DE3102816A1

DE3102816A1 - "wellenlaengen- und temperaturunabhaengiges, einzelnes optisches system mit sphaerischen oberflaechen"

Info

Publication number: DE3102816A1
Application number: DE19813102816
Authority: DE
Inventors: David R Shafer
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-28
Publication date: 1982-02-11
Also published as: JPS56121012A; JPH0334043B2; GB2068585B; US4344676A; GB2068585A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein weilenlängen- und temperaturunabhängiges, einzelnes, optisches Element mit sphärischen Oberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung solche optische Einrichtungen, die zum Fokussieren und Divergentmachen von Laserstrahlen oder anderen monochromatischen Strahlen verwendet werden können.

Aus der US-PS 2,571,657 ist eine Anzahl von monozentrischen Linsensystemen bekannt, die auch ein System umfassen, welche dem in Fig. 1 dieser Anmeldung dargestellten sehr ähnlich ist. Solche Systeme können, wenn sie monozentrisch sind, für die dritte und fünfte Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert v/erden, vorausgesetzt der Brechungsindex des

(·-·. Elementes beträgt η = 1,4-4-5· Solche Ausgestaltungen haben

Farblängsfehler und Sphärochromatismus und können nur bei -einer einzigen Wellenlänge v.ervrandt werden. Sie sind daher wellenlängenempfindlich und, wenn sich die Temperatur ändert ändert sich der Brechungsindex, wodurch die Korrektur verlorengeht, welche lediglich bei η = 1,4-4-5 gut bzw. zufrieder stellend ist.

Es wurde nun herausgefunden, daß ein Einzelelement mit nicht-monozentrischen, sphärischen Oberflächen bezüglich der dritten Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert werden kann, und daß es auch zusätzlich entweder für den Sphärochromatismus oder den Farblängsfehler korrigiert werden kann, und daß es bei mehrfachem Durchgang für beide korrigiert werden kann. Laser-Pokussierelemente,

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die für die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und für den Sphärochromatismus korrigiert sind, sind äußerst praktisch, da die einzige, bei einer verschiedenen Wellenlänge hervorgerufene inderung die inderung der Brennpunktslage ist, die ohne weiteres kompensiert werden kann. In gleicher Weise ist eine Anzahl von Einzelelementen zum Divergentmachen möglich, bei denen die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und der Farblängsfehler korrigiert sind. Diese Ausbildungen weisen Sphärochromatismus auf, jedoch ist der Sphärochromatismus nicht groß und sie können über einen breiten Wellenlängenbereich verwandt werden. Es wurde auch herausgefunden, daß gewisse optische Einzelelemente mit drei Strahldurchgängen in bezug auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration, auf Sphärochromatismus und auf den 3?arblängsf ehler korrigiert werden können.

Ein Laserstrahl-Fokussierelement nach der Erfindung, welches in zwei Elemente aufgeteilt ist, die in einem Material mit der gleichen Temperaturcharakteristik angeordnet sind, kann für beide, die dritte Ordnung und die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration und für Sphärochromatismus korrigiert werden.

Alle offenbarten Ausbildungen können bei vielen verschiedenen Wellenlängen und bei vielen unterschiedlichen Umgebungstemperaturen eingesetzt werden, ohne daß ihre Korrekturen verlorengehen bzw.. zerstört werden.

Alle Ausbildungen sind "dick". Das heißt, der kürzeste Abstand durch das durchlässige Element längs der optischen Achse beträgt wenigstens ein Viertel des kürzesten Radius

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irgendeiner der optischen Oberflächen. Ferner können alle Ausbildungen mit einem einzigen oder einem doppelten Durchgang einen Brechungsindex von weniger als 1,55 haben.

Eine besondere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein optisches System mit einem Einzelelement zu schaffen, welches Wellenlängen- und temperaturunabhängig ist.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein solches optisches System zu schaffen, bei dem nur sphärische Oberflächen verwandt werden.

Eine wiederum andere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein optisches System der vorhergehenden Art zu schaffen, welches zur Verwendung als Laserfokussierelement geeignet ist.

Eine noch andere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, optische Elemente mit den obigen Eigenschaften zu schaffen, welche zum Divergentmachen eines Laserstrahls geeignet sind.

