DE2500070A1

DE2500070A1 - REFLECTIVE LENS SYSTEM

Info

Publication number: DE2500070A1
Application number: DE19752500070
Authority: DE
Inventors: David George Anthony Demaine; David Gordon Norrie
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1974-01-02
Filing date: 1975-01-02
Publication date: 1975-07-10
Also published as: FR2256422A1; FR2256422B3; GB1443271A; JPS50107926A

Description

9532-74 Dr.v.B/E RK/53/HGA/RC/sb GB-PA OOO95/74 AT: 2. Januar 19749532-74 Dr.v.B / E RK / 53 / HGA / RC / sb GB-PA OOO95 / 74 AT: January 2, 1974

The Rank Organisation Limited Millbank Tower, Mil!bank, London S.W.I/EnglandThe Rank Organization Limited Millbank Tower, Mil! Bank, London SWI / England

Re flexllnsensystemReflective lens system

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reflexlinsensystem mit einer Linseneinheit, die mehrere Glieder enthält und mit einem in einer Blendenebene der Linseneinheit angeordneten Spiegel, der Licht, welches von einem Objekt durch die Linseneinheit auf ihn fällt, durch die Linseneinheit reflektiert, so dafi beim Objekt ein Bild mit einer Vergrößerung, die wenigstens annähernd 1 beträgt, entsteht.The present invention relates to a reflective lens system with a lens unit which contains a plurality of elements and with a mirror arranged in a diaphragm plane of the lens unit, which reflects light from an object the lens unit falls on it, reflected by the lens unit, so that an image of the object with a magnification, which is at least approximately 1, arises.

Es sind bereits verschiedene Objektivkonstruktionen bekannt, die für eine Abbildung im Maßstab 1:1 ausgelegt sind. Objektive dieser Art sind oft symmetrisch, d.h. der hintere Teil des Objektivs ist ein Spiegelbild des vorderen Teils bezüglich einer Ebene, die sich im wesentlichen am Ort der Blende des Linsensystems befindet.Various lens constructions are already known which are designed for an image on a 1: 1 scale. Lenses of this type are often symmetrical, i.e. the rear part of the lens is a mirror image of the front part with respect to a plane which is essentially in place the diaphragm of the lens system.

Bei Bürokopiergeräten soll das Bild des Objekts häufig mit dem Vergrößerungsfaktor 1 oder nahezu 1 neben dem Objekt erzeugt werden. Für diesen Zweck ist es bekannt,In office copiers, the image of the object should often be 1 or almost 1 next the object. For this purpose it is known

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den hinteren Teil eines symmetrisch aufgebauten Objektivs der oben angegebenen Art durch einen ebenen Spiegel zu ersetzen, der sich am Ort der Blende befindet. Ein Hauptnachteil der bekannten Reflexlinsensysteme dieser Art besteht darin, daß es für die Korrektur aller sieben Seideischen (primären) Abbildungsfehler erforderlich ist, sowohl konvex als auch konkav gekrümmte Linsenflächen hoher optischer Wirkung zu verwenden, was zu Linsen mit steil gekrümmten Flächen und großen Glasvolumina führt.the rear part of a symmetrically constructed lens of the to replace the type specified above by a flat mirror, which is located at the location of the diaphragm. A main disadvantage of the known Reflex lens systems of this type consist in the fact that it is necessary to correct all seven niche (primary) aberrations, both convex and concave To use lens surfaces of high optical effect, which leads to lenses with steeply curved surfaces and large glass volumes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die AufgabeThe present invention has for its object

zugrunde, ein Reflexlinsensystem anzugeben, das die obigen Nachteile vermeidet und für Abbildungen im Maßstab von etwa 1:1 geeignet ist.based on specifying a reflective lens system that has the above disadvantages and is suitable for images on a scale of around 1: 1.

