DE19613009A1

DE19613009A1 - Catadioptric objective using meniscus collective and dispersing mirrors

Info

Publication number: DE19613009A1
Application number: DE1996113009
Authority: DE
Inventors: Frank Gallert
Original assignee: Individual
Current assignee: Gallert Frank De
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: DE19613009B4

Abstract

The radii of curvature (R5) of the collective mirror (3) and of the convex mirror (4) observe the condition (R6/R5) - (0.96 + or - 0.04) and the radius of curvature (R5) of the collective mirror is in the ratio (R6/f) - (1.1 + or - 0.04) to the focal length (f) of the mirror objective. The second collector in the incident light sequence consists of a collector lens (5) presenting a convex or biconvex meniscus. The slightly negative refraction of the second collector delivers a Petzval number to compensate for the difference between the Petzval numbers of the collective mirror (3) and dispersing mirror. It gives a summated Petzval number opposed to residual astigmatism of the third and higher orders. The menisci (1,2) are made of the same optical material as are the two lenses (5,6).

Description

Die Erfindung geht aus von einem Objektiv nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Das erfindungsgemäße Objektiv kann bei 1000 Millimeter Brennweite für die Mittelformat fotografie und bei 500 Millimeter Brennweite für die Kleinbildfotografie dienen.The invention is based on a lens according to the preamble of the main claim. The lens according to the invention can with a focal length of 1000 millimeters for the medium format photography and at 500 mm focal length for 35mm photography.

Grundlegend geht die Erfindung aus vom sogenannten Houghton-Cassegrain. Dieser ist eine um einen Zerstreuungsspiegel erweiterte Abwandlung der sogenannten Houghton-Kamera. Diese wurde 1944 von James L. Houghton vorgeschlagen - US-Patent 2,350,112. Hierbei wird der Schmidt-Korrektor, der sich im Krümmungsmittelpunkt eines sphärischen Spiegels befindet, ersetzt durch ein afokales Linsenglied aus 2 oder 3 Linsen aus gleichem optischen Material. Dieses Linsenglied beseitigt die sphärische Unterkorrektion des sphärischen Sammel spiegels ohne wesentliche Farbfehler einzuführen. Bedingt durch die Lage des Korrektors sind auch Koma und Astigmatismus hinreichend vermieden. Bei der verkürzten Ausführung mit einem sphärischen Zerstreuungsspiegel im sogenannten Houghton-Cassegrain läßt sich immerhin noch die Koma korrigieren. In seiner kompakten Ausführung wird der Korrektor aus einer bikonvexen und einer nachfolgenden bikonkaven Linse gebildet, auf deren Hinterflä che der Zerstreuungsspiegel aufgekittet ist. Diese grundlegende Design hat einige Abwandlun gen erfahren. Soll zum Beispiel der Zerstreuungsspiegel und die Hinterfläche der zweiten Linse des Korrektors eine durchgängige Fläche bilden, so wird der Korrektor in der Reihen folge des Lichteinfalls aus einem konvexen, sammelnden und einem nachfolgenden konkaven, zerstreuenden Meniskus gebildet. So aufgebaut ist das von W. Mandler angegebene Objektiv, Patent US 2,726,574, bei dem ein weiterer afokaler Korrektor in der Bohrung des sphärischen Sammelspiegels angeordnet ist. Allerdings ist in den dort gegebenen Ausführungsbeispielen die Petzvalsumme nicht korrigiert - anscheinend um eine hohe Brennweitenverlängerung durch den Zerstreuungsspiegel zu erreichen und damit eine große Schnittweite nach der Reflexion. Da der Zerstreuungsspiegel stärker als der Sammelspiegel gekrümmt ist und die beiden afoka len Korrektoren keinen Beitrag zur Petzvalsumme liefern, ist diese unvollkommen korrigiert. Damit wird letztendlich ein gewisser Betrag an Astigmatismus erzwungen um das mittlere Bildfeld zu ebnen, so daß die Bildqualität zum Rand des Bildfeldes hin nicht optimal ist. Ein ähnliches Objektiv mit einem aus drei Linsen aufgebauten zweiten Korrektor wird von Erwin Wiedemann in der OS 21 45 556 gegeben. Dieses Objektiv gibt eine hohe Abbildungs qualität auf einem ebenen Bildfeld. Für die Brennweite 1000 Millimeter wird bei der Öffnungs zahl 4 ein Objektfeld von 5 Grad Durchmesser übertragen.The invention is based on the so-called Houghton-Cassegrain. This is one Modification of the so-called Houghton camera extended by a mirror. This was proposed by James L. Houghton in 1944 - U.S. Patent 2,350,112. Here becomes the Schmidt corrector, which is at the center of curvature of a spherical mirror is replaced by an afocal lens member made of 2 or 3 lenses of the same optical Material. This lens element eliminates the spherical under-correction of the spherical collection mirror without introducing significant color errors. Due to the position of the corrector coma and astigmatism sufficiently avoided. In the shortened version with a spherical mirror of dispersion in the so-called Houghton-Cassegrain at least correct the coma. The corrector is in its compact design formed from a biconvex and a subsequent biconcave lens, on the back surface the diverging mirror is cemented on. This basic design has some modifications gene experienced. For example, you want the diverging mirror and the back surface of the second Lens of the corrector form a continuous surface, so the corrector is in rows follow the incidence of light from a convex, collecting and a subsequent concave, dispersing meniscus. This is how the lens specified by W. Mandler is constructed, Patent US 2,726,574, in which another afocal corrector in the bore of the spherical Collective mirror is arranged. However, in the exemplary embodiments given there the Petzval sum was not corrected - apparently by a high focal length extension to reach the scattering mirror and thus a large focal length after the reflection. Because the mirror is more curved than the collecting mirror and the two afoka If correctors do not make a contribution to the Petzval sum, this is not fully corrected. This ultimately forces a certain amount of astigmatism around the middle Flatten the image field so that the image quality is not optimal towards the edge of the image field. A similar lens with a second corrector made up of three lenses is used by Erwin Wiedemann in OS 21 45 556. This lens gives high imaging quality on a flat image field. For the focal length is 1000 millimeters when opening Number 4 transmit an object field of 5 degrees in diameter.

