DE102009017318A1

DE102009017318A1 - Optical arrangement for use in e.g. microscope, for aplanatic imaging of multiple wavelengths of light beams, has optical elements arranged along optical axis between object space and image space and arranged at distance to each other

Info

Publication number: DE102009017318A1
Application number: DE200910017318
Authority: DE
Inventors: Tobias Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Schmidt Tobias 86159 Augsburg De; Schmidt Tobias De
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-10-21

Abstract

The arrangement has optical elements (24, 26, 28) arranged along an optical axis (6) between an object space (30) and an image space (32). Imaging behavior of each optical element is based on parameters variable in a direction perpendicular to the optical axis. The variable parameters are determined such that a number of light beams (18, 20) of different wavelengths exhibit propagation paths in the image space, where the wavelengths exhibit propagation paths in the object space. The optical elements are arranged at a distance to each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung für die aplanatische Abbildung einer Anzahl N von Wellenlängen, wobei N aus der Menge der natürlichen Zahlen größer oder gleich zwei ist, mit einer Anzahl M ≥ N von abbildenden, optischen Elementen, welche entlang einer optischen Achse zwischen einem Objektraum und einem Bildraum angeordnet sind, wobei das Abbildungsverhalten jedes optischen Elements von in Richtung senkrecht zur optischen Achse veränderlichen Größen abhängig ist.The The invention relates to an optical arrangement for the aplanatic Illustration of a number N of wavelengths, where N is off the amount of natural numbers bigger or is equal to two, with a number M ≥ N of imaging, optical elements, which along an optical axis between a Object space and a picture space are arranged, the imaging behavior each optical element from in the direction perpendicular to the optical axis depending on variable sizes is.

Die Verläufe der veränderlichen Größen können durch Optimierung bestimmt werden.The Gradients of variable sizes can be determined by optimization.

Bei Abbildungen mittels eines optischen Elements treten immer Abbildungsfehler auf. Fallen beispielsweise Lichtstrahlen, welche parallel zur optischen Achse verlaufen, aber jeweils einen voneinander abweichenden Abstand zur optischen Achse aufweisen, auf eine sphärische Bikonvexlinse, schneiden sich die durch die Linse gebrochenen Lichtstrahlen nicht in einem Brennpunkt. Dies führt zu dem als sphärische Aberration bekannten Phänomen des leichten ”Ausschmierens” der Abbildung.at Illustrations by means of an optical element always occur aberrations on. For example, light rays falling parallel to the optical Axis run, but each a different distance to the optical axis, to a spherical biconvex lens, the rays of light refracted by the lens do not intersect in a focal point. This leads to the as spherical Aberration well-known phenomenon of easy "blasting" of Illustration.

Ferner werden zum Beispiel Lichtstrahlen, die von einem nicht auf der optischen Achse liegenden Objektpunkt ausgehen, aufgrund von Koma nicht in einem Bildpunkt vereint.Further For example, light rays are emitted from one not on the optical one Axis lying object point go out, due to coma not in united one pixel.

In der Gaußschen Optik, welche den Verlauf von der optischen Achse nahen Lichtstrahlen (Paraxialstrahlen) beschreibt, kann der Sinus des Winkels zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und der optischen Achse durch die Reihenentwicklung des Sinus angenähert werden, wobei lediglich der erste Term – nämlich der Winkel selbst – berücksichtigt wird. Die sphärische Aberration und die Koma können durch den ersten vernachlässigten Term zu einem großen Teil erklärt werden.In the Gaussian optics, which the course of the optical Axis near light rays (paraxial rays) describes, the Sine of the angle between the incoming light beam and the optical axis approximated by the series expansion of the sine being only the first term - namely the angle itself - is taken into account. The spherical Aberration and the coma can be neglected by the first Term be explained to a large extent.

Zur Vermeidung der sphärischen Aberration ist die Verwendung von Linsen mit asphärischen optisch wirksamen Oberflächen bekannt. Für einen vorgegebenen Objektpunkt kann die asphärische optisch wirksame Oberfläche gerade so gewählt werden, dass ein auf die Linse auftreffender Lichtstrahl in Richtung auf den gewünschten Bildpunkt gebrochen wird. Die Koma lässt sich durch die zusätzliche Bedingung korrigieren, dass der auf die Linse fallende Lichtstrahl und der durch die Linse gebrochene Lichtstrahl die Abbesche Sinusbedingung erfüllen. In mathematischer Form lautet diese:

wobei σ, σ' die Winkel zwischen dem einfallenden bzw. dem dazu konjugierten Lichtstrahl und der optischen Achse, n, n' die Brechzahlen sind. Werden durch eine optische Anordnung sowohl die sphärische Aberration als auch die Koma in der zuvor erläuterten Approximation korrigiert, nennt man die optische Anordnung aplanatisch.To avoid the spherical aberration, the use of lenses with aspherical optically effective surfaces is known. For a given object point, the aspheric optically effective surface can be chosen to be such that a light beam incident on the lens is refracted toward the desired pixel. The coma can be corrected by the additional condition that the light beam incident on the lens and the light beam refracted by the lens satisfy the Abbe sine condition. In mathematical form this is:

where σ, σ 'are the angles between the incident or conjugate light beam and the optical axis, n, n' are the refractive indices. If both the spherical aberration and the coma are corrected by an optical arrangement in the above-explained approximation, the optical arrangement is called aplanatic.

Eine Optik mit zwei asphärischen Flächen für eine aplanatische Abbildung von Licht einer bestimmten Wellenlänge wird in der Diplomarbeit ”Aplanatischer Sekundärkonzentrator für einen hemisphärischen Primärreflektor durch simultanes Maßschneidern zweier optischer Flächen”, T. Schmidt, Philipps-Universität Marburg, 14. Januar 2005, Abschnitt 5.5 beschrieben. Je nach der geforderten Präzision kann ein bestimmtes Abbildungsverhalten einer Linse nicht nur für einen Punkt auf der Wellenlängenskala, sondern auch für einen begrenzten Wellenlängenbereich – wenigstens näherungsweise – erfüllt sein. Die Brechzahl eines Materials, aus welchem eine Linse gefertigt wird, ist von der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängig. Dementsprechend befinden sich die Brennpunkte für unterschiedliche Wellenlängen an unterschiedlichen Positionen im Bildraum entlang der optischen Achse hinter der Linse. Auch die Vergrößerung der Abbildung ist von der Wellenlänge des Lichts abhängig. Das Abbildungsverhalten der Linse unterscheidet sich demnach für Lichtstrahlen von unterschiedlicher Wellenlänge, woraus die ”Farblängsfehler” und ”Farbquerfehler” genannten Unschärfen der Abbildung resultieren.An optic with two aspheric surfaces for an aplanatic imaging of light of a specific wavelength is given in the thesis "Aplanatic Secondary Concentrator for a Hemispheric Primary Reflector by Simultaneously Tailoring Two Optical Surfaces", T. Schmidt, Philipps-Universität Marburg, January 14, 2005, Section 5.5 described. Depending on the required precision, a specific imaging behavior of a lens can be fulfilled - at least approximately - not only for one point on the wavelength scale, but also for a limited wavelength range. The refractive index of a material from which a lens is made depends on the wavelength of the incident light. Accordingly, the focal points for different wavelengths are at different positions in the image space along the optical axis behind the lens. The magnification of the image also depends on the wavelength of the light. The imaging behavior of the lens differs accordingly for light beams of different wavelength, resulting in the "longitudinal chromatic aberration" and "lateral chromatic aberration" blurring of the image.

