Spiegeloptik und Abbildungsverfahren zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spiegeloptik und ein Abbildungsverfahren zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld

Es sind als Spiegeloptiken zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld Spiegelobjektive bekannt, die eine gerade Anzahl von Spiegeln aufweisen, die mindestens ein Zwischenbild des abzubildenden Objektes erzeugen Die Zwischenabbildung ist notwendig, um die aufrechte und seitenrichtige Bildlage zu erzielen Nachteilig ist hier jedoch, daß zur Erzeugung des Zwischenbildes im Vergleich zu einer Abbildung ohne Zwischenabbildung eine etwa dreimal so große Brechkraftsumme der einzelnen Spiegelkomponenten erforderlich ist, so daß eine solche Spiegeloptik mit Zwischenbild auch deutlich größere Restfehler aufweist als eine Spiegeloptik ohne Zwischenbild aber mit invertierter Bildlage

Weiterhin ist es bekannt, eine einseitige oder zweiseitige Invertierung des Bildes durch Planprismen oder Planspiegel zu bewirken, wobei hierfür zusätzliche, oft schwere Komponenten mit langen Glaswegen (Prismen) oder mehreren zusätzlichen Komponenten mit zueinander kritischer Justage (beispielsweise Dachkantenspiegel) erforderlich ist

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spiegeloptik zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld zur Verfugung zu stellen, die möglichst kompakt ausgebildet werden kann und deren Restfehler möglichst gering sind

Die Aufgabe wird gelost durch eine Spiegeloptik zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld, mit einer ungeraden Anzahl, die großer oder gleich drei ist, von

Spiegeln, die in einer Meπdionalebene, die durch die Mittelpunkte des Bildfeldes und der Eintπttspupille der Spiegeloptik geht, zyklisch angeordnet sind und deren Brechkrafte derart

gewählt sind, daß das abzubildende Objekt in der Meridionalebene ohne Zwischenabbildung in das Bildfeld und im senkrecht zur Meridionalebene verlaufenden Sagittalschnitt mit einer Zwischenabbildung in das Bildfeld abgebildet wird, um die seitenrichtige und aufrechte Abbildung des Objektes zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Spiegeloptik zeichnet sich zunächst dadurch aus, daß lediglich drei Spiegel notwendig sind Damit kann eine aufrechte und seitenrichtige Bildlage und gleichzeitig eine gute Korrektion der Bildfehler erzielt werden, wie sie beispielsweise im Zwischenbild eines Fernrohr- oder Fernglasobjektives erforderlich ist. Ferner ist vorteilhaft, daß keine Zwischenabbildung in der Meridionalebene erfolgt, so daß die Brechkraftsumme in der Meridionalebene relativ gering sein kann, wodurch die zu korrigierenden Abbildungsfehler in der Meridionalebene leichter zu korrigieren sind. Aufgrund der Zwischenabbildung im Sagittalschnitt wird eine einseitige Bildumkehr in dieser Ebene bewirkt, so daß insgesamt die seitenrichtige und aufrechte Abbildung des Objektes erzielt wird. Die höhere Brechkraft im Sagittalschnitt führt zwar zu größeren Abbildungsfehler als in der Meridionalebene. Diese Abbildungsfehler lassen sich jedoch aufgrund der bevorzugt vorliegenden Symmetrie der Spiegelflächen im Sagittalschnitt besser korrigieren, so daß die Spiegeloptik äußerst gute Abbildungseigenschaften aufweisen kann.

Die Meridionalebene ist die Ebene, in der die Haupt-Flächennormalen der Spiegel liegen. Unter der Haupt-Flächennormale wird hier jeweils die Normale an die entsprechende Spiegelfläche des Spiegels in dem Punkt der Spiegelfläche verstanden, an dem die Spiegelfläche den Hauptstrahl schneidet, der durch die Mittelpunkte von Eintrittspupille und Bildfeld geht.

Unter einer zyklischen Spiegelanordnung in der Meridionalebene wird hier verstanden, daß die Flächennormalen der Spiegel in derselben Reihenfolge, in der die Spiegel vom Licht des Objektes getroffen werden, durch Drehung im gleichen Drehsinn ineinander überführt werden können, wobei der jeweilige Drehwinkel kleiner als 180° ist.

