DE2449671C3 - Optisches System änderbarer Vergrößerung - Google Patents
Optisches System änderbarer VergrößerungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches System änderbarer Vergrößerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Es ist oft wichtig, die Vergrößerung eines optischen Gerätes ändern zu können, was z. B. leicht erreichbar
ist durch Ändern der Vergrößerung einer verfahrbaren Optik, die zwischen einer Gegenstandsebene und einer
relativ zur Gegenstandsebene ortsfesten Bildebene angeordnet ist. Im allgemeinen wird diese Vergrößerungsänderung
durch Hereinfahren einer Optik in den Strahlengang bzw. durch Herausfahren der Optik und
deren Ersetzung durch eine andere erreicht, die deshalb zwangläufig relativ zur GegenstandseK-ne anders angeordnet
ist. Möchte man zwei zueinander inverse Vergrößerungen erhalten, so kann bei ln>
ertieren der entsprechenden Abstände zur Gegenstandsebene und zur Bildebene die gleiche verfahrbarc Optik verwendet
werden. Das ist schematisch in der I 1 g 1 dargestellt.
In der F i g. 1 hat das in Vollinien dargestellte Objektiv
1 eine Schnittweite dzur Gegenstandsebene 0 und die
Vergrößerung des Gerätes ist z. B. g. In der gleichen Figur hat das in Strichpunktlinien dargestellte, gleiche
Objektiv 1 eine Schnittweite d zur Bildebene 1 und die neue Vergrößerung ist dann Mg.
Die Verstellung, durch die die mit Vollinien dargestelhe
Stellung in die mit Strichpunktlinien dargestellte Stellung übergeht, erfolgt so, als ob die Optik um 18ΓΤ
verschwenkt würde, so wie das in der Praxis oft durchgeführt wird, da das zu einer einfachen Serienfertigung
führt. Die Bewegung der Optik entspricht also einer reinen Verschiebung und einer vollständigen Wendebewegung.
Das ist notwendig, um in beiden Stellungen die gleiche Korrekturgüte der Aberrationen zu erhalten;
wenn nämlich die verfahrbare Optik gut korrigiert ist. wenn die Fläche 2 auf der Seite der kürzeren Schnittweite
d liegt, muß, um die gleiche Korrekturgüte zu erhalten, bei der in Strichpunktlinien dargestellten
zweiten Stellung die gleiche Fläche 2 der verfahrbaren Optik ebenfalls auf der Seite der kürzeren Schnittweite
dsein. Selbst wenn nur ein Satz dünner Linsen, der aus
einer Doppellinse oder zwei miteinander verkitteten Doppellinsen besteht, verwendet wird, so korrigiert
eine reine Verschiebung ohne Wendebewegung die sphärische Aberration nur für Abbildungen im Maßstab
etwa 1 :1. In den meisten Fällen ist zur Erzielung aplanatischer
Abbildungen die Verwendung eines Linsensatzes aus zwei luftraumgetrennten Doppellinsen oder
eines wesentlich komplexeren Linsensystems erforderlich. Nachteilig werden dann, wenn nicht gleichzeitig
eine Wendebewegung der verfahrbaren Optik durchgeführt wird, die entsprechenden Aberrationen nicht
korrigiert. Die bei den entsprechenden Geräten geforderten Abbildungsgüte erlaubt jedoch keine Vernachlässigung
der Astigmatismuskorrektur.
Eine vollständige Wendebewegung des Objektivs, gleichzeitig mit dessen Verschiebung ist schwer durchführbar,
vor allem bei Objektiven großer Abmessungen, insbesondere da eine Wendebewegung um 180°
exakt durchgeführt werden muß.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und insbesondere einen Wechsel von einer
Vergrößerung zu einer inversen Vergrößerung zu ermöglichen, unter Beibehalten aller Aberrationskorrekturen
und durch Ausführen lediglich einer einfachen Bewegung der verfahrbaren Optik.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen System änderbarer Vergrößerung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Dabei kann die Spiegeleinheit zwei einen Winkel von 90° einschließende Planspiegel enthalten, die so angeordnet
sind, daß in axialer Richtung einfallende Strahlen in entgegengesetzter Richtung aus dem Spiegelelement
austreten, wobei die verfahrbare Optik durch eine einfache Translationsbewegung verschiebbar
ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die verfahrbare Optik selbst ein optisches System mit kontinuierlich
änderbarer Vergrößerung, dessen Vergrößerungsbercich
Abbildungen im Maßstab 1 : 1 einschließt.
Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigt
Ii g. 1 ein herkömmliches optisches System,
ΙΊ g. 2 ein optisches System gemäß der Erfindung,
mit einer Spiegeleinheit mit zwei zueinander rechtwinkligen Planspiegeln,
F i g. 3 ein optisches System gemäß der Erfindung, bei dem Gegenstandsebene und Bildebene des Gerätes
parallel zueinanderliegen, jedoch nicht identisch sind.
F ig.4 ein optisches System gemäß der Erfindung,
bei dem die Spiegelebenen einen Winkel größer als 90" einschließen,
Fig.5 ein optisches System gemäß der Erfindung,
bei dem die verfahrbare Optik ein optisches System mit kontinuierlich änderbarer Brennweite ist,
F i g. 6 ein optisches System gemäß der Erfindung, bei dem wegen der Größe des Gegenstandes und dts
Bildes Bildebene und Gegenstandsebene nicht nebeneinanderliegen können.
Das in F i g. 1 beschriebene herkömmliche optische System wurde bereits erläutert.
In F i g- 2 ist die optische Achse des dargestellten
Gerätes durch Reflexion an Spiegeln 5, 6, die einen Winkel von 90° einschließen, zweimal um 90° umgelenkt.
Die optische Achse, die die Gegenstandsebene 0 und die Bildebene 1 verbindet, enthält daher i.tvei paral-IeIe
Zweige außerhalb der Spiegeleinheit 5, 6. in einer ersten Stellung der verfahrbaren Optik 1 in einem Abstand
d von der Gegenstandebene 0, die mit Volumen in der F i g. 2 dargestellt ist, ist die Vergrößerung des
gesamten Optiksystems g, wie bei der ebenfalls mit Volllinien dargestellten Stellung in Fig. ί. Eine Überführung
der verfahrbaren Optik 1 aus der mit Volumen dargestellten Stellung in die mit Strichpunktlinien dargestellte
Stellung entspricht einer Verschiebung entlang der optischen Achse und einer vollständigen Wendebewegung
der verfahrbaren Optik 1. da hier in aer zweiten Stellung der Abstand dder verfahrbaren Optik
1 zur Bildebene 1 erhalten bleibt, und da die gleiche Seite 2 der verfahrbaren Optik 1 auf der Seite der kleineren
Schnittweite d verbleibt. Hier wird aber die optisehe Achse selbst umgekehrt, anstatt die verfahrbare
Optik 1 umzukehren. Das in F i g. 2 dargestellte optische System, das offensichtlich kompakter ist als das an
Hand der F i g. 1 erläuterte, bietet darüber hinaus den Vorteil einer äußerst einfachen mechanischen Ausführbarkeit
des Verfahrens oder der Verstellung der verfahrbaren Optik 1, da es sich hier um eine einfache Verschiebung
um eine kurze Strecke entlang auf einfache Weise mit großer Präzision herstellbarer Führungen
handelt. Gemäß F i g. 2 sind die Spiegel 5. 6 so angeordnet, daß Gegenstandsebene 0 und Bildebene I zusammenfallen.
Das ist nicht unbedingt errorderlich. Wenn der Aufbau des Gerätes es erfordert, können die
Spiegel 5,6 so angeordnet sein, daß Gegenstandsebene
0 jnd Bildebene 1 nicht zusammenfallen, auch wenn sie
parallel bleiben. Das ist bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall; hier ist die Verschiebung
der verfahrbaren Optik 1 nicht senkrecht zu den be'den Zweigen der optischen Achse, verläuft jedoch im gleichen
Winkel zu den Zweigen der Achse. Auch in diesem Fall bleibt der Abstand der verfahrbaren Optik 1
gegenüber der Gegenstandsebene 0 bzw. der Bildebene
1 in beiden Stellungen der verfahrbaren Optik 1 gleich.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig.4 schließen die
Spiegel 5 und 6 einen Winkel größer als 90r ein. so daß
die beiden Zweige der optischen Achse nicht mehr parallel sind. Die beiden Zweige der optischen Achse liegen
jedoch in einer Ebene. Das Verschicben der verfahrbaren Optik 1 ist auch hier wieder mechanisch einfach
zu verwirklichen, da es sich auf eine Verschwen kung in einer Ebene um den Schnittpunkt der beiden
Zweige der optischen Achse zurückführen läßt; es genfifft
wenn die verfahrbare Optik 1 von einem Arm getragen wird, der gelenkig auf einer Achse durch den
Schnittpunkt der beiden Zweige der optischen Achse angeordnet ist.