Diese Aufgabe wird durch ein Reflexlinsensystem der eingangs genannten Art gelöst, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Spiegel zur Linseneinheit hin konkav gekrümmt ist und daß die sieben Seideischen Abbildungsfehler (S-, S₁₁, S₁₁₁, S_IV# S„, C₁, C₁₁) im wesentlichen dadurch korrigiert werden, daß man die optische Leistung und Form der Linsenflächen der Linseneinheit so wählt, daß S_, S₁₁₁, S _v und C₁ im wesentlichen Null werden und daß man S₁₁, S_y und C.. dadurch im wesentlichen gleich Null macht, daß man die Seideischen Koeffizienten im Hin- und Rückweg des Lichtes kompensiert.This object is achieved by a reflex lens system of the type mentioned at the outset, characterized in that the mirror is curved concavely towards the lens unit and that the seven silkic aberrations (S-, S ₁₁ , S ₁₁₁ , S _{IV #} S ", C ₁ , C ₁₁ ) can essentially be corrected by choosing the optical power and shape of the lens surfaces of the lens unit in such a way that S_, S ₁₁₁ , S _v and C _{1 become} essentially zero and that S ₁₁ , S _y and C. by making it essentially equal to zero by compensating for the Silkean coefficients in the outward and return paths of the light.

Ein Konkavspiegel hat bekanntlich eine positive Brechkraft,jedoch eine negative Petzval-Summe im Gegensatz zu einem positiven Linsenglied, das eine positive Petzval-Summe hat. Die vorliegende Erfindung nutzt diese Eigenschaft in bisher unbekannter Weise aus, um die Petzval-Summe eines Linsensystems der beschriebenen Art zu korrigieren, ohne hierfür Linsenflächen sehr hoher positiver oder negativer Brechkraft zu benötigen, indem ein Konkavspiegel, der eine negative Petzval-Summe hat, mit brechenden Gliedern, die eine positive Petzval-Summe haben,As is well known, a concave mirror has a positive refractive power, but in contrast a negative Petzval sum to a positive lens member that has a positive Petzval sum. The present invention has made use of this property so far unknown way to correct the Petzval sum of a lens system of the type described, without this lens surfaces to need a very high positive or negative refractive power by using a concave mirror that has a negative Petzval sum, with breaking links that have a positive Petzval sum,

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kombiniert wird, um ein im wesentlichen ebenes Bildfeld zu erreichen. Hierdurch lassen sich die Krümmungen der Linsenflächen im allgemeinen verringern und auch das Glasvolumen der Linseneinheit kann gewünschtenfalls verringert werden. Außerdem kann man entweder den Korrekturgrad verbessern oder man kann bei vorgegebenem Korrekturgrad mit einer geringeren Anzahl von Glie dern oder Teillinsen auskommen. Außerdem läßt sich das Gesichts oder Winkelfeld vergrößern.is combined to achieve a substantially flat field of view. This allows the curvatures of the lens surfaces generally decrease, and also the glass volume of the lens unit can be decreased if desired. Also can you either improve the degree of correction or you can with a given degree of correction with a smaller number of terms change or partial lenses. In addition, the facial or angular field can be enlarged.

Die Seideischen Abbildungsfehler werden unter der Voraussetzung korrigiert, daß für einen konkaven Spiegel an Ort der Blende der Linseneinheit gilt:The silky aberrations are corrected on the assumption that for a concave mirror The following applies at the location of the diaphragm of the lens unit:

"^SIV" ^S IV

^si ^s i

Die Seideischen Abbildungsfehler des gesamten Systems lassen sich leicht korrigieren, ohne hohe positive und negative Linsenflächen-Brechkräfte einführen zu müssen. Soweit es die Abbildungsfehler S₁₁, S_y und C₁₁ angeht, werden die Seidelschen Koeffizienten im Hinweg und Rückweg durch die Symmetrie kompensieren, während S-, S₁--, S__- und C₁ durch entsprechende Bemessung der Parameter der Linseneinheit korrigiert werden.The optical aberrations of the entire system can be easily corrected without having to introduce high positive and negative lens surface refractive powers. As far as the imaging errors S ₁₁ , S _y and C ₁₁ are concerned, the Seidel coefficients on the way there and back are compensated by the symmetry, while S, S ₁ , S __ and C ₁ are corrected by appropriate dimensioning of the parameters of the lens unit .

