DE1947387A1 - Katadioptrisches Telephoto-Objektiv - Google Patents

Description

Nippon Kogaku KK Nippon Case 89

Tokyo, Japan

Katadioptrisches Telephoto-Objektiv

Die Erfindung betrifft ein reflektierendes-brechendes Telephoto-Objektiv.

Das reflektierende-brechende, d. h. , katadioptrische Telephoto-Objektiv, bei dem reflektierende Spiegel und Linsen kombiniert sind, wird mit Vorteil für photo graphische Zwecke als Telephoto-Objektiv eingesetzt, da sich mit ihm die Gesamtlänge des Linsensystems herabsetzen, die chromatische Aberration auf ein Minimum bringen lässt usw. In vielen Fällen ist jedoch eine Öffnung im zentralen Teil eines Hauptspiegels erforderlich, die die Lichtstrahlen hindurchlässt. Bei Verwendung von Glas für den Hauptspiegel ist das Anbringen einer solchen Öffnung sehr schwierig. Ausserdem wird beim Polieren eines mit einer Öffnung versehenen Spiegels die Genauigkeit der Spiegelfläche beeinträchtigt, die Messgenauigkeit für die Dicke des zentralen Spiegelteils nimmt ab und es ist unvermeidbar, dass die Mitte der Öffnung bei deren Anbringung aus der optischen Achse des Spiegels auswandert. Wenn andererseits eine Öffnung nach dem Polieren der Spiegelfläche angebracht wird, so wird die Spiegelfläche bei diesem Arbeitsvorgang

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deformiert. Es ist also fabrikationstechnisch sehr schwierig, eine öffnung im Spiegel anzubringen, und die Beeinträchtigung der Genauigkeit lässt sich kaum vermeiden. Ausserdem ist üblicherweise die Brechkraft einer reflektierenden Fläche wesentlich grosser als die einer brechenden Fläche mit dem gleichen Krümmungsradius wie die der reflektierenden Fläche, so dass die Genauigkeit eines reflektierenden Spiegels, insbesondere eines Hauptspiegels, die Güte des gesamten optischen Systems wesentlich beeinflusst.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein;katadioptrisches Telephoto-Objektiv zu schaffen, bei dem keine öffnung in der Mitte eines Hauptspiegels vorgesehen ist, sondern bei dem die Lichtstrahlen diesen Teil ohne aufgebrachte reflektierende Beschichtung durchlaufen, um die Genauigkeit der reflektierenden Fläche und die Güte des ges-raten optischen Systems zu verbessern.

Die Erfindung schafft ein katadioptrisches Telephoto-Objektiv mit einem Öffnungsverhältnis von F/7 und einem Bildfeldwinkel von 5 . Reflektierende Spiegel werden in grossem Umfang nicht nur in astronomischen Fernrohren sondern auch in photo graphischen und anderen Objektiven mit grosser Brennweite benutzt. Ein oberflächenreflektierender Spiegel mit sphärischer Krümmung ist frei von chromatischer Aberra-

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tion, weist jedoch eine sphärische Aberration und eine Abweichung von der Sinusbedingung auf, d.h. ,Koma. Zur Korrektur der Koma wird die bekannte Schmidt-Korrekturplatte benutzt. Ein System unter Verwendung einer solchen Korrekturplatte ist jedoch bezüglich seines Aufbaus nicht für photo graphische Objektive geeignet. Ein anderes Verfahren zur Korrektur dieses Fehlers eines oberflächenreflektierenden Spiegels besteht in der Verwendung eines reflektierenden Maksutov-Objektivsystems, bei dem eine negative Linse mit stark gekrümmter, konzentrischer erster und zweiter sphärischer Fläche vor einem Hauptspiegel angeordnet ist. Ein Maksutov-System besitzt jedoch eine Blende in der Mitte der reflektierenden sphärischen Fläche, so dass dieses System als photo graphisches Objektiv nicht günstig ist. Darüberhinaus besteht nicht die Möglichkeit, einen grossen Bildfeldwinkel zu erreichen. Weiterhin ist die negative Linse in einem verhältnismässig grossen Abstand vor dem Spiegel angebracht, so dass die Lichtstrahlen vor Erreichen des Spiegels divergieren und daher der Durchmesser des Spiegels grosser als der der Eintrittspupille gemacht werden muss. Dadurch wird das Volumen des optischen Systems ebenso wie das Gewicht der metallischen Teile unvermeidbar vergrössert.

