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Optisches System Es ist bekannt, daß die Herbeiführung der anastigmatischen
Bildfeldebnung auf um so größere Schwierigkeiten stößt, je lichtstärker das
betreffende optische System ist.
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Man hat nun den Vorschlag gemacht, von dem sonst üblichen Verfahren
der Fehlerverbesserung durch sogenannte Simultankorrektion abzu-ehen und die Behebung
ge-ZD 23 lb wisser Fehler, insbesondere der astigmatischen, in eine getrennte Linsenfolge
zu verlegen. Dieser Weg ist praktisch beschritten worden, indem man ein hinsichtlich
des Öff-
nungsfehlers und der Erfüllung der Sinusbedingung korrigiertes Objektiv
hoher Lichtstärke mit einer Zerstreuungslinse verband, die sich in der Nähe «der
Brennebene des Objektivs befindet und als Korrektionslinse unter dem Namen Smythsche
Linse schon seit langem bekannt ist. Diese wirkt zufolge ihrer Lage nahe der Brennebene
des eigentz> lichen Objektivs auf den Öffnungsfehler so gut wie gar nicht ein, bei
geeigneter Form aber kann sie gemäß der Theorie der Bildfehler 3. Ordnung
sehr wohl eine anastigmatische Bildfeldebnung herbeiführen, wenn bei behobenem Astigmatismus
die Bildschalen des Objektivs ihre Hohlung dem einfallenden Licht zukehren.
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Liegen jedoch die'Bildschalen anders herum, kehren sie also
dem einfallenden Licht die erhabene Seite zu, so würde die Smythsche Linse die Bildrandfehler
noch verschlechtern.
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Ein solches Verhalten der astigmatischen Bildschalen ist bei einigen
Linsenfolgen festzustellen, z.B. bei gewissen lichtstarkenDreilinsern nach dem Cooke-Typ.
Es tritt vorzugsweise bei sammelnden Systemen auf, die eine spiegelnde Fläche enthalten
(Linsenspieue t' 1), deren Vorzug es aber ist, daß sie sich
noch
für Öffnungen aplanatisch korrigieren lassen, die bei einer reinen Linsenfolge unmöglich
wären oder eine solche Zahl brechender Flächen erfordern würden, daß der erreichbare
Lichtgewinn durch Reflexionsver-Inste wieder aufgehoben würde.
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Die Erfindung geht von einem optischen System aus, das in bekannter
Weise mit mindestens zwei brechenden Flächen versehen ist, von denen wenigstens
eine praktisch konzentrisch zum axialen Bildpunkt liegt, so daß die sich im axialen
Bildpunkt vereinigenden Strahlen diese Fläche senkrecht durchsetzen. Erfindungsgemäß
wird die Lage der konzentrischen Fläche oder Flächen im System derart gewählt, daß
die beiden astiginatischen Bildschalen ganz oder annähernd zusammenfallen. Praktisch
wird hierdurch weder der Korrektionszustand- des Öffnungsfehlers und des Sinu.3bedingl-,#iigsf,--hlers
noch die Bild-Z, n
weite seitlicher Bildpunkte in den sagittalen Büscheln
beeinflußt. Es läßt sich nämlich beweisen, daß beispielsweise ein ebeties, achsensenkrechtes
Objekt OC gemäß Abb. i der Zeichnung, welches im Krümmungsmittelpunkt
C einer brechenden sphärischen Fläche steht, durch die sagittaleil Büschel
wieder in der achsensenkrechten Ebene durch den Krümmungsmittelpunkt scharf abgebildet
wird. Zielt demnach ein einfallender Strahl nach einem Objektpunkt 0, der
in einer durch den Kugelmittelpunkt C gelegten achsensenkrechten Ebene liegt, so
durchstößt der ge-
brochene Strahl diese Ebene bei Ost, wo der sagittale Bildpunkt
des eben betrachteten Strahles ist, denn man braucht sich nur die ganze Figur um
die Achse 0 C rotierend zu denken, uni zu erkennen, daß alle auf der durch
die Rotation des gebrochenen Strahles entstehenden Kegelfläche liegenden Strahlen
sich in 0,' vereinigen müssen.
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In den meridionalen Büscheln hingegen wird das ebene Objekt nicht
mehr in einer Ebene abgebildet, sondern in einer mehr oder weniger durchgebogenen
Bildschale 0",'C. Der als R bezeichnete Krümmungshalbmesser im Scheitelpunkt
der nieridionalen Bildschale ist proportional dem Krüminungshalbmesser r der brechenden
Fläche, und es ist
Wenn nun die Flächen des optischen Sy-
stems, die der erfindungsgemäß angeordneten
kon7entrischen brechenden Fläche vorangehen, einen solchen astigmatischen Korrel,-tionszustapd
ergeben, daß die sagittale Bildschale bereits praktisch genügend geebnet ist, während
die meridionale Schale eine Durchbiegung aufweist, die nach derselben Seite
Z, L' hin konvex ist, nach der von der brechenden Fläche aus das Mittel mit
der höheren Brechungszahl liegt (Abb. 2a und 2b), SO
gelingt es bei passender
Wahl des Krümmungshalbmessers der konzentrischen Fläche, die nieridionale Bildschale
praktisch zu ebnen, w ihrend ä die sagittale, nahezu ebene Bildfläche praktisch
unverändert bleibt. Durch die beschriebene Maßnahme kann man also ein optisches
System so korrigieren, daß anastiginatischeBildfeldebnungzustandekommt, ohne daß,
wie schon oben angedeutet, die Korrektion von Öffnungsfehler und Fehler gegen die
Sinusbedingung durch die erfindungsgemäß angeordnete konzentrische brechende Fläche
beeinträchtigt wird.
