DD210131A1

DD210131A1 - ARRANGEMENT FOR THE MAGNIFICATION OF THE EXTRACTION PUPIL

Info

Publication number: DD210131A1
Application number: DD24370182A
Authority: DD
Inventors: Burkhard Bufe; Hans Tandler
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1984-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Vergroesserung der Austrittspupille fuer okularlose Beobachtung bei optischen Geraeten. Sie findet Anwendung bei optischen Geraeten mit visueller Bildauswertung. Ziel der Erfindung ist es, eine Schirmbildbeobachtung zu schaffen, die eine Bildqualitaet und Bildhelligkeit wie bei der Okularbeobachtung gewaehrleistet. Dazu ist es notwendig, die Austrittspupille so zu vergroessern, dass das Bild des Objektes ohne Okulare beobachtet werden kann. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, das die letzte Feldlinse im Beobachtungsstrahlengang mit einer oberhalb der Flimmerfrequenz desmenschlichen Auges liegenden Frequenz oszillierend bewegt wird. Das bewirkt eine Vergroesserung der Austrittspupille, so dass eine Auswertung des Objektbildes ohne Okulare moeglich ist.The invention relates to an arrangement for magnification of the exit pupil for eyeless observation in optical devices. It is used in optical devices with visual image analysis. The aim of the invention is to provide a screen image observation, which ensures a Bildqualitaet and image brightness as in the eyepiece observation. For this purpose, it is necessary to enlarge the exit pupil so that the image of the object can be observed without eyepieces. According to the invention, this object is achieved in that the last field lens in the observation beam path is oscillated with a frequency above the flicker frequency of the human eye. This causes an enlargement of the exit pupil, so that an evaluation of the object image without eyepieces is possible.

Description

Title of invention:

Anordnung zur Vergrößerung der AustrittspupilleArrangement for enlarging the exit pupil

Field of application of the invention:

Die Erfindung findet Anwendung bei optischen Geräten, bei denen eine Abbildung eines Objektes visuell ausgewertet wird. Sie ist für alle feinmechanisch-optischen Geräte geeignet, die eine Okularbeobachtung besitzen. Diese kann erfindungsgemäß vorteilhaft durch eine Schirmbildbeobachtung ersetzt werden,The invention finds application in optical devices in which an image of an object is visually evaluated. It is suitable for all precision mechanical-optical devices that have an eyepiece observation. This can be advantageously replaced according to the invention by a screen image observation,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: . Ss sind Einrichtungen mit Schirmbildbeobachtung bekannt, die der Beobachtung und Projektion von unterschiedlichen Objekten, wie z.B. Mikrofiches, zu prüfende Werkstücke oder mikroskopische Objekte dienen. Diese sind mit Streuscheiben als Projektionsfläche versehen. Die Streuscheiben verursachen große Lichtverluste, so daß hohe Lichtleistungen erforderlich sind, um ausreichende Bildhelligkeiten zu erzielen. Characteristic of the known technical solutions:. Ss are screen viewing devices that are used to observe and project different objects such as microfiches, workpieces to be inspected, or microscopic objects. These are provided with lenses as a projection screen. The lenses cause large light losses, so that high light outputs are required to achieve sufficient image brightness.

Bei einer Einrichtung nach dem DD-V/? 85 858 erfolgt eine Strahlenteilung, die bewirkt, daß zwei dem Augenabstand des Beobachters -entsprechende Austrittspupillen erzeugt werden. Die Einrichtung kann aber nicht auf eine Streuscheibe verzichten und verlangt einen relativ hohen technischen Aufwand. Durch die Strahlenteilung treten zusätzlich Lichtverluste auf.For a device according to the DD-V /? 85 858 there is a beam splitting, which causes two of the eye relief of the observer -auspictive exit pupil are generated. The device can not do without a lens and requires a relatively high technical effort. Due to the beam splitting, additional light losses occur.

