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Dokumentenidentifikation DE3625023C2 05.11.1992
Titel Optisches Bildübertragungssystem
Anmelder Olympus Optical Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Takahashi, Susumu, Hachiohji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Prechtel, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 24.07.1986
DE-Aktenzeichen 3625023
Offenlegungstag 05.02.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1992
IPC-Hauptklasse G02B 13/24

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein optisches Bildübertragungssystem, bestehend aus zwei stabförmigen Linsengliedern, wobei zumindest eines der Linsenglieder eine konkave, an Luft stehende Linsenfläche hat.

Derartige Bildübertragungssysteme werden beispielsweise in Endoskopen verwendet. Dabei sind üblicherweise mehrere derartiger Bildübertragungssysteme im Endoskopstrahlengang zwischen einem Objektiv und einem Okular angeordnet. Konventionelle optische Bildübertragungssysteme bestehen üblicherweise nur aus homogenen Linsen. Bei solchen Bildübertragungssystemen mit homogenen Linsen, die einen vergleichsweise einfachen optischen Aufbau aufweisen, zeigte sich jedoch, daß die Bildfeldkrümmung nicht befriedigend beseitigt war. Andere, hinsichtlich der Bildfeldkrümmung gut korrigierte Systeme mit homogenen Linsen, weisen jedoch einen komplexen Linsenaufbau mit einer großen Anzahl von Linsen auf, wobei zahlreiche Linsenflächen an Luft stehen.

Aus der US-PS 43 54 730 ist ein optisches Relais-Linsensystem aus optischen Bildübertragungssystemen der eingangs genannten Art bekannt. Die optischen Bildübertragungssysteme weisen wenigstens zwei dicke optische Elemente auf, von denen eines konvergierend und das andere divergierend auf die zu übertragenden Strahlen wirkt. Ein Ausführungsbeispiel der US-PS 43 54 730 weist ein optisches Bildübertragungssystem auf, welches aus zwei stabförmigen Linsengliedern aufgebaut ist, wobei eines der Linsenglieder eine konkave, an Luft stehende Linsenfläche hat. Der Brechungsindex, die Dicke und die Krümmungsradien der Linsenglieder sind so gewählt, daß die Endflächen des optischen Bildübertragungssystems konjugiert sind. Durch diese Maßnahmen soll das Auftreten von Aberrationen und die Deformation des zu übertragenden Bildes vermieden werden. Nähere Angaben dazu, inwieweit die Bildfeldkrümmung bei dem bekannten optischen Bildübertragungssystem unterdrückt wird, sind der US-PS 43 54 730 nicht zu entnehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, Konstruktionsbedingungen zur Verringerung der Bildfeldkrümmung bei einfachem optischem Aufbau für ein gattungsgemäßes optisches Bildübertragungssystem anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zumindest eines der beiden Linsenglieder ein Kittglied ist, daß das Kittglied eine inhomogene, die konkave Linsenfläche aufweisende Linse umfaßt und daß folgende Bedingungen erfüllt sind:



worin

φs die Brechkraft der konkaven Linsenfläche einer homogenen Linse bezeichnet, die die gleiche Form aufweist wie die inhomogene Linse und deren Brechungsindex der Brechzahl N(0) des auf der optischen Achse liegenden Bereichs der inhomogenen Linse entspricht,

φg die Brechkraft einer planparallelen Platte bezeichnet, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse,

c die Krümmung der konkaven Linse bezeichnet,

t die Dicke der inhomogenen Linse auf der optischen Achse bezeichnet und

N(1) den Koeffizienten von r² in der in Abhängigkeit vom radialen Abstand r von der optischen Achse angegebenen Brechzahlverteilung n(r) der inhomogenen Linse gemäß:

n(r)=N(0)+N(1) * r²+N(2) * r&sup4;+N(3) * r&sup6;

bezeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein optisches Bildübertragungssystem der eingangs genannten Art, welches zur Lösung des vorstehend angegebenen, technischen Problems dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest eines der beiden Linsenglieder ein Kittglied ist, daß das Kittglied eine inhomogene Linse sowie eine homogene, die konkave Linsenfläche aufweisende Linse umfaßt und daß folgende Bedingungen erfüllt sind:

R = | φsg | >0,2 (1)

Rp = | ps/pg | >0,2 (2)

worin

φs die Brechkraft und ps den Feldkrümmungskoeffizienten der konkaven Fläche der homogenen Linse bezeichnen,

φg die Brechkraft und pg den Feldkrümmungskoeffizienten einer planparallelen Platte bezeichnen, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse.

