DE2927515A1

DE2927515A1 - Optisches element

Info

Publication number: DE2927515A1
Application number: DE19792927515
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Phys Muchel
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1979-07-07
Filing date: 1979-07-07
Publication date: 1981-01-15

Description

Optisches Element
Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff ein optisches Element, das aus einer Kombination brechender und reflektierender Oberflächen eines transparenten Grundkörpers besteht.
Ein derartiges Element ist aus M. Françon, Einführung in die neueren Methoden der Lichtmikroskopie, Seite 222 bekannt. Das dort gezeigte Spiegelobjektiv für die UV-Mikroskopie besteht aus einem Grundkörper aus Quarzglas, dessen Oberfläche in mehreren Arbeitsgängen zu Segmenten mit unterschiedlichen Radien ausgeschliffen, poliert und anschließend zum Teil verspiegelt wurde.
Derartige Spiegelobjektive sind in der Herstellung sehr aufwendig und teuer, wodurch ihre Verwendbarkeit auf Spezialgebiete der Optik beschränkt bleibt.
Nun ist es bekannt, Linsen aus Kunststoff zu fertigen, und diese z.B. als Brillengläser oder in fotographischen Objektiven zu verwenden. Abgesehen von den ungünstigen mechanischen Eigenschaften (mangelnde Kratzfestigkeit) eignen sich derartige Kunststofflinsen jedoch nur bedingt für den Einsatz in höherwertigen abbildenden Systemen, da die Korrektur ihrer chromatischen Bildfehler Schwierigkeiten bereitet. Im Vergleich zu Gläsern streuen die zur Zeit bekannten transparenten Kunststoffe kaum hinsichtlich ihrer Dispersion und Brechzahl, so daß es nicht möglich ist, optische Systeme, die nur aus Kunststofflinsen aufgebaut sind, zu achromatisieren. Im allgemeinen kommen daher Kunststoff linsen in Verbindung mit solchen aus Glas zum Einsatz. Eine merkliche Reduzierung von Herstellungsaufwand und Preis derartiger optischer Systeme ergibt sich selten und nur dann, wenn mehrere schwer herzustellende Glaskomponenten wie z.B. Asphären durch Kunststoff linsen ersetzt werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, optische Systeme zu schaffen, die mit geringem fertigungstechnischen Aufwand herzustellen sind, und die gute optische Abbildungseigenschaften besitzen. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem optischen Element nach dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil der einteilige Grundkörper aus einen verflüssigbaren Werkstoff besteht und bezüglich seiner optisch wirksamen Oberflächen in einem Arbeitsgang geformt ist.
Das Formen des Grundkörpers kann in bekannter Weise durch Gießen, Pressen oder Spritzen geeigneter bei niedrigen Temperaturen verarbeitbarer Materialien erfolgen.
In einem Element gemäß dieser Erfindung sind die Vorteile von Spiegeloptik, -kompakte Bauform bei Freiheit Von chromatischer Aberation- mit den von Kunststofflinsen -einfacher -Herstellungsprozeß- miteinander vereint, während sich die eingangs genannten Nachteile weitgehend kompensieren.
Durch die Verwendung eines Grundkörpers, dessen optisch wirksame Flächen in einem Arbeitsgang abgeformt werden, entfällt die Zentrierung und Einapssung von Einzelkomponenten. Lediglich das Werkzeug, mit dem die Formgebung vorgenommen wird, ist entsprechend genau zu fertigen; mit diesem lassen sich mehrere tausend optische Systeme z B. durchSpritzgießen hersteLl-en.
Somit lassen sich leicht auch asphärisch geformte Teile der Oberfläche des jeweiligen optischen Elements realisieren, um monochromatische Aberationen des Elements zu minimieren.
Ein gemäß der Erfindung aufgebautes optisches Element findet vorteilhaft Verwendung als Lupe, mit der z.B. Mikrofilme- gelesen werden können.
Derartige r.icht projektiv arbeitende Lesevorrichtungen sind z.B. aus der DE-PS 10 23 903, DE-PS 10 28 807, DE-PS 2317 519 und der US-PS 31 71 884 bekannt. Die dort beschriebenen Geräte arbeiten mit Lupen, die aus mehreren Glaslinsen bestehen müssen, wenn die bei den geforderten Vergrößerungswerten von ca 10-20-fach sonst störend Sn Erscheinung tretenden Farbfehler eliminiert werden sollen.