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η ;.- f\ Λ·η; .- f \ Λ ·

Sine weitere bekannte Anordnung zur okularlosen Beobachtung ist in der GB-PS 1 275 917 beschrieben. Hierbei werden im Abbildungsstrahlengang einer Projektionseinrichtung oder eines Mikroskopes eine Vielzahl nebeneinander liegender kleiner Linsen oder gekrümmter reflektierender Plächen mit einer Frequenz, die höher ' liegt als die Plimmerfrequenz des Auges, quer zum Lichtweg bewegt« Dadurch wird eine vergrößerte Austrittspupille erzeugt. Erfolgt im Lichtweg vor der Linsenanordnung eine Strahlenteilung und werden beide Teilstrahlen durch die LinsenanOrdnung geführt, entstehen zwei vergrößerte Austrittspupillen in der Beobachtungsebene,Another known arrangement for eyeless observation is described in GB-PS 1,275,917. In this case, in the imaging beam path of a projection device or a microscope, a multiplicity of adjacent small lenses or curved reflecting surfaces having a frequency higher than the plimmer frequency of the eye is moved transversely to the light path. This produces an enlarged exit pupil. If a beam splitting takes place in the light path in front of the lens arrangement and if both partial beams are guided through the lens array, two enlarged exit pupils arise in the observation plane,

Durch die Strahlenteilung treten Lichtverluste und hoher technischer Aufwand auf. Erfolgt keine Strahlenteilung und wird die Austrittspupille auf eine ohne Okular erkennbare Größe gebracht, ist eine sehr starke Beleuchtung erforderlich, da das austretende Licht auf eine gegenüber der Okularbeobachtung weit größere Pläche verteilt wird* Sind die Linsen auf -einem rotierenden Träger angeordnet, wird der mittlere Teil des Bildes unscharf. Ist der Träger ein Band, muß dieses aufwendig ohne Schwingungen geführt werden. Eine Verwendung für Durchlicht ist mit dieser Ausführung nicht möglich.Due to the beam splitting occur light losses and high technical effort. If there is no beam splitting and the exit pupil is brought to a size recognizable without an eyepiece, a very strong illumination is required since the exiting light is distributed to a much larger area than the eyepiece observation. If the lenses are arranged on a rotating support, the middle one becomes Part of the image out of focus. If the carrier is a band, this must be performed consuming without vibrations. The use of transmitted light is not possible with this version.

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Object of the invention:

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen, wie Lichtverluste und hohen technischen Aufwand zu vermeiden. Ss soll eine Schirmbildbeobachtung geschaffen werden, die eine Bildqualität und Bildhelligkeit wie bei der Okularbeobachtung gewährleistet und dem Beobachter eine normale Kopfhaltung ermöglicht.The aim of the invention is to avoid the disadvantages of the known solutions, such as light losses and high technical complexity. Ss should be created a screen image observation, which ensures image quality and brightness as in the eyepiece observation and allows the observer normal head posture.