Die Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Schnittbild eines ersten optischen Bildübertragungssystems nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Brechzahlverteilung einer inhomogenen Linse veranschaulicht,

Fig. 3-12 Schnittbilder erfindungsgemäßer optischer Bildübertragungssysteme 2 bis 11 und

Fig. 13-23 Korrekturkurven der erfindungsgemäßen optischen Bildübertragungssysteme 1-11.

Bei einer inhomogenen Linse ist die Brechzahlverteilung so, daß dieser Typ insgesamt eine Brechkraft besitzt, selbst wenn beide Oberflächen eben sind. Unter Benutzung dieser Eigenschaft ist es möglich, die Linsen so auszubilden, daß sie Brechkraft haben, selbst wenn sie mit einer anderen Linse verkittet sind, was es ermöglicht, die Zahl der an Luft stehenden Flächen zu vermindern. Darüber hinaus wird wenn eine in Luft stehende Fläche konkav ausgebildet wird, der negative Feldkrümmungskoeffizient von dieser konkaven Oberfläche bestimmt, so daß es möglich ist, die Petzvalsumme zu verringern und die Bildfeldkrümmung zu korrigieren (dabei bezeichnet Feldkrümmungskoeffizient den Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung für Bildfeldkrümmung auf einer Linsenfläche bzw. den Teilkoeffizienten der spezifischen Bildfeldkrümmung der Linsenfläche). Insbesondere ist es vorteilhaft, eine inhomogene Linse als bildformende Linse zu verwenden, um eine Oberfläche einer inhomogenen Linse als an Luft stehende Fläche auszubilden und diese Oberfläche konkav zu gestalten.

Ein erfindungsgemäßes optisches Bildübertragungssystem hat den beispielsweise in Fig. 1 gezeigten Linsenaufbau, bei dem eine homogene Linse 11 mit einer inhomogenen Linse 12 positiver Brechkraft insgesamt verkittet ist, wobei eine konkave Luftkontaktfläche vorgesehen ist, und dieses Kittglied hat insgesamt positive Brechkraft. Ein solches optisches System bildet ein Bild I bei I&min; ab, und so wird das Bild ggf. noch über entsprechende weitere Linsenpaare übertragen. Infolge dieser oben erläuterten Konstruktion vermindert der negative Feldkrümmungskoeffizient, der sich durch die konkave Oberfläche ergibt, die Petzvalsumme, und die Bildfeldkrümmung wird unterdrückt.

Es ist erfindungsgemäß möglich, den Effekt der Korrektur der Feldkrümmung besonders wirksam werden zu lassen, indem sowohl das Verhältnis Rφ von φg zu φs als auch Rp den folgenden Bedingungen genügen:



worin

φg die Brechkraft einer planparallelen Platte bezeichnet, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse,

φs die Brechkraft der konkaven Fläche einer homogenen Linse bezeichnet, die die gleiche Form aufweist wie die inhomogene Linse und deren Brechungsindex der Brechzahl N(0) des auf der optischen Achse liegenden Bereichs der inhomogenen Linse entspricht.

c die Krümmung der an Luft stehenden konkaven Linsenfläche der inhomogenen Linse bezeichnet.

t die Dicke der inhomogenen Linse auf der optischen Achse bezeichnet und

N(1) den Koeffizienten von r² in der in Abhängigkeit vom radialen Abstand r von der optischen Achse gegebenen Brechzahlverteilung n(r) der inhomogenen Linse gemäß:

n(r)=N(0)+N(1) * r²+N(2) * r&sup4;+N(3) * r&sup6;

bezeichnet.

Wenn die unteren Grenzwerte dieser Bedingungen (1) und (2) nicht erfüllt sind, wird die Verminderung der Feldkrümmung nicht wesentlich, was unerwünscht ist.

Andererseits hat eine homogene Linse in dem erfindungsgemäßen Bildübertragungssystem folgende Aufgaben.

Eine dieser Aufgaben ist, die Pupille ebenso wie das Bild zu übertragen.

Um das Bild mehrmals zu übertragen, muß die Pupille auch entsprechend übertragen werden. Andererseits würde die Beleuchtungsstärke am Rand des Bildfelds abnehmen, oder, wie es manchmal der Fall sein kann, wird die Beleuchtung überhaupt nicht übertragen.

