DE102011078693B4

DE102011078693B4 - Abbildende Optik sowie optisches System mit einer derartigen abbildenden Optik

Info

Publication number: DE102011078693B4
Application number: DE102011078693.7A
Authority: DE
Inventors: Marco Pretorius; Markus Seesselberg; Jan Buchheister
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: DE102011078693A1; WO2013004687A1; WO2013004687A8

Abstract

Abbildende Optik (2; 27; 32) zur Abbildung eines Objektfeldes (3) in ein Bildfeld (5),
- mit mindestens einem Variations-Optikmodul (19; 30; 33) mit mindestens zwei refraktiven optischen Variations-Komponenten (20, 21; 28, 29; 35, 36, 38, 39),
-- die zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften gegeneinander verlagerbar ausgeführt sind,
-- die gleichzeitig einen Beleuchtungsstrahlengang (13) zur Beleuchtung des Objektfeldes (3) und einen Abbildungsstrahlengang (14) führen und
-- deren Eintrittsflächen (25) und Austrittsflächen (26) so im Strahlengang (13, 14) orientiert sind, dass an diesen optischen Flächen (25, 26) reflektiertes Beleuchtungslicht (8) nicht in den Abbildungsstrahlengang (14) reflektiert ist,
- wobei mindestens eine der optischen Flächen (25, 26) mindestens einer der optischen Komponenten (20, 21, 23, 24; 28, 29, 31; 35, 36, 38, 39) der abbildenden Optik (2; 27; 32) als Freiformfläche ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine abbildende Optik zur Abbildung eines Objektfeldes in ein Bildfeld. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches System mit einer derartigen abbildenden Optik.
Eine derartige abbildende Optik sowie ein derartiges optisches System sind bekannt aus der DE 103 16 416 A1 , der DE 10 2008 040 944 A1 , der US 4 415 239 A und der US 4 730 910 A .
Die DE 10 2008 040 944 A1 offenbart ein Objektiv für eine Dentalkamera sowie ein Verfahren zur Erstellung einer Aufnahme. Das Objektiv hat mindestens zwei Linsen. Jede der Linsen ist zu einem Beleuchtungsstrahl verkippbar.
Die US 4 730 910 A offenbart eine Funduskamera. Bei einer Ausführung sind als ausgenseitige Komponenten zwei asphärische Linsen vorgesehen, die dezentriert und verkippt angeordnet sind. Zudem offenbart die US4 730 910 A , dass ein Objektivlinsensystem bewegt werden kann, um eine Fokussierung zu unterstützen.
Eine abbildende Optik mit Auflichtbeleuchtung und Okularen ist bekannt aus der EP 1 510 847 A1 . Es sind optische Systeme mit Auflichtbeleuchtung bekannt, die optische Komponenten beinhalten, deren optische Flächen sowohl von einem Beleuchtungsstrahlengang als auch von einem Abbildungsstrahlengang durchgesetzt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine abbildende Optik für ein hiermit ausgerüstetes optisches System bereitzustellen, die einerseits eine gezielte Veränderung von Abbildungseigenschaften ermöglicht und andererseits frei von unerwünschten Auflichtreflexen, also frei von unerwünschten Reflexen von Beleuchtungslicht in den Abbildungsstrahlengang, ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine abbildende Optik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Die Verwendung von mindestens einer Freiformfläche ermöglicht eine Reflexionsvermeidung durch entsprechende Orientierung der Eintritts- und Austrittsflächen insbesondere der Variations-Komponenten, sodass während eines Verlagerungsweges der Variations-Komponenten an keiner genutzten Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls störende Auflichtreflexe entstehen. Bei den Variations-Komponenten handelt es sich um diejenigen Komponenten der abbildenden Optik, die zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften gegeneinander verlagerbar ausgeführt sind. Diejenigen optischen Komponenten, deren Abstand zueinander variabel vorgebbar ist, stellen die Variations-Komponenten dar, auch wenn in einem konkreten Ausführungsbeispiel nur eine der beiden Variations-Komponenten tatsächlich verlagert wird. Das Variations-Optikmodul ist eine Baugruppe, enthaltend die optischen Variations-Komponenten zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften. Auch eine Reflexionsvermeidung durch entsprechende Orientierung der Eintritts- und Austrittsflächen der zusätzlich ggf. vorhandenen starren optischen Komponenten kann durch die Verwendung mindestens einer Freiformfläche gewährleistet werden.
Derartige Freiformflächen sind nicht durch eine mathematische Funktion beschreibbar, die um eine ausgezeichnete Achse, die eine Normale zu einem Flächenabschnitt der optischen Fläche darstellt, rotationssymmetrisch ist. Derartige Freiformflächen sind insbesondere nicht durch eine Kegelschnitt-Asphärengleichung beschreibbar und erfordern zur Beschreibung der optischen Fläche mindestens zwei voneinander unabhängige Parameter. Derartige Freiformflächen können durch eine mathematische Flächendarstellung beschrieben werden, die über eine Referenzachse charakterisiert ist. Hinsichtlich der Charakterisierung einer optischen Fläche als Freiformfläche kommt es auf die Form einer Berandung der optisch wirksamen optischen Fläche nicht an. Natürlich sind aus dem Stand der Technik optisch wirksame Flächen bekannt, die nicht rotationssymmetrisch berandet sind. Derartige optisch wirksame Flächen sind trotzdem durch eine rotationssymmetrische Funktion beschreibbar, wobei ein nicht rotationssymmetrisch berandeter Ausschnitt dieser optischen Fläche zum Einsatz kommt. Beispiele für Freiformflächengestaltungen finden sich in der DE 10 2008 033 342 A1 .
Die mindestens eine Freiformfläche kann dabei so ausgelegt werden, dass Abbildungsabweichungen, die durch die Auflichtreflex-vermeidende Orientierung der Variations-Komponenten oder auch einer der anderen gemeinsam zur Führung des Beleuchtungsstrahlengangs und des Abbildungsstrahlungsgangs genutzten optischen Komponenten der abbildenden Optik erzeugt werden, über die Auslegung der Freiformfläche kompensiert werden. Das Variations-Optikmodul der abbildenden Optik kann mehr als eine Freiformfläche aufweisen. Beispielsweise kann jede der Variations-Komponenten mindestens eine Freiformfläche aufweisen. Auch alle optischen Flächen des Variations-Optikmoduls können als Freiformflächen gestaltet sein. Schließlich ist es möglich, auch zusätzliche optische Komponenten, die neben dem Variations-Optikmodul bei der abbildenden Optik vorgesehen sind, mit mindestens einer Freiformfläche zu gestalten. Dabei kann nur eine der optischen Flächen dieser weiteren Komponenten als Freiformfläche gestaltet sein. Alternativ ist es auch hier möglich, mehrere oder alle der optischen Flächen dieser weiteren Komponenten als Freiformflächen zu gestalten. Die Verlagerbarkeit der Variations-Komponenten des Variations-Optikmoduls kann zur Fokussierung, also zur Anpassung eines Objektabstandes des abzubildenden Objektes zur abbildenden Optik, genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verlagerbarkeit der Variations-Komponenten des Variations-Objektmoduls zur Variation einer Größe eines Bildausschnittes, also zur Variation einer Vergrößerung der abbildenden Optik, genutzt werden. Die Verlagerung der Variations-Komponenten gegeneinander kann durch einen Verlagerungsantrieb geschehen. Bei der Verlagerung der Variations-Komponenten gegeneinander können beide Variations-Komponenten verlagert werden, oder es kann auch nur eine der beiden Variations-Komponenten verlagert werden. Die Variations-Komponenten können ihrerseits aus mehreren