DE60025661T2

DE60025661T2 - Weitwinkeliges katoptrisches System

Info

Publication number: DE60025661T2
Application number: DE60025661T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Chiyoda-ku Nakano; Yasuhisa Chiyoda-ku Tamagawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: EP1061397A3; DE60025661D1; JP4212721B2; EP1061397A2; JP2000352668A; US6850361B1; EP1061397B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein weitwinkelig katoptrisches System, das in Kameras mit weitwinkeligen Sichtfeldern für Beobachtungen, Untersuchungen usw. verwendet wird, und das Bilder von Objekten bildet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Funktion von optischen Systemen zur Verwendung in Kameras besteht darin, Licht durch die Brechungswirkung von Licht umzuleiten und Bilder eines Objekts auf Detektoren zu erzeugen. Optische Elemente mit einer derartigen Brechungswirkung enthalten beispielsweise Linsen, die Licht durch Ausnutzung des Unterschieds von Brechungsindizes umlenken, reflektierende Spiegel, die Licht durch Ausnutzung von Reflektion umlenken usw.
Da Licht durch Linsen hindurchgeht, sollten Linsen aus einem Material bestehen, das eine ausreichende Durchlässigkeit für ein gewünschtes Wellenlängenband hat. Für besondere Wellenlängenbänder, wie Ultraviolettstrahlen und Infrarotstrahlen, sind die Materialien von Linsen auf teure Typen beschränkt. Darüberhinaus hat der Brechungsindex von Linsenmaterialien üblicherweise eine chromatische Abberation, die eine unterschiedliche Größe in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts hat, so dass eine komplexe Korrektur, der sog. Achromatismus, durchgeführt werden muss, indem zwei oder mehr Linsen mit unterschiedlichen Änderungen des Brechungsindex mit Bezug auf die Wellenlänge kombiniert werden oder dergleichen, um beständige Abbildungseigenschaften über ein breites Wellenlängenband zu erhalten.
Es besteht keine Beschränkung hinsichtlich der Materialien für reflektierende Spiegel, solange wie ihre reflektierenden Oberflächen mit einem reflektierenden Material beschichtet werden können, die ausreichende Eigenschaften haben, so dass ökonomische optische Systeme für jedes Wellenlängenband erhalten werden können. Zusätzlich haben reflektierende Spiegel, da die Reflexion sich nicht auf die Wellenlänge des Lichts stützt, keine chromatische Abberation, und ein optisches System mit beständigen Abbildungseigenschaften über ein breites Wellenlängenband kann leicht erhalten werden.
Jedoch erscheinen in einem katoptrischen System auf einem reflektierenden Spiegel auftreffende Strahlen und die reflektierten Strahlen auf derselben Seite in Bezug auf den reflektierenden Spiegel, so dass der folgende reflektierende Spiegel sich auf derselben Seite wie die auftreffenden Strahlen befindet. Demgemäß besteht die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Erscheinung, dass der folgende reflektierende Spiegel die auftreffenden Strahlen unterbricht, welche als Schattierung bezeichnet wird. Ein helles optisches System kann nicht erhalten werden, da die Menge des auftreffenden Lichts aufgrund von Schattierung verringert wird.
Um eine Schattierung zu vermeiden, gibt es beispielsweise ein Verfahren, bei dem auftreffende Strahlen relativ zu einer optischen Achse geneigt sind, um einen Winkel zwischen der Einfallrichtung und der Ausfallrichtung von Strahlen zu erhalten. Der folgende reflektierende Spiegel ist üblicherweise in der Ausfallrichtung der Strahlen angeordnet, so dass der folgende reflektierende Spiegel nicht mit den auftreffenden Strahlen überlappt, wenn die Einfallrichtung und die Ausfallrichtung der Strahlen mit einem Winkel zwischen diesen unterschiedlich sind uns somit keine Schattierung erzeugt wird.
Jedoch sind optische Systeme im allgemeinen auf der Grundlage der paraxialen Abbildung ausgebildet, die erhalten wird, wenn auftreffende Strahlen parallel zu einer Achse des optischen Systems sind. Demgemäß ist paraxiale Abbildung außerhalb des Brennpunkts, wenn auftreffende Strahlen relativ zu einer optischen Achse geneigt sind, wodurch eine Abberation verstärkt wird. Bilder werden verschwommen und die Bildqualität wird verschlechtert, wenn die Abberation zunimmt.