Erfindungsgemäß wird der parallel zur optischen Achse in die homogene Linse 11 einfallende Strahl von dem außeraxialen Gegenstandspunkt durch die konvexe Fläche der homogenen Linse 11 gekrümmt, kreuzt die optische Achse beim Mittelpunkt der einander gegenüberstehenden inhomogenen Linsen 12 und wird wieder parallel zur optischen Achse durch die konvexe Oberfläche der anderen homogenen Linse. Mit anderen Worten, hat das erfindungsgemäße optische System einen Aufbau, bei dem sowohl die Eintrittspupille als auch die Austrittspupille bei Unendlich angeordnet sind.

Eine weitere Aufgabe des homogenen Materials besteht darin, daß diese homogene Linse als eine stabförmige Linse ausgebildet ist, bei der der Zwischenraum zwischen der inhomogenen Linse mit der bildformenden Funktion, und der konvexen Oberfläche der homogenen Linse, die die Funktion einer Feldlinse erfüllt, mit Glas gefüllt ist. Daher ist es möglich, das Licht ungefähr n-mal NA zu übertragen, verglichen mit dem Fall, in dem der Zwischenraum zwischen den Linsen zwei Funktionen hat, d. h. zwischen der Feldlinse und der bildformenden Linse, wenn dort ein Luftabstand ist, wobei n die Brechzahl des Glases der homogenen Linse bezeichnet. Die Beleuchtungsintensität des optischen Systems ist proportional dem Quadrat von NA, so daß es möglich ist, n²fache Beleuchtungsintensität zu erhalten, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Zwischenraum ein Luftabstand ist.

Schließlich sind erfindungsgemäß homogene Linse und inhomogene Linse miteinander verkittet, so daß die Zahl der an Luft stehenden Oberflächen vermindert ist. Dadurch wird die Bildverschlechterung gering gehalten, die durch Dezentrierung entsteht, welche von dem Spiel hervorgerufen wird, wenn das optische System in einem Rohr zusammengesetzt wird. Dies liegt daran, daß es möglich ist, das Kippen der Linsen geringer zu halten als in dem Fall, in dem homogene Linsen und inhomogene Linsen nicht verkittet sind, sondern auf Abstand stehen, selbst wenn der Spalt zwischen den Linsen und dem Rohr in beiden Fällen der gleiche ist.

In gleicher Weise ist es möglich, die Randabschnitte der konkaven Oberflächen der einander gegenüberstehenden inhomogenen Linsen 12 miteinander zu verkitten und somit eine konvexförmige Luftlinse dazwischen zu bilden und die Dezentrierung der Linse gering zu halten.

Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Bildübertragungssystems im einzelnen betrachtet.

Das optische Bildübertragungssystem 1 nach der Erfindung hat den in Fig. 1 gezeigten Aufbau als Grundkonstruktion, bei dem zwei Kittglieder aus einer homogenen Linse 11 und einer inhomogenen Linse 12 symmetrisch so angeordnet sind, daß die konkaven Oberflächen 12a der inhomogenen Linsen 12 einander gegenüberstehen.

Die Brechzahlverteilung ist durch die vorerwähnte Formel gegeben, wobei die Brechzahl mit dem Quadrat der Entfernung vom Mittelpunkt zum Rand abnimmt, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Brechzahl im Mittelpunkt der inhomogenen Linse ist größer als die der homogenen Linse.

Die Daten dieses ersten optischen Bildübertragungssystems sind wie folgt:

Tabelle 1


Dieses System 1 hat einen einfachen Aufbau, bei dem, wie oben dargelegt, die plankonvexen homogenen Linsen und die plankonkaven inhomogenen Linsen miteinander verkittet sind. Daher sind nur vier an Luft stehende Oberflächen für eine Bildübertragung vorgesehen.

Der Korrekturzustand dieses Systems 1 nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 13 gezeigt, woraus sich ergibt, daß die Aberrationen vielfach kleiner sind als die eines üblichen Systems, das nur homogene Linsen verwendet.

Beim System 2 nach der Erfindung, wie es schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Kittfläche gekrümmt, und eine bikonvexe homogene Linse 13 und eine bikonkave inhomogene Linse 14 sind miteinander verkittet.

Die Daten dieses Systems 2 sind wie folgt:

Tabelle 2


Der Korrekturzustand dieses Systems 2 ergibt sich aus Fig. 14. Wie daraus folgt, ist die Bildfeldkrümmung fast völlig beseitigt.

