DE1275304B - Catadioptrisches Vergroesserungssystem - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G02b

Deutsche Kl.: 42 h-4/12

Nummer: 1275 304

Aktenzeichen: P 12 75 304.7-51 (N 28212)

Anmeldetag: 15. März 1966

Auslegetag: 14. August 1968

Diese Erfindung bezieht sich auf ein catadioptrisches Objektivsystem mit einem konkaven sphärischen Spiegel zur Ausbildung eines Bildes von im wesentlichen wirklicher Größe. Objektive dieser Art können z.B. zur Ausbildung eines reellen Bildes eines Gegenstandes verwendet werden, der sich außerhalb der Achse in einer Ebene im oder nahe dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels befindet. Das Bild entsteht dann in derselben Ebene, aber auf der anderen Seite der optischen Achse. Dies findet beim Kopieren von cinematographischen Filmen und bei der optischen Kopplung von hintereinandergeschalteten Bildverstärkerröhren praktische Anwendung. Zur Abkürzung soll der Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels in der folgenden Beschreibung mit »M« bezeichnet werden.

Es ist bekannt, daß das durch den sphärischen konkaven Spiegel erzeugte Bild des Punktes M wieder bei M liegt und frei von allen Aberrationen ist. Das Bild aller außerhalb der Achse liegenden Punkte in der Ebene durch M ist jedoch mit erheblichen Aberrationen behaftet. Deshalb müssen Objektive dieser Art zusätzlich zum sphärischen Spiegel mit einem Korrekturlinsensystem versehen sein, das zwischen dem Krümmungsmittelpunkt M und dem Spiegel angeordnet ist und zweimal von den Lichtstrahlen durchquert wird und damit die Aberration außerhalb der Achse unterdrückt. Das Korrekturlinsensystem muß so konstruiert sein, daß aus der Richtung desKrümmungsmittelpunktesM einfallende parallele Strahlen, die von einem ausgedehnten Objekt in unendlich großer Entfernung vor dem Spiegel stammen, scharf auf eine der Form des sphärischen Spiegels entsprechend geformte Ebene gebündelt werden. Im einzelnen wird in einem bekannten System ein Linsenobjekt mit dem Charakter eines Teleobjektivs als Korrekturlinsensystem benutzt. Es besteht aus einem stark positiven Teil, der sich aus zwei zusammengekitteten Hälften zusammensetzt, und aus einem einzelnen negativen Linsenteil zwischen dem positiven Teil und dem Spiegel in einem beträchtlichen axialen Abstand vom positiven Teil. Wie bei Teleobjektiven üblich, besteht der Zweck dieses negativen Teils darin, die Verschiebung der rückwärtigen Hauptebene zur Vorderseite des Systems hin zu bewirken. Zusätzlich enthält das bekannte Korrekturlinsensystem eine positive Meniskuslinse nahe am Spiegel, die so gestaltet ist, daß eine hinreichend starke Bildkrümmung erreicht wird und die beiden Hauptebenen des Linsensystems zusammenfallen. Auf diese Weise erhält man ein gut korrigiertes catadioptrisches Linsensystem für Abbil-Catadioptrisches Vergrößerungssystem

Anmelder:

N. V. Optische Industrie »De Oude Delft«,

Delft (Niederlande)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Hoffmann, Dipl.-Ing. W. Eitle,
Dr. rer. nat. K. Hoffmann, Patentanwälte,
8000 München 8, Maria-Theresia-Str. 6

Als Erfinder benannt:

Percy Norman Kruythoff, Delft (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 15. März 1965 (65 03 242)

düngen in natürlicher Größe, das eine solche Öffnung hat, daß das Strahlenbündel in jedem Bildpunkt dem eines //2-Objektivs äquivalent ist. Diese Öffnung, obgleich beträchtlich, erweist sich jedoch für manche Anwendungszwecke, wie z. B. für das Koppeln von Bildverstärkerröhren, als noch ziemlich niedrig. Außerdem ist das bekannte System mit seinen dreizehn optisch wirksamen Oberflächen ziemlich kompliziert.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Objektivsystem für Abbildungen in natürlicher Größe zu schaffen, welches relativ einfach im Aufbau ist und eine extrem große Öffnung besitzt.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein korrigierendes Linsensystem vorgesehen ist, das aus mindestens zwei Linsen besteht, deren brechende Oberflächen mit dem sphärischen Spiegel genau oder annähernd konzentrisch sind mit Ausnahme der ersten bzw. letzten von den Lichtstrahlen auf ihrem Weg vom Objekt zum konkaven Spiegel bzw. vom Spiegel zum Bild durchquerten Oberfläche, die vorzugsweise eben ist und genau oder annähernd mit der Objekt- und der Bildebene zusammenfällt.

