DE1811216A1 - Katadioptrisches Objektiv - Google Patents

Description

Patentanmeldung The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Connecticut, U.S.A. Katadioptrisches Objektiv

Die Erfindung betrifft ein katadioptrisch.es Objektiv. Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein katadioptrisch.es Objektiv mit einem sphärischen Spiegel, welches anwendbar ist in der Photographie, in elektronischen photoempfindlichen Systemen und bei ähnlichen Anwendungen.

Optische Objektive mit einem sphärischen Spiegel sind bekannt. Man hat bisher gefunden, daß einige der durch den sphärischen Spiegel hervorgerufenen Bildfehler mittels eines Korrekturgliedes merklich ausgeschaltet werden können, welches optisch und räumlich vor dem Spiegel angeordnet ist. Das Korrekturglied hat bei dem Stand der Technik die Form entweder einer asphärischen Schmidt Korrekturplatte oder einer Mehrzahl von sphärischen Linsenelementen. In der USA Patentschrift 2 350 112 sind einige Beispiele eines Objektivs gezeigt, welches einen sphärischen Spiegel und ein Korrekturglied aus einer Mehrzahl von Linsenelementen enthält.

Die allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Objektiv zu schaffen, welches einen sphärischen Spiegel sehr hoher Lichtstärke, ein brauchbares Gesichtsfeld und eine gute Bildqualität über einen breiten Spektralbereich besitzt.

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Für große Aperturen ist ein Korrekturglied vom Schmidt-Typ nicht ausreichend, da ein restlicher chromatischer Fehler auftritt. Ein Korrekturglied, welches aus einer Mehrzahl von Linsengliedern besteht, ist nicht zufriedenstellend für große Öffnungen, da sphärische Aberration hoher Ordnung und Längsfarbe auftritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Objektiv zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein katadioptrisches Objektiv sehr hoher Auflösung, mit brauchbarem Gesichtsfeld und guter Bildqualität über einen breiten Spektralbereich zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein katadioptrisches Objektiv zu schaffen, welches keine asphärischen Flächen aufweist.

Die Erfindung betrifft somit ein katadioptrisches Objektiv mit einem sphärischen Hohlspiegel und einem optisch und räumlich vor dem Hohlspiegel angeordneten ersten Korrekturglied. Erfindungsgemäß ist ein solches Objektiv so ausgebildet, daß das erste Korrekturglied die sphärische Aberration des sphärischen Hohlspiegels korrigiert und daß optisch hinter und räumlieh vor dem sphärischen Hohlspiegel ein zweites Korrekturglied zur Korrektur der übrigen Bildfehler angeordnet ist.

Im Grundaufbau besteht das Objektiv aus einem sphärischen Spiegel und zwei afokalen Korrekturgliedern. Eines der Korrekturglieder, nämlich das erste Korrekturglied, ist räumlich und optisch vor dem sphärischen Spiegel angeordnet. Das andere afokale Korrekturglied, nämlich das zweite Korrekturglied, ist räumlich vor und optisch hinter dem sphärischen Spiegel angeordnet. Beide Korrekturglieder bestehen aus Linsenelementen,

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die keine asphärischen Fläachen aufweisen. Bei einer Ausführungsform tritt das durch den sphärischen Spiegel reflektierte Licht direkt durch das zweite Korrekturglied. Bei einer anderen Ausführungsform wird das von dem sphärischen Spiegel reflektierte Licht von einem Planspiegel zurückgeworfen und tritt dann durch das zweite Korrekturglied. In beiden Ausführungsbexspxelen liegt die Bildebene zwischen dem ersten Korrekturglied und dem sphärischen Spiegel.

Da beide Korrekturglieder afokal sind, ist das Objektiv über einen breiten Spektralbereich hinweg anwendbar. Ein

anderes Merkmal der Erfindung ist das geringe Mittenabdeck- ™ verhältnis, welches in der Größenordnung von ungefähr 7 % der gesamten Öffnung liegt.

Das erste Korrekturglied korrigiert die sphärische Aberration des sphärischen Spiegels und das zweite Korrekturglied ist mit überkorrigiertem Koma und Astigmatismus konstruiert, um die Unterkorrektur beider dieser Bildfehler durch den sphärischen Spiegel zu kompensieren.

Eine deutlichere Vorstellung des Umfangs und Zweckes der Erfindung sowie anderer Vorteile und Merkmale derselben erhält man aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Ver- M bindung mit den Zeichnungen.