Die Besonderheit dieses erfindungsgemäßen Systems 2 besteht wie oben erwähnt, darin, daß die Kittflächen zwischen den homogenen Linsen 13 und den inhomogenen Linsen 14 konkav sind, und die Brechzahl der homogenen Linse 13 niedriger als die der inhomogenen Linse 14 ist, so daß die Kittfläche eine konkave Funktion annimmt. Durch diese Oberfläche ist sphärische Aberration beseitigt, was gegenüber dem Fall vorteilhaft ist, in dem sphärische Aberration nur durch eine an Luft stehende Oberfläche einer inhomogenen Linse beseitigt wird.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Systems 3 ist in Fig. 4 gezeigt, wobei ähnlich System 2, die Kittfläche zwischen homogener Linse und inhomogener Linse gekrümmt ist, d. h. die meniskusförmige homogene Linse 15 und die meniskusförmige inhomogene Linse 16 sind miteinander verkittet. Die Daten sind dabei wie folgt:

Tabelle 3


Der Korrekturzustand dieses Systems 3 ist in Fig. 15 veranschaulicht.

Beim erfindungsgemäßen System 4 liegt der in Fig. 5 gezeigte Linsenaufbau vor. Bei diesem System wird die Funktion der Feldlinse, die beispielsweise von der konvexen Oberfläche der inhomogenen Linse 11 beim System 1 erfüllt wird, durch die inhomogene Linse ersetzt. Das bedeutet, daß dieses System die Konstruktion umfaßt, bei der das Kittglied, das aus der homogenen Linse 17 und der inhomogenen Linse 18 besteht, und die konkave an Luft stehende Fläche weiter mit einer inhomogenen Linse 19 verkittet ist, die die Funktion als Feldlinse erfüllt. Infolge dieser Drei-Linsen-Komposition wird die Konstruktion etwas kompliziert, aber es sind für eine Bildübertragung nur vier an Luft stehende Oberflächen vorgesehen.

Die Daten dieses Systems 4 sind wie folgt:

Tabelle 4


Bei diesem System 4 wird auch für den Feldlinsenteil eine inhomogene Linse verwendet und die an Luft stehende Oberfläche ist konkav ausgebildet, um negative Brechkraft zu erzeugen, so daß ein negativer Feldkrümmungskoeffizient erzielt wird. Infolgedessen ist es leichter, Feldkrümmung zu korrigieren als in dem Fall, in dem der negative Feldkrümmungskoeffizient nur durch den bildformenden Linsenabschnitt hervorgerufen wird.

Der Korrekturzustand dieses erfindungsgemäßen Systems 4 ist in Fig. 16 gezeigt.

Das erfindungsgemäße System 5 hat den in Fig. 6 gezeigten Linsenaufbau, der eine Vereinfachung des Linsensystems gemäß der vierten Ausführungsform nach der Erfindung darstellt.

Bei diesem System 5 wird eine inhomogene Linse 21 mit konkaver an Luft stehender Fläche, eine plankonvexe homogene Linse 20 und eine inhomogene Linse 22 mit zwei ebenen Oberflächen verkittet. Das Bild wird an der äußeren Oberfläche 22a der inhomogenen Linse 22 erzeugt, so daß, wenn bei einer Anordnung die Bildübertragung zwei- und mehrmals erfolgt, es möglich ist, das nächste bildübertragende optische System an diese Oberfläche anzukitten. Dabei sind für eine Bildübertragung vier an Luft stehende Flächen wie bei den anderen Systemen vorgesehen. Wenn jedoch zwei und mehr Bildübertragungen erfolgen sollen, ist es möglich, die Zahl der an Luft stehenden Oberflächen zu verringern, wenn die einzelnen Systeme in der oben beschriebenen Weise miteinander verkittet werden. Wenn beispielsweise für fünf Bildübertragungen bei anderen Systemen 20 Oberflächen vorhanden sind (4 Oberflächen ×5), sind bei diesem System nur 12 Oberflächen (2 Oberflächen ×5+2 Oberflächen) erforderlich, so daß es möglich ist, die Zahl der an Luft stehenden Oberflächen beträchtlich zu verringern. Infolgedessen wird es möglich, ein optisches System zu erhalten, bei dem der Verlust an Beleuchtungen, der durch die an Luft stehenden Oberflächen verursacht wird, geringer ist, und bei dem auch die Unschärfe geringer ist.

