DE1497574C - Abbildendes optisches Spiegelsystem - Google Patents
Abbildendes optisches SpiegelsystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein abbildendes, optisches Spiegelsystem, das aus paarweise zusammengehörenden
Oberflächen besteht und das z. B. für Kameras, Projektionsapparate und Fernrohrobjektive Verwendung
finden kann.
Bei den älteren bekannten abbildenden Spiegelsystemen, die sich paarweise zusammengehörender
Spiegel bedienen, beispielsweise beim Cassegrainschen oder Gregoryschen Spiegelsystem, werden asphärische
Spiegelflächen zweiter ΟΓόημ^ benutzt, um sphärische
Aberration zu vermeiden. Bei diesen Systemen werden jedoch nur in Bildmitte gute Resultate erreicht. Beim
Cassegrainschen Spiegelsystem wird beispielsweise ein konkaves Paraboloid für den ersten Spiegel und
ein konvexes Hyperboloid für den zweiten Spiegel verwendet.
In der Zwischenzeit sind wesentlich verfeinerte Spiegelsysteme entwickelt worden, von denen hier nur
das Schwarzschildsche und das Ritchey-Chretiensche Spiegelsystem genannt sein sollen. Bei diesen sind
außer der sphärischen Aberration auch noch Fehler infolge Koma vermieden, weil bei der Berechnung der
Spiegelflächen noch die Abbesche Sinusbedingung berücksichtigt wurde.
In Objektivanordnungen, die sich der obenerwähnten Spiegelsysteme mit asphärischen Spiegelflächen bedienen,
ist es ein angestrebtes Ziel, eine lange Brennweite des Systems mit kompakten Abmessungen zu
verbinden. Man hat jedoch herausgefunden, wenn bei solchen Entwürfen eine zu starke Betonung auf geringe
Abmessungen gelegt wird, daß dann durch die erforderlichen Stärken der Flächenkrümmungen andere
Abbildungsfehler auftreten; außerdem treten Schwierigkeiten bei der Fertigung solcher Systeme auf. So
möge beispielsweise ein Parabolspiegel mit einem Durchmesser von etwa 5,10 m und einer Brennweite
von etwa 16,7 m, wenn er zusammen mit einem hyperbolischen zweiten Spiegel verwendet wird, eine Gesamt-.brennweite
von etwa 76 m und ein Gesichtsfeld haben,, .dem die Größe einer Einheit zugeordnet ist und das
sich auf Grund von Bildverzerrungen am Rande des Gesichtfeldes ergibt. Ein entsprechender Ritchey-Chretienscher
Aplanat mit der gleichen Bildverzerrung am Rande des Feldes hat dagegen ein auf das angegebene
Beispiel bezogenes Gesichtsfeld von 3 Einheiten. Ein entsprechender Aplanat nach der vorliegenden
Erfindung hat ein Gesichtsfeld von 5 Einheiten, und außerdem ist der Abstand zwischen den
Spiegeln bzw. die Gesamtlänge des Spiegelsystems gegenüber den aufgeführten Beispielen beträchtlich
reduziert.
Aus den aufgeführten Beispielen geht klar hervor, daß nach dem Stand der Technik zwischen den geringen
Abmessungen des Spiegelsystems und dem maximal erhältlichen Gesichtsfeld stets ein Kompromiß
geschlossen werden mußte. Mit der Erfindung soll gegenüber dem aufgeführten Stand der Technik ein
wesentlicher Fortschritt sowohl im Hinblick auf geringe Abmessungen als auch hinsichtlich des Gesichtsfeldes
erreicht werden. Im übrigen wird bei den Spiegelsystemen nach dem Stand der Technik das
Strahlenbündel lediglich ein einziges Mal zwischen dem primären Spiegelelement und dem sekundären
Element reflektiert. Es ist das Verdienst der Erfindung, sich von dieser Bedingung gelöst zu haben und somit
neue Möglichkeiten für den Entwurf von abbildenden optischen Systemen ermöglicht zu haben.
Die Erfindung ermöglicht es, die Vorzüge der
aplanatischen, d. h. der von sphärischen Aberrationen freien Spiegelsysteme, mit einem wesentlich erweiterten
Gesichtsfeld und geringen Abmessungen zu verbinden. Die Erfindung geht dabei aus von einem abbildenden
5 optischen System mit primär und sekundär- reflektierenden, sich gegenüberstehenden Flächen (Spiegeln),
bei deni die primär reflektierenden Flächen (Spiegel) im Hinblick auf das Gesichtsfeld so angeordnet sind,
daß sie das aus dem Dingraum kommende Strahlenbündel empfangen. Die Erfindung besteht darin, daß
die primär und die sekundär reflektierenden Flächen eine solche Krümmung aufweisen und so im Verhältnis
zueinander angeordnet sind, daß das ankommende Strahlenbündel mindestens zweimal entweder von den
primär oder den sekundär reflektierenden Flächen und mindestens einmal von den verbleibenden Flächen
reflektiert ist. Das optische System nach der Erfindung . besteht also in seinen abbildenden Elementen aus zwei
oder mehr sphärischen oder asphärischen Spiegeln bzw. Teilsystemen, die so ausgelegt sind, daß sie das
abbildende Strahlenbündel mindestens zu einer dreifachen, vorzugsweise jedoch zu einer vierfachen
Richtungsumkehr seiner axialen Komponente zwingen, d. h., daß das Strahlenbündel einen doppelten
Hin- und Hergang zwischen den primären und den sekundären Elementen des optischen Systems ausführt.