Weitere Einzelheiten und Kennzeichen der Erfindung werden an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren erläutert.

Fig. 1 zeigt ein System, bei dem sich das Objekt und das wirkliche Bild in derselben Ebene auf ent-

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gegengesetzten Seiten des Krümmungsmittelpunk- untereinander verkittet sind oder einen Luftraum zwites M befinden; sehen sich haben. Dadurch kann die Korrektur für

F i g. 2 und 3 zeigen zwei Beispiele von Systemen, sphärische und chromatische Aberration noch verbei denen das Bild »herausreflektiert« ist, so daß so- bessert und der Nutzungsbereich des Vergrößerungswohl der Gegenstand als auch das Bild an der opti- 5 Objektivs vergrößert werden. Jedoch wurde ein gut sehen Achse zentriert werden können; korrigiertes System mit nur zwei Linsen entwickelt,

F i g. 4 zeigt eine Einzelheit eines Systems ähnlich mit welchem ein Verhältnis von Krümmungsradius dem in Fig. 1, in welchem sowohl Gegenstand als des Spiegels zu Nutzgröße des Bildes von 10 : 1 erauch Bild herausrefiektiert sind. reicht wurde. Die optischen Daten sind in der folgen-

Das Objektivsystem nach F i g. 1 besteht aus einem io den Tabelle gegeben: konkaven sphärischen Spiegel S₁ mit dem Krüm- _

mungsmittelpunkt M und einem korrigierenden Lin- Linse L ^ri ~ °° _{n =} \ 5168 ν = 64 2 sensystem, das aus den Linsen L₁ und L₂ zusammen- ¹ _r — 5Q₃O ' ' * '

gesetzt ist. Die Linse L₁ ist ein Teil einer Halbkugel, Linse L₂ n^, = 1,7618 ^₂ = 26,98

die ihren Mittelpunkt bei M hat, während die Linse 15 ^r% ⁼ 94,8

L₂ eine Meniskuslinse von der Form einer sphä- Spiegel 1 ^ __ ^^ rischen Muschel ist, die ihren Mittelpunkt ebenfalls ⁴ '

bei M hat. Die untere Fläche der Linse L₂ ist auf die Die F i g. 2 und 3 stellen zwei Abwandlungen des

gekrümmte Oberfläche der Linse L₁ aufgekittet. Das in F i g. 1 gezeigten Systems dar, in denen ähnliche Objekt O und das Bild B sind gleich groß und liegen 20 Anordnungen von konzentrischen Linsen in gleicher nebeneinander in der Ebene der flachen unteren Weise zum Zweck der Korrektur benutzt werden. Fläche der Linse L₁. Das Linsensystem LJL₂ ist so In jeder dieser beiden Abwandlungen ist jedoch ein berechnet, daß sein rückwärtiger Brennpunkt im ebener halbdurchlässiger Hilfsspiegel HS₁ zwischen Scheitelpunkt des konkaven Spiegels S₁ liegt. Gemäß das KorrektursystemL₃/L₄ und den konkaven Spiegel der konzentrischen Anordnung werden parallele 25 S₂ gesetzt, so daß in der Ebene des virtuellen BiI-Lichtstrahlen, die durch die flache Oberfläche der des B' vom Krümmungsmittelpunkt M ein reelles Linse L₁ unter verschiedenen Winkeln eintreten, Bild B entsteht, wie es im Spiegel HS₁ gesehen wird, punktförmig auf die Oberfläche des Spiegels^ ge- Hierbei ist offensichtlich, daß das Linsensystem L₃/L₄ bündelt. Für das den konkaven Spiegel enthaltende nun nur einmal von den Lichtstrahlen durchquert Vergrößerungssystem ergibt das einen Weg der 30 wird, die das Bild J? bilden. Es ist daher notwendig, Lichtstrahlen, der in der Figur gezeigt ist, wobei alle im Lichtweg zwischen dem Spiegel HS₁ und dem Lichtstrahlen, die von einem gegebenen Punkt des BiIdB ein ähnliches, vorzugsweise identisches Lin-Objekts O ausgehen, das System in bezug auf einen sensystem L_Z'IL± anzuordnen, der optischen Achse A diametral entgegengesetzten Die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Systeme können

Punkt verlassen, d. h. durch den entsprechenden 35 in dem Fall benutzt werden, wenn der Gegenstand Punkt des Bildes B. und das Bild nicht ohne weiteres auf ein und der-