Explanation of the essence of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Vergrößerung der Austrittspupille für okularlose Beobachtung bei optischen Geräten zu schaffen, die im Beobachtungsstrahlengang als letzte Peldlinse eine Fresnel-Linse besitzt.The invention has for its object to provide an arrangement for enlarging the exit pupil for eyeless observation in optical devices, which has a Fresnel lens in the observation beam path as the last Peldlinse.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fresnei-Linse eine oszillierende Bewegung senkrecht zum Beobachtungsstrahlengang mit einer Geschwindigkeit größer als die Flimmerfrequenz des menschlichen Auges ausführt. Diese Bewegung kann vorteilhaft eine schwingende oder eins rotierende Bewegung um eine außerhalb der optischen Achse des Abbildungsstrahlenganges gelegene Drehachse sein. Durch die schwingende Bewegung parallel zu einer Verbindungslinie zwischen den Augen des Beobachters wird die vorhandene Größe der Austrittspupille in Schv/ingungsrichtung erweitert. Da die frequenz der Schwingungen größer ist als die Augenträgheit, wird diese Bewegung vom Beobachter jedoch nicht wahrgenommen. Dieser sieht ein vergrößertes Bild des Objektes. Bei einer Rotation der Fresnellinse wird vorteilhaft der Abstand der Drehachse zur optischen Achse des Beobachtungsstrahlenganges so gewählt, daß der Radius des entstehenden, rupillenbildringes etwa der Hälfte des mittleren Augenabstandes entspricht. Dem Beobachter erscheint dadurch ein krelsring-According to the invention the object is achieved in that the Fresnei lens performs an oscillating movement perpendicular to the observation beam path at a speed greater than the flicker frequency of the human eye. This movement may advantageously be a swinging or one rotating movement about an axis of rotation located outside the optical axis of the imaging beam path. The swinging motion parallel to a line connecting the eyes of the observer expands the existing size of the exit pupil in the direction of oscillation. Since the frequency of the vibrations is greater than the eye inertia, however, this movement is not perceived by the observer. This sees an enlarged picture of the object. During a rotation of the Fresnel lens advantageously the distance of the axis of rotation to the optical axis of the observation beam path is selected so that the radius of the resulting rupillenbildringes corresponds approximately to half the average eye distance. The observer thus sees a krelsring-

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λ Π !AM λ Π! AM

förmiges Bild des Objektes.shaped picture of the object.

Weiterhin ist es vorteilhaft, in der ilähe der !Fresnellinse eine Presnel-Prismenplatte fest anzuordnen, deren Fresnel-Struktur senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Augen des Beobachters verläuft. Die Winkel der Fresnel-Prismenflanken sind so gestaltet, daß je nach Auftreffen der Strahlen eine Ablenkung in zv/ei Richtungen erfolgt, so daß zwei Pupillenbilder im mittleren Augenabstand des Beobachters entstehen. Das ankommende Licht des Beobachtungsstrahlenganges wird dadurch auf die zwei Pupillenbilder konzentriert, so daß keine Verluste auftreten. Der Bewegungsbereich der 3?resnel-Linse braucht nur so groß gestaltet sein, um Augenabstandsdifferenzen unterschiedlicher Beobachter auszugleichen.Furthermore, it is advantageous to firmly arrange a prismatic prism plate in the vicinity of the Fresnel lens, the Fresnel structure of which runs perpendicular to an imaginary connecting line between the eyes of the observer. The angles of the Fresnel prism edges are designed so that, depending on the impact of the beams, a deflection in zv / ei directions takes place, so that two pupil images are formed in the middle eye distance of the observer. The incoming light of the observation beam path is thereby concentrated on the two pupil images, so that no losses occur. The range of motion of the 3? Resnel lens need only be designed to be large enough to compensate for differences in eye distance between different observers.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Fresnel-Linse und das Fresnel-Prisma fest angeordnet sind und sich zwischen der Fresnel-Linse und dem Beobachter eine schwache Mattscheibe befindet. Diese bewirkt ebenfalls eine Aufweitung der zwei Pupillenbilder und eine Unterdrückung der Fresne!struktur im Bild des Objektes.A further advantageous embodiment results when the Fresnel lens and the Fresnel prism are fixed and there is a weak screen between the Fresnel lens and the observer. This also causes a widening of the two pupil images and a suppression of the Fresnel structure in the image of the object.

Ausführungsbeiapiel:

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, Ss zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawings, Ss show:

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen AnordnungFig. 1 shows an example of an arrangement according to the invention

im Strahlengang eines Mikroskopes, Fig. 2 eine Ausführungsfortn einer erfindungsgemäßenin the beam path of a microscope, Fig. 2 shows a Ausführungsfortn an inventive

Anordnung zur Erzeugung zweier Austrittspupillen, Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer rotierenden Fresnel-Linse .Arrangement for producing two exit pupils, Fig. 3 shows an embodiment of the invention with a rotating Fresnel lens.

