DE1930232A1 - Optisches System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, welches gleichzeitig zwei Abbildungen eines Gegenstandes erzeugt.

Häufig ergibt sich die Notwendigkeit, mit einem optischen System gleichzeitig zwei Abbildungen bzw. Bilder eines Gegenstandes zu erzeugen. Ein Beispiel ist die gleichzeitige Abtastung zweier nebeneinander angeordneter Einzelbilder eines Filmes mittels eines Punktlichtabtasters, wobei als Gegenstand der Schirm der Kathodenstrahlröhre anzusehen ist. Eine' Möglichkeit, zweifach-Abbildungen eines Gegenstandes zu erzeugen, ist die Benutzung zweier Linsen bzw. Objektive (der Einfachheit halber soll im folgenden der Begriff "Linse" sowohl die einfache Linse als auch ein aus mehreren Gliedern zusammengesetztes Objektiv bedeuten). Wenn jedoch die beiden Bilder näher nebeneinander erzeugt werden sollen, als es die für eine bestimmte Bildhelligkeit erforderlichen geometrischen Abmessungen bzw. Durchmesser der Linsen gestatten, müssen die Linsen bzw. Objektive einseitig abgeflacht werden,

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um ihre·optischen Achsen näher, als es dem Durchmesser einer Linse entspricht, aneinanderrücken zu können. Dies hat jedoch einen Lichtverlust zur Folge. Wenn darüber hinaus die beiden Bilder einander möglichst gleich sein sollen, was beim oben angegebenen Beispiel erforderlich ist, kann die Benutzung zweier Linsen wegen unterschiedlichen Ungenauigkeiten und entsprechend unterschiedlichen Abbildungsfehlern der beiden Linsen unfriedigend sein.

Desweiteren lässt sich zur gleichzeitigen Erzeugung zweier Bilder ein Strahlenteiler verwenden, z. B. halbversilberte Spiegel oder ähnliche teildurchlässige Einrichtungen, W welche zwischen einer Linse und dem Gegenstand so angeordnet sind, dass die Linse den Gegenstand über den Strahlenteiler erfasst und daher scheinbar zwei Gegenstände sieht und zwei entsprechende Abbildungen erzeugt. Dieser Weg hat jedoch den Nachteil, dass, selbst unter der Annahme eines hundertprozentigen Wirkungsgrades des Strahlenteilers, jedes der beiden Bilder nur halb sovhell wie eine einzige, mittels der · gleichen Linse ohne Einschaltung eines Strahlenteilers erzeugte Abbildung ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Systems, welches mit nur einer Linse gleichzeitig zwei Ab- £ bildungen eines Gegenstandes erzeugt, wobei jede Abbildung praktisch genauso hell wie eine einzige, mittels der Linse erzeugte Abbildung ist.

Diese Aufgabe löst ein optisches System, welches erfind ungsgemäss gekennzeichnet ist durch zwei erste, im Abstand vom Gegenstand angeordnete Spiegel, welche jeweils vom Gegenstand ausgehende Strahlen zu einem von zwe'i weiteren, im Abstand zu einer Linse angeordnete Spiegel ablenken, welche ihrerseits die Strahlen zur Linse reflektieren. Die Abstände

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der zwei- ersten Spiegel zum Gegenstand und der zwei weiteren Spiegel zur Linse werden ausreichend gross gewählt, so dass die zwei Übertragungswege vom Gegenstand über die Spiegel zur Linse durch zwei vollkommen getrennte Strahlenbündel gebildet sind. Vorzugsweise ist die Anordnung so, dass die Linse zwei virtuelle, nicht überlappende Bilder des Gegenstandes hinter den zwei weiteren Spiegeln erfasst und entsprechend zwei nicht überlappende Bilder bzw. Abbildungen erzeugt. . '.