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Was hier für den besonderen Fall einer astigmatischen Korrektion bei
schon ebener sagittaler Bildschale näher ausgeführt wurde, läßt sich sinngemäß auf
den Fall verallgerneinern, daß die sagittale Bildschale gewölbt ist und die nieridionale
Schale unter gleicher Wölbung mit ihr zusammengelegt wird. Dabei spielt es keine
Rolle, wieviel brechende oder spiegelnde Flächen noch auf die konzentrische brechende
Fläche bis zum endgültigen Bilde folgen. vielmehr kommt es nur darauf an, die Krümmung
der konzentrischen Fläche so zu wählen, daß die astigmatischen Schalen im endgültigen
Bilde zusammenfallen.
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Von besonderer Bedeutung ist die beschriebene Erfindung für Systeme
sehr hoher Apertur, insbesondere der oben schon kurz erwähnten Linsenspiegelsysteme
mit nurnerischen Aperturen bis über 0,4. Ist z. B. ein aplanatischer Linsenspiegel
hinsichtlich des Öffnungsfehlers und Fehlers gegen die Sinusbedingung korrigiert,
der astigniatische Korrektionszustand hingegen derart, daß die nieridionale und
die sagittale Bildfläche nach entgegengesetzten Seiten der durch den axialen Bildpunkt
gelegten Ebene durchgebogen sind, und ist hierbei gemäß Abb.3 die sagittale Bildschale
zum einfallenden Licht.konvex, die meridionale Bildschale zum einfallenden Licht
konkav, so werden bei größeren Bildwinkeln die Durchmesser der nahezu kreisförmigen
Zerstreuungsscheiben so beträchtlich, (laß ein solcher aplanatischer Linsenspiegel
nur innerhalb kleiner Bildfelder brauchbar ist, die um so kleiner sind,
je
höhere relative Öffnungen ausgenutzt werden sollen. Man kann jedoch z.
B. durch Hinzufügung eines aplanatischen Meniskus von passender Brennweite den astigmatischen
Korrektionszustand ohne Verschlechterung der Aplanasie derart abändern, daß die
sagittale Bildschale praktisch geebnet wird, wodurch dann allerdings die meridionale
Bildschale zum einfallenden Licht sehr stark
konkav wird (Abb. 4).
Dieses System läßt sich astigmatisch dadurch korrigieren, daß eine hinter dem aplanatischen
Meniskus angeordnete zum Brennpunkt konzentrische brechende Fläche, die einer plankonvexen
Halbkugellinse, deren Grundfläche mit der Brennebene des Systems zusammenfällt,
angehören kann, gemäß der Erfindung so durchgebogen wird, daß. sich die meridionale
Bildschale gleichfalls ebnet und somit die gewünschte anastigmatische Bildfeldebnung
erzielt wird (Abb. 5), wobei wiederum der aplanatische Korrektionszustand
in keiner Weise beeinträchtigt wird.
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Man kann noch kleine Restfehler dadurch korrigieren, daß man von der
Konzentrizität der Konvexfläche der halbkugelförmigen Linse um ein geringes abweicht.
In dem nachstehenden Zahlenbeispiel und Abb.
6 ist ein der Erfindung entsprechendes
aplanatisches, anastigmatisches und achromatisches Linsenspiegelsystem dargestellt,
welches bei einem Öffnungsverhältnis der Randstrahlen von F
: o,6 nicht nur
eine über die ganze öffnung praktisch zonenfehlerfreie Korrektion des öffnungsfehlers
und des Fehlers gegen die Sinusbedingung besitzt, sondern auch innerhalb eines Bildwinkels
vom 17' gegen die Achse anastigmatische Bildfeldebnung aufweist. Linsenspiegelsystem
f = ioo nirn.
| + 340 (Spiegelfläche) |
| d, = 26 nd 1,61,7 v = 54 |
| r-2 = - 1271 |
| d., = 8 ni 1,518 v =
59 |
| r, = + 168 |
| d? 41 |
| y4=: + 66 |
| d4 14 1,5,8 v 59 |
| + 96 |
| -ro + 55 ds 41 |
| d,3 55 nd:z--z 1,518 V 59 |
| 'Y7 W |