Es war Ziel der Erfindung eine gleich hohe oder bessere Abbildungsqualität zu erreichen, wobei der zweite Linsenkorrektor nur aus zwei Linsen aufgebaut sein soll. Insbesondere war es hierbei Ziel der Erfindung für die Brennweite 1000 Millimeter und die Öffnungszahl 5,6 die beugungsbegrenzte Übertragung eines Objektfeldes von 4 Grad Durchmesser zu erreichen. Das heißt die Zerstreuungsscheibchen sollen damit im Wellenlängenbereich 400 bis 700 Nano meter auf dem gesamten Bildfeld nicht größer als 8 Mikrometer und damit kleiner als die zur Wellenlänge 550 Nanometer zugehörige Airy-Disk verbleiben. Für die Öffnungszahl 5,6 soll das Objektiv auch für visuelle Beobachtungen höchster Auflösung nutzbar sein. Das axiale Zerstreuungsscheibchen sollte damit im Bereich von 400 bis 700 Nanometer Wellenlänge kleiner als 4 Mikrometer bleiben. Ein weiteres Ziel der Erfindung war es bei der Brennweite von 1000 Millimetern für die Öffnungszahl 4 ein Objektfeld von 5 Grad zu übertragen, wobei für den Wellenlängenbereich 400 bis 700 Nanometer 95 Prozent der Lichtstrahlen in Zerstreu ungsscheibchen von 15 Mikrometer Durchmesser konzentriert sein sollen. Für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer sollen die Zerstreuungsscheibchen kleiner als 17 Mikrome ter Durchmesser bleiben, wobei über 95 Prozent der Lichtstrahlen innerhalb eines Durchmes sers von 10 Mikrometer konzentriert sein sollen. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungs scheibchens soll unter 10 Mikrometer liegen.The aim of the invention was to achieve an equally high or better imaging quality, the second lens corrector should only be made up of two lenses. Was in particular It is the aim of the invention for the focal length 1000 millimeters and the number of openings 5.6 to achieve the diffraction-limited transmission of an object field of 4 degrees in diameter. That means the scattering discs should be in the 400 to 700 nano wavelength range meters across the entire image field no larger than 8 micrometers and thus smaller than that for the Wavelength 550 nanometers associated Airy disk remain. For the number of openings 5.6 should the lens can also be used for high-resolution visual observations. The axial Scattering discs should therefore be in the range of 400 to 700 nanometers in wavelength stay smaller than 4 microns. Another object of the invention was the focal length of 1000 millimeters for the number of openings 4 to transmit an object field of 5 degrees, whereby for the wavelength range 400 to 700 nanometers 95 percent of the light rays in scattering 15 micrometer diameter slices should be concentrated. For the wavelength range The scattering disks are said to be 486 to 656 nanometers smaller than 17 microns diameter remain, with over 95 percent of the light rays within one diameter should be concentrated by 10 microns. The diameter of the axial dispersion disc should be less than 10 microns.

Die Aufgabe wird gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.The object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim.