Eine weitere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, optische Elemente mit den obigen Eigenschaften zu schaffen, welche verglichen mit Parabolspiegeln der gleichen Brennweite große Bildfeldwinkel aufweisen.

Der Erfindung liegt auch die Zielsetzung zugrunde, solche optischen Elemente zu schaffen, welche eine kleine Wellenfront verformung aufweisen.

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Eine noch andere Zielsetzung der Erfindung besteht darin, eine etwas verbesserte Arbeitsweise solcher optischen Systeme zu schaffen, indem sie in zwei Elemente aufgeteilt werden.

Noch weitere Zielsetzungen der Erfindung sind teilweise offensichtlich und ergeben sich teilweise aus dem Folgenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Jig. 1 ein Schnittbild eines Fokussierelementes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Wellenfrontverformung, die durch das in Fig. 1 gezeigte Fokussierelement hervorgerufen wird,

Fig. 3 ein Schnittbild eines Fokussierelementes,

welches eine Hälfte des in Fig. Λ gezeigten optischen Elementes umfaßt,

Fig. 4 ein Schnittbild eines Fokussierelementes,

aus zwei Elementen, welches dem in Fig. 1 gezeigten ähnlich ist,

Fig. 5 ein Schnittbild eines achromatischen Streuelementes, welches keine sphärische Aberration dritter Ordnung aufweist,

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Fig. 6 ein Schnittbild eines 1 : 1 (F/1) achromatischen Streuelementes,

Fig. 7 ein achromatisches Streuelement aus einem
einzigen Element, welches eine Hälfte des
in Fig. 6 gezeigten Elementes umfaßt,

Fig. 8 ein Schnittbild eines kompakten Streuelementes mit drei Strahldurchgängen,

Fig. 9 ein Schnittbild eines Streuelementes mit

drei Strahldurchgängen, welches für die dritte Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert
werden kann,

Fig. 10 zeigt ein ähnliches Element mit drei Durchgängen welches keine Abdunklung aufweist.

Im folgenden werden die gleichen Bezugszeichen für die
gleichen Elemente bei den verschiedenen Zeichnungen verwandt .

Es gibt viele Verwendungen für Laserstrahlen, bei denen das Licht fokussiert werden muß, um eine Punktquelle zu schaffen Optische Prüfung und Untersuchungen, bei denen Einzelheiten in Mikrongröße für optische Speicher geschrieben oder gelesen werden und ähnliches benötigen häufig Laser-Fokussiereinrichtungen großer Lichtstärke (fast f number) und mit begrenzter Beugung. Mikroskopob^ektive können verwandt werder jedoch haben sie die nachteilige Eigenschaft sehr kurzer Arbeitsabstände für Lichtstärken von 1 : 1,0 oder mehr. Fernei

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umfassen sie viele optische Elemente, welche eine Vielzahl von Geisterbildern, unerwünschte Laserstreufelder und Streuung erzeugen. Lichtstarke Parabolspiegel können verwandt werden, um einen Laserstrahl auf einen Punkt zu fokussieren, jedoch ist die Herstellung kleiner Größen schwierig und teuer und sie haben einen sehr kleinen Gesichtsfeldwinkel.

Auf der Jahrestagung 197.9 der optischen Gesellschaft in Rochester, N.Y. wurde ein catadioptrisches System mit einem monozentrisehen Einzelelement beschrieben, welches dem gemäß Pig. 1 sehr ähnlich ist. Dies kann für die dritte Ordnung und die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert werden, wenn es monozentrisch ist, vorausgesetzt, daß der Brechungsindex des Elementes η = 1,445 ist. Es zeigt bei großer Lichtstärke eine sehr gute Leistung ohne Peldaberrationen mit Ausnahme der Petzval-Krümmung. Es weist einen Langsfarbföhler und Sphärochromatismus auf, so daß diese Ausbildung lediglich für monochromatische Anwendungen vorgesehen ist, es sei denn das Element wird achromatisch gemacht, indem es in zwei unterschiedliche Gläser aufgeteilt wird.