Die Daten des Systems 5 sind wie folgt:

Tabelle 5


Der Korrekturzustand dieses Systems 5 ist aus Fig. 17 ersichtlich.

Das erfindungsgemäße System 6 enthält nur inhomogene Linsen, d. h. es sind wie in Fig. 7 gezeigt, eine inhomogene Linse 24 mit zwei ebenen Oberflächen und eine plankonkave inhomogene Linse 23 miteinander verkittet, und die an Luft stehende Oberfläche der inhomogenen Linse 23 ist konkav. Daher hat das erfindungsgemäße optische System 6 einen außerordentlich einfachen Aufbau. Dabei liegt die Stellung des Bildes außerhalb des optischen Systems; es ist aber auch möglich, die Stellung an eine Linsenoberfläche zu bringen. Im letzteren Fall kann ähnlich wie beim System 5, wenn die plane Seite der inhomogenen Linse 24 mit dem nächsten bildübertragenden System verkittet wird, die Zahl der an Luft stehenden Oberflächen verringert werden.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 6 sind wie folgt:

Tabelle 6


Der Korrekturzustand dieses erfindungsgemäßen Systems 6 ist in Fig. 18 dargestellt.

Bei dem diesem System zugrunde liegenden Konstruktionsprinzip, bei dem zwei Arten von inhomogenen Linsen verwendet werden, deren Brechzahlgradienten voneinander unterschiedlich sind und die miteinander verkittet sind, werden folgende Vorteile erreicht.

Wenn man nur eine Art von inhomogenen Linsen verwendet, deren Brechzahl in Axialrichtung homogen ist und mit dem Radius vom Mittelpunkt zum Rand variiert, kann man selbst, wenn die Außenfläche eben und die Innenfläche konkav ausgebildet ist, die Pupille nicht geeignet übertragen sowie auch die Feldkrümmung nicht ausreichend unterdrücken. Dies wird aber möglich, wenn zwei Arten von inhomogenen Linsen - wie bei diesem System - miteinander verkittet werden.

Im erfindungsgemäßen System 7 sind ähnlich wie im erfindungsgemäßen System 6 zwei Arten von inhomogenen Linsen verkittet bzw. eine Meniskuslinse 27 mit konkaver, an Luft stehender Oberfläche und eine bikonkave inhomogene Linse 26 sind miteinander verkittet, wie in Fig. 8 gezeigt.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 7 sind wie folgt:

Tabelle 7


Bei diesem erfindungsgemäßen System 7 ist es möglich, sphärische Aberration und Koma durch die Kittfläche zwischen den inhomogenen Linsen 25 und 26 zu korrigieren. Es ist auch ein Vorteil, daß die Außenfläche konkav ist. Der liegt darin, daß es möglich ist, einen negativen Feldkrümmungskoeffizienten mit dieser Oberfläche zu erzeugen, um die Feldkrümmung zu korrigieren. Der Korrekturzustand dieses erfindungsgemäßen Systems 7 ist in Fig. 19 dargestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen System 8 ist, wie in Fig. 9 gezeigt, eine inhomogene Linse 28 mit einer homogenen Linse 27 verkittet, und eine weitere homogene Linse 29 mit einer konkaven, an Luft stehender Oberfläche ist weiter daran gekittet. Die zwei Linsenglieder sind symmetrisch angeordnet, so daß die homogenen Linsen 29 an der Innenseite des Linsensystems liegen. Bei der inhomogenen Linse 28 dieses optischen Systems ist die Brechzahl an der optischen Achse am höchsten, und nimmt zum Rand zu ab, im wesentlichen durch eine Selbstmultiplikationsverteilung.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 8 sind wie folgt:

Tabelle 8


Bei diesem erfindungsgemäßen System 8 hat die inhomogene Linse 28 keine an Luft stehende Oberfläche, so daß die an Luft stehende Oberfläche der homogenen Linse 29 konkav ausgebildet ist. Ähnlich wie bei den Systemen 1 bis 7 hat die inhomogene Linse 28 eine bildformende Funktion, und die an Luft stehende Oberfläche dient dazu, die Petzvalsumme zu verringern, so daß die Bildfeldkrümmung geeignet korrigiert ist. In diesem Fall sind die Bedingungen zur Unterdrückung der Bildfeldkrümmung wie folgt:

Rφ = | φsg | >0,2 (1&min;)

Rp = | ps/pg | >0,2 (2&min;)

Diese Bedingungen (1&min;) und (2&min;) sind im wesentlichen gleich den Bedingungen (1) und (2). Bei diesen Bedingungen (1&min;) und (2&min;) stellen φg die Brechkraft und pg den Feldkrümmungskoeffizienten einer planparallelen Platte dar, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse. φs und Ps stellen die Brechkraft bzw. den Feldkrümmungskoeffizienten der an Luft stehenden konkaven Fläche der homogenen Linse dar.

