiel des in F i g. 1 dargestellten optischen Systems wies dabei folgende Abmessungen auf:

Die äquivalente Brennweite des angegebenen Systems beträgt 600 mm. Das angegebene numerische Beispiel eines optischen Systems kann als Teleobjektiv mit einer Bildgröße von 24 · 36 mm, was für 35-mm-Kleinbildkameras eine übliche Bildgröße darstellt, verwendet werden. Das angegebene Beispiel gilt für ein sich im Unendlichen befindliches Objekt und ist mit den Koeffizienten der asphärischen Gleichung berechnet, um sphärische Aberration und Koma zu vermeiden. Ähnliche Beispiele können für einen Gegenstand mit endlicher Entfernung im Dingraum berechnet werden; sie können jedoch auch optimal für jede beliebige Entfernung zwischen zwei gewünschten Extremen berechnet werden. Das hat durchaus praktische Bedeutung, da eine passende Einstellung dadurch erreicht werden kann, daß geringfügige Veränderungen im Abstand zwischen den beiden Spiegeln vorgenommen werden können; im Gegensatz dazu ist eine wesentlich größere Verschiebung notwendig, wenn die beiden Spiegel als Einheit verschoben werden, wie es bei optischen Systemen nach dem Stand der Technik üblich ist. So braucht bei dem angegebenen Beispiel nach der Erfindung der Abstand C zwischen den beiden Spiegeln lediglich um etwa 4 mm verändert zu werden, um eine ursprünglich auf einen Gegenstand im Unendlichen angepaßte Einstellung auf eine Gegenstands weite von 15 m anzupassen. Im Gegensatz dazu würde die Änderung eines üblichen Objektivs von 600 m Brennweite bei einer Einstellungsänderung von unendlich auf 15 m eine Bewegung des gesamten Systems in Richtung Dingraum um etwa 25 mm benötigen.

Wenn keine übermäßigen Ansprüche an die Bildqualität gestellt werden, kann auch ein weniger teueres System, das im übrigen dem in Fig. 1 beschriebenen genau entspricht, konstruiert werden. In einem solchen System können an Stelle der berechneten asphärischen Spiegelflächen höherer Ordnung auch die von ihnen möglichst wenig abweichenden sphärischen Flächen oder asphärischen Flächen zweiter Ordnung verwendet werden. Beispielsweise kann der primär reflektierende Spiegel 12 einen Krümmungsradius von etwa 50 mm und der sekundär reflektierende Spiegel 14 einen Krümmungsradius von etwa 55 mm aufweisen, der Abstand zwischen beiden würde etwa 6,5 mm betragen, bei einer hinteren Brennweite von 16 mm. Mit »hinterer Brennweite« ist der Abstand der Bildebene von dem Spiegel

5 6

bezeichnet, der zuletzt von den Strahlen getroffen sie durch eine Öffnung 51 im primär reflektierenden wurde. Das bedeutet ein sehr brauchbares System, Spiegel 40 gelangen. Dabei fällt das ankommende obwohl die Bildqualität nicht ganz so gut ist wie bei Strahlenbündel zweimal entsprechend den Strahlendem zuerst beschriebenen optischen System, bei gangen 45 und 47 auf den primär reflektierenden welchem kompliziertere Spiegelflächen verwendet 5 Spiegel und zweimal, entsprechend den Strahlenwurden, gangen 46 und 48 auf den sekundär reflektierenden F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Spiegel. Das ankommende Strahlenbündel, von dem Erfindung. Das in F i g. 3 gezeigte optische System in F i g. 4 zum besseren Verständnis auch wieder nur entspricht im wesentlichen dem der F i g. 1, es ist der Verlauf eines einzelnen Strahls eingezeichnet ist, jedoch vor den beiden Spiegeln 26 und 27 mit ihren io kreuzt entsprechend Strahlengang 47 die Achse des reflektierenden Oberflächen 29 und 28 eine Linse 25 Systems, so daß, wie schon erwähnt, ein aufrecht angebracht. Das in F i g. 3 gezeigte optische System stehendes Bild erzeugt wird. Bei diesem Ausf ührungskann beispielsweise folgende numerische Werte auf- beispiel befindet sich die reflektierende Oberfläche des weisen (Zahlenangaben in Millimeter), wobei die Spiegels 44 auf der dem Spiegel 40 abgewandten Seite. Bezeichnungen im einzelnen folgendes bedeuten: 15 Die reflektierende Schicht des Spiegels 40 befindet . sich dagegen, wie auch in den Ausführungsbeispielen h = Dicke der Linse 25, _{nach F} j _g. 1 _{und 3}, auf der dem anderen Spiegel t₂ = Abstand zwischen Linse 25 und Fläche zugewandten eite.