Ein katadioptrisches Telephoto-Objektiv nach der Erfindung ist - in Strahlengangrichtung gesehen - gekennzeichnet durch eine positive

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Meniskuslinse, deren konvexe Fläche zum Objekt gerichtet ist,, einen Spiegel mit konkaver Rückfläche, der eine brechende Fläche konkav zum Objekt und eine reflektierende Fläche besitzt, einen Spiegel mit konvexer Rückfläche, der nahe der positiven Meniskuslinse angeordnet ist und eine brechende Fläche konvex zum Objekt sowie eine reflektierende Fläche aufweist, und eine Konkavlinse, die auf den erstgenannten Spiegel unter Vermittlung einer zwischengefügten positiven Linse gekittet ist und eine konkave, zum Objekt gerichtete Fläche besitzt, wobei der zentrale Teil des erstgenannten Spiegels lichtdurchlässig ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt eines Äusführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 Aberrationskurven des Beispiels 1; Fig. 3 Aberrationskurven des Beispiels 2.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist L₁ eine positive Meniskuslinse, deren konvexe Fläche zum Objekt gerichtet ist. Da die Linse L₁ positiv ist, konvergieren die Lichtstrahlen in Richtung zum Hauptspiegel M₁, so dass der Durchmesser des Hauptspiegels M₁ mit Vorteil kleiner sein kann als der Durchmesser der Eintrittspupille. Die konvexe Fläche der Meniskuslinse L₁ soll zum Objekt gerichtet sein,

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um die Bildfeldkrümmung in negativer Richtung aufgrund der Tatsache zu korrigieren, dass die Eintrittspupille des Systems hinter der positiven Meniskuslinse L₁ liegt und das System einen für ein reflektierendes Telephoto-Objektiv verhältnismässig grossen Bildfeldwinkel von 5 haben muss. Der Hauptspiegel, d h., der reflektierende Spiegel M₁ mit konkaver Rückfläche, besitzt eine brechende Fläche R und eine reflektierende Fläche R_A, wobei der Krümmungsradius der Fläche R„ kleiner ist als der der Fläche R.. Ein Zusatzspiegel M₀ mit konvexer Rückfläche besitzt eine brechende Fläche R₁- und eine reflektierende Fläche R , wobei der Krümmungsradius der Fläche R kleiner als

D 0

der der Fläche R_e ist. Der Zusatzspiegel M₀ ist nahe der positiven

O Ci

Meniskuslinse L₁ angeordnet.

Für die Flächen R₀ und R . sowie R_ und R_ bestehen die folgenden Bedingungen:

1,3 < —2- < 1,8
^R3

^6_
^R5

Diese Bedingungen sind erforderlich, um die sphärische Aberration und die Abweichung von der Sinus-Bedingung, d h., die Koma, des Hauptspiegels M₁ und des Zusatz spiegeis M₀ zu korrigieren. Aufgrund

