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Lichtstarkes katadioptrisches Objektiv
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Die Erfindung geht aus von einem licht starken katadioptrischen Objektiv
nach dem Oberbegriff des Hauptan spruchs.
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Bei diesem Gegenstand handelt es sich um ein aus drei, im allgemeinen
durch Luftabstände getrennten Gliedern bestehendes System, das als mittleres Glied
einen Mangin-Spiegel aufweist. Objektive dieser Bauart lassen, wie schon J. Flügge
in Z. Instrumentenkunde 61 , 175 (1941) vermutet hat, öffnungsverhältnisse bis 1:1
und anastigmatisch geebnete Felder bis um 300 erreichen.
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Systeme dieser Bauart sind zuletzt von L. Canzek in Optica Acta 26,
279 (1979) beschrieben worden. Sie sind dadurch charakterisiert, daß auf eine bikonvexe
Frontlinse ein Mangin-Spiegel und auf diesen wiederum eine bikonvexe Linse folgt,
die auch durch eine zentral auf den Mangin-Spiegel aufgekittete Linse zusammen mit
diesem gebildet sein kann. Dabei wird der Strahlengang durch Spiegelung an der Hinterfläche
der Frontlinse umgekehrt und damit die Baulänge des Systems verkürzt. Um eine gute
optische Korrektion zu erreichen, kann diese Spiegelung auch an mit der Frontlinse
verkitteten weiteren Linsen erfolgen, so daß Systeme mit 9 bis 12 optisch wirksamen
Flächen resultieren.
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Systeme dieser Bauart weisen, wie eine entsprechende Untersuchung
gezeigt hat, zwei Nachteile auf: Durch die Umkehrung des Strahlengangs an der erhabenen
Hinterfläche
der Frontlinse oder einer entsprechenden Ersatzfläche
wird die Petzval-Summe des Systems vergrößert und die bikonvexe Form der dritten
Linse oder ihres Ersatzes wirkt einer Korrektur des Astigmatismus entgegen. Dies
ist der Grund dafür, daß dieser Systemtyp zur ausreichenden Korrektur aller Abbildungsfehler
9 bis 12 optisch wirksame Flächen benötigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile
von vornherein zu vermeiden und einen entsprechend guten Korrektionszustand bereits
mit 7 bis 8 optisch wirksamen Flächen zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Hauptanspruchs
gelöst.
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Nach der Erfindung ist es somit erforderlich, daß die Hinterfläche
der Frontlinse eine Planfläche ist, womit zwar eine Korrektionsmöglichkeit entfällt,
die Petzval-Summe dieser Fläche aber Null wird. Ferner ist erforderlich, daß die
dritte Linse als gegen das einfallende Licht zu erhabener, sammelnder Meniskus durchgebildet
ist, womit die besten Voraussetzungen für eine sehr gute anastigmatische Bildfeldebnung
gegeben werden.
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Wie entsprechende Rechnungen gezeigt haben, lassen sich auf diese
Weise aus drei einfachen Linsen bestehende Mangin-Spiegelobjektive konstruieren,
die bei Lichtstärken bis 1:1.2 anastigmatisch geebnete Bildfelder von 200 und mehr
aufweisen. Zugleich ist damit der Typ dieser Spiegelobjektive auf seine einfachst
mögliche Form gebracht: Auf eine konvexplane Frontlinse folgt mit Luftabstand ein
Mangin-Spiegel, und auf diesen wiederum mit Luftabstand ein gegen das einfallende
Licht zu erhabener, sammelnder Meniskus, wobei zur Verkürzung der Baulänge des Systems
das vom Mangin-Spiegel reflektierte Strahlenbündel durch
eine zentrale
Verspiegelung der Planfläche der Frontlinse abermals reflektiert wird.