optischen Elementen bzw. Unterkomponenten aufgebaut sein. Die abbildende Optik kann dort zum Einsatz kommen, wo eine Auflichtbeleuchtung gebraucht wird, beispielsweise bei einem Operationsmikroskop, bei einer Funduskamera oder bei einem Mikroskop. Die abbildende Optik kann so ausgelegt werden, dass unabhängig von einer Relativposition der optischen Variations-Komponenten des Variations-Optikmoduls zueinander ein zentraler Objektpunkt in ein Zentrum des Bildfeldes oder nahe eines Zentrums des Bildfeldes abgebildet wird. Eine Abweichung eines Bildes des zentralen Objektpunkts vom Zentrum des Bildfelds kann geringer gestaltet werden als 10 % einer typischen Feldgröße. Die abbildende Optik kann Bestandteil eines Varioskops sein, wobei das Variations-Optikmodul als Zoomoptik ausgeführt ist. Es können alle optischen Flächen von optischen Komponenten der abbildenden Optik, die gleichzeitig den Beleuchtungsstrahlengang und den Abbildungsstrahlengang führen, so im Strahlengang orientiert, also insbesondere verkippt, sein, dass an diesen optischen Flächen reflektiertes Beleuchtungslicht nicht in den Abbildungsstrahlengang reflektiert ist. Als Freiformfläche ist eine der gemeinsam zur Führung einerseits des Beleuchtungsstrahlengangs und andererseits des Abbildungsstrahlengangs genutzten Komponenten ausgeführt. Als Freiformfläche kann insbesondere mindestens eine der optischen Flächen mindestens einer der optischen Variations-Komponenten ausgeführt sein.
Eine Verkippung nach Anspruch 2 ermöglicht die Vermeidung von Auflichtreflexen. Alternativ oder zusätzlich können die Variations-Komponenten auch in Bezug auf den Hauptstrahl des Zentralobjektfeldpunktes dezentriert angeordnet sein. Die Verkippung äußert sich in einem von Null verschiedenen Winkel der die Freiformfläche charakterisierenden Referenzachse zum Hauptstrahl des zentralen Optikfeldpunktes. Die Dezentrierung beschreibt dabei den Abstand eines Ursprungs eines die Freiformflächen charakterisierenden lokalen Referenz-Koordinatensystems vom Hauptstrahl des zentralen Objektfeldpunktes. Die Referenzachse, die die mindestens eine Freiformfläche charakterisiert, stellt dabei eine Achse dieses Referenz-Koordinatensystems dar. Alternativ oder zusätzlich können auch die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik, also diejenigen optischen Flächen, die nicht zu den Variations-Komponenten gehören, als Freiformflächen ausgeführt sein. In diesem Fall kann eine die mindestens eine Freiformfläche dieser nicht zu den Variations-Komponenten gehörenden optischen Komponente charakterisierende Referenzachse vorhanden sein, die gegen einen Hauptstrahl eines zentralen Objektfeldpunktes verkippt bzw. dezentriert ist.
Eine Verkippung nach Anspruch 3 in zwei zueinander senkrechten ausgezeichneten Ebenen, z. B. eine Verkippung einer der mindestens zwei optischen Flächen in einer eine optische Achse oder eine Referenzachse zur mathematischen Beschreibung der optischen Flächen enthaltenden ersten Referenzebene und einer anderen der mindestens zwei optischen Flächen in einer zur ersten Referenzebene senkrechten und die optische Achse oder die Referenzachse ebenfalls enthaltenden zweiten Referenzebene der abbildenden Optik, verteilt die Auswirkungen, die diese Verkippung auf die Abbildungseigenschaften der abbildenden Optik hat und erleichtert so den Ausgleich von Abweichungen und insbesondere eine Korrektur von Bildfehlern über eine entsprechende Auslegung der mindestens einen Freiformfläche.
Ein Aperturelement nach Anspruch 4 erleichtert ein Abblocken bzw. ein Ausleiten unerwünschter Hauptlichtreflexe.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 kann zum Ausgleich von Abbildungsabweichungen herangezogen werden. Abbildungsabweichungen, die durch die Verlagerung längs des Hauptstrahls des zentralen Objektfeldpunktes entstehen, können zumindest teilweise durch die Verlagerung senkrecht hierzu kompensiert werden, sodass an die zusätzliche Kompensationswirkung, die an die Auslegung der mindestens einen Freiformfläche gestellt wird, keine so großen Anforderungen gestellt wird, wie ohne die Relativverlagerung mit den beiden zueinander senkrechten Richtungskomponenten.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 6 erleichtert eine mechanische Auslegung der abbildenden Optik. Die beiden Variations-Komponenten werden dabei jeweils längs genau einer Richtungskomponente verlagert. Durch eine solche Verlagerung mit zwei Freiheitsgraden lässt sich erreichen, dass unabhängig von einer Verlagerung der Variations-Komponenten des Variations-Optikmoduls ein zentraler Objektfeldpunkt in einen zentralen Bildfeldpunkt abgebildet wird. Alternativ ist es möglich, die Abbildung so zu gestalten, dass eine Abweichung der Abbildung eines zentralen Objektfeldpunkts vom Zentrum des Bildfeldes geringer ist als 10 % der Feldgröße. Dies erleichtert eine Messauswertung.
Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 7 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße abbildende Optik bereits erläutert wurden. Das Kameramodul kann als Stereokamera ausgeführt sein. Das Kameramodul kann drehbar ausgeführt sein. Alternativ zu einem Kameramodul kann ein monoskopischer oder stereoskopischer visueller Einblick, z. B. durch einen Tubus nach Anspruch 8, vorgesehen sein.
Ein optisches System nach Anspruch 9 erfordert aufgrund des enthaltenen Beleuchtungsmoduls keine externe Lichtquelle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1A ein optisches System mit einer abbildenden Optik zur Abbildung eines Objektfeldes in ein Bildfeld, welches von einem Kameramodul erfasst wird, und mit einem schematisch dargestellten Beleuchtungsmodul zur Ausleuchtung des Objektfeldes, wobei optische Komponenten der abbildenden Optik in einem Meridionalschnitt dargestellt sind und wobei ein Strahlengang der Abbildungsstrahlen zwischen dem Objektfeld und einer Eintrittspupille des Kameramoduls gezeigt ist;
1B das optische System nach 1 A wobei das Beleuchtungsmodul stärker im Detail und ein Beleuchtungsstrahlengang beispielhaft dargestellt ist;
2 eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik, die anstelle der abbildenden Optik nach 1 zum Einsatz kommen kann, ebenfalls in einem Meridionalschnitt und dargestellt mit einer Relativposition der optischen Komponenten „großer Arbeitsabstand“;
3 in einer zu 2 ähnlichen Darstellung die abbildende Optik nach 2, ebenfalls im Meridionalschnitt, dargestellt in der Relativposition nach „mittlerer Arbeitsabstand“ der optischen Komponenten;
4 in einer zu den 2 ähnlichen Darstellung die Komponenten der abbildenden Optik nach 2 in der Relativposition „kleiner Arbeitsabstand“;
5 bis 7 die Komponenten der abbildenden Optik nach 2 in den Relativpositionen nach den 2 bis 4, dargestellt in einem Sagittalschnitt;
8 vergrößert in einem Meridionalschnitt die optischen Komponenten in der Relativposition nach den 2 und 5;
9 vergrößert in einem Meridionalschnitt die optischen Komponenten in der Relativposition nach den 4 und 7;
10 vergrößert in einem Sagittalschnitt die optischen Komponenten in der Relativposition nach den 2 und 5;
11 vergrößert in einem Sagittalschnitt die optischen Komponenten in der Relativposition nach den 4 und 7;
12 bis 21 in einer zu den 2 bis 11 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik, die anstelle der abbildenden Optik in der 1 zum Einsatz kommen kann.

