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Optisches System Es ist bekannt, ein lichtstarkes optisches System
durch Anbringung einer Korrektionsplatte im Krümmungsmittelpuakt eines sphärischen
Spiegels zu erhalten, wobei die Korrektionsplatte eine solche asphärische Oberfläche
aufweist, daß die sphärische Aberration des sphärischen Spiegels beseitigt wird.
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Dieses System nach Schmidt bietet den Vorteil, daß die sphärische
Aberration mit großer Genauigkeit beseitigt werden kann, d. h. daß sämtliche parallel
zur optischen Achse des Systems einfallenden Strahlen in einem einzigen Punkt vereinigt
werden. Der sogenannte Zonefehler der sphärischen Aberration ist hier daher vermieden.
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Ein Nachteil dieser Lösung besteht aber darin, daß nicht parallel
zur optischen Achse einfallende Lichtbündel nicht senkrecht, sondern unter einem
Winkel auf der Korrektionsplatte auftreffen. In der Abbildung tritt folglich ein
Asymmetriefehler auf, der für manche Anwendungen, bei denen ein großes Bildfeld
erforderlich ist, eine störende Auswirkung hat.
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Ein diesen Nachteil nicht aufweisendes lichtstarkes Spiegelsystem
ist ebenfalls bekannt. Bei diesem System wird die sphärische Aberration des Spiegels
durch eine Linse mit sphärischen Begrenzungsflächen beseitigt, welche den Charakter
einer schwachen negativen Meniskuslinse aufweist und entweder in gleichem Sinne
wie der Spiegel durchgebogen und dann zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels
und dem Spiegel angebracht ist, oder in entgegengesetztem Sinne zum Spiegel durchgebogen
und dann in einem Abstand vom Spiegel angebracht ist, der größer als der Krümmungsradius
des Spiegels ist, wobei vorzugsweise die
Außenflächen dieser Linse
völlig oder nahezu konzentrisch zur Spiegeloberfläche gewählt werden. Bei dieser
konzentrischen Anordnung treten keine Asymmetriefehler auf, da jede durch den gemeinsamen
Krümmungsmittelpunkt der Spiegeloberfläche und der Außenfläche der Meniskuslinse
gehende gerade Linie in optischem Sinne eine Symmetrieachse des Systems ist, und
die Asymmetriefehler bleiben gering, wenn die Außenflächen der Korrektionslinse
nahezu konzentrisch zur Spiegeloberfläche sind. Ein solches System ist daher für
ein großes Bildfeld völlig oder nahezu fehlerfrei, wenn die sphärische Aberration
beseitigt ist.
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Aus diesem Grunde ist dies System mit einer Öffnung von 1: 2 und einem
Bildfeld von z. B. 2 x io ° bereits dem System nach Schmidt vorzuziehen. Für sehr
große relative Öffnungen von i : i und höher gilt dies bereits für ein Bildfeld
von 2 x 7,5 ° oder 2 x 5'.
Dies findet seinen Grund in der Tatsache, daß die
Korrektionsplatte im System nach Schmidt für größere relative Öffnungen auf die
parallel zur optischen Achse einfallenden Lichtstrahlen eine stärkere Brechungswirkung
ausüben muß. Dies bringt dann aber gleichzeitig mit sich, daß diese Korrektionsplatte
den schrägen Lichtbündeln einen größeren Asymmetriefehler mitteilt, als es bei der
Korrektionsplatte mit einer weniger starken Brechungswirkung der Fall wäre.
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Das andere bekannte System weist, insbesondere bei sehr großen relativen
Öffnungen und für manche Anwendungen, dennoch den Nächteil auf, daß der Zonenfehler
der sphärischen Aberration eine störende Wirkung hat.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein System zu schaffen, welches
die Vorteile eines großen Bildfeldes und einer genauen Beseitigung der sphärischen
Aberration in sich vereinigt.
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Nach der Erfindung wird dieses Ziel durch ein optisches System erreicht,.
daß aus den nachfolgenden Teilen besteht: a) einem sphärischen Hohlspiegel, b) einer
oder mehreren Korrektionslinsen n@it sphärischen Begrenzungsflächen, die den Charakter
einer negativen Meniskuslinse aufweisen, bei denen die Krümmungsmittelpunkte der
äußeren Begrenzungsflächen höchstens in einem Abstand von '/,des Spiegelkrümmungsradius
vom Krümmungsmittelpunkt des Spiegels entfernt sind und vorzugsweise mit letzterem
zusammenfallen, und die derart bemessen sind, daß die sphärische Aberration des
aus dem Spiegel und der Korrektionslinse bestehenden Systems wenigstens teilweise
beseitigt ist, c) einer Korrektionsplatte mit einer asphärischen Oberfläche, welche
in oder in der Nähe des Krümmungsmittelpunktes des Spiegels angebracht ist und welche
die restliche sphärische Aberration des Systems korrigiert.
