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Optisches System mit einem sphärischen Oberflächenspiegel und einem
Korrektionselement Im Laufe der Zeit sind verschiedene Spiegelsysteme für optische
Abbildungszwecke bekanntgeworden. Ein wichtiger Vorteil der Verwendung von Spiegeln
besteht darin, daß diese frei von chromatischen Aberrationen sind.
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Die einfachste Form eines Spiegelsystems ist der sphärische Spiegel.
Dieser hat im allgemeinen sphärische Aberration, die den Spiegel bereits bei kleinen
relativen Öffnungen unbrauchbar macht.
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Bei einem parabolischen Spiegel ist die sphärische Aberration vollständig
aufgehoben, wodurch die relative Öffnung theoretisch beliebig groß genommen werden
kann. Praktisch ist man aber stark darin beschränkt, weil die Technik der Parabolisierung
um so schwieriger wird, je größer die relative Öffnung des Spiegels ist. Neben diesem
Nachteil weist der parabolische Spiegel den großen Nachteil auf, daß ihm Koma anhaftet,
wodurch das Feld bis zu höchstens einigen Grad beschränkt ist.
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Es ist Schmidt gelungen, einen wichtigen Fortschritt zu tun, indem.
er im Krümmungsmittelpunkt eines sphärischen Spiegels ein Korrektionselement angebracht
hat, das die sphärische Aberration und den Astigmatismus des Spiegels aufhebt. Hiermit
gelang es Schmidt, ein Feld von etwa zg° bei einer relativen Öffnung von etwa z
: 1,4 zu erreichen. Die Einführung des Korrektionselementes ergibt chromatische
Aberration, die aber klein ist und auf eine von Schmidt
selbst angegebenen-Weise-unschädlich
gemacht werden kann. Ein Nachteil des Schmidtschen Systems besteht in der technischen
Schwierigkeit der Herstellung des Korrektionselementes, dessen Oberfläche eine Kurve
vierten Grades als Meridianschnitt darstellt. Außerdem ist die Größe des Feldes
für viele Zwecke noch nicht hinreichend.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System mit einem sphärischen
Oberflächenspiegel und einem Korrektionselement. Gemäß der der Erfindung zugrunde
liegenden Erkenntnis ist es der Patentinhaberin gelungen, mit einfachen optischen
Mitteln ein optisches System zu erhalten, mit dem bei großer Lichtstärke ein großes
Feld scharf abgebildet werden kann. Die Patentinhaberin hat nämlich gefunden, daß
dies dadurch erzielbar ist, daß ein geeignet gewähltes Korrektionselement mit sphärischen
Begrenzungsflächen in einem geeigneten Abstand von dem sphärischen Oberflächenspiegel
eines optischen Systems angeordnet wird.
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Eine Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung, bei
der das Korrektionselement im gleichen Sinne wie der Spiegel gekrümmt und, zwischen
dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und dem Spiegel angeordnet ist und nur einmal
von den sich an der Abbildung beteiligenden Strahlen durchlaufen wird, weist das
Kennzeichen auf, daß das Korrektionselement sphärische Begrenzungsflächen und den
Charakter einer schwachen negativen Meniskuslinse hat. Dabei empfiehlt es sich,
das Korrektionselement näher an den Brennpunkt des Spiegels als an den Spiegel und
den Krümmungsmittelpunkt des Spiegels heranzurücken.
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Eine andere Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung
weist das Kennzeichen auf, daß das Korrektionselement sphärische Begrenzungsoberflächen
und den Charakter einer schwachen negativen Meniskuslinse hat, die in entgegengesetztem
Sinne wie dieser Spiegel gebogen ist, wobei dieses Element in einem Abstand des
Spiegels angeordnet ist, der größer als der Krümmungsradius dieses Spiegels und#vorzugsweise
kleiner als das Dreifache des Krümmungsradius ist.
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Es hat sich erwiesen, daß es für den Korrektionszustand des letzten
optischen Systems nach der Erfindung günstig ist, den Abstand zwischen dem Spiegel
und dem Korrektionselement größer als das i,--5fache des Krümmungsradius des Spiegels
zu wählen. In diesem Fall ist es einfacher Korrektion für ein größeres Feld zu erhalten.
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Es ist bei der erstgenannten Ausführungsform des optischen Systems
nach der Erfindung günstig, die Blende an der von dem Spiegel abgewendeten Seite
des Korrektionselementes anzuordnen. Auf diese Weise erzielt man eine günstige Aufstellung
im Zusammenhang mit der Korrektion des Komas und des Astigmatismus. Aus dem gleichen
Grunde ordnet man bei der zweiten Ausführungsform des optischen Systems nach der
Erfindung die Blende vorzugsweise zwischen dem Korrektionselement und dem Spiegel
an.
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Wie erwähnt, weist das Korrektionselement der optischen Systeme nach
der Erfindung den Charakter einer schwachen negativen Meniskushnse auf. Es kann
z. B. das Korrektionselement durch eine einfache schwache negative Linse gebildet
werden oder aus mehreren Linsen zusammengesetzt sein, derart, daß die Gesamtstärke
des Korrektionselementes klein und negativ ist und die beiden Außenflächen des Korrektionselementes
im gleichen Sinne gebogen sind.