Ein abbildendes optisches System 1 nach 1 (1A und 1B) umfasst eine abbildende Optik 2 zur Abbildung eines Objektfeldes 3 in einer Objektebene 4 in ein Bildfeld 5 in einer Bildebene 6. Das abbildende optische System 1 wird nachfolgend soweit es im Zusammenhang mit einem Kameramodul beschrieben wird, auch als Kamerasystem bezeichnet.
Das abbildende System 1 umfasst ein Kameramodul 7 zur Erfassung einer Intensitätsverteilung von Abbildungslicht 8 über das Bildfeld 5. Das von den Objektpunkten ausgehende (Pfeil 8a) Abbildungslicht 8 wird über eine frontseitige Pupillenöffnung 9 in das Innere des Kameramoduls 7 hin zum Bildfeld 5 geführt. Optische Komponenten zwischen der Pupillenöffnung 9 und dem Bildfeld 5 sind nicht dargestellt. Die Pupillenöffnung 9 ist in einer Pupillenebene 10 eines Abbildungsstrahlengangs des Abbildungslichts 8 angeordnet. Die Pupillenöffnung 9 stellt gleichzeitig eine Aperturblende dar. Auch die Pupillenebene 10 liegt in der xy-Ebene. Im Kameramodul 7 fällt das Abbildungslicht 8 auf einen mit dem Bildfeld 5 zusammenfallenden Abschnitt eines ortsauflösenden Detektionselements 10a, beispielsweise eines CCD-Arrays.
Anstelle des Kameramoduls 7 kann ein gestrichelt angedeuteter Tubus 10b mit einer nicht dargestellten Tubusoptik vorgesehen sein. Das Detektionselement 10a fällt dann weg. Über den Tubus 10b ist ein visueller Einblick zur subjektiven Bilderfassung möglich.
Zum abbildenden System 1 gehört weiterhin ein Beleuchtungsmodul 11 mit einer Lichtquelle 11a zur Erzeugung von Beleuchtungslicht 11b (vgl. 1B). Eine Strahlrichtung des Beleuchtungslichts 11b ist in der 1B durch einen Pfeil 11c angedeutet.
Ein Beleuchtungsstrahlengang 13 und ein Abbildungsstrahlengang 14 sind in der 1B und in der 1A anhand von sieben ausgewählten Objektfeldpunkten dargestellt. Gezeigt sind, was den Abbildungsstrahlengang 14 angeht, jeweils die Verläufe von Hauptstrahlen 15 und von Randstrahlen 16, 17, die von den jeweiligen Objektfeldpunkten ausgehen. 1A zeigt den Abbildungsstrahlengang 14. 1B zeigt beispielhaft einen möglichen Beleuchtungsstrahlengang 13. Eine objektseitige numerische Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs 13 ist kleiner als die vom Kameramodul 7 erfassbare objektseitige numerische Apertur. Auch eine Ausgestaltung des Beleuchtungsstrahlengangs ist möglich, bei der die gesamte erfassbare objektseitige numerische Apertur auch ausgeleuchtet wird. Auch eine Ausgestaltung des Beleuchtungsstrahlengangs ist möglich, bei der die objektseitige numerische Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs 13 größer ist als die vom Kameramodul 7 erfasste objektseitige numerische Apertur.
Zur Erläuterung der Beschreibung von Lagebeziehungen der Komponenten des abbildenden Systems 1 wird nachfolgend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 1 und in diese hinein. Die y-Achse verläuft nach oben. Die z-Achse verläuft nach rechts und parallel zum Hauptstrahl 15_z des zentralen Objektfeldpunktes.
Das von der Lichtquelle 11a ausgehende Beleuchtungslicht 11b durchtritt eine schematisch angedeutete Beleuchtungsoptik 12 und wird in den Abbildungsstrahlengang 14 über einen Strahlteiler 18 eingekoppelt. Dieser ist in Bezug auf einen Hauptstrahl 15_z eines zentralen Objektfeldpunktes um eine Drehachse senkrecht zu einer ersten yz-Referenzebene (Zeichenebene der 1) um etwa 45° verkippt. Der Strahlteiler 18 reflektiert zumindest einen Teil des Beleuchtungslichts 11b und lässt zumindest einen Teil des vom Objektfeld 3 zurückkehrenden Abbildungslichts 8 durch, sodass im Abbildungsstrahlengang nach dem Strahlteiler 18 das in das Kameramodul 7 eintretende Abbildungslicht 8 vom Beleuchtungsstrahlengang 13 entkoppelt ist.
Ein maximaler Einfallswinkel von Abbildungsstrahlen auf die Pupillenebene 10 kann kleiner sein als 40°, kleiner sein als 20°, kleiner sein als 10° oder kann kleiner sein als 5°. Bei der Ausführung der abbildenden Optik 2 beträgt dieser maximale Einfallswinkel rund 8°.
Die abbildende Optik 2 hat ein Variations-Optikmodul 19 mit zwei refraktiven optischen Variations-Komponenten 20, 21. Die Variations-Komponente 21 liegt im Abbildungsstrahlengang 14 zwischen dem Objektfeld 3 und der Variations-Komponente 20. Die Variations-Komponente 20 ist als Linsen-Dublett ausgeführt. Die Variations-Komponente 21 ist als einzelne Meniskuslinse ausgeführt. Die beiden Variations-Komponenten 20, 21 des Variations-Optikmoduls 19 sind zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften der abbildenden Optik 2 relativ zueinander längs einer Verschieberichtung verlagerbar ausgeführt, die in der 1 durch einen Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Die Verschieberichtung 22 verläuft parallel zum Hauptstrahl 15_z des zentralen Objektfeldpunktes. Die Verlagerung führt zu einer entsprechenden Verlagerung der Objektebene 3 in z-Richtung, was durch einen weiteren Doppelpfeil 22a angedeutet ist.
Die Verlagerung der Variations-Komponente 20 erfolgt über einen in der 1 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 20a.
Zwischen dem Variations-Optikmodul 19 und dem Strahlteiler 18 hat die abbildende Optik 2 noch zwei weitere refraktive optische Komponenten 23, 24, die starr, also nicht längs der Verschieberichtung 22 verlagerbar, ausgeführt sind. Die optische Komponente 24 ist die erste optische Komponente im Abbildungsstrahlengang 14 nach dem Variations-Optikmodul 19. Die optische Komponente 23 ist zwischen der optischen Komponente 24 und dem Strahlteiler 18 angeordnet.
Bei den optischen Komponenten 23, 24 handelt es sich ebenfalls um refraktive optische Komponenten. Die optische Komponente 24 ist wiederum als Linsen-Dublett ausgeführt. Die optische Komponente 23 ist als Meniskuslinse ausgeführt.
Die optischen Komponenten 20, 21, 23 und 24, also insbesondere das Variations-Optikmodul 19, führen gleichzeitig den Beleuchtungsstrahlengang 13 und den Abbildungsstrahlengang 14. Eintrittsflächen 25 und Austrittsflächen 26 der optischen Komponenten 20, 21, 23 und 24, gesehen vom Objektfeld 3 her, sind so im Abbildungsstrahlengang 14 und im Beleuchtungsstrahlengang 13 orientiert, dass an diesen optischen Flächen 25, 26 reflektiertes Beleuchtungslicht 11b nicht in den Abbildungsstrahlengang 14 reflektiert ist, also insbesondere nicht in die Pupillenöffnung 9 des Kameramoduls 7 einfällt. Auch Reflexe, die an Kittflächen, beispielsweise von Dubletts, entstehen, dürfen ebenfalls nicht in die Pupillenöffnung 9 des Kameramoduls 7 einfallen.
Der Beleuchtungsstrahlengang 13 ist in der yz-Ebene benachbart zur Pupillenöffnung 9 über den Strahlteiler 18 gefaltet. Die Objektebene 4 und die Bildebene 5 verlaufen parallel zur xy-Ebene.
Die Eintrittsflächen 25 sowie die Austrittsflächen 26 der beiden optischen Komponenten 21 und 23 sind um Kippachsen parallel zur x-Achse verkippt, also, wie in der 1 dargestellt, in der ersten Referenzebene (yz-Ebene) verkippt. Die Eintrittsflächen 25 sowie die Austrittsflächen 26 der beiden optischen Komponenten 20 und 24 sind um Kippachsen parallel zur z-Achse verkippt, also innerhalb einer zweiten Referenzebene (xz-Ebene) verkippt.
Mindestens eine optische Fläche der optischen Komponenten 20, 21, 23, 24 ist als Freiformfläche ausgeführt. Die Freiformflächen sind in den 2 ff. durch eine senkrecht zur Oberfläche verlaufende Strichlierung markiert. Es kann also mindestens eine der Eintrittsflächen 25, mindestens eine der Austrittsflächen 26 oder auch im Falle der Dubletts 20, 24, eine Zwischenfläche 27a als Freiformfläche ausgeführt sein. Die Zwischenfläche 27a kann als Kittfläche ausgeführt sein. Auch mehrere dieser optischen Flächen und insbesondere alle dieser Flächen können als Freiformflächen ausgeführt sein. Alternativ können auch alle Eintrittsflächen 25 oder alle Austrittsflächen 26 als Freiformflächen ausgeführt sein.