Um eine aplanatische Abbildung auch für mehr als eine Wellenlänge zu erzielen, sind weitere optische Elemente mit aufeinander abgestimmten optisch wirksamen Oberflächen erforderlich.Around an aplanatic image also for more than one wavelength To achieve, are more optical elements with coordinated optical effective surfaces required.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine optische Anordnung anzugeben, die für mehrere Wellenlängen fehlerreduzierte Abbildungseigenschaften aufweist.Of the The present invention is therefore based on the object, an optical Specify arrangement for multiple wavelengths having reduced error imaging properties.

Die Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung mit einer optischen Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die veränderlichen Größen derart bestimmt sind, dass eine Anzahl N von Lichtstrahlen der unterschiedlichen Wellenlängen, welche im Objektraum wenigstens annähernd übereinstimmende Ausbreitungspfade aufweisen, auch im Bildraum wenigstens annähernd übereinstimmende Ausbreitungspfade aufweisen.The Task is according to the teaching of the present Invention with an optical arrangement according to the Preamble of claim 1 solved by that the variable variables determined in this way are that a number N of light rays of different Wavelengths, which in the object space at least approximately matching propagation paths have, even in the image space at least approximately coincident Have propagation paths.

Wenigstens annähernd übereinstimmend bedeutet hier, dass geringfügige Abweichungen von einer mathematisch idealen Abbildungssituation, beispielsweise hinsichtlich der bei der Herstellung von optischen Elementen üblichen Fertigungstoleranzen, einbezogen sein sollen.At least approximately coincident here means that slight deviations from a mathematically ideal Picture situation, for example in terms of manufacturing of optical elements customary manufacturing tolerances included should be.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich eine optische Anordnung für eine aplanatische Abbildung von wenigstens zwei Wellenlängen erzielen lässt, indem die senkrecht zur optischen Achse veränderlichen Größen so vorgegeben werden, dass Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, welche im Objektraum ausgehend von einem im Objektraum angeordneten Objektpunkt am gleichen Ort auf der dem Objektpunkt zugewandten, gegebenenfalls asphärischen, optisch wirksamen Oberfläche des ersten im Strahlengang angeordneten optischen Elements, auftreffen, am gleichen Ort auf der einem Bildpunkt im Bildraum zugewandten, gegebenenfalls asphärischen, optisch wirksamen Oberfläche des letzten im Strahlengang angeordneten optischen Elements unter dem gleichen Winkel zur optischen Achse – wobei die Lichtstrahlen im Bildraum durch den Bildpunkt laufen sollen – austreten, so dass die Ausbreitungspfade der Lichtstrahlen der unterschiedlichen Wellenlängen im Objektraum als auch im Bildraum weitgehend übereinstimmen.According to the invention was recognized that an optical arrangement for an aplanatic Imaging of at least two wavelengths, by the perpendicular to the optical axis variable Sizes should be specified so that light rays different wavelengths, which starting in the object space from an object point arranged in the object space in the same place on the object point, optionally aspherical, optically effective surface of the first in the beam path arranged optical element, impinge, in the same place the one pixel in the image space facing, optionally aspherical, optically effective surface of the last in the beam path arranged optical element at the same angle to the optical Axis - where the light rays in the image space through the pixel should run - exit, so that the paths of propagation the light beams of different wavelengths in the Object space as well as in the picture space largely coincide.

Die Ausbreitungspfade der Lichtstrahlen zwischen dem Objektpunkt und dem Bildpunkt werden dabei im Wesentlichen durch das Brechungsgesetz bestimmt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Lichtstrahlen zwischen der im Strahlengang ersten, gegebenenfalls asphärischen, optisch wirksamen Oberfläche des ersten optischen Elements und der im Strahlengang letzten, gegebenenfalls asphärischen, optisch wirksamen Oberfläche des letzten optischen Elements auf Grund der abweichenden refraktiven Eigenschaften der optischen Elemente, welche im Wesentlichen von den senkrecht zur optischen Achse veränderlichen Größen abhängig sind, voneinander getrennt verlaufen können. Auf diese Weise resultiert eine besonders hohe Güte der Abbildungseigenschaften im Sinne einer optimalen Aplanasie für die gewählte Mehrzahl an Wellenlängen.The Propagation paths of the light rays between the object point and The pixel are essentially determined by the law of refraction. This means in particular that the light rays between the in the beam path first, optionally aspherical, optical effective surface of the first optical element and the last in the beam path, possibly aspherical, optically effective surface of the last optical element due to the deviating refractive properties of the optical Elements which are essentially perpendicular to the optical Axis variable sizes dependent are, can run apart from each other. In this way results in a particularly high quality of imaging properties in the sense of optimal aplanasia for the chosen one Plurality of wavelengths.

Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung mit den Begriffen Objektpunkt und Bildpunkt nicht notwendigerweise ein Punkt im streng mathematischen Sinn gemeint sein muss, sondern ein entsprechender Punkt eine, wenngleich geringe, dreidimensionale Ausdehnung aufweisen kann, wie sie allen abzubildenden Objekten eigen ist. Eine entsprechende Interpretation kann auch auf den Begriff ”Ort auf einer optischen wirksamen Oberfläche eines optischen Elements” angewendet werden.It is understood that in the context of the present application with the Object point and pixel not necessarily a dot in the strictly mathematical sense, but a corresponding one Point one, although small, three-dimensional extent may have as it is common to all objects to be imaged. A corresponding Interpretation may also refer to the term "place on a optical effective surface of an optical element "applied become.

