DE1920536B2 - Optisches System - Google Patents

Description

erfüllen.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe durch eine Segmentlinse gebildet ist.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe durch eine bifokale Linse gebildet wird, deren eine Brennweite (f₂) unendlich groß ist.

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Die Erfindung betrifft ein optisches System zur gleichzeitigen scharfen Abbildung in einer Bildebene von zwei Objekten mit verschiedenen, durch eine Strecke Ix unterschiedenen Objektweiten, das aus zwei positiven Linsengruppen besteht, von denen die erste eine Brennweite / aufweist und die zweite als Doppelfokussystem mit den Brennweiten /, und f₂ ausgebildet ist.

Aus der CH-PS 3 78 559 ist ein optisches System bekannt, mit welchem zwei Objekte mit unterschiedlicher Objektweite gleichzeitig in einer Bildebene fokussiert werden könne. Zu diesem Zweck ist ein Polyfokal-Linsensystem vorgesehen, bei dem einer auf ein Objekt fokussierten Hauptlinse ein lediglich das zweite Objekt in der durch die Hauptlinse bestimmten Bildebene abbildender Teil wenigstens einer Zusatzlinse vorgeschaltet ist. Bei dieser bekannten AnoiUiung wird eine Zusatzlinse verwendet, bei der ein Teil abgeschnitten und somit für die optische Aboildung unwirksam ist. Dabei wird die Bildebene durch die Hauptlinse vorgegeben, und die Zusatzlinse muß in einem derartigen Abstand von der Hauptlinse angeordnet werden, daß auch das zweite Objekt scharf in die Bildebene der Hauptlinse fokussiert wird. Dieses bekannte optische System weist den Nachteil auf, daß bei der Bewegung der Objekte die relative Lage der Hilfslinse laufend nachzustellen ist. Außerdem ist es nicht möglich, die beiden Objekte mit der gleichen Vergrößerung in der gleichen Bildebene scharf abzubilden.

Aus der US-PS 26 51 238 ist ein optisches System bekannt, das aus zwei Linsengruppen besteht, wobei die hintere Linsengruppe als doppelfokussierendes System ausgebildet ist insofern, als eine ringförmige Linse vorgesehen ist. Mit diesem bekannten Linsensystem soll die Tiefenschärfe vergrößert werden, so daß sowohl Vordergrund — als auch Hintergrund — Objekte in der gleichen Bildebene scharf abgebildet werden.

Aufeabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein optisches System zu schaffen, mit dem gleichzeitia zwei Objekte mit verschiedener Objektweite in einer Bildebene mit der gleichen Vergrößerung abgebildet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Linsengruppe die vordere und die zweite, als Doppelfokussystem ausgebildete Linsengruppe die hintere ist, daß der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene der vorderen und der vorderen Hauptebene der hinteren Linsengruppe gleich der Brennweite / der vorderen Linsengruppe ist und daß die einzelnen Brennweiten der Glieder des optischen Systems die Beziehung

erfüllen.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Systems besteht darin, daß es zwei Bilder der beiden Objekte in derselben Bildebene bei derselben Vergrößerung liefert, und zwar unabhängig von der speziellen Objektentfernung vom optischen System auch dann, wenn die beiden Objekte unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Abstandsbeziehung verschoben werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt

F i g. 1 das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Ausführungsform nach der Erfindung in Kombination mit einem Direktbelichtungs- oder Durchlichtsystem und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Anordnung einer anderen Ausführungsform der Erfindung in Kombination mit einem Auflichtsystem.

In Fig. 1 steht die positive Linse L₁. die die Brennweite / habe, für die vordere Linsengruppe. Die zusammengesetzte positive Linse L₂ der Brennweite /, steht für die hintere Linsengruppe und ist so angeordnet, daß ihre Hauptebene in die hintere Brennebene von L, fällt. Das erste Objekt S₁ liege im Abstand α vor der vorderen Linsengruppe L,. Das zweite Objekt S₂ befindet sich dann zwischen dem ersten Objekt S, und der vorderen Linsengruppe L₁ und habe den Abstand I χ vom ersten ObjektS,.