Wenn die oben erwähnten Bedingungen nicht erfüllt sind, ist die Funktion zur Unterdrückung der Bildfeldkrümmung durch die konkave Oberfläche so schwach, daß das System praktisch unbrauchbar wird.

In diesem System 8 sind Rφ=0,336>0,2 und Rp=0,969>0,2, was den Bedingungen (1&min;) und (2&min;) genügt.

Daher wird die Funktion der Unterdrückung der Bildfeldkrümmung erfüllt. Bei dieser Ausführungsform sind verschiedene Kittflächen vorgesehen, so daß es leichter ist, die Aberrationen zu korrigieren. Der Korrekturzustand dieses erfindungsgemäßen Systems 8 ist in Fig. 20 dargestellt.

Das erfindungsgemäße System 9 hat den in Fig. 10 gezeigten Aufbau, wobei eine homogene meniskusförmige Linse 30 an einer Seite an eine plankonvexe inhomogene Linse 31 gekittet ist und eine plankonkave homogene Linse 32 mit der anderen Seite der inhomogenen Linse 31 verkittet ist. Zwei dieser Linsenglieder sind symmetrisch angeordnet, so daß die konkaven Oberflächen der homogenen Linsen 32 einander gegenüberstehen. Die Kittfläche zwischen der inhomogenen Linse 31 und der homogenen Linse 30 ist eine gekrümmte Fläche, deren Krümmungsmittelpunkt zur Mitte hin liegt, und die Kittfläche zwischen der inhomogenen Linse 31 und der homogenen Linse 32 ist eben.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 9 sind wie folgt:

Tabelle 9


Dieses System 9 erfüllt die Bedingungen (1&min;) und (2&min;). Der Korrekturzustand dieses Systems ist in Fig. 21 dargestellt.

Das erfindungsgemäße System 10 verwendet eine Art von inhomogener Linse und drei Arten von homogenen Linsen. Wie in Fig. 11 gezeigt, ist eine plankonvexe homogene Linse 33 an einer Seite mit einer inhomogenen Linse 34 verkittet, die zwei ebene Oberflächen besitzt, und das Kittglied enthält eine homogene Linse 35 und eine weitere homogene Linse 36, die an der Außenseite angekittet sind. Die homogene Linse 36 besitzt eine konkave, an Luft stehende Oberfläche. Das erfindungsgemäße optische System ist symmetrisch angeordnet, wobei die konkaven Oberflächen einander gegenüberstehen.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 10 sind wie folgt:

Tabelle 10


Dieses erfindungsgemäße System 10 genügt den Bedingungen (1&min;) und (2&min;), und dessen Korrekturzustand ist aus Fig. 22 ersichtlicht.

Das erfindungsgemäße System 11 hat den in Fig. 12 gezeigten Linsenaufbau. Alle Systeme 1 bis 10 sind symmetrisch, während dieses System asymmetrisch ist, d. h., dieses System enthält ein Kittglied mit einer homogenen Linse 37 und einer inhomogenen Linse 38 und eine bikonvexen homogenen Linse 39. Die an Luft stehende Oberfläche der inhomogenen Linse ist konkav, während die andere Oberfläche mit einer homogenen Linse 37 verkittet ist, und dies stellt den Grundaufbau nach der vorliegenden Erfindung dar.

Die Daten dieses erfindungsgemäßen Systems 11 sind wie folgt:

Tabelle 11


Bei diesem erfindungsgemäßen System 11 genügt nur das Linsenglied mit der inhomogenen Linse den Bedingungen (1) und (2). Der Korrekturzustand ist aus Fig. 23 ersichtlich.

Selbst wenn das Linsensystem asymmetrisch ist, wie bei diesem erfindungsgemäßen System 11, ist es möglich, die Bildfeldkrümmung zu beseitigen.

In allen Systemen beträgt die Entfernung von Bild zu Bild 100 mm, die numerische Apertur ist 0,0711, und die Bildhöhe beträgt 1,6.

