DE3126566C2 - Lens for an electron optical imaging system - Google Patents

Lens for an electron optical imaging system

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DE3126566C2 DE19813126566 DE3126566A DE3126566C2 DE 3126566 C2 DE3126566 C2 DE 3126566C2 DE 19813126566 DE19813126566 DE 19813126566 DE 3126566 A DE3126566 A DE 3126566A DE 3126566 C2 DE3126566 C2 DE 3126566C2
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Abstract

Beschrieben wird ein elektronenoptisches Abbildungssystem mit einer Elektronenbildröhre, deren Leuchtschirm und/oder Photokatode derart asphärisch-rotationssymmetrisch konkav zur Elektronenbildröhre hin gekrümmt sind, daß der Krümmungsradius von innen nach außen zunimmt. Das Objektfeld bzw. das Bildfeld des nachgeschalteten bzw. vorgeschalteten optischen Systems ist entsprechend der Krümmung des Leuchtschirms der Photokatode gekrümmt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Art der Krümmung läßt nicht nur einen kompakten Aufbau der Elektronenbildröhre zu, sondern ermöglicht auch ein einfaches optisches System mit hoher relativer Öffnung und geringen Bildfehlern.An electron-optical imaging system is described with an electron picture tube, the luminescent screen and / or photocathode of which are curved in such an aspherical-rotationally symmetrical concave manner towards the electron picture tube that the radius of curvature increases from the inside to the outside. The object field or the image field of the downstream or upstream optical system is curved in accordance with the curvature of the fluorescent screen of the photocathode. The type of curvature provided according to the invention allows not only a compact construction of the electron picture tube, but also enables a simple optical system with a high relative aperture and low image defects.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv für ein elektronenoptisches Abbildungssystem geiväß dem Oberbegriff der Patentansprüche I bzw. 9. Derartige Objektive werden beispielsweise bei Bildwandlern oder Restlichtverstärkern verwendet.The invention relates to an objective for an electron-optical imaging system according to the preamble of claims I and 9. Such lenses are used, for example, in image converters or residual light intensifiers used.

Es sind Objektive aus der Praxis bekannt, deren Elektronenbildröhre einen zur Röhre hin konkaven Leuchtschirm mit sphärischer Krümmung aufweist EJektronenbildröhren mit konkaven Leuchtschirm können aufgrund günstigerer elektronenoptischer Bedingungen wesentlich tisiner und leichter als Röhren mit planem Leuchtschirm gebaut werden. Es hat sich jedoch als schwierig herausgestellt, das Objektfeld des nachgeschalteten Objektivs dem sphärisch gekrümmten Leuchtschirm anzupassen, da die hierzu erforderliche Bildfeldkrümmung der »natürlichen Bildfeldkrümmung« eines Objektivs entgegengesetzt ist.Lenses are known from practice whose electron picture tube has a fluorescent screen that is concave towards the tube with spherical curvature has eJectron picture tubes with a concave luminescent screen can be due to more favorable electron-optical conditions, much tisiner and lighter than tubes with planar Fluorescent screen can be built. However, it has turned out to be difficult, the object field of the downstream Objective to adapt the spherically curved luminescent screen, since the required curvature of field is opposite to the "natural curvature of field" of a lens.

Derartige Objektive sind deshalb Objektiven mit ebenem Objekt- bzw. Bildfeld hinsichtlich ihrer Abbildungsqualität unterlegen. Deshalb werden in den weitaus meisten Fällen elektronenoptische Abbildungssysteme mit planem Leuchtschirm und entsprechendem Bild- bzw Objektfeld der Objektive trozt der insgesamt großen Abmessungen des Abbildungssystems verwendet.Such lenses are therefore inferior to lenses with a flat object or image field in terms of their imaging quality. Therefore, in the vast majority of cases, electron optical imaging systems are used flat luminescent screen and corresponding image or object field of the lenses despite the overall large Dimensions of the imaging system used.