Mit primär reflektierenden Flächen, Spiegeln bzw. Teilsystemen sind hierbei solche Einrichtungen bezeichnet,
die das aus dem Dingraum, also in den Zeichnungen von links kommende Strahlenbündel zu
einer Richtungsumkehr seiner axialen Komponente zwingen und die dabei im Hinblick auf die Bildebene
bildformende Kraft haben. Ähnlich verhält es sich mit den sekundär reflektierenden Oberflächen; diese
stellen die ursprünglich vorhandene Richtung des Strahlenbündels vom Dingraum zur Bildebene wieder
her. '
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus zwei asphärischen Spiegeln, wobei einer
der beiden Spiegel die aus dem Dingraum kommenden Strahlen zweimal reflektiert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Spiegelelemente des optischen
Systems so angeordnet, daß sie lediglich aus dem Dingraum stammende Strahlen in die Bildebene übertragen,
aus anderen Quellen als von dem gewünschten abzubildenden Objekt stammendes Licht jedoch ohne
weitere Abschirmung ausschließen. Im folgenden werden an Hand der Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 einen axialen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei sich gegenüberstehenden Spiegeln;
F i g. 2 zeigt die Aufsicht von links auf das Spiegelsystem nach F i g. 1 entsprechend Schnitt 2-2;
F i g. 3 zeigt einen axialen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 4 bis 6 zeigen weitere Querschnitte von Aus-
führungsformen der Erfindung; . . .
F i g. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Unter Verwendung von mehreren Linsen
mit zum Teil reflektierenden Oberflächen; F i g. 8 zeigt eine im Prinzip der F i g. 7 ähnliche
Ausführungsform der Erfindung.
Das in F i g. 1 dargestellte optische System besteht aus einem ersten bzw. primär reflektierenden Spiegel 11
mit einer reflektierenden Oberfläche 12 und einem
zweiten bzw. sekundär reflektierenden Spiegel 13 mit reflektierender Oberfläche 14. Die optische Achse des
Systems ist mit 15 bezeichnet. Die aus dem Dingraum stammenden Strahlen 16 werden entsprechend den
eingezeichneten Strahlengängen 17, 18, 19 und 20 reflektiert; der Strahlengang 20 führt durch eine Öffnung
22 im Spiegel 11 schließlich zur Bildebene 21. F i g. 1 kann entnommen werden, daß die entsprechend
den Sfrahlengängen 16 und 18 verlaufenden Strahlen auf den ersten bzw. primär reflektierenden Spiegel 11,
die entsprechend den Strahlengängen 17 und 19 verlaufenden Strahlen auf den zweiten bzw. sekundär
reflektierenden Spiegel 13 auftreffen. Jeder Spiegel reflektiert die auftreffenden Strahlen zweimal, so daß
insgesamt vier Reflexionen des aus dem Dingraum kommenden Strahls 16 bis zur Bildebene 21 stattfinden.
Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß in F i g. 1 lediglich der Verlauf eines Strahls oberhalb
der Achse eingetragen ist, um die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren. Wie aus F i g. 2 in Verbindung
mit F i g. 1 hervorgeht, ist das aus den beiden Spiegeln 11 und 13 bestehende System zur Achse 15
konzentrisch. Die beiden Spiegel des in F i g. 1 gezeigten optischen Systems werden'in ihrer Lage zueinander
durch bekannte, in der Zeichnung nicht gezeigte Einrichtungen festgehalten. Die Zentrierung der
verwendeten optischen Elemente im Hinblick auf die Achse 15 ist im übrigen allen anderen noch beschriebenen
Ausführungsbeispielen der Erfindung gemeinsam. Aus F i g. 2 geht weiterhin hervor, daß die
reflektierenden Oberflächen der Spiegel vollständige Drehflächen sind. Es ist jedoch auch möglich, nur
einen Teil der Drehfläche zu verwenden, wenn das gewünscht sein sollte. In allen Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird jedoch die gesamte Drehfläche oder, falls Linsen verwendet werden, der gesamte kreisförmige
Linsenkörper benutzt. ■ ■ ,
Um die Form und die Krümmung sowie die Anordnung der Spiegel zueinander angeben zu können, sind
in F i g. 1 einige Abmessungen aufgeführt, die im übrigen auch auf einige andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung in den weiteren Figuren anwendbar sind. Sp ist mit A der Radius des sich in dem ersten
^j Spiegel befindlichen Loches, mit B der Radius des
ersten Spiegels angegeben, C bezeichnet die Entfernung der beiden Spiegel, D gibt den Abstand zwischen der
Bildebene und dem Zentralpunkt des ersten Spiegels an, und' E ist der Radius des zweiten Spiegels.
