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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv, insbesondere ein katadioptrisches Objektiv, sowie ein optisches Gerät, insbesondere ein optisches Beobachtungs-, Behandlungs- oder Bearbeitungsgerät.
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In der medizinischen Behandlung mittels Laserstrahlen oder auch in der Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen treten häufig Situationen auf, in denen ein Laserstrahl auf die Behandlungsstelle bzw. die Bearbeitungsstelle fokussiert werden soll, wobei gleichzeitig eine Beobachtung mit geringer Vergrößerung stattfinden soll, um die Behandlung bzw. Bearbeitung zu überwachen.
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Ein optisches Behandlungsgerät für die Kataraktchirurgie, bei dem ein Laserstrahl als chirurgisches Instrument vorhanden ist und bei dem gleichzeitig die Beobachtung des Operationssitus mittels eines Operationsmikroskops erfolgt, ist bzw. in
DE 10 2010 022 298 A1 beschrieben. In diesem System wird der Laserstrahl entweder unterhalb des Hauptobjektivs eines Operationsmikroskops oder durch das Hauptobjektiv des Operationsmikroskops hindurch in Richtung auf das zu behandelnde Auge gelenkt. Unterhalb des Operationsmikroskops befindet sich dabei ein weiteres Objektiv zum fokussieren des Laserstrahls.
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Außerdem ist es in manchen Situationen wünschenswert, ein optisches Beobachtungsgerät zur Verfügung zur haben, bei dem zwischen einer starken Vergrößerung und einer geringen Vergrößerung gewechselt werden kann. Wenn beispielsweise bei Arbeiten mit einer hohen Vergrößerung zwischendurch immer mal wieder ein Überblick mit geringer Vergrößerung über das Objektfeld benötigt wird, ist es wünschenswert, wenn nicht jedes Mal die Vergrößerung mittels eines Vergrößerungswechslers, der meist bewegte Teile in Objektnähe erfordert, verändert werden muss.
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Die
US 5,161,051 A beschreibt ein katadioptrisches Teleskop, mit dem Simultan ein weites und ein enges Gesichtsfeld auf verschiedene Bereiche eines Detektors abgebildet werden können.
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Die
US 5,497,266 A beschreibt ein katadioptrisches Teleskop, das sowohl zur Tagsicht als auch zur Nachtsicht geeignet ist.
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Die
GB 2 158 261 A beschreibt ein katadioptrisches Teleskop, das sowohl zur Beobachtung im visuellen als auch zur Beobachtung im infraroten Spektralbereich geeignet ist. Der visuelle Spektrlabereich und der infrarote Spektralbereich werden mittels eines dichroitischen Strahlteilers getrennt, wobei der dichroitische Strahlteiler den visuellen Spektralbereich reflektiert und den infraroten Spektralbereich passieren lässt.
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WO 2013/170145 A1 und Dimitre G. Ouzounov et al. „Miniature variofocal objective lens for endomicroscopy”, Optics Letters Vol. 38, No 16, Seiten 3103 bis 3106 beschreiben eine katadioptrische Linse für den Einsatz in der Scanning-Mikroskopie. Das Objektiv, das zum Fokussieren von Anregungsstrahlung dient, ist aus drei Elementen aufgebaut und fokussiert ein von einem Faserende ausgehendes Anregungsstrahlenbündel je nach Wellenlänge mit einer kurzen oder einer langen Brennweite. Vom Faserende zum Objekt hin besteht die Linse aus einer Plankonvexlinse, einer Meniskuslinse und einer dritten Linse mit einer konvexen Linsenfläche, die der Meniskuslinse zugewandt ist. Diese konvexe Linsenfläche ist in einem zentralen Bereich mit einer dichroitischen Beschichtung versehen. In ihrem äußeren Bereich transmittiert die konvexe Linsenfläche Licht mit einer Wellenlänge von 800 nm. Die der Plankonvexlinse zugewandte konvexe Linsenfläche der Meniskuslinse ist mit einer peripheren dichroitischen Beschichtung versehen. Ein vom Faserende ausgehendes Anregungsstrahlenbündel mit einer Wellenlänge von 800 nm wird von der zentralen dichroitischen Beschichtung auf der konvexen Linsenfläche der dritten Linse in Richtung auf die Plankonvexlinse reflektiert. Nach dem Durchgang durch die Plankonvexlinse erfolgt an der peripheren dichroitischen Beschichtung eine Rückreflexion in Richtung auf den den zentralen Bereich umgebenden und Licht mit einer Wellenlage von 800 nm transmittierenden Bereich der dritten Linse, wobei das Strahlenbündel mit einer kurzen Brennweite fokussiert wird. Ein vom Faserende ausgehendes Anregungsstrahlenbündel mit einer Wellenlänge von 406 nm lässt die zentrale dichroitische Schicht dagegen passieren, wobei dieses Anregungslicht mit einer langen Brennweite fokussiert wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Objektiv zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, gleichzeitig eine Beobachtung mit einer geringen Vergrößerung vorzunehmen und Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahlung mit einer starken Fokussierung auf das Beobachtungsobjekt zu leiten, oder bei dem es möglich ist, gleichzeitig mit unterschiedlichen Vergrößerungen zu beobachten. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes optisches Gerät, insbesondere ein vorteilhaftes optisches Beobachtungsgerät, ein optisches vorteilhaftes Behandlungsgerät oder ein vorteilhaftes optisches Bearbeitungsgerät, zur Verfügung zu stellen.
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Die erste Aufgabe wird durch ein Objektiv nach Anspruch 1 gelöst, die weitere Aufgabe durch ein optisches Gerät nach Anspruch 14. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung wird ein Objektiv mit einer Linsenkombination aus einer ersten Linse, welche eine zentrale dichroitische Schicht aufweist, die von einem ringförmigen Bereich ohne dichroitische Schicht umgeben ist, und wenigstens einer zweiten Linse, die eine konkave Linsenfläche mit einer ringförmigen dichroitischen Schicht und einen von der ringförmigen dichroitischen Schicht umgebenen zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht aufweist, zur Verfügung gestellt. Die ringförmige dichroitische Schicht und die zentrale dichroitische Schicht reflektieren jeweils Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich und lassen Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich passieren. In der Linsenkombination sind erste Linse und die zweite Linse derart geformt und auf einer gemeinsamen optischen Achse hintereinander angeordnet, dass ein von der ringförmigen dichroitischen Schicht in Richtung auf die zentrale dichroitische Schicht reflektiertes Strahlenbündel von der zentralen dichroitischen Schicht in Richtung auf den von der ringförmigen dichroitischen Schicht umgebenen zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht reflektiert wird, bzw. dass ein von dem zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht kommendes Strahlenbündel von der zentralen dichroitischen Schicht in Richtung auf die den zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht umgebende ringförmige dichroitische Schicht reflektiert wird. Dabei sind die Brechungsindizes sowie die Krümmungsradien der ersten Linse und der zweiten Linse derart gewählt, dass die Linsenkombination aus erster Linse und zweiter Linse für den ersten Wellenlängenbereich und den zweiten Wellenlängenbereich dieselbe Objektschnittweite aufweist. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Objektivs kann zudem für den ersten und den zweiten Wellenlängenbereich dieselbe Bildschnittweite, also derselbe Abstand zwischen dem Flächenscheitel der Hinterlinse und der Bildebene, vorliegen. Um dies zu erreichen kann die Linsenkombinatión ggf. eine oder mehrere weitere Linsen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Objektiv auch weitere Linsen aufweisen, um Bildfehler wie Bildfeldwölbung, sphärische Aberration, chromatische Aberration, etc. zu reduzieren.