Fig. 1 ist ein optisches Diagramm eines Beispiels einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 ist ein optisches Diagramm eines Beispiels einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

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In Fig. 1 ist ©in Beispiel ein©® Objektive dargestellt, welche« nach der Erfindung konstruiert ist. Das Objektiv enthält einen Spiegel 11, ein erstes Korrekturglied 12, welches optisch und räumlich vor d©m Spiegel Ii angeordnet ist, und ein zweites Korrekturglied 13« welches optisch hinter und räumlich vor dem Spiegel 11 liegt. Der Spiegel 11 ist konkav und sphärisch geformt.

Beide Korrektlirglieder sind afokal© Systeme, enthalten keine asphärisch©!! Flächen und können aus Materialien hergestellt werden, die den gleichen Brechungsindex und die gleiche Abbe-Zahl besitzen. Das Korrekturglied 12 ist ein Doublet und besteht aus einem bikonvexen Linasenelement k und einem negativen Meniskus B, welcher nach vorn hin konkav ist. Das Korrekturglied 13 ist auch ein Doublet und besteht aus einem positiven Meniskus, der nach vorn hin konvex ist, und einem negativen Meniskus, der nach vorn hin konkav ist.

In der nachstehenden Tabelle ist eine Aufstellung der Werte für ein Beispiel eines nach der Erfindung konstruierten Objektivs angegeben. In bekannter und üblicher Weise wird ein Plus-Zeichen benutzt um anzugeben, daß eine Fläche nach vorn hin konvex ist und daß ein Abstand von links nach rechts gemessen ist, während ein Minus-Zeichen benutzt wird, um anzugeben, daß eine Fläche nach vorn hin konkav ist und daß . ein Abstand von rechts nach links genas sen ist.

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Component Glied

12

11

13

Element Element

Radius

1710.0

= - 445.5

r₃ = ·- 178.4

r₄ = - 376.7

r₅ = - 376.7

145.6

r₇ = 147.5

r₈ = - 30.3

r₉ = - 25.5

Spacings & Thickness Abstände u. Dicken

19.0

21,6

10.6

224.2

S₃ = -118.6 t₃ = - 6.2

S₄ = - 1.0 t₄ = - 6.2

Jt

Relative Öffnung = f/0,95

Abstand vom Scheitel der letzten Linse zur Bildebene =

E.F.L. = Gesamtes Gesichtsfeld =5

Brechungsindex aller brechenden Elemente = 1,51872

Abbe-Zahl für alle brechenden Elemente = 64,17

-12

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In Fig. 2 ist ein Aueführungsbeispiel einer anderen Ausführungsform eines nach der Erfindung konstruierten Objektivs gezeigt.

Das Objektiv weist einen Spiegel 21 auf, ein erstes Korrekturglied 22, welches optisch und räumlich vor dem Spiegel 21 liegt, einen Spiegel 23» der räumlich vor und optisch hinter dem Spiegel 21 liegt und ein zweites Korrekturglied 24, welches optisch und räumlich hinter dem Spiegel 23 angeordnet ist.

Der Spiegel 21 ist konkav, sphärisch und kann mit einem zentralen Durchbruch versehen sein, um die Einführung elektronischer, mechanischer oder anderer Ausrüstung zu gestatten.

Beide Korrekturglieder sind afokale Systeme und enthalten keine asphärisch«·» Flächen. Das Korrekturglied 22 ist ein Doublet und besteht aus einem bikonvexen Limsen- ©lement A¹ uud einem negativen Meniskus B% der mach vom him konkav ist. Der Spiegel 23 ist ein Planspiegel und kann direkt auf der Rüekflache der Lina® B' angebracht sein. Der Hauptzweck des Planspiegels 23 besteht darin, das Lichtbündel so umzukehren, daß das Bild räumlich hinter dem ersten Korrekturglied 22 erzeugt wird. Das Korrekturglied 2k ist auch* ein Doublet und besteht aus einem negativen Meniskus C, der nach vorn hin konkav ist, und einer bikonvexen Linse D*.

In der nachstehenden Tabelle ist eine Aufstellung der Werte für ein Auaführungsbeispiel eines nach der Erfindung konstru ierten Objektivs aufgeführt:

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Glied

Element

Radius

B'

r^ —6O9.9

21

r£ =- 921.5

23

*ϊ ■ oc

2k

C

r' — 170.6

D1

r· s 176.8

Abstände u. Dicken

■ Brechune»- index

I

Abb· No.