Die Form und Krümmung der Spiegel können mit Hilfe des Koordinatensystems 22 mit den beiden
Koordinaten Y und Z angegeben werden. In der folgenden Gleichung ist mit U das Quadrat des Abstandes
zwischen dem Zentralpunkt des ersten Spiegels und einem Punkt auf der reflektierenden Oberfläche
bezeichnet, dessen Lage durch die folgende Gleichung definiert ist. Die Form der Spiegel ergibt sich somit aus
folgender Gleichung:
■ Z = A1U + AJJ*''+AJJ* + AJU* + ....
wobei
wobei
C/3 = ya + z3
ist.
Somit kann die Form der reflektierenden Oberflächen der Spiegel mit Hilfe der Koeffizienten Ax
bis Ai definiert werden. Ein praktisches Ausführungsbeispiel
des in F i g. 1 dargestellten optischen Systems wies dabei folgende Abmessungen auf:
A= 20,9 mm
B == 27,5 mm S = —0,4 = Sagittaler Fokus
dritter Ordnung
C = 125 mm T = —1,2 = Tangentialer Fokus dritter Ordnung
D = 32,29 mm
E = 25 mm
E = 25 mm
Die Koeffizienten der vorher angegebenen Gleichung ίο für die Form der Oberflächen haben hierbei folgende
Werte:
A | Primär reflektierende | Sekundär reflektierende | Oberfläche 14 | |
A | .Oberfläche 12 | |||
15 | A | = -6,6405 · 10-4 | ||
A | i = -6,6405 · 10-4 | A1- | = +3,7303 · ΙΟ-9 | |
2 = +8,3226 ■ 10-10 | A2- | = -6,5052 · ΙΟ"15 | ||
a = +5,5294 · 10-1β | A3- | = -5,2940 · 10-1· | ||
4 = -2,6470-ΙΟ"21 | Af |
Die äquivalente Brennweite des angegebenen Systems beträgt 600 mm. Das angegebene numerische Beispiel
eines optischen Systems kann als Teleobjektiv mit einer Bildgröße von '24 · 36 mm, was für 35-mm-
«5 Kleinbildkameras eine übliche Bildgröße darstellt,
verwendet werden. Das angegebene Beispiel, gilt für ein sich im Unendlichen befindliches Objekt und ist
mit den Koeffizienten der .asphärischen Gleichung berechnet, um sphärische Aberration und Koma zu
vermeiden. Ähnliche Beispiele können für einen Gegenstand mit endlicher Entfernung im Dingraum
berechnet werden; sie können jedoch auch optimal für jede beliebige Entfernung zwischen zwei gewünschten
Extremen berechnet werden. Das hat durchaus praktische Bedeutung, da eine passende Einstellung
dadurch erreicht werden kann, daß geringfügige Veränderungen im Abstand zwischen den beiden
Spiegeln vorgenommen werden können; im Gegensatz dazu ist eine wesentlich größere Verschiebung notwendig,
wenn die beiden Spiegel als Einheit verschoben werden, wie es bei optischen Systemen nach dem
Stand der Technik üblich ist. So braucht bei dem angegebenen Beispiel nach der Erfindung der Abstand
C zwischen den beiden Spiegeln lediglich um etwa 4 mm verändert 2U werden, um eine ursprünglich auf
einen Gegenstand im Unendlichen angepaßte Einstellung auf eine Gegenstandsweite von 15 m anzupassen.
Im Gegensatz dazu würde die Änderung eines üblichen Objektivs von 600 m Brennweite bei einer
Einstellungsänderung von unendlich auf 15 m eine Bewegung des gesamten Systems in Richtung Dingraum
um etwa 25 mm benötigen. . Wenn keine übermäßigen Ansprüche an die BiId-
quaiität gestellt werden, kann auch ein weniger teueres System, das im übrigen dem in Fig. 1 beschriebenen
genau entspricht, konstruiert werden. In einem solchen System können an Stelle der berechne-'
ten asphärischen Spiegelflächen höherer Ordnung auch die von ihnen möglichst wenig abweichenden
sphärischen Flächen oder asphärischen Flächen zweiter Ordnung verwendet werden. Beispielsweise
kann der primär reflektierende Spiegel 12 einen Krümmungsradius von etwa 50 nun und der sekundär
reflektierende Spiegel 14 einen Krümmungsradius von etwa 55 mm aufweisen, der Abstand zwischen beiden
würde etwa 6,5 mm beiragen, bei einer hinteren Brennweite von 16 mm. Mit »hinterer Brennweite«
ist der Abstand der Bildebene von dem Spiegel
bezeichnet, der zuletzt von den Strahlen getroffen wurde. Das bedeutet ein sehr brauchbares System,
obwohl die BiJdqualität nicht ganz so gut ist wie bei dem zuerst beschriebenen optischen System, bei
welchem kompliziertere Spiegelflächen verwendet wurden. '
F i g. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das in F i g. 3 gezeigte optische System
entspricht im wesentlichen dem der Fig. 1, es ist jedoch vor den beiden Spiegeln 26 und 27 mit ihren
reflektierenden Oberflächen 29 und 28 eine Linse 25 angebracht. Das in F i g. 3 gezeigte optische System
kann beispielsweise folgende numerische Werte aufweisen (Zahlenangaben in Millimeter), wobei die
Bezeichnungen im einzelnen folgendes bedeuten:
/j = Dicke der Linse 25,
t2 — Abstand zwischen Linse 25 und Fläche
28,
r3 = Abstand zwischen Fläche 28 und Fläche
29,
/■j—r4 = die entsprechenden Krümmungsradien,
D = Abstand zwischen Fläche 28 und Bildebene,
N = Brechungsindex für Glas,
V = Abbesche Zahl,
EFL = Äquivalente Brennweite,
s = sagittaler Fokus dritter Ordnung,
/ = tangentialer Fokus dritter Ordnung.