28, Die Verwendung zweier Spiegel, bei denen sich die t₃ ■ = Abstand zwischen Fläche 28 und Fläche _ao reflektierenden Oberflächen jeweils auf der dem anderen

29, Spiegel abgewandten Seite befinden, zeigt Fig. 5. T₁-V₄, = die entsprechenden Krümmungsradien, Der Aufbau dieses Systems entspricht dabei dem des D = Abstand zwischen Fläche 28 und Bild- Spiegelsystems nach Fig. 1, abgesehen von der

ebene, Tatsache, daß sich die reflektierenden Oberflächen 61

N = Brechungsindex für Glas, 25 und 63 jeweil auf der dem anderen Spiegel abge-

V — Abbesche Zahl, wandten Seite befinden. Auch der Strahlengang bei

EFL = Äquivalente Brennweite, ^dif^em System ist der gleiche wie in Fig. 1, abge-

. , __ , , . _Λ , sehen von der Tatsache, daß sich hier Brechungseffekte

s = sagittaler Fokus dritter Ordnung, bemerkbar machen, da die Strahlen erst das Spiegel-

t = tangentialer Fokus dritter Ordnung. _{30 g}i_as passieren müssen, um auf die reflektierende

Schicht zu stoßen.

^ri — —275 i₃ = 150 F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

r₂ = —285 JV = 1,51723 Iy . -_ bei welchem sich die Bildebene 72 zwischen dem primär

r₃ = 1153,85 V = 64,5 J ^mS reflektierenden Spiegel 70 und dem sekundär reflek-

, _ 18QAOT PTPT 6(ϊΓ\- fiQ. 35 tierenden Spiegel 71 befindet. Das aus dem Dingraum

r, = —JL boo,// LrL= oUU; //ο ι π 11 ι ·· ι ι —■. υ·.« pi - ..

* _ _ stammende Strahlenbündel 73 fallt auf den primär

D — 45,77 s = +0,05 reflektierenden Spiegel 70 auf und wird entsprechend

h ~ 10 t = —0,66 d_en Strahlengängen 74, 75 und 76 auf die Bildebene 72

t₂ = 160 Koma = 0,038 reflektiert. In diesem Falle wird das Strahlenbündel

40 mehrmals von dem primär reflektierenden Spiegel,

Der Vorteil, der sich bei der Verwendung der den jedoch nur einmal von dem sekundär reflektierenden Spiegeln vorgestellten Linse 25 ergibt, ist darin zu Spiegel reflektiert. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein sehen, daß die Spiegeloberflächen sphärisch ausge- Beweis für ei; universelle Anwendbarkeit des der bildet sein können. Der sekundär reflektierende Erfindung zugrunde liegenden Prinzips. Spiegel 27 kann zusammen mit seiner in der Figur 45 Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß für nicht gezeigten Einspannvorrichtung um etwa 6,4 mm die beiden Spiegel der Anordnung nach F i g. 1 nach vorn bewegt werden, um das System von der asphärische Oberflächen verwendet sind. Im allge-Einstellung auf die Dingweite unendlich auf eine meinen werden Spiegel mit asphärischen Oberflächen Dingweite von etwa 15 m einzustellen. Fig. 3 zeigt, aus wirtschaftlichen Gründen und wegen Schwierigdaß das ankommende Strahlenbündel 30 die Linse 25 50 keiten bei der Herstellung vermieden. Es wurde jedoch passiert und dann entsprechend dem Strahlengang 31 festgestellt, daß die Abweichungen von den ihnen auf den primär reflektierenden Spiegel 26 auftrifft. jeweils am nächsten kommenden sphärischen Ober-Nach weiteren Reflexionen entsprechend den Strahlen- flächen so gering sind, daß es sich als praktisch ergangen 32 bis 34 gelangt das Strahlenbündel ent- wiesen hat, asphärische Oberflächen durch ein Versprechend dem Strahlengang 35 auf die Bildebene 36, 55 fahren zu erzeugen, bei dem Schichten unterschiednachem es die sich im primären Spiegel 26 befindende licher Dicke des reflektierenden Materials auf eine Öffnung 37 passiert hat. sphärische Oberfläche aufgebracht werden, so daß