5 zeigt ein herkömmliches weitwinkeliges, katoptrisches System, das im US-Patent 4,598,981: „Wide-Angle Flat Field Telescope" offenbart ist. Das System hat eine Helligkeit von F/4 und ein Sichtfeld von 30° mal 20°. In dem optischen System nach 5 hat ein primärer reflektierender Spiegel 1 eine konvexe Kugelfläche. Ein sekundärer reflektierender Spiegel 2 hat eine konkave ellipsoidische Oberfläche. Ein tertiärer reflektierender Spiegel 3 hat eine konkave Kugeloberfläche. Eine kreisförmige Blende 4 ist nahe des primären reflektierenden Spiegels 1 angeordnet.
Zusätzlich ist ein Lichtfluss 5 der Fluss von auf den primären reflektierenden Spiegel 1 auftreffenden Strahlen, und ein Lichtfluss 6 ist der Fluss von von dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 ausgegebenen Strahlen. Eine optische Achse 7 ist eine gerade Linie, die die Krümmungsmitte des primären reflektierenden Spiegels 1 mit der Krümmungsmitte des sekundären reflektierenden Spiegels 2 verbindet. Die Krümmungsmitte des tertiären reflektierenden Spiegels 3 und die Mitte der Blende befinden sich auch auf der Achse 7, so dass eine koaxiale Konfiguration erhalten wird. Eine Neigung auftreffender Strahlen relativ zu der optischen Achse 7 verhindert eine durch überlappende Strahlen bewirkte Schattierung.
In katoptischen Systemen sind die Hauptabberationen, die die Qualität von Bildern verschlechtern, sphärische Abberation, Koma, Feldkrümmung und Astigmatismus. Durch Einstellung von Parametern, wie den Krümmungsradien von reflektierenden Spiegeln und Oberflächenabständen auf der Grundlage der folgenden Prinzipien reduziert das vorgenannte weitwinkelige katoptrische System jede Abberation.
Sphärische Abberation wird bewirkt durch die Abweichung von Brennpunktpositionen zwischen mittleren Strahlen und äußeren Strahlen. In dem zweitwinkeligen katoptrischen System sind optische Parameter so bestimmt, dass nahezu dieselbe Abweichung einer Brennpunktposition von peripheren Strahlen durch den sekundären reflektierenden Spiegel 2 als die Abweichung einer Brennpunktposition von peripheren Strahlen durch den tertiären reflektierenden Spiegel 3 in der umgekehrten Richtung erhalten wird, so dass die Abweichungen einander auslöschen und die sphärische Abberation reduziert wird. Demgemäß verbleibt noch die sphärische Abberation durch den primären reflektierenden Spiegel 1.
Koma wird bewirkt durch die Abweichung von Brennpunktpositionen zwischen mittleren Strahlen und peripheren Strahlen für das unter einem Winkel relativ zur optischen Achse 7 eingegebene Licht. Das vorgenannte weitwinkelige katoptrische System bestimmt optische Parameter so, dass die Abweichungen aller drei Spiegel, des primären reflektierenden Spiegels 1, des sekundären reflektierenden Spiegels 2 und des tertiären reflektierenden Spiegels 3, gegenseitig ausgelöscht werden, wodurch die Koma reduziert wird.
Feld- oder Bildkrümmung ist die Erscheinung, durch die eine Bildebene mit einer Krümmung ausgebildet ist, und der Krümmungsradius hiervon wird durch eine sog. Petzval-Summe ausgedrückt. Bei dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System werden die Krümmungsradien des primären reflektierenden Spiegels 1, des sekundären reflektierenden Spiegels 2 und des tertiären reflektierenden Spiegels 3 so eingestellt, dass eine Petzval-Summe 0 erhalten wird, wodurch eine Nullkrümmung der Bildebene erhalten und eine Bildkrümmung eliminiert werden.
Astigmatismus wird bei dem Licht gefunden, das unter einem Winkel relativ zu der optischen Achse 7 eingegeben wird, wenn reflektierende Spiegel unterschiedliche Formen zwischen der Tangentialrichtung und der Sagittalrichtung haben, und er erscheint als die Differenz der Krümmungsradien einer Bildebene zwischen der Tangentialrichtung und der Sagittalrichtung. In dem vorbeschriebenen weitwinkeligen katoptrischen System sind optische Parameter so bestimmt, dass sie nahezu dieselbe Differenz der Krümmungsradien der Bildebene bei dem primären reflektierenden Spiegel 1 wie die Differenz der Krümmungsradien der Bildebene bei dem tertiären reflektierenden Spiegel 3 in der umgekehrten Richtung ergeben, so dass die Differenzen einander auslöschen und der Astigmatismus reduziert wird. Somit existiert noch der Astigmatismus durch den sekundären reflektierenden Spiegel 2.