Bei der erfindungsgemäßen Spiegeloptik findet bevorzugt an jedem Spiegel (bzw. jeder Spiegelfläche) genau eine einzige Reflexion statt. Der Strahlengang wird somit aufgrund jedes Spiegels genau einmal gefaltet.

Die Spiegelflächen können alle in der Meridionalebene und im Saggitalschnitt konkav gekrümmt ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß zumindest eine Spiegelfläche als Sattelfläche ausgebildet ist, wobei in der Meridionalebene eine konkave Krümmung und im Saggitalschnitt eine konvexe Krümmung vorliegt. Insbesondere können in der Meridionalebene zwei der drei Spiegelflächen konkav gekrümmt sein und kann die dritte Spiegelfläche in der Meridionalebene

konvex gekrümmt sein, um analog zu einem klassischen Triplett bei refraktiven Systemen mit der zerstreuenden Brechkraft der dritten Spiegelfläche in der Meridionalebene die Bildfeldwölbung (Petzvalsumme) zu korrigieren.

Die Spiegel können ferner jeweils als Freiformfläche ausgebildet sein, wobei unter einer Freiformfläche hier eine nicht rotationssymmetrisch gekrümmte Fläche mit maximal einer Spiegelsymmetrieebene verstanden wird. Die nicht rotationssymmetrische Fläche läßt sich insbesondere nicht als dezentriertes (d.h. außeraxiales) und gegebenenfalls zusätzlich verdrehtes Flächenstück einer rotationssymmetrischen Fläche darstellen. Sofern die Freiformfläche eine Spiegelsymmetrieebene aufweist, fällt diese bevorzugt mit der Meridionalebene zusammen. Die Ausbildung als Freiformfläche ist vorteilhaft, da dadurch die lokalen Krümmungseigenschaften quasi beliebig gewählt werden können, wodurch eine bessere Bildfehlerkorrektur möglich ist.

Unter Zwischenabbildung wird hier verstanden, daß sich von einem Punkt des abzubildenden Objektes ausgehende Strahlen innerhalb der Spiegeloptik kreuzen. Bei der erfindungsgemäßen Spiegeloptik kreuzen sich die Strahlen jedoch lediglich im Sagittalschnitt (bzw. in einem dazu parallelen Schnitt). In der Meridionalebene (bzw. in einer dazu parallelen Ebene) kreuzen sich die Strahlen nicht.

Wenn die Spiegeloptik mehr als drei Spiegel aufweist, können mehrere sagittale Zwischenabbildungen durchgeführt werden, wobei stets eine ungerade Anzahl von sagittalen Zwischenabbildungen vorliegen muß. Jedoch ist die Ausbildung der Spiegeloptik mit drei Spiegeln und nur einer einzigen sagittalen Zwischenabbildung dahingehend bevorzugt, daß damit eine äußerst kompakte Spiegeloptik bereitgestellt werden kann, die eine seitenrichtige und aufrechte Abbildung des Objektes durchführt. Auch wurde festgestellt, daß bereits mit drei Spiegeln eine ausgezeichnete Bildfehlerkorrektur erzielt werden kann.

Die Spiegeloptik kann als zur Meridionalebene symmetrische Spiegeloptik ausgebildet sein. Ferner kann die Spiegeloptik als abschattungsfreie Spiegeloptik ausgelegt sein.

Die zyklische Anordnung der Spiegel kann so gewählt sein, daß das Bildfeld im wesentlichen um 45° gegenüber der Beobachtungsrichtung geneigt ist. Dies ist insbesondere bei Einsatz der Spiegeloptik in Teleskopen von Vorteil.

Insbesondere kann bei der Spiegeloptik zumindest einer der Spiegel, der vor der sagittalen Zwischenabbildung angeordnet ist, und zumindest einer der Spiegel, der hinter der sagittalen Zwischenabbildung angeordnet ist, jeweils unterschiedliche Brechkräfte im Sagittalschnitt und in

der Meπdionalebene aufweisen (anamorphotische Spiegelflächen) Somit kann die Spiegeloptik z B zwei anamorphotische Spiegelflächen und eine rotationssymmetrische Spiegelfläche aufweisen Naturlich ist es auch möglich, daß alle Spiegel anamorphotische Spiegelflachen aufweisen

Bevorzugt ist die Brechkraftsumme der Spiegel im Sagittalschnitt großer als in der Meπdionalebene