-275 t3 = 150
-285 N =
1153,85 K = 64,5
1886,27 EFL= 600;//8
45,77 J= +0,05
10 / = -0,66
160 Koma= 0,038
'3 —
Γ* =
Γ* =
D =
Ί =
to, =■
Der Vorteil, der sich bei der Verwendung der den Spiegeln vorgestellten Linse 25' ergibt, ist darin zu
sehen, daß die Spiegeloberflächen sphärisch ausgebildet sein können. Der sekundär reflektierende
Spiegel 27 kann zusammen mit seiner in der Figur nicht gezeigten Einspannvorrichtung um etwa 6,4 mm
nach vorn bewegt werden, um das System von der Einstellung auf die Dingweite unendlich auf eine
Dingweite von etwa 15 m einzustellen. Fig. 3 zeigt, daß das ankommende Strahlenbündel 30 die Linse 25
passiert und dann entsprechend dem Strahlengang 31 auf den primär reflektierenden Spiegel 26 auftrifft.
Nachweiteren Reflexionen entsprechend den Strahlengangen
32 bis 34 gelangt das Strahlenbündel entsprechend dem Strahlengang 35 auf die Bildebene 36,
nachem es die sich im primären Spiegel 26 befindende Öffnung 37 passiert hat. .
Das in F i g. 4 gezeigte optische System ermöglicht ein aufrecht stehendes Bild, wobei das ankommende
Strahlenbündel 45 durch eine sich im sekundär reflektierenden Spiegel 44 befindende ringförmige öffnung
41 auf den primär reflektierenden Spiegel 40 auftrifft. Der sekundär reflektierende Spiegel besitzt
einen inneren kreisförmigen Teil 43 und einen äußeren ringförmigen Teil 44. Die ankommenden Strahlen 45
gelangen au. den primär reflektierenden Spiegel und fallen nach Reflexionen entsprechend den Strahlengangen
46, 47, 48 und 49 auf die Bildebene 50, auf die sie durch eine öffnung 51 im primär reflektierenden
Spiegel 40 gelangen. Dabei fällt das ankommende Strahlenbündel zweimal entsprechend den Strahlengangen
45 und 47 auf den primär reflektierenden Spiegel und zweimal entsprechend den Strahlengangen
46 und 48 auf den sekundär reflektierenden Spiegel. Das ankommende Strahlenbündel, von dem
in Fig. 4 zum besseren Verständnis auch wieder nur der Verlauf eines einzelnen Strahls eingezeichnet ist,
kreuzt entsprechend Strahlengang 47 die Achse des Systems, so daß, wie schon erwähnt, ein aufrecht
stehendes Bild erzeugt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich die reflektierende Oberfläche des
Spiegels 44 auf der dem Spiegel 40 abgewandten Seite.
Die reflektierende Schicht des Spiegels 40 befindet sich dagegen, wie auch in den Ausführungsbeispielen
nach ρ j g. 1 und 3, auf der dem anderen Spiegel
zugewandten eite.
Die Verwendung zweier Spiegel, bei denen sich die
ao reflektierenden Oberflächen jeweils auf der dem anderen
Spiegel abgewandten Seite befinden, zeigt Fig. 5. Der Aufbau dieses Systems entspricht dabei dem des
Spiegelsystems nach Fig. 1, abgesehen von der
Tatsache, daß sich die reflektierenden Oberflächen 61 und 63 jeweil auf der dem anderen Spiegel abgewandten
Seite befinden. Auch der Strahlengang bei diesem System ist der gleiche wie in F i g. 1, abgesehen
von der Tatsache, daß sich hier Brechungseffekte bemerkbar machen, da die Strahlen erst das Spiegelglas
passieren müssen, um auf die reflektierende Schicht zu stoßen.
F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei welchem sich die Bildebene 72 zwischen dem primär reflektierenden Spiegel 70 und dem sekundär reflektierenden
Spiegel 71 befindet. Das aus dem Dingraum stammende Strahlenbündel 73 flllt auf den primär
reflektierenden Spiegel 70 auf und wird entsprechend den Strahlengängen 74,75 und 76 auf die Bildebene 72
reflektiert. In diesem Falle wird das Strahlenbündel mehrmals von dem primär reflektierenden Spiegel,
jedoch nur einmal von dem sekundär reflektierenden Spiegel reflektiert. Dieses Ausführungsbeispiel ist ein
Beweis für < i: universelle Anwendbarkeit des der
" Erfindung zugrunde liegenden Prinzips.
Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß für die beiden Spiegel der Anordnung nach F i g. 1
asphärische Oberflächen verwendet sind. Im allgemeinen werden Spiegel mit asphärischen Oberflächen
aus wirtschaftlichen Gründen und wegen Schwierigkeiten bei der Herstellung vermieden. Es wurde jedoch
festgestellt, daß die Abweichungen von den ihnen jeweils am nächsten kommenden sphärischen Oberflächen
so gering sind, daß es sich als praktisch erwiesen hat, asphärische Oberflächen durch ein Verfahren
zu erzeugen, bei dem Schichten unterschiedlicher Dicke des reflektierenden Materials auf eine
sphärische Oberfläche aufgebracht werden, so daß die Herstellung dieser Oberflächen schnell und billig
möglich ist. Beispielsweise ist Aluminium zur Herstellung der reflektierenden Oberflächen hervorragend
geeignet. Es hat sich jedoch als nicht möglich erwiesen, eine ausreichend dicke Schicht von Aluminium aufzudamrfen,
ohne daß die Oberfläche diffus wird. Diese Schwierigkeit kann dadurch vermieden werden, daß
als Hauptunterlage eine Schicht Silber entsprechend verteilter, unte schiedlicher Dicke verwendet wird,
auf die dann eine dünne, gleichmäßig dicke Schicht von Aluminium aufgedampft wird. Natürlich ist ein
solches Vorgehen nicht auf Silber und Aluminium beschränkt, jedes andere Matrial, das die entsprechenden
reflektierenden Eigenschaften besitzt und aufgedampft werden kann, kann statt dessen verwendet
werden.
Weiterhin können natürlich in Verbindung mit den reflektierenden' Oberflächen der optischen Systeme
nach der Erfindung weitere zusätzliche Elemente.mit lichtbrechenden Eigenschaften .. verwendet werden,
ganz gleich, welche Art von reflektierender Oberfläche im einzelnen verwendet wird. Bekannte Beispiele
solcher lichtbrechender Elemente sind von Schmidt und Matsukow beschrieben worden. Diese zusätzlichen
lichtbrechenden Elemente sind bekannt, so daß es keiner weiteren Erläuterung bedarf; ihre
Verwendung und Ausbildung ist kein Teil der Erfindung. ■'..·.
F i g. 7 zeigt das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Es handelt sich um ein Teleobjektiv geringer Abmessung mit wesentlich
kleinerem Durchmesser und kleinerer Länge als die allgemein bekannten Teleobjektive, das jedoch überlegene
Resultate zu erzielen vermag. Es bedient sich wieder der mehrfachen Reflexion an einer reflektierenden
Oberfläche; die reflektierenden optischen Elemente sind weiterhin so angeordnet, daß sie als
Abschirmung gegen seitliches Fremdlicht wirken. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden sphärische
Oberflächen, die einfach herzustellen sind, für die reflektierenden Elemente benutzt.
Das optische System nach F ig. 7 besteht aus einer ersten Linse 90, die auf der den übrigen Elementen
abgewandten Seite, also linkerhand, mit einem reflektierenden Belag versehen ist, d. h. eine reflektierende
Oberfläche 91 besitzt. Die reflektierende Oberfläche 91 ist kugelförmig und weist einen geringeren
Durchmesser als die Linse auf. Dadurch bleibt am äußeren Umfang ein ringförmiger Linsenausschnitt
92 frei. An dieser Linse nach rechts anschließend, jedoch in einem bestimmten Abstand von dieser,
befindet sich eine zweite Linse 93. Diese Linse weist auf der der ersten Linse 90 abgewandten Seite eine
reflektierende, ringförmige Oberfläche 94 auf.. Eine dritte Linse 95 ist in einem bestimmten Abstand von
den ersten beiden Linsen angebracht. In dieser Linse
befindet sich eine zentrale, kreisförmige öffnung 97;
der restliche Linsenkörper ist auf der den beiden ersten Linsen abgewandten Seite mit einer ringförmigen
reflektierenden Oberfläche 96 versehen..
In der öffnung 97 der dritten Linse 95 befindet
ίο sich'ein Rohr 98 aus vorzugsweise lichtundurchlässigem
Material, das sich über den Linsenkörper hinaus in Richtung der. Achse 99 auf die zweite Linse 93 erstreckt.
Innerhalb dieses Rohres sind zwei weitere Linsen 100 und 101 angebracht. Sämtliche erwähnten
optischen Elemente sind konzentrisch zur Achse 99 angeordnet. Die Bildebene 102 befindet sich rechts
von dem gesamten System. , :
Die Wirkungsweise der Anordnung ist so, daß das ankommende Strahlenbündel 103 den ringförmigen
Ausschnitt 92 der Linse 90 passiert und auf die reflektierende Oberfläche 96 der Linse 95 auf trifft.