Randseitig kann eine der optischen Komponenten 20, 21, 23, 24 als Blendenöffnung und damit als Aperturelement zur Begrenzung eines randseitigen Verlaufs des Abbildungsstrahlengangs 14 ausgebildet sein. Dies kann zur gezielten Absorption bzw. Ableitung von Beleuchtungslicht genutzt werden, welches an den verkippten Flächen der optischen Komponenten 20, 21, 23, 24 reflektiert wird und das Bildfeld 5 nicht erreichen soll.
Anhand der 2 bis 11 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik 27 beschrieben, die anstelle der abbildenden Optik 2 beim abbildenden System 1 zum Einsatz kommen kann.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die abbildende Optik 27 hat im Abbildungsstrahlengang 14 zwischen dem Objektfeld 3 und der Pupillenöffnung 9 insgesamt drei optische Komponenten, nämlich zwei Variations-Komponenten 28, 29 eines Variations-Optikmoduls 30 und, zwischen dem Variations-Optikmodul 30 und dem in der 2 gestrichelt angedeuteten Strahlteiler 18, eine weitere, starre optische Komponente 31. Die dem Objektfeld 3 zugewandte Variations-Komponente 29 ist als Linsen-Dublett mit zwei Meniskuslinsen ausgeführt. Die Variations-Komponente 28 ist ebenfalls als Linsen-Dublett mit einer Bikonkavlinse und einer Bikonvexlinse ausgeführt. Die optische Komponente 31 ist als einzelne Meniskuslinse ausgeführt.
Bei der abbildenden Optik 27 sind eine Eintrittsfläche 25 der Variations-Komponente 29, eine Austrittsfläche 26 der Variations-Komponente 29, eine Austrittsfläche 26 der Variations-Komponente 28 und eine Eintrittsfläche 25 der optischen Komponente 31 als Freiformflächen ausgeführt. Die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik 27 sind als rotationssymmetrische Flächen ausgeführt.
Die Komponenten 28, 29, 31 der abbildenden Optik 27 sind refraktive optische Komponenten.
Die 2 sowie in einer Detailvergrößerung die 8 zeigen die abbildende Optik mit einer Verlagerungsposition der beiden Variations-Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines großen Arbeitsabstandes zwischen der Pupillenebene 10 und der Objektebene 4. Die Variations-Komponente 28 ist in positiver z-Richtung so weit in Richtung auf die Variations-Komponente 29 zu verlagert, dass sich die beiden Variations-Komponenten 28, 29 praktisch berühren.
3 zeigt die Relativposition der beiden Variations-Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines mittleren Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10.
Die 4 und in einer Detailvergrößerung die 9 zeigen eine Relativposition der Variations-Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines kleinen Arbeitsabstandes zwischen der Feldebene 4 und der Pupillenebene 10.
Zwischen den Relativpositionen nach den 8 und 9 ist die Variations-Komponente 28 in negativer z-Richtung so weit verlagert, dass in der Relativposition nach 9 nur noch ein kleiner Abstand zwischen der Variations-Komponente 28 und der optischen Komponente 31 vorliegt. Gleichzeitig ist die Variations-Komponente 29, ausgehend von der Position nach 8, in der 9 um einen Verlagerungsweg Δy in positiver y-Richtung verlagert.
Die Verlagerungsposition „mittlerer Arbeitsabstand“ nach 3 stellt eine Zwischenposition auf dem Verlagerungsweg der Variations-Komponenten 28. 29 zwischen den Verlagerungspositionen nach den 8 und 9 dar.
Eine Relativverlagerung der beiden Variations-Komponenten 28, 29 zueinander erfolgt also mit einer z-Richtungskomponente längs des Hauptstrahls 15_z des zentralen Objektfeldpunktes und gleichzeitig mit einer y-Richtungskomponente senkrecht hierzu. Die Relativverlagerung ist dabei so, dass eine der beiden Komponenten des Variations-Optikmoduls 30, nämlich die Variations-Komponente 28, in der z-Richtung und die andere der beiden Komponenten des Variations-Optikmoduls 30, nämlich die Variations-Komponente 29, senkrecht hierzu in der y-Richtung verlagert wird.
Die Verlagerung der Variations-Komponente 28 erfolgt über einen in der 9 schematisch dargestellten Verlagerungsantrieb 28a.
Die Verlagerung der Variations-Komponente 29 erfolgt über einen ebenfalls in der 9 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 29a. Die beiden Variations-Komponenten 28, 29 des Variations-Optikmoduls 30 bilden zusammen mit der optischen Komponente 31 die Objektebene 3 nach unendlich ab.
Anhand der 12 bis 21 wird nachfolgend eine weitere abbildende Optik 32 beschrieben, die ebenfalls anstelle der abbildenden Optik 2 beim abbildenden System 1 nach 1 zum Einsatz kommen kann. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die abbildende Optik 32 besteht ausschließlich aus Komponenten eines Variations-Optikmoduls 33. Die Komponenten des Variations-Optikmoduls 33 bilden die Objektebene 3 nach unendlich ab. In dieser Hinsicht entspricht das Variations-Optikmodul 33 dem Variations-Optikmodul 30 nach den 2 bis 11 inklusive der optischen Komponente 31. Die Funktion des Variations-Optikmoduls 33 entspricht ansonsten derjenigen des Variations-Optikmoduls 19 bzw. 30, die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 11 bereits erläutert wurden. Eine dem Objektfeld 3 zugewandte Variations-Komponente 34 umfasst zwei Unterkomponenten, nämlich eine dem Objektfeld 3 zugewandte Meniskuslinse 35 und ein Linsen-Dublett 36. Eine weitere, der Pupillenöffnung 9 zugewandte Variations-Komponente 37 des Variations-Optikmoduls 33 umfasst eine bikonvexe Linse 38, die der Pupillenöffnung 9 zugewandt ist, und ein Linsen-Dublett 39.
Bei der abbildenden Optik 32 wird also genau eine Linsengruppe, nämlich die Variations-Komponente 34 mit den beiden optischen Komponenten 35, 36, verlagert.
Eine Eintrittsfläche 25 der Meniskuslinse 35, eine Austrittsfläche 26 des Linsen-Dubletts 36, eine Austrittsfläche 26 des Linsen-Dubletts 39 und eine Austrittsfläche 26 der Linse 38 sind als Freiformflächen ausgeführt. Die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik 32 sind als rotationssymmetrische Flächen ausgeführt.
Die 12 und in einer Detailvergrößerung die 18 zeigen die abbildende Optik 32 in einer Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines großen Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10.
Die 13 zeigt die abbildende Optik 32 in einer Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines mittleren Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10.
Die 14 und im Detail vergrößert die 19 zeigen eine Verlagerungsposition der Variations-Komponenten 34, 37 des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines kleinen Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10.
Zur Verlagerung des Variations-Optikmoduls 33 zwischen den Verlagerungsstellungen nach den 12 bis 14 wird die die Objektfeld 3 zugewandte Variations-Komponente 34 in positiver z-Richtung hin zum Objektfeld 3 verlagert. Beim Verstellen des Arbeitsabstandes der abbildenden Optik 32 wird keine der optischen Komponenten 35, 36, 38, 39 in der x- oder in der y-Richtung verlagert.
Die gemeinsame Verlagerung der beiden optischen Elemente 35, 36 der Variations-Komponente 34 erfolgt über einen in der 18 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 34a.
Die Freiformflächen der abbildenden Optiken 27, 32 lassen sich durch die nachfolgende Flächenformel beschreiben, die in den nachfolgenden Tabellen zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele als „Flächentyp: KXY“ bezeichnet ist: $z = \frac{c v x \cdot x^{2} + c v y \cdot y^{2}}{1 + \sqrt{1 - c v x^{2} (c c x + 1) x^{2} - c v y^{2} (c c y + 1) y^{2}}} + \sum_{i = 0}^{n} \sum_{j = 0}^{i} α_{j, i - j} x^{j} y^{i - j}$
x und y bezeichnen dabei die Koordinaten auf der optischen Fläche, ausgehend von einem Koordinatenursprung, der als Durchstoßpunkt einer z-Achse im lokalen xyz-Koordinatensystem der Freiformfläche definiert ist. Dieser Durchstoßpunkt kann theoretisch auch außerhalb der genutzten optischen Fläche liegen.
z bezeichnet die Pfeilhöhe der Freiformfläche. Die Koeffizienten cvx und cvy beschreiben die Krümmungen der Freiformfläche im xz- und im yz-Schnitt. Die Koeffizienten ccx und ccy sind konische Parameter.
Die Freiformflächenformel weist einen führenden bikonischen Term und ein nachfolgendes xy-Polynom mit Koeffizienten α_ji auf.