Das erste Objekt S₁ wird als Bild S₁' von der vorderen Linsengruppe L₁ im Abstand h hinter der Hauptebene von L_x entworfen. Dabei gelten folgende Beziehung:

1 1 1
a b f

und die Vergrößerung: m = b/a.

3 4

Wenn das BiIdS₂ des zweiten Objektes S₂ von Daher wird die BrennweiteZ₁ der hinteren Linsender vorderen und hinteren Linsengruppe L₁ und L₂ gruppe/²/ Ix.

gemeinsam an der gleichen Stelle wie das Bild S[ Aus den Gleichungen (2) und (5) ergibt sich die Verentworfen wird, ergibt sich die folgende Beziehung: größerung der Bilder S₁'und S₂ der Objekte S₁ bzw. S₂

^a- ^{ix y f} und

»nd ^ ^ _ y b-f

Durch Einsetzen der Gleichungen (6) und (7) erhält wobei y der Abstand zwischen dem Fokussierungs- man
ort des Bildes des zweiten Objekts S₂ durch die vor- 15

dere Linsengruppe L₁ und deren Hauptebene ist. _m- _ f_ . (6 —/) —/1 (jO)

Es versteht sich natürlich, daß die Objekte so (a — Ax)-f Z₁

ungeordnet sind, um der Beziehung (a - Ix) >/
If zu genügen. In diesem Fall ist die Vergrößerung _Durch Einsetzen von

*■ gegeben durch 20

^J * und

Um y aus den Gleichungen (3) und (4) zu eliminieren. 25 /1 =/" ^lv

löst man Gleichung (3) nach y:

in Gleichung (10) erhält man
f{a - /Ix) , .

* = _{a-.\x)-r ⁽⁶⁾ ₀ ^{m= a}-

³⁰ Das heißt, es ist
formt Gleichung (4) um in _ ,

r/1 — i/I .

/ — y = (TZIfCZf' W ³⁵ ^^{an errl}ält also Bilder, die die gleiche Vergröße-

* ' ~'¹ rung aufweisen.

Um das Verständnis des Prinzips zu erleichtern.

und setzt dann Gleichung (6) in Gleichung (7) ein. wird in F i g. 1 angenommen.
Man erhält dann

40 Ix = /

_ /(Q- Jx)_ ₌ fiib-f) a = 2 f

^J (a- Ix)-/ (b-f)-r; und

b = 2/.
oder

p (J₁ _ (}j -J)] ₌ J₁ (5 _ j) [(_a _ 1 _v) _ Q (g) Es versteht sich, daß die zusammengesetzte Linsen

gruppe, die im hinteren Brennpunkt der vorderen Linsengruppe L₁ angeordnet ist, auch aus Linsen

Aus der allgemeinen Formel, die durch Umformen zusammengesetzt sein kann, die verschiedene Brennaus Gleichung (1) erhallen wird, 50 weiten /₂ bzw. /₃ aufweisen, wobei (f₂ ψ f₃) ist.

Daher werden zwei Punkte, die sich vom Objekt S₂ (b — f) la — f) — f^{2 um} ^'^e Abstände

Iv₁ = PlU und Ix₂ = PIf₁
ergibt sich folgende Gleichung: 55

entfernt befinden, fokussiert. Das heißt, die beiden y-2 Punkte, die der Bedingung

^aJ Ix= Ix₁- ,^=W L

60 V/i ./2

Das Einsetzen der Gleichung (9) in Gleichung (8)
ergibt genügen, werden fokussiert.

Wenn weiterhin eine der beiden Linsen eine plan-

/1 -I-κ=/². parallele Platte ist, d.h., wenn die Brennweite/₂

. . 65 unendlich wird, dann ist Ix = Ix₁.

bomit ist Dieses ist in F i g. 2 gezeigt, die eine Ausführung

f = f²/ ι ν ^^es optischen Systems in Kombination mit einem

'' J ■ ■ ■ Durchlichtsystemdarstellt.