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Der erste Wellenlängenbereich, den die dichroitischen Schichten reflektieren, kann insbesondere ein schmalbandiger Wellenlängenbereich sein. Außerdem kann er am Rand des sichtbaren Spektralbereiches oder außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegen.
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Für die reflektierte Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches stellt das Objektiv ein katadioptrisches Objektiv dar, also ein Objektiv, in dem sowohl brechende als auch reflektierende optische Elemente zum Einsatz kommen, wohingegen es für die Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich ein refraktives Objektiv darstellt, in dem lediglich brechende optische Elemente zum Einsatz kommen. Die Brennweite des katadioptrischen Objektivs ist dabei im Wesentlichen durch die Krümmungsradien der mit den dichroitischen Schichten versehenen Linsenflächen bestimmt. Die Brennweite des refraktiven Objektivs für die Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich wird dagegen durch die Brechkraft der Linsen bestimmt, die wiederum durch den Brechungsindex des Linsenmaterials und die Krümmungsradien der Linsenflächen bestimmt ist. Die brechende Wirkung der mit den dichroitischen Schichten versehenen Linsenflächen kann dabei durch die übrigen Linsenflächen weitgehend kompensiert werden, sodass das Objektiv für die Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich eine große Brennweite aufweisen kann, wobei es gleichzeitig für die Strahlung im ersten Wellenlängenbereich eine kurze Brennweite aufweisen kann. Dies ermöglicht es beispielsweise, ein Objekt in den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen mit unterschiedlichen Vergrößerungen, insbesondere mit einer hohen Vergrößerung und einer geringen Vergrößerung, zu beobachten. Daneben ermöglicht es das erfindungsgemäße Objektiv beispielsweise, im ersten Wellenlängenbereich einen Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl auf das Behandlungs- bzw. Bearbeitungsobjekt zu fokussieren und das Behandlungs- bzw. Bearbeitungsobjekt gleichzeitig im zweiten Wellenlängenbereich ohne Vergrößerung oder einer geringen Vergrößerung zu beobachten. Hierbei ist der erste Wellenlängenbereich in der Regel schmalbandig. Außerdem kann er am Rand oder außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegen, bspw. im nahen Infrarot oder im nahen Ultraviolett, so dass der für die Beobachtung verwendete zweite Wellenlängenbereich den gesamten sichtbare Spektralbereich umfassen kann, oder zumindest einen großen Ausschnitt des sichtbaren Spektralbereiches. Dadurch, dass für den ersten und den zweiten Wellenlängenbereich dieselbe Objektschnittweite vorliegt, ist der Arbeitsabstand des Objektivs von der Objektebene für beide Wellenlängenbereiche derselbe, so dass gleichzeitig mit dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich eine Beobachtung derselben Objektebene erfolgen kann bzw. dass der Fokuspunkt des Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahls auf dem Behandlungs- bzw. Bearbeitungsobjekt anhand einer scharfen Abbildung überwacht werden kann.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Bereiche ohne dichroitische Schicht entweder beschichtungsfreie Bereiche sein oder eine transmittierende Beschichtung, bspw. eine Anti-Reflexbeschichtung aufweisen.
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In einer speziellen Ausgestaltung des Objektivs kann die erste Linse eine erste Meniskuslinse sein, und die zweite Linse kann eine zweite Meniskuslinse sein. Diese Meniskuslinsen weisen jeweils eine konkave Linsenfläche und eine konvexe Linsenfläche auf und sind auf einer gemeinsamen optischen Achse hintereinander angeordnet. Die konkave Linsenfläche der zweiten Meniskuslinse ist dann der ersten Meniskuslinse zugewandt und mit einer ringförmigen dichroitische Schicht versehen, die einen zentralen Bereich der konkaven Linsenfläche ohne dichroitische Schicht umgibt. Diejenige Linsenfläche der ersten Meniskuslinse, die der mit der ringförmigen dichroitischen Schicht versehenen Linsenfläche der zweiten Meniskuslinse zugewandt ist, ist mit einer zentralen dichroitischen Schicht versehen, die von einem ringförmigen Bereich der Linsenfläche ohne dichroitische Schicht umgeben ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Bezeichnungen „erste Linse”, „erste Meniskuslinse”, „zweite Linse” und „zweite Meniskuslinse” keine Rang- oder Reihenfolge der Linsen im Objektiv repräsentieren. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Begriff „erste Linse” bzw. „erste Meniskuslinse” vielmehr diejenige Meniskuslinse mit der zentralen dichroitischen Schicht und der Begriff „zweite Linse” bzw. „zweite Meniskuslinse” diejenige Meniskuslinse mit der ringförmigen dichroitischen Schicht. Die Linsenfläche mit der zentralen dichroitischen Schicht und die konkave Linsenfläche mit der ringförmigen dichroitischen Schicht weisen derartige Krümmungsradien und einen derartigen Abstand voneinander auf, dass ein von der ringförmigen dichroitischen Schicht in Richtung auf die zentrale dichroitische Schicht reflektiertes Strahlenbündel von der zentralen dichroitischen Schicht in Richtung auf den von der ringförmigen dichroitischen Schicht umgebenen zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht reflektiert wird, bzw. dass ein von dem zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht kommendes Strahlenbündel von der zentralen dichroitischen Schicht in Richtung auf die den zentralen Bereich ohne dichroitische Schicht umgebende ringförmige dichroitische Schicht reflektiert wird. Die dichroitischen Schichten reflektieren Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich und lassen Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich passieren. Die Brechungsindizes und die Krümmungsradien der ersten Meniskuslinse und der zweiten Meniskuslinse sind derart gewählt, dass für den ersten und den zweiten Wellenlängenbereich dieselbe Objektschnittweite, also derselbe Abstand zwischen dem Flächenscheitel der Frontlinse und der Objektebene, vorliegt.
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In einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Objektivs befindet sich die zentrale dichroitische Schicht auf der konvexen Linsenfläche der ersten Meniskuslinse. In dieser Ausgestaltung kann das Objektiv für die Strahlung im ersten Wellenlängenbereich ein katadioptrisches Objektiv in der Newton-Anordnung, bisweilen auch Cassegrain-Anordnung genannt, oder in der Schwarzschildanordnung seiner reflektierenden Schichten darstellen.