Hierbei trifft einfallendes Licht auf einen ersten Linsenkorrektor, der aus einem gegen das ein fallende Licht konvexen, sammelnden Meniskus 1 und einem nachfolgenden gegen das einfal lende Licht konkaven, zerstreuenden Meniskus 2 besteht, der auf seiner Hinterfläche im zen tralen Teil verspiegelt ist. Von dem Meniskus 2 ausgehend gelangt das Licht auf den Sammel spiegel 3, der eine zentrale Bohrung 7 aufweist. Der Sammelspiegel 3 reflektiert das Licht auf den Zerstreuungsspiegel 4, der durch die Verspiegelung auf der Hinterfläche des Meniskus 2 gebildet wird. Der Zerstreuungsspiegel 4 reflektiert das Licht mit verminderter Konvergenz auf einen zweiten Korrektor, der in der Reihenfolge der Lichtbewegung aus einer sammelnden Linse 5, die als gegen das einfallende Licht konvexer Meniskus oder konvexplan oder bikon vex ausgebildet ist und einer nachfolgenden zerstreuenden Linse 5, die als gegen das einfal lende Licht konkaver Meniskus ausgebildet ist, besteht. Hierbei können die Linsen 5 und 6 vorzugsweise in der zentralen Bohrung 7 im Sammelspiegel 3 angeordnet sein. Von der Linse 6 ausgehend gelangt das Licht in die Bildebene 8. Der erste Korrektor ist hierbei brechkraftlos. Genauer gesagt liefert der erste Korrektor keinen Beitrag zur Petzvalsumme und da seine Elemente - die Menisken 1 und 2 - eng zusammenstehen ist er somit brechkraftlos. Here, incident light strikes a first lens corrector, which consists of a meniscus 1 convex against the incident light, collecting meniscus 1 and a subsequent diverging meniscus 2 concave against the incident light, which is mirrored on its rear surface in the central part. Starting from the meniscus 2 , the light reaches the collecting mirror 3 , which has a central bore 7 . The collecting mirror 3 reflects the light onto the diverging mirror 4 , which is formed by the mirroring on the rear surface of the meniscus 2 . The diverting mirror 4 reflects the light with reduced convergence onto a second corrector, which in the order of light movement from a collecting lens 5 , which is designed as a convex meniscus or convex or biconvex against the incident light, and a subsequent diverging lens 5 , which as is formed against the incident light concave meniscus. Here, the lenses 5 and 6 can preferably be arranged in the central bore 7 in the collecting mirror 3 . Starting from the lens 6 , the light reaches the image plane 8 . The first corrector has no power. To be more precise, the first corrector does not contribute to the Petzval sum and since its elements - menisci 1 and 2 - stand closely together, it is therefore powerless.

Der zweite Korrektor aus den Linsen 5 und 6 hingegen liefert einen zwar kleinen, aber nicht vernachlässigbaren Beitrag zur Petzvalsumme. Dieser Beitrag ist seiner Größe nach so bemessen, daß der die Differenz in den Petzvalbeiträgen des Sammelspiegels 3 und des Zerstreuungsspiegels 4 ausgleicht. Insgesamt resultiert ein Spiegelobjektiv, bei dem nicht nur der Astigmatismus, sondern auch die Petzvalsumme ausgezeichnet korrigiert ist, was zu der hohen außeraxialen Abbildungsqualität führt. Für das Verhältnis der Krümmungsradien R5 des Sammelspiegels 3 und R6 des Zerstreuungsspiegels 4 muß folgende Bedingung erfüllt sein:The second corrector from lenses 5 and 6, on the other hand, makes a small but not negligible contribution to the Petzval sum. The size of this contribution is such that it compensates for the difference in the Petzval contributions of the collecting mirror 3 and the scattering mirror 4 . Overall, this results in a mirror lens in which not only the astigmatism but also the Petzval sum is excellently corrected, which leads to the high off-axis imaging quality. The following condition must be met for the ratio of the radii of curvature R5 of the collecting mirror 3 and R6 of the diverging mirror 4 :

|R6/R5| = 0,96 ± 0,04 [1]| R6 / R5 | = 0.96 ± 0.04 [1]

Der zweite Korrektor aus den Linsen 5 und 6 weist eine geringe negative Brechkraft auf, und liefert somit einen Beitrag zur Petzvalsumme, der die Differenz in den Petzvalbeiträgen des Sammelspiegels 3 und des etwas stärker gekrümmten Zerstreuungsspiegels 4 ausgleicht. Für den Spezialfall, daß |R6/R5| = 1 gilt, weist der zweite Korrektor dennoch etwas Brech kraft auf, um in die Petzvalsumme des Objektivs einen Betrag einzuführen, der dem verblei benden Restastigmatismus dritter und höherer Ordnung entgegen gerichtet ist. Für das Verhältnis des Krümmungsradius R5 des Sammelspiegels 3 zur Brennweite f des Objektivs muß folgende Bedingung erfüllt sein:The second corrector comprising the lenses 5 and 6 has a low negative refractive power, and thus makes a contribution to the Petzval sum, which compensates for the difference in the Petzval contributions of the collecting mirror 3 and the somewhat more curved deflecting mirror 4 . For the special case that | R6 / R5 | = 1 applies, the second corrector still has some refractive power in order to introduce an amount into the Petzval sum of the objective that is opposite to the remaining residual astigmatism of the third and higher order. The following condition must be fulfilled for the ratio of the radius of curvature R5 of the collecting mirror 3 to the focal length f of the objective:

|R5/f| = 1,10 ± 0,04 [2]| R5 / f | = 1.10 ± 0.04 [2]

Weitere Fortbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Ansprüchen 2, 3 und 4 offenbart. Die Erfindung soll nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen erläutert werden.Further developments of the subject matter according to the invention are in claims 2, 3 and 4 disclosed. The invention will be explained below using three exemplary embodiments.