Die Abmessung der optischen Elemente in Richtung senkrecht zur optischen Achse kann grundsätzlich frei gewählt werden. Je nachdem Verhältnis der Ausdehnung des optischen Elements in Querrichtung zum Abstand des gewählten Objektpunkts wird lediglich der Raumwinkel, innerhalb welchem aus dem Objektraum einfallende Strahlen auf das im Strahlengang erste optische Element fallen und abgebildet werden, bestimmt. Begrenzt wird die Ausdehnung in Richtung senkrecht zur optischen Achse lediglich durch den Schnittpunkt der, gegebenenfalls asphärisch gekrümmten, Kurvenverläufe der optisch wirksamen Oberflächen im Querschnitt und kann beispielsweise durch Änderung der Breite des optischen Elements variiert werden.The Dimension of the optical elements in the direction perpendicular to the optical Axis can basically be chosen freely. Depending on the ratio of the extent of the optical element in the transverse direction to the distance of the selected object point only the solid angle, within which from the object space incident Rays fall on the beam path in the first optical element and be imaged, determined. The extension is limited in direction perpendicular to the optical axis only through the intersection of possibly aspherically curved, curved courses the optically active surfaces in cross section and can for example, by changing the width of the optical element be varied.

Die senkrecht zur optischen Achse veränderlichen Größen können kontinuierlich, zusätzlich oder alternativ aber auch an einer begrenzten Anzahl vorgegebener Inkremente in Richtung senkrecht zur optischen Achse veränderlich sein. Durch letzteres kann insbesondere der Aufwand zur Herstellung der optischen Elemente reduziert werden.The variable sizes perpendicular to the optical axis can be continuous, additional or alternative but also at a limited number of predetermined increments in Direction perpendicular to the optical axis to be variable. By the latter, in particular the cost of producing the optical Elements are reduced.

Es kann zweckmäßig sein, eine Wellenlänge im blauen Spektralbereich des sichtbaren Lichts – bei etwa 400 nm – und eine zweite Wellenlänge im roten Spektralbereich des sichtbaren Lichts – bei etwa 750 nm – anzusetzen. Denn so wird durch die entsprechend berechnete und ausgestaltete optische Anordnung nicht nur eine aplanatische Abbildung bei Wellenlängen von etwa 400 nm und 750 nm gewährleistet, sondern auch die Abbildung von den zwischen den äußeren Grenzen liegenden Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs kann mit zumindest weitgehend reduzierten Abbildungsfehlern sichergestellt werden. Auf diese Weise können insbesondere der Farblängsfehler und der Farbquerfehler für Licht des sichtbaren Spektralbereichs verringert werden. Allerdings ist die Erfindung nicht auf den sichtbaren Spektralbereich beschränkt. Ebenso ist es möglich, beliebige andere Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums heranzuziehen.It may be appropriate, a wavelength in the blue spectral range of visible light - at about 400 nm - and a second wavelength in the red spectral range of visible light - at about 750 nm - to set. Because so is by the appropriately calculated and designed optical arrangement not just an aplanatic imaging at wavelengths ensured by about 400 nm and 750 nm, but also the picture of the between the outer limits lying wavelengths of the visible spectral range can be ensured with at least largely reduced aberrations become. In this way, in particular the color longitudinal error and the lateral chromatic aberration for visible spectral range light be reduced. However, the invention is not limited to the visible spectral range limited. Likewise it is possible, any other Wavelengths of the electromagnetic spectrum.

Als optische Elemente können insbesondere Linsen mit jeweils zwei, gegebenenfalls asphärischen, optisch wirksamen Oberflächen verwendet werden. Der Normalenvektor mit dem Fußpunkt auf dem Zentrum der optisch wirksamen Oberflächen verläuft vorzugsweise koaxial zur optischen Achse. Das Abbildungsverhalten von Linsen wird im Wesentlichen durch ihre geometrische Form und das Material, mithin die Brechzahl des Materials, bestimmt.When Optical elements can be used in particular with lenses two, optionally aspherical, optically active surfaces be used. The normal vector with the foot on the Center of the optically active surfaces runs preferably coaxial with the optical axis. The imaging behavior of lenses is essentially characterized by their geometric shape and shape the material, thus the refractive index of the material determined.

Die optische Anordnung gemäß der Erfindung kann für eine Vielzahl von Abbildungssituationen (beschrieben beispielsweise durch die Lage des Objektpunkts, die Lage des Bildpunkts, die Brechzahlen der Medien im Objektraum, im Bildraum, gegebenenfalls in den Räumen zwischen den einzelnen optischen Elementen, sowie die aus einem Material mit homogener Brechzahl gebildeten optischen Elemente, die Lage der optischen Elemente) ausgelegt werden und ist damit flexibel für eine Vielzahl von optischen Anwendungen geeignet. Durch die Vorgabe dieser Randbedingungen können die senkrecht zur optischen Achse veränderlichen Größen in Richtung auf die gewünschten Abbildungseigenschaften, beispielsweise die Aplanasie für wenigstens zwei Wellenlängen, optimiert werden.The optical arrangement according to the invention can for a variety of imaging situations (described for example by the position of the object point, the position of the pixel, the refractive indices of the media in the object space, in the image space, optionally in the spaces between the individual optical elements, as well as from a Material with homogeneous refractive index formed optical elements, the position of the optical elements) are designed and is therefore suitable for a variety of optical applications. By specifying these boundary conditions, the variables which can be changed perpendicular to the optical axis can be adjusted in the direction of the desired imaging properties, for example the aplanasia for at least two Wel lenlängen, be optimized.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der optischen Anordnung ist wenigstens eine der Größen ein Kurvenverlauf einer der optisch wirksamen Oberflächen eines optischen Elements im Querschnitt durch die optische Achse und/oder die Brechzahl des Materials eines der optischen Elemente. Der Kurvenverlauf wird im Wesentlichen durch die Normalvektoren und Tangentialvektoren an bestimmten Punkten der Kurve, aus welcher die optisch wirksame Oberfläche gebildet wird, definiert. Durch die prinzipielle Variabilität des Kurvenverlaufs wird eine hohe Flexibilität erzielt, welche die Herstellung einer optischen Anordnung für verschiedene Abbildungssituationen ermöglicht. Durch das Heranziehen der Brechzahl des Materials wenigstens eines der optischen Elemente als in Richtung quer zur optischen Achse veränderlicher Größen, d. h. durch Ausbildung wenigstens eines der optischen Elemente mit quer zur optischen Achse variierender Brechzahl, können die Anforderungen an die Geometrie des optischen Elements verringert werden, wodurch gegebenenfalls der Herstellungsaufwand reduziert wird.According to one advantageous embodiment of the optical arrangement is at least one of the sizes a curve of a the optically effective surfaces of an optical element in cross section through the optical axis and / or the refractive index of Material of one of the optical elements. The curve is in Essentially through the normal vectors and tangent vectors certain points of the curve, from which the optically effective surface is formed, defined. Due to the principle variability the curve provides high flexibility, which is the production of an optical arrangement for various Picture situations allows. By attracting the refractive index of the material of at least one of the optical elements as changeable in the direction transverse to the optical axis Sizes, d. H. by training at least one the optical elements with transverse to the optical axis varying Refractive index, can meet the geometry requirements of be reduced, optionally the Production cost is reduced.