Die vorstehenden Ausführungen treffen sinngemäß auch auf die Photokatode der Elektronenbildröhre bzw. das Bildfeld des vorgeschalteten optischen Aufnahmesystems zu.The above explanations apply analogously to the photocathode of the electronic picture tube or the image field of the upstream optical recording system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Objektiv gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 bzw. 9 derart weiterzubilden, daß bei geringen Abmessungen eine gute Abbiidungsquaiität auch bei hoher Öffnung erreicht wird.The invention is based on the object of a lens according to the preamble of patent claims 1 or 9 of this type to develop that with small dimensions a good image quality is achieved even with a high aperture will.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei Objektiven gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 9 angegebenen Merkmale gelöst. Optische Systeme mit asphärisch-rotationssymmetrisch gekrümmten Objekt- bzw. Bildfeld, dessen Krümmungsradius von innen nach außen zunimmt, können - wie erfindungsgemäß erkannt wurde - eine ebenso gute Bildqualität wie optische Systeme mit ebenem Objekt- bzw. Bildfeld haben. Darüberhinaus lassen sich derartige optische Systeme auch bei hoher Öffnung verhältnismäßig einfach aufbauen, so daß das optische System geringe Abmessungen haben kann. Geringe Abmessungen der Elektronenbildröhre werden durch die (weitgehend) übereinstimmend mit der Krümmung Objejrt- bzw. Bildfeldes ausgeführte Krümmung des Leuchtschirms bzw. der Photokathode möglich. Somit hat das mit dem erfindungsgemäßen Objektiv versehene elektronenoptische Abbildungssystem bei geringen Abmessungen eine hervorragende Bildqualität.According to the invention, this object is achieved in the case of lenses according to the preamble of patent claims 1 and 9, respectively solved by the features specified in the characterizing part of claim 1 and 9, respectively. Optical Systems with aspherically-rotationally symmetrically curved object or image field, its radius of curvature increases from the inside to the outside, an equally good image quality can - as was recognized according to the invention like optical systems with a flat object or image field. In addition, such optical Build systems relatively simple, even with a high aperture, so that the optical system has small dimensions may have. The small dimensions of the picture tube are (largely) consistent With the curvature of the object or image field, the curvature of the luminescent screen or the photocathode possible. Thus, the electron-optical imaging system provided with the objective according to the invention excellent image quality with small dimensions.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprürhen angegeben.Developments of the invention are given in the sub-claims.

Beispielsweise ist in Anspruch 2 eine vorteilhafte Form des Objektfeldes bzw. des Leuchtschirms angegeben. Bei durch elektronenoptische Bedingungen vorgegebener Krümmung des Leucbtschirms im achsnahen Bereich wird der Asphärenparameter K in Abhängigkeit von der Brennweite und dem Bildwinkel des optischen Systems so bestimmt, daß eine ebenso gute Bildquaiität des optischen Systems wie bei einem System mit ebenem Objektfeld erreicht wird.For example, an advantageous shape of the object field or of the luminescent screen is specified in claim 2. Given the curvature of the luminescent screen in the near-axis area due to electron-optical conditions, the aspheric parameter K is determined as a function of the focal length and the image angle of the optical system in such a way that the image quality of the optical system is as good as that of a system with a flat object field.

Gemäß Anspruch 3 kann der Schirmträger, auf dem der Leuchtschirm aufgebracht ist, als Element des optischen Systems ausgebildet sein.According to claim 3, the faceplate on which the luminescent screen is applied, as an element of the optical System be trained.

Durch die Anordnung mindestens einer bikonkaven Linse nahe dem Leuchtschirm nach Anspruch 6 wird die Bildqualität weiter verbessert.By arranging at least one biconcave lens near the luminescent screen according to claim 6, the Image quality further improved.