Um ein helles optisches System mit einer kleinen F-Zahl in dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System zu erhalten, sollte die Öffnung der Blende 4 erweitert werden, um die Menge des auftreffenden Lichts zu vergrößern. Wenn jedoch ein Lichtfluss verbreitert wird durch Vergrößern der Öffnung der Blende 4, tritt Schattierung auf. Insbesondere sinkt der Lichtfluss 5 von auf den primären reflektierenden Spiegel 1 auftreffenden Strahlen und der Lichtfluss 6 der Ausgangsstrahlen von dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 in großer Nähe. Daher tritt, wenn die beiden Lichtflüsse durch Verbreitern des Lichtflusses einander überlappen, eine Schattierung in deren überlappendem Bereich auf.
Um eine Schattierung zu vermeiden, ist es erforderlich, einen großen Winkel zwischen auftreffenden Strahlen und einer optischen Achse vorzusehen. Wenn jedoch der Winkel zwischen auftreffenden Strahlen und der optischen Achse 7 groß ist, werden auch Abberationen schwerwiegend und die Bildqualität verschlechtert sich stark. Daher bestand das Problem, dass herkömmliche weitwinkelige katoptrische Systeme kein helles optisches System ergeben konnten.
US-A-4 598 981 offenbart ein System mit einem Segment aus einem konvexen sphärischen primären Spiegel, einem Segment aus einem konkaven ellipsoidischen sekundären Spiegel und einem Segment aus einem konkaven sphärischen tertiären Spiegel, mit einer sich zwischen dem sekundären und dem tertiären Spiegelsegment befindenden Blendenöffnung. Die Spiegelsegmente haben außermittige Öffnungen, um einen ungestörten Strahl zu liefern; jedoch liegen die Mitten oder Achsen der Hauptkugeln des primären und des tertiären Spiegelsegments sowie die Brennpunkte des sekundären Hauptellipsoids sämtlich auf einer gemeinsamen optischen Achse, die auch durch die Mitte der Blendenöffnung hindurchgeht.
Bei diesem System wird die sphärische Abberation korrigiert durch Ausgleichen des Beitrags des sekundären Spiegelsegments mit dem des tertiären Spiegelsegments, wodurch der kleine Rest des ersten Spiegelsegments verbleibt. Koma wird korrigiert durch Ausgleichen der Beiträge des ersten und des dritten Spiegelsegments und mit dem des zweiten Spiegelsegments. Astigmatismus wird korrigiert durch Ausgleichen der Beiträge des ersten und des dritten Spiegelsegments, wodurch der kleine Rest des zweiten Spiegelsegments verbleibt. Die Krümmungen der drei Spiegelsegmente sind so ausgebildet, dass die Petzval-Summe 0 erhalten wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein helles weitwinkeliges katoptrisches System vorzusehen, bei dem die Qualität von Bildern nicht verschlechtert wird, wodurch die vorgenannten Probleme gelöst werden.
Ein weitwinkeliges katoptrisches System gemäß der Erfindung enthält, aufeinanderfolgend von einem Objekt aus, einen sekundären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, einen primären reflektierenden Spiegel mit einer konvexen Oberfläche und einen tertiären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, wobei Bilder gebildet werden durch Reflektieren des von dem Objekt nacheinander auf dem primären reflektierenden Spiegel, dem sekundären reflektierenden Spiegel und dem tertiären reflektierenden Spiegel auftreffenden Lichtstroms. Das System enthält auch eine Blende, die in enger Nähe zu dem primären reflektierenden Spiegel so angeordnet ist, dass sie eine optische Achse hat, die durch die Mitte der Blende hindurchgeht; wobei die optische Achse eine gerade Linie ist, die den Krümmungsmittelpunkt des primären reflektierenden Spiegels mit dem Krümmungsmittelpunkt des sekundären reflektierenden Spiegels verbindet.
Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, dass der tertiäre reflektierende Spiegel in einer Richtung derart bewegbar ist, dass der Krümmungsmittelpunkt des tertiären reflektierenden Spiegels von der optischen Achse so abweicht, dass auf den tertiären reflektierenden Spiegel auftreffende Strahlen nahezu senkrecht zu der Oberfläche des tertiären reflektierenden Spiegels gemacht sind, um Astigmatismus herab zusetzen.