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In einer alternativen Ausgestaltungsvariante befindet sich die zentrale dichroitische Schrift auf der konkaven Linsenfläche der ersten Meniskuslinse.
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In dieser Ausgestaltungsvariante stellt das Objektiv für die Strahlung im ersten Wellenlängenbereich ein katadioptrisches Objektiv in der Gregory-Anordnung seiner reflektierenden Schichten dar.
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Während in der Newton- bzw. Cassegrain-Anordnung sowie in der Schwarzschild-Anordnung eine konvexe reflektierende Fläche und eine konkave reflektierende Fläche einander gegenüber stehen, stehen in der Gregory-Anordnung-Anordnung zwei konkave Reflexionsflächen einander gegenüber. Im Vergleich einer Konstruktion mit einer konkaven Reflexionsfläche und einer konvexen Reflexionsfläche hat die Gregory-Anordnung jedoch den Nachteil einer längeren Bauform.
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Wie bereits ausgeführt worden ist, können die Krümmungsradien der Linsenflächen derart gewählt sein, dass das Objektiv im ersten Wellenlängenbereich eine andere Vergrößerung, insbesondere eine höhere Vergrößerung, als im zweiten Wellenlängenbereich besitzt. Insbesondere kann das Objektiv dabei so ausgestaltet sein, dass es im zweiten Wellenlängenbereich nicht oder kaum vergrößert.
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In einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Objektivs weisen die Linsenflächen konstante Krümmungsradien auf. Mit anderen Worten, die Linsenflächen sind als sphärische Flächen ausgebildet. Dies ist im Hinblick auf die Produktionskosten vorteilhaft, da sphärische Linsenflächen einfacher – und damit kostengünstiger – als asphärische Linsenflächen herzustellen sind.
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Das erfindungsgemäße Objektiv kann als reflektierendes Objektiv ein Beobachtungsobjekt im ersten Wellenlängenbereich entweder nach unendlich oder auf ein Zwischenbild abbilden. Insbesondere, aber nicht ausschließlich wenn das Beobachtungsobjekt im ersten Wellenlängenbereich nach unendlich abgebildet wird, kann das Beobachtungsfeld für diesen Wellenlängenbereich dadurch verändert werden, dass das Objektiv senkrecht zur optischen Achse bewegt wird. Dies ist bspw. nützlich, wenn das Objektiv dazu verwendet werden soll, einen Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl, etwa einen Laserstrahl, auf das Beobachtungsobjekt zu fokussieren, und den fokussierten Strahl über die Oberfläche des Beobachtungsobjekts zu bewegen. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Objektivs ist die Linsenkombination daher in einer Halterung montiert, die ein Verschieben der Linsenkombination senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse der ersten und der zweiten Meniskuslinse ermöglicht.
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Da sich bei einer Verschiebung der Linsenkombination lateral zur optischen Achse auch eine laterale Verschiebung des im zweiten Wellenlängenbereich sichtbaren Teils des Objektfeldes ergibt und die Verschiebung außerdem die Brechung der transmittierten Strahlung verändert wird, ist in einer vorteilhaften Weiterbildung wenigstens eine dritte Linse vorhanden, die an der vom Objektfeld abgewandte Seite der Linsenkombination in der Halterung angeordnet ist. Diese dritte Linse kann insbesondere eine dritte Meniskuslinse mit einer konkaven Linsenfläche und einer konvexen Linsenfläche sein. Mit der dritten Linse können sowohl die laterale Verschiebung als auch veränderte Brechung der transmittierten Strahlung bei einer Verschiebung des Objektivs reduziert oder vollständig kompensiert werden. Wenn im Falle von Meniskuslinsen die konkaven Linsenflächen der ersten und der zweiten Meniskuslinse beide dem Objektfeld zugewandt sind, wie dies in einer Schwarzschild-Anordnung der reflektierenden dichroitischen Flächen der Fall ist, ist die dritte Meniskuslinse so orientiert, dass ihre konvexe Linsenfläche dem Objektfeld zugewandt ist. Wenn andererseits die konvexen Linsenflächen der ersten Meniskuslinse und der zweiten Meniskuslinse dem Objektfeld zugewandt sind, wie dies in der Newton- bzw. Cassegrain-Anordnung der reflektierenden dichroitischen Flächen der Fall ist, ist die dritte Meniskuslinse derart orientiert, dass ihre konkave Linsenfläche dem Objektfeld zugewandt ist. Die Kompensation der Verschiebung und der durch die Verschiebung veränderten Brechung der transmittierten Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich gelingt besonders gut, wenn die erste und die zweite Meniskuslinse aus einem niedrig brechenden Glas, etwa aus BK7 oder einem ähnlichen Glas, bestehen und die dritte Meniskuslinse aus einem hoch brechenden Glas, bspw. SF oder einem ähnlichen Glas, besteht.
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Ein erfindungsgemäßes optisches Gerät, das insbesondere als Beobachtungs-, Behandlungs- oder Bearbeitungsgerät ausgestaltet sein kann, umfasst ein erfindungsgemäßes Objektiv. Außerdem kann es einen dichroitischen Strahlteiler, der den ersten Wellenlängenbereich reflektiert und den zweiten Wellenlängenbereich passieren lässt oder den ersten Wellenlängenbereich passieren lässt und den zweiten Wellenlängenbereich reflektiert, umfassen. Dieser dichroitische Strahlteiler befindet sich auf der vom Objektfeld abgewandten Seite des Objektivs. Mit Hilfe dieses Strahlteilers ist es möglich, den Strahlengang im ersten Wellenlängenbereich außerhalb des Objektivs getrennt vom Strahlengang im zweiten Wellenlängenbereich zu führen und bspw. zu unterschiedlichen Detektoren zu leiten und/oder unterschiedlichen Manipulationen zu unterziehen. So kann bspw. eine Behandlungs-, oder Bearbeitungsstrahlung wie bspw. Laserstrahlung mit Hilfe des Strahlteilers abgelenkt und in das erfindungsgemäße Objektiv eingekoppelt werden, wohingegen die Beobachtung im vom Strahlteiler nicht abgelenktem Strahlengang erfolgt. Alternativ ist es mit dem Strahlteiler aber auch möglich, vom Objekt kommendes Beobachtungslicht gemäß seinen Wellenlängenbereichen aufzuteilen und getrennten Beobachtungsstrahlengängen zuzuführen, so dass dem einen Beobachtungsstrahlengang das Licht im ersten Wellenlängenbereich zugeführt wird, während dem zweiten Beobachtungsstrahlengang das Licht im zweiten Wellenlängenbereich zugeführt wird. Mit dem ersten Beobachtungsstrahlengang kann dann im ersten Wellenlängenbereich eine Beobachtung des Beobachtungsobjekts mit einer anderen Vergrößerung, insbesondere einer höheren Vergrößerung, erfolgen als bei der Beobachtung mit dem zweiten Beobachtungsstrahlengang, dem das Licht im zweiten Wellenlängenbereich zugeführt wird. Wenn das Licht der beiden Wellenlängenbereiche demselben Detektor zugeführt werden soll, ist der dichroitische Strahlteiler dagegen nicht notwendig.
