CH689317A5

CH689317A5 - Varioabbildungsvorrichtung mit endlicher Uebertragungslaenge.

Info

Publication number: CH689317A5
Application number: CH01359/94A
Authority: CH
Inventors: Johannes Winterot
Original assignee: Zeiss Carl Jena Gmbh
Priority date: 1993-05-04
Filing date: 1994-05-02
Publication date: 1999-02-15
Also published as: DE4315630C2; DE4315630A1

Description


  
 



  Die Erfindung betrifft eine Varioabbildungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 



  Derartige Abbildungsvorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um ein relativ grosses Objektfeld mit variabler Vergrösserung auf einen Empfänger abzubilden, wie es in Bildprojektionseinrichtungen und Colorprintern der Fall ist, aber auch in Stereomikroskopen vom Greenough-Typ. Es kommt hierbei darauf an, mit möglichst wenigen Bauelementen einen möglichst hohen Zoombereich zu erzielen. 



  In der DE-OS 3 418 639 wird ein Varioobjektiv für endliche Abstände beschrieben, das aus vier beweglichen Linsengruppen besteht. Durch die Vielzahl der optischen Bauelemente entsteht ein erhöhter allgemeiner Aufwand. Weiterhin ergeben sich Nachteile bezüglich des zu erzielenden Bildkontrastes. Dadurch, dass alle vier Gruppen beweglich ausgebildet sind, ist auch der konstruktive Aufwand für die benötigten Führungselemente relativ hoch. 



  Die DE-OS 3 141 824 beschreibt ein Varioobjektiv mit einer ersten Linsengruppe negativer Brennweite sowie einer zweiten Linsengruppe positiver Brennweite. 



  Beide Linsengruppen sind beweglich angeordnet. Die Anzahl der benötigten optischen Bauelemente ist relativ hoch, was sich negativ auf die Gesamtkosten auswirkt. 



  Durch den unterschiedlichen Einzeldurchmesser der Linsen ergeben sich Probleme bezüglich der Führbarkeit in einer gemeinsamen Fassung. Die angegebene numerische Apertur in einen Bereich von  0,1 schränkt den Anwendungsbereich ein, da beispielsweise in den stereoskopischen Abbildungsstrahlengängen eines Greenough-Stereomikroskopes die maximale Apertur jedes Kanals ca. 0,07 beträgt. 



  In der DE-OS 3 544 148 ist ein Objektiv für das Kopieren mit variabler Abbildungsgrösse angegeben, das aus einer ersten Linseneinheit mit negativer Brennweite, einer zweiten Linseneinheit mit positiver Brennweite sowie einer dritten Linseneinheit mit negativer Brennweite besteht, wobei alle Linseneinheiten beweglich ausgebildet sind. 



  Die zweite Linseneinheit besteht aus einer Vielzahl von Einzellinsen. 



  Dadurch, dass die Brennweite der ersten Linseneinheit negativ ist, wird man gezwungen, den \ffnungswinkel von vornherein zu verkleinern, da das Negativglied die Apertur vergrössert. 



  In "Das optische System des Mikroskopes", Verlag für Technik Berlin 1958, S. 66 ff, wird ein pankratischer Kondensor von Richter/Reinert beschrieben, der aus einer ersten Linse positiver Brechkraft, einer zweiten Linse negativer Brechkraft und einer dritten Linse positiver Brechkraft besteht, wobei erste und dritte Linse fest miteinander gekoppelt sind und gemeinsam verschoben werden. Die Bildlage ist in dieser Lösung nicht konstant (Fokusschwankung von 1,5 mm). Durch die gleichen Brennweiten der ersten und dritten Linse und die verwendeten Abstände werden Vergrösserungen von -0,3 bis 3 erzielt. 



  Die Erfindung geht nunmehr von der Aufgabe aus, eine Varioabbildungsvorrichtung mit endlicher Übertragungslänge zu schaffen, die mit möglichst wenigen Einzellinsen auskommt und dennoch einen Zoombereich von 0,65-5 überdeckt, wobei die  Bildlage konstant sein soll. Dabei soll die Varioabbildungsvorrichtung möglichst universell einsetzbar sein und bezüglich der benötigten Linsenführungen einen einfachen und platzsparenden Aufbau gewährleisten. 



  Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Varioabbildungsvorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des 1. Anspruchs gelöst. 



  Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. 