Vorzugsweise wird der tertiäre reflektierende Spiegel parallel zu einer Oberfläche bewegt, die orthogonal zu der optischen Achse ist, so dass der Krümmungsmittelpunkt hiervon von der optischen Achse abweicht.
Darüberhinaus kann der tertiäre reflektierende Spiegel so angeordnet sein, dass seine reflektierende Oberfläche gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal zu der optischen Achse ist, geneigt ist.
Weiterhin kann der tertiäre reflektierende Spiegel seinen Krümmungsmittelpunkt auf der optischen Achse haben, und seine reflektierende Oberfläche ist gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal zu der optischen Achse ist, geneigt.
Vorzugsweise hat zumindest einer von dem primären reflektierenden Spiegel, dem sekundären reflektierenden Spiegel und dem tertiären reflektierenden Spiegel eine asphärische Oberfläche.
Darüberhinaus kann das System weiterhin eine Abberationskorrekturplatte in enger Nähe zu der Blende haben, um eine sphärische Abberation herabzusetzen.
Zusätzlich kann die Blende nicht kreisförmig sein.
Die Blende befindet sich vorzugsweise in einem Körper mit dem primären reflektierenden Spiegel.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines weitwinkeligen katoptrischen Systems gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht, die die Einfügung einer Abberationskorrekturplatte vom Durchlasstyp zeigt, die die Brechungswirkung von Licht verwendet;
3 ist ein Diagramm, das die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) des weitwinkeligen katoptrischen Systems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines weitwinkeligen katoptrischen Systems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt; und
5 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen weitwinkeligen katoptrischen Systems.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist eine Querschnittsansicht eines weitwinkeligen katoptrischen Systems nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 1 hat ein primärer reflektierender Spiegel 1 eine konvexe sphärische Oberfläche. Ein sekundärer reflektierender Spiegel 2 hat eine konkave sphärische Oberfläche. Ein tertiärer reflektierender Spiegel 3 hat eine konkave sphärische Oberfläche. Eine kreisförmige Blende 4 befindet sich in enger Nähe zu dem primären reflektierenden Spiegel 1.
Darüberhinaus ist ein Lichtstrom 5 der Strom von auf den primären reflektierenden Spiegel 1 auftreffenden Strahlen und ein Lichtstrom 6 ist der Strom von von dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 ausgegebenen Strahlen. Eine optische Achse 7 ist eine gerade Linie, die den Krümmungsmittelpunkt des primären reflektierenden Spiegels 1 mit dem Krümmungsmittelpunkt des sekundären reflektierenden Spiegels 2 verbindet. Die Mitte der Blende 4 liegt auf der optischen Achse 7. Jedoch liegt der Krümmungsmittelpunkt des tertiären reflektierenden Spiegels 3 nicht auf der optischen Achse 7 und der Spiegel ist dezentriert.
Es wird angenommen, dass die Parallelrichtung der Bewegung des tertiären reflektierenden Spiegels 3 die Richtung eines Pfeils y in 1 ist (die y-Richtung ist die orthogonale Richtung zu der Achse 7 in einer Ebene, die die optische Achse 7 enthält, wobei ein Lichtstrom durch den tertiären reflektierenden Spiegel 3 ausgegeben wird), und die Richtung, die orthogonal zu der y-Richtung und der optischen Achse 7 ist, ist die x-Richtung. Auftreffende Strahlen sind relativ zu der optischen Achse 7 in der y-Richtung geneigt, wodurch eine durch überlappende Strahlen bewirkte Schattierung verhindert wird.
Die F-Zahl, die die Helligkeit des weitwinkeligen katoptrischen Systems anzeigt, ist in umgekehrtem Verhältnis zu der Öffnungsgröße der Blende 4 und im Verhältnis zu den Brennweiten. Daher kann, um ein helles optisches System mit einer kleinen F-Zahl zu erhalten, die Öffnung der Blende 4 erweitert werden, oder die Brennweite kann verkürzt werden. Jedoch wird ein Lichtstrom breiter, wenn die Öffnung der Blende 4 vergrößert wird, wodurch der Lichtstrom 5 und der Lichtstrom 6 gegenseitig überlappen, was zu einer Schattierung führt. Somit kann ein helles optisches System erhalten werden durch Verkürzen der Brennwei ten in diesem weitwinkeligen katoptrischen System.