Wenigstens zwei der optischen Elemente können aus Materialien mit voneinander abweichenden Brechzahlen bestehen. Auf diese Weise kann das Abbildungsverhalten der optischen Anordnung flexibel ausgestaltet werden.At least Two of the optical elements may be made of materials with different refractive indices exist. That way that can Imaging behavior of the optical arrangement designed flexible become.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der optischen Anordnung können wenigstens zwei der optischen Elemente voneinander beabstandet sein. Auf diese Weise wird zwischen den optischen Elementen ein Zwischenraum geschaffen, welcher mit die Abbildungseigenschaften gegebenenfalls beeinflussenden Materialien gefüllt werden kann. Der Zwischenraum kann beispielsweise mit Umgebungsluft gefüllt oder evakuiert werden, wenn es die spätere Anwendung der optischen Anordnung erfordert.In a further advantageous embodiment of the optical Arrangement can be at least two of the optical elements be spaced apart. This way will be between the created a gap between optical elements, which with the Image properties of potentially influencing materials can be filled. The gap can, for example filled with ambient air or evacuated if it the subsequent application of the optical arrangement requires.

Es ist weiterhin möglich, zwischen den voneinander beabstandeten optischen Elementen ein Immersionsmaterial, insbesondere ein Immersionsfluid, flächig kontaktierend vorzusehen. Auf diese Weise kann durch die Zwischenordnung eines Immersionsmaterials mit einer spezifischen Brechzahl ein bestimmtes Abbildungsverhalten erzeugt werden. Immersionsfluide können beispielsweise vorteilhaft dazu verwendet werden, die optisch wirksamen Oberflächen der optischen Elemente zu umspülen, so dass sich an ihnen keine Verunreinigungen absetzen können. Die Abbildungsqualität der optischen Elemente wird dadurch über einen langen Zeitraum erhalten. Es ist ebenfalls möglich, Immersionsmaterialien im Objektraum und/oder im Bildraum vorzusehen.It is still possible between the spaced apart optical elements an immersion material, in particular an immersion fluid, provide surface contacting. This way you can by the interposition of an immersion material with a specific Refractive index generated a specific imaging behavior. Immersion fluids for example, can be used to advantage the optically effective surfaces of the optical elements to soak around, so that no impurities on them can settle. The picture quality of the optical elements is obtained over a long period of time. It is also possible, immersion materials in the object space and / or in the image space.

Wenigstens zwei der optischen Elemente können auch in Anlage zueinander angeordnet sein, wobei die einander zugewandten optisch wirksamen Oberflächen im Querschnitt den gleichen Kurvenverlauf aufweisen. Auf diese Weise wird insbesondere ein kompakter, platzsparender Aufbau der optischen Anordnung erreicht.At least Two of the optical elements can also be in contact with each other be arranged, wherein the mutually facing optically active surfaces have the same curve in cross section. In this way In particular, a compact, space-saving construction of the optical arrangement reached.

Die in Anlage zueinander bereitgestellten optischen Elemente können weiterhin miteinander verklebt sein. Auf diese Weise kann die optische Anordnung mit einer erhöhten mechanischen Stabilität ausgestattet werden. Da die Zahl der unabhängig angeordneten optischen Elemente durch die Verklebung reduziert wird, kann die Gefahr der Veränderung der Ausrichtung der optischen Elemente zueinander, beispielsweise durch äußere Einflüsse, insbesondere Erschütterungen oder Vibrationen, verringert werden.The can in plant to each other provided optical elements continue to be glued together. In this way, the optical Arrangement with increased mechanical stability be equipped. As the number of independently arranged optical elements reduced by the bonding, the Danger of changing the orientation of the optical elements to each other, for example due to external influences, especially vibration or vibration, reduced become.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der optischen Anordnung kann der Kurvenverlauf von wenigstens einer der optisch wirksamen Oberflächen kreisbogenförmig oder geradlinig sein, oder gemäß einer beliebigen, insbesondere analytisch darstellbaren, freiförmigen Kurve ausgebildet werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann gangbar, wenn die Anzahl der optischen Elemente der optischen Anordnung größer als die Zahl der Wellenlängen ist (M > N). Mit dieser Ausgestaltung kann die Herstellung der aplanatischen Abbildungseigenschaften der optischen Anordnung, insbesondere hinsichtlich der geometrischen Formgebung, vereinfacht werden. Kreisbogenförmige oder geradlinige Konturverläufe zeichnen sich insbesondere durch ihre den Auslegungsaufwand der optischen Elemente verringernde Einfachheit aus. Freiförmige Kurven wiederum bieten ein hohes Maß an Flexibilität bei der Ausgestaltung der optischen Elemente.In a further advantageous embodiment of the optical Arrangement, the curve of at least one of the optical effective surfaces circular arc or rectilinear be, or according to any, in particular be formed analytically representable, free-shaped curve. This procedure is particularly feasible if the number the optical elements of the optical arrangement larger as the number of wavelengths is (M> N). With this configuration, the Making aplanatic imaging features of the optical Arrangement, in particular with regard to the geometric shape, be simplified. Circular or rectilinear Contour gradients are characterized in particular by their den Design effort of the optical elements reducing simplicity out. Freeform curves, on the other hand, offer a high degree of flexibility in the embodiment of the optical elements.

Vorzugsweise sind die Kurvenverläufe zur optischen Achse rotationssymmetrisch. Dadurch kann auf sehr einfache Weise eine zweidimensionale Struktur in eine Vorlage für einen dreidimensionalen Körper, gegebenenfalls mit asphärischen optisch wirksamen Oberflächen, umgewandelt werden. Die optischen Abbildungseigenschaften einer optischen Anordnung aus rotationssymmetrischen optischen Elementen können bei der Verwendung, beispielsweise hinsichtlich des Ausleuchtungsverhaltens, in einfacher Weise berücksichtigt werden. Durch die Rotationssymmetrie des so gestalteten optischen Elements wird überdies die Herstellung vereinfacht, da auch dort Rotationsvorgänge aufweisende Verfahren zur Anwendung kommen können.Preferably the curves are rotationally symmetric to the optical axis. This can in a very simple way a two-dimensional structure in a template for a three-dimensional body, optionally with aspheric optically active surfaces, being transformed. The optical imaging properties of a optical arrangement of rotationally symmetrical optical elements may be in use, for example in terms of the illumination behavior, taken into account in a simple manner become. Due to the rotational symmetry of the thus designed optical element In addition, the production is simplified because there too Rotational processes have come to be used can.