Wenn das Element keinen Brechungsindex von n= 1,445 aufweist, können die dritte und die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration nicht korrigiert werden, es sei denn die monozentrische Bedingung wird aufgegeben. Dies wiederum führt zu Peldaberrationen. Bei der Untersuchung solcher Ausbildungen mit einem Einzelelement aus verschiedenen Materialien, wobei es nicht monozentrisch, jedoch für die dritte und die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert war, wurde festgestellt, daß der Sphärochromatismus nahezu

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korrigiert war. Im Gegensatz hierzu hatten monozentrische Ausbildungen eine beträchtliche Größe an Sphärochromatismus.

Somit lag eine Ausbildung vor, die nicht monozentrisch war, jedoch eine gute Leistung zeigte. Es wurde, dann das Temperat verhalten untersucht, wobei sich herausstellte, daß sich die Leistung über einen großen Temperaturbereich nicht änderte.

Eine nähere Untersuchung der Ausbildung gemäß der US-PS 2,571*657, bei der ebenfalls ein einziges Teil vorliegt, welches jedoch monozentrisch ist, hatte zum Ergebnis, daß dieses bekannte System gegenüber Temperaturänderungen empfir lieh ist, wenn es auch nicht sehr empfindlich ist. Jedoch weist es nicht die große Unempfindlichkeit der bereits oben genannten Ausbildung auf.

!Naher Untersuchungen ergaben, daß ein großer Unterschied .. im Hinblick auf die Temperaturempfindlichkeit zwischen

einer monozentrisehen Ausgestaltung und einer solchen vorliegt, die es nicht ist. Rechnungen ergaben, daß das aus der US-PS 2,571,657 bekannte System nicht in HinbüJck auf Sphärochromatismus korrigiert ist. Das bedeutet, daß sich bei diesem System die sphärische Aberration sowohl mit der Wellenlänge als auch mit der Temperatur ändert. Bei der Untersuchung einer nicht-monozentrischen Ausbildung ergab sich, daß der Sphärochromatismus nahezu bei der nichtmonozentrischen Ausbildung korrigiert ist. Dadurch, daß von der Monozentrizität abgewichen wurde, ergab sich, daß die dritte und fünfte Ordnung der sphärischen Ab errat io] genau korrigiert ist. Und durch die genaue Korrektur der

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dritten und fünften Ordnung der sphärischen Aberration hebt sich der Sphärochromatismus nahezu wenn auch nicht vollkommen auf. Weitere Überlegungen führten dazu, daß es möglich sein müßte, daß sich der Sphärochromatismus genau aufhebt und dadurch korrigiert wird, daß eine der anderen Bedingungen aufgegeben wird. Aufgegeben wurde in diesem Pail die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration, und es wurde nicht langer versucht, diese zu korrigieren. "Vielmehr wurde versucht, die dritte Ordnung der sphärischen— Aberration und den Sphärochromatismus zu korrigieren.Dies hatte zum Ergebnis, daß ein System bzw. Element erhalten wurde, welches vollkommen unempfindlich hinsichtlich der Wellenlänge und der Temperatur ist, wobei sich jedoch nicht eine so gute Leistung ergibt, als wenn die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert wäre. Jedoch können von den drei Größen dritte Ordnung der sphärischen Aberration, fünfte Ordnung der sphärischen Aberration und Sphärochromatismus lediglich zwei dieser drei Größen in Hinblick auf die zur Verfügung stehenden Variablen korrigiert werden, wenn ein Einzelelement und ein doppelter Strahldurchgang beabsichtigt sind.

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung, die nicht-monozentrisch ist und in Hinblick auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und den Sphärochromatismus korrigiert ist. Diese optimalisierte f/1,0 Ausbildung weist eine sphärische Oberfläche 12 mit einem Radius von -1,0569 und eine verspiegelte, sphärische Oberfläche 14· mit dem Radius -2,7174 an dem Element 16 auf, welches längs der optischen Achse 18 eine Dicke von 1,4867 hat. Die fünfte Ordnung der sphärischen Aberration ist sehr klein, jedoch scheint es unmöglich zu sein, sie und den Sphärochromatismus zur gleichen Zeit

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zu korrigieren. Fur eine der beiden Größen kann korrigiert werden, jedoch nicht beide gleichzeitig. Es liegt weiterhin ein Farblängsfehler vor, so daß sich der Brennpunkt mit der Wellenlänge verschiebt. Die Leistung bzw. das Arbeitsvermögen ändert sich mit der Wellenlänge jedoch nicht.