In Pig. 1 wird ein Objekt 1 durch ein Objektiv 2 mit einer Austrittspupille (AP) 3 und eine Tubuslinse 4 in eine Zwischenbildebene 5 abgebildet. Bin Projektiv 6 mit einer Austrittspupille (AP¹) bildet das Zwischenbild 5 in die Ebene der als Fresnellinse gestalteten Feldlinse 8 ab. Die Feldlinse 8 erzeugt ein Bild der Austrittspupille des Mikroskopes (AP") 9. Die Feldlinse 8 ist in Führungen 10 in Richtung des Pfeiles 11 verschiebbar gelagert und durch einen Exzenter 12 mit einem Motor 13 verbunden. Wird die Feldlinse 8 durch den Motor 13 in der Führung hin und herbewegt, so wird jeder Bildpunkt der Ebene der Feldlinse 8 entsprechend der jeweiligen momentanen Stellung der Feldlinse 8 in Richtung ihrer Bewegung versetzt in die Ebene der Austrittspupille abgebildet. Die Bewegung erfolgt mit einer Frequenz, die oberhalb der Flimmerfrequenz des menschlichen Auges liegt und somit auf Grund der Augenträgheit nicht wahrgenommen wird. Es entsteht eine vergrößerte Austrittspupille &.D±e erforderliche Amplitude der Bewegung wird nach folgender Gleichung berechnetIn Pig. 1, an object 1 is imaged by an objective 2 with an exit pupil (AP) 3 and a tube lens 4 in an intermediate image plane 5. Projective 6 with an exit pupil (AP ¹ ) images the intermediate image 5 into the plane of the field lens 8 designed as a Fresnel lens. The field lens 8 produces an image of the exit pupil of the microscope (AP ") 9. The field lens 8 is displaceably mounted in guides 10 in the direction of the arrow 11 and connected to a motor 13 by an eccentric 12. If the field lens 8 is moved by the motor 13 in FIG Moving the guide back and forth, each pixel of the plane of the field lens 8 is imaged in the plane of the exit pupil in the direction of its movement corresponding to the instantaneous position of the field lens 8. The movement takes place at a frequency which is above the flicker frequency of the human eye and thus due to the eye inertia is not perceived.) An enlarged exit pupil & .D ± e required amplitude of the movement is calculated according to the following equation

P D A = 2 (1+ß'J PD A = 2 (1 + ß'J

Dabei bedeuten A die Amplitude, PD die Pupillendistanz, ß' den Pupillenabbildungsmaßstab der Fresnel-Linse.Where A is the amplitude, PD is the pupil distance, β 'is the pupil scale of the Fresnel lens.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Der Strahlengang des Mikroskopes stimmt hierbei bis zur Austrittspupille mit der Figur 1 überein und ist nicht dargestellt. Vor der Feldlinse 8 ist zusätzlich ein Fresnel-Prisma 15 angeordnet, durch dessen .Prismaflanken eine Bildaufspaltung in zwei Pupillenbilder 16, erfolgt-. Die Winkel der Prismenflanken sind so gestaltet, daß die Mitten der Pupillenbilder 16, 17 im mittlerenFig. 2 shows a further embodiment of the invention. The beam path of the microscope in this case corresponds to the exit pupil with the figure 1 and is not shown. In front of the field lens 8, a Fresnel prism 15 is additionally arranged, through the .Prismaflanken a picture split into two pupil images 16, carried out-. The angles of the prism edges are designed so that the centers of the pupil images 16, 17 in the middle

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Augenabstand von etwa ö4 mm liegen. Durch die Bewegung der Fresnel-Linse entstehen zwei vergrößerte Austrittspupillen 9 ' ·Eye distance of about ö4 mm. The movement of the Fresnel lens produces two enlarged exit pupils 9 '·

Wird zusätzlich eine schwache Mattscheibe 18 zwischen der Fresnellinse und der der Austrittspupille des Mikroskopes angeordnet, kann auf die Bewegung der Presnel-Linse verzichtet werden, da durch die von der .vlattscheibe hervorgerufene Streuung eine Vergrößerung der Austrittspupillen erzeugt wird.If, in addition, a weak ground glass 18 is arranged between the Fresnel lens and that of the exit pupil of the microscope, the movement of the prescan lens can be dispensed with, since an enlargement of the exit pupils is produced by the scattering caused by the.