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dieser Bedingungen ist es möglich, ein Objektiv mit einem öffnungsverhältnis von F/7 zu erreichen. Ausserdem können dann die Lichtstrahlen von der Linse L₁ durch eine beträchtliche Reflexion und Brechung am Spiegel M₁ konvergieren und nachfolgend durch den Zusatzspiegel M₀ divergieren. Man erkennt dann die Möglichkeit, die Abnaessungen des gesamten optischen Systems auf ein Minimum, zu bringen. Tatsächlich liegt entsprechend der Erfindung die Gesamtlänge des optischen Systems unterhalb von 1/3,5 der Brennweite des gesamten Systems. Überschreitet man die unteren Grenzen der obigen Bedingungen, so ergibt sich eine Unterkorrektur der durch die reflektierende Fläche erzeugten sphärischen Aberration, während beim Überschreiten der oberen Grenzen der angegebenen Bedingungen eine Überkorrektur, der durch die reflektierende Fläche bewirkten sphärischen Aberration auftritt, so dass kein gutes Endbild erhalten werden kann. Anschliessend ist eine negative Linse L vorgesehen, deren konkave Fläche zum Objekt gerichtet ist, sowie eine positive Linse L_Q. Die negative Linse L₀ ist unter Vermittlung der zwischengefügten positiven Linse L_Q auf den Hauptspiegel M₁ gekittet.

Der zentrale Teil des Hauptspiegels M₁ ist nicht mit einer reflektierenden Beschichtung versehen, so dass die Lichtstrahlen nach einer Reflexion am Spiegel M₀ und nach Durchgang durch die Linsen L und

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L„ sowie den Hauptspiegel M₁ an der Bildfläche ankommen. Die konkave Fläche der negativen Linse L , die zum Objekt gerichtet ist,

Li

bricht die Lichtstrahlen schwach, da₃ wenn die zur Peripherie der Bildfläche gerichteten Lichtstrahlen die Linse L₀ durchlaufen, diese bereits weit von der optischen Achse entfernt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist- die Gesamtbrennweite der Linsen L und L so-

CA O

wie des Spiegels M₁ negativ, wodurch nicht nur das optische System dadurch mögliche „ klein gemacht wird, dass das durch das System vor dem Zusatzspiegel M₀ erzeugte Bild vergrössert und die Brennweite des gesamten Systems erhöht wird, sondern auch die Krümmung der Bildfläche in die positive Richtung gebogen wird, um ein ausserordentlich gutes Endbild zu erreichen. Die positive Linse L„ korrigiert in der Hauptsache die vergrösserte chromatische Aberration und trägt nicht viel zur Verbesserung der Güte des Linsensystems bei.

Entsprechend der obigen Linsenanordnung und den gegebenen Bedingungen erhält man ein katadioptrisches Telephoto-Objektiv kleiner Grosse und geringen Gewichtes mit sehr gut korrigierten Fehlern.

Für zwei durchgerechnete Beispiele 1 und 2 zeigen die Fig. 2A, 2B und 2C bzw. 3A, 3B und 3C die sphärische Aberration, die Sinus-Bedingung, den Astigmatismus und die Verzeichnung. Die Werte für die beiden Beispiele sind in den Patentansprüchen 2 bzw. 3 angegeben. Ihre Seidel-Koeffizienten sind die folgenden:

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Beispiel 1, Seidel-Koeffizienten

R₁ 2,279088

R 0,001267

R- -7,699772

R₄ 5,180716

R_c 0,345348

-0, 711047

-2,258219

3,929575

R_Q -1,111916
R₁₀ -0,005352
R -0,030391
R₁₂ 0,123608

II

-0, 995710

0,016098

8,156537

-6, 855492

-0, 916857

1,659380

3, 127993

-3,951553

-0,126242

-0, 031327

-0, 056814

-0,328477

0,103687 -0,239810

III

2,048707

0,336089

-26,881343

24, 969189

6,342288

-10, 089180

-9,381542

13/449336

-2,951569

-0,550090

0,511311'

3,225885

1,029079 IV

1, 178676

-0, 072823

-9, 600546

6,825838

1,473998

-2,344143

-0,716003

5,502029

-2, 922903

-0, 183363

0,298888

1,480085

-0,514951

0, 0924917

10, 17006 9

-9, 032435

-3,913288

5,470560

0, 991779

-5,532801

-0,331853

1,073252

-0,558759

-3,933198

0,919734 -7,036543

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Beispiel 2, Seidel-Koeffizienten