In Fig. 2 ist die Verformung der Wellenfront für die f/1,0 Ausbildung gemäß Fig. 1, x^elches eine Brennweite von 2,5 cm aufweist, so daß eine Ausbildung von handlicher Größe zur Verwendung als ein kleines Laserstrahl-Fokussierelement erhalten wird. Die Wellenfrontqualität beträgt - λ/20 bei 0,6328Mm. Die Ausbildung wurde dahingehend optimiert, daß die dritte und fünfte Ordnung der sphärischen Aberration und eine Defokussierung ausgeglichen wurden, um eine optimale Leistung zu erreichen, während der Sphäromchromatismus (d.h. die chromatische Änderung der dritten Ordnung der sphärischer Aberration) zu Null gemacht wurde.

Bei dieser Ausgestaltung wird Schott BK-7 Glas verwandt, welches einen Brechungsindex aufweist, da?sich von ungefähr n=i,49 bis n=1,55 innerhalb des verwendbaren Bereiches der Durchlässigkeit im Spektrum (von 0,3 bis 2,3^Am) ändert. über diesen äußerst großen Spektralbereich ändert sich die Wellenfrontqualität um weniger als A/100 bezüglich λ =0,6328yi(m. Es ist so unempfindlich, daß es wirklich nicht von größerer Bedeutung ist, welches Glas verwandt wird, um das in Fig. 1 gezeigte System herzustellen. Wenn man von leichtem Kronglas 2u dichtem Flintglas übergeht und alle Radien unverändert läßt, wird die Leistung nicht merklich beeinträchtigt.

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Die Ausbildung gemäß Pig. 1 bildet ein Laserstrahl-Fokussierelement großer Lichtstärke und großer Leistung, welche mit irgendeinem Laser vom Ultravioletten bis zu 1,06Am und darüber hinaus verwandt werden kann. Die Lage des Brennpunktes 20 wird sich etwas verändern, wenn Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen verwandt werden, da die Ausbildung nicht bezüglich des Farblängsfehlers korrigiert ist, jedoch bleibt die Qualität der Wellenfront unbeeinflußt. Ferner ist die Wirkung einer gleichförmigen Temperaturänderung an diesem Einzelelement nahezu verschwindend klein. Da es sich um die Ausbildung mit einem Einzelelement handelt, verändert eine Temperaturausdehnung lediglich den Maßstab des Elementes ein wenig und sie hat keine Wirkung auf dessen Leistung. Andererseits ist die Brechungsindexänderung mit der Temperatur über einen Bereich von hunderten Grad Celsius viel kleiner als diejenige aufgrund des bereits untersuchten Spektralbereiches. Tätsächlich wäre eine Änderung von nahe dem absoluten Nullpunkt bis nahe dem Schmelzpunkt des BK-7 erforderlich, um eine so große Änderung des Leistungsvermögens hervorzurufen, wie es der Spektralbereich von 0,3 bis 2,3>fcm tut. Dies geht natürlich von der Annahme aus, daß keine Wärmegradienten oder Materialinhomogenitäten vorliegen.

Der verwendbare Gesichtsfeldwinkel wird durch Koma begrenzt und ist relativ klein. Er ist jedoch sechsmal größer als der durch Beugung begrenzte Peldwinkel eines Parabolspiegels mit der gleichen Brennweite und relativen Öffnung.

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Fig. 3 zeigt, auf welche Weise das System gemäß Fig. 1 halbiert werden kann, um eine leichter zugängige Brennpunktslage 20 zu erzielen. Dies gibt natürlich gleichzeitig eine kleinere Lichtstärke. Endlich konjugierte Ausbildungen sind auch möglich.

Obgleich die Ausbildung gemäß Fig. 1 eine sehr kleine sphärische Aberration fünfter Ordnung auf v/eist, können durch Aufteilen des Elementes in zwei Teile, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, die sphärische Aberration dritter und fünfter Ordnung und der Sphärochromatismus korrigiert werden. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wurde die Spiegeloberfläche 22 von dem Element 24 durch einen Luftspalt 26 getrennt. Vorzugsweise werden die Spiegelbefestigung 27, das Element 24 und die Ringhalterung 28, welche sie zusammenhalt, alle aus dem gleichen Material hergestellt (d.h. BK-7 oder Quarzglas). Durch diese Maßnähme kann eine Temperaturunempfindlichkeit aufrechterhalten werden.