Das in F i g. 4 gezeigte optische System ermöglicht die Herstellung dieser Oberflächen schnell und billig ein aufrecht stehendes Bild, wobei das ankommende möglich ist. Beispielsweise ist Aluminium zur Her-Strahlenbündel 45 durch eine sich im sekundär 60 stellung der reflektierenden Oberflächen hervorragend reflektierenden Spiegel 44 befindende ringförmige Öff- geeignet. Es hat sich jedoch als nicht möglich erwiesen, nung 41 auf den primär reflektierenden Spiegel 40 eine ausreichend dicke Schicht von Aluminium aufzuauftrifft. Der sekundär reflektierende Spiegel besitzt dampfen, ohne daß die Oberfläche diffus wird. Diese einen inneren kreisförmigen Teil 43 und einen äußeren Schwierigkeit kann dadurch vermieden werden, daß ringförmigen Teil 44. Die ankommenden Strahlen 45 65 als Hauptunterlage eine Schicht Silber entsprechend gelangen au* den primär reflektierenden Spiegel und verteilter, unte schiedlicher Dicke verwendet wird, fallen nach Reflexionen entsprechend den Strahlen- auf die dann eine dünne, gleichmäßig dicke Schicht gangen 46, 47, 48 und 49 auf die Bildebene 50, auf die von Aluminium aufgedampft wird. Natürlich ist ein

solches Vorgehen nicht auf Silber und Aluminium beschränkt, jedes andere Matrial, das die entsprechenden reflektierenden Eigenschaften besitzt und aufgedampft werden kann, kann statt dessen verwendet werden.

Weiterhin können natürlich in Verbindung mit den reflektierenden Oberflächen der optischen Systeme nach der Erfindung weitere zusätzliche Elemente mit lichtbrechenden Eigenschaften verwendet werden, ganz gleich, welche Art von reflektierender Oberfläche im einzelnen verwendet wird. Bekannte Beispiele solcher lichtbrechender Elemente sind von Schmidt und Matsukow beschrieben worden, Diese zusätzlichen lichtbrechenden Elemente sind bekannt, so daß es keiner weiteren Erläuterung bedarf; ihre Verwendung und Ausbildung ist kein Teil der Erfindung.

Fig. 7 zeigt das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es handelt sich um ein Teleobjektiv geringer Abmessung mit wesentlich kleinerem Durchmesser und kleinerer Länge als die allgemein bekannten Teleobjektive, das jedoch überlegene Resultate zu erzielen vermag. Es bedient sich wieder der mehrfachen Reflexion an einer reflektierenden Oberfläche; die reflektierenden optischen Elemente sind weiterhin so angeordnet, daß sie als Abschirmung gegen seitliches Fremdlicht wirken. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden sphärische Oberflächen, die einfach herzustellen sind, für die reflektierenden Elemente benutzt.

Das optische System nach F i g. 7 besteht aus einer ersten Linse 90, die auf der den übrigen Elementen abgewandten Seite, also linkerhand, mit einem reflektierenden Belag versehen ist, d, h, eine reflektierende Oberfläche 91 besitzt. Die reflektierende Oberfläche 91 ist kugelförmig und weist einen geringeren Durchmesser als die Linse auf. Dadurch bleibt am äußeren Umfang ein ringförmiger Linsenausschnitt 92 frei, An dieser Linse nach rechts anschließend, jedoch in einem bestimmten Abstand von dieser, befindet sich eine zweite Linse 93. Diese Linse weist auf der der ersten Linse 90 abgewandten Seite eine reflektierende, ringförmige Oberfläche 94 auf. Eine dritte Linse 95 ist in einem bestimmten Abstand von den ersten beiden Linsen angebracht. In dieser Linse

befindet sich eine zentrale, kreisförmige Öffnung 97; der restliche Linsenkörper ist auf der den beiden ersten Linsen abgewandten Seite mit einer ringförmigen reflektierenden Oberfläche 96 versehen.

