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The Perkin-ElmerOorporation, Norwalk, Connecticut, USA Kompaktes katadioptrisches
apochromatisches System Die Erfindung betrifft ein kompaktes katadioptrisches System
zur Verwendung als langbrennweitiges photographisches Objektiv.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Systeme, die für
photographische Objektive geeignet sind, und speziell auf ein langbrennweitiges
kompaktes, hochkorrigiertes katadioptrisches System, welches ein großes Teleobjektivverhältnis
besitzt und bei welchem Apochromatismus erreicht wird vollständig mit ziemlich flachen
sphärischen Flächen, welche zonale sphärische Aberration vermeiden und damit die
Notwendigkeit asphärischer Flächen zur Korrektur sphärischer Aberration.
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Katadioptrische Systeme, die so aufgebaut und hinreichend korrigiert
sind, um als langbrennweitige photographische Objektive verwendet zu werden, sind
bekannt, beispielsweise durch US-PS 3 547 525. Es ergeben sich jedoch bei katadioptrischen
Systemen schwerwiegende Nichtlinearitäten
und infolgedessen sind
die Brennweiten vorbekannter katadioptrischer Systeme ziemlich begrenzt, und die
erforderlichen Korrekturen werden im allgemeinen erreicht durch Verwendung wenigstens
einer asphärischen Fläche.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im wesentlichen massives
katadioptrisches System zu schaffen, welches besonders geeignet als photographisohes
Objektiv ist - obwohl es nicht notwendigerweise auf eine solche Verwendung beschränkt
ist -, welches eine größere Brennweite und ein wesentlich größeres Teleobjektivverhältnis
liefert, als es mit vorbekannten katadioptrischen systemen dieser Art erhalten wird,
und welches einen hohen Grad von Korrektur und Apochromatismus mit einfacheren Flächen
erreicht als sie bisher bei solchen Systemen vorgesehen waren.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß gleich achsig zueinander
ausgerichtet die nachfolgenden Glieder angeordnet sind: ein massives brechendes
Xragglied beatehend aus einem Grundkörper und einem Teil von kleinerem Durchmesser,
der von der Vorderseite des Grundkörpers vorsteht, ein Paar von sphärischen reflektierenden
Innenflächen an entgegengesetzten Seiten des Traggliedes bestehend aus einer ringförmigen,
sammelnden reflektierenden Fläche an der Rückseite des Traggliedes mit einer zentralen
Öffnung und einer kreisförmigen zerstreuenden reflektierenden Fläche an der Vorderseite
des vorstehenden Teils des Traggliedes, welche Licht von der sammelnden reflektierenden
Fläche erhält und dieses Licht durch die Öffnung in der ringförmigen reflektierenden
Fläche reflektiert, und
Mittel zur Erzeugung von Apochromatismus
des Systems enthaltend eine vordere afokale Doublette bestehend aus einer positiven
Linse vor einer negativen Linse, die jede mit einem axialen Durchbruch versehen
und vor dem Grundkörper des Traggliedes angeordnet sind, wobei der vorspringende
Teil des Traggliedes durch diese Durchbrüche ragt, daß die positive Linse und das
Tragglied aus dem gleichen Material bestehen, dessen Brechungsindex sich um einen
wesentlichen Betrag von dem Brechungsindex des Materials der negativen Linse unterscheidet,
und daß das Material der negativen Linse im wesentlichen das gleiche Dispersionsvermögen
besitzt wie das Material der positiven Linse und des Traggliedes.
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Vorteilhafterweise ist der Brechungsindex des Materials der positiven
Linse und des Traggliedes etwa -17% geringer als der Brechungsindex des Materials
der negativen Linse, und die Differenz des Dispersionsvermögens des Materials der
positiven Linse und des Traggliedes und des Dispersionsvermögens des Materials der
negativen Linse ist kleiner als 1%. Infolgedessen wird der Apochromatismus erreicht
ausschließlich mit ziemlich flachen sphärischen Flächen (von großem Radius), welche
das Auftreten von zonaler sphärischer Abetation vermeiden und damit die Notwendigkeit
asphärischer flächen, Der Grundkörper kann eine- zentrale Ausnehmung aufweisen,
die sich von der Rückseite her dort hinein erstreckt In dieser Ausnehmung können
Linsenmittel zur Erhöhung der Brennweite des Systems und zur Korrektur von
Linsenfehlern
angeordnet sein. Die Linsenmittel enthalten vorzugsweise gleichachsig zueinander
ausgerichtete von vorn nach hinten eine zweite negative Linse, eine gekittete Doublette
und eine dritte negative Linse. Dabei kann die gekittete Doubiette und die dritte
negative Linse zur Änderung der Brennweite des Systems in einer axial beweglichen
Halterung gehaltert sein.
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Ein nach einer bevorzugten Ausftilirungsforut der Erfindung aufgebautes
photographisches Objektiv liefert eine Brennweite von 1400 mm mit einem großen Teleobjektivverhältnis.