Um die Brennweiten eines katoptrischen Systems zu verkürzen, kann die Leistung eines reflektierenden Spiegels mit positiver Leistung erhöht werden, während die Leistung eines reflektierenden Spiegels mit negativer Leistung verringert werden kann. Insbesondere kann bei dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System die Leistung des primären reflektierenden Spiegels 1 verringert werden, während die Leistung des sekundären reflektierenden Spiegels 2 und des tertiären reflektierenden Spiegels 3 erhöht werden kann. Jedoch wird bei einer Änderung der Leistung des primären reflektierenden Spiegels 1 und des sekundären reflektierenden Spiegels 2, die sich im optischen Pfad vor der Blende 4 befinden, der Lichtstrom 5 der auf den primären reflektierenden Spiegels 1 auftreffenden Strahlen erweitert, wodurch eine gegenseitige Überlappung des Lichtstroms 5 mit dem Lichtstrom 6 auftritt und sich eine Schattierung ergibt. Demgemäß kann durch Verringern des Krümmungsradius des tertiären reflektierenden Spiegels 3 und Erhöhen der Leistung ein helles optisches System mit einer kurzen Brennweite in dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System vorgesehen sein.
In katoptrischen Systemen sind die Hauptabberationen, die die Qualität von Bildern verschlechtern, die sphärische Abberation, die Koma, die Bildkrümmung und der Astigmatismus. Durch Einstellen von Parametern, wie den Krümmungsradien von reflektierenden Spiegeln und Oberflächenabständen auf der Grundlage der folgenden Prinzipien verringert das vorgenannte weitwinkelige katoptrische System jede Abberation.
Sphärische Abberation wird bewirkt durch die Abwei chung von Brennpunktpositionen zwischen mittleren Strahlen und peripheren Strahlen. Bei dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System werden optische Parameter so bestimmt, dass sie gegenseitig die Abweichungen von Brennpunktpositionen von peripheren Strahlen bei allen drei Spiegeln, dem primären reflektierenden Spiegel 1, dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 und dem tertiären reflektierenden Spiegel 3, auslöschen, wodurch die sphärische Abberation auf einen annehmbaren Pegel minimiert wird.
Koma wird bewirkt durch die Abweichung von Brennpunktpositionen zwischen mittleren Strahlen und peripheren Strahlen für das unter einem Winkel relativ zu der optischen Achse 7 eingegebene Licht. Koma beruht auf der vorgenannten sphärischen Abberation und der Lage einer optischen Pupille. Wenn eine sphärische Abberation vorliegt, ändert sich der Grad der Koma entsprechend der Lage einer Pupille. Bei dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System wird die Koma ausgelöscht durch Anordnen einer Pupille an einer geeigneten Stelle für die vorgenannte annehmbar minimierte sphärische Abberation.
Bildkrümmung ist die Erscheinung, bei der eine Bildebene gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius durch die sog. Petzval-Summe ausgedrückt wird. Bei dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System wird diese Abberation durch Minimieren der Petzval-Summe korrigiert, um eine nahezu flache Bildebene zu erhalten und darüberhinaus durch Neigen der Bildebene gemäß der Krümmung.
Da der Krümmungsradius des tertiären reflektierenden Spiegels 3 verringert ist, um das optische System in dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System zu erhellen, ist Astigmatismus ein besonderes Problem. Astigmatismus wird bewirkt, wenn die Form von reflektierenden Spiegeln für eintreffende Strahlen zwischen einer Tangentialrichtung und einer Sagittalrichtung unterschiedlich ist. Insbesondere ist Astigmatismus gleich 0 für die vertikal auf einen reflektierenden Spiegel gegebenen Strahlen, und der Astigmatismus nimmt zu, wenn der Neigungswinkel von auftreffenden Strahlen groß wird.
Zusätzlich wird Astigmatismus groß, wenn der Krümmungsradius eines reflektierenden Spiegels kleiner wird. In dem vorbeschriebenen weitwinkeligen katoptrischen System wird der Astigmatismus auf dem tertiären reflektierenden Spiegel 3 groß, da der Krümmungsradius des tertiären reflektierenden Spiegels 3 klein ist. Astigmatismus erscheint als die Differenz der Krümmungsradien in einer Bildebene zwischen der Tangentialrichtung und der Sagittalrichtung.
Bei dem vorbeschriebenen weitwinkeligen katoptrischen System löschen die Differenzen der Krümmungsradien bei allen drei Spiegeln (dem primären reflektierenden Spiegel 1, dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 und dem tertiären reflektierenden Spiegel 3) einander aus. Weiterhin werden durch Bewegen des tertiären reflektierenden Spiegels 3 parallel zu der y-Richtung die auf den reflektierenden Spiegel auftreffenden Strahlen nahezu vertikal gemacht, wodurch der Astigmatismus minimiert wird. Da der Astigmatismus im Verhältnis zu dem Quadrat eines Winkels von auf den reflektierenden Spiegel auftreffenden Strahlen zunimmt, kann der Winkel von auftreffenden Strahlen verringert werden, beispielsweise durch Neigen des tertiären reflektierenden Spiegels 3 in der Richtung geringeren Astigmatismus; mit anderen Worten, in der Richtung, in der die auftreffenden Strahlen nahezu vertikal werden, wodurch der Astigmatismus herabgesetzt wird.