In Fig. 2 ist mit W eine Lichtquelle bezeichnet. L₂ und L[ bilden ein optisches Beleuchtungssystem; S₁ und S₂ ^sm(l das ^{erste ozw}· zweite Objekt; L₁ ist die vordere Linsengruppe, L₂ die hintere Linsengruppe, und S'i und S₂ sind die Bilder der Objekte S₁ S bzw. S₂. Die Anordnung der Objekte S₁ und S₂ und der vorderen und hinteren Linsengruppen L₁ und L₂ muß gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Das optische Beleuchtungssystem L₂ und L[ ist zum Fokussiersystem L₁ und L₂ in geometrischer Hinsicht und seiner Funktion symmetrisch. Die hintere Linsengruppe ist zwar als freistehende zusammengesetzte Linse dargestellt, aber in der Praxis kann, um die Anordnung der Linsen zu erleichtern, noch eine planparallele Glasplatte vorgesetzt werden. Mit diesem optischen System können die beiden Objekte S, und S₂ gleichzeitig durch die Linsengruppen L₂ und L₁' mit der gleichen Lichtintensität beleuchtet werden, und die Bilder der Objekte S₁ und S₂ können durch die vordere und hintere Linsengruppe L₁ und L₂ auf die gleiche Bildebene mit der gleichen Vergrößerung und der gleichen Ausrichtung fokussiert werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach F i g. 3 werden die Objekte mittels eines Auflichtsystems beleuchtet. In der Figur bezeichnet H-⁷ eine Beleuchtungsquelle. L₃ eine Kondenser-Linse, HM einen halbdurchlässigen Spiegel, der zur optischen Achse des Objektivs geneigt ist, L₂ eine hintere Linsengruppe, L₁ eine vordere Linsengruppe, S₂ und S₁ ein zweites bzw. erstes Objekt und S[ und S₂ die entsprechend fokussierten Bilder. Da die Objekte, Linsen und die Beleuchtungsquelle wie oben näher beschrieben wurde.

angeordnet sind, geht das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch die Kondenser-Linse L₃, den halbdurchlässigen Spiegel HM, die hintere Linse L₂, die vordere Linse L, und beleuchtet das zweite und erste Objekt S₂ und S, mit der gleichen Beleuchtungsintensität. Weiterhin bilden die vordere und hintere Linsengruppe L₁, L₂ die Bilder S[ und S₂ die beiden Objekte auf der gleichen Bildebene mit der gleichen Größe und Ausrichtung ab.

Es versteht sich, daß die zusammengesetzte Linsengruppe durch ein gewöhnliches doppelfokussierendes optisches System ersetzt werden kann, beispielsweise eine Fresnel-Linse, doppeltfokussierende Filter und ähnliches, wobei Ringlinsen und ähnliche Anordnungen ebenfalls im Rahmen der Erfindung Verwendung finden können.

Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, auf die gleiche Bildebene mit der gleichen Vergrößerung und Ausrichtung die Bilder S₁', S₂, der beiden Objekte S₁ und S₂ zu fokussieren, die vor dem Objektiv durch einen optischen Abstand /I χ voneinander getrennt sind. Somit ergibt die Erfindung viele industrielle Vorteile, z. B., wenn das optische System gemäß der Erfindung angewandt wird, um genau die Masken und Blättchen integrierter Schaltungen zu vergleichen, was heute von erhöhter Bedeutung ist, wobei Maske und Blättchen in genauem Abstand miteinander um den Abstand 1 χ beim Vergleichen und Einstellen zueinander gehalten werden, so daß verhindert wird, daß die Maske und die Blättchen beschädigt oder zerbrochen werden, wodurch die Lebensdauer der Maske erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Optisches System zur gleichzeitigen scharfen Abbildung in einer Bildebene von zwei Objekten mit verschiedenen, durch eine Strecke Ix unterschiedenen Objektweiten, das aus zwei positiven Linsengruppen besteht, von denen die erste eine Brennweite/ aufweist und die zweite als Doppeifokussystem mit den Brennweiten f_x und f₂ w ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe die vordere und die zweite, als Doppelfokussystem ausgebildete Linsengruppe die hintere ist, daß der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene der vorderen und der vorderen Hauptebene der hinteren Linsengruppe gleich der Brennweite / der vorderen Linsengruppe ist und daß die einzelnen Brennweiten der Glieder des optischen Systems die Beziehung