Dje Erfindung lässt sich für flache bzw. ebene Gegenstände, wie sie z. B. durch den Schirm einer Abtaströhre gegeben sind, anwenden, wenn der Abstand zwischen den beiden i Bildern nicht kleiner zu sein braucht, als es dem optisch wirksamen, mit dem Quotienten aus der Bildweite und der Gegenstandsweite, d. h. mit der Verkleinerung des optischen Systems multiplizierten Durchmesser der Linse entspricht. Dies entspricht der Bedingung, dass der Abstand zwischen den beiden, von der Linse erfassten virtuellen Bildern grosser als der wirksame Durchmesser der Linse sein soll. Wenn, wie üblich, Bilder erzeugt werden sollen, die kleiner als der Gegenstand sind, bedeutet der Ersatz der früheren, für den Fall zweier Linsen geltenden Bedingung, die den Abstand zwischen den Bildmitten festlegt, durch die jetzige Bedingung, die den Abstand zwischen den virtuellen Bildern in Beziehung (| zum wirksamen Linsendurchmesder setzt, eine beträchtliche Verbesserung. Im übrigen ist der r.elevanteDurchmesser beim erfindungsgemässen optischen System der optisch wirksame Durchmesser und nicht der geometrische Durchmesser der Linse, der zumindest bei Benutzung einfacher Passungen in der Regel erheblich grosser als der optisch wirksame Durchmesser ist. Ausserdem ist die kritische Linsenabmessung nur in Richtung der Verbindungslinie zwischen den beiden Bildmitten beschränkt, so dass die Linse tatsächlich jeden beliebigen

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Durchmesser aufweisen kann, wenn symmetrisch angeordnete, kreissegmentförmige Abschnitte abgedeckt werden, so dass die Linse die virtuellen Bilder mit diesen Abschnitten nicht erfasst. Bei einer Linse, deren Durchmesser den theoretisch zulässigen Wert überschreitet, sind ausser einer Abschattung der beiden Segmente also keine weiteren baulichen Veränderung η erforderlich.

Die Erfindung und weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden optischen Theorie,

Pig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen optischen Systems,

Pig. 3 eine Ansicht einer im erfindungsgemässen optischen System verwendeten Linse.

Pig. 1 zeigt einen Gegenstand AA¹, welcher in einer zur Linie CC¹ normalen Ebene liegt und von dieser Linie in seinem Mittelpunkt C durchsetzt wird. Wenn dieser Gegenstand mittels zweier Linsen BB¹ und DD^f , deren optische Achse jeweils parallel zur Linie GC liegt, abgebildet wird, gleicht der zur Linie CC senkrechte Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Linsen der Grosse AA¹ plus dem Abstand H¹J zwischen zwei weiter unten zu definierenden virtuellen Bildern. Die beiden Linsen erzeugen in einer zur Linie CC normalen Ebene Bilder ohne geometrische Verzerrung, von denen jedes so hell wie ein einziges Bild des Gegenstandes AA¹ ist, welches in der gleichen Ebene mittels einer Linse von gleichem. Öffnungsverhältnis erzeugt würde. Allerdings ist die

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Helligkeit der beiden mittels der Linsen BB¹ und DD¹ erzeugten Bilder insofern etwas geringer, als diese Linsen den Gegenstand AA' seitlich versetzt erfassen. In der Paxis ist dieser Effekt jedoch vernachlässigbar. Aus weiter unten zu erläuternden Gründen seien die beiden Linsen BB' und DD' "scheinbare Linsen" genannt.

Alle möglichen Strahlen vom Gegenstand AA¹ zur scheinbaren Linse BB' liegen zwischen den Linien AB und A*B' . Entsprechend sind die Strahlen von AA' nach DD' zwischen den Linien AD und A¹D' eingeschlossen. Die Strahlen überlappen einander zu Anfang, wobei die ungünstigsten Fälle längs der Linien A¹B' und AD auftreten, welche sich in einem Punkt F schneiden. Unmittelbar hinter dem Punkt F bis zu den beiden scheinbaren Linsen BB-¹- und DD¹ sind die Strahlen vollkommen voneinander getrennt. -

Es sei nun eine Linse GG' gegeben, welche die beiden Gegenstände HH' und JJ¹ erfasst, die in der gleichen Ebene wie der Gegenstand AA' liegen und deren gegenseitiger Abstand H'-J beträgt. Die beiden Gegenstände HH' und JJ' seien scheinbare Gegenstände geannt. Die von HH¹ nach GG¹ verlaufenden Lichtstrahlen liegen zwischen den Linien HG und H¹Gr¹. Entsprechend liegen die von JJ¹ nach GG' laufenden Strahlen zwischen den Linien JG und J¹G¹. Der Schnittpunkt zwischen den Linien JG und H¹G' stellt den ersten Punkt K j -I₁- jj j i-j-u zur wirklichen Linse dar, an welchem die von den scheinbaren Gegenstanden/ GcP verlaufenden Strahlen konvergieren.