Es gibt nun vielfältige Möglichkeiten, die erfindungsgemäße optische Anordnung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem unabhängigen Patentanspruch nachgeordneten abhängigen Patentansprüche, andererseits auf die Erläuterung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigen:There are now many possibilities for designing and developing the optical arrangement according to the invention. This is on the one hand to the the independent claim subordinate dependent claims, on the other hand, refer to the explanation of embodiments in conjunction with the drawings. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optischen Anordnung mit drei optischen Elementen für eine aplanatische Abbildung, 1 a schematic representation of an embodiment of an optical arrangement with three optical elements for aplanatic imaging,

2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optischen Anordnung mit drei optischen Elementen für eine aplanatische Abbildung, und 2 a schematic representation of another embodiment of an optical arrangement with three optical elements for aplanatic imaging, and

3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optischen Anordnung mit zwei voneinander beabstandeten optischen Elementen für eine aplanatische Abbildung. 3 a schematic representation of an embodiment of an optical arrangement with two spaced-apart optical elements for an aplanatic image.

1 zeigt in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel, in welchem die optische Anordnung von drei optischen Elementen 24, 26, 28 mit sechs asphärischen optisch wirksamen Oberflächen 24a, 24b, 26a, 26b, 28a, 28b gebildet wird. Das mittig angeordnete optische Element 26 ist bikonvex ausgebildet. Beiderseits davon befindet sich jeweils ein konkav-konvex ausgebildetes optisches Element 24, 28. Die drei optischen Elemente 24, 26, 28 stehen in diesem Beispiel derart in Anlage zueinander, dass sich jeweils die konkave Wölbung der dem mittig angeordneten optischen Element 26 zugewandten optisch wirksamen Oberfläche 24b, 28a der äußeren optischen Elemente 24, 28 invers zu der konvexen Wölbung der optisch wirksamen Oberfläche 26a, 26b des mittig angeordneten optischen Elements 26 verhält. Die konvexen optisch wirksamen Oberflächen 24a, 28b der beiden äußeren optischen Elemente 24, 28 sind jeweils dem Objektpunkt 8 bzw. Bildpunkt 10 zugewandt. 1 shows in schematic form an embodiment in which the optical arrangement of three optical elements 24 . 26 . 28 with six aspherical optically effective surfaces 24a . 24b . 26a . 26b . 28a . 28b is formed. The centrally arranged optical element 26 is biconvex trained. On both sides of each is a concave-convex optical element 24 . 28 , The three optical elements 24 . 26 . 28 in this example are in contact with each other such that in each case the concave curvature of the centrally arranged optical element 26 facing optically effective surface 24b . 28a the outer optical elements 24 . 28 inverse to the convex curvature of the optically effective surface 26a . 26b the centrally arranged optical element 26 behaves. The convex optically effective surfaces 24a . 28b the two outer optical elements 24 . 28 are each the object point 8th or pixel 10 facing.

In diesem Beispiel sind zwei Wellenlängen ausgewählt, beispielsweise im sichtbaren Spektralbereich bei 400 nm und 750 nm, für welche eine optische Anordnung mit einer aplanatischen Abbildung erzeugt werden soll.In In this example, two wavelengths are selected for example in the visible spectral range at 400 nm and 750 nm, for which an optical arrangement with an aplanatic Figure should be generated.

Die Materialien, aus denen die optischen Elemente 24, 26, 28 bestehen sollen, als auch die zwischen der optischen Anordnung und dem Objektpunkt 8 (im Objektraum 30) oder Bildpunkt 10 (im Bildraum 32) angeordneten Medien, beispielsweise Luft, Immersionsfluide, gegebenenfalls Immersionsfestkörper, sind vorzugeben, um eine Optimierung auf eine bestimmte Abbildungssituation vornehmen zu können. Der Objektraum 30 und/oder der Bildraum 32 können alternativ auch evakuiert sein.The materials that make up the optical elements 24 . 26 . 28 should exist as well as between the optical arrangement and the object point 8th (in object space 30 ) or pixel 10 (in the picture space 32 ), for example air, immersion fluids, if appropriate immersion solids, are to be specified in order to be able to optimize to a specific imaging situation. The object space 30 and / or the picture space 32 may alternatively be evacuated.

Zwei beliebige vom Objektpunkt 8 ausgehende Lichtstrahlen 18, 20 mit gleicher Richtung aber voneinander abweichenden Wellenlängen sollen die optische Anordnung am gleichen Punkt und mit gleicher Richtung verlassen, so dass beide im Objektraum 30 und im Bildraum 32 übereinstimmende Ausbreitungspfade aufweisen und beide den Bildpunkt 10 durchlaufen. Die vom Objektpunkt 8 durch die optische Anordnung zum Bildpunkt 10 laufenden Lichtstrahlen 18, 20 sollen zur Vermeidung des Komaeffekts – wie eingangs bereits erläutert – die Abbesche Sinusbedingung erfüllen.Any two of the object point 8th outgoing light rays 18 . 20 with the same direction but different wavelengths to leave the optical arrangement at the same point and in the same direction, so that both in the object space 30 and in the picture space 32 have matching propagation paths and both the pixel 10 run through. The from the object point 8th through the optical arrangement to the pixel 10 running light rays 18 . 20 to avoid the coma effect - as already explained - the Abbe sine satisfy condition.

Der Verlauf der Lichtstrahlen 18, 20 durch die optische Anordnung wird durch das Brechungsgesetz bestimmt. Für jeden Lichtstrahl gibt es zwei Bedingungen:

a) Der Lichtstrahl 18, 20 muss durch den Bildpunkt 10 laufen.
b) Der Lichtstrahl 18, 20 muss die durch die Abbesche Sinusbedingung festgelegte Richtung haben.

The course of the light rays 18 . 20 by the optical arrangement is determined by the law of refraction. There are two conditions for each beam:

a) The light beam 18 . 20 must be through the pixel 10 to run.
b) The light beam 18 . 20 must have the direction defined by the Abbe sine condition.

Diese Bedingungen gelten für die in diesem Beispiel zwei gewünschten Wellenlängen (N = 2), so dass sich für die optische Anordnung des Ausführungsbeispiels vier Bedingungen (2·N) ergeben.These Conditions apply to the two desired in this example Wavelengths (N = 2), allowing for the optical Arrangement of the embodiment four conditions (2 × N) result.