Je präziser das Korrektursystem L₁JL₂ die ankom- selben Ebene einander angenähert werden können, menden parallelen Lichtstrahlen auf die Oberfläche Ein Vorteil dieser Systeme besteht darin, daß Gegendes Spiegels S₁ fokussiert, desto besser wird die stand und Bild auf der optischen Achse zentriert Qualität des durch das Objektiv erzeugten Bildes der 40 werden können, so daß die Dimensionen des Systems Vergrößerungseinheit als Ganzes. Gemäß der Kon- für eine gegebene Größe des Objekts um den Fakzentrizität der gekrümmten Oberfläche der Linsen L₁ tor 2 reduziert werden können. Diese Systeme sind und L₂ und der Stellung des Objekts und des Bildes auf der anderen Seite natürlich komplizierter als das auf der flachen Oberfläche der Linse L₁ kann das in F i g. 1 und sind mit einem beträchtlichen Licht-Linsensystem L₁ZL₂ keine anderen Aberrationen als 45 verlust behaftet, der sich im Falle der Anordnung sphärische und chromatische einführen. Berech- nach F i g. 2 auf 75 °/o beläuft, wenn der Spiegel HS₁ nungen haben gezeigt, daß schon ein sehr einfaches zu 5O^e/o reflektiert und zu 50 % durchlässig ist. Die-Linsensystem wie das gezeigte, nur aus zwei Elemen- ser Lichtverlust kann, wie in F i g. 3 gezeigt ist, auf ten bestehende fähig ist, eine befriedigende Korrektur 50 °/o reduziert werden, indem ein zweiter konkaver dieser Fehler durchzuführen. Es soll hier bemerkt 5° Spiegel S₂ mit dem gleichen Krümmungsradius wie werden, daß die relative Öffnung, deren das Linsen- der Spiegel S₂ und dem Krümmungsmittelpunkt bei system fähig ist, tatsächlich die Größe des Anwen- M vorgesehen ist. In diesem Fall wird die Hälfte des dungsgebietes des Objektivs als Ganzes bestimmt, ursprünglich von dem halbdurchlässigen Spiegel AfS₁ wobei der Bildwinkel des Linsensystems die maxi- reflektierten Lichts wiederum dem Nutzstrahl zugemale relative Öffnung bestimmt, bei welcher das Ver- 55 führt, wenn er nach Reflexion am Spiegel S₂' den größerungsobjektiv benutzt werden kann. Eine Be- Spiegel .EiS₁ zum zweitenmal erreicht. Auf der antrachtung der F i g. 1 macht dies klar. Da der Bild- deren Seite ist die Intensität des gleichzeitig auf das winkel des konzentrischen Linsensytems L₁IL₂ in der Objekt O zurückprojizierten parasitären Bildes uner-Tat nicht durch zu groß werdende axiale Aberra- wünschterweise zweimal so hoch wie im Fall der tionen begrenzt ist, kann das Vergrößerungsobjektiv 60 Anordnung nach F i g. 2.

gemäß der vorliegenden Erfindung mit extrem großen In Fig. 4 ist eine Abwandlung des in Fig. 1 geöffnungen hergestellt werden. zeigten Objektivsystems für direkte Durchsicht dar-

Selbstverständlich kann anstatt des in F i g. 1 ge- gestellt. Aus Gründen der Klarheit ist hier nur das zeigten Systems mit zwei Linsen ein komplizierteres dem Linsensystem L₁IL₂ in F i g. 1 entsprechende konzentrisches System verwendet werden, welches 65 konzentrische Linsensystem L₅IL₆ in einem größeren zusätzlich zu einer halbkugelförmigen ersten Linse Maßstab gezeigt. Die Linse L₅ ist nun mit zwei gegenwie L₁ zwei oder mehr konzentrische sphärische überliegenden ebenen parallelen Facettenoberflächen Muscheln wie L₂ enthält, die mit der Linse L₁ und versehen, die parallel zur optischen Achse A verlau-

fen. Wird nun das Objekt O an eine dieser Oberflächen angelegt, erscheint das reelle BiIdB an der anderen Oberfläche. Weiterhin ist die Linse mit einer prismatischen Aussparung U versehen, die einen Öffnungswinkel von 90° besitzt und deren obere Kante die Achse A schneidet und die parallel zur Bild- und Gegenstandsebene ist. Die zwei ebenen Glas-Luft-Oberflächen HS₂ und HS₃, die auf diese Weise erhalten werden, bilden mit der Achse A einen Winkel von jeweils 45°. Sie können, wie in der Figur dargestellt, vollständig oder teilweise versilbert sein, aber überdies bewirken gewisse Teile dieser Oberflächen eine innere Totalreflexion. Das Objekt O und das Bild B werden von den Oberflächen HS₂ und HS₃ auf die rechtwinklig zur Achse A durch den Krümmungsmittelpunkt M verlaufende Ebene reflektiert, so daß das reflektierte Objekt O' links vom Krümmungsmittelpunkt M und das reflektierte Bild B' rechts davon erscheint.