In den folgenden Tabellen wird das Ausführungsbeispiel beschrieben, welches den 2 bis 11 zugrunde liegt. Beschrieben ist in Tabelle 1 die Variante in der Relativposition, die zum „kleinen Arbeitsabstand“ gehört und welche in 4 dargestellt ist. Nicht angegebene Konstanten α _k1 (alpha k, 1) sind gleich 0. Zudem gilt: RDX=1/cvx; RDY = 1/cvy. Die Angaben „x y z“ bezeichnen die Lokalsysteme der verschiedenen Flächen bezüglich des Lokalsystems zu Fläche 1; die Einheit ist Millimeter. Die Angaben „exx exy exz“ bezeichnen die Richtung des x-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Die Angaben „eyx eyy eyz“ bezeichnen die Richtung des y-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Die Angaben „ezx ezy ezz“ bezeichnen die Richtung des z-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Fläche 1 entspricht der Pupillenöffnung 9. Die Angabe des Mediums zu einer Fläche ist so zu verstehen, dass der Lichtstrahl im angegebenen Medium verläuft, sobald er die Fläche durchtreten hat. Die unter „Medium“ angegebenen Kürzel wie beispielsweise „N-PK 52A“ beziehen sich auf die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Glassorten und sind dem aktuellen Katalog der optischen Gläser der Schott AG entnommen (Ausgabe Mai 2011). Dieser ist beispielsweise online unter http ://www.schott.com/advanced optics/english/download/schott_optical_ glass_pocket_catalogue_may_2011_en.pdf abrufbar. Tabelle 1: Ausführungsbeispiel zu Fig. 4