Die Grundlage der Erfindung ist, dass die zwei Strahlen-, bündel vom wirklichen Gegenstand AA' zu den scheinbaren Linsen BB¹ und DD¹ mittels getrennter Gruppen von Spiegeln zur wirklichen Linse GG' derart umgelenkt werden, dass sie von den scheinbaren Gegenständen HH' bzw. JJ¹ zu kommen scheinen«

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Wegen der ungünstigsten Strahlen^ .AJ) und A¹B¹ können erste Spiegel nicht links vom Punkt F angeordnet werden. Aus einer ähnlichen Überlegung für die Strahlen H¹G¹ und JG folgt, dass zweite Spiegel nicht rechts vom Punkt K angeordnet werden können. Dann ist auch die Bedingung klar, dass der wirksame Durchmesser der Line GG¹ kleiner als der Abstand H¹J zwischen den scheinbaren Gegenständen bzw. zwischen den virtuellen Bildern des Gegenstandes AA¹ sein muss. Je mehr die Grosse GG¹ dem Abstand H¹J angenähert wird, desto näher rückt der Punkt K an den Punkt P. Wenn GG¹ genauso gross wie H¹J ist, fallen die Punkte P und K zusammen, so dass kein Platz für die erforderlichen Spiegel vorhanden ist. Wenn GG' grosser als H¹J ist, liegt der Punkt K links vom Punkt P und es gibt keine Lösung.

In Pig. 2 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Teile sind wie in Pig. 1 bezeichnet. Zwei erste Spiegel MP und PP sind in einem Abstand zum Gegenstand AA¹ und zwei wei?erffQK und KN sind in einem Abstand zur Linse GG¹ angeordnet· Dabei ist der Spiegel MP dem Spiegel KN und der Spiegel PP dem Spiegel QK parallel. Die Spiegel MP und PP sind im Punkt P angeordnet, der, wie bereits deffiniert, der Schnittpunkt von Strahlen ist, die von gegenüberliegenden Bändern des Gegenstandes AA*!ausgehen und zu den scheinbaren Linsen BB¹ bzw. !DD* gelangen. Die Spiegel QK und KN sind entsprechend im Punkt K angeordnet, welche der Schnittpunkt benachbarter Strahlen von den zwei virtuellen, einander nicht überlappenden Bildern HH¹ und JJ¹ ist. Die beiden virtuellen Bilder werden durch die von den beiden ersten Spiegeln zu den beiden zweiten Spiegeln reflektierten Strahlen erzeugt. Tatsächlich würde der Abstand PK in Pig· 2 etwas grosser als der entsprechende Abstand in Pig. sein, d. h. der Punkt P würde etwas weiter vom Gegenstand entferal? liegen, __alsf" es dem theoretischen Minimum entspricht.

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la gleicher Weise würde der Punkt K etwas weiter entfernt von der Linse liegen, als dem theoretischen Minimum entspricht.