Mit einem optischen Element gemäß der Erfindung lassen sich solche Lesegeräte einfach und sehr billig im Vergleich zu projektil arbeitenden Geräten herstellen. Dazu wird ein optisches Element aus Kunststoff mit 2 spiegelnden und 2 brechenden Oberflächen verwendet, die gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 angeordnet sind. Wenn die Werte der in Anspruch 9 angegebenen Tabelle eingehalten werden, ergibt sich ein Lesegerät mit einer Vergrößerung von 22-fach bei großem Abstand (ca. 2,0 cm)zwischenlupe und Mikrofilm.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert: Mit S ist der aus transparentem Material bestehende Grundkörper bezeichnet, der objektseitig eine unverspiegelte Ringfläche 1 und eine verspiegelte Kugelfläche 3 besitzt. Auf der Seite des Betrachters besitzt der Grundkörper eine verspiegelte Ringfläche 2 und eine unverspiegelte scheibenförmige Fläche 4.
Der Grund körper wurde in einem Arbeitsgang abgeformt und anschließend mit den Spiegelschichten 2 und 3 versehen. Er vergrößert in dieser Kombination das Objekt 6, das sich im Mittelpunkt der durch die Fläche 1 festgelegten Kugel befindet, 22-fach bei Verwendung der in folgender Tabelle angegebenen Daten: = = 20, 98 nd = 1.49 d1,2 = 11, 6 #d = 57.1 r2 = 23, 04 d -2,3 - -11, 55 r3 = 12, 59 d - 11, 5 3,4 wobei r1 der Krümmungsradius des konkaven unverspiegelten Rings 1 ist r2 der Krümmungsradius des konvexen verspiegelten Rings 2 r3 der Krümmungsradius des konkaven verspiegelten Rings 3 d1,2, d2,3 und d3,4 der Abstand der Schnittpunkte der durch die Radien definierten jeweiligen Kugeloberflächen mit der optischen Achse des Systems, nd die Brechzahl des Grundkörpers und die die Abbezahl des Grundkörpers ist.
Der Strahlengang 7 ist schematisch skizziert. Vom Objekt 6 ausgehende Strahlen werden von der sphärischen Spiegelfläche 2 auf den Spiegel 3 reflektiert, von der sie als paralleles Bündel durch die Fläche 4 treten und in das Auge 8 des Betrachters gelangen.
Die gezeigte Lupe besitzt eine numerische Apertur von 0.13, wobei die Zentralabschattung des Spiegels 3 berücksichtigt werden muß (Aperturverlustfaktor 'J0.5) und hat einen Arbeitsabstand A von 20 mm.
Obwohl die erfindungsgemäße Verwendung der optischen Elemente nach Art eines Spiegelobjektivs aus einem Stück bei Mikrofilmlesegeräten besonders vorteilhaft ist, können diese Elemente auch in anderen optischen Geräten, z.B. Fotoobjektiv, verwendet werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patenta)sprüche 1. Optisches Element bestehend aus einer Kombination brechender und reflektierender Oberflächen eines transparenten Grundkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Grundkörper (5) aus einem verflüssigbaren Werkstoff besteht und bezüglich seiner optisch wirksamen0berflächen (1,2,3,4) in einem Arbeitsgang geformt ist.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch wirksamen Oberflächen (1,2,3,4) konzentrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der optisch wirksamen Oberflächen sphärisch geformt ist.
4. Optisches Element nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch die Verwerdung des optischen Elements als Lupe.
5. Optisches Element nach Anspruch 4,gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Mikrofilmlesegerät.
6. Optisches Element nach Anspruch 1-5, gekennzeichnet durch eine Fassung, die Verschiebungen des optischen Elements in Richtung und senkrecht zu seiner optischen Achse erlaubt.
7. Optisches Element nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß es jeweils 2 brechende (1,4) und spiegelnde (2,3) Oberflächen besitzt.
3. Optisches Element nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen zylindrisch bzw. konisch geformten Grundkörper (5), dessen Boden aus einer konkaven verspiegelten sphärischen Fläche (3) und einem diese konzentrisch umgebenden konkaven unverspiegelten Ring (1) besteht, und dessen Deckel aus einer unverspiegelten Scheibe (4) und einem diese konzentrisch umgebenden konvexen verspiegelten Ring (2) besteht.
9. Optisches System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Einhalten der Daten nach folgender Tabelle: ## = 20, 98 nd = 1.49 d1,2 = 11, 6 #d = 57.1 r2 = 23, 04 d2,3 = 11, 55 r3 - 12, 59 d3,4 = 11, 5 3,4 wobei r1 der Krümmungsradius des konkaven unverspiegelten Rings (1) ist r2 der Krümmungsradius des konvexen verspiegelten Rings (2) ist r3 der Krümmungsradius des konkaven verspiegelten Rings (3) ist d1,2, d2,3 und d3 4 der Abstand der Schnittpunkte der durch die Radien definierten jeweiligen Kugetoberflächen mit der optischen Achse des Systems, n d die Brechzahl des Grundkörpers d die Abbezahl des Grundkörpers ist.