  In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die dritte Linsengruppe eine gegenüber der zeitlich linearen Verschiebebewegung der ersten Linsengruppe zeitlich verzögerte, nichtlineare Verschiebebewegung aus, wobei durch die Verschiebebewegung die zwischen den Brennweiten f1, f2, f3 der Linsengruppen, der Übertragungslänge L und den Abständen l1 der ersten Linsengruppe von der Objektebene O und l4 der dritten Linsengruppe von der Bildebene O min  in den Ansprüchen 5 und 6 formulierten Bedingungen erfüllt werden. 



  In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden gemäss Anspruch 7 die genauen Werte für die verwendeten Linsengruppen und ihre Verschiebebewegung angegeben. 



  In weiteren Ausführungsbeispielen gemäss den Ansprüchen 8-14 wird beschrieben, wie die Ansteuerung der Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe erfolgt. 



  Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der schematischen Zeichnungen. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1a: Den prinzipiellen Aufbau sowie den Strahlengang eines erfindungsgemässen Varioabbildungssystems. 
   Fig. 1b: Den zeitlichen Verlauf l1(t) der Verschiebebewegung der ersten Linsengruppe. 
   Fig. 1c: Den zeitlichen Verlauf l3(t) der Verschiebebewegung der dritten Linsengruppe. 
   Fig. 2: Die Ansteuerung der Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe mittels einer Trommel. 
   Fig. 3: Die Ansteuerung mittels einer die Linsengruppen umgebenden Trommel. 
   Fig. 4: Die Ansteuerung mittels eines an einer Kurvenscheibe angelenkten Hebelsystems. 
 



  In Fig. 1 sind O die Objektebene, O min  die Bildebene, r1 ... rg die Linsenradien, d1-d6 die Linsendicken sowie L1 ... L4 die Abstände der Linsengruppen untereinander sowie zwischen O und O min . 



  Der Abbildungsstrahlengang von einer Objektebene O zu einer Bildebene O min  verläuft durch eine Linsengruppe 1 mit positiver Brechkraft, einer Linsengruppe 2 mit negativer Brechkraft, sowie eine Linsengruppe 3 mit positiver Brechkraft. 



  Die Linsengruppe 1 und 3 sind dabei, vorzugsweise miteinander verkoppelt, entlang der optischen Achse relativ zur Linsengruppe 2 verschiebbar angeordnet. 



  In Fig. 1b und 1c ist der Verschiebeweg l1, l3 der Linsengruppen 1 und 3 in Abhängigkeit von der Zeit schematisch dargestellt. In Fig. 1c ist dabei der Verschiebeweg l1 der Linsengruppe 1 gestrichelt dargestellt. Die der Momentanposition der Linsengruppen 1 und 3 entsprechenden Kurvenstellen in 1b und 1c sind ebenfalls markiert. Zwischen der Brennweite f1 der Linsengruppe 1, der Brennweite f2 der Linsengruppe 2 sowie der Brennweite f3 sowie der Übertragungslänge L besteht hierbei folgende allgemeine Beziehung.
 



  7,7 x f1 < L < 8,2 x f1
 -13,8 x f2 < L < -14,3 f2         (1)
 5,9 x f3 < L < 6,3 x f3 
 
 wobei die Verschiebebewegung der Bedingung 
EMI5.1
 
 



  genügt. Der Abstand L4 ist hierbei grösser als der Abstand L1. Vorzugsweise wird die Übertragungslänge L durch die Linsengruppe 2 im Verhältnis 1:1,55 geteilt. 



  Als konkretes Beispiel seien folgende Daten für die Abstände, Radien, Glasarten sowie Brennweiten der Linsengruppe 1, 2 und 3 angegeben: 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb>Head Col 1: Linsen-
 gruppe 
<tb>Head Col 2: Abstand L (mm)/ 
 Dicke d (mm) 
<tb>Head Col 3: Radius (mm) 
<tb>Head Col 4: Glasart 
<tb>Head Col 5:

   Brennweite (mm) der Linsengruppe
<tb><SEP>L1 = 157,685
<tb><SEP>r1 = 59,808
<tb><CEL AL=L>1<CEL AL=L>d1 = 3,8
<tb><SEP>r2 = 18,246<SEP>BaK2
<tb><SEP>d2 = 1,7<SEP>52,64
<tb><SEP>r3 = -37,725<SEP>SF8
<tb><SEP>L2 = 3,22
<tb><SEP>r4 = -39,028
<tb><SEP>2<SEP>d3 = 1,5
<tb><CEL CB=3 AL=L>r5 = 13,146<SEP>BaLF4
<tb><SEP>d4 = 2,5<SEP>-30,30
<tb><SEP>r6 = 24,026<CEL AL=L>SF14
<tb><SEP>L3 = 53,198
<tb><SEP>r7 = 123,944
<tb><SEP>3<SEP>d5 = 2,0
<tb><SEP>r8 = 25,256<SEP>SF12
<tb><SEP>d6 = 2,5<SEP>69,75
<tb><SEP>r9 = 56,020<SEP>SK2
<tb><CEL CB=2 AL=L>L4 = 197,362 
<tb></TABLE> 
 <SEP>wobei die Verschiebebewegungen gemäss o.g.

   Bedingung (2) folgenden Abstandsänderungen l1 ... l4 und Vergrösserungen entsprechen: 
<tb><TABLE> Columns=5 
<tb>Head Col 1: Vergrösserung 
<tb>Head Col 2:  DELTA L1 (mm) 
<tb>Head Col 3:  DELTA L2 (mm) 
<tb>Head Col 4:  DELTA L3 (mm) 
<tb>Head Col 5:  DELTA L4 (mm)
<tb><SEP>-0,65<SEP>0<SEP>0<SEP>0<SEP>0
<tb><SEP>-0,80<CEL AL=L>-6,38<CEL AL=L>6,38<SEP>-3,74<SEP>3,74
<tb><SEP>-1,00<SEP>-12,71<SEP>12,71<SEP>-8,15<SEP>8,15
<tb><CEL AL=L>-1,25<SEP>-18,58<SEP>18,58<SEP>-12,98<SEP>12,98
<tb><SEP>-1,60<SEP>-24,65<SEP>24,65<CEL AL=L>-18,84<SEP>18,84
<tb><SEP>-2,00<SEP>-29,84<SEP>29,84<SEP>-24,63<SEP>24,63
<tb><CEL AL=L>-2,50<SEP>-34,86<SEP>34,86<SEP>-30,85<SEP>30,85
<tb><SEP>-3,20<SEP>-40,39<SEP>40,39<CEL AL=L>-38,10<SEP>38,10
<tb><SEP>-4,00<SEP>-45,74<SEP>45,74<SEP>-44,66<SEP>44,66
<tb><CEL AL=L>-5,00<SEP>-52,63<SEP>52,63<SEP>-49,89<SEP>49,89 
<tb></TABLE> 



  Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen zur Realisierung der angegebenen Verschiebungen der Linsengruppen 1 und 3 näher erläutert: 



  In Fig. 2 sind die Linsengruppen 1, 2 und 3 mit ihren Fassungen in Linsenhaltern 4, 5 und 6 befestigt, die an Führungsstangen 7 und 8 gelagert sind. Die Linsengruppen 1 und 3 sind dabei gegenüber der festen Linsengruppe 2 verschiebbar angeordnet. Die Führungsstangen 7 und 8 sind in einem ortsfest zwischen  Objektebene O und Bildebene O min  angeordneten Gehäuse 9 aufgenommen, das auch eine drehbar gelagerte Trommel 10 trägt, die Führungsnuten 11 und 12 aufweist, in die mit den Linsenhaltern 4 und 6 verbundene Führungsstifte 13 und 14 eingreifen. Bei Drehung der Trommel wird durch eine Kurvenform der Führungsnuten 11 und 12 die Verschiebebewegung der Linsenhalter 4 und 6 festgelegt und erfolgt beispielsweise nach dem anhand von Zahlenwerten oben beschriebenen konkreten Verlauf.

   Bezüglich der Verwendung einer drehbaren Trommel sind auch andere Ausführungsformen denkbar, beispielsweise die in Fig. 3 beschriebene. 



  Hier umschliesst eine ortsfeste Trommel 15, die in ihrem Inneren Führungsnuten 16, 17 aufweist, den Abbildungskanal des Varioabbildungssystems. In die Führungsnuten 16, 17 greifen Führungsstifte 18, 19 ein, die mit den Linsenhalterungen 4 und 6 verbunden sind. Die Linsenhalterungen 4 und 6 sind hierbei in einem Rohr 20 verdrehfest verschiebbar gelagert. 