Von dort wird dann das Strahlenbündel entsprechend dem Strahlengang 104 auf die ringförmige reflektierende
Oberfläche 94 der zweiten Linse 93 reflektiert.
as Nach dieser Reflexion trifft das Strahlenbündel entsprechend
Strahlengang 105 zum zweiten Mal auf die reflektierende Oberfläche 96 der Linse 95, gelangt von
dort nach Passieren der Linsen 93 und 90 auf die auf letzterer angebrachte reflektierende Schicht 91
und wird von dort entsprechend Strahlengang 107 durch die beiden Linsen 100 und 101 auf die Bildebene
102 geworfen.
Wichtig ist noch die Tatsache, daß die Oberflächen 91, 94 und 96 so angeordnet sind, daß sie als eine
Art Jalousie wirken, die eventuelles Fremdlicht von der Bildebene abschirmen. Die gleiche Wirkung erfüllt
auch noch das Rohr 98, so daß nur die aus dem Dingraum kommenden abbildenden Strahlen auf die
Bildebene gelangen.
Das optische System nach Fig. 7 weist folgende
genaue Werte auf (Abmessungen in Millimeter):
Linsen
Nf-Nc
Krümmungsradien Abstand
Dicke
Durchmesser
1. Linse 90 ....... 1,51813
2. Linse93 ........ 1,53162
3. Linse 95 1,51813
4. Linse 100 ....... 1,51700
5. Linse 101 ....... 1,71715
Relative öffnung: F/3
Äquivalente Brennweite: 100 mm :
Bildseitige Schnittweite: 15,33 mm ; ■*?■■■
Bei dem in F i g. 8 dargestellten optischen System handelt es sich im wesentlichen um die gleiche Anordnung wie bei F i g. 7; es weist jedoch einige weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen auf. So hat der primär
0,00795 | -108,82 113,60 |
0,01088 | 103,73 -105,77 |
0,00795 | -75,48 -103,66 |
0,00801 | 39,93 -217,93 |
0,02431 | -76,00 170,32 |
0,77
12,30
12,30
13,52
0,32
3,19 | 31 |
4,72 | 31 |
4,45 | .31 |
1,93 | ,14 |
1,93 ' | 14 |
reflektierende Spiegel 110, abgesehen von dem kreisförmigen
zentralen Ausschnitt, auf jeder Seite eine reflektierende Oberfläche 111 bzw. 112. Auch der
sekundär reflektierende Spiegel 113 hat zwei reflek-
109 620/115
tierende Oberflächen 114 und 115 auf beiden Seiten
des Glases, außerdem wird, an Stelle der in Fig. 7 verwendeten zwei Linsen 90 und 93, nur eine einzige
Linse benutzt. Die reflektierenden Oberflächen 111, 112 und 114 sind ringförmig, die reflektierende Oberfläche
115 ist kreisförmig. Auch dieses optische System weist wieder ein Rohr mit zwei Linsen 117 und 118
in der Mitte der primär reflektierenden Linse 110 auf. Die Berechnung aller Oberflächen und Linsen erfolgt
wie bei den entsprechenden Teilen in Fig. 7/Die
reflektierenden Oberflächen wirken wiederum als Abschirmung gegen Fremdlicht.
Die Anordnung nach F i g. 8 ebenso wie übrigens auch das optische System der F i g. 7 sind ein Beispiel
dafür, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß die Reflexionen zwischen den primär und sekundär
reflektierenden Elementen jeweils an derselben Oberfläche des Elementes erfolgen. Beispielsweise sind in
F i g. 8 die sich aufeinanderfolgenden Strahlengänge mit 120 bis 124 bezeichnet. Im Sinne der Erfindung
fallen die Strahlengänge 120 und 122 auf das primär reflektierende Teilsystem, die Strahlengänge 121 und
123 auf das sekundär reflektierende Teilsystem auf. Dabei handelt es sich in beiden Fällen nicht um dieselbe
Oberfläche des Teilsystems, sondern um reflektierende Schichten, die auf beiden Seiten des primär bzw.
sekundär reflektierenden Teilsystems angebracht sind, bzw., ^venn man die Anordnung nach Fig. 7 in
Betracht zieht, sogar um reflektierende Oberflächen, die sich auf zwei verschiedenen Linsen befinden.
Im folgenden werden noch einmal die Strahlengänge bei den einzelnen optischen Systemen nach
F i g. 1 bis 8 beschrieben.
Bei dem optischen System nach F i g. 1 sind es die Strählengänge 16 und 18, die auf das primär reflektierende,
die Strahlengänge 17 und 19, die auf das sekundär reflektierende Element auffallen. Die Strahlengänge
der F i g. 5 sind mit den Strahlengängen der F i g. 1 identisch, mit der Ausnahme, daß sich die
reflektierenden Oberflächen auf den einander abgewandten Seiten der verwendeten Spiegel befinden.
In der Anordnung nach F i g. 3 fallen die Strahlengänge
31 und 33 auf die primär reflektierende, die Strahlengänge 32 und 34 auf die sekundär reflektierende
Oberfläche auf, das gleiche trifft für die
Anordnung nach F i g. 4 zu, wo die Strahlengänge 45 und 47 auf die primär reflektierende, die Strahlengänge 46 und 48 auf die sekundär reflektierende Oberfläche
auffallen. :
In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 treffen die Strahlengänge 73 und 75 auf die primär reflektierende Oberfläche, es findet jedoch nur eine einzige
Reflexion entsprechend Strahlengang 74 auf die sekundär reflektierende Oberfläche statt, so daß bei mehreren
vorhandenen Reflexionen nur eine einzige Reflexion vom sekundär reflektierenden Element vorliegt.