In den zu den Ausführungsbeispielen zugehörigen Zeichnungen zeigen:The drawings associated with the exemplary embodiments show:

Fig. 1 die Anordnung der Elemente des erfindungsgemäßen Objektivs, Fig. 1 shows the arrangement of the elements of the lens according to the invention,

Fig. 2 Spotdiagramme gemäß Ausführungsbeispiel 1 für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2; 3; 4 und 5 Grad für die Wellenlängen 486,1; 550 und 656,3 Nanometer, FIG. 2 shows spot diagrams according to Embodiment 1 of object field diameter of 0; 1; 2; 3; 4 and 5 degrees for the wavelengths 486.1; 550 and 656.3 nanometers,

Fig. 3 Darstellung der tangentialen und sagittalen Aberrationen und der Verzeichnung gemäß Ausführungsbeispiel 1, Fig. 3 showing the tangential and sagittal aberrations and distortion according to Embodiment 1,

Fig. 4 Darstellung der longitudinalen Aberrationen des Ausführungsbeispiels 1 für die Wellen längen 486,1; 550 und 656,3 Nanometer, Fig. 4 shows the longitudinal aberrations of embodiment 1 for the wavelengths 486.1; 550 and 656.3 nanometers,

Fig. 5 Spotdiagramme gemäß Ausführungsbeispiel 2 für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2; 3 und 4 Grad für die Wellenlängen 400; 450; 500; 550; 600; 650 und 700 Nanometer, FIG. 5 shows spot diagrams according to Embodiment 2 of object field diameter of 0; 1; 2; 3 and 4 degrees for the wavelengths 400; 450; 500; 550; 600; 650 and 700 nanometers,

Fig. 6 Darstellung der tangentialen und sagittalen Aberrationen und der Verzeichnung gemäß Ausführungsbeispiel 2, Fig. 6 showing the tangential and sagittal aberrations and distortion according to Embodiment 2,

Fig. 7 Darstellung der longitudinalen Aberrationen des Ausführungsbeispiels 2 für die Wellen längen 400; 450; 500; 550; 600; 650 und 700 Nanometer, Fig. 7 representation of the longitudinal aberrations of embodiment 2 for the wavelengths 400; 450; 500; 550; 600; 650 and 700 nanometers,

Fig. 8 etwa maßstäbliche Darstellung des geometrischen Aufbaus des Ausführungsbeispiels 3. Fig. 8 is about scale representation of the geometrical structure of Embodiment 3.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 1000 Millimeter und die Öffnungszahl 4 auf. Es wurde für ein Objektfeld von 5 Grad Durchmesser optimiert. Das Objektiv ist komplett aus BK7 aufgebaut. BK7 ist ein Glas des Schott-Kataloges mit der Glaskennzahl 517642. Wie Fig. 2 zeigt, bleiben die Zerstreuungsscheibchen auf dem Bildfeld von 87,53 Millimeter Durchmesser unter 17 Mikrometer Durchmesser. Dabei sind mehr als 95 Prozent der Licht strahlen in einem Scheibchen von 9 Mikrometer Durchmesser konzentriert. Das axiale Zer streuungsscheibchen weist einen Durchmesser von 9,3 Mikrometer auf.The exemplary embodiment has a focal length of 1000 millimeters and the number of openings 4. It was optimized for an object field of 5 degrees in diameter. The lens is made entirely of BK7. BK7 is a glass from the Schott catalog with the glass number 517642. As FIG. 2 shows, the scattering discs remain on the image field with a diameter of 87.53 millimeters less than 17 micrometers in diameter. More than 95 percent of the light rays are concentrated in a disc with a diameter of 9 micrometers. The axial Zer scattering disc has a diameter of 9.3 microns.

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 1 Design data of embodiment 1

Die Seidelsummen der Flächenteilkoeffizienten nach der 3. Ordnung des 1. Ausführungsbei spiels betragen:The silk sums of the area coefficients according to the 3rd order of the 1st embodiment game amount:

a) für Licht der Wellenlänge d (587,56 nm):
A = +0,0357 B = -0,0163 C = +0,0240 P = -0,0130 V = -2,4965a) for light of wavelength d (587.56 nm):
A = +0.0357 B = -0.0163 C = +0.0240 P = -0.0130 V = -2.4965
b) für Licht der Wellenlänge F (486,13 nm):
A = +0,0252 B = -0,0099 C = +0,0190 P = -0,0109 V = -2.5228b) for light of wavelength F (486.13 nm):
A = +0.0252 B = -0.0099 C = +0.0190 P = -0.0109 V = -2.5228