Bei diesenDaten bezeichnen jeweils r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der entsprechenden Oberflächen in der Reihenfolge von der Einfallseite; d&sub1;, d&sub2;, . . . die Luftabstände zwischen den entsprechenden Flächen in der Reihenfolge von der Einfallsseite; n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen (die Brechzahlen auf der optischen Achse bei inhomogenen Linsen) in der Reihenfolge von der Einfallseite.

Die optischen Bildübertragungssysteme nach der Erfindung haben zahlreiche Vorteile. Beispielsweise ist die Bildfeldkrümmung beseitigt, und die Verschlechterung des Bildes ist gering, selbst wenn die Zahl der Bildübertragungen hoch ist. Die Konstruktion ist so einfach, daß es möglich ist, die Kosten gering zu halten. Darüber hinaus ist die Zahl der Linsen gering, und die Linsen sind miteinander verkittet, so daß die Verschlechterung des Bildes, die sich durch Dezentrierung ergibt, wenn das Linsensystem zusammengesetzt wird, gering ist, und die Zahl der an Luft stehenden Oberflächen ist klein, so daß der Verlust an Beleuchtungsintensität und die hervorgerufene Unschärfe gering sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Optisches Bildübertragungssystem bestehend aus zwei stabförmigen Linsengliedern, wobei zumindest eines der Linsenglieder eine konkave, an Luft stehende Linsenfläche hat. dadurch gekennzeichnet,

    daß zumindest eines der beiden Linsenglieder ein Kittglied ist,

    daß das Kittglied eine inhomogene die konkave Linsenfläche aufweisende Linse umfaßt und

    daß folgende Bedingungen erfüllt sind:



    worin

    φs die Brechkraft der konkaven Linsenfläche einer homogenen Linse bezeichnet, die die gleiche Form aufweist wie die inhomogene Linse und deren Brechungsindex der Brechzahl N(0) des auf der optischen Achse liegenden Bereichs der inhomogenen Linse entspricht.

    φg die Brechkraft einer planparallelen Platte bezeichnet, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse.

    c die Krümmung der konkaven Linsenfläche bezeichnet,

    t die Dicke der inhomogenen Linse auf der optischen Achse bezeichnet und

    N(1) den Koeffizienten von r² in der in Abhängigkeit vom radialen Abstand r von der optischen Achse angegebenen Brechzahlverteilung n(r) der inhomogenen Linse gemäß:

    n(r) = N(0) + N(1) * r² + N(2) * r&sup4; + N(3) * r&sup6;

    bezeichnet.
  2. 2. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder Kittglieder sind, deren konkave Oberflächen einander gegenüberliegen, wobei jedes der Linsenglieder zumindest eine inhomogene Linse umfaßt.
  3. 3. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils plankonvexe homogene Linsen und plankonkave inhomogene Linsen enthalten und symmetrisch aufgebaut sind.
  4. 4. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 1
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 1).


  2. 5. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils bikonvexe, homogene Linsen und bikonkave inhomogene Linsen enthalten und symmetrisch angeordnet sind.
  3. 6. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 2
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 3).


  2. 7. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils meniskusförmige homogene Linsen und meniskusförmige inhomogene Linsen enthalten, wobei die inhomogenen Linsen jeweils mit den meniskusförmigen homogenen Linsen an der Seite der konkaven Oberflächen der homogenen Linsen verkittet sind und die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 8. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 3
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 4).


  2. 9. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils meniskusförmige inhomogene Linsen und meniskusförmige homogene Linsen enthalten, wobei die inhomogenen Linsen jeweils mit den meniskusförmigen homogenen Linsen an der Seite von deren konvexen Oberflächen verkittet sind, und bikonkave inhomogene Linsen, die jeweils mit den homogenen Linsen an der Seite von deren konvexen Oberflächen verkittet sind, wobei die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 10. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 4
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2; . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 5).


  2. 11. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils inhomogene Linsen mit zwei planparallelen Oberflächen und homogene plankonvexe Linsen enthalten, wobei die homogenen Linsen mit den inhomogenen Linsen, die zwei planparallele Oberflächen haben, verkittet sind, und bikonkave inhomogene Linsen, die jeweils mit den homogenen Linsen an deren konvexen Oberflächen verkittet sind, wobei die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 12. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 5
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen deer Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 3)


  2. 13. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils inhomogene Linsen mit zwei planparallelen Oberflächen und homogene plankonkave inhomogene Linsen enthalten, wobei die plankonkaven inhomogenen Linsen jeweils mit den inhomogenen Linsen mit den beiden planparallelen Oberflächen verkittet sind und die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 14. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 6
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 7).