  Es kann entweder die Trommel 15 ortsfest und das Rohr 20 verdrehbar oder das Rohr 20 ortsfest und die Trommel 15 verdrehbar ausgebildet sein. Die Verschiebung der Linsengruppen 1 und 3 erfolgt jeweils, indem Trommel 15 und Rohr 20 gegeneinander verdreht werden, wobei im Rohr 20 eine entsprechende Längsnut 30 vorgesehen ist, in der die Führungstifte 18, 19 verschoben werden. 



  In Fig. 4 sind die Linsengruppen 1 und 3 in einem ortsfesten Rohr 21 verschiebbar angeordnet, das eine Längsnut 22 aufweist, innerhalb derer die Linsengruppen verschoben werden. Die Linsenhalterungen 4 und 6 sind hierbei als Drehlager 23, 24  ausgebildet, in denen Hebel 25, 26 angelenkt sind, die in einem gemeinsamen Drehpunkt 27 zusammengeführt sind. 



  Zwischen den Drehlagern 23 und 24 ist eine Zugfeder 28 vorgesehen, die die Linsenhalterungen 4 und 6 zusammenzieht. Dadurch wird der Drehpunkt 27 an eine ortsfeste Kurvenscheibe 29 angedrückt. Bei Anlegen einer Kraft F, beispielsweise, wie dargestellt, an der Linsenhalterung 4, folgt der Drehpunkt 27, der Form der Kurvenscheibe 29. 



  Infolgedessen vollführt die Halterung 6 über den Hebel 26 eine gleichsinnige Verschiebebewegung, deren Verlauf von der Form der Kurvenscheibe abhängt. Bezüglich der Ausbildung des Hebelsystems sowie der Anlenkung an eine Kurvenscheibe sind verschiedene konstruktive Weiterbildungen von der Lehre der Erfindung eingeschlossen. 



  Beispielsweise kann das Rohr 21 in Fig. 4 durch Fig. 2 analoge Führungsstangen ersetzt werden, auf denen die Linsenhalterungen 4, 5, 6 verschiebbar angeordnet sind. 



  Weitere technische Lösungen zur Verschiebung von Linsengruppen mittels einer Kurvenscheibe sind beispielsweise in der DE-OS 4 008 154 aufgeführt.

Claims

1. Varioabbildungsvorrichtung mit endlicher Übertragungslänge (L) von einer Objektebene (O) zueiner Bildebene (O min ), die, der Objektebene nachgeordnet, in Abbildungsrichtung hintereinander enthält - eine erste Linsengruppe (1) mit positiver Brechkraft - eine zweite Linsengruppe (2) mit negativer Brechkraft - eine dritte Linsengruppe (3) mit positiver Brechkraft, wobei die erste und dritte Linsengruppe (1) relativ zur zweiten Linsengruppe (2) gleichsinnig verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linsengruppe (3) eine bezüglich der Verschiebebewegung l1(t) der ersten Linsengruppe (1) abweichende Bewegung l3(t) ausführt.

2.

Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linsengruppe (1) eine zeitlich lineare Verschiebebewegung l1(t) ausführt, während die dritte Linsengruppe (3) eine zeitlich nichtlineare Verschiebebewegung l3(t) ausführt.

3. Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Verschiebebewegung l1(t) der ersten Linsengruppe (1) als auch die Verschiebebewegung l3(t) der dritten Linsengruppe (3) einen zeitlich nichtlinearen Verlauf haben.

4. Varioabbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebebewegung l3(t) der dritten Linsengruppe gegenüber der Verschiebebewegung l1(t) der ersten Linsengruppe eine zeitliche Verzögerung aufweist.

5.

Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Beziehung zwischen der Brennweite (f1) der ersten Linsengruppe (1), der Brennweite (f2) der zweiten Linsengruppe (2), der Brennweite (f3) der dritten Linsengruppe (3) und der Übertragungslänge (L): 7,7 x f1 < L < 8,2 x f1 -13,8 x f2 < L < -14,3 f2 5,9 x f3 < L < 6,3 x f3

6. Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe (1, 3) folgender Bedingung genügt: EMI10.1 wobei l1 der Abstand der ersten Linsengruppe (1) von der Objektebene (O) und (l4) der Abstand der dritten Linsengruppe (3) von der Bildebene (O min ) ist.

7.

Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Linsengruppe (1, 2, 3) folgende Bedingungen erfüllen: <tb><TABLE> Columns=5 <tb>Head Col 1: Linsen- gruppe <tb>Head Col 2: Abstand L (mm)/ Dicke d (mm) <tb>Head Col 3: Radius (mm) <tb>Head Col 4: Glasart <tb>Head Col 5:

Brennweite (mm) der Linsengruppe <tb><SEP>L1 = 157,685 <tb><SEP>r1 = 59,808 <tb><CEL AL=L>1<CEL AL=L>d1 = 3,8 <tb><SEP>r2 = 18,246<SEP>BaK2 <tb><SEP>d2 = 1,7<SEP>52,64 <tb><SEP>r3 = -37,725<SEP>SF8 <tb><SEP>L2 = 3,22 <tb><SEP>r4 = -39,028 <tb><SEP>2<SEP>d3 = 1,5 <tb><CEL CB=3 AL=L>r5 = 13,146<SEP>BaLF4 <tb><SEP>d4 = 2,5<SEP>-30,30 <tb><SEP>r6 = 24,026<CEL AL=L>SF14 <tb><SEP>L3 = 53,198 <tb><SEP>r7 = 123,944 <tb><SEP>3<SEP>d5 = 2,0 <tb><SEP>r8 = 25,256<SEP>SF12 <tb><SEP>d6 = 2,5<SEP>69,75 <tb><SEP>r9 = 56,020<SEP>SK2 <tb><CEL CB=2 AL=L>L4 = 197,362 <tb></TABLE> <SEP>wobei der Verschiebebewegung der ersten Linsengruppen und der dritten Linsengruppe folgende Abstandsänderungen ( DELTA l1, DELTA l2, DELTA l3, DELTA l4) entsprechen: <tb><TABLE> Columns=5 <tb>Head Col 1: Vergrösserung <tb>Head Col 2: DELTA L1 (mm) <tb>Head Col 3: DELTA L2 (mm) <tb>Head Col 4:

DELTA L3 (mm) <tb>Head Col 5: DELTA L4 (mm) <tb><SEP>-0,65<SEP>0<SEP>0<SEP>0<SEP>0 <tb><SEP>-0,80<CEL AL=L>-6,38<CEL AL=L>6,38<SEP>-3,74<SEP>3,74 <tb><SEP>-1,00<SEP>-12,71<SEP>12,71<SEP>-8,15<SEP>8,15 <tb><CEL AL=L>-1,25<SEP>-18,58<SEP>18,58<SEP>-12,98<SEP>12,98 <tb><SEP>-1,60<SEP>-24,65<SEP>24,65<CEL AL=L>-18,84<SEP>18,84 <tb><SEP>-2,00<SEP>-29,84<SEP>29,84<SEP>-24,63<SEP>24,63 <tb><CEL AL=L>-2,50<SEP>-34,86<SEP>34,86<SEP>-30,85<SEP>30,85 <tb><SEP>-3,20<SEP>-40,39<SEP>40,39<CEL AL=L>-38,10<SEP>38,10 <tb><SEP>-4,00<SEP>-45,74<SEP>45,74<SEP>-44,66<SEP>44,66 <tb><CEL AL=L>-5,00<SEP>-52,63<SEP>52,63<SEP>-49,89<SEP>49,89 <tb></TABLE>

8.

Varioabbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe (1, 3) über mit den Linsengruppen verbundene Führungselemente (13, 14) erfolgt, die in kurvenförmige Ausnehmungen (11, 12) einer drehbaren Trommel (10) eingreifen.

9. Varioabbildungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste und dritte Linsengruppe (1, 3) auf Führungsstangen (7, 8) verschiebbare Linsenhalterungen (4, 6) vorgesehen sind, auf denen Taststifte (13, 14) angebracht sind, die in nutenförmige Ausnehmungen (11, 12) der drehbaren Trommel (10) eingreifen, wobei die Trommel (10) sowie die Führungsstangen (7, 8) ortsfest in einem Gehäuse (9) zwischen Objektebene O und Bildebene O min gelagert sind.

10.

Varioabbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ansteuerung der Verschiebebewegung der ersten und dritten Linsengruppe (1, 3) ein auf einer Kurvenscheibe (29) geführtes Hebelsystem (25, 26) vorgesehen ist, das mit der ersten und dritten Linsengruppe (1, 3) verbunden ist.