Zumindest ein Spiegel kann beispielsweise eine torische Flachenform aufweisen

Die Spiegel können als Oberflachenspiegel ausgebildet sein Es ist jedoch auch möglich, daß zumindest einer der Spiegel als Ruckflachenspiegel ausgebildet ist Ferner kann die Spiegeloptik so aufgebaut sein, daß alle Spiegel als Ruckflachenspiegel auf einem einzigen (monolithischen) transparenten Grundkorper ausgebildet sind Damit wird insbesondere die Verschmutzung der Spiegelflachen verhindert

Der transparente Grundkorper weist eine Eintritts- und eine Austπttsflache auf, wobei deren Krümmungen zur Korrektur chromatischer Aberrationen ausgelegt werden können, so daß eine insgesamt sehr kompakte Spiegeloptik, die nicht mehr justiert werden muß, zur Verfugung gestellt werden kann Durch entsprechende Wahl der Hauptkrummungen (in Mendionalebene und Saggitalschnitt), die gleich oder verschieden sein können, der Eintritts- und Austrittsflache lassen sich Farblangs- und Farbquerfehler korrigieren Wenn die Eintritts- und Austrittsflache als Freiformflachen ausgebildet werden, können die zusätzlichen Freiform-Freiheitsgrade zur Korrektur von Bildfehlern höherer Ordnung genutzt werden

Ferner wird ein Abbildungsverfahren zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objekts in ein Bildfeld bereitgestellt, bei dem eine ungerade Anzahl, die großer oder gleich drei ist, von Spiegeln in einer Mendionalebene zyklisch angeordnet werden und mittels der Spiegel das abzubildende Objekt in der Mendionalebene ohne Zwischenabbildung in das Bildfeld und im senkrecht zur Mendionalebene verlaufenden Sagittalschnitt mit einer Zwischenabbildung in das Bildfeld abgebildet wird, um die seitenrichtige und aufrechte Abbildung des Objektes zu bewirken Mit dem erfindungsgemaßen Abbildungsverfahren kann mittels einer sehr kompakten Spiegelanordnung die gewünschte seitenrichtige und aufrechte Abbildung des Objektes erzielt werden

Ferner kann zumindest einer der Spiegel, der vor der sagittalen Zwischenabbildung angeordnet wird, und zumindest einer der Spiegel, der hinter der sagittalen Zwischenabbildung angeordnet wird, mit jeweils unterschiedlichen Brechkraften im Sagittalschnitt und der Mendionalebene

vorgesehen werden. Auch ist es möglich, daß alle Spiegel mit unterschiedlichen Brechkräften im Sagittalschnitt und der Meridionalebene vorgesehen werden. Insbesondere können die Spiegelflächen als Freiformflächen ausgebildet sein. Wenn die Freiformflächen eine Symmetrieebene aufweisen, werden die Spiegelflächen bevorzugt so angeordnet, daß die Symmetrieebene mit der Meridionalebene zusammenfällt.

Es ist ferner möglich, daß zumindest einer der Spiegel eine torische Flächenform aufweist.

Zumindest einer der Spiegel kann als Oberflächenspiegel ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß zumindest einer der Spiegel als Rückflächenspiegel ausgebildet wird. Ferner können alle Spiegel als Rückflächenspiegel auf einem einzigen transparenten Grundkörper ausgebildet werden. In diesem Fall können die Krümmungen der Eintritts- und Austrittsfläche des Grundkörpers zur Korrektur chromatischer Aberrationen ausgelegt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Abbildungsverfahren findet bevorzugt an jedem Spiegel nur eine einzige Strahlengangfaltung statt. Ferner sind die Spiegel alle bevorzugt konkav (in Meridionalebene und Saggitalschnitt) gekrümmt. Es ist jedoch auch möglich, daß zumindest einer der Spiegel in der Meridionalebene und/oder im Saggitalschnitt konvex gekrümmt ist.

Die erfindungsgemäße Spiegeloptik kann insbesondere als Spiegelobjektiv ausgebildet sein, das für Anwendungen in Teleskopen (beispielsweise für terrestrische Beobachtung; Spektive) oder Femgläsern geeignet ist. Ferner kann die erfindungsgemäße Spiegeloptik bei okularartigen Systemen mit Freiformprismen, bei Mikroskopobjektiven, bei geodätischen Teleskopen usw. eingesetzt werden.