In der Öffnung 97 der dritten Linse 95 befindet

ίο sich ein Rohr 98 aus vorzugsweise lichtundurchlässigem Material, das sich über den Linsenkörper hinaus in Richtung der Achse 99 auf die zweite Linse 93 erstreckt. Innerhalb dieses Rohres sind zwei weitere Linsen 100 und 101 angebracht. Sämtliche erwähnten optischen Elemente sind konzentrisch zur Achse 99 angeordnet. Die Bildebene 102 befindet sich rechts von dem gesamten System.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist so, daß das ankommende Strahlenbündel 103 den ringförmigen Ausschnitt 92 der Linse 90 passiert und auf die reflektierende Oberfläche 96 der Linse 95 auftrifft. Von dort wird dann das Strahlenbündel entsprechend dem Strahlengang 104 auf die ringförmige reflektierende Oberfläche 94 der zweiten Linse 93 reflektiert.

Nach dieser Reflexion trifft das Strahlenbündel entsprechend Strahlengang 105 zum zweiten Mal auf die reflektierende Oberfläche 96 der Linse 95, gelangt von dort nach Passieren der Linsen 93 und 90 auf die auf letzterer angebrachte reflektierende Schicht 91 und wird von dort entsprechend Strahlengang 107 durch die beiden Linsen 100 und 101 auf die Bildebene 102 geworfen.

Wichtig ist noch die Tatsache, daß die Oberflächen 91, 94 und 96 so angeordnet sind, daß sie als eine Art Jalousie wirken, die eventuelles Fremdlicht von der Bildebene abschirmen. Die gleiche Wirkung erfüllt auch noch das Rohr 98, so daß nur die aus dem Dingraum kommenden abbildenden Strahlen auf die Bildebene gelangen.

Das optische System nach F i g, 7 weist folgende genaue Werte auf (Abmessungen in Millimeter):

Linsen

Ni

Nt - Nc

Krümmungsradien

Abstand

Dicke

Durchmesser

0,77
12,30

13,52

1. Linse 90 1,51813

2. Linse 93 1,53162

3. Linse 95 1,51813

4. Linse 100 1,51700

5. Linse 101 ;. 1,71715

Relative öffnung: Fß
Äquivalente Brennweite: 100 mm
Bildseitige Schnittweite: 15,33 mm

Bei dem in F i g. 8 dargestellten optischen System 65 reflektierende Spiegel 110, abgesehen von dem kreis^-

handelt es sich im wesentlichen um die gleiche An- förmigen zentralen Ausschnitt, auf jeder Seite eine

Ordnung wie bei F i g. 7; es weist jedoch einige weitere reflektierende Oberfläche 111 bzw. 112. Auch der

vorteilhafte Ausgestaltungen auf. So hat der primär sekundär reflektierende Spiegel 113 hat zwei reflek-

009 540/271

0,00795	-108,82 113,60
0,01088	103,73 -105,77
0,00795	-75,48 -103,66
0,00801	39,93 -217,93
0,02431	-76,00 170,32

0,32

3,19	31
4,72	31
4,45	31
1,93	14
1,93	14

tierende Oberflächen 114 und 115 auf beiden Seiten des Glases, außerdem wird, an Stelle der in F i g. 7 verwendeten zwei Linsen 90 und 93, nur eine einzige Linse benutzt. Die reflektierenden Oberflächen 111, 112 und 114 sind ringförmig, die reflektierende Oberfläche 115 ist kreisförmig. Auch dieses optische System weist wieder ein Rohr mit zwei Linsen 117 und 118 in der Mitte der primär reflektierenden Linse 110 auf. Die Berechnung aller Oberflächen und Linsen erfolgt wie bei den entsprechenden Teilen in Fig. 7. Die reflektierenden Oberflächen wirken wiederum als Abschirmung gegen Fremdlicht.

