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Lichtstarkes katadioptrisches System des C assegrain Typs Die Erfindung
bezieht sich auf ein viergliedriges katadioptrisches System hoher Lichtstärke und
langer Brennweite mit einem objektseitigen, als Korrekturglied dienenden negativen
Einzelmeniskus konkaver Vorderfläche, einem nachgeschalteten, ebenfalls korrigierenden
positiven Meniskus konkaver Vorderfläche und reflektierender Hinterfläche als Fangspiegel,
einem zweiten, dem Fangspiegel gegenüberliegenden konvexen Spiegel und einem diesem
nachgeschalteten achromatischen gekitteten Glied, das in der Mittelöffnung des Fangspiegels
gegenüber dem zweiten Spiegel liegt und das Bild hinter sich abbildet.
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Bei einem bekannten System dieser Art ist der als Linsenspiegel ausgebildete
Fangspiegel mit in die Korrektion einbezogen. Die Baulänge ist zwar vorteilhaft
klein, das üffnungsverhältnis ist aber nur 1 : 9,5, und die Koma ist ungenügend
auskorrigiert.
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Des weiteren ist ein Spiegelsystem hoher Offnung und vergleichsweise
kleiner Baulänge bekannt. Dieses System ist aber relativ kurzbrennweitig und würde
zu einem viel zu schweren Aufbau bei langbrennweitiger Ausführung führen.
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Auch ist ein Spiegelsystem bekannt, bei dem ein oberflächenreflektierend
ausgebildeter Fangspiegel vorgesehen ist, dem zwei entsprechend große Korrektionslinsen
vorgeschaltet sind. Das bekannte System verwendet daher drei große Bauelemente,
während es beim vorliegenden System nur zwei sind, da hier die Hinterfläche des
positiven Einzelmeniskus, entsprechend verspiegelt, zugleich als Fangspiegel dient.
Des weiteren liegt die relative üfnung des bekannten Systems bestenfalls bei 1 :
4.
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Bei einem ähnlichen, bekannten System ist der objektseitige Einzelmeniskus
positiv und der nachgeschaltete, den Fangspiegel tragende Meniskus negativ. Diese
Systeme haben vorteilhaft kleine Baulängen, aber nur ein Olfnungsverhältnis von
1: 5,6.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein katadioptrisches System
der einleitend beschriebenen Art zu schaffen, das kompakt aufgebaut ist, geringes
Gewicht hat, mit kleinen Kosten herzustellen ist, eine Lichtstärke. besser als 1:
4 sowie einen Bildwinkel von mehr als 3° aufweist und bei dem das Bildfeld außerhalb
des linsenoptischen Systems liegt. Das optische System du? Erfindung soll
außerdem einfach aufgebaut sein, eine kurze Gesamtlänge besitzen und trotz der größeren
Lichtstärke als 1 :4 einen ausgezeichneten Korrektionszustand hinsichtlich sowohl
sphärischer und chromatischer Aberration als auch hinsichtlich des Astigmatismus
und der Verzeichnung aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch gekennzeichnet
und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine- schematische Darstellung
des Systems und F i g. 2 bis 4 Darstellungen des Korrektionszustandes hinsichtlich
der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung.
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Das System nach F i g. 1 besteht aus vier Gliedern, nämlich aus einem
als Korrektionsglied dienenden negativen Einzelmeniskus 1, dien zum Objekt
hin konkav ist, ferner aus einem Fangspiegel 2, der als positiver Einzelmeniskus
konkaver Vorderfläche und reflektierender Hintertche ausgebildet ist, aus einem
zweiten, oberflächenreflektierenden. Spiegel 4, der zum Fangspiegel 3 konvex
ist, und aus einem achromatischen gekitteten Linsenglied 6, das in der Mittelöffnung
5 des Fanspiegels 2 liegt und das Bild hinter sich abbildet. Des weiteren
ist eine den Spiegel 4 umgebende Streulichthaube 7 vorgesehen.
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Die wesentlichen Forderungen bei der Konstruktion des die vorstehend
erwähnten Eigenschaften aufweisenden Systems sind folgende: a) Die Entfernung zwischen
dem vorderen Scheitelpunkt des Systems und der Bildebene soll so klein wie möglich
sein.
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b) Die großen Glieder, d. h. die Korrekturlinse und der Fangspiegel,
sollen aus möglichst wenig Elementen bestehen und so dünn wie möglich ausgebildet
sein.
c) Die zusammengesetzten Glieder sollen gleichfalls aus möglichst
wenig Linsenelementen aufgebaut sein.