Hierbei steht A für sphärische Aberration; B für Koma; C für Astigmatismus; P für Petzval summe und V für Verzeichnung. Die Krümmung der sagittalen Schale ergibt sich aus P + C, die der tangentialen Schale aus P + 3C und die Krümmung des mittleren Bildfeldes ergibt sich aus P + 2C für a) zu: +0,0350 und für b) zu: +0,0271. Here A stands for spherical aberration; B for coma; C for astigmatism; P for Petzval sum and V for distortion. The curvature of the sagittal shell results from P + C, that of the tangential shell from P + 3C and the curvature of the central image field results from P + 2C for a) to: +0.0350 and for b) to: +0.0271.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 1000 Millimeter und die Öffnungszahl 5,6 auf. Es wurde für ein Objektfeld von 4 Grad Durchmesser optimiert. Das Objektiv ist komplett aus BK7 aufgebaut. BK7 ist ein Glas des Schott-Kataloges mit der Glaskennzahl 517642. Wie Fig. 5 zeigt, bleiben die Zerstreuungsscheibchen auf dem Bildfeld von 69,96 Millimeter Durchmesser für den Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometer unter 8 Mikrometer Durchmesser. Dabei sind mehr als 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Scheibchen von 4 Mikrometer Durchmesser konzentriert. Das axiale Zerstreuungsscheibchen weist einen Durch messer von 3,64 Mikrometern auf.The exemplary embodiment has a focal length of 1000 millimeters and the number of openings 5.6. It was optimized for an object field of 4 degrees in diameter. The lens is made entirely of BK7. BK7 is a glass from the Schott catalog with the glass number 517642. As FIG. 5 shows, the scattering discs remain on the image field of 69.96 millimeters in diameter for the wavelength range from 400 to 700 nanometers below 8 micrometers in diameter. More than 95 percent of the light rays are concentrated in a 4-micron disc. The axial disc has a diameter of 3.64 microns.

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 2 Design data of embodiment 2

Die Seidelsummen der Flächenteilkoeffizienten nach der 3. Ordnung des 2. Ausführungsbei spiels betragen:The silk sums of the area coefficients after the 3rd order of the 2nd execution game amount:

a) für Licht der Wellenlänge d (587,56 nm):
A = +0,0214 B = -0,0062 C = +0,0208 P = -0,0023 V = -2,6996a) for light of wavelength d (587.56 nm):
A = +0.0214 B = -0.0062 C = +0.0208 P = -0.0023 V = -2.6996
b) für Licht der Wellenlänge F (486,13 nm):
A = +0,0108 B = +0,0003 C = +0,0158 P = -0,0026 V = -2,7254.b) for light of wavelength F (486.13 nm):
A = +0.0108 B = +0.0003 C = +0.0158 P = -0.0026 V = -2.7254.

Hierbei steht A für sphärische Aberration; B für Koma; C für Astigmatismus; P für Petzval summe und V für Verzeichnung. Die Krümmung der sagittalen Schale ergibt sich aus P + C, die der tangentialen Schale aus P + 3C und die Krümmung des mittleren Bildfeldes ergibt sich aus P + 2C für a) zu: +0,0393 und für b) zu: +0,0290. Here A stands for spherical aberration; B for coma; C for astigmatism; P for Petzval sum and V for distortion. The curvature of the sagittal shell results from P + C, that of the tangential shell from P + 3C and the curvature of the central image field results from P + 2C for a) to: +0.0393 and for b) to: +0.0290.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Das Ausführungsbeispiel weist wie Ausführungsbeispiel 1 eine Brennweite von 1000 Millime ter und die Öffnungszahl 4 auf. Es wurde für ein Objektfeld von 5 Grad Durchmesser opti miert. Das Objektiv ist komplett aus BK7 aufgebaut. BK7 ist ein Glas des Schott-Kataloges mit der Glaskennzahl 517642. Das Ziel war die letzte Schnittweite auf einen bequemen Wert zu vergrößern, wozu der Abstand zwischen Sammelspiegel 3 und Zerstreuungsspiegel 4 auf 300 Millimeter verkleinert wurde. Die Krümmungsradien R5 und R6 beider Spiegel wurden betragsmäßig gleich ausgebildet, so daß sich die Fertigung vereinfacht. Gleichzeitig ist nun die Hinterfläche der Linse 5 als Planfläche ausgebildet, so daß diese konvexplan in der Reihenfolge des Lichteinfall ist. Das Ausführungsbeispiel 3 weist etwa die gleiche Abbildungsqualität wie Ausführungsbeispiel 1 auf. Bedingt durch den verkleinerten Abstand zwischen den Spiegeln 3 und 4 steigt die Mittenobstruktion durch den Zerstreuungsspiegel 4 etwas an.The embodiment has, like embodiment 1, a focal length of 1000 millimeters and the number of openings 4. It was optimized for an object field of 5 degrees in diameter. The lens is made entirely of BK7. BK7 is a glass from the Schott catalog with the glass number 517642. The aim was to increase the last focal length to a comfortable value, which is why the distance between collecting mirror 3 and diverging mirror 4 was reduced to 300 millimeters. The radii of curvature R5 and R6 of both mirrors have the same amount, so that production is simplified. At the same time, the rear surface of the lens 5 is now designed as a plane surface, so that it is convex plane in the order in which the light falls. Embodiment 3 has approximately the same imaging quality as embodiment 1. Due to the reduced distance between the mirrors 3 and 4, the center obstruction rises through the diversion mirror 4 on something.