Bei der Ausführung ohne Mattscheibe besteht die Möglichkeit, auch die Fresnel-Prismenplatte in oszillierende Bewegungen mit geringer Amplitude bzw. Exzentrizität zu versetzen.In the version without ground glass there is the possibility to put the Fresnel prism plate in oscillating movements with low amplitude or eccentricity.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einer rotierenden Fresnel-Linse dargestellt. Der Strahlengang bis zur Austrittspupille (A?') 7 ist wiederum identisch mit Figur 1. Die Fresnel-Linse 8 ist in einer Fassung 20 exzentrisch zum Beobachtungsstrahlengang befestigt. Die Fassung 20 ist drehbar um eine Drehachse 21 mit einem Lager 22 gelagert und mit einem Zahnrad 23 verbunden. Das Zahnrad 23 steht im Eingriff mit'einem Ritzel 24? welches an einem Motor 25 befestigt ist.. Wird der Motor 25 eingeschaltet, so versetzt er die Fassung 20 und damit die Fresnel-Linse in Drehung. Die von der Fresnel-Linse erzeugte Austrittspupille 9 be-jvegt sich damit auf einem Kreisring 9", dessen Größe abhängig ist von dem Abstand der Drehachse zur optischen Achse des Beobachtungsstrahlenganges. Vorteilhaft wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung ebenfalls eine Fresnel-Prismenplatte zur Bildteilung vor der Fresnel-Linse 8 angeordnet. In diesem Fall kann der Abstand der Drehachse zur op-tischen Achse so weit verringert werden, daß ein Pupillenring entsteht, dessen Durchmesser dem doppelten Durchmesser der Austrittspupille des MikroskoOes AP" entspricht.In Fig. 3, an embodiment of the invention is shown with a rotating Fresnel lens. The beam path up to the exit pupil (A '') 7 is again identical to FIG. 1. The Fresnel lens 8 is mounted in a socket 20 eccentrically to the observation beam path. The holder 20 is rotatably mounted about a rotation axis 21 with a bearing 22 and connected to a gear 23. The gear 23 is engaged with a pinion 24? which is attached to a motor 25. If the motor 25 is turned on, he puts the socket 20 and thus the Fresnel lens in rotation. The exit pupil 9 produced by the Fresnel lens thus adjoins a circular ring 9 "whose size depends on the distance of the axis of rotation from the optical axis of the observation beam path In this case, the distance of the axis of rotation to the optical axis can be reduced so far as to form a pupil ring whose diameter is twice the diameter of the exit pupil of the microscope AP ".

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Claims

Brfindungsanspruch:

1. Arrangement for enlarging the exit pupil for eyeless observation in optical devices with an observation beam path arranged in an observer closest, designed as a Fresnel lens field lens, characterized in that the Fresnel lens is an oscillating motion perpendicular to the observation beam path with a Speed that is greater than the fliaimer frequency of the human eye.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the Fresnel lens performs a vibrating movement.

3. Arrangement according to item 1, characterized in that the Fresnel lens performs a rotating movement about an axis of rotation lying outside of the imaging beam path.

4. arrangement according to item 2 or 3, characterized in that in the 3eommenimgsstrahlengang in the vicinity of the Fresnel lens a Fresnel prism plate is arranged, the Fresnel structure is perpendicular to a connecting line between the eyes of the observer,

5. Arrangement according to point 4> characterized in that the Fresnel lens is fixed and between the Fresnel lens and the observer, a weak screen in the observation beam path is arranged.

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