Die Spiegeloptik kann insbesondere überall eingesetzt werden, wo man eine abschattungsfreie (Schief-)Spiegeloptik benötigt, bei der es auf eine seitenrichtige und aufrechte Bildlage ankommt. Dies ist beispielsweise bei Geräten der Fall, bei denen das Bild der Spiegeloptik direkt oder über ein Okular mit dem Auge betrachtet wird.

Durch die Ausbildung der Spiegelflächen als Freiformflächen sind zusätzliche Freiheitsgrade zur unabhängigen Korrektur von Abbildungsfehler in der Meridionalebene und im Sagittalschnitt bereitgestellt, so daß eine ausgezeichnete Fehlerkorrektur möglich ist.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegeloptik;

Fig. 2 ein meridionales Schnittbild von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Projektion eines Sagittalschnitts der Spiegeloptik von Fig. 1 ;

Fig. 4 eine meridionale Schnittdarstellung zur Erläuterung des Sagittalschnitts;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegeloptik;

Fig. 6 ein Meridionalschnitt der Spiegeloptik von Fig. 5;

Fig. 7 eine Projektion eines Sagittalschnitts der Spiegeloptik von Fig. 5;

Fig. 8-12 Bildfehlerdarstellungen der Ausführungsform von Fig. 1 - 4, und

Fig. 13-17 Bildfehlerdarstellungen der Ausführungsform von Fig. 5 - 7.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spiegeloptik als Spiegelobjektiv 1 zum seitenrichtigen und aufrechten Abbilden eines Objektes in ein Bildfeld 2 gezeigt. Das Spiegelobjektiv 1 umfaßt einen ersten, einen zweiten und einen dritten Spiegel 3, 4, 5, die so angeordnet sind, daß das Spiegelobjektiv 1 als abschattungsfreies Spiegelobjektiv (Schiefspiegier) ausgebildet ist.

Die drei Spiegel 3 - 5 sind, wie in dem meridionalen Schnittbild von Fig. 2 ersichtlich ist, in der Meridionalebene (Zeichenebene von Fig. 2) zyklisch angeordnet. Die Meridionalebene ist hier die Ebene, die durch die Mittelpunkte des Bildfeldes 2 und der Eintrittspupille 6, die durch den ersten Spiegel 3 gebildet ist, läuft und in der die Haupt-Flächennormalen P1 , P2, P3 (nur in Fig. 2 als Pfeile eingezeichnet) der Spiegel 3, 4, 6 liegen. Die Haupt-Flächennormale P1 , P2, P3 ist jeweils die Normale an die entsprechende Spiegelfläche der Spiegel 3, 4, 5 in dem Punkt der Spiegelfläche, an dem die Spiegelfläche den Hauptstrahl schneidet, der durch die Mittelpunkte von Eintrittspupille 6 und Bildfeld 2 verläuft.

Die zyklische Spiegelanordnung der Spiegel 3, 4, 5 ist dadurch charakterisiert, daß die Haupt- Flächennormalen P1 , P2, P3 der Spiegel 3, 4, 5 in derselben Reihenfolge, in der die Spiegel 3 - 5 vom Licht getroffen werden, durch Drehung im gleichen Drehsinn ineinander überführt werden können, wobei der Drehwinkel jeweils kleiner als 180° ist. Das bedeutet, daß durch eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn (= Drehsinn) von kleiner als 180° die Haupt- Flächennormale P1 des ersten Spiegels 3 in die Haupt-Flächennormale P2 des zweiten Spiegels 4 überführt werden kann. In gleicher Weise kann die Haupt-Flächennormale P2 des zweiten Spiegels 4 durch eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn von kleiner als 180° in der Meridionalebene in die Haupt-Flächennormale P3 des dritten Spiegels 5 überführt werden.

