DE2508384A1 - Katoptrisches system - Google Patents

Description

KatoptrLsches System

Die Erfindung betrifft ein katoptrisches System, und insbesondere ein Objektivlinsensystem, bei dem ein großes relatives Öffnungsverhältnis erforderlich ist, beispielsweise ein Linsensystem, wie es in Kameras für die Röntgenfluoroskopfotografie verwendet wird.

Ein bekanntes katoptjdsches Objektivlinsensystem (Jap. Patentschrift Nr. 39-26447) weist drei Komponenten mit unterschiedlicher Funktion auf. Die erste Komponente, gerechnet von der Seite mit dem längeren konjugierten Abstand aus, besteht aus einer konkavkonvexen Linse und einer konvex-konkaven Linse, die unter Abstand voneinander angeordnet sind und eine schwache Streuwirkung zu dem gesamten System beitragen. Die zweite Komponente dient nur als Reflektor, und die dritte Komponente weist eine negative Linse auf, trägt jedoch eine Sammelwirkung zu dem gesamten System bei. Die Aberrationsfehler, beispielsweise die sphärische Aberration und das Koma des gesamten Systems außer der Bildfeldwölbung, die sich aus der Verwendung des Spiegels in der zweiten Komponente ergibt, werden durch eine geeignete Ausführung der ersten Komponente korrigiert, und die Bildfeldwölbung wird durch eine geeignete Ausgestaltung der dritten Komponente kompensiert. Um die sphärische Aberration, die sich aus der Verwendung des Spiegels ergibt, zu

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

509 8 35/0771

Figur 3 ein Linsenblockdiagramm eines speziellen Ausführungsbeispiels eines Linsensystems, das nach den Zahlenangaben aufgebaut ist, die in Tabelle 1 zusammengefaßt sind; und

Figuren 4A, 4B und 4C graphische Darstellungen der Aberrationskorrekturen, die für die sphärische Aberration, den Astigmatismus bzw. die Verzeichnung bei dem System von Figur 3 erreicht werden.

Figur 1 zeigt das an sich bekannte, katoptiische Objektivlinsensystem, das oben erwähnt wurde. Das Linsensystem besteht aus der ersten Komponente I, der zweiten Komponente II und der dritten Komponente III sowie einer Blende B. Die erste Komponente I besteht aus einer konkav-konvexen Linse I. und einer konvex-konkaven Linse I2· Die zweite Komponente II besteht im wesentlichen aus einem reflektierenden Spiegel, während die dritte Komponente III ein negatives Linsenelement aufweist, wie bereits beschrieben wurde.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines katoptrischen Systems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Objektivlinse einer Kamera für die Röntgenfluoroskopfotografie, d.h. für eine Kamera, die fotografische Aufnahmen in einem Röntgenstrahlen-Fluoroskop macht. Von der Röntgenröhre X gehen Röntgenstrahlen aus, und auf der Fluoreszenzplatte FP wird ein reelles Bild der Fluoreszenz-Röntgenstrahlen erzeugt, das als Objekt für das katoptiische System dient. Das katoptrische Objektivlinsensystem weist drei in Reihe angeordnete, koaxiale und axial unter Abstand angeordnete Komponenten auf, die in Richtung der Lichtstrahlen, die in das System von der Seite mit dem längeren konjugierten Abstand zu der Seite mit dem kürzeren konjugierten Abstand durchtreten, ein konvergentes Linsenelement 1 in Form einer konkav-konvexen Linse mit einer konkaven Fläche, die dem Objekt zugekehrt ist, einen konkaven Mangin-Spiegel 2, der durch eine konvex-konkave Linse gebildet wird, deren brechende Oberfläche a, die näher bei dem Objekt lieqt, eine größere Krümmung als die reflektierende Fläche b hat, die weiter von dem Objekt entfernt ist, und eine konvergente Bildebnerlinse 3 auf,

509835/0771

kompensieren, muß eine Streulinsenkomponente als erste Komponente verwendet werden, wodurch man bei dem Bestreben, den Spiegeldurchmesser auf ein Minimum herabzusetzen, Opfer bringen muß. Unter dem Gesichtspunkt einer Vereinfachung der Aberrationskorrektur hat diese grundlegende Anordnung des an sich bekannten, katoptsdsehen Objektivlinsensystems mit hohem Öffnungsverhältnis Nachteile bei der wirkungsvollen Korrektur der Komaaberration in der Gesamtabbildung , die sich aus der Verwendung des Spiegels ergibt, weil die konkav-konvexe Linse, die zur Korrektur der Komaaberration dient, und die konvex-konkave Linse, die zur Korrektur der sphärischen Aberration dient, dicht beieinander in der ersten Komponente angeordnet sind, so daß sich ein nachteiliger Effekt bei der Korrektur der Komaaberration in der Gesamtabbildung ergibt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein katoptri.-sches Objektivlinsensystem mit hohem Blendenverhältnis anzugeben, das bezüglich der verschiedenen Aberrationen einschließlich des Komas in der Gesamtabbildung gut korrigiert ist. Diese Aufgabe wird durch das in dem Hauptanspruch gekennzeichnete System gelöst, wobei die UnteranSprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisieren. Bei der Erfindung wird eine konvergente Linse als erste Komponente (die sonst bei dem bekannten System divergent ist) und ein Mangin-Spiegel als Reflektor verwendet, wobei der Durchmesser des Mangin-Spiegels nach wie vor auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Linsenblockdiagramm eines an sich bekannten, katoptri.-schen Objektivlinsensystems;