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Bei einer Weiterbildung einer Grundform des erfindungsgemäßen Objektivtyps
mit nur sieben optisch wirksamen Flächen befindet sich der gegen das einfallende
Licht zu erhabene, sammelnde Meniskus in einer zentralen Bohrung des Mangin-Spiegels;
er kann zur Verbesserung der Feldeigenschaften eine Kittfläche enthalten. Der Meniskus
kann aber auch zur Vermeidung einer Bohrung im Mangin-Spiegel durch das Aufkitten
je einer kleinen Bikonvex- und Bikonkav-Linse auf dem Mangin-Spiegel ausgebildet
sein. Bedingung ist nur, daß beide an Luft grenzende Endflächen gegen das einfallende
Licht zu erhaben sind.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein dreilinsiges Mangin-Spiegelobjektiv
mit Luftabständen zwischen den Gliedern, das aus einer konvexplanen Frontlinse,
einem Mangin-Spiegel und einem sammelnden Meniskus besteht, dessen Flächen gegen
das einfallende Licht zu erhaben sind, wobei zur Verkürzung der Baulänge des Systems
der zentrale Teil der Planfläche der Frontlinse als optisch unwirksamer Umlcehrspiegel
benützt wird. Zur Verbesserung der Feldkorrektur bei größten Öffnungsverhältnissen
kann der Meniskus eine Kittfläche enthalten und er kann auch zur Vereinfachung der
Herstellung des Systems Bestandteil des Mangin-Spiegels sein.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis Fig. 4 vier Varianten des
Erfindungsgegenstandes.
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In jeder Figur ist neben dem Systemschnitt die Kurve der sphärischen
Längsaberrationen für die Farben c = 656.30 nm, d = 587.60 nm und F = 486.10 nm
und für die Brennweite f' = 100.0000 dargestellt. Die folgenden zugehörenden Tabellen
geben die Konstruktionsdaten für dieselbe Brennweite wieder, wobei mit r1 bis r9
die Radien, mit e1 bis e8 die Dicken und Abstände, mit n1 bis n9 die Brechungsindices
und mit 9 d die Abbeschen Dispersionswerte bezeichnet sind. In jeweils anschließenden
Tabellen sind die Flächenteilkoeffizienten der Beispiele und ihre Summen nach der
3.0rdnung, sowie die Scheitelradien der Bildfeldschalen für z1 = 0, also für die
mit dem Scheitel der Frontlinse zusammenfallenden Eintrittspupillen, aufgeführt.
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1. Beispiel: Dreilinsiges Mangin-Spiegelobjektiv, R=1:1.25, Fig.
1 Eonstruktionsdaten: r1= 337.9849 el= 7.2272 n1= 1.61772 Vd= 49.77 r2 # e2= 46.4605
n2= 1.
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e2- 2 r3= -137.3167 e3= 6.1947 n3= 1.56384 vd= 60.80 r4= -208.0399
e4= 6.1947 n4= 1. (Reflexion) r5= 137.3167 e5= 46.4605 n5= 1.
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r6 oo e6= 46.4605 n6= 1. (Reflexion) r7= 30.4575 e - 6.1947 n7= 1.57384
Vd= 60.80 7-r8= 361.3597 --- n8= 1.
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s'= 5.7268 f'= 100.0000 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen
nach der 3. Ordnung: Fläche Ä B C P V 1 .0061 .0207 .0698 .1130 .6179 2 .0037 -.0205
.1120 -.0000 -.6128 3 -.1679 .1252 -.0934 -.2626 .2656 4 .1274 -.2022 .3210 -.6147
.4663 5 .0116 -.0602 .3125 -.2626 -.2587 6 -.0000 .0000 -.0000 .0000 .0000 7 -.0105
.0894 -.7603 1.1838 -3.6002 8 .0326 .0341 .0357 -.0998 -.0671 z .0030 -.0135 -.0028
.0571 -3.1891 Scheitelradien der Bildfeldschalen für zl = 0: Meridionale Schale:
r = 20.53 f' Sagittale Schale: r = 18.42 f'
2. Beispiel: Dreilinsiges
Mangin-Spiegelobjektiv, R = 1:1.7 , Fig. 2 Konstruktionsdaten: r1= 337.7729 e1=
6.1909 n1= 1.61772 Vd= r2= oo e2= 46.4314 n2= 1.
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r3= -136.7147 e3= 6.1909 n3= 1.56384 vd= 60.80 r4= -207.9095 e4= 6.1909
n4= 1. (Reflexion) r5= 136.7147 e5= 46.4314 n5= 1.