Es sind eine Anzahl von Lösungen für dünneThere are a number of solutions to thin

Linsen möglich. Bei vier speziellen Conradyschen Lösungen wird eine Linseneinheit verwendet, die aus zwei Linsenelementen oder Gliedern besteht, welche ein zweiteiliges Glied bilden können. Zwei dieser Lösungen haben ein Vorderglied (näher am Objekt) aus Kronglas (relativ kleiner Dispersion), während bei zwei Lösungen ein Vorderglied aus Flintglas (relativ hoher Dispersion) verwendet wird.Lenses possible. In four special Conrady solutions, a lens unit is used that consists of two lens elements or There are links which can form a two-part link. Two of these solutions have a front link (closer to the object) made of crown glass (relatively small dispersion), while two solutions use a front link made of flint glass (relatively high dispersion).

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In den Figuren 1 bis 4 sind die vier Conradyschen Lösungen schematisch dargestellt.The four Conrady solutions are shown schematically in FIGS.

In der folgenden Tabelle sind die ParameterIn the following table are the parameters

einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit dicken linsen aufgeführt, Die effektive Brennweite beträgt 7,42 Längeneinheiten. Das System ist für den Vergrößerungsfaktor 1:1 ausgelegt.an embodiment according to FIG. 1 with thick lenses, The effective focal length is 7.42 units of length. The system is designed for a magnification factor of 1: 1.

krümmung der Linsen-(L) bzw.Spiegel-(M) Flächencurvature of the lens (L) or mirror (M) surfaces

0,1684 (L)0.1684 (L)

0,3487 (L)0.3487 (L)

0,0280 (L)0.0280 (L)

0,0425 (M)0.0425 (M)

0,0280 (L)0.0280 (L)

0,3487 (L)0.3487 (L)

0,1684 (L)0.1684 (L)

Dicke (D) bzw. Luftspalt (S)Thickness (D) or air gap (S)

0,700 (D)0.700 (D)

0,100 (D)0.100 (D)

0,800 (S)0.800 (S)

- 0,800 (S) -0,100 (D)- 0.800 (S) -0.100 (D)

- 0,700 (D)- 0.700 (D)

Brechungs-Index Krön-(C) und Flint-(F)-Glas 1,0OORefractive index crown (C) and flint (F) glass 1.0OO

1,5267 (C) 1,6420 (F) 1,0OO1.5267 (C) 1.6420 (F) 1.0OO

- 1,000- 1,000

- 1,6420 (F)- 1.6420 (F)

- 1,5267 (C)- 1.5267 (C)

- 1,000- 1,000

Der Objektabstand und der Bildabstand betragen jeweils 13,397 Längeneinheiten vom Scheitel der vordersten Linsenfläche.The object distance and the image distance are each 13.397 units of length from the vertex of the foremost Lens surface.

Diese Konstruktion, bei der die beiden Linsen ein verkittetes Doppelglied bilden, zeichnet durch eine sehr gute axiale Korrektur aus, das nutzbare Bildfeld wirdThis construction, in which the two lenses form a cemented double link, is characterized by a very good axial correction, which becomes usable image field

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jedoch durch Astigmatismusfehler höherer Ordnung und den öffnungsfehler für Schiefeneinfall begrenzt. Anstelle einer verkitteten zweiteiligen Linse kann eine zweiteilige Linse mit Luftzwischenraum verwendet werden.however, limited by higher order astigmatism errors and the aperture error for oblique incidence. Instead of a cemented two-part lens, a two-part lens can be used Air gap can be used.