Durch die bündige Anlage der konkav-konvexen Paare der optisch wirksamen Oberflächen 24b, 26a und 26b, 28a sind trotz der Präsenz von drei optischen Elementen 24, 26, 28 effektiv lediglich vier optisch wirksame Oberflächen als Freiheitsgrade verfügbar, so dass – unter Berücksichtigung des Kurvenverlaufs der optisch wirksamen Oberflächen 24a, 24b, 26a, 26b, 28a, 28b als senkrecht zur optischen Achse 6 veränderlicher Größe – eine optische Anordnung mit aplanatischer Abbildung für zwei Wellenlängen ausreichend bestimmt ist.Due to the flush arrangement of the concave-convex pairs of optically effective surfaces 24b . 26a and 26b . 28a are despite the presence of three optical elements 24 . 26 . 28 effectively only four optically effective surfaces available as degrees of freedom, so that - taking into account the curve of the optically active surfaces 24a . 24b . 26a . 26b . 28a . 28b as perpendicular to the optical axis 6 variable size - an optical arrangement with aplanatic imaging for two wavelengths is sufficiently determined.

Ist die Aplanasie für mehr als zwei Wellenlängen gewünscht, müssen gegebenenfalls mehr als vier mit entsprechend angepasster Geometrie geformte optisch wirksame Oberflächen optischer Elemente 24, 26, 28 bereitgestellt werden.If aplanase is desired for more than two wavelengths, it may be necessary to have more than four optically effective optical element surfaces formed with appropriately sized geometry 24 . 26 . 28 to be provided.

Um die vier Bedingungen des erläuterten Beispiels zu erfüllen, kann die Ausrichtung der vier optisch wirksamen Oberflächen 24a, 24b (26a), 26b (28a), 28b der optischen Elemente 24, 26, 28 quer zur optischen Achse 6 hinsichtlich der Aplanasie für die zwei Wellenlängen optimiert werden.In order to meet the four conditions of the illustrated example, the alignment of the four optically active surfaces 24a . 24b ( 26a ) 26b ( 28a ) 28b the optical elements 24 . 26 . 28 transverse to the optical axis 6 be optimized for the aplanasia for the two wavelengths.

Wird die Optimierung der optisch wirksamen Oberflächen 24a, 24b (26a), 26b (28a), 28b der optischen Elemente 24, 26, 28 der optischen Anordnung für eine aplanatische Abbildung im Querschnitt im Zweidimensionalen vorgenommen, können dann aus den zweidimensionalen Kurvenverläufen – beispielsweise, indem die Querschnitte um die optische Achse 6 rotiert werden – dreidimensionale, zur optischen Achse 6 rotationssymmetrische optische Elemente 24, 26, 28 generiert werden. Die optischen Elemente 24, 26, 28 können mit der entsprechenden Geometrie beispielsweise aus einem Glasblock geschliffen oder aus einem transparenten Kunststoff per Spritzguss geformt werden. Es sind jedoch auch andere Herstellungsverfahren denkbar.Will optimize the optically effective surfaces 24a . 24b ( 26a ) 26b ( 28a ) 28b the optical elements 24 . 26 . 28 The optical arrangement for aplanatic imaging in cross-section made in two-dimensional, then from the two-dimensional curves - for example, by the cross-sections around the optical axis 6 be rotated - three-dimensional, for optical axis 6 rotationally symmetric optical elements 24 . 26 . 28 to be generated. The optical elements 24 . 26 . 28 can be ground with the appropriate geometry, for example, from a glass block or molded from a transparent plastic by injection molding. However, other manufacturing methods are conceivable.

Die in Anlage stehenden Paare der optisch wirksamen Oberflächen 24b, 26a und 26b, 28a können gegebenenfalls verklebt sein (nicht dargestellt). Damit lässt sich eine höhere Stabilität der optischen Anordnung erreichen.The attached pairs of optically active surfaces 24b . 26a and 26b . 28a may optionally be glued (not shown). This makes it possible to achieve a higher stability of the optical arrangement.

Die vom Objektpunkt 8 in die gleiche Richtung unter dem gleichen Winkel zur optischen Achse 6 ausgehenden Lichtstrahlen 18, 20 werden auf Grund der für Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge variierenden Dispersion beim Übertritt vom Medium im Objektraum 30 (auch ein Vakuum ist möglich) in das, in diesem Beispiel homogen ausgebildete, Material des ersten konkav-konvex ausgebildeten optischen Elements 24 voneinander getrennt (hier überzeichnet dargestellt). Die anderen optisch wirksamen Oberflächen 28b bzw. Paare von optisch wirksamen Oberflächen 24b, 26a und 26b, 28a sind durch die Optimierung so aufeinander abgestimmt und ausgebildet, dass die Lichtstrahlen 18, 20 beim Übertritt vom Material des zweiten konkav-konvexen optischen Elements 28 in das Medium im Bildraum 32 wieder zusammengeführt werden (durchgezogene Linie), und damit gemeinsam den Bildpunkt 10 durchlaufen. Die Ausbreitungspfade der Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen stimmen somit im Objektraum 30 und im Bildraum 32 weitgehend überein.The from the object point 8th in the same direction at the same angle to the optical axis 6 outgoing light rays 18 . 20 are due to the varying for light with different wavelength dispersion in the passage of the medium in the object space 30 (A vacuum is also possible) in the, in this example, homogeneously formed, material of the first concave-convex optical element 24 separated from each other (shown here oversubscribed). The other optically effective surfaces 28b or pairs of optically active surfaces 24b . 26a and 26b . 28a are tuned and optimized by the optimization so that the light rays 18 . 20 on the passage of the material of the second concave-convex optical element 28 into the medium in the pictorial space 32 be merged again (solid line), and thus together the pixel 10 run through. The propagation paths of the light beams of different wavelengths thus agree in the object space 30 and in the picture space 32 largely coincide.

Anstatt einer optischen Anordnung mit in Anlage stehenden optischen Elementen 24, 26, 28 kann in einer Variante auch ein bikonvexes optisches Element 26 in eine entsprechend angepasste Höhlung eines größeren optischen Elements bündig eingelagert werden (nicht gezeigt). Das mit der Höhlung versehene größere optische Element wirkt dann als Umhüllende des mittig angeordneten bikonvexen optischen Elements 26. Dies soll verdeutlichen, dass die Freiheit in der Wahl der Geometrie der optisch wirksamen Oberflächen der beteiligten optischen Elemente 24, 26, 28 eine große Zahl konkreter praktischer Ausgestaltungen der abbildenden Optik ermöglicht.Instead of an optical arrangement with attached optical elements 24 . 26 . 28 In a variant, a biconvex optical element 26 be embedded flush in a correspondingly adapted cavity of a larger optical element (not shown). The cavity provided with the larger optical element then acts as an envelope of the centrally arranged biconvex optical element 26 , This is intended to make clear that the freedom in choosing the geometry of the optically active surfaces of the optical elements involved 24 . 26 . 28 a large number of concrete practical embodiments of the imaging optics allows.