Das schematisch in F i g. 4 wiedergegebene optische System kann durch eine Spiegeleinheit mit einem einzigen
Spiegel noch weiter vereinfacht werden, wobei die Verschwenkung des die verfahrbare Optik 1 tragenden
Arms nun um eine Achse erfolgt, die durch den Schnittpunkt der optischen Achse mit der Spiegelfläche verläuft.
Selbstverständlich ist es in diesem Fall, wie bei dem gemäß F i g.4, damit das Verstellen der verfahrbaren
Optik 1 auf eine einfache Rotation zurückführbar ist, unerläßlich, daß der Abstand des Schnittpunkts der
optischen Achse mit der spiegelnden Ebene von der Gegenstandsebene gleich dem bildseitigen Abstand des
entsprechenden Schnittpunkts von der Bildebene ist.
In der F i g. 5 ist ein besonders wichtiges Ausführungsbeispiel
für den Fall dargestellt, daß kontinuierlich änderbare Vergrößerungen erzielt werden sollen. In
diesem Fall benötigt man im allgemeinen ein komplexes optisches System, das mindestens zwei verschiebbare
Linsengruppen aufweist und unter dem Namen pankratisches System oder Zoom-System bekannt ist.
Das Verhältnis der im äußersten Fall erhaltbaren Vergrößerungen, das man bei Ausnutzung der gesamten
Weglängen der verschiebbaren Linsengruppen erhält, kann theoretisch sehr hoch sein. In der Praxis ist das
Verhältnis jedoch dadurch begrenzt, daß es notwendig ist, alle Aberrationen für alle Stellungen der verschiebbaren
Glieder zu korrigieren, so daß derartige optische Systeme änderbarer Vergrößerung selten ein Verhältnis
größer als 10 der beiden Endvergrößerungen aufweisen. Wenn bei dem schematisch in F i g. 2 dargestellten
optischen System die verfahrbare Optik 1 durch eine verfahrbare Optik 9 mit änderbarer Brennweite
ersetzt ist, wird das in F i g. 5 dargestellte optische System erhalten. In der in Vollinien dargestellten
Lage der verfahrbaren Optik 9 und durch einfaches Betätigen der internen Mechanik dieser verfahrbaren Optik
9, durch die die Brennweite in einem Bereich ίο bis 10/b änderbar ist, wird auf diese Weise für das Gesamtgerät
das Vergrößerungsverhältnis 10 erhalten. Wenn nun die verfahrbare Optik 9 durch einfaches Verschieben
in eine in Strichpunktlinien dargestellte und im anderen Zweig der optischen Achse befindliche Stellung
gebracht wird, ist erkennbar, daß sie sich nun wie eine verfahrbare Optik 9 verhält, die inverse Vergrößerungen
zu denen der ersten Stellung ergibt, unter der Voraussetzung, daß die Lage der Spiegel 5, 5 zur Gegenstandsebene
0 und zur Bildebene I korrekt bestimmt ist. In dieser neuen Stellung läßt sich durch die gleiche Betätigung
der internen Mechanik der verfahrbaren Optik 9 ihre Vergrößerung von 1 bis V10 verändern. Dadurch
erhält man einen Vergrößerungsbereich von 1 :100. Die Vergrößerungen können kontinuierlich mit Hilfe
eines Systems änderbarer Vergrößerung, dessen Brennweitenänderungsbereich 1:10 beträgt, eingestellt
werden. Dabei ist die Korrektion der Aberration über den Vergrößerungsbereich 1 :100 von gleicher
Güte wie die Korrektion der Aberration der verfahrbaren Optik 9. Soll die Vergrößerung stetig verändert
wtrden. so muß die Endvergrößerung des pankratischen
Systems während der Verstellung gleich Eins sein. In der Praxis wird man einen kleinen Überlappungsbereich
zwischen den beiden Bereichen schaffen, die einer Stellung der verfahrbaren Optik 9 in einem
der beiden Zweige der optischen Achse entsprechen. Das heißt, daß bei einem untersuchten Endfaktor R2 ein
Faktor für das pankratische System gewählt wird, der ein wenig größer als R ist und einen kleinen Sicherheitsüberlappungsbereich
ermöglicht. Die Ausbildung des optischen Systems änderbarer Vergrößerung mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 ist
besonders vorteilhaft, wenn die verfahrbare Optik ein pankratisches System ist, da die mechanischen Einrichtungen
zum Ändern der Vergrößerung bei vollständiger Wendebewegung des pankratischen Systems wesentlich
schwerer und kostspieliger wären.