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Es hat ein Längenverhältnis von im wesentlichen 1, d.h.
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der Fassungsdurchmesser ist etwa der gleiche wie die Fassungslänge,
welche gleich dem Abstand zwischen der ersten und zweiten reflektierenden Fläche
an entgegengesetzten Enden des brechenden Tragkörpers ist. Es besitzt eine äquivalente
Brennweite, die ungefähr achtzehnmal so lang ist wie die Fassungslänge, eine auBgezeichnete
Abschirmung gegen unerwünschtes Licht und hervorragende Bildqualität innerhalb des
gesamten Gesichtsfeldes und Über das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts.
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Die zentrale Abdeckung dieses Objektivs ist kleiner als 50%, und 7/10
der Felddiagonale ist frei von Vignettierung.
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Diese Eigenschaften machen das Objektiv besonders geeignet zur Verwendung
beispielsweise bei einer handelsübliche n 35 mm einäugigen Spiegelreflexkamera.
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Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehörige Zeichnung zimmer erläuert. Die Zeichnung zeigt ein optische.
Diagran eines katadioptrischen Systems nach der Erfindung.
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Ein katadioptrisches System nach der Erfindung enthält ein massives,
brechendes Tragglied 10 bestehend aus einem Grundkörper, welcher von zwei Teilen
CD gebildet ist, und einem vorspringenden Teil e, welcher einen kleineren Durchmesser
hat als der Grundkörper CD und von der Vorderseite (d.ho der linken Seite in der
Zeichnung) des Grundkörpers vorspringt. Die Teile ODE, welche das ragglied 10 bilden,
bestehen alle aus dem gleichen brechenden Material und sind miteinander verkittet,
so daß sie ein einheitliches, massives Tragglied bildend Sie werden getrennt hergestellt,
da dies die geeigneste Weise ist, sphärische Flächen auf den verschiedenen gleichachsig
zueinander ausgerichteten Flächen des Traggliedes nach den Erfordernissen des Systems
zu formen, Eine axiale Ausnehmung 11 erstreckt sich von der Rückseite des Traggliedes
und besitzt eine im wesentlichen ebene innere Endwandung (d.ho ihr Radius R8 ist
unendlich), die am leichtesten dadurch erhalten wird, daß die Ausnehmung ii vollständig
durch den Teil D hindurch verläuft, so daß ihre innere Stirnwandung von der rückwärtigen
Stirnfläche des Teiles o gebildet wird0 Auf der Rück- und Vorderseite des Traggliedes
10 sind ein Paar von inneren reflektierenden Spiegeln 12 und 13 vorgesehen. Der
Spiegel 12, welcher der Hauptspiegel des Systems ist, ist ein ringförmiger sammelnder
Spiegel des Radius R6, der auf der Rückseite des Teiles D gebildet ist. Eine zentrale
Öffnung durch den ringförmigen Spiegel 12 wird durch die axiale Ausnehmung 11 gebildet.
Der Spiegel 13, welcher der zweite Spiegel ist, ist ein kreisförmiger zerstreuender
Spiegel des Radius R7, welcher auf der Vorderseite des nach vorn vorstehenden Teiles
E gebildet ist0
An der Vorderseite des Systems ist eine afokale
Doublette 14 bestehend aus einer positiven Linse A vor einer negativen Linse B mit
einem Luftraum 15 dazwischen auf dem Teil E des Traggliedes 10 gehaltert. Der Teil
E erstreckt sich durch axiale Löcher dadurch die Linsen A und B, die in geeigneter
Weise mit dem Teil E verkittet sind.
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Der Umfang des Teiles E ist in geeigneter Weise geschwärzt oder sonstwie
beschichtet, bevor die Doublette 14 darauf montiert wird, um unerwünschtes Licht
absuschirmein. Ein zylindrisches Gehäuse 16 ist in geeigneter Weise um die Seiten
des Traggliedes 10 und die Doublette 14 herumgesetzt, um das System zu schützen
und weiter zu versteifen0 Um Apochromatismus in dem System zu erreichen, sind nach
der Erfindung sowohl die positive Linse A als auch das Tragglied 10 aus dem gleichen
brechenden Material hergestellt, welches im wesentlichen das gleiche Dispersionsvermögen
(V-Zahl) wie das brechende Material besitzt, aus welchem die negative Linse B hergestellt
ist, aber dessen Brechungsindex wesentlich von dem Brechungsindex des IXterialsder
negativen Linse abweicht. Speziell sollten die Dispersionsvermögen der beiden Materialien
um weniger als 19a' und vorzugsweise um nicht mehr als etwa 0,8 voneinander abweichen,
während die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Materials des Trag gliedes
und der positiven Linse und dem Brechungsindex des Materials der negativen Linse
in der Größenordnung von etwa 17% liegt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
ist der Brechungsindex des Materials der positiven Linse und des Traggliedes ungefähr
17i geringer als der Brechungsindex des Materials der negativen Linse.