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Wenn das erfindungsgemäße Objektiv in einem optischen Behandlungs- oder Bearbeitungsgerät Verwendung findet, weist dieses Gerät dann typischerweise eine Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahlung im ersten Wellenlängenbereich generierende Lichtquelle auf. Ein von dieser Lichtquelle kommendes Strahlenbündel im ersten Wellenlängenbereich wird vom Strahlteiler dann dem Objekt zugeführt, wohingegen ein vom Objekt kommendes Strahlenbündel im zweiten Wellenlängenbereich dem Beobachtungskanal zugeführt wird. Das von der Lichtquelle kommende Strahlenbündel im ersten Wellenlängenbereich kann dabei vom Objektiv auf das Beobachtungsobjekt fokussiert werden, wobei gleichzeitig mittels des Beobachtungsstrahlengangs die Behandlung bzw. die Bearbeitung mit einer geringen Vergrößerung oder ohne Vergrößerung beobachtet bzw. Überwacht werden kann.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt den reflektiven Strahlengang eines optischen Geräts mit einem erfindungsgemäßen Objektiv.
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2 zeigt den refraktiven Strahlengang des optischen Geräts aus 1.
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Die 3 und 4 zeigen die Auswirkungen einer lateralen Verschiebung des erfindungsgemäßen Objektivs auf das mit ihm generierte Bild.
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Die 5 und 6 zeigen die Auswirkungen einer lateralen Verschiebung eines um eine weitere Meniskuslinse ergänzten erfindungsgemäßen Objektivs auf das von ihm erzeugte Bild.
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7 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines optischen Beobachtungsgerätes mit einem erfindungsgemäßen Objektiv.
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8 zeigt noch eine alternative Ausgestaltung eines optischen Beobachtungsgerätes mit einem erfindungsgemäßen Objektiv.
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9 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Objektiv, das gemäß der Newton- bzw. Cassegrain-Anordnung seiner reflektierenden Fläche aufgebaut ist, sowie den reflektiven Strahlengang im Objektiv.
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10 zeigt den refraktiven Strahlengang des Objektivs aus 9 Strahlengang im Objektiv.
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11 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Objektiv, das gemäß der Gregory-Anordnung seiner reflektierenden Fläche aufgebaut ist.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Objektiv wird nachfolgend anhand der 1 und 2 beschrieben. Neben dem erfindungsgemäßen Objektiv 1 zeigen die Figuren einen dichroitischen Strahlteiler 3, der Teil eines optischen Geräts ist bspw. eines Beobachtungs-, Behandlungs- oder Bearbeitungsgeräts. Das erfindungsgemäße Objektiv 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste, näher am Objektfeld 12 angeordnete Meniskuslinse 5 und eine zweite, weiter vom Objektfeld entfernt angeordnete Meniskuslinse 7 auf. Beide Meniskuslinsen 5, 7 sind derart angeordnet, das ihre konkaven Linsenflächen 9, 11 dem Objektfeld 12 zugewandt sind. Entsprechend sind ihre konvexen Linsenflächen 13, 15 vom Objektfeld 12 abgewandt. Die Krümmungsradien der Linsen sind konstant, so dass sich im Wesentlichen eine sphärische Krümmung der Linsen ergibt. Zudem weisen sowohl die erste Meniskuslinse 5 als auch die zweite Meniskuslinse 7 jeweils eine dichroitische Schicht auf. Bei der näher am Objektfeld befindlichen Meniskuslinse 5 ist die dichroitische Schicht 17 auf den zentralen Bereich der vom Objektfeld 12 abgewandten konvexen Linsenfläche 13 aufgebracht. Dieser zentrale Bereich mit der dichroitischen Schicht 17 ist von einem ringförmigen Bereich 18 ohne dichroitische Schicht umgeben. Die dem Objektfeld 12 zugewandte konkave Linsenfläche 9 der ersten Meniskuslinse 5 weist keine dichroitische Schicht auf. Bei der zweiten Meniskuslinse 7 ist die dichroitische Schicht auf die dem Objektfeld 12 zugewandte konkave Linsenfläche 19 aufgebracht. Sie bildet eine ringförmige dichroitische Schicht 19, die einen zentralen Bereich 20 ohne dichroitische Schicht ringförmig umgibt. Die vom Objektfeld 12 abgewandte konvexe Linsenfläche 15 der zweiten Meniskuslinse 7 weist keine dichroitische Schicht auf.
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Die Eigenschaften der dichroitischen Schicht sind so gewählt, dass die Schicht Licht aus einem bestimmten Wellenlängenbereich reflektiert und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbereiches passieren lässt. Die Krümmungsradien der konvexen Linsenfläche 13 der ersten Meniskuslinse 5 und der konkaven Linsenfläche 11 der zweiten Meniskuslinse 7 sowie der Abstand zwischen diesen beiden Linsenflächen sind so gewählt, das ein vom Objektfeld 12 kommendes divergentes Strahlenbündel 14, 14', 14'' in dem bestimmten Wellenlängenbereich, welches den ringförmigen Bereich 18 ohne dichroitische Schicht der ersten Meniskuslinse 5 passiert, von der ringförmigen dichroitischen Schicht 19 der zweiten Meniskuslinse 7 in Richtung auf die zentrale dichroitische Schicht 17 der ersten Meniskuslinse 5 reflektiert wird. Von dieser wird das Strahlenbündel 14 dann in Richtung auf den zentralen Bereich 20 ohne dichroitische Schicht der zweiten Meniskuslinse 7 reflektiert, durch den das Strahlenbündel 14, 14' 14'' dann im vorliegenden Ausführungsbeispiel als paralleles Strahlenbündel hindurch tritt, bevor es vom dichroitischen Strahlteiler 3 abgelenkt wird. Der dichroitische Strahlteiler 3 ist dabei so ausgestaltet, dass er dieselben Reflexionseigenschaften wie die dichroitischen Schichten 17 und 19 besitzt. Für den von den dichroitischen Schichten reflektierten Wellenlängenbereich stellt das Objektiv somit ein katadioptrisches Objektiv dar, welches gemäß der im ersten Ausführungsbeispiel dargestellten Konfiguration in der Schwarzschild-Anordnung der reflektierenden Flächen konstruiert ist. Objektive, deren reflektive Flächen nach anderen Konstruktionsprinzipien als der Schwarzschild-Anordnung ausgestaltet sind, werden später noch beschrieben.