In Fig. 3 ist die Projektion eines sagittalen Schnitts des Spiegelobjektivs 1 auf eine Ebene senkrecht zur Meridionalebene gezeigt. Der sagittale Schnitt verläuft senkrecht zur Meridionalebene gemäß der in dem meridionalen Schnirtbild von Fig. 4 eingezeichneten sagittalen Schnittlinie 7 (die Darstellung von Fig. 4 entspricht der Darstellung von Fig. 2, wobei in Fig. 4 keine Strahlenverläufe, sondern nur die Schnittlinie 7 eingezeichnet ist). Die Schnittlinie 7 erstreckt sich entlang des Hauptstrahles des auf den Spiegel 3 einfallenden und vom Spiegelobjektiv 1 in die Bildebene 2 abgebildeten Strahlenbündels zur Mitte des ersten Spiegels 3, von dort zur Mitte des zweiten Spiegels 4 und von der Mitte des zweiten Spiegels 4 bis zur Mitte des dritten Spiegels 5 und dann bis zum Mittelpunkt des Bildfeldes 2. Die Mitten der Spiegel 3 - 5 sind die Mitten, an den die Haupt-Flächennormalen P1 - P3 ansetzen. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, sind die drei Spiegel 3 - 5 bezüglich der Meridionalebene (die senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 3 verläuft) jeweils symmetrisch ausgebildet.

Für die nachfolgende Beschreibung wird angenommen, daß das Spiegelobjektiv 1 als Teleskopobjektiv eingesetzt und so orientiert ist, daß die Meridionalebene mit einer im Raum senkrecht verlaufenden Ebene zusammenfällt.

Durch die zyklische Anordnung der Spiegel 3 - 5 und der Wahl der meridionalen Krümmung der Spiegel 3 - 5 derart, daß in der Meridionalebene keine Zwischenabbildung stattfindet, würde ein aufrechtes, aber seitenvertauschtes Bild im Bildfeld 2 erzeugt werden. Da keine

Zwischenabbildung in der Meridionalebene stattfindet, gibt es keinen Bereich innerhalb des

Spiegelobjektivs 1 , in dem sich die meridionalen Bildstrahlen der einzelnen Objektpünkte (die vom einen Punkt des abzubildenden Objektes ausgehenden Strahlen, die in der Meridionalebene oder einer dazu parallelen Ebene verlaufen) kreuzen. Die Spiegel 3 - 5 sind nun aber im Sagittalschnitt derart gekrümmt, daß im Sagittalschnitt eine Zwischenabbildung erfolgt, die zu einer einseitigen Bildumkehr in dieser Ebene und somit zu einer Inversion der

Links-Rechts-Ausrichtung des Bildes führt, so daß insgesamt ein aufrechtes und seitenrichtiges Bild im Bildfeld 2 erzeugt wird.

Unter der Zwischenabbildung im Sagittalschnitt wird hier verstanden, daß in einem Bereich innerhalb des Spiegelobjektivs 1 sich die sagittalen Bildstrahlen der einzelnen Objektpunkte kreuzen und somit ein quasi sagittales Zwischenbild vorliegt, das aufgrund der tatsächlich vorliegenden Unscharfe im Sagittalschnitt auch als sagittale Zwischenkaustik bezeichnet werden kann.

Somit sind die drei Spiegel 3 - 5 anamorphotisch derart ausgebildet, daß aufgrund der unterschiedlichen Spiegelbrechkräfte in der Meridionalebene (y-z-Ebene) und im Sagittalschnitt (x-z-Schnitt) lediglich im Sagittalschnitt eine Zwischenkaustik vorliegt, nicht jedoch in der Meridionalebene. Dadurch ist es möglich, die Brechkraftsumme der Spiegel in der Meridionalebene, in dem die Bildfehler aufgrund der Dezentrierung der Spiegelflächen tendenziell schwieriger zu korrigieren ist als im Sagittalschnitt, klein zu halten. Die deutlich höhere Brechkraftsumme liegt im Sagittalschnitt vor, um die gewünschte Zwischenkaustik zu erzeugen. Da jedoch im Sagittalschnitt die Spiegelflächen bevorzugt symmetrisch sind und die Strahlen im wesentlichen senkrecht auf die Spiegelflächen treffen (Fig. 3), sind die aufgrund der höheren Brechkraftsumme auftretenden Bildfehler leichter zu korrigieren.

Somit kann mit dem abschattungsfreien Spiegelobjektiv 1 ein geebnetes, aufrechtes und seitenrichtiges Bild im Bildfeld 2 erzeugt werden, wobei das Spiegelobjektiv 1 äußerst kompakt ausgebildet werden kann, da lediglich drei Spiegel notwendig sind. Ferner liegt, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, das Bildfeld 2 in einer zur Blickrichtung des Spiegelobjektivs 1 (in Fig. 2 nach links) abgewinkelten Position (ca. um 45°), was insbesondere beim Einsatz des Spiegelobjektivs in Teleskopen von Vorteil ist.