Der Aufbau gemäß Anspruch 7 erlaubt einen abgewinkelten Strahlengang ·τη optischen System, so daß das elektronenoptische Abbildungssystem speziellen Erfordernisse angepaßt oder auch raumsparend aufgebaut werden kann. The structure according to claim 7 allows an angled beam path · τη optical system, so that the electron-optical imaging system can be adapted to special requirements or can also be constructed in a space-saving manner.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der das Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt ist, näher beschrieben.The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the drawing, in which the embodiment is shown in section, described in more detail.

Eine nicht näher dargestellte Elektronenbildröhre weist einen auf einem Schirmträger 2 aufgebrauchten Leuchtschirm 3 auf. Die den Leuchtschirm 3 tragende Fläche r 1 des Schirmträj^crs 2 ist derart asphärisch-rotationssymmetrisch konkav zur Elektronenbildröhre (links in der Figur) hingekrümmt, daß der Krümmungsradius von innen nach außen zunimmt.An electron picture tube (not shown in more detail) has a fluorescent screen 3 that has been used on a faceplate 2. The surface r 1 of the screen support 2 carrying the luminescent screen 3 is curved in such an aspherical-rotationally symmetrical concave manner towards the electron picture tube (on the left in the figure) that the radius of curvature increases from the inside to the outside.

Das von dem Elektronenstrahl der Elektronenbildröhre in bekannter Weise auf dem Leuchtschirm 3 erzeugte sichtbare Bild wird mittels des in der Zeichnung dargestellten optischen Systems, dessen scharf abgebildetes Objektfeld mii der Flii- H? r\ bzw. dem Leuchtschirm 3 zusammenfällt, abgebildet.The visible image produced by the electron beam of the picture tube in a known manner on the luminescent screen 3 is displayed by means of the optical system shown in the drawing, the sharply imaged object field of which is the fluid. r \ or the luminescent screen 3 coincides, shown.

Das optische System hat eine relative hohe Öffnung, so daß es ein helles Bild des I cuchtschirm-Bildcs licler!. Der Schirm träger 2, dessen zweite Fläche rl ebenfalls konkav gekrümmt ist, ist in die Berechnunn des optischen Systems einbezogen.The optical system has a relatively high aperture, so that there is a bright image of the screen image. The screen carrier 2, the second surface rl is also curved concavely, is included in the calculation of the optical system.

Mit S ist in der Figur die gemeinsame Achse des dargestellten optischen Systems sowie der im einzelnen dar-5 gestellten Elektronenbildröhre bezeichnet.In the figure, S is the common axis of the optical system shown as well as that of the individual shown designated picture tube.

Im einzelnen besteht das optische System aus zwei mit großem Abstand angeordneten Linsengruppen I und II. Die Radien ri der einzelnen Flächen des optischen Systems, die zugeordneten Linsendicken dt bzw. die Luftabstände // sowie die Brechungsindizes n,. und die Abbe'schen Zahlen ve der für die einzelnen Linsen verwendeten Materialien sind in der folgenden Tabelle angegeben.In detail, the optical system consists of two lens groups I and II arranged at a large distance. The radii ri of the individual surfaces of the optical system, the assigned lens thicknesses dt or the air gaps // and the refractive indices n,. and the Abbe's numbers v e of the materials used for the individual lenses are given in the following table.

TabelleTabel

λI asphärische Fläche gemäß Patentanspruch 2 mit K = -2,0 und C - 1/37,57λI aspherical surface according to claim 2 with K = -2.0 and C - 1 / 37.57

vr = 36,11 vr = 54,5 v, = 54,5 v r = 36.11 v r = 54.5 v, = 54.5

25,225.2

v, = 54,5 v.. = 25,2 vr = 60,0 v, = 60,0v, = 54.5 v .. = 25.2 v r = 60.0 v, = 60.0