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Das Strahlenbündel im von den dichroitischen Schichten 17, 19 reflektierten Wellenlängenbereich erfährt beim Durchtritt durch den ringförmigen Bereich ohne dichroitische Schicht 18 der ersten Meniskuslinse 5 und durch den zentralen Bereich 20 ohne dichroitische Schicht der zweiten Meniskuslinse 17 auch eine Brechung. Die Materialien der Meniskuslinsen und die Krümmungsradien ihrer Linsenflächen sind dabei jedoch so gewählt, dass sich die Strahlbrechungen weitgehend aufheben, sodass die Brennweite des reflektiven Teils des Objektivs im Wesentlichen nur von der Reflexion bestimmt ist.
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Wellenlängenbereiche außerhalb des von den dichroitischen Schichten 17, 19 reflektierten Wellenlängenbereichs erfahren durch das Objektiv 1 lediglich eine Refraktion, wie dies in 2 dargestellt ist. Wie bereits mit Bezug auf den reflektierten Wellenlängenbereich beschrieben worden ist, sind die Materialien der Meniskuslinsen 5, 7 und die Krümmungsradien ihrer Linsenflächen derart gewählt, dass sich die Brechungen an den einzelnen Linsenflächen im Wesentlichen aufheben, sodass ein durch das Objektiv 1 hindurchtretendes unreflektiertes Strahlenbündel 16, 16' 16'', in seinem Öffnungswinkel im Wesentlichen unverändert bleibt. Dies ist aus 2 ersichtlich, in der für jeden Strahl eines Strahlenbündels sowohl der an den Linsenflächen gebrochene Strahl als auch ein fiktiver, ohne Ablenkung durch das Objektiv hindurchgehender Strahl eingezeichnet ist. Die Tatsache, dass der Öffnungswinkel unverändert oder nahezu unverändert bleibt, hat zur Folge, dass das Objektiv 1 in den von den dichroitischen Schichten 17, 19 nicht reflektierten Wellenlängenbereichen im Wesentlichen keine optische Wirkung besitzt, also eine große Brennweite aufweist und somit keine oder nur eine geringe Vergrößerung herbeiführt. In dem von den dichroitischen Schichten 17, 19 reflektierten Wellenlängenbereich führt die Reflexion dagegen zu einer erheblichen Änderung des Öffnungswinkels der reflektierten Strahlenbündel 14, 14', 14', wie aus 1 ersichtlich ist, so dass das Objektiv 1 für den reflektierten Wellenlängenbereich mit einer kurzen Brennweite ausgestattet werden kann, damit es eine große Vergrößerung besitzt. Beispielsweise ist es möglich, die Krümmungsradien der Meniskuslinsen 5, 7 und den Abstand zwischen den Meniskuslinsen 5, 7 so zu wählen, dass das Objektiv 1 im reflektierten Strahlengang eine kurze Brennweite von beispielsweise < 30 mm, eine numerische Apertur von 0,2 und einen Sichtfelddurchmesser im Objektfeld 12 von ca. 2 mm besitzt. Gleichzeitig kann das Objektiv derart ausgestaltet sein, dass es für Strahlung im nichtreflektierten Wellenlängenbereich eine große Brennweite aufweist, die mindestens dem Doppelten, insbesondere mindestens dem Dreifachen der Brennweite für die reflektierte Strahlung entspricht und dass es einen Sichtfelddurchmesser von 15 mm im Objektfeld 12 mit einer numerischen Apertur von 0,02 beugungsbegrenzt abbildet. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn ein Beobachtungsobjekt mit einem Beobachtungsgerät stark vergrößert werden soll und gelegentlich ein rascher Überblick über das Objektfeld 12, in dem sich das Beobachtungsobjekt befindet, möglich sein soll. Eine andere Anwendung besteht darin, dass Objektiv für die nichtreflektierte Strahlung als Objektiv eines Beobachtungsstrahlengangs zu verwenden, mit dem ein zu bearbeitendes Objekt betrachtet werden kann. In dieser Anwendung dient der reflektive Strahlengang dazu, Strahlung wie bspw. Laserstrahlung auf das Objektfeld 12 zu fokussieren. Dies kann bspw. in optischen Behandlungsgeräten erfolgen, die zur Laserbehandlung in der Ophthalmologie eingesetzt werden. Hier ist es oft wünschenswert, die Laserbehandlung mittels einer kleinen Vergrößerung zu überwachen. Auch in Geräten zur Materialbearbeitung kann der reflektive Strahlengang dazu Verwendung finden, Strahlung wie bspw. Laserstrahlung auf das Objektfeld 12 zu fokussieren, wobei die Bearbeitung durch den Laserstahl mithilfe eines schwach vergrößernden oder nicht vergrößernden Beobachtungsstrahlengangs überwacht werden kann. Insbesondere, wenn das optische Gerät für eine medizinische Behandlung oder für die Materialbearbeitung zum Einsatz kommen soll, bietet es sich an, den ersten Wellenlängenbereich, in dem die Reflexion stattfinden soll schmal auszugestalten, da die Behandlungs- bzw. Bearbeitungsstrahlung in der Regel eine schmale Wellenlängenverteilung besitzt.