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d) Zum Erhalt eines Bildwinkels von mehr als 3° und einer Lichtstärke
von mehr als 1 : 4 soll die sphärische Aberration möglichst gut auskorrigiert sein,
und eine übermäßige Verschlechterung der Petzval-Summe soll nach Möglichkeit vermieden
werden. Wird die Bedingung a) zu weit getrieben, so erfordert dies notwendigerweise
eine größere Brechkraft jedes der Elemente mit der Folge eines Zunehmens der Aberration
im ganzen System, so daß die Anzahl der Linsenelemente vergrößert werden müßte;
dies aber wiederum widerspricht den Bedingungen b) und c) und ebenso der Bedingung
d), und zwar in Folge einer Verschlechterung der sphärischen Aberration und der
Petzval-Summe.
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Dementsprechend liegen der Konstruktion des Systems folgende Bedingungen
zugrunde: I. Die Entfernung zwischen dem vorderen Scheitelpunkt des Korrekturgliedes
und der Bildebene liegt zwischen 0,7 und 0,6f; II. für das Korrekturglied gilt 0,35
f < I R1 1 < I R2 ( < 0,5 f
d1 < 0,04 f ; III. für den
Fangs ie e1 und seine Linse gilt 1,3 f < 1R4) <YR31 <
1,6 f
d2 < 0,05 f ; IV. für die Luftabstände gilt 0,3f <11,12<0,4f
0,25f <13<0,4f; . V. für den zweiten Spiegel gilt 0,9,r <1R61 < 1,4
f. Hierin bedeuten, sämtlich in Strahlenrichtung gesehen, R1, R2,... die Krümmungsradien
der brechenden und reflektierenden Oberflächen, dl, d2,... die axialen Dicken der
entsprechenden Linsen, Il, 12,... deren Luftabstände.
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Die vorstehend beschriebene Bedingung I gibt die Begrenzung der Entfernung
zwischen dem vorderen Scheitelpunkt der Korrektionslinse 1 und der Bildebene an.
Danach muß diese Entfernung zwischen 0,7 und 0,61» liegen. Darüber hinaus
bewirkt die die Luftabstände betreffende Bedingung IV eine Korrektur einer außeraxialen
Aberration unter Berücksichtigung der Bedingung I und gleichzeitig eine Abnahme
der Gesamtlänge, die durch den komplizierten Strahlengang eines derartigen Systems
verursacht wird. Die Bedingungen I1, III und V, die sich auf das Korrekturglied
1, den Fangspiegel und den zweiten Spiegel bzw. auf das achromatische gekittete
Hinterglied 6 beziehen, dienen zur Korrektur der gesamten chromatischen Aberration
unter Erfüllung der Forderungen b) und c). Im einzelnen dient die Bedingung II zur
Korrektur der sphärischen Aberration, die Bedingung V zur Vermeidung einer Verschlechterung
der Petzval-Summe und die Bedingung III sowie das achromatische gekittete Hinterglied
zur Kompensierung einer Uberkorrektion der chromatisehen Aberration, die durch das
als negative Einzelmeniskus ausgebildete Korrekturglied 1 verursacht wird. Die Bedingung
III stellt im Hinblick auf eine vollständige Korrektur der axialen und außeraxialen
Aberrationen bei einem katadioptrischen System möglichst geringer Gliederzahl die
wichtigste Bedingung dar.
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Das dargestellte System hat die im Patentanspruch angegebenen Daten.
Sein ausgezeichneter Korrektionszustand ist der aus den F i g. 2 bis 4 ersichtliche,
und seine Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung sind die folgenden:
| Nummer |
| der I il III P G T |
| Oberfläche |
| 1 -3,475340 7,511183 -16.23377 0,8485669 36,91971 -0,0162702
-0,0351645 |
| 2 2,860119 -6,182126 13,36261 0,7985388 -30,60923 0,0156330
-0,0337906 |
| 3 -0,0612425 0,1740077 0,4944056 0,2347458 2,071727 -0.0045242
0,0128545 |
| 4 0,5553940 -1,490728 4,001250 -0,951'0300 -8,187070
0,0000000 0.0000000 |
| 5 0,4819830 -1,232597 3,152180 0,2347458 -7.460893 0,0054168
-0,0138528 |
| 6 -0,4864820 1,232755 -3,123827 1.753478 3,472493 0,0000000
0.0000000 |
| 7 -0,0063581 0,0786725 -0.9734608 0,6434626 4,083257 . 0,0011187
0.0138426 |
| 8 0,0004968 0,0040078 0,032300 0,1241727 -0.7408657 i -0,0014923
-0,0120384 |
| 9 0,2373005 -0,2485940 0,2604251 0,3451782i -0,6344251 0,0022071
-0.0023122 |
| 0,1058710 -0,1534198 -0,0166592 1.147396 i -1,085294 -0.0001484j
-0.0001324 |