Bei einer Ausbildung, welche nicht in Hinblick auf höhere Ordnungen optimiert ist, werden eine sphärische Oberfläche 30 mit einen Radius von - 6,QOO,eine sphärische Oberfläche 32 mit einem Radius von - 13,729, ein Spiegel 22, der ebenfalls sphärisch ist und bequemerweise den gleichen Radius von -13*729 hat, ein Element mit einer Dicke längs der optischen Achse 34 von 5>7O2 und ein Luftabstand 26 längs der Achse 34 mit einer Dicke von 2,553 verwandt.

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Bei vielen Gelegenheiten "beim optischen Prüfen ist es nicht erforderlich, eine zugängige Punktquelle zu haben da eine virtuelle Punktquelle genauso gut dient. Pur diese Fälle gibt es mehrere interessante Ausbildungen eines Einzelelementes, die nun erläutert werden. Die Zielsetzung "bleibt stets die gleiche, nämlich die Ausbildungen in Hinblick auf eine gleichförmige Temperaturänderung oder auf Wellenlängenänderungen unempfindlich zu machen.

Fig. 5 zeigt das einfachste dieser Systeme. Es handelt sich um eine sehr dicke Linse 36 mit einem Brennpunkt auf der optischen Achse 39 innerhalb des Elementes. Der divergierende Ausgang 40 liefert eine virtuelle Punktquelle zur "Verwendung beim optischen Prüfen. Das Element, welches eine positive Oberfläche 42 und eine nahezu ebene Oberfläche 44 aufweist, hat eine Lichtstärke von 1:2,5. Bei einer solchen Ausbildung können die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und der Färblängsfehler korrigiert werden, jedoch kann der Sphärochromatismus nicht gesteuert bzw. korrigiert werden. Eine gleichförmige Temperaturänderung oder eine Wellenlängenänderung beeinflußt niht die Lage der virtuellen Punktquelle, jedoch ändert sich die Qualität der Wellenfront aufgrund des Sphärochromatismus. Diese Ausbildung weist auch eine große sphärische Aberration fünfter Ordnung auf.

Fig. 6 zeigt ein System, welches bei großer Lichtstärke eine ausgezeichnete Leistung aufweist. Es ist auch achromatisch und ebenfalls nicht in Hinblick auf den Sphärochromatismus

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korrigiert. Pig. 7 zeigt, auf welche Weise das System halbiert werden kann, so daß der Ausgang von dem Einfallsstrahlenbündel wegbewegt wird. Dies verringert natürlich. die Lichtstärke.

Bei einem achromatischen Strahl streu element 46 mit 1/Λ ,0 gemäß der in Fig. 6 gezeigten Ausbildung, bei der Schott BK-7 Glas bei einer Brennweite von 2,5 cm verwandt wird, weis dieses eine leicht positiv gekrümmte sphärische Eintrittsoberfläche 48 und eine verspiegelte, sphärische Oberfläche 50 mit einem kürzeren Radius auf. Der Brennpunkt 52 befindet sich innerhalb auf der optischen Achse 54. Diese Ausbildung ist bezüglich der dritten Ordnung der sphärischen Aberration und des Längsfarbfehlers bzw. der farbmäßigen Verformung in Längsrichtung korrigiert und erzeugt eine Verformung der Vellenfront von - A/8 bei 0,6328yUm. Die in Fig. 7 gezeigte Ausbildung ist die gleiche wie die gemäß Fig. 6, wobei sie jedoch halbiert wurde, um eine Abdunklung zu vermeiden. Die relative öffnung beträgt 1:2,5·

Eine verschiedene Art eines Systems ist in Fig. 8 gezeigt, bei der das Austrittsstrahlenbündel in der gleichen Richtung wie das Eintrittsstrahlenbündel sseigt, wie in der Fig. 5.

Die monochromatische Leistung ist sehr gut und es handelt sich um eine kompaktere Ausgestaltung als bei den anderen Systemen. Diese f/1,0 Ausgestaltung erzeugt eine Vellenfrontabweichung von A/8 bei 0,6328^m bei einer Brennwert« von 2,5 cm.