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Die Materialien der Meniskuslinsen 5, 7 des Objektivs 1 und die Krümmungsradien der Linsenflächen sind derart aufeinander abgestimmt, dass das Objektiv 1 im nicht-reflektierten Wellenlängenbereich dieselbe Objektschnittweite wie im reflektierten Wellenlängenbereich aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Materialien der Meniskuslinsen 5, 7 und die Krümmungsradien ihrer Linsenflächen insbesondere derart gewählt, dass das Objektiv 1 im nicht-reflektierten Wellenlängenbereich nicht nur dieselbe Objektschnittweite, sondern, ggf. zusammen mit einer weiteren gemeinsamen Linse, auch dieselbe Bildschnittweite wie im reflektierten Wellenlängenbereich aufweist. Dies gilt entsprechend auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Objektiv 1 nicht notwendigerweise so ausgestaltet zu sein braucht, das im reflektiven Strahlengang eine große Vergrößerung vorliegt, wohingegen im rein refraktiven Strahlengang keine oder nur eine schwache Vergrößerung erfolgt. Vielmehr kann das Objektiv überall dort eingesetzt werden, wo unterschiedliche Brennweiten für den reflektiven Strahlengang und den rein refraktiven Strahlengang gewünscht sind. Beide Strahlengänge können dabei so ausgebildet sein, dass sie eine nicht zu vernachlässigende Vergrößerung aufweisen. Dies gilt auch für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Wie bereits oben erwähnt worden ist, eignet sich das erfindungsgemäße Objektiv 1 insbesondere zur Verwendung mit optischen Beobachtungs-, Behandlungs- oder Bearbeitungsgeräten, in denen das Objektiv 1 für den reflektierten Wellenlängenbereich eine kurze Brennweite, d. h. eine große Vergrößerung, und für den nichtreflektierten Wellenlängenbereich eine lange Brennweite, d. h. eine geringe Vergrößerung oder gar keine Vergrößerung aufweist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, sich mit dem nichtreflektierten Strahlengang einen Überblick über das Objektfeld 12 zu verschaffen, bspw. wenn ein bestimmter Bereich des Objektfeldes 12 mittels des reflektierenden Strahlengangs behandelt oder bearbeitet wird, oder einen in einem Überblickbild ausgewählten Bereich des Objektfeldes 12 mit einer großen Vergrößerung näher zu betrachten. Bei der Betrachtung mit der großen Vergrößerung müssen dann keine Elemente des Objektivs bewegt werden, und es muss auch nicht der Arbeitsabstand des optischen Beobachtungs-, Behandlungs- oder Bearbeitungsgeräts geändert werden.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn der Fokuspunkt des reflektierten Strahlengangs 14, 14', 14'' über das Objektfeld 12 bewegt werden kann. Hierzu kann bspw. eine Halterung für die erste Meniskuslinse 5 und die zweite Meniskuslinse 7 vorhanden sein, die es erlaubt, die aus der ersten Meniskuslinse 5 und der zweiten Meniskuslinse 7 gebildete Linsenkombination zusammen mit dem Strahlteiler 3 lateral, d. h. senkrecht zur optischen Achse zu verschieben. Insbesondere, wenn das reflektierte Strahlenbündel 14, 14', 14'' am Ort des Strahlteilers ein paralleles Strahlenbündel ist, ist damit ein Verschieben des Fokuspunktes des reflektiven Strahlengangs im Objektfeld 12 möglich. Eine solche Verschiebung führt dann dazu, dass der Fokus des reflektierten Strahlengangs entsprechend über das Objektfeld 12 wandert. Allerdings führt eine derartige laterale Verschiebung beim rein refraktiven Strahlengang dazu, dass auch das mit diesem Strahlengang gewonnene Bild in Bezug auf das Objektfeld 12 lateral verschoben wird. Außerdem sind der vom Objektiv 1 gebrochene Strahl und der zugehörige fiktive ungebrochene Strahl nach dem Durchtritt durch das Objektiv 1 nicht mehr weitgehend parallel, sondern weisen nach einer lateralen Verschiebung des Objektivs 1 einen merklichen Winkel zueinander auf, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist. 3 zeigt dabei ein mit Bezug auf das Objektfeld 12 zentriertes Objektiv 1, wohingegen 4 dasselbe Objektiv 1 in einer mit Bezug auf das Objektfeld 12 lateral verschobenen Position zeigt, wobei die eingezeichneten Strahlenbündel in den 3 und 4 jeweils von denselben Objektfeldpunkten ausgehen.
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Wie anhand eines Vergleichs der 3 und 4 zu erkennen ist, weisen die vom Objektiv 1 gebrochenen Hauptstrahlen nach dem Durchtritt durch das lateral verschobene Objektiv 1 einen größeren Winkel relativ zu den fiktiven ungebrochenen Strahlen auf (4), als die vom zentrierten Objektiv 1 gebrochenen Strahlen (3), insbesondere an den Rändern des Sichtfeldes. Dieser Winkel kann jedoch reduziert werden, indem die von der ersten Meniskuslinse 5 und der zweiten Meniskuslinse 7 gebildete Linsenkombination um eine weitere Meniskuslinse 21 ergänzt wird. Diese Meniskuslinse ist auf der vom Objektfeld 12 abgewandten Seite der von der ersten Meniskuslinse 5 und der zweiten Meniskuslinse 7 gebildeten Linsenkombination angeordnet, wie dies in den 5 und 6 dargestellt ist. Die dritte Meniskuslinse 21 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine konvexe Linsenfläche 23 auf, die dem Objektfeld 12 zugewandt ist, und eine konkave Linsenfläche 25, die vom Objektfeld 12 abgewandt ist. Das Material der dritten Meniskuslinse 21 sowie die Krümmungen ihrer Linsenflächen sind im Hinblick auf das Material der ersten und der zweiten Meniskuslinse 5, 7 und im Hinblick auf die Krümmungen der Linsenflächen der ersten und der zweiten Meniskuslinse 5, 7 derart gewählt, dass die an den Linsenflächen des nun dreilinsigen Objektivs 27 gebrochenen Strahlen nach dem Durchgang durch Objektiv 27 wieder weitgehend parallel zu den fiktiven, nicht gebrochenen Strahlen verlaufen.
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Die dritte Meniskuslinse 21 dient aber nicht nur dazu, die Ablenkung der Hauptstrahlen beim Durchtritt durch die erste und zweite Meniskuslinse 5, 7 im Falle einer lateralen Verschiebung des Objektivs zu kompensieren, sondern sie vermindert auch die Verschiebung des Sichtfeldes.
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Um die beschriebenen Wirkungen bestmöglich zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die erste und die zweite Meniskuslinse 5, 7 aus einem niedrigbrechenden Glas, bspw. aus Bk7 oder einem ähnlichen Glas, und die dritte Meniskuslinse 21 aus einem hochbrechenden Glas, bspw. SF oder einem ähnlichen Glas hergestellt sind.
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Die beschriebenen Wirkungen einer dritten Meniskuslinse 21 treten auch bei solchen erfindungsgemäßen Objektiven auf, deren reflektiver Strahlengang nicht gemäß der Schwarzschild-Anordnung, sondern bspw. nach der Newton bzw. Cassegrain-Anordnung aufgebaut ist. In einer Newton- bzw. Cassegrain-Anordnung wären die konvexen Seiten der ersten und der zweiten Meniskuslinse 5, 7 dem Objektfeld 12 zugewandt und die konkaven Seiten dieser Meniskuslinsen 5, 7 vom Objektfeld 12 abgewandt. Außerdem wäre in einer solchen Ausgestaltung die dritte Meniskuslinse 21 so orientiert, dass ihre konkave Linsenfläche dem Objektfeld 12 zugewandt ist und ihre konvexe Linsenfläche vom Objektfeld 12 abgewandt ist.
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Das erfindungsgemäße Objektiv eignet sich wie dargestellt als sogenannte „moving lens”, also eine zum Scannen des Objektfelds 12 lateral verschiebbare Linse. Dies gilt insbesondere dann, wenn die korrigierende dritte Meniskuslinse 21 vorhanden ist.
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Ein Verschieben des Fokus des reflektierten Strahlengangs innerhalb des Objektfeldes 12 ist aber auch dann möglich, wenn das Objektiv nicht lateral beweglich ausgebildet ist. Wie bspw. aus 1 ersichtlich ist, kann beim reflektierten Strahlengang 14, 14', 14'' die Lage des Fokuspunktes eines im Objektfeld 12 fokussierten Strahlenbündels innerhalb des Objektfeldes 12 dadurch verschoben werden, dass der Auftreffpunkt des zum Objektiv 1 führenden Strahlenbündels auf den dichroitischen Strahlteiler 13 verschoben wird. Dies kann man sich zu Nutze machen, indem bspw. ein von einem Laser 30 generierter Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl 28 mittels einer Scanvorrichtung 29 mit wenigstens zwei um zueinander senkrechte Drehachsen drehbaren Scanspiegeln 31, 33 und einer F-Theta-Optik 35 auf eine zu derjenigen Ebene, in der sich das Objektfeld 12 befindet, konjugierte Zwischenbildebene 37 (siehe 7) fokussieret wird, wobei der Fokuspunkt in der Zwischenbildebene 37 mittels der Scanspiegel 31, 33 verschoben werden kann. Als Scanspiegel 31, 33 kommen hierbei insbesondere Galvanometerspiegel in Betracht.