2,550952

0,001541

-7,480726

5, 176599

0,394915

-0, 798807

-2,098611

3,392811

-0,882297

-0,006795

0, 022628

0, 095121

II

-1,195439

-7,162357

-1,026595

1,837203

3,082322

-3,726736

-0,347697

0,042217

-0,049828

■0,289115

III

2,570033

0,017369 0,309139

8,411761 -29,328236

0,167330 -0,406896

27,483735

7,053783

-11, 147957

-9,836867

13,808956

-3,644589

-0,786834

0,520260

3,243437

0,244859 IV

1,354292

-0, 082323

-10,410897 7,664020 1,716443

-2,697068 -0, 782583 5,621903

-3,370548 -0,262278 0,300812 1,485935

0,537708

-0,688646

-0, 927694

11,706613

-10, 603

-4,461955

6,203078

1,149414

-6,175218

-1,328270

1,629430

-0,662404

-4,516426

-8,676037

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   'l). Katadioptrisches Telephoto-Objektiv gekennzeichnet - in Strahlengangrichtung gesehen - durch

   eine positive Meniskuslinse L , deren konvexe Fläche (R ) zum Objekt gerichtet ist,

   einen Hauptspiegel M₁ mit konkaver Rückfläche, der eine brechende Fläche (R ,J konkav zum Objekt und eine reflektierende Fläche (R .) besitzt,

   einen Zusatzspiegel M₀ mit konvexer Rückfläche, der nahe der positiven Meniskuslinse L angeordnet ist und eine brechende Fläche (R_fi) konvex zum Objekt sowie eine reflektierende Fläche (R ) aufweist, und

   eine Konkavlinse L , die auf den Hauptspiegel M₁ unter Vermittlung einer zwischengefügten positiven Linse L„ gekittet ist und eine konkave, zum Objekt gerichtete Fläche (R₇) besitzt,

   und ferner dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Teil des Hauptspiegels M₁ lichtdurchlässig ist,

   dass die gesamte Brennweite der Linsen L₀, L_Q und des Hauptspiegels M₁ für den Durchgang von Lichtstrahlen negativ ist und'dass die Gesamtlänge des optischen Systems 1/3,5 der Brennweite des Gesamtsystems entspricht.

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2. 2. Katadioptrisches Telephoto-Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werte:

   f * 100,0

   j'it * + 46,264 L₁ I ' Dicke = 2,200 nd * 1,5245 vd * 59,6

   R « + 124, 080

   Abstand zwischen L. und M * 17, 3

   'R - - 36,552 · MJ Dicke * 1,760 nd * 1,54072 vd - 47,2

   = - 57,800

   Abstand zwischen M₁ und M * 15,380

   X Lt

   L * - 23,166

   Dicke * 0, 780 nd » 1, 54814 vd * 45,

   R. * - 35,719

   R- * - 12,466

   Abstand zwischen M₀ und L * 14,

   Li Ci

   Dicke » 0,220 nd * 1,56883 vd « 56,0

   L₀ ^f Dicke » 0,440 nd» 1,72825 vd * 28,3

   R₁, * - 36,552

   M₁T Dicke » 1,760 nd * 1,54072 vd * 47,2

   R » - 57,800

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3. 3. ' Katadioptrisches Telephoto-Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Werte:

   f * 100,0

   R - + 45,730

   L "j . Dicke = 2,2 nd « 1,51823 vd * 59,

   R * +122,760

   Abstand zwischen L und M₁ ■ 17,

   R * - 36,856

   Dicke * 1,760 nd = 1,54072 vd * 47,2

   « - 57,800

   Abstand zwischen M₁ und M * 15,

   1 Ci

   R * - 23,166

   M -j Dicke * 0, 78 nd * 1, 54814 vd * 45,

   ¹R=- 34,500

   Abstand zwischen M₉ und L » 15,

   R_n * - 10,640

   L₀ { Dicke ·» 0,22 nd * 1,52450 vd * 59,6

   ²¹R₈-OO

   ¹ R₃ * - 36,856 Dicke = 0,44 nd * 1,72825 vd = 28,3

   j R * - 57,800 Dicke « 1,.76 nd * 1,54072 vd * 47,2

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