Ebenso ist es möglich, die optischen Elemente 24, 26, 28 einander so gegenüber zu stellen, dass sich die einander zugewandten optisch wirksamen Oberflächen 24b, 26a und 26b, 28a lediglich in einem begrenzten Bereich, gegebenenfalls nur in einem Punkt, vorzugsweise auf Höhe der optischen Achse 6, berühren. Die sich in Richtung quer zur optischen Achse 6 ergebenden Zwischenräume zwischen den optisch wirksamen Oberflächen 24b, 26a oder 26b, 28a können dann mit einem Medium bestimmter Brechzahl gefüllt oder evakuiert sein. Eine derartige Ausgestaltung ist bei der Optimierung der senkrecht zur optischen Achse 6 veränderlichen Größen zu berücksichtigen.It is also possible to use the optical elements 24 . 26 . 28 facing each other so that the facing optical surfaces 24b . 26a and 26b . 28a only in a limited area, optionally only at one point, preferably at the level of the optical axis 6 , touch. The direction in the direction transverse to the optical axis 6 resulting gaps between the optically active surfaces 24b . 26a or 26b . 28a can then be filled or evacuated with a medium of specific refractive index. Such an embodiment is in the optimization of the perpendicular to the optical axis 6 to take into account variable variables.

2 zeigt in schematischer Weise eine optische Anordnung mit drei in Anlage stehenden, gegebenenfalls verklebten, optischen Elementen 24*, 26*, 28*. Das dem Bildpunkt 10 nächste optische Element 28* besteht in diesem Beispiel nicht aus einem homogenen Material. Die Brechzahl des Materials wurde als in Richtung quer zur optischen Achse 6 variable Größe hinsichtlich der Aplanasie der optischen Anordnung für zwei Wellenlängen optimiert. Auf diese Weise kann neben dem Kurvenverlauf der optisch wirksamen Oberflächen im Querschnitt ein weiterer Freiheitsgrad zur Erfüllung der zuvor genannten zwei Bedingungen pro Wellenlänge erhalten werden. Die daraus hervorgehende Überbestimmung kann durch die Ausgestaltung einer der optisch wirksamen Oberflächen als sphärische Oberfläche, ebene Oberfläche oder als vor Beginn der Optimierung festgelegte asphärische Fläche behoben werden. 2 schematically shows an optical arrangement with three in abutment, possibly glued, optical elements 24 * . 26 * . 28 * , That the pixel 10 next optical element 28 * does not consist of a homogeneous material in this example. The refractive index of the material was considered to be transverse to the optical axis 6 variable size optimized for aplanasia of the optical arrangement for two wavelengths. In this way, in addition to the curve of the optically active surfaces in cross section, a further degree of freedom to meet the aforementioned two conditions per wavelength can be obtained. The resulting overdetermination can be remedied by designing one of the optically active surfaces as a spherical surface, a planar surface or as an aspherical surface determined before the start of the optimization.

Die Bereiche voneinander abweichender Brechzahl sind in diesem Beispiel in einer diskreten Unterteilung durch parallel zur optischen Achse 6 verlaufende gestrichelte Linien dargestellt (vgl. Brechzahlen n₁ bis n₁₀). Das inhomogen aufgebaute optische Element 28* kann beispielsweise stapelartig mit aufeinander gefügten Segmenten aus die berechneten Brechzahlen aufweisenden Materialien gefertigt sein. Es ist jedoch auch möglich, den Übergang zwischen Bereichen voneinander abweichender Brechzahl im Material des optischen Elements 28* kontinuierlich zu gestalten, falls nötigThe regions of differing refractive index are in this example in a discrete subdivision through parallel to the optical axis 6 extending dashed lines shown (see refractive indices n ₁ to n ₁₀ ). The inhomogeneous optical element 28 * For example, in a stack with segments joined to one another, the materials having the calculated refractive indices can be produced. However, it is also possible for the transition between regions of differing refractive index in the material of the optical element 28 * continuous, if necessary

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung für eine aplanatische Abbildung. Die optische Anordnung weist in diesem Beispiel zwei entlang der optischen Achse 6 zwischen dem Objektraum 30 und dem Bildraum 32 angeordnete optische Elemente 40, 42 (beide in diesem Beispiel bikonvex) mit insgesamt vier asphärischen optisch wirksamen Oberflächen 40a, 40b, 42a, 42b auf. Die optischen Elemente 40, 42 können aus Materialien mit der gleichen Brechzahl oder aus Materialien mit voneinander abweichenden Brechzahlen bestehen. Die beiden optischen Elemente 40, 42 sind in diesem Beispiel entlang der optischen Achse 6 voneinander beabstandet, so dass zwischen ihnen ein Raum 44 entsteht, welcher beispielsweise mit einem die Abbildungseigenschaften der optischen Anordnung beeinflussenden Medium, beispielsweise einem Immersionsmaterial, gefüllt sein kann. Der Zwischenraum 44 kann aber auch evakuiert sein. 3 shows a further embodiment of an optical arrangement for aplanatic imaging. The optical arrangement in this example has two along the optical axis 6 between the object space 30 and the picture space 32 arranged optical elements 40 . 42 (both in this example biconvex) with a total of four aspheric optically active surfaces 40a . 40b . 42a . 42b on. The optical elements 40 . 42 can consist of materials with the same refractive index or materials with divergent refractive indices. The two optical elements 40 . 42 are in this example along the optical axis 6 spaced apart so that there is a space between them 44 arises, which may be filled, for example, with a medium influencing the imaging properties of the optical arrangement, for example an immersion material. The gap 44 but can also be evacuated.