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Bei der in 7 dargestellten Variante eines optischen Geräts wird die Zwischenbildebene 37 von der zur Objektfeldebene konjugierten Bildebene des Objektivs 1 gebildet. In einer alternativen Ausgestaltung des optischen Geräts befindet sich die zur Objektfeldebene konjugierte Zwischenbildebene des Objektivs 1 für den reflektierten ersten Wellenlängenbereich im Unendlichen, so dass im Bereich des dichroitischen Strahlteilers 3 ein paralleler Strahlengang vorliegt. Diese Variante ist schematisch in 8 dargestellt. Sie umfasst zusätzlich zu den Meniskuslinsen 5, 7 und dem Strahlteiler 13 einen Umlenkspiegel 39, mit dem der parallele Strahlengang im vorliegenden Ausführungsbeispiel um 90 Grad abgelenkt wird, eine Sammellinse 41, einen Laser 46 als Lichtquelle und eine zwischen dem Laser 46 und der Sammellinse 41 angeordnete Scanvorrichtung 45. Die Sammellinse 41 befindet sich dabei zwischen dem Umlenkspiegel 39 und der Scanvorrichtung 45. Sie dient dazu, in einer zur Objektfeldebene 12 konjugierten Ebene 43 ein reelles Zwischenbild des Objektfelds 12, telezentrisch zu generieren. In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl 28 mittels der F-Theta-Optik auf die Zwischenbildebene 43 fokussiert. Mittels der Scanvorrichtung 45 kann der Fokuspunkt innerhalb der Zwischenbildebene verschoben werden. Die F-Theta-Optik 47 ist im vorliegenden Fall als telezentrische F-Theta-Optik ausgebildet. Wie die Scanvorrichtung aus 7 weist auch die Scanvorrichtung 45 aus 8 neben eine F-Theta-Optik 47 zwei Scanspiegel 31, 33 auf, die um zueinander senkrechte Drehachsen drehbar gelagert sind und die insbesondere als Galvanometerspiegel ausgebildet sein können.
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Obwohl in den in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen die Scanvorrichtung den Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl direkt auf die beschriebene zur Objektfeldebene 12 konjugierte Ebene fokussiert, können in alternativen Ausgestaltungen zwischen dieser Ebene und der Scanvorrichtung 45 weitere optische Elemente vorhanden sein, die wenigstens eine 4-F-Abbildung mit einer oder mehreren Zwischenbildebenen generieren. Vorzugsweise liegt dabei zwischen zwei der weiteren optischen Elemente ein paralleler Strahlengang vor, in dem sich ein Korrektor zum Korrigieren von Feldfehlern und/oder ein Korrektor zum Korrigieren von sphärischer Aberration befinden kann bzw. können. Insbesondere für medizinische Präzisionsbehandlungen oder Präzisionsbearbeitungen ist diese Variante des optischen Behandlungs- oder Bearbeitungsgeräts vorteilhaft.
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Die in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen Objektive 1, 27, die für den reflektiven Strahlengang ein Objektiv in der Schwarzschild-Anordnung darstellen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Objektive mit anderen Anordnungen des reflektiven Strahlengangs auszugestalten, bspw. in einer Newton- oder Cassegrain-Anordnung oder in einer Gregory-Anordnung, die nachfolgend mit Bezug auf die 9 und 10 bzw. mit Bezug auf 11 beschrieben werden.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Objektiv mit dem reflektiven Strahlengang in einer Newton- bzw. Cassegrain-Anordnung ist in den 9 und 10 dargestellt. Die Figuren zeigen ein Objektiv 101, das bspw. als hochaperturiges Immersionsobjektiv in der Mikroskopie zum Einsatz kommen kann. Das Objektiv 101 ist von einer Linsenkombination gebildet, die eine erste Linse 105 und eine zweite Linse 107 umfasst. Während die erste Linse 105 als Plankonvexlinse ausgebildet ist, deren konvexe Linsenfläche 113 zum Objekt hin weist, ist die zweite Linse 107 als Plankonkavlinse ausgebildet, deren konkave Linsenfläche 111 vom Objekt weg weist und deren Krümmungsradius zur Linsenfläche 113 hin liegt. Die erste Linse 105 und die zweite Linse 107 sind an ihren nicht planen Linsenflächen miteinander verkittet. Der verkitteten Linsenkombination 110 sind bildseitig drei Linsen 121, 123, 125 nachgeordnet, die der Korrektur von Aberrationen im hochaperturigen Objektiv 101 dienen.
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An der Grenzfläche zwischen der konvexen Linsenfläche 113 der ersten Linse 105 und der konkaven Linsenfläche 111 der zweiten Linse 107, die sich in der vorliegenden Anordnung näher als die erste Linse 105 am Objektfeld 12 befindet, ist eine ringförmige dichroitische Schicht 119 vorhanden, die einen zentralen Bereich 120 ohne dichroitische Schicht umgibt. Die Linsenfläche 113 der ersten Linse 105 ist in ihrem zentralen Bereich mit einer dichroitischen Schicht 117 versehen. Dieser zentrale Bereich ist von einem ringförmigen Bereich 118 ohne dichroitische Schicht umgeben. Die Bereiche ohne dichroitische Schicht sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Anti-Reflexbeschichtung versehen.