Die in Fig. 3 dargestellte Lösung hat vorneThe solution shown in Fig. 3 has the front

ein Flintglaselement und zeichnet sich durch gute Leistung in einem größeren Gesichtsfeld aus. Es ist ersichtlich, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Lösung, die vorne einen Kronglasmeniskus enthält, und bei der in Fig. 4 dargestellten Lösung, die vorne einen Flihtglasmeniskus enthält, verhältnismäßig stark gekrümmte Linsenflächen, also hohe optische Brechkräfte benötigt werden. Diese stark gekrümmten Flächen und dementsprechend hohen Brechkräfte werden jedoch Menisken erzeugt, so daß keine großen Glasvolumina benötigt werden.a flint glass element and performs well in a larger field of view. It can be seen that at the solution shown in Fig. 2, which contains a crown glass meniscus at the front, and in the solution shown in Fig. 4, which contains a flit-glass meniscus at the front, relatively strongly curved lens surfaces, i.e. high optical refractive powers are needed. However, these strongly curved surfaces and correspondingly high refractive powers are created by menisci, so that no large glass volumes are required.

Bei drei weiteren Lösungstypen befindet sich der Spiegel auf der hinteren Oberfläche der Linseneinheit. In den Fig. 5a und 5b sind zwei kompakte oder massive Ausführungsformen dargestellt, die zum ersten Typ gehören. Fig. 6 zeigt als Lösung des zweiten Typs ein dreigliederiges Manginsches System und Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des dritten Typs mit einer asphärischen Fläche.In three other types of solutions, the mirror is on the rear surface of the lens unit. In Figs. 5a and 5b, two compact or solid embodiments are shown, which belong to the first type. Fig. 6 shows a three-part Manginian system as a solution of the second type, and FIG. 7 shows an embodiment of the third Type with an aspherical surface.

Bei den Ausführungsformen des ersten TypsIn the embodiments of the first type

wird eine Linseneinheit verwendet, die aus einer verkitteten Einheit, z.B. einem Doublet, beträchtlicher Dicke besteht, so daß das gesamte System als optische Einheit öder Zelle ohne Luftzwischenräume gebaut werden kann. Solche optischen Zellen lassen sich einfacher und billiger herstellen als Systeme mit getrennten Linsenelementen und die Kosten für die benötigten Glasvolumina werden dadurch mehr als kompensiert. Das in axialer Richtung dicke zweigliederige System gemäß Fig. 5a hat ein Vor-if a lens unit is used which consists of a cemented unit, e.g. a doublet, of considerable thickness, see above that the entire system can be built as an optical unit or cell without air gaps. Such optical cells are easier and cheaper to manufacture than systems with separate lens elements and the costs for the required glass volumes are more than compensated for. That in axial Direction of the thick two-part system according to Fig. 5a has a

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derglied aus Kronglas mit niedrigem Brechungsindex, während das gemäß Fig. 5b ein Vorderglied aus Flintglas mit hohem Brechungsindex aufweist.The member made of crown glass with a low refractive index, while that of FIG. 5b is a front member made of flint glass with a high Has refractive index.

Beim zweiten Typ besteht die Linseneinheit aus drei Linsenelementen oder Gliedern. Das hintere Glied trägt den Spiegel auf seiner rückwärtigen Oberfläche, dieses Linsenglied kann eine positive oder negative Brechkraft haben. Die beiden Vorderglieder sind vorzugsweise als Doublet oder zweigliederige Linse (verkittet oder mit Luftspalt) ausgebildet, z.B. im wesentlichen analog zu den Konstruktionen gemäß Fig. 1 und 3. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 besteht das Vorderglied des zweigliedrigen Systems aus Flintglas.In the second type, the lens unit consists of three lens elements or links. The back link carries the mirror on its rear surface, this lens element can have a positive or negative refractive power. The two front members are preferably designed as a doublet or two-part lens (cemented or with an air gap), e.g. essentially analogous to the constructions according to FIGS. 1 and 3. In the embodiment according to FIG. 6, the front link of the two-part system consists of flint glass.

Bei einer Abwandlung der oben erwähnten Lösung vom Manginschen Typ wird ein Meniskus- Element zwischen dem Doppelglied und dem den Spiegel tragenden hinteren Element verwendet. Diese Abwandlung gewährleistet eine gute Korrektur in einem weiten Gesichtsfeld und eine verhältnismäßig große relative öffnung.In a modification of the above-mentioned Mangin type solution, a meniscus element is between the double link and the rear element supporting the mirror. This modification ensures a good correction in a wide field of view and a relative one large relative opening.