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Bei der Ausbildung gemäß Fig. 8 ist die gesamte sphärische, rückwärtige Oberfläche 58 des Elementes 56 mit Ausnahme des Mittelbereiches 60 verspiegelt. Dadurch ist ein mittlerer Bereich der vorderen sphärischen Oberfläche in dem mittigen Bereich 62 verspiegelt. Das Licht tritt somit von links ein, wird an der Oberfläche 58 reflektiert, wird erneut an der Oberfläche 62 reflektiert und tritt durch die öffnung 60 in der Oberfläche 58 aus, wobei es in den Brennpunkt 64-auf der optischen Achse 66 innerhalb des Elementes 56 fokussiert worden ist. Das Element 56 ist in Hinblick auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und den Farblängsfehler korrigiert, jedoch ist es nicht bezüglich des Sphärochromatismus korrigiert und es weist eine erwähnenswerte Größe an Abdunklung auf. Es gibt auch eine andere Ausbildung von dieser Art, die in Fig. 9 gezeigt ist, und die ebenfalls achromatisch und bezüglich der dritten Ordnung der sphärischen Aberration korrigiert ist. In Fig. 10 ist dargestellt, auf welche Weise das Einfallsstrahlenbündel zu einer Seite verschoben v/erden kann, so daß das Austrittsstrahlenbündel günstiger austritt. Bei dem Element 68 gemäß Fig. 9 wird eine teilweise reflektierende, rückwärtige, sphärische Oberfläche 70 und eine mittig verspiegelte, vordere, sphärische Oberfläche 72 verwandt. Ton besonderem Vorteil ist hier, daß der Sphärochromatismus korrigiert werden kann. Zusammen mit dem Farblängsfehler und der sphärischen Aberration dritter Ordnung ist er genau korrigiert, wenn das Einzelelement einen Brechungsindex von n=1,71 aufweist und die Dicke und die Eadien richtig gewählt sind. Keine der anderen Ausbildungen kann gleichzeitig in Hinblick auf alle drei Aberrationen korrigiert werden, wie auch immer der Brechungsindex sein mag.

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Schott Glas SF-1 weist ungefähr den richtigen Brechungsindex für die Systeme gemäß den Pig. 9 und Ί0 auf. Es ermöglicht eine Ausbildung, welche innerhalb eines äußerst großen Temperatur-und Wellenlängenbereiches sowohl eine konstante Leistung als auch eine konstante, virtuelle Brennpunktslage aufweist. Es ist absolut überraschend, daß mit einem einzelnen Element und ohne asphärische Oberflächen soviel erreicht werden kann. Das Element 74· gemäß 3?ig· 10 weist eine verspiegelte, rückwärtige, sphärische Oberfläche 76 im oberen Bereich und eine vordere, sphärische Oberfläche 77 mit einem verspiegelten Bereich 78 auf, die verschoben und unterhalb des verspiegelt Bereiches 76 angeordnet ist.

Man sieht, daß die eingangs genannten Zielsetzungen, wie sie durch die vorhergehende Beschreibung offensichtlich geworden sind, tatsächlich erreicht werden. Da gewisse Änderungen an den vorhergehend beschriebenen Gegenständen und Ausbildungen vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, wird darauf hingewiesen, daß die in der vorhergehenden Beschreibung enthaltene oder in den anliegenden Zeichnungen dargestellte Materie im Sinne einer Erläuterung und keiner Beschränkung zu verstehen ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß mit dem Ausdruck "sphärisch' wenn dieser hier verwandt wird, audi flache Oberflächen eingeschlossen werden, d.h. jene mit einem Radius von Unondlicl

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Claims

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The Perkin-Elmer Corporation

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Wellenlängen- und temperaturunabhängiges, einzelnes optisches System mit sphärischen Oberflächen.