  2. 15. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils bikonkave inhomogene Linsen und meniskusförmige inhomogene Linsen enthalten, wobei die meniskusförmigen inhomogenen Linsen jeweils mit den bikonkaven inhomogenen Linsen verkittet sind und die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 16. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 7
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 8).


  2. 17. Optisches Bildübertragungssystem bestehend aus zwei stabförmigen Linsengliedern, wobei zumindest eines der Linsenglieder eine konkave, an Luft stehende Linsenfläche hat, dadurch gekennzeichnet,

    daß zumindest eines der beiden Linsenglieder ein Kittglied ist,

    daß das Kittglied eine inhomogene Linse sowie eine homogene, die konkave Linsenfläche aufweisende Linse umfaßt und

    daß folgende Bedingungen erfüllt sind:

    Rφ = |φsg| > 0,2 (1&min;)

    worin

    φs die Brechkraft und ps den Feldkrümmungskoeffizienten der homogenen Linse bezeichnet,

    φg die Brechkraft und pg den Feldkrümmungskoeffizienten einer planparallelen Platte bezeichnet, die die gleiche Mittendicke und die gleiche Brechzahlverteilung hat wie die inhomogene Linse.
  3. 18. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder Kittglieder sind, deren konkave Oberflächen einander gegenüberliegen, wobei jedes der Linsenglieder zumindest eine inhomogene Linse umfaßt.
  4. 19. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils bikonvexe homogene Linsen und bikonkave inhomogene Linsen enthalten, welche jeweils mit den homogenen Linsen verkittet sind, sowie meniskusförmige homogene Linsen, die jeweils mit den inhomogenen Linsen, verkittet sind, wobei die Anordnung symmetrisch ist.
  5. 20. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 19, bei dem die Brechzahlverteilung der inhomogenen Linsen der folgenden Formel folgt

    n(r) = N(0) + N(1) * r² + N(2) * r&sup4; + N(3) * r&sup6;

    gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 8
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 9).


  2. 21. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils meniskusförmige homogene Linsen und plankonvexe inhomogene Linsen enthalten, wobei diese inhomogenen Linsen jeweils mit den homogenen Linsen an deren konkaven Oberflächen verkittet sind, sowie plankonkave homogene Linsen, die jeweils mit den plankonvexen inhomogenen Linsen an deren Planseite verkittet sind, wobei die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 22. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 21, bei dem die Brechzahlverteilung der inhomogenen Linsen durch die folgende Formel ausgedrückt wird

    n(r) = N(0) + N(1) * r² + N(2) * r&sup4; + N(3) * r&sup6;

    gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 9
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 10).


  2. 23. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenglieder jeweils plankonvexe homogene Linsen und inhomogene Linsen mit zwei planparallelen Oberflächen enthalten, wobei diese inhomogenen Linsen jeweils mit den homogenen Linsen an deren Planfläche verkittet sind, sowie plankonkave homogene Linsen, die mit den inhomogenen Linsen verkittet sind und meniskusförmige homogene Linsen, die jeweils mit den plankonkaven homogenen Linsen an deren konkaven Oberflächen verkittet sind, wobei die Anordnung symmetrisch ist.
  3. 24. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 23, bei dem die Brechzahlverteilung der inhomogenen Linsen der folgenden Formel genügt

    n(r) = N(0) + N(1) * r² + N(2) * r&sup4; + N(3) * r&sup6; . . .

    gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 10
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 11).


  2. 25. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsenkomponenten in der Reihenfolge von der Einfallsseite ein Linsenglied aus einer meniskusförmigen homogenen Linse und einer konvex-konkaven inhomogenen Linse, die mit der homogenen Linse an deren konkaver Oberfläche verkittet ist und eine bikonvexe Linse enthalten.
  3. 26. Optisches Bildübertragungssystem nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch folgende Daten:
Tabelle 11
  1. darin bezeichnen:

    r&sub1;, r&sub2;, . . . die Krümmungsradien der Linsen, d&sub1;, d&sub2;, . . . die Dicken der Linsen bzw. Luftabstände zwischen diesen, n&sub1;, n&sub2;, . . . die Brechzahlen der Linsen, N(1), N(2), . . . die Koeffizienten der Brechzahlverteilung (Fig. 12).






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