Anhand des Strahlenganges wird ersichtlich, dass das oben beschriebene System zwei nicht überlappende Bilder eines Gegenstandes erzeugt. Der Strahl AB wird längs des Weges AMKG umgelenkt und scheint so von J zu kommen. De.r Strahl A'B¹ wird längs des Weges A¹PKG' umgelenkt und scheint so von J¹ zu kommen. Entsprechend nimmt der Strahl AD den Weg APQG, so dass er von H zu kommen scheint. Der Strahl A¹D¹ nimmt den Weg APKG¹, so dass er von H' zu kommen scheint.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist der Durchmesser der Linse GG¹ auf. den Abstand H¹J zwischen den virtuellen Bildern HH¹ und JJ¹ beschränkt. Die Beschränkung gilt aber nur in Richtung der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten dieser Bilder. In Pig. 3 ist eine verwundbare Linse GG¹ gezeigt, deren Durchmess^^a^fs der theoretisch zulässige Wert ist. Wenn der theoretisch zulässige Durchmesser der Linse D ist und eine Linse mit einem tatsächlichen Durchmesser 2D benutzt wird, ist es lediglich notwendig, die beiden schraffierten Kreissegmente der grossen Linse zu verdecken, so dass die Linse ungefähr 61 $ des Lichtes hindurchlässt, dass sie bei voller Öffnung hindurchlassen würde. Die grosse Linse lässt also immer noch 61/25 oder 2,4 mal so viel Licht wie eine Linse mit dem theoretisch zulässigen Durchmesser D hindurch. Die Verwendung einer grossen Linse bringt also VorteiLe.

Mit dem erfindungsgemässen Prinzip ist es natürlich auch ohne weiteres möglich, mehr, als zwei gleiche Abbildungen eines Gegenstandes gleichzeitig zu erzeugen. Die notwendige Erweiterung, um z. B. gleichzeitig drei Abbildungen eines Gegenstandes zu erzeugen,· wird jedem Fachmann anhand der vorangegangenen Beschreibung klar sein.

009822/1320 Ansprüche: 69XV

Claims (6)

DR. ING. F. WUESTITO FF . 8 MÜNCHEN BO BelC αχώτφΙθΓ Darf nid:,i qeäftaert werden t . G. PULS SCHWEIGERSTRASSE S DRJE.Y.PECHMANN TXLEroir ssosffl DR. ING. D. BEHRENS niiGUHxuingn PATENTANWÄLTE O PBOTBOTPATBiiT iA-36 493 1930232 PATENTANSPRÜCHE

1. Optisches System, welches gleichzeitig zwei Abbildungen eines Gegenstandes erzeugt, gekennzeichnet durch zwei erste, im Abstand vom Gegenstand (AA¹) angeordnete Spiegel (MP; PP), welche jeweils vom Gegenstand ausgehende Strahlen zu einem vo.n zwei weiteren, im Abstand zu einer Linse (GG¹) angeordnete Spiegel (NK; KQ) ablenken, welche ihrerseits die Strahlen zur Linse reflektieren.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die zwei ersten, dem Gegenstand (AA¹) zugewandten Spiegel (MP; PP) jeweils parallel zu einem der beiden weiteren, der Linse (GG¹) zugewandten Spiegel (NK; KQ) angeordnet sind. ν .

3· Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die zu den zwei weiteren Spiegeln (NK; KQ) abgelenkten Strahlen hinter den beiden Spiegeln jeweils ein virtuelles Bild (HH¹; JJ¹) des Gegenstandes (AA¹) erzeugen.

4·· Optisches System nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichne t, dass der Abstand zwischen dem Gegenstand (AA¹) und den zwei ersten Spiegeln (MP; PP) mindestens so gross wie der Abstand zwischen dem Gegenstand und dem Schnittpunkt (P) konvergierende^ von den Rändern des Gegenstandes ausgehender und über die zwei weiteren Spiegel (NK, KQ) zur Linse (GG¹) gelangender Strahlen ist.

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5· Optisches System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Linse (GG') und den zwei weiteren Spiegeln (NK; KQ) mindestens so gross wie der Abstand zwischen der Linse und dem Schnittpunkt (K) konvergierender, benachbarter Strahlen von den beiden virtuellen Bilden (HH¹; JJ¹) ist.

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6. Optisches System nach Anspruch 3» 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass der theoretische Durch- ^ messer der Linse (GG¹) dem Abstand (H¹J) zwischen den beiden ™ virtuellen Bildern (HH'; JJ') gleicht.

7· Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass die Linsenabmessung nur in Richtung quer zur Trennungslinie zwischen den virtuellen Bildern (HH', JJ') auf den Wert des theoretischen Durchmessers beschränkt ist.

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