Fläche Nr.	1	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	0
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1

Fläche Nr.	2	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-PK52A	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	0	44
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9837756334423198	0.1794031857163143
ezx	ezy	ezz
0	-0.1794031857163143	0.9837756334423198
RDY	-170.102121

Fläche Nr.	3	Flächentyp: KXY
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	-0.6554149999999999	48.5
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9651804487793452	0.2615849791064122
ezx	ezy	ezz
0	-0.2615849791064122	0.9651804487793452
RDX	-239.709649
RDY	-85.118363
CCX	0.000000

CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	-3.316327e-03
0	2	1.114535e-03
2	1	-4.073101e-05
0	3	-3.212235e-05
4	0	3.459538e-07
2	2	2.616513e-07
0	4	1.061355e-07
4	1	9.628452e-09
2	3	8.393582e-09
0	5	5.169824e-10

Fläche Nr.	4	Flächentyp: KXY
Medium:	N-PK51	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	-1.171132	57.5
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.960081276469539	-0.2797211872072273
ezx	ezy	ezz
0	0.2797211872072273	0.960081276469539
RDX	454.525309
RDY	-932.327343
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	4.883200e-03
0	2	6.242278e-03
2	1	-1.541434e-05
0	3	-1.152281 e-05
4	0	4.948645e-07
2	2	7.134341e-07
0	4	2.516236e-07
4	1	1.021739e-08
2	3	7.000242e-09
0	5	-3.892305e-10

Fläche Nr.	5	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-SF66	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	0	68.87026400000001
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9714574300770291	-0.2372139573215162
ezx	ezy	ezz
0	0.2372139573215162	0.9714574300770291
RDY	-667.057684

Fläche Nr.	6	Flächentyp: Sphärisch
Medium:	LUFT	Hersteller: z
x	y
0	-0.6437169999999998	71.87026400000001
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9642794713636933	-0.2648869591100254
ezx	ezy	ezz
0	0.2648869591100254	0.9642794713636933
RDY	607.709944

Fläche Nr.	7	Flächentyp: KXY
Medium:	N-LASF44	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	3.025698000000001	103.3
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9594740962691601	-0.2817968392095241
ezx	ezy	ezz
0	0.2817968392095241	0.9594740962691601
RDX	331.598751
RDY	-386.412156
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	8.640401e-04
0	2	4.815790e-03
2	1	-4.930274e-05
0	3	-3.066782e-05
4	0	1.071602e-06
2	2	1.388790e-06
0	4	3.954612e-07

Fläche Nr.	8	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-SF66	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	5.139174294071431	110.4960557220187
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9304059959727887	-0.3665306026212314
ezx	ezy	ezz
0	0.3665306026212314	0.9304059959727887
RDY	53.498204

Fläche Nr.	9	Flächentyp: KXY
Medium:	LUFT	Hersteller:

x	y	z
0	6.689056909723814	115.7731632514991
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9434375517996789	-0.3315502765105595
ezx	ezy	ezz
0	0.3315502765105595	0.9434375517996789
RDX	48.589505
RDY	53.218455
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	-3.305736e-03
0	2	-2.034866e-03
2	1	-2.465846e-05
0	3	-1.002891e-05
4	0	2.750502e-07
2	2	2.656296e-07
0	4	3.738444e-09
4	1	-5.496640e-09
2	3	-1.358851e-08
0	5	-5.793797e-09

Fläche Nr.	10	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	122
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1
RDY	0.000000

Fläche Nr.	11	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	324
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1
RDY	0.000000

Die Variante zur Relativposition „mittlerer Arbeitsabstand“ für das Ausführungsbeispiel aus der 3 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt: Ausführungsbeispiel zu Fig. 3 Mittlerer Arbeitsabstand

Fläche Nr.	4
x	Y	z
0	-1.171132	77.677814

Fläche Nr.	5
x	Y	z
0	0	89.048078

Fläche Nr.	6
x	Y	z
0	-0.6437169999999998	92.048078

Fläche Nr.	7
x	y	z
0	0.247319	103.3

Fläche Nr.	8
x	y	z
0	2.360795294071431	110.4960557220187

Fläche Nr.	9
x	y	z
0	3.910677909723813	115.7731632514991

Fläche Nr.	11
x	y	z
0	0	479

Die Variante zur Relativposition „großer Arbeitsabstand“ für das Ausführungsbeispiel aus der 2 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt:

Ausführungsbeispiel zu 2 Großer Arbeitsabstand

Fläche Nr.	4
x	Y	z
0	-1.171132	88.48288199999999

Fläche Nr.	5
x	Y	z
0	0	99.853146

Fläche Nr.	6
x	Y	z
0	-0.6437169999999998	102.853146

Fläche Nr.	7
x	y	z
0	-0.916638	103.3

Fläche Nr.	8
x	y	z
0	1.196838294071431	110.4960557220187

Fläche Nr.	9
x	y	z
0	2.746720909723813	115.7731632514991

Fläche Nr.	11
x	y	z
0	0	635

In den folgenden Tabellen wird das Ausführungsbeispiel beschrieben, welches den 12 bis 21 zugrunde liegt. Beschrieben ist in Tabelle 2 die Variante in der Relativposition, die zum „kleinen Arbeitsabstand“ gehört und welche in 14 dargestellt ist. Nicht angegebene Konstanten α _k1 (alpha_k, 1) sind gleich 0. Zudem gilt: RDX=1/cvx; RDY = 1/cvy. Die Angaben „x y z“ bezeichnen die Lokalsysteme der verschiedenen Flächen bezüglich des Lokalsystems zu Fläche 0; die Einheit ist Millimeter. Die Angaben „exx exy exz“ bezeichnen die Richtung des x-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Die Angaben „eyx eyy eyz“ bezeichnen die Richtung des y-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Die Angaben „ezx ezy ezz“ bezeichnen die Richtung des z-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Fläche 0 entspricht der Pupillenöffnung 9. Die Angabe des Mediums zu einer Fläche ist so zu verstehen, dass der Lichtstrahl im angegebenen Medium verläuft, sobald er die Fläche durchtreten hat. Die unter „Medium“ angegebenen Kürzel wie beispielsweise „N-PK 53“ beziehen sich auf die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Glassorten und sind dem aktuellen Katalog der optischen Gläser der Schott AG entnommen (Ausgabe Mai 2011). Dieser ist beispielsweise online unter http://www.schott.com/advanced optics/english/download/schott_optical_ glass_pocket_catalogue_may_2011_en.pdf abrufbar. Tabelle 2: Ausführungsbeispiel zu Fig. 14

Fläche Nr.	0	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	0
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1

Fläche Nr.	1	Flächentyp: KXY
Medium:	P-PK53	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	-0.540959	44
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9659258262890683	-0.2588190451025207
ezx	ezy	ezz
0	0.2588190451025207	0.9659258262890683
RDX	-436.305672
RDY	244.871562
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	2.305089e-03
1	1	-1.961383e-04
0	2	-1.086664e-03
3	0	-2.866679e-05
2	1	-1.471717e-05
1	2	-3.605414e-05
0	3	9.567453e-07
4	0	-5.264173e-07
3	1	7.786697e-07
2	2	1.907950e-07
1	3	1.094817e-06
0	4	3.674618e-07
	0	8.238225e-09
5 4	1	1.932793e-08
3	2	2.458507e-08
2	3	-1.702729e-10
1	4	1.190706e-08
0	5	-2.056332e-08
6	0	2.976716e-10
5	1	-3.734873e-10
4	2	2.555383e-10
3	3	-1.004882e-09
2	4	1.340956e-10
1	5	-7.447032e-1 0
0	6	2.224027e-10

Fläche Nr.	2	Flächentyp: Sphäre
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0.7531362255126037	48.82962913144534
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9659258262890683	-0.2588190451025207
ezx	ezy	ezz
0	0.2588190451025207	0.9659258262890683
RDY	-399.651627
Fläche Nr.	3	Flächentyp: KXY
Medium:	P-PK53	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
1.063939	0	52.6
exx	exy	exz
0.9659258262890683	0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDX	-101.500447
RDY	-62.171332
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	1.067386e-02