Patentansprüche

Optisches System, gekennzeichnet durch erste und zweite, sphärische Oberflächen (12,14·), die eine gemeinsame optische Achse (18) aufweisen und die äußeren Oberflächen des Systems bilden und um mehr als ein Viertel des kleineren der Radien der Oberflächen . (12,14) beabstandet sind, und durch festes, optisches Material (16) einer Art, welches zwischen den Oberflächen angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche an dem Material ausgebildet ist und wobei das System in Hinblick auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration

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TELEFON (OBO) 33 38 83

TELEX OS-SO 38O

TELEQRAMMC MONAfAT

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und auf entweder Sphärochromatismus oder Farblängsfehler korrigiert ist.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (14·) sphärisch ist und das gleiche Vorzeichen wie die erste Oberfläche (12) aufweist.
3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Oberfläche (1A-) ein Spiegel ist.
4. Optisches System nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet , daß das optiche Material ein einziges Element (16) und der Spiegel auf diesem angeordnet ist.
5. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das optische Material ein einziges Element (2A-) und der Spiegel (22) von dem einzigen Element beabstandet ist und daß eine Befestigungseinrichtung (27,28) an der das Element (2A-) und der Spiegel (22) befestigt sind, den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie das Element (24) aufweisen.
6. Optisches System nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Befestigungseinrichtung (27,28) aus dem gleichen Material wie das Element (24) gebildet ist.
7- Optisches System, gekennzeichnet durch ein einziges, durchlässiges Element (16), durch erste und zweite, sphärische Oberflächen (12,14) auf diesem Element, die eine gemeinsame Achse (18) aufweisen,und wobei die Dicke zwischen den Oberflächen (12,14) des Elementes größer als

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ein Viertel des kleinacm der Oberfl ach enradi en ist und wobei die Radien der Oberflächen (12,14) und der Brechungsindex des Elementes (16) derart gewählt sind, daß ohne weitere optische Oberflächen die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und entweder der Sphärochromatismus oder der Farblängsfehler korrigiert sind.
8. Optisches System nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß das System in bezug auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und auf den Sphärochromatismus korrigiert ist.
9- Optisches System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Brechungsindex kleiner als 1,55 ist.
10. Optisches System nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet , daß die erste Oberfläche (12) negativ gekrümmt ist und daß die zweite Oberfläche ein negativer Spiegel (14) ist.
11. Optisches System nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet , daß es für eine 1:1 (f/1,0) Ausbildung optimiert ist, wobei das Element aus der Quarzglas und BE-7 umfassenden Gruppe gewählt ist, und daß der Radius der ersten Oberfläche (12) - 1,0569? der Radius der zweiten Oberfläche (14) -2,7174 und die Dicke des Elementes längs der optischen Achse 1,4867 beträgt.
12. Optisches System nach Anspruch 10 oder 11,. dadurch gekennzeichnet , daß das Einfallsstrahlenbündel gegenüber der optischen Achse (18) versetzt ist, um einen von dem Einfallsstrahlenbündel beabstandeten Brennpunkt (20) zu schaffen.

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13· Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Oberfläche (62)positiv und die zweite Oberfläche (58) negativ gekrümmt ist, wobei- die erste und die zweite Oberfläche teilweise verspiegelt sind.
14. Optisches System nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Mittenbereich der ersten Oberfläche (62) verspiegelt ist und daß der gesamte Bereich der zweiten Oberfläche ein teilweise reflektierender Spiegel ist.
15· Optisches System nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der untere Bereich (78) der ersten Oberfläche (77) und der obere Bereich (76) der zweiten Oberfläche verspiegelt ist.
16. Optisches System nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß das System auch in bezug auf den Farblängsfehler korrigiert ist-
17· Optisches System nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Brechungsindex des Elementes im wesentlichen 1,71 ist.
18. Optisches System nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Element aus SF-1 gebildet ist.
19- Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das System in bezug auf die dritte Ordnung der sphärischen Aberration und auf Farblängsfehler korrigiert ist.

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20. Optisches System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß der Brechungsindex des Elementes kleiner als 1,55 ist.
21. Optisches System nach Anspruch 19j dadurch gekennzeichnet , daß die erste Oberfläche positiv gekrümmt ist und daß die zweite Oberfläche negativ gekrümmt ist mit einem Radius von Null bis Unendlich.
22. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Radius der zweiten Oberfläche wesentlich größer als der der vorderen Oberfläche ist.
23· Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Oberfläche verspiegelt ist.
24. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Mittenbereich der ersten Oberfläche und der äußere Bereich der zweiten Oberfläche verspiegelt sind.

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