Obgleich der tertiäre reflektierende Spiegel 3 parallel zu der y-Richtung in dem vorgenannten weitwinkeligen katoptrischen System bewegt wird, kann dieselbe Wirkung auch erhalten werden, indem der tertiäre reflektierende Spiegel 3 in der Richtung geringeren Astigmatismus geneigt wird. Es ist nicht zweifelhaft, dass der tertiäre reflektierende Spiegel 3 gleichzeitig zu der y-Richtung bewegt und in der Richtung geringeren Astigmatismus geneigt werden kann.
Darüberhinaus können, selbst wenn die Oberflächen des primären reflektierenden Spiegels 1, des sekundären reflektierenden Spiegels 2 und des tertiären reflektierenden Spiegels 3 bei diesem Ausführungsbeispiel sämtlich sphärisch sind, sie auch asphärisch sein. Wenn ein asphärischer reflektierender Spiegel verwendet wird, kann die beispielsweise durch Erhellen eines optischen Systems erzeugte sphärische Abberation mit hoher Genauigkeit korrigiert werden. Die sphärische Abberation ergibt sich aus sphärischen reflektierenden Oberflächen, und sie kann nicht ausschließlich durch sphärische reflektierende Spiegel vollständig korrigiert werden. Jeder von dem primären reflektierenden Spiegel 1, dem sekundären reflektierenden Spiegel 2 und dem tertiären reflektierenden Spiegel 3 kann eine asphärische Oberfläche haben, oder mehrere der Spiegelflächen können asphärisch sein.
Eine Abberationskorrekturplatte kann in enger Nähe zu der Blende 4 zusätzlich zu oder anstelle einer Ausbildung eines reflektierenden Spiegels in einer asphärischen Form, wie vorstehend erwähnt ist, vorge sehen sein. 2 zeigt ein weitwinkeliges katoptrisches System, bei dem eine Abberationskorrekturplatte vom Durchlasstyp, die die Brechungswirkung von Licht ausnutzt, eingefügt ist. In der Figur sind die Bezugszahlen 1 bis 8 dieselben wie diejenigen in 1. Eine Abberationskorrekturplatte 9 ist in enger Nähe zu der Blende 4 angeordnet.
Diese Abberationskorrekturplatte 9 ist besonders wirksam für das Korrigieren der sphärischen Abberation mit hoher Genauigkeit. Da die Platte eine kleine Brechungswirkung zum Umlenken von Licht hat, ist die Verschlechterung der Bildqualität gering, selbst in dem Fall von Materialien mit chromatischer Abberation. Somit kann ein Material, das zum Durchlassen von Licht mit einer gewünschten Wellenlänge in der Lage ist, für die Abberationskorrekturplatte 9 verwendet werden. Obgleich die Abberationskorrekturplatte 9 nach 2 vom Durchlasstyp ist, die die Brechungswirkung von Licht ausnutzt, kann die Abberationskorrekturplatte ein reflektierender Spiegel sein, solange wie er eine ähnliche Funktion zum Korrigieren der Abberation besitzt.
3 zeigt die MTF (Modulationsübertragungsfunktion) des weitwinkeligen katoptrischen Systems nach diesem Ausführungsbeispiel, und die Standardwellenlänge von auftreffenden Strahlen beträgt 10 μm. Das weitwinkelige katoptrische System hat eine Brennweite von 25 mm, ein Sichtfeld von 30° mal 22° und F/2,5. Auftreffende Strahlen werden unter einem Winkel von 44° ± 11° relativ zu der optischen Achse 7 in y-Richtung eingegeben. Zusätzlich ist F/2,5 der Wert auf der optischen Achse 7. Da die auftreffenden Strahlen einen Winkel wie vorstehend genannt in Bezug auf die optische Achse 7 haben, ist der tatsächliche Wert von F = 2,7. Gemäß 3 kann die Beugungsgrenze nahezu erhalten werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist die Blende 4 kreisförmig. Da ein Lichtstrom durch Erweitern der Blende 4 in y-Richtung verbreitert wird, überlappen der Lichtstrom 5 von auf den primären reflektierenden Spiegel 1 auftreffenden Strahlen und der Lichtstrom 6 der Ausgangsstrahlen des sekundären reflektierenden Spiegels 2 einander, was zu einer Schattierung führt. Demgegenüber überlappen die Lichtströme einander nicht, wenn die Blende in der x-Richtung geöffnet wird, wodurch keine Schattierung bewirkt wird. Daher kann ein helles optisches System ohne Schattierung erhalten werden, indem ein Lichtstrom in der x-Richtung mit einer elliptischen Blende, die eine lange Achse in der x-Richtung hat, erweitert wird.