1515th rlrl = -37,57= -37.57 d\d \ = 2,43= 2.43 ",· = ", · = 1,6241.624 riri = 78,37= 78.37 WW. = 3,4 i= 3.4 i /•4/ • 4 = -56,lo= -56, lo dldl = 1,58= 1.58 nr =n r = 1,6941.694 2020th r5r5 = 120,74= 120.74 /2/ 2 = 1,96= 1.96 rf,rf, = -66,02= -66.02 i/3i / 3 = 2,50= 2.50 nr = n r = 1,6941.694 2525th rlrl = -328,51= -328.51 /3/ 3 = 3,96= 3.96 r%r% = -95,69= -95.69 dAthere = 3,20= 3.20 "<■ ="<■ = 1,8131,813 1-91-9 = -116,60= -116.60 /4/ 4 = 2,11= 2.11 3030th HOHO = 36,79= 36.79 dSdS = 7,47= 7.47 n, = n, = 1,6941.694 r\\r \\ = 97,81= 97.81 /5/ 5 = 66,54= 66.54 J 5J 5 r\lr \ l — oo- oo dkdk = 5,34= 5.34 1,8131,813 /•13/ • 13 = 985,79= 985.79 /6/ 6 = 0,59= 0.59 /•14/ • 14 = 62,13= 62.13 dldl = !2,80=! 2.80 /?,. =/?,. = 1,6231.623 4040 /■15/ ■ 15 = 1922,35= 1922.35 IlIl = 1,07= 1.07 /•16/ • 16 = 108,35= 108.35 dSdS = 9,60= 9.60 n, = n, = 1,6231.623 4545 RelativeRelative Öffnung 1 : 1,90Opening 1: 1.90 Brennweite / = 100Focal length / = 100