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 3 Design data of embodiment 3

a) für Licht der Wellenlänge d (587,56 nm):
A +0,0424 B = -0,0140 C = +0,0397 P = -0,0298 V= -1,9531a) for light of wavelength d (587.56 nm):
A +0.0424 B = -0.0140 C = +0.0397 P = -0.0298 V = -1.9531
b) für Licht der Wellenlänge F (486,13 nm):
A +0,0311 B = -0,0072 C = +0,0344 P = -0,0301 V= -1,9723.b) for light of wavelength F (486.13 nm):
A +0.0311 B = -0.0072 C = +0.0344 P = -0.0301 V = -1.9723.

Hierbei steht A für sphärische Aberration; B für Koma; C für Astigmatismus; P für Petzval summe und V für Verzeichnung. Die Krümmung der sagittalen Schale ergibt sich aus P + C, die der tangentialen Schale aus P + 3C und die Krümmung des mittleren Bildfeldes ergibt sich aus P + 2C für a) zu: +0,0496 und für b) zu: +0,0387. Here A stands for spherical aberration; B for coma; C for astigmatism; P for Petzval sum and V for distortion. The curvature of the sagittal shell results from P + C, that of the tangential shell from P + 3C and the curvature of the central image field results from P + 2C for a) to: +0.0496 and for b) to: +0.0387.

Alle Krümmungsradien in den Ausführungsbeispielen sind in Seidelnotation gegeben. Das heißt negative Krümmungsradien bezeichnen Flächen, die konkav gegen das einfallende Licht sind und positive Krümmungsradien bezeichnen Flächen, die konvex gegen das einfallende Licht sind. Für die Ermittlung der Durchmesser wurde angenommen, daß die Blende auf der ersten Fläche liegt. Die Abstände sind absolut gegeben und bezeichnen den Abstand zur nachfolgenden Fläche. Die Richtungsumkehr ist durch den Begriff Spiegel beschrieben. Insgesamt ergibt sich gegenüber den Objektiven der Offenlegungsschrift 21 45 556 ein erhebli cher technischer Fortschritt. So besteht der zweite Korrektor nunmehr nur aus zwei statt wie dort gegeben aus drei Linsen. Gleichzeitig gelingt es bei gleich guter Korrektion am Rand des Bildfeldes diese innerhalb desselben zu verfeinern und hierbei die axiale Korrektion merklich zu verbessern. Die Zerstreuungsscheibchen reduzieren sich auf 2/3 des bisherigen Durchmes sers. Wie im Ausführungsbeispiel 3 gezeigt können nun zwei Krümmungsradien (R5 und R6) der großen Elemente des Objektivs gleichen Betrag aufweisen, so daß sich die Fertigung vereinfacht. Gleichzeitig kann einer der Krümmungsradien (R8) als Planfläche ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Objektiv weist eine deutliche Verbesserung in der Korrektur der Petzvalsumme auf. Die chromatischen Variationen der Bildfeldkrümmung sind reduziert. Gegenüber dem einzigen hochkorrigiertem Ausführungsbeispiel (2) der Offenlegungsschrift 21 45 556 wird die Verzeichnung auf weniger als 1/5 reduziert, wobei gleichzeitig die Schnitt weite vom letzten Linsenscheitel nahezu verdoppelt wird.All radii of curvature in the exemplary embodiments are given in silk notation. The means negative radii of curvature denote surfaces that are concave against the incident light are and positive radii of curvature denote surfaces that are convex against the incident Are light. For the determination of the diameter it was assumed that the aperture on the first area. The distances are absolute and indicate the distance to the subsequent area. The reversal of direction is described by the term mirror. Overall, there is a considerable difference compared to the objectives of laid-open specification 21 45 556 technical progress. The second corrector now only consists of two instead of how there given from three lenses. At the same time it works with the same good correction at the edge of the Field of view to refine them within the same and thereby noticeably the axial correction to improve. The scattering discs are reduced to 2/3 of the previous diameter sers. As shown in embodiment 3, two radii of curvature (R5 and R6) of the large elements of the lens have the same amount, so that the manufacturing simplified. At the same time, one of the radii of curvature (R8) can be designed as a flat surface will. The lens according to the invention has a significant improvement in the correction the Petzval sum. The chromatic variations of the field curvature are reduced. Compared to the only highly corrected embodiment (2) of the published patent application 21 45 556 the distortion is reduced to less than 1/5, while the cut distance from the last lens apex is almost doubled.