Drittes Ausführungsbeispiel
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil des weitwinkeligen katoptrischen Systems nach dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Ein Substrat 10 des primären reflektierenden Spiegels 1 ist in einem Körper mit der Blende 4 ausgebildet. Ein reflektierendes Teil 11 ist die reflektierende Oberfläche des primären reflektierenden Spiegels 1. Die anderen Komponenten sind dieselben wie diejenigen beim ersten Ausführungsbeispiel.
Gemäß dieser Ausbildung kann, da der primäre reflektierende Spiegel 1 und die Blende 4 ineinander integriert sind, die Anzahl von Komponenten verringert werden und der Herstellungsvorgang sowie der Montage vorgang der Komponenten kann vereinfacht werden. Darüberhinaus kann, da es keine Toleranz zwischen integrierten Komponenten während des Montagevorgangs gibt, ein weitwinkeliges katoptrisches System insgesamt leicht zusammengesetzt werden.
Das weitwinkelige katoptrische System gemäß der Erfindung enthält, aufeinanderfolgend von einem Objekt aus, einen sekundären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, einen primären reflektierenden Spiegel mit einer konvexen Oberflächen und einen tertiären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, und es erzeugt Bilder durch aufeinanderfolgendes Reflektieren des von dem Objekt eingegebenen Lichtstroms an dem primären reflektierenden Spiegel, dem sekundären reflektierenden Spiegel und dem tertiären reflektierenden Spiegel. Das System enthält auch eine Blende, die in enger Nähe zu dem primären reflektierenden Spiegel so angeordnet ist, dass sie eine optische Achse hat, die durch die Mitte der Blende hindurchgeht; wobei die optische Achse eine gerade Linie ist, die den Krümmungsmittelpunkt des primären reflektierenden Spiegels mit dem Krümmungsmittelpunkt des sekundären reflektierenden Spiegels verbindet. Der Krümmungsmittel des tertiären reflektierenden Spiegels liegt außerhalb der optischen Achse in der Richtung eines geringeren Astigmatismus. Demgemäß kann das System den Astigmatismus herabsetzen und verschlechtert nicht die Qualität von Bildern.
Darüberhinaus kann der tertiäre reflektierende Spiegel parallel zu einer Oberfläche, die orthogonal zu der optischen Achse ist, bewegt werden, wodurch sein Krümmungsmittelspunkt von der optischen Achse abweicht. Daher kann das System den Astigmatismus her absetzen und verschlechtert nicht die Qualität von Bildern.
Weiterhin ist der tertiäre reflektierende Spiegel bevorzugt so angeordnet, dass seine reflektierende Oberfläche gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal zu der optischen Achse ist, in der Richtung eines geringeren Astigmatismus geneigt ist. Somit kann das System weiterhin den Astigmatismus herabsetzen und verschlechtert nicht die Qualität von Bildern.
Auch enthält das weitwinkelige katoptrische System gemäß einer anderen Erfindung, aufeinanderfolgend von einem Objekt aus, einen sekundären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, einen primären reflektierenden Spiegel mit einer konvexen Oberfläche und einen tertiären reflektierenden Spiegel mit einer konkaven Oberfläche, und es erzeugt Bilder durch aufeinanderfolgendes Reflektieren des von dem Objekt eingegebenen Lichtstroms an dem primären reflektierenden Spiegel, dem sekundären reflektierenden Spiegel und dem tertiären reflektierenden Spiegel. Das System enthält auch eine Blende, die in enger Nähe zu dem primären reflektierenden Spiegel so angeordnet ist, dass es eine optische Achse hat, die durch die Mitte der Blende hindurchgeht, wobei die optische Achse eine gerade Linie ist, die den Krümmungsmittelpunkt des primären reflektierenden Spiegels mit dem Krümmungsmittelpunkt des sekundären reflektierenden Spiegels verbindet. Der Krümmungsmittelpunkt des tertiären reflektierenden Spiegels liegt auf der optischen Achse, und seine reflektierende Oberfläche ist gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal seiner optischen Achse ist, in der Richtung eines geringeren Astigmatismus geneigt. Somit kann das System den Astigmatismus herabsetzen und verschlechtert nicht die Qualität von Bildern.