Die optisch wirksamen Oberflächen 40a, 40b, 42a, 42b sind bezüglich ihres Kurvenverlaufs derart optimiert, dass zwei Lichtstrahlen 18, 20 mit unterschiedlichen Wellenlängen (z. B. 400 und 750 nm), welche vom Objektpunkt 8 in die gleiche Richtung ausgehen und auf das erste im Strahlengang angeordnete optische Element 40 treffen, zwischen der im Strahlengang ersten optisch wirksamen Oberfläche 40a des ersten optischen Elements 40 und der im Strahlengang letzten optisch wirksamen Oberfläche 42b des zweiten optischen Elements 42 räumlich voneinander getrennt verlaufen, an einem Ort auf der im Strahlengang letzten optisch wirksamen Oberfläche 42b jedoch wieder zusammengeführt werden und schließlich die optische Anordnung zusammen in Richtung auf den im Bildraum 32 gelegenen Bildpunkt 10 verlassen. Demnach weisen die Lichtstrahlen 18, 20 mit unterschiedlichen Wellenlängen, welche im Objektraum 30 wenigstens annähernd übereinstimmende Ausbreitungspfade aufweisen, auch im Bildraum 32 wenigstens annähernd übereinstimmende Ausbreitungspfade auf.The optically effective surfaces 40a . 40b . 42a . 42b are with respect to their course of the curve optimized so that two light beams 18 . 20 with different wavelengths (eg, 400 and 750 nm), which are from the object point 8th in the same direction and on the first arranged in the beam path optical element 40 meet, between the first optically effective surface in the beam path 40a of the first optical element 40 and the last optically effective surface in the beam path 42b of the second optical element 42 spatially separated from each other, at a location on the last optically effective surface in the beam path 42b however, be brought together again and finally the optical arrangement together in the direction of the image space 32 located pixel 10 leave. Accordingly, the light rays have 18 . 20 with different wavelengths, which in the object space 30 have at least approximately matching propagation paths, even in the image space 32 at least approximately coincident propagation paths.

In 3 weist das zweite optische Element 42 eine in Richtung senkrecht zur optischen Achse 6 geringere Ausdehnung als das erste optische Element 40 auf. Das Größenverhältnis quer zur optischen Achse 6 kann aber auch umgekehrt sein. Alternativ können die optischen Elemente 40, 42 auch die gleiche Ausdehnung quer zur optischen Achse 6 aufweisen.In 3 has the second optical element 42 one in the direction perpendicular to the optical axis 6 less extension than the first optical element 40 on. The size ratio across the optical axis 6 but it can also be the other way around. Alternatively, the optical elements 40 . 42 also the same extension across the optical axis 6 exhibit.

Optische Anordnungen gemäß der Erfindung können insbesondere für hohe numerische Aperturen für wenigstens zwei Wellenlängen jeweils aplanatisch, d. h. für beide Wellenlängen im Wesentlichen frei von sphärischer Abberation und für beide Wellenlängen die Abbesche Sinusbedingung erfüllend, ausgebildet werden. Somit lässt sich eine optische Anordnung mit korrigierten Abbildungsfehlern wie sphärischer Abberation, Farblängsfehler, Farbquerfehler und Koma erster Ordnung herstellen. Wird eine optische Anordnung für die aplanatische Abbildung von mehr als zwei Wellenlängen gewünscht, können weitere optische Elemente mit entsprechend vorhandenen optisch wirksamen Oberflächen oder quer zur optischen Achse variierenden Brechzahlen als Freiheitsgraden zur Erfüllung der Abbildungsbedingungen berücksichtigt werden.optical Arrangements according to the invention can especially for high numerical apertures for at least two wavelengths each aplanatic, d. H. essentially free of both wavelengths spherical aberration and for both wavelengths fulfilling the Abbe sine condition. Thus, an optical arrangement with corrected Aberrations such as spherical aberration, longitudinal chromatic aberration, Create lateral chromatic aberration and first order coma. Is an optical Arrangement for the aplanatic mapping of more than two Wavelengths you may want more optical elements with correspondingly present optically effective Surfaces or transverse to the optical axis varying Refractive indices as degrees of freedom to fulfill the imaging conditions be taken into account.

Mögliche Anwendungsbereiche für die optischen Anordnungen sind beispielsweise in der Mikroskopie von mehrfarbigen Gegenständen, Lupen, Lichteinkopplungseinrichtungen für Lichtwellenleiter, Kameraobjektiven, Teleskopen, Ferngläsern; Projektoren oder Beleuchtungsoptiken für Photolithographie zu finden.Possible Areas of application for the optical arrangements are, for example in the microscopy of multicolored objects, loupes, light coupling devices for optical fibers, camera lenses, telescopes, binoculars; projectors or to find illumination optics for photolithography.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- "Aplanatic Secondary Concentrator for a Hemispherical Primary Reflector by Simultaneously Tailoring Two Optical Surfaces", T. Schmidt, Philipps-Universität Marburg, January 14, 2005, Section 5.5 [0007]

Claims

Optical arrangement for the aplanatic mapping of a number N of wavelengths, where N from the set of natural numbers is greater than or equal to two, - with a number M ≥ N of imaging optical elements ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * . 40 . 42 ), which along an optical axis ( 6 ) between an object space ( 30 ) and a picture space ( 32 ), wherein the imaging behavior of each optical element ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * . 40 . 42 ) from in the direction perpendicular to the optical axis ( 6 ) variable variables, characterized in that - the variable variables are determined such that a number N of light beams of different wavelengths, which in the object space ( 30 ) have at least approximately matching propagation paths, also in the image space ( 32 ) have at least approximately matching propagation paths.

Arrangement according to claim 1, characterized in that at least one of the sizes of a curve of one of the optically active surfaces ( 24a . 24b . 26a . 26b . 28a . 28b . 40a . 40b . 42a . 42b ) of an optical element ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * . 40 . 42 ) in cross-section through the optical axis ( 6 ) and / or the refractive index of the material of one of the optical elements ( 24 * . 26 * . 28 * ).

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that at least two of the optical elements ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * . 40 . 42 ) consist of materials with divergent refractive indices.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two of the optical elements ( 40 . 42 ) are spaced from each other.

Arrangement according to claim 4, characterized in that between the spaced-apart optical elements ( 40 . 42 ) An immersion material, in particular an immersion fluid, surface contacting is provided.

Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two of the optical elements ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * ) are arranged in contact with each other, wherein the mutually facing optically active surfaces ( 24b . 26a ; 26b . 28a ) in cross section have the same curve.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the optical elements provided in abutment with each other ( 24 . 26 . 28 . 24 * . 26 * . 28 * ) are glued together.

Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the curve of at least one of the optically active surfaces ( 24a . 24b . 26a . 26b . 28a . 28b ) is circular arc or rectilinear, or according to any, in particular analytically representable, free-shaped curve is formed.

Arrangement according to one of claims 2 to 8, characterized in that the curves to the optical axis ( 6 ) are rotationally symmetric.

Microscope with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Magnifying glass with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Light coupling device with an optical Arrangement according to one of claims 1 till 9.

Camera lens with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Telescope with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Binoculars with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Projector with an optical arrangement according to a of claims 1 to 9.

Illumination optics for photolithography with an optical arrangement according to one of the claims 1 to 9.