22

A1

r| = 2221.8

r£ «-2275.O

r£ — 276.k

r^0= 25^.0

t[ « 3k

I.5I872

64.17

r'2 —I3I3.O

S'± « 35

Luft

*2 " 25

1.51872

S^ -301

Luft

6U.I7

s^ —291

Luft

S^ « 103

Luft

tjj μ 12

1.72311

S^ « 3

Luft

29.51

H β 12

I.5I872

64.17

Relative Öffnung « f/1,2

E.F.L. » kik

Abstand vom Scheitel der letzten Linse zur Bildebene Gesamtes Gesichtsfeld = 518

-8-

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Verschiedene andere Anordnungen und Abwandlungen liegen dem Fachmann auf der Hand und sollen im Schutzbereich der Ansprüche liegen. *

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Claims (8)

Patentansprüche

1.) Katadioptrisches Objektiv mit einem sphärischen Hohlspiegel lind einem optisch und räumlich vor dem Hohlspiegel angeordneten ersten Korrekturglied, dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Korrekturglied (12, 22) die sphärische Aberration des sphärischen Hohlspiegels korrigiert und

daß optisch hinter und räumlich vor dem sphärischen Hohlspiegel (11, 21) ein zweites Korreskturglied ^k

(13, 24) zur Korrektur der übrigen Bildfehler angeordnet ist.

2.) Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß optisch hinter dem sphärischen Hohlspiegel (21) und optisch vor dem zweiten Korrekturglied (24) ein Planspiegel (23) angeordnet ist.

3.) Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das zweite Korrekturglied (13,24) ein afokales

System von sphärischen Linsen ist. ^

4.) Objektiv nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet,

daß das zweite Korrekturglied (13» 24) zwei sphärische Linsenelemente aufweist*

10

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5·) Objektiv nach Anspruch 4, tiadurch gekennzeichnet,

daß die beiden sphärischen Linsenglieder von einem nach vom asu konvexen positiven 'Meniskus (C) und einem nach vorn zu konkaven negativen Meniskus (D) gebildet wird.

6.) Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden sphärischen Linsenelemente von einem nach vorn zu konkaven negative» Meniskus (C) und einem bikonvexen Linsenelement (D') gebildet werden.

7.) Objektiv nach Anspruch 4„ dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Korrektur glied von einem afoksslen Linsensystem gebildet wird, bestehend aus einem, bikonvexen Linsen©!©mont (A, A') und öin®Bi negativen Meniskus (B, B') und

daß das zweite Korrekturglied (13» 2,h) für Koma und Astigmatismus überkorrigiert ist.

8.) Objektiv nach Anspruch 1, mit

a) einem sphärischen Spiegel (11),

b) einem ersten Korrekturglied (12) mit einer sphärischen Line® (A) und einer sphärischen Linse (B)

c) einem zweiten Korrekturglied (13) mit einer sphärischen Linse (C) und einer sphärischen Linse (D)

11

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gekennzeichnet durch die folgenden Daten:

Component
Glied • » Element
Element C t
i ^ri Radius Spacings & Thickness
Abstände u. Dicken 19.0 A ^r2 1710.0 = - 445.5 21.6 12 D ^r3 ^si - 10.6 B ^r4 = .- 178.4 224.2 = - 376.7 ^S2 = ^r5 -118.6 = - 376.7 ^S3 = - 6.2 ^r6 ^r7 145.6 - 1.0 147.5
* ^S4 ⁼ - 6.2 ^r8 ^r9 = - 30.3 = - 25.5

Relative Öffnung = f/0,95 Abstand vom Scheitel der letzten Linse zur Bildebene = E.F.L. = IkO

Gesamtes Gesichtsfeld =5 .

ürechungsindex aller brechenden Elemente = 1,51072 Abbe-Zahl für alle brechenden Elemente = 64,17

-12

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9·) Objektiv nach Anspruch 1, mit:

a) einem sphärischen Spiegel (21),

b) einem ersten Korrekturglied. (22) mit einer sphärischen Linse (A^c) und einer sphärischen Linse (B¹),

c) einem Spiegel (23) .

d) einem zweiten Korrekturglied (24) mit einer sphärischen Linse (C) und einer sphärischen Linse (D¹) gekennzeichnet durch folgende Daten»

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Glied Element 21 C¹ Radius = 2221.8 Abstände
u. Dicken = 34 Brechungs
index Abbe No. A¹ *i =-1313.0 ti I.5I872 64.17 D¹ X = 35 Luft 22 B' 23 =-609.9 = 25 I.5I872 64.17 ^r3 =-2275-0 Luft ^ri =301 24 =- 921.5 ^S2 Luft ^r5 =-291 - OC ^S3 Luft ^r6 = 103 1.72311 29.51 =- 170.6 ^S4 = 12 ^r7 =- 2?6.4 t' Luft 64.17 ^r8 J 3 I.5I872 = 176.8 ^S5 = 12 ^r9 = 254.0 ti ^Γΐο

Relative Öffnung » f/i,2

E.F.L. = 414

Abstand von Scheitel der letzten Linse zur Bildebene

Gesamtes Gesichtsfeld = 5,8

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