Nach dem, was in Verbindung mit F i g. 1 gesagt ao wurde, bedarf das Zustandekommen des Bildes im System nach F i g. 4 keiner weiteren Erläuterung. Der Weg einiger typischer, von den Kanten des Objekts O ausgehender Lichtstrahlen ist in der Figur gezeigt. Es kann beobachtet werden, daß es nicht erforderlieh ist, die Oberfläche HS₂ vollständig zu versilbern, da in diesem Fall Licht vom oberen Teil des Objekts O vom Spiegel HS₂ auf den unteren Teil des Objekts O zurückreflektiert werden kann, so daß die Kontraste in diesem letzteren Teil des Objekts verschlechtert werden können.

Weiter kann durch einen einzigen schrägen Hilfsspiegel wie HS₂ und HS_S in F i g. 4 entweder das Objekt oder das Bild allein herausreflektiert werden, während endlich auch andere Winkel als 90° zwisehen den Hilfsspiegeln HS₂ und HS₃ betrachtet werden können.

Claims (5)

Patentansprüche: 40

1. Catadioptrisches Objektivsystem zur Ausbildung eines reellen Bildes von im wesentlichen natürlicher Größe mit einem konkaven sphärischen Spiegel (S₁) und einem Korrekturlinsensystem zwischen dem konkaven Spiegel (S₁) und seinen Krümmungsmittelpunkt (M), bei dem das Linsensystem so beschaffen ist, daß vom Krümmungsmittelpunkt (M) her einfallende Strahlen auf eine im wesentlichen mit dem konkaven Spiegel zusammenfallende gekrümmte Ebene fokussiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsensystem aus mindestens zwei Linsen besteht (L₁, L₂), deren brechende Oberflächen genau oder annähernd mit dem sphärischen Spiegel konzentrisch sind, mit Ausnahme der ersten bzw. letzten von den Lichtstrahlen auf ihrem Weg vom Objekt zum konkaven Spiegel bzw. vom konkaven Spiegel zum reellen Bild durchquerten Oberfläche (r_t), die vorzugsweise eben ist und die genau oder annähernd mit der Objekt- und der Bildebene (O, B) zusammenfällt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt oder das reelle Bild in einer von der durch den Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Ebene entfernt in einer Ebene mit reflektierender Oberfläche liegt, die so angeordnet ist, daß das durch die reflektierende Oberfläche hervorgerufene reflektierte virtuelle Bild des Objekts oder das reelle Bild im wesentlichen in der durch den Krümmungsmittelpunkt des Spiegels gehenden Ebene liegt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche rechtwinklig zur optischen Achse angeordnet ist und aus einem halbdurchlässigen Spiegel (HS₁) besteht, der zwischen dem Korrekturlinsensystem (L₃, L₄) und dem konkaven Spiegel (S₂) angeordnet ist, und daß ein zweites, ähnliches, vorzugsweise gleiches Korrekturlinsensystem (L₃', L₄') zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel und der Ebene des Objekts oder des reellen Bildes angeordnet ist, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem reflektierten virtuellen Bild zusammenfällt, das durch den durch den Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels gehenden halbdurchlässigen Spiegel (HS₁) erzeugt wird.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, dem ersten gleicher konkaver Spiegel(S₂) vorgesehen ist, der so angeordnet ist, daß er mit dem zweiten Korrekturlinsensystem (L₃', L₄') konzentrisch ist.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Krümmungsmittelpunkt des konkaven Spiegels (S₂) gesehene erste Linse des Korrekturlinsensystems (L₅, L₆) zusätzlich zu ihrer sphärischen Oberfläche zwei ebene Oberflächen enthält, von denen die eine ganz oder nahezu mit der Objekt- oder Bildebene (O, B) zusammenfällt und die andere (HS₉, HS₃) so angeordnet ist, daß sie die Lichtstrahlen nach Eintritt oder vor Austritt in die bzw. aus der Linse reflektiert und ein virtuelles reflektiertes oder ein reelles Bild in der Ebene durch den Krümmungsmittelpunkt rechtwinklig zur optischen Achse hervorruft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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