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Eine günstige Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung
ist jene, bei der von wenigstens einer der Oberflächen des Korrektionselementes
der Krummungsmittelpunkt höchstens in einem Abstand eines Viertels des Krümmungsradius
des Spiegels von dessen Krümmungsmittelpunkt entfernt und vorzugsweise im Krümmungsmittelpunkt
des Spiegels gelegen ist. Hierdurch kann man eine Korrektion für größere Felder
erzielen. Wenn von zwei Oberflächen des Korrektionselementes die Krümmungsmittelpunkte
derart gewählt werden, daß sie höchstens in einem Abstand- eines Viertels des Krümmungsradius
des Spiegels davon entfernt sind, vorzugsweise im Krümmungsmittelpunkt des Spiegels
liegen, so kann man das Feld noch weiter vergrößern. Wenn außerdem die Blende im
oder in der Nähe des Krümmungsmittelpunktes des Spiegels angeordnet wird, so erzielt
man eine besonders günstige Ausführungsform des optischen Systems nach der Erfindung;
das Feld ist dann nämlich unbeschränkt in der Größe, weil. das Koma und der Astigmatismus
des Systems ganz aufgehoben sind.
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Für manche Anwendungen kann es erwünscht sein, den kleinen, dem Korrektionselement
des optischen Systems nach der Erfindung anhaftenden Farbenfehler aufzuheben.
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Dazu kann man das Korrektionselement selbst achromatisieren, z. B.
dadurch, .daß es als gekittete Doublette ausgebildet wird, wobei die beiden Komponenten
aus Glasarten bestehen, die für die mittlere Wellenlänge des benutzten Lichtes den
gleichen Brechungsindex haben.
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Ein anderes Verfahren zur Erzielung chromatischer Korrektion besteht
darin, daß dem optischen System eine schwache positive Linse mit keiner oder einer
geringen Durchbiegung hinzugefügt wird.
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Es empfiehlt sich gemäß der Erfindung eine positive Linse zwischen
dem Korrektionselement und dem Spiegel, vorzugsweise im Krümmungsmittelpunkt des
Spiegels oder in dessen Nähe anzuordnen.
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Gemäß der Erfindung kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, die
Stärken des Korrektionselementes und der positiven Linse sowie ihren gegenseitigen
Abstand derart zu wählen, daß das Korrektionselement und die positive Linse eine
positive Stärke haben.
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Bei der erstgenannten Ausführungsform des optischen Systems nach der
Erfindung kann es vorkommen, daß der Abstand der Bildfläche von dem Spiegel größer
als der. Abstand des Spiegels von dem Korrektionselement ist. In diesem Fall kann
man nach der Erfindung ein Korrektionselement verwenden, das in der Mitte eine Öffnung
aufweist. Wenn der genannte Abstand- dem Abstand der Bildfläche von dem Korrektionselement
entspricht, so kann man nach der Erfindung den Krümmungsradius der dem Spiegel zugewendeten
Oberfläche des Korrektionselementes gleich groß wie den Krümmungsradius der Bildfläche
machen.
Um etwaige Beschädigungen der reflektierenden Oberfläche
des Spiegels zu verhüten, kann man statt eines Oberflächenspiegels einen an der
Rückseite mit einer reflektierenden Schicht versehenen Spiegel verwenden, wenn wenigstens
die sich im Lichtwege befindende Glasschicht dünn ist.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
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In den nachfolgenden Beispielen von Ausführungsformen des optischen
Systems nach der Erfindung beträgt das Auflösungsvermögen o;o2°/o des Brennpunktabstandes.
Die brechenden bzw. reflektierenden Flächen sind mit 1, 2 usw., die Krümmungsradien
mit y bezeichnet. Ein positives Vorzeichen bedeutet, daß die betreffende Oberfläche
ihre kuglige Seite der Richtung des einfallenden Lichtes zukehrt, ein negatives,
wenn sie ihm ihre Hohlseite zukehrt.
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Sämtliche Maße sind in Millimeter angegeben.
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Der Brechungsindex für Natriumlicht des Glases sämtlicher Linsen in
diesen drei Beispielen ist 1,52. In den Figuren stellt D die Blende, C das Korrektionselement,
S den Spiegel, M den Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und F den Filmträger dar.
Das Licht fällt von links her ein.
| Beispiel I (Fig. i) |
| Blende Abstände |
| yi- 43,3 13 relative Öffnung i : 1,2 |
| y2- 47.3 1,5 . Feld 20° |
| ys - 123,0 76,5 |
| Bei diesem Beispiel hat man den Vorzug der geringen |
| Baulänge in bezug auf die Schmidtsche Kamera. |
| Beispiel II (Fig. 2) |
| Blende Abstände |
| yi- 43,3 43.3 |
| r2- 47,3 4,0 relative Öffnung 1 : 1,2 |
| 73-135!o 87,7 Feld unbeschränkt. |
| Die relative Öffnung kann bis zu 1 : 0,95 gesteigert |
| werden, wenn man sich mit einem Auflösungsvermögen |
| von 0,04 °/o des Brennpunktabstandes abfindet. |
| Beispiel III (Fig.3) |
| Blende Abstände |
| + 1176 0 |
| y2 Plan 2,0 relative Öffnung i : i,1 |
| y3- 43,4 43.3 Feld ZE 40° |
| y4- 47.3 4,0 |
| 75-130,0 82,7 |
| Beispiel IV (Fig. 4) |
| Blende Abstände |
| yi + 47 4 |
| y2 + 43 43 relative Öffnung i : o,9 |
| y3 -127 127 Feld unbeschränkt. |