Figur 2 einen schematischen Schnitt, der den grundlegenden Aufbau eines katoptri.se hen Objektivlinsensystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;

509835/0771

die aus wenigstens drei Linsenelementen besteht, von denen wenigstens eines divergent ist. Es ist zu beachten, daß alle brechenden und reflektierenden Oberflächen außer der hintersten Oberfläche der Bildebnerlinse 3 konkav zu dem Objekt sind. In Figur 2 ist schließlich noch eine Blende AS und ein fotografischer Film 4 gezeigt, der in einem Filmgehäuse 5 angeordnet ist.

Um die Korrektur der verschiedenen Aberrationen und insbesondere die Korrektur des Komas zu erleichtern, das die Arbeitsweise des gesamten Systems begrenzt, soll die Äquivalenzbrennweite F. der konvergenten Linse 1 in Einheiten der Äquivalenzbrennweite f des gesamten Systems in folgendem Bereich liegen:

3.5f = F₁ = 4f (1)

Im Hinblick auf die Korrektur der sphärischen Aberrationen muß die Äquivalenzbrennweite F~ des Mangin-Spiegels 2 in folgendem Bereich liegen:

1 .2f = F₂ ^ 1 .6f (2)

Die Bildebnerlinse 3 ist vorgesehen, um die Bildfeldkrümmung zu kompensieren, die durch den Mangin-Spiegel 2 verursacht wird. In diesem Zusammenhang muß die Äquivalenzbrennweite F₃ der Bildebnerlinse 3 in der Größenordnung der Äquivalenzbrennweite eines herkömmlichen Bildebners und insbesondere in folgendem Bereich liegen:

O < F₃ = 2f (3)

Die Verbesserung des erfindungsgemäßen Systems gegenüber dem Stand der Technik bezüglich der Aberrationskorrektur ist besser aus einem Vergleich mit dem in Figur 1 gezeigten System ersichtlich. Bei wachsender axialer Trennung der konvex-konkaven Linse I₉ von der konkav-konvexen Linse I wird die Korrektur des Komas, die durch die geeignete Ausgestaltung des Elementes I₁ bewirkt wird, entsprechend verbessert, wobei ein Abfall in dem Teil der

509835/0771

Komakorrektur auftritt, der durch das Element I„ beseitigt wird. Unter diesem Gesichtspunkt kann das in Figur 2 gezeigte erfindungsgemäße System als Resultat davon gesehen werden, daß man die Trennung zwischen den Elementen I₁ und I₂ in annehmbarer Weise auf ein solches Maß begrenzt, daß das Element I„ mit dem Spiegel II in Figur 1 kombiniert wird. Auf dieser Basis entspricht dann die konvergente Linse 1 in Figur 2 dem Element I₁ in Figur 1. Diese Änderung der Linsenanordnung ist möglich, weil die Position der Linsenkomponente, die den Hauptteil der Brechkraft zu dem gesamten System gegenüber dem Spiegel beiträgt, die Korrektur der sphärischen Aberrationen nicht so stark beeinflußt. Folglich wird die Korrektur des Komas in der Gesamtabbildung in dem erfindungsgemäßen System erheblich verbessert. Ein weiterer Vorteil, der sich.aus der Trennung der Elemente I₁ und I₂ ergibt, ist, daß der Durchmesser des Spiegels II aufgrund der Konvergenzwirkung des Elementes I₁ herabgesetzt werden kann.

Im folgenden werden spezielle Beispiele für ein katoptrisches Objektivlinsensystem angegeben, wie es hier beschrieben und gezeigt ist. Dabei wird auf das Linsensystem von Figur 3 Bezug genommen. Die folgenden Tabellen geben Zahlenangaben für die Krümmungsradien R₁ bis R₁₂ der Linsenelemente, die in Richtung der Lichtstrahlen nummeriert sind, die von der Seite mit dem längeren konjugierten Brennpunktabstand zu der Seite mit dem kürzeren konjugierten Brennpunktabstand durch das System hindurchtreten, die axialen Dicken d.. bis dg der entsprechenden Elemente, die axialen Abstände S₁ bis S^ zwischen den aufeinanderfolgenden, durch Luftspalte voneinander getrennten Elemente sowie die entsprechenden Brechungsindices N₁ bis N^ für die spektrale D-Linie des Natriums und die Abbeschen Zahlen V₁ bis V₇ für die entsprechenden Linsenelemente.