Selbstverständlich sind noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung möglich, z. B. ist sie in gleicher Weise
anwendbar, wenn das optische System durch Spiegel ergänzt wird, die zwischen Gegenstandsebene 0 oder
Bildebene 1 und der Spiegeleinheil 5,6 angeordnet sind Das ist z. B. bei dem in F i g. 6 schematisch dargestell-
S ten Ausführungsbeispiel der Fall, bei dem die Größe
des Gegenstandes und/oder des Bildes keine Anordnung Seite an Seite ermöglicht. Hier lenkt ein Zusatzspiegel
11 das Strahlenbündel um und hält die Bildebe·
ne 1 senkrecht zur Gegenstandsebene 0. Ebenso kön
ίο nen als Umlenkspiegel Prismen mit Totalreflexion die
nen, wie das in F i g. 6 dargestellt ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Optisches System änderbarer Vergrößerung zwischen einer Gegenstandsebene und einer relativ
zur Gegenstandsebene ortsfeste Bildebene, mit einer verfahrbaren Optik, deren jeweilige Ding- und
Bildweiten invertiert sind und dadurch inverse Vergrößerungen ergeben, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spiegeleinheit (5,6) vorgesehen ist. durch die ein parallel zur optischen Achse
einfallender Strahl so umgelenkt wird, daß einfallender und reflektierter Strahl in einer Ebene liegen
und daß die Optik (1) so in dieser Ebene verfahrbar ist, daß sie wahlweise zwischen Spiegeleinheit (5, 6)
und Objeki oder zwischen Spiegeleinheit (5, 6) und Bild in den Strahlengang gebracht werden kann.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegeleinheit (5, 6) einen
einzigen Planspiegel enthält, wobei die verfahrbare Optik (1) um den Schnittpunkt der optischen Achse
mit der spiegelnden Fläche verschwenkbar ist.
3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegeleinheit (5, 6) zwei
einen Winkel von 90° einschließende Spiegel enthält, die so angeordnet sind, daß in axialer Richtung
einfallende Strahlen in entgegengesetzter Richtung aus der Spiegeleinheit (5, 6) austreten, wobei die
verfahrbare Optik (1) durch eine einfache Translationsbewegung verschiebbar ist.
4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel der Spiegeleinheit
(5, 6) einen Winkel größer als 90° einschließen, und daß die verfahrbare Optik (1) um den Schnittpunkt
der beiden Zweige der optischen Achse verschwenkbar ist.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, ddß die verfahrbare
Optik (1) selbst ein pankratisches System ist, deren Vergrößerungsbereich Abbildungen im Maßstab
1 :1 einschließt.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch weitere Spiegel (11) in
mindestens einem der Zweige der optischen Achse, die den Strahlengang umlenken.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR7339887A FR2251019A1 (en) | 1973-11-09 | 1973-11-09 | Optical system of variable magnification - is between fixed relative object and image planes and has single movable optics |
FR7339887 | 1973-11-09 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2449671A1 DE2449671A1 (de) | 1975-05-22 |
DE2449671B2 DE2449671B2 (de) | 1976-05-26 |
DE2449671C3 true DE2449671C3 (de) | 1977-01-20 |
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