DE1920536C3 - 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 (/₂) 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 Anordnung wird eine Zusatzlinse verwendet, bei der ein Teil abgeschnitten und somit für die optische Abbildung unwirksam ist. Dabei wird die Bildebene durch die Hauptlinse vorgegeben, und die Zusatzlinse muß in einem derartigen Abstand von der Hauptlinsc 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.

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 Ausfuhrungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt

F i g. 1 das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung einer Ausführungsform nach der Erfindung in Kombination mit einem Direktbelichtungs- oder Durchlichtsyslem und

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

!n Fig. 1 steht die positive Linse L₁. die die Brennweite / habe, für die vordere Linsengruppc. Die zusammengesetzte positive Linse L₂ der Brennweite /, steht für die hintere Linsengruppe und ist so angeordnet, daß ihre Hauptebene in die hintere Brennebene von L₁ 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 S₁ und der vorderen Linsengruppe L₁ und habe den Abstand I χ vom ersten Objekt S₁.

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

-Ιf

und die Vergrößerung: m = biet.

(2)

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i>, Wenn das Bild S', des zweiten Objektes S₂ von Daher wird die Brennweite/, 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 Ver-

fntworfcn wird, ergibt sich die folgende Beziehung: größerung der Bilder S₁' und S₂ ^- der Objekte S₁ bzw. S₂

■.".•,Γ. Ill W = b/a

■ a - Ix ν j ,

f-y b-f J] ·

(4) y b-f

a- Ix f-y

wobei ν der Abstand zwischen dem Fokussierungsort des Biloes des zweiten Objekts S₂ durch die vordere Linsengruppe L₁ und deren Hauptebene ist.

Es versteht sich natürlich, daß die Objekte so anceordnet sind, um der Beziehung (a - l.v) > / zu*~genügen. In diesem Fall ist die Vergrößerung gegeben durch

(5) Durch Einsetzen der Gleichungen (6) und (7) erhält man

la'-.lxj-f

(10)

III — T^ ,. ·

Um y aus den Gleichungen (3) und (4) zu eliminieren. löst man Gleichung (3) nach y:

_/(q- l.v)
^y (a-.Ix)-/'

formt Gleichung (4) um in

(6) Durch Einsetzen von

b-f=f²/ia-f) und

/1 =/²/ «*
in Gleichung (10) erhält man

»m' = h/a.
Das heißt, es ist

m = 1«'.

^J~^y-(b'-f)-f_x

(7)

und setzt dann Gleichung (6) in Gleichung (7) ein. Man erhält dann

Man erhält also Bilder, die die gleiche Vergrößerung aufweisen.

Um das Verständnis des Prinzips zu erleichtern, wird in Fig. 1 angenommen,

/(α- l.v)

Ix = /

a =-- 2/

b = 2/.

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Aus der allgemeinen Formel, die durch Umformen aus Gleichung (I) erhalten wird.

[b-f)(a-f)=f², ergibt sich folgende Gleichung:

Das Einsetzen der Gleichung (9) in Gleichung {?) ergibt

Es versteht sich, daß die zusammengesetzte Linsengruppe, die im hinteren Brennpunkt der vorderen Linsengruppe L₁ angeordnet ist, auch aus Linsen zusammengesetzt sein kann, die verschiedene Brennweiten /₂ bzw. /₃ aufweisen, wobei (f₂ =£/₃) ist. Daher werden zwei Punkte, die sich vom Objekt S₂ um die Abstände

.Ix₁ = /7Λ und /Ix₂ - /7/2

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

1.V=

- - f) l JlJ

Somit ist

./, Ix=/².

genügen, werden fokussiert.

Wenn weiterhin eine der beiden Linsen eine planparallele Platte ist, d. h., wenn die Brennweite /₂ unendlich wird, dann ist /1 χ = /I χ,.

Dieses ist in F i g. 2 gezeigt, die eine Ausführung des optischen Systems in Kombination mit einem Durchlichtsvstem darstellt.

In F i g. 2 ist mit W eine Lichtquelle bezeichnet. L₂ und L[ bilden ein optisches Beleuchtungssystem; S₁ und S₂ sind das erste bzw. zweite Objekt; L₁ ist die vordere Linsengruppe, L₂ die hinlere Linsengruppe, und S₁' und S₂ sind die Bilder der Objekte S₁ 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 L₁' ist zum Fokussiersystem L₁ und L₂ in geometrischer ι ο 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 S₁ und S₂ gleichzeitig durch die Linsengruppen L₂ und L[ 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 Ausführungsform nach F i g. 3 werden die Objekte mittels eines Auflichtsystems beleuchtet. In der Figur bezeichnet W 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 L₁ und beleuchtet das zweite und erste Objekt S₂ und S₁ mit der gleichen Beleuchtungsintensität. Weiterhin bilden die vordere und hintere Linsengruppe L₁, L₂ die Bilder SJ 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 Jx 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 Ix beim Vergleichen und Einstellen zueinander gehalten werden, so daß verhindert wird, daf die Maske und die Blättchen beschädigt oder zer brochen werden, wodurch die Lebensdauer de: Maske erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. 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 /j und /₂ ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseragruppe die vordere und die zweite, als Doppelfbkussystem ausgebildete Linsengruppe die hintere ist, daß der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene der vorderen und der vorderen H;»uptebene der hinteren Linsengruppe gleich der Brennweite / der vorderen Linsengruppe ist und daß die einzelnen Brennweiten der Glieder des optischen Systems die Beziehung 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.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieerste Linsengruppe die vordere und die zweite, als Duppelfokussystem 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