Selbstverständlich kann im erfindungsgemäßen Objektiv der Zerstreuungsspiegel 4 auch sepa rat ausgeführt und als solcher dann auf die Hinterfläche des Meniskus 2 aufgekittet werden. Es läßt sich dadurch aber keine wesentliche Steigerung der Abbildungsqualität erreichen. Das erfindungsgemäße Objektiv kann auch aus verschiedenem optischen Material aufgebaut sein. So könnten zum Beispiel die Linsen 5 und 6 aus einem anderen, wenig dispersiven opti schen Material bestehen. Es bietet sich hier zum Beispiel das Glas FK03 des Ohara-Kataloges an. Die großen Menisken 1 und 2 können weiterhin aus billigem BK7 bestehen, während das teurere FK03 nur für die kleineren Linsen 5 und 6 verwandt wird. Die Abbildungsqualität läßt sich so noch etwas verfeinern - der Steigerung sind aber relativ enge Grenzen gesetzt. Insbesondere in seiner Ausprägung mit der Öffnungszahl 5,6 kann das erfindungsgemäße Objektiv zusätzlich als Fernrohrobjektiv dienen. Bei 1000 Millimeter Brennweite ergibt sich mit kommerziell erhältlichen Okularen von 4 Millimeter Brennweite 250fache Vergrößerung. Dabei liegt die Öffnungszahl 5,6 in dem Bereich in welchem hochwertige Okulare bereits gute axiale Korrektion aufweisen. Die Farbkorrektion des Objektivs der Öffnungszahl 5,6 und der Brennweite 1000 Millimeter übertrifft die von apochromatischen Refraktortripletts und Schmidt-Cassegrain Systemen der Öffnungszahl 10.Of course, the diverging mirror 4 can also be carried out separately in the lens according to the invention and as such can then be cemented onto the rear surface of the meniscus 2 . However, this does not significantly improve the image quality. The lens according to the invention can also be constructed from different optical material. For example, the lenses 5 and 6 could be made of a different, less dispersive optical material. For example, glass FK03 from the Ohara catalog is a good choice. The large menisci 1 and 2 can still consist of cheap BK7, while the more expensive FK03 is only used for the smaller lenses 5 and 6 . The image quality can be refined a bit - but the increase is relatively narrow. The lens according to the invention can also serve as a telescope lens, in particular in its version with an aperture of 5.6. At 1000 millimeters focal length, commercially available eyepieces with a 4 millimeter focal length result in a magnification of 250 times. The number of openings 5.6 is in the range in which high-quality eyepieces already have good axial correction. The color correction of the lens with an aperture of 5.6 and a focal length of 1000 millimeters exceeds that of apochromatic refractor triplets and Schmidt-Cassegrain systems with an aperture of 10.

Die peak to valley Aberrationen der Wellenfront bleiben im Bereich des visuellen Spektrums unter 1/8 Wellenlänge. Diese hohe Korrektion erweist sich als notwendig, da es sich zeigt, daß für optische Systeme mit merkbarer Mittenobstruktion die Einhaltung des Rayleigh-Krite riums von 1/4 Wellenlänge peak to valley Aberration nicht hinreichend ist um eine Kontrast übertragung ohne merkbare Degradation zu erreichen. Eine Tatsache, die bei Schmidt-Casse grain Systemen verantwortlich ist für die dort oft bemängelte axiale Abbildungsleistung insbe sondere bei hochauflösenden Beobachtungen von Planeten und anderen kleinen flächenhaften Objekten.The peak to valley aberrations of the wavefront remain in the range of the visual spectrum under 1/8 wavelength. This high correction proves necessary because it shows that for optical systems with a noticeable center obstruction, compliance with the Rayleigh criterion riums of 1/4 wavelength peak to valley aberration is insufficient for a contrast transmission without noticeable degradation. A fact at Schmidt-Casse grain systems is responsible for the often criticized axial imaging performance especially with high-resolution observations of planets and other small areal Objects.

Mit einem 100 Grad Okular, wie es der Autor in der Anmeldung P 195 49 247.1 angibt, läßt sich bei einer Brennweite des Okulars von 40 Millimetern eine 25fache Vergrößerung errei chen, wobei fast das gesamte beugungsbegrenzt durch das Objektiv übertragbare Objektfeld von 4 Grad Durchmesser der Beobachtung zugänglich wird. Der Durchmesser der Austritts pupille beträgt dann für die Öffnungszahl 5,6 das Objektivs 7,14 Millimeter und ist damit gut angepaßt an den maximal möglichen Durchmesser der menschlichen Augenpupille. Damit erhält man ein "Rich field" Teleskop kompakter Bauweise äußerst hoher Abbildungsqualität. Nicht zuletzt bietet das erfindungsgemäße Objektiv bedingt durch seine hohe Auflösung neue Ansatzpunkte für die kommenden Entwicklungen großflächiger CCD-Technik mit typischen Größen der Detektorpixel von 10 Mikrometern bis herunter zu 5 Mikrometern. Dann ist es möglich die Information, die das Objektiv in dem beugungsbegrenzt übertragenen Objektfeld von 4 Grad Durchmesser liefert, auszuschöpfen, womit die physikalisch mögliche Grenze erreicht ist.With a 100 degree eyepiece, as the author states in application P 195 49 247.1 a magnification of 25 times is achieved with a focal length of the eyepiece of 40 millimeters chen, whereby almost the entire diffraction-limited object field can be transmitted through the lens of 4 degrees in diameter is accessible for observation. The diameter of the outlet The pupil is 7.14 millimeters for the number of apertures 5.6 and is therefore good adapted to the maximum possible diameter of the human eye pupil. In order to you get a "rich field" telescope with a compact design and extremely high image quality. Last but not least, the lens according to the invention offers new ones due to its high resolution Starting points for the upcoming developments of large-area CCD technology with typical Detector pixel sizes from 10 microns down to 5 microns. Then it is possible the information that the lens transmitted in the diffraction limited Object field of 4 degrees in diameter delivers, which makes the physically possible Limit is reached.