Die Anordnung nach F i g. 8 ebenso wie übrigens auch das optische System der F i g. 7 sind ein Beispiel dafür, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß die Reflexionen zwischen den primär und sekundär reflektierenden Elementen jeweils an derselben Oberfläche des Elementes erfolgen. Beispielsweise sind in F i g. 8 die sich aufeinanderfolgenden Strahlengänge mit 120 bis 124 bezeichnet. Im Sinne der Erfindung fallen die Strahlengänge 120 und 122 auf das primär reflektierende Teilsystem, die Strahlengänge 121 und 123 auf das sekundär reflektierende Teilsystem auf. Dabei handelt es sich in beiden Fällen nicht um dieselbe Oberfläche des Teilsystems, sondern um reflektierende Schichten, die auf beiden Seiten des primär bzw. sekundär reflektierenden Teilsystems angebracht sind, bzw., wenn man die Anordnung nach F i g. 7 in Betracht zieht, sogar um reflektierende Oberflächen, die sich auf zwei verschiedenen Linsen befinden.

Im folgenden werden noch einmal die Strahlengänge bei den einzelnen optischen Systemen nach F i g. 1 bis 8 beschrieben.

Bei dem optischen System nach Fig. 1 sind es die Strahlengänge 16 und 18, die auf das primär reflektierende, die Strahlengänge 17 und 19, die auf das sekundär reflektierende Element auffallen. Die Strahlengänge der F i g. 5 sind mit den Strahlengängen der F i g. 1 identisch, mit der Ausnahme, daß sich die reflektierenden Oberflächen auf den einander abgewandten Seiten der verwendeten Spiegel befinden.

In der Anordnung nach Fig. 3 fallen die Strahlengänge 31 und 33 auf die primär reflektierende, die Strahlengänge 32 und 34 auf die sekundär reflektierende Oberfläche auf, das gleiche trifft für die Anordnung nach F i g. 4 zu, wo die Strahlengänge 45 und 47 auf die primär reflektierende, die Strahlengänge 46 und 48 auf die sekundär reflektierende Oberfläche auffallen.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 treffen die Strahlengänge 73 und 75 auf die primär reflektierende Oberfläche, es findet jedoch nur eine einzige Reflexion entsprechend Strahlengang 74 auf die sekundär reflektierende Oberfläche statt, so daß bei mehreren vorhandenen Reflexionen nur eine einzige Reflexion vom sekundär reflektierenden Element vorliegt.

Die in der Anordnung nach F i g. 7 auf den primär reflektierenden Teil zulaufenden Strahlengänge sind mit 103 und 105, die auf die sekundär reflektierenden Elemente mit 104 und 106 bezeichnet. Diesen Ausführungen kann entnommen werden, daß die Erfindung beispielsweise Fernrohre ermöglicht, die bei vergleichbaren Abmessungen mit Fernrohren nach dem Stande der Technik ein größeres Gesichtsfeld bzw. bei gleichem Gesichtsfeld wesentlich geringere Abmessungen haben.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß, indem man beispielsweise die beiden sekundären Reflexionen auf zwei verschiedenen Oberflächen stattfinden läßt, wie es die F i g. 7 und 8 zeigen, es möglich ist, zu verhindern, daß irgendwelches Fremdlicht, oder Licht, das aus einer einzigen Reflexion stammt, auf die Bildebene auffällt.

In sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann mindestens eine der reflektierenden Oberflächen axial im Verhältnis zur anderen bewegt werden. In der Beschreibung ist übrigens der Begriff »reflektierende Oberfläche« bzw. »reflektierendes Element« im gleichen

ίο Sinne wie das Wort »Spiegel« bzw. »Teilsystem« verwendet worden. Die Ansprüche 3 bis 12, 14 sowie 17 enthalten an sich bkannte Merkmale, für die ein selbständiger Schutz nicht begehrt wird.