Beispiel	I
f	= 100
F1 =	= 3.
F2 -	= 1.
F3 =	= 0.
, 69f
,28f
,72f

relatives Öffnungsverhältnis =1 : 0.57 Bildvergrößerung =1 : 4.56

509835/0771

R1	= -501.	.9	6	60.2	3	10.5
	d1 =	13.3	.4	.3
R2	= -163.	.4	13.3	= 1.3
	S1 =	60.2	.9	2
R3	= -88.6		16. 1	= 7.8
	d2 =	10.7	1
R4	= -176	.3	= 22.3
	d2 '	10.7
R5	= -88.
	S2 =
R6	= -163
	d3 =
R7	= -501
	S3 =
R8	= -52.
	d4 =
R9	= -112
	S4 =
R10	= -52.
	d5 =
R11	= -30.
	d6 =
R12	= OC

= 1.62004 V₁ = 36.3

= 1.51633 V₂ = 64.1

N₃ = 1.51633 V₃ = 64.1

N₄ = 1.62004 V₄ = 36.3

N. = 1.51633 V₅ = 64.1

N₆ = 1.78472 V₆ = 25.7

N₇ = 1.51633 V₇ = 64.1

509835'0771

Abmessungen der Linsenelemente

Element Dicke öffnungs- Bemerkung

durchmesser ^y

I II	d1 (oder d3) d2	116 0 122 0	Komponente 1 in Figur 2 Mangin-Spiegel
III	d4	57 0 Λ
IV	d5	54 0 L	Komponente 3
V	d6	47 0j

Aus Figur 4 ergibt sich, daß das System, das entsprechend den Zahlenangaben in Beispiel I aufgebaut ist, bezüglich der verschiedenen Aberrationen bzw. Abbildungsfehlern gut korrigiert ist.

Beispiel II

f = 214.1 relatives Öffnungsverhältnis =1 : 0.57

F₁ = 3.71f Bildvergrößerung = 1 : 4.67

F₂ = 1.54f F₃ = O.83f

R₁ = -840.3

d₁ = 27.0 N₁ = 1.62004 V₁ = 36.3 R₂ = -313.3

S₁ = 143.1 R = -180.1

d₂ = 21.0 N₂ = 1.51633 V₂ = 64.1

509835/0 7

R4 =	-341.0	N3	= 1	.51633	V3	= 64	.1
	d2 = 21.0
R5 =	-180.1
	S2 = 143.1
R6 =	-313.3	N4	= 1	.62004	V4 =	36.	3
	d3 = 27.0
R7 =	-840.3
	S3 = 10.9
R8 =	-90.0	N5		.51633	V5 :	= 64	. 1
	d4 = 20.6
R9 -	-149.2
	S4 = 2.6
R10 =	-93.6	Ju	= 1	.71736	V6 =	= 29	.5
	d5 = 12.0
R11 =	-56.0	N7	= 1	.51633	V7 =	= 64	. 1
	d6 = 36.0
	Q-S.

Das erfindungsgemäße katoptjische System, das für

die Röntgenfluoroskopfotografie geeignet ist, weist einen sphärischen, konkaven Reflektor auf, der so angeordnet ist, daß er das Fluoreszenzlicht, welches von einer Objektebene kommt, auf einen Bildebner mit positiver Brechkraft richtet, der vor einem fotografischen Film angeordnet ist. Der Reflektor besteht aus einer konvexkonkaven Linse mit einer Primärfläche, die der Objektebene zugewandt ist, und einer Sekundärfläche, die verspiegelt ist. Um es möglichst leicht zu machen, den Reflektordurchmesser auf ein Minimum herabzusetzen, ist eine konkav-konvexe Linse mit einer konkaven Oberfläche, die der Objektebene zugewandt ist, zwischen

509835/0771

dem Reflektor und dem Bildebner angeordnet, so daß sie dazu beiträgt, die von der Bildebene kommenden Lichtstrahlen konvergent zu machen, bevor sie in den Reflektor abgegeben werden.

509835/0 7 71

Claims (3)

1. Patentansprüche

   Katoptrisches System mit hohem Blendenverhältnis, das einen Reflektor mit einer konkaven, reflektierenden Fläche, die dem Objekt zugekehrt ist, eine Fotodetektoreinrichtung, die dem Reflektor zugewandt ist, und eine Bildebnerlinse mit positiver Brechkraft aufweist, die neben der Fotodetektoreinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (2) durch eine konvex-konkave Linse mit Flächen unterschiedlicher Krümmung gebildet ist, wobei die flachere Oberfläche verspiegelt ist, und daß das System eine konvergente Linse (1) aufweist, die zwischen dem Reflektor (2) und der BiIdebnerlinse (3) angeordnet ist.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Äquivalenzbrennweiten der konvergenten Linse (1), des Reflektors

   (2) und der Bildebnerlinse (3), die mit F^, F₂ und F₃ bezeichnet sind/ jeweils in folgenden Bereichen liegen:
3. 3.5f = F₁ = 4f
   1.2f = F₂ = 1.6f ' O ^" F₃ 5" 2f

   wobei f die Äquivalenzbrennweite des gesamten Systems ist.

   3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergente Linse (l)eine konkav-konvexe Linse ist, deren konkave Fläche dem Objekt zugewandt ist.

   509835/0771