1 0	1 2	2.298249e-04 1.409776e-02
3	0	3.385375e-05
2	1	1.241867e-05
1	2	4.235964e-05
0	3	-1.432995e-06
4	0	8.643002e-07
3	1	-7.497370e-07
2	2	8.521928e-07
1	3	-1.055672e-06
0	4	3.033558e-07
5	0	-1.735162e-09
4	1	-1.527084e-08
3	2	-1.346266e-08
2	3	3.765862e-09
1	4	-8.840041e-09
0	5	2.594443e-08
6	0	-1.682484e-10
5	1	2.341912e-10
4	2	-2.236872e-10
3	3	6.301172e-10
2	4	-1.086680e-10
1	5	5.545305e-10
0	6	-1.448558e-10

Fläche Nr.	4	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-SF66	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
2.875672315717645	0	59.36148078402348
exx	exy	exz
0.9659258262890683	0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDY	-301.616778

Fläche Nr.	5	Flächentyp: Sphäre
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
3.80742087808672	0	62.83881375866412
exx	exy	exz
0.9659258262890683	0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDY	1593.163604

Fläche Nr.	6	Flächentyp: KXY
Medium:	N-SSK8	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	0	99
		exz
exx 0.9659258262890683	exy 0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDX	-264.972629
RDY	-280.951194
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	-1.170631e-03
1	1	1.337185e-04
0	2	-1.860734e-03
3	0	-3.575536e-06
2	1	-8.794331e-06
1	2	1.112212e-05
0	3	-1.827406e-05
4	0	1.079125e-06
3	1	-2.313551e-07
2	2	1.659866e-06
1	3	1.937796e-08
0	4	9.103396e-07
5	0	-1.541027e-08
4	1	1.955001e-08
3	2	-3.391982e-08
2	3	2.808398e-08
1	4	-2.017594e-08
0	5	1.552720e-08
6	0	-1.081426e-10
5	1	-3.971836e-10
4	2	-1.756341e-11
3	3	-4.764189e-10
2	4	-3.338145e-10
1	5	-8.977737e-11
0	6	-2.865713e-10

Fläche Nr.	7	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-SF6	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0.6729295172665557	0	101.5114071483516
exx	exy	exz
0.9659258262890683	0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDY	104.243682

Fläche Nr.	8	Flächentyp: Sphäre
Medium:	LUFT	Hersteller:
x 1.759969506697143	y 0	z 105.5682956187657
exx	exy	exz
0.9659258262890683	0	-0.2588190451025207
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0.2588190451025207	0	0.9659258262890684
RDY	547.488988

Fläche Nr.	9	Flächentyp: Sphäre
Medium:	N-SK5	Hersteller: SCHOTT
x	y	z
0	0	119
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9659258262890683	-0.2588190451025207
ezx	ezy	ezz
0	0.2588190451025207	0.9659258262890684
RDY	267.198663

Fläche Nr.	10	Flächentyp: KXY
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	1.294095225512604	123.8296291314454
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	0.9659258262890683	-0.2588190451025207
ezx	ezy	ezz
0	0.2588190451025207	0.9659258262890684
RDX	-125.906960
RDY	53.408079
CCX	0.000000
CCY	0.000000
k	I	Koeffizient alpha_k,l zu (x*k)(y**I)
2	0	8.264826e-03
1	1	1.708655e-04
0	2	-5.749938e-03
3	0	-2.927335e-05
2	1	-4.629718e-06
1	2	-9.138780e-06
0	3	-1.454081e-05
4	0	1.677784e-06
3	1	-5.333602e-07
2	2	2.366516e-06
1	3	-5.920024e-08
0	4	1.280144e-07
5	0	-2.232395e-08
4	1	3.665385e-08
3	2	-3.904649e-08
2	3	4.653573e-08
1	4	-2.056444e-08
0	5	1.936619e-08
6	0	8.816679e-11
5	1	-5.245902e-10
4	2	3.663081e-10
3	3	-1.015639e-09
2	4	3.799061e-11
1	5	-4.972656e-10
0	6	-1.417384e-10

Fläche Nr.	11	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	322.0
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1

Fläche Nr.	12	Flächentyp: Plan
Medium:	LUFT	Hersteller:
x	y	z
0	0	322.
exx	exy	exz
1	0	0
eyx	eyy	eyz
0	1	0
ezx	ezy	ezz
0	0	1

Die Variante zur Relativposition „mittlerer Arbeitsabstand“ für das Ausführungsbeispiel aus der 13 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 2 die folgenden Änderungen vornimmt:

Ausführungsbeispiel zu 13 (mittlerer Arbeitsabstand)

Fläche Nr.	6
x	y	z
0	0	78.719403

Fläche Nr.	7
x	y	z
0.6729295172665544	0	81.23081014835158

Fläche Nr.	8
x	y	z
1.759969506697141	0	85.28769861876567

Fläche Nr.	9
x	y	z
0	0	98.71940300000001

Fläche Nr.	10
X	y	z
0	1.294095225512604	103.5490321314454

Fläche Nr.	11
X	y	z
0	0	477.

Fläche Nr.	12
X	y	z
0	0	477.

Die Variante zur Relativposition „großer Arbeitsabstand“ für das Ausführungsbeispiel aus 12 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt: Ausführungsbeispiel zu Fig. 12 (großer Arbeitsabstand)

Fläche Nr.	6
x	y	z
0	0	69

Fläche Nr.	7
x	y	z
0.6729295172665541	0	71.51140714835158

Fläche Nr.	8
x	y	z
1.759969506697141	0	75.56829561876567

Fläche Nr.	9
x	y	z
0	0	89.