Das in Fig. 1 - 4 gezeigte Objektiv hat eine Brennweite von 800 mm bei einem Durchmesser der Eintrittspupille, die durch den ersten Spiegel 3 gebildet ist, von 100 mm. Das Bildfeld ist hier quadratisch mit 10,8 x 10,8 mm Kantenlänge, so daß sich das Spiegelobjektiv 1 ausgezeichnet für ein terrestrisches Teleskop eignet.

Alle Spiegel 3 - 5 sind in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 - 4 als nicht rotationssymmetrisch konkav gekrümmte Flächen mit genau einer Spiegelsymmetrieebene ausgebildet, die mit der Meridionalebene (y-z-Ebene) zusammenfällt. Die Flächen der Spiegel 3 - 5 können durch eine Polynomentwicklung gemäß der nachfolgenden Formel beschrieben werden:

Hierbei bezeichnen x, y und z die Koordinaten der auf der Spiegelfläche liegende Punkte im lokalen flächenbezogenen Koordinatensystem, dessen Ursprung mit der Mitte des jeweiligen Spiegels 3 - 5 zusammenfällt. Nachdem das Spiegelobjektiv 1 spiegelsymmetrisch zur Meridionalebene ist, können alle Terme mit ungeradem m der obigen Formel identisch 0 gewählt werden. Es hat sich gezeigt, daß eine ausreichend gute Korrektion aller Bildfehler erreicht werden kann, wenn die Polynomentwicklung der Fläche Terme bis zur maximalen Ordnung n + m ≤ 8 enthält.

Für die drei Spiegel 3 - 5 sind die Werte für k und C _{m n} in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben, wobei zur Vereinfachung der Darstellung der Index C _{m n} in der Tabelle als C(m,n) bezeichnet ist. Die Werte für R sind in der Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 1

C (0,7) 1.1715E-17 2.6107E-16 8.1533E-14

C (8,0) -6.1838E-19 -3.0945E-15 3,9421 E-14

C (6,2) 5.2268E-18 -1.8105E-14 6.1825E-14

C (4,4) 9,2591 E-19 -2.6480E-15 -2,1411 E-14

C (2,6) -2.1476E-18 -1.2460E-15 -6.6497E-14

C (0,8) 3,7541 E-19 6.2120E-17 8.3939E-17

Tabelle 2

Um die Dezentrierung und zyklische Anordnung der Spiegel 3 - 5 in der Meridionalebene zu beschreiben, sind in der Tabelle 2 ferner Parameter für die notwendige Verschiebung und Drehung des lokalen Koordinatensystems in Bezug auf ein globales Koordinatensystem (nicht gezeigt) angegeben. Um zum lokalen Koordinatensystem zu gelangen, muß der Ursprungspunkt des globalen Koordinatensystems für das jeweilige lokale Koordinatensystem entlang der drei Achsen x, y, z des globalen Koordinatensystems um die Strecken XDE, YDE und ZDE (Tabelle 2) verschoben und somit dezentriert und anschließend um den in der Tabelle 2 angegebenen Drehwinkel ADE um die x-Achse des lokalen Koordinatensystems gedreht werden. Die x-Achse ist so gewählt, daß sie die Richtung senkrecht zur Symmetrieebene (Meridionalebene) des Spiegelobjektivs 1 bildet, welche von den y-z- Koordinaten aufgespannt wird.

Wie bereits angegeben, ist das Bildfeld 2 bei dem hier beschriebenen Beispiel quadratisch mit einer Kantenlänge von 21 ,6 mm. Der größte in das Bildfeld einschreibbare Bildfelddurchmesser wird bei Fernrohren gewöhnlich auch als Sehfeldzahl bezeichnet. Die Sehfeldzahl des Spiegelobjektivs von Fig. 1 - 4 beträgt 21 ,6 mm und liegt somit im Bereich der Sehfeldzahlen von Spektiven und Femgläsern der gehobenen Qualitätsklasse.