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r6= # e6= 46.4314 n6= oO 6 e6= 46.4314 n6= 1. (Reflexion) r7= 30.9543
e7= 6.1909 n7= 1.56384 Vd= 60.80 r8= 335 3379 --- n8= 1.
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s'= 6.0231 f'= 100.0000 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen
nach der 3.Ordnung: Fläche A B C P V 1 .0061 .0207 .0699 .1130 .6179 2 .0038 -.0205
.1122 -.0000 -.6136 3 -.1702 .1271 -.0949 -.2637 .2677 4 .1275 -.2034 .3246 -.6151
.4637 5 .0110 -.0587 .3134 -.2637 -.2653 6 -.0000 .0000 .0000 -.0000 .0000 7 -.0105
.0895 -.7598 1.1648 -3.4376 8 .0341 .0330 .0320 -.1075 -.0732 .0016 -.0123 -.0026
.0277 -3.0404 Scheitelradien der Bildfeldschalen für z1 = 0: Neridionale Schale:
r = 50.25 f' sagittale Schale: r = 39.84 f'
3 Beispiel: Dreilinsiges
Mangin-Spiegelobjektiv, R = 1:2, Fig. 3 Konstruktionsdaten: rl= 338.3417 el= 4.2030
nl= 1.61772#d= 49.17 r2= oo e2= 47.2838 n2= 1.
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r3= -134.4961 e3= 4.2030 n3= 1.56384 vd= 60.80 r4= -203.8456 e4= 4.2030
n4= 1. (Reflexion) r5= 134.4961 e5= 47.2838 n5 = 1.
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r6= oo e6= 47.2838 n6= 1. (Reflexion) r7= 29.3159 e7= 4.2030 n7= 1.56384
Vd= 60.80 r8= 288.9564 --- n8= 1.
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s'= 6.5412 f'= 100.0000 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen
nach der 3.Ordnung: Fläche A B C P V 1 .0061 .0206 .0698 .1129 .6179 2 .0037 -.0205
.1123 -.0000 -.6150 3 -.1766 .1294 -.0949 -.2681 .2660 4 .1326 -.2114 .3369 -.6274
.4630 5 .0097 -.0553 .3164 -.2681 -.2766 6 .0000 .0000 .0000 .0000 -.0000 7 -.0105
.0904 -.7793 1.2299 -3.8859 8 .0366 .0360 .0355 -.1248 -.0879 # .0016 -.0107 -.0034
.0544 -3.5185 Scheitelradien der Bildfeldschalen für z1 = 0: Meridionalee Schale:
r = 22.62 f' Sagittale Schale: r = 19.61 f'
4. Beispiel: Vierlinsiges
Mangin-Spiegelobjektiv, R = 1.1.19 , Fig. 4 Konstruktionsdaten: rl= 418.0011 el=
7.3150 n1= 1.75719 Vd= 47.81 r2= oo e2= 47.0251 n2= 1.
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r3= -142.6429 e3= 6.2700 n3= 1.64050 Vd= 60.10 r4= -208.4781 e4= 6.2700
n4= 1. (Reflexion) r5= 142.6429 e5= 47.0251 n5= 1.
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r6= oo e6= 47.0251 n6= 1. (Reflexion) r7= 31.8726 e7= 4.7025 n7= 1.64050
vd= 60.10 r8= -62.7002 e8= 1.5675 n8= 1.69673 vd= 56.42 r9= 522.5014 --- n9= 1.
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s'= 5.5392 f'= 100.0000 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen
nach der 3. Ordnung: Fläche A B C P V 1 .0034 .0140 .0587 .1031 .6761 2 .0040 -.0220
.1216 .0000 -.6710 3 -.1607 .1261 -.0989 .2737 .2923 4 .1200 -.1917 .3062 -.5848
.4451 5 .0150 -.0705 .3300 .2737 -.2639 6 -.0000 .0000 -.0000 .0000 .0000 7 -.0118
.0936 -.7395 1.2250 -3.8375 8 -.0024 -.0093 -.0357 -.0322 -.2615 9 .0352 .0442 .0555
-.0786 -.0290 .0027 -.0155 -.0020 .0850 -3.6493 Scheitelradien der Bildfeldschalen
für z1 = 0: Meridionale Schale: r = 12.66 f' Sagittale Schale: r = 12.05 f'