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Wie in den 9 und 10 dargestellt ist, sind die Krümmungen der ersten Linse 105 und der zweiten Linse 107 sowie die Dicke der zweiten Linse 107 derart gewählt, das ein vom Objektfeld 12 ausgehendes hochaperturiges divergentes Strahlenbündel 114 durch den Bereich 120 ohne dichroitische Schicht auf die ringförmige dichroitische Schicht an der Grenzfläche zwischen der konvexen Linsenfläche 113 der ersten Linse 105 und der konkaven Linsenfläche 111 der zweiten Linse 107 gelangt und von dort auf die ringförmige dichroitische Schicht 119 auf der planen Linsenfläche 111 der zweiten Linse 107 reflektiert wird. Von dort wird das Strahlenbündel 114 dann in Richtung auf den ringförmigen Bereich 118 ohne dichroitische Schicht der ersten Linse 107 reflektiert, durch den er hindurch- und aus der verkitteten Linsenkombination 110 heraustreten kann. Entsprechend wird ein durch den ringförmigen Bereich 118 ohne dichroitische Schicht der ersten Linse 105 in die verkittete Linsenkombination eintretender Lichtstrahl durch die Reflexion an den dichroitischen Schichten in die Objektfeldebene 12 fokussiert. Der refraktive Strahlengang durch das Objektiv 101 ist in 10 dargestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Objektiv mit dem reflektiven Strahlengang in einer Gregory-Anordnung ist schematisch in 11 gezeigt. Das Objektiv 201 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht aus einer ersten Meniskuslinse 205 und einer zweiten Meniskuslinse 207. In der Gregory-Anordnung ist die zweite Meniskuslinse 207 näher als die erste Meniskuslinse 205 am Objektfeld 12 angeordnet und derart orientiert, dass ihre konvexe Linsenfläche 215 dem Objektfeld 12 zugewandt und ihre konkave Linsenfläche 211 vom Objektfeld 12 abgewandt ist. Die konkave Linsenfläche 211 der zweiten Meniskuslinse 207 weist in der Gregory-Anordnung eine ringförmige dichroitische Schicht 219 auf, die einen zentralen Bereich 220 ohne dichroitische Schicht ringförmig umgibt.
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In der Gregory-Anordnung ist der Abstand zwischen der ersten Meniskuslinse 205 und der zweiten Meniskuslinse 207 so groß, dass sich der Fokus 206 der ringförmigen dichroitischen Schicht 219 der zweiten Meniskuslinse 207 zwischen den beiden Meniskuslinsen 205, 207 befindet. Entsprechend ist die erste Meniskuslinse 205 so orientiert, das ihre konkave Linsenfläche 209 in Richtung auf das Objektfeld 12 zeigt und ihre konvexe Linsenfläche 213 vom Objektfeld 12 weg zeigt. Im zentralen Bereich der konkaven Linsenfläche 209 befindet sich eine zentrale dichroitische Schicht 217, die von einem ringförmigen, Bereich 218 ohne dichroitische Schicht umgeben ist. Die zentrale dichroitische Schicht 217 weist in der Gregory-Anordnung eine konkave Krümmung auf. Die Gregory-Anordnung arbeitet für den reflektiven Strahlengang also lediglich mit konkaven Krümmungen.
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In der Gregory-Anordnung wird ein aus dem Objektfeld 12 kommendes und durch den zentralen Bereich 220 ohne dichroitische Schicht der zweiten Meniskuslinse 207 hindurchtretendes divergentes Strahlenbündel 214 von der zentralen dichroitischen Schicht 217 der ersten Meniskuslinse 205 durch den Fokuspunkt 206 hindurch zur ringförmigen dichroitischen Schicht 219 der zweiten Meniskuslinse 207 reflektiert und von dort auf den ringförmigen Bereich 218 ohne dichroitische Schicht der ersten Meniskuslinse 205. Durch den ringförmigen Bereich ohne dichroitische Schicht kann das reflektierte Strahlenbündel durch die erste Meniskuslinse 205 hindurch und aus dem Objektiv 201 heraus treten. Entsprechend wird ein durch den ringförmigen Bereich ohne dichroitische Schicht der ersten Meniskuslinse 205 in das Objektiv 201 eintretendes Strahlenbündel im ersten Wellenlängenbereich von den dichroitischen Schichten in das Objektfeld 12 fokussiert.
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Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Erfindung soll jedoch nicht auf konkrete Merkmalskombinationen dieser Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Vielmehr erkennt der Fachmann, dass er von den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen speziellen Merkmalskombinationen abweichen kann. Insbesondere können in den mit Bezug auf die 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsbeispielen die Objektive mit der Schwarzschild-Anordnung für den reflektiven Strahlengang grundsätzlich durch die mit Bezug auf die 9 bis 11 beschriebenen Objektive ersetzt werden. Weiterhin brauchen die Drehachsen, um die die Scanspiegel 31, 33 in den mit Bezug auf die 7 und 8 beschriebenen Ausführungsformen drehbar sind, nicht notwendigerweise senkrecht aufeinander zu stehen. Es ist ausreichend, wenn die Drehachsen nicht parallel zueinander verlaufen. Zudem können alle in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Objektive weitere Elemente bspw. zum Beseitigen von Bildfehlern umfassen. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele beschriebe Scannen nicht nur beim Einkoppeln von Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahlung in das Objektfeld, sondern auch beim Auskoppeln von Beobachtungsstrahlung aus dem Objektfeld heranzuziehen, um bspw. verschiedene Bereiche des mit Hilfe des refraktiven Strahlengangs bei niedriger Vergrößerung betrachteten Objektfeldes mit starker Vergrößerung zu untersuchen. Weitere mögliche Abwandlungen sind bereits im Rahmen der Ausführungsbeispiele beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung soll daher lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objektiv
- 3
- dichroitische Strahlteiler
- 5
- Meniskuslinse
- 7
- Meniskuslinse
- 9
- konkave Linsenfläche
- 11
- konkave Linsenfläche
- 12
- Objektfeld
- 13
- konvexe Linsenfläche
- 14
- Strahlenbündel
- 15
- konvexe Linsenfläche
- 16
- Strahlenbündel
- 17
- dichroitische Schicht
- 18
- Bereich ohne dichroitische Schicht
- 19
- dichroitische Schicht
- 20
- Bereich ohne dichroitische Schicht
- 21
- Meniskuslinse
- 23
- konvexe Linsenfläche
- 25
- konkave Linsenfläche
- 27
- Scanning-Lens-Objektiv
- 28
- Behandlungs- oder Bearbeitungsstrahl
- 29
- Scanvorrichtung
- 30
- Laser
- 31
- Scan-Spiegel
- 33
- Scan-Spiegel
- 35
- F-Theta-Optik
- 37
- Zwischenbildebene
- 39
- Umlenkspiegel
- 41
- Sammellinse
- 43
- Zwischenbildebene
- 45
- Scan-Vorrichtung
- 46
- Laser
- 47
- F-Theta-Optik
- 101
- Objektiv
- 105
- Linse
- 107
- Linse
- 109
- konkave Linsenfläche
- 110
- Linsenkombination
- 111
- konkave Linsenfläche
- 113
- Linsenfläche
- 114
- Strahlenbündel
- 117
- dichroitische Schicht
- 118
- Bereich ohne dichroitische Schicht
- 119
- dichroitische Schicht
- 120
- Bereich ohne dichroitische Schicht
- 121
- Linse
- 123
- Linse
- 125
- Linse
- 201
- Objektiv
- 205
- Meniskuslinse
- 207
- Meniskuslinse
- 209
- konkave Linsenfläche
- 211
- konkave Linsenfläche
- 213
- konvexe Linsenfläche
- 214
- Strahlenbündel
- 215
- konvexe Linsenfläche
- 217
- dichroitische Schicht
- 218
- Bereich ohne dichroitische Schicht
- 219
- dichroitische Schicht
- 220
- Bereich ohne dichroitische Schicht