Fläche Nr.	10
x	y	z
0	1.294095225512604	93.82962913144536

Fläche Nr.	11
x	y	z
0	0	632.0

Fläche Nr.	12
x	y	z
0	0	632.0

Das lokale xyz-Koordinatensystem der jeweils beschriebenen Freiformfläche wird zur Unterscheidung vom globalen xyz-Koordinatensystem der abbildenden Optik 27, 32 auch mit gestrichenen Koordinaten x' y' z' bezeichnet. Bei x' = 0 und y' = 0 verläuft längs der z'-Richtung eine die Freiformfläche entsprechend dieser Flächenformel charakterisierende Referenzachse. Diese Referenzachse wird nachfolgend auch als z'-Achse bezeichnet. Die Koordinaten dieser z-Achse bezüglich des Koordinatensystems der Pupillenöffnung 9 des Kameramoduls 7 sind in der Tabelle 1 mit ezx, ezy und ezz bezeichnet. Die Referenzachse z' ist bei den Freiformflächen-Komponenten der abbildenden Optiken 27 und 32 gegen die z-Richtung des Hauptstrahls 15_z des zentralen Objektfeldpunktes verkippt. In den 18 bis 21 sind beispielhaft einige der z'-Achsen eingezeichnet. Hervorzuheben ist, dass die z'-Achsen nicht einer der optischen Komponenten, sondern jeweils einer der optischen Flächen zugeordnet sind, da sie zum die jeweilige Freiformfläche beschreibenden lokalen x' y' z'-Koordinatensystem gehören.
Alternativ zu einer Verkippung der Freiform-Referenzachse z' zur z-Richtung des Hauptstrahls 15_z des zentralen Objektfeldpunktes kann die Freiform-Referenzachse z' zum Verlauf des Hauptstrahls 15_z auch dezentriert sein, sodass die Freiform-Referenzachse z' parallel zum Hauptstrahl 15_z und beabstandet zu diesem verläuft.
Die Freiformflächen können bei nicht dargestellten Varianten von abbildenden Optiken, die anstelle der abbildenden Optiken 2, 27 und 32 beim abbildenden System 1 zum Einsatz kommen können, durch andere Flächenformen beschrieben werden. Ein Beispiel hierfür ist die folgende Flächenformel: $z = \frac{p_{x} x^{2} + p_{y} y}{1 + \sqrt{1 - (1 + κ_{x}) p^{2}_{x} x^{2} - (1 + κ_{y}) p^{2}_{y} y^{2}}} + {\sum_{k = 1} a r_{k} \cdot [(1 - a p_{k}) \cdot x^{2} + (1 + a p_{k}) \cdot y^{2}]}^{k + 1}$
Dabei bezeichnen x und y Koordinaten auf der optischen Fläche, ausgehend von der z-Referenzachse. z bezeichnet die Pfeilhöhe der Freiformoptischen Fläche, p_x bzw. p_y die Krümmung in x- bzw. y-Richtung. κ_x und κ_y sind konische Konstanten und ar_κ und ap_κ sind Koeffizienten.
Eine weitere Flächenformel zur Beschreibung alternativer Freiformflächen, die bei weiteren Varianten von abbildenden Optiken anstelle der abbildenden Optiken 1, 27 und 32 zu Einsatz kommen können, ist Folgende: $Z = \frac{c r^{2}}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) c^{2} r^{2}}} + \sum_{j = 2}^{66} C_{j} X^{m} Y^{n}$
wobei gilt: $j = \frac{{(m + n)}^{2} + m + 3 n}{2} + 1$
Z ist die Pfeilhöhe der Freiformfläche am Punkt x, y. Es gilt dabei: x² + y² = r².
c ist eine Konstante, die der Scheitelpunktkrümmung einer entsprechenden Asphäre entspricht. k entspricht einer konischen Konstante einer entsprechenden Asphäre. C_j sind die Koeffizienten der Monome X^mYⁿ Die Ordnung des Monoms, m + n, kann variiert werden. Ein Monom höherer Ordnung kann zu einem Design der abbildenden Optik mit besserer Bildfehlerkorrektur führen, ist jedoch aufwendiger zu berechnen. m + n kann z. B. Werte zwischen 3 und mehr als 20 einnehmen.
Freiformflächen können mathematisch auch durch Zernike-Polynome beschrieben werden, die beispielsweise im Manual des optischen Designprogramms CODE V^Ⓡ erläutert werden. Alternativ können Freiformflächen mit Hilfe zweidimensionaler Spline-Oberflächen beschrieben werden. Beispiele hierfür sind Bezier-Kurven oder nicht-uniforme rationale Basis-Splines (non-uniform rational basis splines, NURBS). Zweidimensionale Spline-Oberflächen können beispielsweise durch ein Netz von Punkten in einer xy-Ebene und zugehörige z-Werte oder durch diese Punkte und ihnen zugehörige Steigungen beschrieben werden. Abhängig vom jeweiligen Typ der Spline-Oberfläche wird die vollständige Oberfläche durch Interpolation zwischen den Netzpunkten unter Verwendung z. B. von Polynomen oder Funktionen, die bestimmte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Kontinuität und Differenzierbarkeit haben, gewonnen. Beispiele hierfür sind analytische Funktionen.
Das Kameramodul 7 kann als Stereokamera, insbesondere als drehbare Stereokamera, ausgebildet sein. Eine Drehachse verläuft dabei senkrecht zur Ebene der Pupillenöffnung 9 und kann mittig zwischen den genutzten Teilpupillen die Pupillenebene durchstoßen.
Die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 können beispielsweise Bestandteil eines Stereomikroskops nach Art dessen sein, welches in der DE 2004 052 253 A beschrieben ist.
Die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 können mit Ausnahme des Strahlleiters 18 ausschließlich unter Verwendung refraktiver, optischer Elemente ausgeführt sein. Alternativ können die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 auch andere optische Elemente wie beispielsweise diffraktive optische Elemente (DOE) enthalten.

Claims

Abbildende Optik (2; 27; 32) zur Abbildung eines Objektfeldes (3) in ein Bildfeld (5), - mit mindestens einem Variations-Optikmodul (19; 30; 33) mit mindestens zwei refraktiven optischen Variations-Komponenten (20, 21; 28, 29; 35, 36, 38, 39), -- die zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften gegeneinander verlagerbar ausgeführt sind, -- die gleichzeitig einen Beleuchtungsstrahlengang (13) zur Beleuchtung des Objektfeldes (3) und einen Abbildungsstrahlengang (14) führen und -- deren Eintrittsflächen (25) und Austrittsflächen (26) so im Strahlengang (13, 14) orientiert sind, dass an diesen optischen Flächen (25, 26) reflektiertes Beleuchtungslicht (8) nicht in den Abbildungsstrahlengang (14) reflektiert ist, - wobei mindestens eine der optischen Flächen (25, 26) mindestens einer der optischen Komponenten (20, 21, 23, 24; 28, 29, 31; 35, 36, 38, 39) der abbildenden Optik (2; 27; 32) als Freiformfläche ausgeführt ist.
Abbildende Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variations-Komponenten (20, 21; 28, 29; 35, 36, 38, 39) eine die mindestens eine Freiformfläche charakterisierende Referenzachse (z') aufweisen, die gegen einen Hauptstrahl (15_z) eines zentralen Objektfeldpunktes verkippt ist.
Abbildende Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkippung mindestens zweier optischer Flächen (25, 26) der Variations-Komponenten (20, 21; 28, 29; 35, 36, 38, 39) in zueinander senkrechten ausgezeichneten Ebenen (xz, yz) erfolgt.
Abbildende Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Aperturelement zur Begrenzung eines maximalen Einfallswinkels in eine Austritts-Pupillenebene (10) der abbildenden Optik (2; 27; 32).
Abbildende Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung des Variations-Optikmoduls (30) derart, dass eine Relativverlagerung der beiden Variations-Komponenten (28, 29) zueinander mit einer Richtungskomponente (z) längs des Hauptstrahls (15_z) des zentralen Objektfeldpunktes und zusätzlich mit einer Richtungskomponente (y) senkrecht hierzu erfolgt.
Abbildende Optik nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung des Variations-Optikmoduls (30) derart, dass die Relativverlagerung der einen (28) der beiden Variations-Komponenten (28, 29) mit der Richtungskomponente (z) längs des Hauptstrahls (15_z) des zentralen Objektfeldpunktes und die Relativverlagerung der anderen (29) der beiden Variations-Komponenten (28, 29) mit der Richtungskomponente (y) senkrecht zum Hauptstrahl (15_z) des zentralen Objektfeldpunktes erfolgt.
Optisches System (1) - mit einer abbildenden Optik (2; 27; 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - mit einem Kameramodul (7) zur Bilderfassung.
Optisches System (1) - mit einer abbildenden Optik (2; 27; 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - mit einem Tubus (10b) zur Gewährung eines visuellen Einblicks zur Bilderfassung.
Optisches System nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Beleuchtungsmodul (11) zur Beleuchtung des Objektfeldes (3) über den Beleuchtungsstrahlengang (13).