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Die positive Linse und das Tragglied werden vorzugsweise aus extra
leichtem Flintglas hergestellt, welches einen Brechungsindex von ungefähr 1,541
und ein Dispersionsvermögen (V-Zahl) von etwa 47,2 besitzt, während die negative
Linse vorzugsweise aus einem dichten Lanthan-Flintglas hergestellt ist, welches
einen Brechungsindex von ungefähr 1,803 und ein Dispersionsvermogen von ungefähr
46,8 besitzt Die hier angegebenen Brechungsindices betiehen sich in üblicherweise
auf eine Wellenlänge von 5893 Å für die Natrium D Linie.
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Mit der vorstehenden Beziehung der Breohungsindices und des Dispersionsvermögens
wird eine apochromatische Korrektur, d.h. eine Freiheit von sekundärer Farbe und
Sphärochromatismus, für das System mit sphärischen Flächen von ziemlich flacher
Krümmung erhalten. Somit wird das Auftreten von zonaler sphärischer Aberration und
damit die Notwendigkeit asphärischer Flächen zur Korrektur derselben vermieden,
und das System kann mit sphärischen Flächen für alle gekriüimitenFlächen aufgebaut
werden. Die Raden R1 bis R7 der jeweiligen Flächen der Linsen A und B und der Teile
D und E des Traggliedes 10, und die relativen Durchmesser dieser Linsen und Teile
sind so, daß Licht, welches in das System durch die afokale Doublette 14 eintritt,
nach hinten durch die Teile C und D des Traggliedes hindurchläuft zu dem ringförmigen
ersten Spiegel 12, welcher das Licht nach vorn durch die Teile D, o und E zu dem
kreisförmigen zweiten Spiegel 13 reflektiert, welcher' dann das Licht zurück durch
die Teile E und a in die axiale Ausnehmung 11 reflektiert, welche die Öffnung durch
die Mitte des ringförmigen ersten Spiegels 12 bildet.
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Eine negative Linse F, eine gekittete Doublette 17, bestehend aus
einer negativen Linse G und einer positiven Linse H und eine weitere negative Linse
1 sind in dieser Reihenfolge gleichachsig ausgerichtet in der, axialen Ausnehmung
11 angeordnet um Licht, welches von dem zweiten Spiegel 13 reflektiert ist, zu erfassen.
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Diese Linsen dienen dazu Bildfeldfehler zu korrigieren und die Brennweite
des Systems zu erhöhen.
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Wie dargestellt ist, ist die negative Linse F in geeigneter Weise
in der Ausnehmung 11 befestigt. Die Doublette 17 und die rückwärtige negative Linie
1 sind in einer Halterung 18 von rohrförmiger Grundform gehaltert, die axial relativ
zu den übrigen Teilen beweglich ist, um den Brennpunkt des Systems, zu verändern
und einzußtellen.
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Es folgt eine Tabelle I, welche die relativen Werte für ein spezielles
Beispiel eines nach der Erfindung aufgebauten katadioptrischen System angibt.
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Wie üblich bedeutet die Abwesenheit eines Vorzeichens vor Zahlenwerten
einen positiven Wert und zeigt WnF daß eine Fläche zum Objekt hin (d.h. nach links
in der Zeichnung) konvex ist und daß ein Abstand von links nach rechts gemessen
wird. Ein Minuszeichen zeigt an, daß eine Fläche konkav zum Objekt ist und daß ein
Abstand von recht nach links gemessen wird.
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Tabelle I Brennweite 1400 mm relative Öffnung f/20 Gesichtsfeld 1,90
Gesamtlänge 7,5 cm ( 3 Zoll ) vorderer Scheitelabstand 12,75 cm ( 5,10 Zoll ) Bildabstand
5,78 cm ( 2,31 Zoll ) Glied Radius Dicke Abstand Atialab- Brechungs- Dispersion
stand von index * ( V Nr. ) Eintritt R1 14.6874 0.5000 0.000 1.541 47.2 R2 -3.4096
0.500 0.050 B R3 -3.3873 0.1000 0.550 1.803 46.8 R4-21.9712 0.650 0.000 C-D R5 433.5875
2.3000 0.650 1.541 47.2 R6 -7.3398 2.950 -1.000 E-C R7 -1.6553 1.700 -0.050 1.541
47.2 R8 1«650 0.073 F R9 6.7448 1.1500 1.723 1.621 35.9 RiO 3.2451 1.873 0.540 G
R11-1.2586 0.0500 2.413 1.623 56.9 R12 1.2031 2.463 0 H R12 1.2031 0.1500 2.463
1.621 35.9 R13-0.9731 2.613 0.0805 I R14-0.7994 0.1000 2.694 1.623 56.9 R15 1.5730
2.794 * Natrium-D-Line, 5893 Å