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

50 50

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Objektiv zur Abbildung eines sichtbaren Bildes auf einem zu einer Elektronenbildröhre konkaven Leuchtschirm auf in ebenes Bildfeld, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm (3) und das Objektfeld des Objektivs (4) in etwa zusammenfallen und derart asphärisch-rotationssymmetrisch gekrümmt sind, daß das Krümmungsradius von innen nach außen zunimmt.1. Lens for imaging a visible image on a concave to an electron picture tube Luminescent screen on a flat image field, characterized in that the luminescent screen (3) and the The object field of the objective (4) roughly coincide and are curved in an aspherical-rotationally symmetrical manner are that the radius of curvature increases from the inside out. 2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand ζ in Richtung der optischen Achse (5) zwischen dem Scheitelpunkt des Leuchtschirms (3) bzw. des Objektfeldes und einem Punkt auf dem Leuchtschirm bzw. dem Objektfeld mit der Höhe A gegeben ist durch:2. Lens according to claim 1, characterized in that the distance ζ in the direction of the optical axis (5) between the vertex of the luminescent screen (3) or the object field and a point on the The fluorescent screen or the object field with the height A is given by: z = c A2/(l + Vl-(A-+ I)C2A2) wobeiz = c A 2 / (l + Vl- (A - + I) C 2 A 2 ) where c die Krümmungskonstante und K der Asphärenparameter ist, der einen Wert zwischen -0,5 und —10 hat. c is the constant of curvature and K is the aspheric parameter, which has a value between -0.5 and -10. 3. Objekei i nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtschirm (3) auf einem Schirmträger (2) angeordnet ist, dessen zweite Fläche {rl) ebenfalls konkav gekrümmt ist. 3. Objekei i according to claim 1 or 2, characterized in that the luminescent screen (3) is arranged on a faceplate (2) whose second surface {rl) is also curved concavely. 4. Objektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (rl) sphärisch ist, und ihr Krümmungsradius 0,5 bis 5 mal so groß wie der achsnahe Krümmungsradius des Leuchtschirms (3) ist.4. Lens according to claim 3, characterized in that the second surface (rl) is spherical, and its radius of curvature is 0.5 to 5 times as large as the near-axis radius of curvature of the luminescent screen (3). 5. Objektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche (rl) dieselbe Form wie der Leuchtschirm (3) hat.5. Lens according to claim 3, characterized in that the second surface (rl) has the same shape as the luminescent screen (3). 6. Objektiv nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (4) nahe dem Leuchtschirm mindestens eine bikonkave Linse aufweist.6. Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system (4) has at least one biconcave lens near the luminescent screen. 7. Objektiv nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System (4) aus zwei mit großem Abstand angeordneten Linsengruppen (I, II) besteht, so daß zwischen den Linsengruppen ein Umlenkspiegel oder -prisma einfugbar ist7. Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the optical System (4) consists of two spaced apart lens groups (I, II) so that between the Lens groups a deflecting mirror or prism can be inserted 8. Objektis nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Daten: 30 8. Object according to one of the preceding claims, characterized by the following data: 30 rl asphärische Fläche gemäß Patentanspruch 2 mit K = -2,0 und C = 1/37,57 rl aspherical surface according to claim 2 with K = -2.0 and C = 1 / 37.57 dl - 2,43 nc = 1,624 vr = 36,11 dl - 2.43 n c = 1.624 v r = 36.11 Λ = -37,57 JS /1 = 3,41 Λ = -37.57 JS / 1 = 3.41 rl = 78,37 rl = 78.37 dl = 1,58 η, = 1,694 ν, = 54,5 dl = 1.58 η, = 1.694 ν, = 54.5 /■4 = -56,16 /2 = 1,96 /·5 = 120,74/ ■ 4 = -56.16 / 2 = 1.96 / · 5 = 120.74 dl = 2,50 nr = 1,694 ν, = 54,5 dl = 2.50 n r = 1.694 ν, = 54.5 Sj r6 = -66,02Sj r6 = -66.02 ί /3 = 3,96ί / 3 = 3.96 *■' rl = -328,51* ■ ' rl = -328.51 </4= 3,20 η,.= 1,813 ν, = 25,2</ 4 = 3.20 η,. = 1.813 ν, = 25.2 /•8 = -95,69/ • 8 = -95.69 /4 = 2,11 /■9 = -116,60/ 4 = 2.11 / ■ 9 = -116.60 dS = 7,47 η, = 1,694 vr = 54,5 dS = 7.47 η, = 1.694 v r = 54.5 /-10 = 36,79/ -10 = 36.79 /5 =66,54 /■11= 97,81/ 5 = 66.54 / ■ 11 = 97.81 dS= 5,34 λ,= 1,813 vc = 25,2 dS = 5.34λ, = 1.813 v c = 25.2 /•12= οο /6 = 0,59 /■13 = 985,79/ • 12 = οο / 6 = 0.59 / ■ 13 = 985.79 dl = 12,80 η, = 1,623 vr = 60,0 dl = 12.80 η, = 1.623 v r = 60.0 /•14= 62,13 Π = 1,07 r 15 = 19,22,35/ • 14 = 62.13 Π = 1.07 r 15 = 19.22.35 ί/8 = 9,60 η,. = 1,623 ν,. = 60,0ί / 8 = 9.60 η ,. = 1.623 ν ,. = 60.0 /■16= 108,35/ ■ 16 = 108.35 relative Öffnung 1 : 1,90 Brennweite / = 100relative aperture 1: 1.90 focal length / = 100 wobei mitwith ri die Krümmungsradien, ri are the radii of curvature, dl die Linsendicken, dl the lens thickness, // die Luftabstände// the air gaps nc die Brechungsindizes, und mit n c are the refractive indices, and with vr die Abbe'schen Zahlen v r the Abbe's numbers bezeichnet sind.are designated. 9. Objektiv zur Abbildung eines ebenen Objektfeldes auf die Photokatode einer Elektronenbildröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Bildfeld des Objektivs als auch die Photokatode derart asphärischrotationssymmetrisch konkav zur Elektronenbildröhre hin gekrümmt sind, daß der Krümmungsradius von innen nach außen zunimmt.9. Objective for imaging a flat object field on the photocathode of an electronic picture tube, characterized in that both the image field of the objective and the photocathode are aspherically rotationally symmetrical in this way are concavely curved towards the picture tube that the radius of curvature of increases inside out.
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