Für die Fokussierung auf unterschiedliche Objektweiten ist es günstig das Objektiv mit einer Innenfokussierung zu versehen, bei der entweder der Abstand des Zerstreuungsspiegels 4 und damit der Menisken 1 und 2 vom Sammelspiegel 3 geändert wird, oder bei der die Linsen 5 und 6 verschiebbar gegenüber dem restlichen Objektiv angeordnet sind. Hiermit läßt sich die erreichte hohe Korrektion der Abbildung auch für näher gelegene Objekte aufrecht erhalten.For focusing on different object widths, it is favorable to provide the lens with an inner focusing, in which either the distance of the diverging mirror 4 and thus the menisci 1 and 2 from the collecting mirror 3 is changed, or in which the lenses 5 and 6 are displaceable relative to the rest Are arranged lens. With this, the achieved high correction of the image can also be maintained for closer objects.

Claims

1. Spiegelobjektiv, bei dem einfallendes Licht auf einen brechkraftlosen Korrektor trifft, der aus einem sammelnden gegen das einfallende Licht konvexen Meniskus (1) und einem zerstreuenden gegen das einfallende Licht konkaven Meniskus (2) besteht, wonach das Licht von einem nachfolgenden Sammelspiegel (3) mit zentraler Bohrung (7) auf einen auf der Hinterfläche des zweiten Meniskus (2) ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (4) trifft, der das Licht auf einen aus zwei Linsen aufgebauten Korrektor reflektiert, wobei das Licht durch die zentrale Bohrung (7) im Sammelspiegel (3) fällt und von dort die Bildebene (8) erreicht, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Krümmungsradien R5 des Sammelspiegels (3) und R6 des Zerstreuungsspiegels (4) folgende Bedingung gilt: |R6/R5| = 0,96 ± 0,04 daß der Krümmungsradius R5 des Sammelspiegels sich zur Brennweite f des Spiegelobjektivs verhält wie:|R6/f| = (1,1 ± 0,04),daß der zweite Korrektor in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer sammelnden Linse (5), die als gegen das einfallende Licht konvexer Meniskus oder konvexplan oder bikonvex ausge bildet ist und einem zerstreuenden, gegen das einfallende Licht konkaven Meniskus (6) besteht,
daß der zweite Korrektor schwach negative Brechkraft besitzt, die einen Petzvalbeitrag liefert, der die Differenz der Petzvalbeiträge des Sammelspiegels (3) und des stärker gekrümmten Zerstreuungsspiegels (4) ausgleicht und darüber hinaus die Petzvalsumme so gestaltet, daß sie dem verbleibendem Astigmatismus dritter und höherer Ordnung entgegen gerichtet ist.1.Mirror objective, in which incident light strikes a refractor without refractive power, which consists of a collecting meniscus ( 1 ) convex against the incident light and a diverging meniscus ( 2 ) concave against the incident light, after which the light from a subsequent collecting mirror ( 3 ) with a central bore ( 7 ) meets a diverting mirror ( 4 ) formed on the rear surface of the second meniscus ( 2 ), which reflects the light onto a corrector made up of two lenses, the light passing through the central bore ( 7 ) in the collecting mirror ( 3 ) falls and from there reaches the image plane ( 8 ), characterized in that
that the following condition applies to the radii of curvature R5 of the collecting mirror ( 3 ) and R6 of the diverging mirror ( 4 ): | R6 / R5 | = 0.96 ± 0.04 that the radius of curvature R5 of the collecting mirror relates to the focal length f of the mirror lens as: | R6 / f | = (1.1 ± 0.04) that the second corrector in the order of light from a collecting lens ( 5 ), which is formed as a convex meniscus or convex plane or biconvex against the incident light and a diverging, against the incident There is a light concave meniscus ( 6 ),
that the second corrector has a slightly negative refractive power, which makes a Petzval contribution, which compensates for the difference between the Petzval contributions of the collecting mirror ( 3 ) and the more curved deflecting mirror ( 4 ) and, moreover, designs the Petzval sum so that it responds to the remaining third and higher order astigmatism is directed against.

2. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menisken (1) und (2) aus gleichem optischen Material bestehen.2. Mirror lens according to claim 1, characterized in that the menisci ( 1 ) and ( 2 ) consist of the same optical material.

3. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (5) und (6) aus gleichem optischen Material bestehen.3. mirror lens according to claim 1, characterized in that the lenses ( 5 ) and ( 6 ) consist of the same optical material.

4. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menisken (1), (2) und die Linsen (5) und (6) aus gleichem optischen Material bestehen.4. mirror lens according to claim 1, characterized in that the menisci ( 1 ), ( 2 ) and the lenses ( 5 ) and ( 6 ) consist of the same optical material.