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Da die Beseitigung der sphärischen Aberration wenigstens teilweise
durch die Korrektionslinse erfolgt, braucht die asphärische Oberfläche der Korrektionsplatte
eine viel geringere Brechungswirkung auf die einfallenden Lichtbündel auszuüben,
als es bei einem Schmidt-System der Fall ist, so daß das Bildfeld entsprechend größer
gewählt werden kann. Dieser Vorteil ergibt sich bei einer genauen Beseitigung der
asphärischen Aberration, so daß dem erfindungsgemäßen System sowohl ein großes Bildfeld
als auch eine große relative Öffnung gegeben werden kann.
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In der nachfolgenden Tabelle ist für verschiedene Werte des Bildfeldes
und der relativen Öffnung ein Vergleich zwischen den Aberrationen eines Schmidt-Systems,
eines konzentrischen Systems und eines durch eine asphärische Korrektionsplatte
korrigierten konzentrischen Systems nach der Erfindung gegeben. Die angegebenen
Zahlenwerte beziehen sich auf die maximale Abmessung der bei der Abbildung eines
unendlich weit entfernten Gegenstandspunktes entstehenden meridionalen Streufigur
und sind in Tausendstel der Brennweite des ganzen Systems ausgedrückt.
| Relative Öffnung |
| i : z r : o,65 |
| Gesichtsfeld '@ Korri- Korri- Korri- |
| Schmidt- Kon- giertes Schmidt- Kon genes Schmidt- Kon-giertes |
| zentrisches kon- zentrisches kon- zentrisches kon- |
| System System System |
| System zentrisches System zentrisches System
zentrisches |
| System System I System |
| O° 0 0,02 0 0 0,17 0 0 2,0 0 |
| IOp 0,I0 0,02 < o,oI 0,33 0,17 < O,oI 1,2
2,0 0,I5 |
| 20° 0,39 0,02 < o,oi 1,3 0,17 0,02 4,9 2,0 o,35 |
| 30° 0,87 0,02 < o,oi 3,0 0 ,17 0,05
10,8 ' 2,0 o,65 |
| 400 45 0,02 < o,oi 5,2 0,17 0,08
> Io 2,0 1,0 |
| 50° 2,4 . 0,02 < 0,0I 8,2 0,17
0,12 > ZO 2,0 1,7 |
| 6o° 3,4 0,02 0,01 11,7 o,17 0,15 > io 2,0 2,0 |
| Das Zeichen < bedeutet kleiner als und > größer als. |
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Systems geht besonders deutlich aus dieser
Tabelle hervor.
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Falls das System ohne die Korrektionsplatte achromatisiert ist, wie
es z. B. bei einem konientrischen System durchführbar ist, so ist das vollständige
System gleichfalls achromatisiert, da die asphärische
Platte in
so geringem Maße von einer Planparallelplatte abweicht, daß sie zur chromatischen
Aberration keinen merklichen Beitrag liefert.
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Gewünschtenfalls lassen sich mehrere asphärische Oberflächen verwenden.
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In der Figur ist ein erfindungsgemäßes optisches System beispielsweise
dargestellt.
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Die Korrektionsplatte A ist im Krümmungsmittelpunkt M des sphärischen
Hohlspiegels S angebracht. Die Außenflächen der Meniskuslinse L sind konzentrisch
zum Spiegel S. Das aus der Meniskuslinse L und dem Spiegel S bestehende System ist
chromatisch und sphärisch korrigiert. Die chromatische Korrektion ist erreicht durch
die Teilung der Meniskuslinse mittels einer flachen Kittfläche in zwei Teile, deren
Glassorten für die mittlere Wellenlänge des verwendeten Lichtes den gleichen Brechungsindex
aufweisen, aber deren Dispersionen verschieden sind. Die sphärische Korrektion für
einen vom System Meniskuslinsespiegel unendlich weit entfernten Gegenstand ist so
gut möglich, aber es bleibt ein Restfehler, der Zonefehler der sphärischen Aberration.
Die asphärische Oberfläche der Korrektionsplatte ist nun derart, daß dieser Zonefehler
völlig beseitigt ist. Ein unendlich weit entfernter Gegenstandspunkt auf der optischen
Achse wird daher vollkommen frei von sphärischer Aberration abgebildet.