Die Anordnung mit dem Doppelglied und demThe arrangement with the double link and the

Meniskus läßt sich auch vor einem hinteren Element, das den Spiegel auf seiner Vorderfläche trägt, verwenden.Meniscus can also be used in front of a rear element that carries the mirror on its front surface.

Die Lösung des dritten Typs, bei der die hintere Oberfläche der Linseneinheit den Spiegel trägt, ist ähnlich dem zweiten Typ mit der Ausnahme, daß an die Stelle des Doppelgliedes ein einfaches Glied mit positiver Brechkraft tritt. Bei diesem Lösungstyp ist die Apertur geringer als bei Verwendung eines zweiteiligen Vordergliedes (Doublets). DieThe solution of the third type, in which the rear surface of the lens unit supports the mirror, is similar to the second type, except that in place of the Double link a simple link with positive refractive power occurs. With this type of solution, the aperture is smaller than with Use of a two-part front link (doublets). the

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Apertur läßt sich jedoch bei dieser Ausführungsform durch Verwendung einer asphärischen Fläche vergrößern. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 7 dargestellt. Die Verwendung einer asphärischen Fläche ist besonders zweckmäßig, wenn die Linsenelemente aus Kunststoff gepreßt werden.In this embodiment, however, the aperture can be enlarged by using an aspherical surface. An example this is shown in FIG. 7. The use of an aspherical surface is particularly useful when the lens elements are molded from plastic.

Selbstverständlich kann man auch bei den früher beschriebenen Ausführungsformen eine asphärische Fläche verwenden, wenn eine bessere Korrektur gewünscht wird.It goes without saying that an aspherical surface can also be used in the embodiments described earlier use when a better correction is desired.

Außex^den beschriebenen Aus führungs formenExcept for the embodiments described

gibt es selbstverständlich auch noch andere Möglichkeiten, die SeideIschen Abbildungsfehler in der angegebenen Weise zu korrigieren .There are of course also other ways of correcting the silky aberrations in the manner indicated.

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Claims

PatentansprücheClaims

j) Reflexlinsensystem mit einer Linseneinheit, die mindestens ein Linsenglied enthält, und mit einem in einer Blendenebene der Linseneinheit eingeordneten Spiegel, der Licht, das von einem Objekt durch die Linseneinheit auf ihn fällt, durch die Linseneinheit reflektiert, so daß beim Objekt ein Bild mit einer Vergrößerung, die wenigstens annähernd 1 beträgt, entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel zur Linseneinheit hin konkav gekrümmt ist und daß die sieben Seideischen Abbildungsfehler (S₁, S₁₁, S₁₁₁, S_iv, S_v, Cj, C₁₁) dadurch im wesentlichen korrigiert werden, daß man die Brechkraft und Form der Linsenflächen der Linseneinheit so wählt, daß die Abbildungsfehler S₁, S₁₁₁, Sjy und C₁ im wesentlichen zu Null werden und daß man die Abbildungsfehler S₁₃., Sy und Cj, dadurch im wesentlichen zu Null macht, daß man die Seideischen Koeffizienten im Hin- und Rückweg des Lichtes kompensiert oder ausgleicht. j) Reflex lens system with a lens unit containing at least one lens element and with a mirror arranged in a diaphragm plane of the lens unit, which reflects light that falls from an object through the lens unit onto it through the lens unit, so that an image with the object a magnification which is at least approximately 1, characterized in that the mirror is concavely curved towards the lens unit and that the seven silk aberrations (S ₁ , S ₁₁ , S ₁₁₁ , S _iv , S _v , Cj, C ₁₁ ) are essentially corrected by choosing the refractive power and shape of the lens surfaces of the lens unit so that the aberrations S ₁ , S ₁₁₁ , Sjy and C ₁ are substantially zero and the aberrations S _13. , Sy and Cj, by making it essentially zero by compensating for or equalizing the silkic coefficients in the outward and return paths of the light.

2. Reflexlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Llnseneinheit aus zwei Linsenelementen aus Materialien unterschiedlicher BrechungsIndizes besteht.2. Reflective lens system according to claim 1, characterized in that the lens unit consists of two lens elements made of materials with different refractive indices.

3. Reflexlinsensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenelemente eine zweigliederige Linse bilden.3. reflective lens system according to claim 2, characterized in that the two lens elements form a two-part lens.

4. Reflexlinsensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Linsenelement einen höheren mittleren Brechungsindex hat als das vordere Linsenefenent.4. reflective lens system according to claim 2 or 3, characterized in that the rear lens element has a higher average refractive index than the front lens element.

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5. Reflexlinsensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel auf der hinteren Oberfläche der Linseneinheit gebildet ist.5. reflective lens system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the mirror on the rear surface of the Lens unit is formed.

6. Reflexlinsensystem nach Anspruch 3 oder 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel auf der hinteren Fläche der zweigliedrigen Linse gebildet ist.6. reflective lens system according to claim 3 or 4 and claim 5, characterized in that the mirror is formed on the rear surface of the two-part lens.

7. Reflexlinsensystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ze Ac h net, daß die beiden Linsenelemente eine verkittete, zweigliedrige Linse erheblicher axialer Dicke bilden.7. reflective lens system according to claim 6, characterized g e k e η η ze Ac h net that the two Lens elements form a cemented, two-part lens of considerable axial thickness.

8. Reflexlinsensystem nach Anspruch 1 und 5, dadurch geke η η ζ ei c h η e t, daß die Linseneinheit zwei Linsenelemente aus Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes enthält, die vor einem hinteren Linsenelement angeordnet sind, auf dessen hinterer Oberfläche sich der Spiegel befindet.8. reflective lens system according to claim 1 and 5, characterized geke η η ζ ei c h η e t that the Lens unit contains two lens elements made of materials of different refractive indices, which are arranged in front of a rear lens element, on its rear surface the mirror is.

9. Reflexlinsensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennz ei c h η e t, daß das hintere Linsenelement ein einfacher, nach vorne konkaver Meniskus ist.9. reflective lens system according to claim 8, characterized in that the rear one ei c h η e t Lens element is a simple, forwardly concave meniscus.

10. Reflexlinsensystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenelernente eine zweigliederige Linse bilden.10. reflective lens system according to claim 8 or 9, characterized in that the two lens elements form a two-part lens.

11. Reflexlinsensystem nach Anspruch 10,11. reflective lens system according to claim 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinheit außerdem einen Meniskus zwischen der zweigliedri-characterized in that the lens unit also has a meniscus between the two-membered

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•>; ■

-ΙΟ--ΙΟ-

gen Linse und dem den Spiegel tragenden hinteren Linsenelement enthält.gen lens and the rear lens element carrying the mirror.

12. Reflexlinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinheit mindestens eine asphärische Fläche aufweist.12. reflective lens system according to any one of the preceding claims, characterized in that the lens unit at least one Has aspherical surface.

13. Reflexlinsensystem nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinheit ein Vorderglied in Form einer einfachen Linse enthält, die vor einem hinteren Glied in Form einer einfachen Linse angeordnet ist, welche auf ihrer Rückseite den Spiegel trägt.13. reflective lens system according to claim 1 or 12, characterized in that the lens unit includes a front link in the form of a simple lens, which in front of a rear link in the form of a simple lens is arranged, which carries the mirror on its back.

14. Reflexlinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft des Spiegels ungefähr gleich der Hälfte der Brechkraft der Linseneinheit ist, welche eine solche positive Petzvalsumme bezüglich der negativen Petzvalsumme des Spiegels hat, daß das Bildfeld des Gesamtsystems im wesentlichen eben ist.14. Reflective lens system according to one of the preceding claims, characterized in that the refractive power of the mirror is approximately is equal to half the refractive power of the lens unit, which has such a positive Petzval sum with respect to the negative Petzval sum of the mirror that the image field of the Overall system is essentially flat.

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