Die in der Anordnung nach F i g. 7 auf den primär reflektierenden Teil zulaufenden Strahlengänge sind
mit 103 und 105, die auf die sekundär reflektierenden Elemente mit 104 und 106 bezeichnet. Diesen Ausführungen
kann entnommen werden, daß die Erfindung beispielsweise Fernrohre ermöglicht, die bei vergleichbaren
Abmessungen mit Fernrohren nach dem Stande der Technik ein größeres Gesichtsfeld bzw. bei gleichem
Gesichtsfeld wesentlich geringere Abmessungen haben.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß, indem man beispielsweise die beiden
sekundären Reflexionen auf zwei verschiedenen Oberflächen stattfinden läßt, wie es die F i g. 7 und 8
zeigen, es möglich ist, zu verhindern, daß irgendwelches Fremdlicht, .oder Licht, das aus einer einzigen Reflexion
stammt, auf die Bildebene auffällt.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann mindestens eine der reflektierenden Oberflächen axial im Verhältnis zur anderen bewegt werden. In der Beschreibung ist übrigens der Begriff »reflektierende Oberfläche« bzw. »reflektierendes Element« im gleichen ίο Sinne wie das Wort »Spiegel« bzw. »Teilsystem« verwendet worden. Die Ansprüche 3 bis 12, 14 sowie 17 enthalten an sich bkannte Merkmale, für die ein selbständiger Schutz nicht begehrt wird.
In sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann mindestens eine der reflektierenden Oberflächen axial im Verhältnis zur anderen bewegt werden. In der Beschreibung ist übrigens der Begriff »reflektierende Oberfläche« bzw. »reflektierendes Element« im gleichen ίο Sinne wie das Wort »Spiegel« bzw. »Teilsystem« verwendet worden. Die Ansprüche 3 bis 12, 14 sowie 17 enthalten an sich bkannte Merkmale, für die ein selbständiger Schutz nicht begehrt wird.
Claims (22)
1. Abbildendes optisches Spiegelsystem mit primär und sekundär reflektierenden, sich gegenüberstehenden
Rotationsflächen (Spiegeln), bei dem die primär reflektierenden Flächen (Spiegel)
im Hinblick auf das Gesichtsfeld so angeordnet sind, daß sie das aus dem Dingraum kommende
Strahlenbündel empfangen, dadurch gekennzeichnet,
daß die primär und die sekundär reflektierenden Flächen eine solche Krümmung aufweisen und so im Verhältnis zueinander
angeordnet sind, daß das ankommende Strahlenbündel mindestens zweimal entweder von
den primär oder den sekundär reflektierenden Flächen und mindestens einmal von den verbleibenden
Flächen reflektiert ist.
2. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ankommende Strahlen-
35. bündel mindestens zweimal sowohl von den primär reflektierenden Flächen als auch von den sekundär
reflektierenden Flächen reflektiert ist.
3. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Strahlengang
zwischen Dingraum und primär reflektierendem Spiegel (26) eine Linse (25) befindet.
4. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet, daß der Abstand (C) zwischen
den primär und sekundär reflektierenden Flächen veränderbar ist.
5. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der reflektierenden
Flächen durch folgende mathematische Gleichung definiert ist, wobei mit U das Quadrat
des Abstandes zwischen dem Zentralpunkt und dem Punkt auf der Fläche bezeichnet ist, dessen
LagedurchdieGleichung definiert ist(C/= Y% + Z2).
Z = A1 · U + A2 · U* + A3 + U3 + Λ4 · U*+ · · ·
6. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen
asphärisch ausgebildet sind, so daß sphärische Aberration und Koma vermieden sind.
7. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen so
angeordnet und gebaut sind, daß Fremd- und Streulichteinfall verhindert wird.
8. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der primär reflektierenden
Fläche (Spiegel 11, 26, 95...) eine zentrale kreisförmige Öffnung (22, 37, 97...)
befindet, durch die die aus dem Dingraum stammenden Strahlen nach Reflexionen an den primär
und sekundär reflektierenden Flächen auf die hinter der primär reflektierenden Fläche befindliche
Bildebene (21, 36,102 ...) fallen. .
9. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierenden
Schichten auf den einander zugekehrten und/oder den voneinander abgewandten Seiten der primär
bzw. sekundär. reflektierenden Spiegel befinden.
10. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der primär reflektiarende
Spiegel und/oder der sekundär reflektierende Spiegel als Linsen mit reflektierenden
Oberflächen ausgebildet sind.
11. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß. die aus dem Dingraum
kommenden Strahlen im Verlauf der Reflexionen durch mindestens eine Linse fallen, die einer der
beiden reflektierenden Oberflächen eng anliegt.
12. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die primär reflektierende
Oberfläche eine zentrale kreisförmige öffnung aufweist und daß die sekundär reflektierende
Oberfläche kreisförmig begrenzt ist (F i g. 1).
13. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundär reflektierende
Spiegel (44) eine ringförmige öffnung (41) aufweist, durch die die ankommenden Strahlen auf
den primär reflektierenden, mit einer zentralen kreisförmigen öffnung (51) versehenen Spiegel (40)
auftreffen, daß sie von dem primär reflektierenden Spiegel auf den inneren kreisförmigen Teil (43) des
sekundär reflektierenden Spiegels auftreffen, daß sie von diesem entsprechend dem Strahlengang (47)
nach der zweiten Reflexion über die zentrale Achse des Systems wieder auf den primär reflektierenden
Spiegel reflektiert werden und nach einer nochmaligen Reflexion am sekundär reflektierenden äußeren
Spiegelteil (44) durch die öffnung (51) des primär reflektierenden Spiegels auf die Bildebene (50)
fallen (F i g. 4).
14. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bildebene (72)
zwischen dem primär (70) und dem sekundär reflektierenden Spiegel (71) befindet, so daß nur
eine Reflexion am sekundär reflektierenden Spiegel (sekundär reflektierendem Teilsystem 63) stattfindet
(F i g. 6).
15. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das primär reflektierende
Teilsystem aus einer Linse (95) mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung (97) besteht, daß
sich in dieser öffnung zwei weitere Linsen (100,101)
befinden, durch die die zuletzt von der sekundär reflektierenden Seite kommenden Strahlen auf die
Bildebene (102) fallen, daß die primär reflektierenden Flächen auf der einen und/oder der anderen
Seite des Linsenkörpers (95) aufgebracht sind, daß für den sekundär reflektierenden Teil des optischen
Systems eine erste Linse (90) und eine zweite Linse (93) vorgesehen sind, daß die dem Dingraum
zugewandte Linse (90) auf ihrer dem primär reflektierenden Teilsystem abgewandten Seite eine
kreisförmige zentrale reflektierende Schicht (91) trägt, deren Durchmesser kleiner als der Linsendurchmesser
ist, und daß die zweite Linse (93) des sekundärreflektierenden Teilsystems auf der dem
primär reflektierenden Teilsystem zugewandten Seite eine ringförmige, reflektierende Schicht (94)
trägt, so daß die aus dem Dingraum kommenden Strahlen entsprechend dem Strahlengang (103) vor
der ersten Reflexion zuerst auf die ringförmige reflektierende Schicht (96) des primär reflektierenden
Teilsystems (Linse 95) auftreffen, von dort entsprechend dem Strahlengang (104) nach der
ersten Reflexion auf die ringförmige reflektierende Schicht (94) der zweiten Linse (93) des sekundär
reflektierenden Teilsystems auffallen, wieder auf die primär reflektierende Schicht auftreffen und
von dort durch beide Linsenkörper (90, 93) des sekundär reflektierenden Teilsystems auf die sekundär
reflektierende Schicht (91) der Linse (90) auffallen, von wo sie nach Passiereü der in der primär
reflektierenden Linse (95) befindlichen öffnung untergebrachten beiden Linsen (100, 101) auf die
Bildebene (102) fallen (F i g. 7).
16. Spiegelsystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale und Abmessungen
in Millimeter:
radien
messer
Äauivalente Rren
nweitft· 100 mn
Bildseitige Schnittweite: 15,33 mm
17. Spiegelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem zentralen kreisförmigen
Ausschnitt des primär reflektierenden Linsensystems (95 bzw. 110) sich befindenden
Linsen (100, 101 bzw. 118) von einem Rohr (98, S 116) umgeben sind, das sich über das primär
reflektierende Linsensystem hinaus in Richtung des sekundär reflektierenden Teilsystems erstreckt.
18. Spiegelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das sekundär reflektierende ίο
optische Teilsystem aus nur einer Linse (113) besteht, auf deren dem primär reflektierenden
Teilsystem abgewandten Seite sich eine kreisförmige reflektierende Schicht (115) und auf deren dem
primär reflektierenden Teilsystem zugewandten Seite sich eine ringförmige reflektierende Schicht
(114) befindet (Fig. 8).
19. Spiegelsystem nach Anspruch 15 " bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die reflektierende
Schicht des primär reflektierenden Linsenkörpers ao (110) auf beiden Seiten des Linsenkörpers befindet.
20. Verfahren zur Herstellung asphärischer Spiegel bzw. Linsen, insbesondere für ein abbildendes
optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen sphärischen
Spiegel bzw. eine sphärische Linse eine Schicht
. Silber unterschiedlicher Dicke und dann eine Schicht Aluminium gleichmäßiger Dicke aufgedampft
wird.
21. Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Spiegel, insbesondere für ein abbildendes
Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß eine Schicht Metall unterschiedlicher
Dicke auf eine Oberfläche, die im wesentlichen die gewünschte Form aufweist, aufgedampft
wird und daß weiterhin eine Schicht reflektierenden Materials gleichmäßiger Dicke aufgedampft
wird. -
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Schicht unterschiedlicher Dicke Silber und für die zweite Schicht Aluminium
verwendet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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