Darüberhinaus kann zumindest einer von dem primären reflektierenden Spiegel, dem sekundären reflektierenden Spiegel und dem tertiären reflektierenden Spiegel eine asphärische Oberfläche haben. Demgemäß kann die durch Erhellen des optischen Systems erzeugte sphärische Abberation mit hoher Genauigkeit korrigiert werden.
Das System kann weiterhin eine Abberationskorrekturplatte in enger Nähe zu der Blende so enthalten, dass die sphärische Abberation herabgesetzt wird. Somit kann die sphärische Abberation mit hoher Genauigkeit korrigiert werden.
Zusätzlich kann die Blende nicht kreisförmig sein. Daher kann ein Lichtstrom verbreitert werden und ein helles optisches System kann ohne Schattierung vorgesehen werden.
Darüberhinaus kann die Blende in einem Körper mit dem primären reflektierenden Spiegel vorgesehen sein. Demgemäß kann die Anzahl von Komponenten verringert werden und der Herstellungsvorgang und der Montagevorgang der Komponenten können vereinfacht werden. Zusätzlich kann, da keine Toleranz für integrierte Komponenten während des Montagevorgangs besteht, das weitwinkelige katoptrische System insgesamt leicht montiert werden.

Claims

Weitwinkeliges catoptrisches System, aufweisend, aufeinander folgend von einem Objekt aus, einen sekundären reflektierenden Spiegel (2) mit einer konkaven Oberfläche, einen primären reflektierenden Spiegel (1) mit einer konvexen Oberfläche und einen tertiären reflektierenden Spiegel (3) mit einer konkaven Oberfläche, wobei Bilder gebildet werden durch Reflektieren eines Lichtstroms, der von dem Objekt aufeinander folgend auf den primären reflektierenden Spiegel (1), den sekundären reflektierenden Spiegel (2) und den tertiären reflektierenden Spiegel (3) auftrifft; und eine Blende (4), die in enger Nähe zu dem primären reflektierenden Spiegel (1) so angeordnet ist, dass sie eine optische Achse (7) hat, die eine gerade Linie ist, die einen Krümmungsmittelpunkt des primären reflektierenden Spiegels (1) mit einem Krümmungsmittelpunkt des sekundären reflektierenden Spiegels (2) verbindet und durch eine Mitte der Blende (4) hindurchgeht; dadurch gekennzeichnet, dass der tertiäre reflektierende Spiegel (3) in einer Richtung derart bewegbar ist, dass der Krümmungsmittelpunkt des tertiären reflektierenden Spiegels so von der optischen Achse abweicht, dass auf den tertiären reflektierenden Spiegel (3) auftreffende Strahlen nahezu senkrecht zu der Oberfläche des tertiären reflektierenden Spiegels gemacht sind, um Astigmatismus herabzusetzen.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach Anspruch 1, bei dem der tertiäre reflektierende Spiegel (3) parallel zu einer Oberfläche bewegt wird, die orthogonal zu der optischen Achse (7) ist, so dass ein Krümmungsmittelpunkt hiervon von der optischen Achse (7) abweicht.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach Anspruch 2, bei dem der tertiäre reflektierende Spiegel (3) mit einer reflektierenden Oberfläche hiervon gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal zu der optischen Achse (7) ist, geneigt angeordnet ist.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach Anspruch 1, bei dem der tertiäre reflektierende Spiegel (3) einen Krümmungsmittelpunkt hiervon auf der optischen Achse (7) hat und eine reflektierende Oberfläche hiervon gegenüber einer Oberfläche, die orthogonal zur optischen Achse (7) ist, geneigt ist.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4, bei dem zumindest einer von dem primären reflektierenden Spiegel (1), dem sekundären reflektierenden Spiegel (2) und dem tertiären reflektierenden Spiegel (3) eine asphärische Oberfläche hat.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 und 5, weiterhin aufweisend eine Aberrationskorrekturplatte (9) in enger Nähe zu der Blende (4), um eine sphärische Aberration herabzusetzen.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 und 6, bei dem die Blende (4) nicht kreisförmig ist.
Weitwinkeliges catoptrisches System nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, bei dem die Blende (4) sich mit dem primären reflektierenden Spiegel (1) in einem Körper befindet.