In den Figuren 8 bis 12 sind Darstellungen der Bildfehlerkurven für die obige Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 gezeigt, wobei in jeder Figur zwei Spalten von Bildfehlerkurven gezeigt sind. Die linke Spalte bezieht sich auf die Meridionalebene und die rechte Spalte auf den Saggitalschnitt. Die Bildfehler sind in Millimeter dargestellt für eine Wellenlänge der ins Bildfeld

abgebildeten Strahlung von 500 nm. Zwischen den entsprechenden Bildfehlerkurven für die Meridionalebene und den Saggitalschnitt sind jeweils die relativen x- und y-Koordinaten im Bildfeld oberhalb des Ausdrucks „relatives Feld" sowie die Hauptstrahlwinkel im Objektraum (bezogen auf das globale Koordinatensystem) unterhalb des Ausdrucks „relatives Feld" in bekannter Weise angegeben.

In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs sind die Spiegel als Rückflächenspiegel auf einem monolithischen Freiformprisma 10 ausgebildet, wobei in den Darstellungen von Fig. 5 - 7, die entsprechende Darstellungen zu Fig. 1 - 3 sind, von dem Freiformprisma 10 lediglich die Spiegelflächen 11 , 12 und 13 sowie die Eintrittsfläche 14 und Austrittsfläche 15 eingezeichnet sind.

Der grundsätzliche Aufbau bezüglich der Spiegelflächen 11 - 13 ist gleich wie bei der ersten Ausführungsform, so daß in der Meridionalebene (Fig. 6) die Spiegel 11 - 13 zyklisch angeordnet sind und keine Zwischenabbildung durchgeführt wird. Im Sagittalschnitt (Fig. 7) ist die Krümmung der Spiegelflächen 11 - 13 unterschiedlich zur Krümmung in der Meridionalebene derart gewählt, daß eine sagittale Zwischenkaustik auftritt, um insgesamt zu einem aufrechten und seitenrichtigen Bild im Bildfeld 2 zu gelangen.

Das Freiformprisma ist aus dem Kunststoff Z-E48R der Firm Zeonex gebildet (Brechzahl 1 ,536655, Abbesche Zahl 56,043). Die Brennweite des Spiegelobjektivs 1 von Fig. 5 - 7 beträgt 375 mm, wobei das Bildfeld quadratisch mit einer Kantenlänge von ca. 9,4 mm ist. Der Durchmesser der Eintrittspupille beträgt 30 mm.

Sowohl die Spiegelflächen 11 - 13 als auch die Eintritts- und Austrittsfläche 14, 15 sind jeweils als nicht rotationssymmetrisch gekrümmte Flächen mit genau einer Spiegelsymmetrieebene ausgebildet, die mit der Meridionalebene zusammenfällt. Chromatische Bildfehler treten praktisch kaum auf, da diese durch die entsprechende Auslegung der Eintritts- und Austrittsfläche 14, 15 kompensiert werden.

Die Flächen lassen sich durch eine Polynomentwicklung der folgenden Form beschreiben:

Die entsprechenden Parameter sind in den nachfolgenden Tabellen 3 und 4 im wesentlichen in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel angegeben. In Tabelle 3 ist zusätzlich der Wert für den weiteren Parameter Nradius angegeben. Ferner kann der Tabelle 4 in gleicher

Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Dezentrierung der einzelnen Flächen entnommen werden. Tabelle 3

Tabelle 4

In den Figuren 13 bis 17 sind im wesentlichen in gleicher Weise wie in den Figuren 8 bis 12 die Bildfehlerkurven für die zweite Ausführungsform (Figuren 4 bis 7) dargestellt, wobei bei den Darstellungen von Figuren 13 bis 17 jeweils die Bildfehler für die drei Wellenlängen 400 nm, 500 nm und 650 nm (mit den Bezugszeichen 20, 21 und 22 bezeichnet) dargestellt sind. Man sieht, daß die Farbfehler äußerst gering sind (in Fig. 13 - 17 ist der Maßstab um den Faktor 5 größer als in den Figuren 8 - 12) .

Ferner ist aus den Bildfehlerdarstellungen (Figuren 8 - 17) der bei beiden Ausführungsformen erkennbar, daß die Bildfehler (für eine Schiefspiegeloptik atypischer Weise) im Saggitalschnitt größer sind als in der Meridionalebene, was an der größeren Brechkraftsumme im Saggitalschnitt liegt. Läge in der Meridionalebene die gleiche Brechkraftsumme vor wie im Saggitalschnitt, währen die Bildfehler in der Meridionalebene dramatisch größer (sie würden bei gleichem Maßstab nicht dargestellt werden können).