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Abbildendes optisches Spiegelsystem mit primär und sekundär reflektierenden, sich gegenüberstehenden Rotationsflächen (Spiegeln), bei dem die primär reflektierenden Flächen (Spiegel) im Hinblick auf das Gesichtsfeld so angeordnet sind, daß sie das aus dem Dingraum kommende Strahlenbündel empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß die primär und die sekundär reflektierenden Flächen eine solche Krümmung aufweisen und so im Verhältnis zueinander angeordnet sind, daß das ankommende Strahlenbündel mindestens zweimal entweder von den primär oder den sekundär reflektierenden Flächen und mindestens einmal von den verbleibenden Flächen reflektiert ist.

2. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Strahlenbündel mindestens zweimal sowohl von den primär reflektierenden Flächen als auch von den sekundär reflektierenden Flächen reflektiert ist.

3. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Strahlengang zwischen Dingraum und primär reflektierendem Spiegel (26) eine Linse (25) befindet.

4. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (C) zwischen den primär und sekundär reflektierenden Flächen veränderbar ist.

5. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der reflektierenden Flächen durch folgende mathematische Gleichung definiert ist, wobei mit U das Quadrat des Abstandes zwischen dem Zentralpunkt und dem Punkt auf der Fläche bezeichnet ist, dessen Lage durch die Gleichung definiert ist ( U = Y² + Z²).

Z = A₁ ■ U + A₂ ■ U² + A₃ + U³ + A₄, · W- Λ

6. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen asphärisch ausgebildet sind, so daß sphärische Aberration und Koma vermieden sind.

7. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen so angeordnet und gebaut sind, daß Fremd- und Streulichteinfall verhindert wird.

8. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der primär reflektierenden Fläche (Spiegel 11, 26, 95 ...) eine zentrale kreisförmige Öffnung (22, 37, 97 ...) befindet, durch die die aus dem Dingraum stammenden Strahlen nach Reflexionen an den primär

und sekundär reflektierenden Flächen auf die hinter der primär reflektierenden Fläche befindliche Bildebene (21, 36, 102 ...) fallen.

9. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierenden Schichten auf den einander zugekehrten und/oder den voneinander abgewandten Seiten der primär bzw. sekundär reflektierenden Spiegel befinden.

10. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der primär reflektierende Spiegel und/oder der sekundär reflektierende Spiegel als Linsen mit reflektierenden Oberflächen ausgebildet sind.

11. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Dingraum kommenden Strahlen im Verlauf der Reflexionen durch mindestens eine Linse fallen, die einer der beiden reflektierenden Oberflächen eng anliegt.

12. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die primär reflektierende Oberfläche eine zentrale kreisförmige Öffnung aufweist und daß die sekundär reflektierende Oberfläche kreisförmig begrenzt ist (F i g. 1).

13. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundär reflektierende Spiegel (44) eine ringförmige Öffnung (41) aufweist, durch die die ankommenden Strahlen auf den primär reflektierenden, mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung (51) versehenen Spiegel (40) auftreffen, daß sie von dem primär reflektierenden Spiegel auf den inneren kreisförmigen Teil (43) des sekundär reflektierenden Spiegels auftreffen, daß sie von diesem entsprechend dem Strahlengang (47) nach der zweiten Reflexion über die zentrale Achse des Systems wieder auf den primär reflektierenden Spiegel reflektiert werden und nach einer nochmaligen Reflexion am sekundär reflektierenden äußeren Spiegelteil (44) durch die Öffnung (51) des primär reflektierenden Spiegels auf die Bildebene (50) fallen (F i g. 4).

14. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bildebene (72) zwischen dem primär (70) und dem sekundär reflektierenden Spiegel (71) befindet, so daß nur eine Reflexion am sekundär reflektierenden Spiegel (sekundär reflektierendem Teilsystem 63) stattfindet (Fig. 6).

15. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das primär reflektierende Teilsystem aus einer Linse (95) mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung (97) besteht, daß sich in dieser Öffnung zwei weitere Linsen (100,101) befinden, durch die die zuletzt von der sekundär reflektierenden Seite kommenden Strahlen auf die Bildebene (102) fallen, daß die primär reflektierenden Flächen auf der einen und/oder der anderen Seite des Linsen körpers (95) aufgebracht sind, daß für den sekundär reflektierenden Teil des optischen Systems eine erste Linse (90) und eine zweite Linse (93) vorgesehen sind, daß die dem Dingraum zugewandte Linse (90) auf ihrer dem primär reflektierenden Teilsystem abgewandten Seite eine kreisförmige zentrale reflektierende Schicht (91) trägt, deren Durchmesser kleiner als der Linsendurchmesser ist, und daß die zweite Linse (93) des sekundärreflektierenden Teilsystems auf der dem primär reflektierenden Teilsystem zugewandten Seite eine ringförmige, reflektierende Schicht (94) trägt, so daß die aus dem Dingraum kommenden Strahlen entsprechend dem Strahlengang (103) vor der ersten Reflexion zuerst auf die ringförmige reflektierende Schicht (96) des primär reflektierenden Teilsystems (Linse 95) auftreffen, von dort entsprechend dem Strahlengang (104) nach der ersten Reflexion auf die ringförmige reflektierende Schicht (94) der zweiten Linse (93) des sekundär reflektierenden Teilsystems auffallen, wieder auf die primär reflektierende Schicht auftreffen und von dort durch beide Linsenkörper (99, 93) des sekundär reflektierenden Teilsystems auf die sekundär reflektierende Schicht (91) der Linse (90) auffallen, von wo sie nach Passieren der in der primär reflektierenden Linse (95) befindlichen Öffnung untergebrachten beiden Linsen (100, 101) auf die Bildebene (102) fallen (F i g. 7).

16. Spiegelsystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale und Abmessungen in Millimeter:

Linsen Na Nf-Nc Krümmungs
radien Abstand 13,52 ■ 0,32 Dicke Durch
messer 1. Linse 90 1,51813 0,00795 -108,82 I 3,19 31 113,60 0,77 2. Linse 93 1,53162 0,01088 103,73 4,72 31 -105,77 ' 12,30 3. Linse 95 1,51813 0,00795 -75,48 4,45 31 -103,66 4. Linse 100 1,51700 0,00801 39,93 1,93 14 -217,93 1 5. Linse 101 1,71715 0,02431 -76,00 1,93 14 170,32

Relative Öffnung: Fβ
Äquivalente Brennweite: 100 mm

Bildseitiire Scbnittwpite: 1 "\Ή mm

17. Spiegelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zentralen kreisförmigen Ausschnitt des primär reflektierenden Linsensystems (95 bzw. 110) sich befindenden Linsen (100, 101 bzw. 118) von einem Rohr (98, . 116) umgeben sind, das sich über das primär reflektierende Linsensystem hinaus in Richtung des sekundär reflektierenden Teilsystems erstreckt.

18. Spiegelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundär reflektierende optische Teilsystem aus nur einer Linse (113) besteht, auf deren dem primär reflektierenden Teilsystem abgewandten Seite sich eine kreisförmige reflektierende Schicht (115) und auf deren dem primär reflektierenden Teilsystem zugewandten Seite sich eine ringförmige reflektierende Schicht (114) befindet (F i g. 8).

19. Spiegelsystem nach Anspruch 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierende Schicht des primär reflektierenden Linsenkörpers (110) auf beiden Seiten des Linsenkörpers befindet.

20. Verfahren zur Herstellung asphärischer Spiegel bzw. Linsen, insbesondere für ein abbildendes optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen sphärischen Spiegel bzw. eine sphärische Linse eine Schicht Silber unterschiedlicher Dicke Und dann eine Schicht Aluminium gleichmäßiger Dicke aufgedampft wird.

2L Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Spiegel, insbesondere für ein abbildendes Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht Metall unterschiedlicher Dicke auf eine Oberfläche, die im wesentlichen die gewünschte Form aufweist, aufgedampft wird und daß weiterhin eine Schicht reflektierenden Materials gleichmäßiger Dicke aufgedampft wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schicht unterschiedlicher Dicke Silber und für die zweite Schicht Aluminium verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen