WO2013004687A1 - Imaging optical unit and optical system having such an imaging optical unit - Google Patents

Imaging optical unit and optical system having such an imaging optical unit Download PDF

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WO2013004687A1
WO2013004687A1 PCT/EP2012/062895 EP2012062895W WO2013004687A1 WO 2013004687 A1 WO2013004687 A1 WO 2013004687A1 EP 2012062895 W EP2012062895 W EP 2012062895W WO 2013004687 A1 WO2013004687 A1 WO 2013004687A1
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imaging
optical
variation
components
beam path
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WO2013004687A8 (en
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Markus Sesselberg
Jan Buchheister
Marco Pretorius
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Carl Zeiss Ag
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Publication date
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0018Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for preventing ghost images
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/13Ophthalmic microscopes

Definitions

  • the invention relates to an imaging optics for imaging an object field in an image field. Furthermore, the invention relates to an optical system with such imaging optics.
  • Such an imaging optics and such an optical system are known from DE 103 16 416 A1, DE 10 2008 040 944 A1, US Pat. No. 4,415,239 and US Pat. No. 4,730,910.
  • An imaging optics with incident illumination and eyepieces is known from EP 1 510 847 A.
  • optical systems with incident illumination which include optical components whose optical surfaces are enforced by both an illumination beam path and an imaging beam path.
  • the use of at least one free-form surface makes it possible to avoid reflection by corresponding orientation of the entry and exit surfaces, in particular of the variation components, so that during a displacement path of the variation components no risk of reflection occurs. used displacement position of the variation optical module annoying reflected light reflections arise.
  • the variation components are those components of the imaging optics which are designed to be able to be displaced relative to one another for the purpose of deliberately changing imaging properties. Those optical components whose distance from each other can be variably predetermined represent the variation components, even if in one specific embodiment only one of the two variation components is actually displaced.
  • the variation optical module is an assembly containing the optical variation components for selectively changing imaging properties. A reflection prevention by appropriate orientation of the entry and exit surfaces of the additionally optionally existing rigid optical components can be ensured by the use of at least one free-form surface.
  • Such free-form surfaces can not be described by a mathematical function which is rotationally symmetrical about an excellent axis, which is a normal to a surface section of the optical surface.
  • such free-form surfaces can not be described by a conic section-aspherical equation and require at least two independent parameters for the description of the optical surface.
  • Such free-form surfaces can be described by a mathematical surface representation, which is characterized by a reference axis. With regard to the characterization of an optical surface as a free-form surface, the form of a boundary of the optically effective optical surface does not matter.
  • optically effective surfaces are known from the prior art, which are not bounded rotationally symmetrical.
  • Such optically effective surfaces are nevertheless writable by a rotationally symmetric function, wherein a non-rotationally symmetrical Bound cutout of this optical surface is used.
  • free-form surface designs can be found in DE 10 2008 033 342 AI.
  • the at least one free-form surface can be designed in such a way that imaging deviations, which are generated by the incident-light reflection-avoiding orientation of the variation components or also one of the other optical components of the imaging optics used jointly for guiding the illumination beam path and the imaging radiation path, are transmitted via the Design of free-form surface to be compensated.
  • the variation optical module of the imaging optics may have more than one free-form surface.
  • each of the variation components may have at least one free-form surface.
  • All optical surfaces of the variation optical module can also be designed as free-form surfaces.
  • additional optical components which are provided in addition to the variation optical module in the imaging optics, with at least one free-form surface. Only one of the optical surfaces of these further components can be designed as a free-form surface. Alternatively, it is also possible here to design several or all of the optical surfaces of these further components as free-form surfaces.
  • the displaceability of the variation components of the variation optical module can be used for focusing, ie for adapting an object distance of the object to be imaged to the imaging optics. Alternatively or additionally, the displaceability of the variation components of the variation object module can be used to vary a size of an image detail, that is to say to vary an enlargement of the imaging optics.
  • the displacement of the variation components against each other can be done by a displacement drive.
  • Both variation components can be displaced, or only one of the two variation components can be displaced.
  • the variation components can in turn be made up of a plurality of optical elements or subcomponents.
  • the imaging optics can be used where incident light illumination is needed, for example in a surgical microscope, in a fundus camera or in a microscope.
  • the imaging optics can be designed such that a central object point is imaged into a center of the image field or near a center of the image field relative to one another, regardless of a relative position of the optical variation components of the variation optical module.
  • a deviation of an image of the central object point from the center of the image field can be made smaller than 10% of a typical field size.
  • the imaging optics may be part of a varioscope, wherein the variation optics module is designed as a zoom optics. All optical surfaces of optical components of the imaging optical system which simultaneously guide the illumination beam path and the imaging beam path, thus oriented in the beam path, ie in particular tilted, can be such that illumination light reflected at these optical surfaces is not reflected in the imaging beam path.
  • a freeform surface one of the components used jointly for guiding the illumination beam path on the one hand and the imaging beam path on the other hand is implemented.
  • at least one of the optical surfaces of at least one of the optical variation components can be embodied as a free-form surface.
  • a tilt according to claim 2 allows the avoidance of reflected light reflections.
  • the variation components can also be arranged decentered in relation to the main beam of the central object field point.
  • the tilt manifests itself in one non-zero angle of the reference axis characterizing the freeform surface to the principal ray of the central optic field point.
  • the decentering describes the distance of an origin of a local reference coordinate system characterizing the free-form surfaces from the main beam of the central object field point.
  • the reference axis which characterizes the at least one free-form surface, thereby represents an axis of this reference coordinate system.
  • the other optical surfaces of the imaging optical system ie those optical surfaces which do not belong to the variation components, can also be used as Freeform surfaces be executed. In this case, there may be a reference axis characterizing the at least one free-form surface of this optical component not belonging to the variation components, which is tilted or decentered against a main ray of a central object field point.
  • An aperture element according to claim 4 facilitates blocking or discharging unwanted main light reflections.
  • An embodiment according to claim 5 can be used to compensate for imaging deviations.
  • Image deviations that result from the displacement along the main beam of the central object field point can be compensated for at least partially by the displacement perpendicular thereto, so that the additional compensation effect that is placed on the design of the at least one free-form surface is not so great without the relative displacement with the two mutually perpendicular direction components.
  • An embodiment according to claim 6 facilitates a mechanical design of the imaging optics.
  • the two variation components are each shifted along exactly one direction component.
  • Such a displacement with two degrees of freedom makes it possible to image a central object field point in a central image field point, independently of a displacement of the variation components of the variation optical module.
  • the advantages of an optical system according to claim 7 correspond to those which have already been explained above with reference to the imaging optics according to the invention.
  • the camera module can be designed as a stereo camera.
  • the camera module can be designed to be rotatable.
  • a monoscopic or stereoscopic shear visual insight eg. B. by a tube according to claim 8, may be provided.
  • An optical system according to claim 9 does not require an external light source due to the included illumination module.
  • FIG. 1A shows an optical system with an imaging optic for.
  • FIG. 1A shows an optical system with an imaging optic for.
  • FIG. 1B shows the optical system according to FIG. 1A, wherein the illumination module is shown in greater detail and an illumination beam path is shown by way of example; a further embodiment of an imaging optics, which can be used instead of the imaging optics of Figure 1, also in a meridional section and shown with a relative position of the optical components "long working distance".
  • Fig. 3 in a similar to Fig. 2 representation of the imaging
  • FIG. 4 shows, in a representation similar to FIG. 2, the components of the imaging optics according to FIG. 2 in the relative position "small working distance";
  • FIG. 5 to 7 show the components of the imaging optics according to FIG. 2 in the relative positions according to FIGS. 2 to 4, illustrated in a sagittal section;
  • FIG. 8 enlarges the optical in a meridional section
  • FIG. 9 enlarges the optical in a meridional section
  • Fig. 10 increases in a sagittal section
  • Fig. 1 1 increases in a sagittal section
  • An imaging optical system 1 according to FIG. 1 (FIGS. 1A and 1B) comprises an imaging optical unit 2 for imaging an object field 3 in an object plane 4 into an image field 5 in an image plane 6.
  • the imaging optical system 1 is subsequently connected as far as it is concerned is described with a camera module, also referred to as a camera system.
  • the imaging system 1 comprises a camera module 7 for detecting an intensity distribution of imaging light 8 over the image field 5.
  • the (8a) imaging light 8 emanating from the object points is guided via a front pupil opening 9 into the interior of the camera module 7 towards the image field 5.
  • Optical components between the pupil opening 9 and the image field 5 are not shown.
  • the pupil opening 9 is arranged in a pupil plane 10 of an imaging beam path of the imaging light 8.
  • the pupil opening 9 simultaneously represents an aperture diaphragm.
  • the pupil plane 10 also lies in the xy plane.
  • the imaging light 8 falls on a coincident with the image field 5 portion of a spatially resolving detection element 10a, for example, a CCD array.
  • a tube 10b indicated by dashed lines may be provided with a tube optics (not shown).
  • the detection element 10a then drops away.
  • the imaging system 1 further includes an illumination module 1 1 having a light source I 1 a for generating illumination light 1 lb (see FIG. 1B).
  • a beam direction of the illumination light 1 lb is indicated in FIG. 1B by an arrow 11c.
  • FIG. 1B shows, by way of example, a possible illumination beam path 13.
  • An object-side numerical aperture of the illumination beam path 13 is smaller than the object-side numerical aperture detectable by the camera module 7.
  • An embodiment of the illumination beam path is also possible, in which the entire detectable object-side numerical aperture is also illuminated.
  • An embodiment of the illumination beam path is also possible, in which the object-side numerical aperture of the illumination beam path 13 is greater than the object-side numerical aperture detected by the camera module 7.
  • a Cartesian xyz coordinate system is used below.
  • the x-axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 and into it.
  • the y-axis goes up.
  • the z-axis extends to the right and parallel to the main beam 15 Z of the central object field point.
  • the illumination light 1 lb emanating from the light source 1 la passes through a schematically indicated illumination optics 12 and is shown in the figure below.
  • erysstrahlengang 14 via a beam splitter 18 coupled. This is tilted by about 45 ° with respect to a main ray 15 z of a central object field point about an axis of rotation perpendicular to a first yz-eferenzebene (drawing plane of FIG. 1).
  • the beam splitter 18 reflects at least a part of the illumination light 1 1b and leaves at least part of the imaging light 8 returning from the object field 3, so that in the imaging beam path after the beam splitter 18 the imaging light 8 entering the camera module 7 is decoupled from the illumination beam path 13.
  • a maximum angle of incidence of imaging rays on the pupil plane 10 may be less than 40 °, less than 20 °, less than 10 °, or less than 5 °. In the embodiment of the imaging optical system 2, this maximum angle of incidence is approximately 8 °.
  • the imaging optics 2 has a variation optical module 19 with two refractive optical variation components 20, 21.
  • the variation component 21 lies in the imaging beam path 14 between the object field 3 and the variation component 20.
  • the variation component 20 is designed as a lens doublet.
  • the variation component 21 is implemented as a single meniscus lens.
  • the two variation components 20, 21 of the variation optical module 19 are designed to be able to be displaced relative to each other along a direction of displacement, which is indicated by a double arrow 22 in FIG. 1 in order to selectively change the imaging properties of the imaging optical system 2.
  • the displacement direction 22 runs parallel to the main beam 15 z of the central object field point.
  • the displacement leads to a corresponding displacement of the object plane 3 in the z direction, which is indicated by a further double arrow 22a.
  • the displacement of the variation component 20 via a schematically indicated in FIG. 1 displacement drive 20a.
  • the imaging optic 2 has two further refractive optical components 23, 24, which are rigid, that is, not displaceable along the displacement direction 22.
  • the optical component 24 is the first optical component in the imaging beam path 14 after the variation optical module 19.
  • the optical component 23 is arranged between the optical component 24 and the beam splitter 18.
  • the optical components 23, 24 are likewise refractive optical components.
  • the optical component 24 is again designed as a lens doublet.
  • the optical component 23 is designed as a meniscus lens.
  • the illumination beam path 13 is folded in the yz plane adjacent to the pupil opening 9 via the beam splitter 18.
  • the object plane 4 and the image plane 5 run parallel to the xy plane.
  • the entry surfaces 25 and the exit surfaces 26 of the two optical components 21 and 23 are tilted about tilt axes parallel to the x-axis, ie, as shown in Fig. 1, in the first reference plane (yz plane) tilted.
  • the entry surfaces 25 and the exit surfaces 26 of the two optical components 20 and 24 are tilted about tilt axes parallel to the z axis, ie tilted within a second reference plane (xz plane).
  • At least one optical surface of the optical components 20, 21, 23, 24 is designed as a free-form surface.
  • the free-form surfaces are marked in FIGS. 2 et seq. By a dashed line running perpendicular to the surface.
  • an intermediate surface 27a may be designed as a freeform surface.
  • the intermediate surface 27a may be designed as a cemented surface.
  • several of these optical surfaces and in particular all of these surfaces can be designed as freeform surfaces.
  • all entry surfaces 25 or all exit surfaces 26 may be designed as free-form surfaces.
  • one of the optical components 20, 21, 23, 24 can be designed as a diaphragm opening and thus as an aperture element for limiting a peripheral profile of the imaging beam path 14. This can be used for targeted absorption or dissipation of illumination light which is reflected at the tilted surfaces of the optical components 20, 21, 23, 24 and should not reach the image field 5.
  • a further embodiment of an imaging optic 27 will be described below with reference to FIGS. 2 to 11, which may be used instead of the imaging optics 2 in the imaging system 1.
  • the imaging optics 27 has in the imaging beam path 14 between the object field 3 and the pupil opening 9 a total of three optical components, namely two variation components 28, 29 of a variation optical module 30 and dashed lines between the variation optical module 30 and in FIG indicated beam splitter 18, another, rigid optical see component 31.
  • the object field 3 facing variation component 29 is designed as a lens doublet with two meniscus lenses.
  • the variation component 28 is also designed as a lens doublet with a biconcave lens and a biconvex lens.
  • the optical component 31 is designed as a single meniscus lens.
  • the imaging optics 27 are an entry surface 25 of the variation component 29, an exit surface 26 of the variation component 29, an exit surface 26 of the variation component 28 and an entrance surface 25 of the optical component 31 designed as free-form surfaces.
  • the other optical surfaces of the imaging optics 27 are designed as rotationally symmetrical surfaces.
  • the components 28, 29, 31 of the imaging optics 27 are refractive optical components.
  • Fig. 2 and in an enlarged detail the Fig. 8 show the imaging optics with a displacement position of the two variation components 28, 29 for realizing a large working distance between see the pupil plane 10 and the object plane 4.
  • the variation component 28 is in positive z-direction so far in the direction of the variation component 29 to move that touch the two variation components 28, 29 practically.
  • 3 shows the relative position of the two variation components 28, 29 for realizing an average working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10.
  • FIG. 4 and in a detailed enlargement the FIGS. 9 show a relative position of the variation components 28, 29 for realizing a small working distance between the field plane 4 and the pupil plane 10.
  • the variation component 28 is displaced so far in the negative z direction that in the relative position according to FIG. 9 there is only a small distance between the variation component 28 and the optical component 31 is present.
  • the variation component 29, starting from the position according to FIG. 8, is displaced in FIG. 9 by a displacement path Ay in the positive y-direction.
  • the displacement position "average working distance" of FIG. 3 represents an intermediate position on the displacement path of the variation components 28, 29 between the displacement positions of FIGS. 8 and 9.
  • a relative displacement of the two variation components 28, 29 relative to each other thus takes place with a z direction component along the main ray 15 z of the central object field point and at the same time with a y direction component perpendicular thereto.
  • the relative displacement is such that one of the two components of the variation optical module 30, namely the variation component 28, in the z-direction and the other of the two components of the variation optical module 30, namely the variation component 29, perpendicular thereto is displaced in the y-direction.
  • the displacement of the variation component 28 takes place via a displacement drive 28a shown schematically in FIG.
  • the displacement of the variation component 29 takes place via a displacement drive 29a, which is also schematically indicated in FIG. 9.
  • the two variation components 28, 29 of the variation optical module 30 form, together with the optical component 31, the object plane 3 to infinity.
  • a further imaging optical system 32 will be described below with reference to FIGS. 12 to 21, which likewise can be used instead of the imaging optical system 2 in the imaging system 1 according to FIG.
  • Components and functions which correspond to those which have already been explained above with reference to FIGS. 1 to 1 1 bear the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
  • the imaging optical system 32 consists exclusively of components of a variation optical module 33.
  • the components of the variation optical module 33 image the object plane 3 to infinity.
  • the variation optical module 33 corresponds to the variation optical module 30 according to FIGS. 2 to 11, including the optical component 31.
  • the function of the variation optical module 33 otherwise corresponds to that of the variation optical module 19 or 30 described above in connection with FIGS Fig. 1 to 1 1 have already been explained.
  • a variation component 34 facing the object field 3 comprises two sub-components, namely a meniscus lens 35 facing the object field 3 and a lens doublet 36.
  • a further variation component 37 of the variation optical module 33 facing the pupil opening 9 comprises a biconvex lens 38, which faces the pupil opening 9, and a lens doublet 39.
  • An entrance surface 25 of the meniscus lens 35, an exit surface 26 of the lens doublet 36, an exit surface 26 of the lens doublet 39 and an exit surface 26 of the lens 38 are designed as free-form surfaces.
  • the other optical surfaces of the imaging optical system 32 are designed as rotationally symmetrical surfaces.
  • FIG. 12 and in an enlarged detail FIG. 18 show the imaging optics 32 in a displacement position of the variation optics module 33 for realizing a large working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10.
  • FIG. 13 shows the imaging optic 32 in a displacement position of the variation optics module 33 for realizing an average working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10.
  • FIG. 14 and in detail enlarged FIG. 19 show a displacement position of the variational components 34, 37 of the variation optical module 33 for realizing a small working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10.
  • the free-form surfaces of the imaging optics 27, 32 can be described by the following surface formula, which is designated in the following tables for describing the exemplary embodiments as "surface type: KXY":
  • x and y denote the coordinates on the optical surface, starting from a coordinate origin which is defined as the penetration point of a z-axis in the local xyz coordinate system of the freeform surface. This puncture point can theoretically also lie outside the used optical surface.
  • z denotes the arrow height of the freeform surface.
  • the coefficients cvx and cvy describe the curvatures of the free-form surface in the xz and yz sections.
  • the coefficients ccx and ccy are conic parameters.
  • the free-form surface formula has a leading biconical term and a subsequent xy polynomial with coefficients ⁇ _ ⁇ .
  • Table 1 is the variant in the relative position which belongs to the "small working distance” and which is shown in Fig. 4. Unrequited constants ⁇ ⁇ (alpha_k, 1) are equal to 0.
  • RDX 1 / cvx
  • RDY 1 / cvy
  • xyz designates the local systems of the different surfaces with respect to the local system to surface 1; the unit is millimeters.
  • the words “exx exy exz” denote the direction of the x-unit vector of the respective area in coordinates of area 1.
  • the words “eyx eyy eyz” denote the direction of the y-unit vector of the respective area in coordinates of area 1.
  • the words “ezx ezy ezz” denotes the direction of the z-unit vector of the respective area in coordinates of area 1.
  • Area 1 corresponds to the pupil opening 9.
  • the indication of the medium to a surface is to be understood that the light beam in the specified medium, as soon as he the area has passed through "Medium” given abbreviations such as "N-PK 52A” refer to the optical glass types used in the embodiment and are taken from the current catalog of optical glasses Schott AG (issued May 201 1). For example, it is available online at http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott_optical_ glass_pocket_catalogue_may_
  • Area No. 8 Area Type: Sphere
  • optical glass types used in the embodiment and are taken from the current catalog of optical glasses Schott AG (May 201 1 edition 1). This is for example online at
  • Area No. 8 Area Type: Sphere
  • the local xyz coordinate system of the free-form surface described in each case is also designated with canceled coordinates x 'y' z 'in order to distinguish it from the global xyz coordinate system of the imaging optics 27, 32.
  • a reference axis which characterizes the free-form surface in accordance with this surface formula runs along the z'-direction. This reference axis is also referred to below as z'-axis.
  • the coordinates of this z-axis with respect to the coordinate system of the pupil aperture 9 of the camera module 7 are indicated in Table 1 with ezx, ezy and ezz.
  • the reference axis z ' is tilted in the freeform surface components of the imaging optics 27 and 32 against the z direction of the main beam 15 z of the central object field point.
  • Some of the z 'axes are shown by way of example in FIGS. 18 to 21. It should be emphasized that the z 'axes are not assigned to one of the optical components but to one of the optical surfaces in each case, since they belong to the local x' y 'z' coordinate system describing the respective free-form surface.
  • the free-form reference axis z' can also lead to the course of the main ray 15 z. be centered, so that the free-form reference axis z 'parallel to the main beam 15 Z and spaced from this runs.
  • the free-form surfaces can be described by other surface shapes in the case of variants of imaging optics which are not shown and which can be used instead of the imaging optics 2, 27 and 32 in the imaging system 1.
  • An example of this is the following area formula:
  • x and y denote coordinates on the optical surface, starting from the z reference axis.
  • z denotes the arrow height of the free-form optical surface, p x or p y the curvature in the x or y direction.
  • ⁇ ⁇ and K y are conic constants, and ar K and ap K are coefficients.
  • 2 Z is the arrow height of the freeform surface at point x, y.
  • x 2 + y 2 r 2 .
  • c is a constant corresponding to the vertex curvature of a corresponding asphere
  • k corresponds to a conic constant of a corresponding asphere.
  • C j are the coefficients of the monomials X m Y n .
  • the order of the monomial, m + n can be varied. A higher-order monomode can lead to a design of the imaging optics with better image aberration correction, but is more complicated to calculate, m + n can, for. For example, take values between 3 and more than 20.
  • Free-form surfaces can also be mathematically described by Zernike polynomials, which are explained in the manual of the optical design program CODE V ® , for example.
  • freeform surfaces can be described using two-dimensional spline surfaces. Examples include Bezier curves or non-uniform rational base splines (NU BS).
  • NU BS non-uniform rational base splines
  • two-dimensional spline surfaces may be described by a mesh of points in an xy plane and associated z-values or by these points and their associated slopes.
  • the complete surface is obtained by interpolating between the mesh points using e.g. As polynomials or functions that have certain properties in terms of their continuity and differentiability won. Examples of this are analytical functions.
  • the camera module 7 can be designed as a stereo camera, in particular as a rotatable stereo camera.
  • An axis of rotation runs perpendicular to the Level of the pupil opening 9 and can pierce the pupil plane centrally between the used part of the pupil.
  • the imaging optics 2, 27 and 32 may for example be part of a stereomicroscope of the type described in DE 2004 052 253 A.
  • the imaging optics 2, 27 and 32 can be designed exclusively using refractive optical elements.
  • the imaging optics 2, 27, and 32 may also include other optical elements, such as diffractive optical elements (DOE).
  • DOE diffractive optical elements

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Abstract

A camera system (1) has an imaging optical unit (2) for imaging an object field (3) into an image field (5). The imaging optical unit (2) has at least one variation optics module (19) having at least two refractive optical variation components (20, 21). The latter are configured such that they can be offset with respect to one another for the purposes of a targeted change of imaging properties. The variation components (20, 21) simultaneously guide an illumination beam path (13) for illuminating the object field (3) and an imaging beam path (14). Entry surfaces (25) and exit surfaces (26) of the variation components (20, 21) are oriented in the beam path (13, 14) such that illumination light (8) reflected at these optical surfaces (25, 26) is not reflected into the imaging beam path (14). At least one of the optical surfaces (25, 26) is configured as a freeform surface. The result is a camera system, the imaging optical unit of which allows targeted changing of imaging properties and is also free from undesired incident-light reflections.

Description

Abbildende Optik sowie optisches System mit einer derartigen abbildenden Optik  Imaging optics and optical system with such an imaging optics
Die Erfindung betrifft eine abbildende Optik zur Abbildung eines Objekt- feldes in ein Bildfeld. Ferner betrifft die Erfindung ein optisches System mit einer derartigen abbildenden Optik. The invention relates to an imaging optics for imaging an object field in an image field. Furthermore, the invention relates to an optical system with such imaging optics.
Eine derartige abbildende Optik sowie ein derartiges optisches System sind bekannt aus der DE 103 16 416 A 1 , der DE 10 2008 040 944 A 1 , der US 4,415,239 und der US 4,730,910. Eine abbildende Optik mit Auflichtbeleuchtung und Okularen ist bekannt aus der EP 1 510 847 A. Es sind optische Systeme mit Auflichtbeleuchtung bekannt, die optische Komponenten beinhalten, deren optische Flächen sowohl von einem Beleuchtungsstrahlengang als auch von einem Abbildungs strahlengang durchgesetzt werden. Such an imaging optics and such an optical system are known from DE 103 16 416 A1, DE 10 2008 040 944 A1, US Pat. No. 4,415,239 and US Pat. No. 4,730,910. An imaging optics with incident illumination and eyepieces is known from EP 1 510 847 A. There are known optical systems with incident illumination, which include optical components whose optical surfaces are enforced by both an illumination beam path and an imaging beam path.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine abbildende Optik für ein hiermit ausgerüstetes optisches System bereitzustellen, die einerseits eine gezielte Veränderung von Abbildungseigenschaften ermöglicht und andererseits frei von unerwünschten Auflichtreflexen, also frei von uner- wünschten Reflexen von Beleuchtungslicht in den Abbildungsstrahlengang, ist. It is an object of the present invention to provide an imaging optics for an optical system equipped therewith, which on the one hand enables a targeted change in imaging properties and on the other hand is free of unwanted reflected light reflections, that is, free of unwanted reflections of illumination light in the imaging beam path.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine abbildende Optik mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. This object is achieved by an imaging optics with the features specified in claim 1.
Die Verwendung von mindestens einer Freiformfläche ermöglicht eine Re- flexionsvermeidung durch entsprechende Orientierung der Eintritts- und Austrittsflächen insbesondere der Variations-Komponenten, sodass während eines Verlagerungsweges der Variations-Komponenten an keiner ge- nutzten Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls störende Auflichtreflexe entstehen. Bei den Variations-Komponenten handelt es sich um diejenigen Komponenten der abbildenden Optik, die zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften gegeneinander verlagerbar ausgeführt sind. Diejenigen optischen Komponenten, deren Abstand zueinander variabel vorgebbar ist, stellen die Variations-Komponenten dar, auch wenn in einem konkreten Ausführungsbeispiel nur eine der beiden Variations- Komponenten tatsächlich verlagert wird. Das Variations-Optikmodul ist eine Baugruppe, enthaltend die optischen Variations-Komponenten zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften. Auch eine Reflexionsvermeidung durch entsprechende Orientierung der Eintritts- und Aus- trittsflächen der zusätzlich ggf. vorhandenen starren optischen Komponenten kann durch die Verwendung mindestens einer Freiformfläche gewährleistet werden. The use of at least one free-form surface makes it possible to avoid reflection by corresponding orientation of the entry and exit surfaces, in particular of the variation components, so that during a displacement path of the variation components no risk of reflection occurs. used displacement position of the variation optical module annoying reflected light reflections arise. The variation components are those components of the imaging optics which are designed to be able to be displaced relative to one another for the purpose of deliberately changing imaging properties. Those optical components whose distance from each other can be variably predetermined represent the variation components, even if in one specific embodiment only one of the two variation components is actually displaced. The variation optical module is an assembly containing the optical variation components for selectively changing imaging properties. A reflection prevention by appropriate orientation of the entry and exit surfaces of the additionally optionally existing rigid optical components can be ensured by the use of at least one free-form surface.
Derartige Freiformflächen sind nicht durch eine mathematische Funktion beschreibbar, die um eine ausgezeichnete Achse, die eine Normale zu einem Flächenabschnitt der optischen Fläche darstellt, rotationssymmetrisch ist. Derartige Freiformflächen sind insbesondere nicht durch eine Kegel- schnitt-Asphärengleichung beschreibbar und erfordern zur Beschreibung der optischen Fläche mindestens zwei voneinander unabhängige Parameter. Derartige Freiformflächen können durch eine mathematische Flächendarstellung beschrieben werden, die über eine Referenzachse charakterisiert ist. Hinsichtlich der Charakterisierung einer optischen Fläche als Freiform- fläche kommt es auf die Form einer Berandung der optisch wirksamen optischen Fläche nicht an. Natürlich sind aus dem Stand der Technik optisch wirksame Flächen bekannt, die nicht rotationssymmetrisch berandet sind. Derartige optisch wirksame Flächen sind trotzdem durch eine rotationssymmetrische Funktion beschreibbar, wobei ein nicht rotationssymmetrisch berandeter Ausschnitt dieser optischen Fläche zum Einsatz kommt. Beispiele für Freiformflächengestaltungen finden sich in der DE 10 2008 033 342 AI . Die mindestens eine Freiformfläche kann dabei so ausgelegt werden, dass Abbildungsabweichungen, die durch die Auflichtreflex- vermeidende Orientierung der Variations-Komponenten oder auch einer der anderen gemeinsam zur Führung des Beleuchtungsstrahlengangs und des Abbildungs- strahlungsgangs genutzten optischen Komponenten der abbildenden Optik erzeugt werden, über die Auslegung der Freiformfläche kompensiert werden. Das Variations-Optikmodul der abbildenden Optik kann mehr als eine Freiformfläche aufweisen. Beispielsweise kann jede der Variations- Komponenten mindestens eine Freiformfläche aufweisen. Auch alle optischen Flächen des Variations-Optikmoduls können als Freiformflächen gestaltet sein. Schließlich ist es möglich, auch zusätzliche optische Komponenten, die neben dem Variations-Optikmodul bei der abbildenden Optik vorgesehen sind, mit mindestens einer Freiformfläche zu gestalten. Dabei kann nur eine der optischen Flächen dieser weiteren Komponenten als Freiformfläche gestaltet sein. Alternativ ist es auch hier möglich, mehrere oder alle der optischen Flächen dieser weiteren Komponenten als Freiformflä- chen zu gestalten. Die Verlagerbarkeit der Variations-Komponenten des Variations-Optikmoduls kann zur Fokussierung, also zur Anpassung eines Objektabstandes des abzubildenden Objektes zur abbildenden Optik, genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verlagerbarkeit der Vari- ations-Komponenten des Variations-Objektmoduls zur Variation einer Größe eines Bildausschnittes, also zur Variation einer Vergrößerung der abbildenden Optik, genutzt werden. Die Verlagerung der Variations- Komponenten gegeneinander kann durch einen Verlagerungsantrieb geschehen. Bei der Verlagerung der Variations-Komponenten gegeneinander können beide Variations-Komponenten verlagert werden, oder es kann auch nur eine der beiden Variations-Komponenten verlagert werden. Die Variations-Komponenten können ihrerseits aus mehreren optischen Elementen bzw. Unterkomponenten aufgebaut sein. Die abbildende Optik kann dort zum Einsatz kommen, wo eine Auflichtbeleuchtung gebraucht wird, beispielsweise bei einem Operationsmikroskop, bei einer Funduskamera oder bei einem Mikroskop. Die abbildende Optik kann so ausgelegt werden, dass unabhängig von einer Relativposition der optischen Variations-Komponenten des Variations-Optikmoduls zueinander ein zentraler Objektpunkt in ein Zentrum des Bildfeldes oder nahe eines Zentrums des Bildfeldes abgebildet wird. Eine Abweichung eines Bildes des zentralen Objektpunkts vom Zentrum des Bildfelds kann geringer gestaltet werden als 10 % einer typischen Feldgröße. Die abbildende Optik kann Bestandteil eines Varioskops sein, wobei das Variations-Optikmodul als Zoomoptik ausgeführt ist. Es können alle optischen Flächen von optischen Komponenten der abbildenden Optik, die gleichzeitig den Beleuchtungsstrahlengang und den Abbildungsstrahlengang führen, so im Strahlengang orientiert, also insbesondere verkippt, sein, dass an diesen optischen Flächen reflektiertes Beleuchtungslicht nicht in den Abbildungsstrahlengang reflektiert ist. Als Freiformfläche ist eine der gemeinsam zur Führung einerseits des Beleuchtungsstrahlengangs und andererseits des Abbildungsstrahlengangs genutzten Komponenten ausgeführt. Als Freiformfläche kann insbesondere mindestens eine der optischen Flächen mindestens einer der optischen Variations-Komponenten ausgeführt sein. Such free-form surfaces can not be described by a mathematical function which is rotationally symmetrical about an excellent axis, which is a normal to a surface section of the optical surface. In particular, such free-form surfaces can not be described by a conic section-aspherical equation and require at least two independent parameters for the description of the optical surface. Such free-form surfaces can be described by a mathematical surface representation, which is characterized by a reference axis. With regard to the characterization of an optical surface as a free-form surface, the form of a boundary of the optically effective optical surface does not matter. Of course, optically effective surfaces are known from the prior art, which are not bounded rotationally symmetrical. Such optically effective surfaces are nevertheless writable by a rotationally symmetric function, wherein a non-rotationally symmetrical Bound cutout of this optical surface is used. Examples of free-form surface designs can be found in DE 10 2008 033 342 AI. The at least one free-form surface can be designed in such a way that imaging deviations, which are generated by the incident-light reflection-avoiding orientation of the variation components or also one of the other optical components of the imaging optics used jointly for guiding the illumination beam path and the imaging radiation path, are transmitted via the Design of free-form surface to be compensated. The variation optical module of the imaging optics may have more than one free-form surface. For example, each of the variation components may have at least one free-form surface. All optical surfaces of the variation optical module can also be designed as free-form surfaces. Finally, it is also possible to design additional optical components, which are provided in addition to the variation optical module in the imaging optics, with at least one free-form surface. Only one of the optical surfaces of these further components can be designed as a free-form surface. Alternatively, it is also possible here to design several or all of the optical surfaces of these further components as free-form surfaces. The displaceability of the variation components of the variation optical module can be used for focusing, ie for adapting an object distance of the object to be imaged to the imaging optics. Alternatively or additionally, the displaceability of the variation components of the variation object module can be used to vary a size of an image detail, that is to say to vary an enlargement of the imaging optics. The displacement of the variation components against each other can be done by a displacement drive. When shifting the variational components against each other Both variation components can be displaced, or only one of the two variation components can be displaced. The variation components can in turn be made up of a plurality of optical elements or subcomponents. The imaging optics can be used where incident light illumination is needed, for example in a surgical microscope, in a fundus camera or in a microscope. The imaging optics can be designed such that a central object point is imaged into a center of the image field or near a center of the image field relative to one another, regardless of a relative position of the optical variation components of the variation optical module. A deviation of an image of the central object point from the center of the image field can be made smaller than 10% of a typical field size. The imaging optics may be part of a varioscope, wherein the variation optics module is designed as a zoom optics. All optical surfaces of optical components of the imaging optical system which simultaneously guide the illumination beam path and the imaging beam path, thus oriented in the beam path, ie in particular tilted, can be such that illumination light reflected at these optical surfaces is not reflected in the imaging beam path. As a freeform surface, one of the components used jointly for guiding the illumination beam path on the one hand and the imaging beam path on the other hand is implemented. In particular, at least one of the optical surfaces of at least one of the optical variation components can be embodied as a free-form surface.
Eine Verkippung nach Anspruch 2 ermöglicht die Vermeidung von Auflichtreflexen. Alternativ oder zusätzlich können die Variations- Komponenten auch in Bezug auf den Hauptstrahl des Zentral objektfeld- punktes dezentriert angeordnet sein. Die Verkippung äußert sich in einem von Null verschiedenen Winkel der die Freiformfläche charakterisierenden Referenzachse zum Hauptstrahl des zentralen Optikfeldpunktes. Die De- zentrierung beschreibt dabei den Abstand eines Ursprungs eines die Frei- formflächen charakterisierenden lokalen Referenz-Koordinatensystems vom Hauptstrahl des zentralen Objektfeldpunktes. Die Referenzachse, die die mindestens eine Freiformfläche charakterisiert, stellt dabei eine Achse dieses Referenz-Koordinatensystems dar. Alternativ oder zusätzlich können auch die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik, also diejenigen optischen Flächen, die nicht zu den Variations-Komponenten gehö- ren, als Freiformflächen ausgeführt sein. In diesem Fall kann eine die mindestens eine Freiformfläche dieser nicht zu den Variations-Komponenten gehörenden optischen Komponente charakterisierende Referenzachse vorhanden sein, die gegen einen Hauptstrahl eines zentralen Objektfeldpunktes verkippt bzw. dezentriert ist. A tilt according to claim 2 allows the avoidance of reflected light reflections. Alternatively or additionally, the variation components can also be arranged decentered in relation to the main beam of the central object field point. The tilt manifests itself in one non-zero angle of the reference axis characterizing the freeform surface to the principal ray of the central optic field point. The decentering describes the distance of an origin of a local reference coordinate system characterizing the free-form surfaces from the main beam of the central object field point. The reference axis, which characterizes the at least one free-form surface, thereby represents an axis of this reference coordinate system. Alternatively or additionally, the other optical surfaces of the imaging optical system, ie those optical surfaces which do not belong to the variation components, can also be used as Freeform surfaces be executed. In this case, there may be a reference axis characterizing the at least one free-form surface of this optical component not belonging to the variation components, which is tilted or decentered against a main ray of a central object field point.
Eine Verkippung nach Anspruch 3 in zwei zueinander senkrechten ausgezeichneten Ebenen, z. B. eine Verkippung einer der mindestens zwei optischen Flächen in einer eine optische Achse oder eine Referenzachse zur mathematischen Beschreibung der optischen Flächen enthaltenden ersten Referenzebene und einer anderen der mindestens zwei optischen Flächen in einer zur ersten Referenzebene senkrechten und die optische Achse oder die Referenzachse ebenfalls enthaltenden zweiten Referenzebene der abbildenden Optik, verteilt die Auswirkungen, die diese Verkippung auf die Abbildungseigenschaften der abbildenden Optik hat und erleichtert so den Ausgleich von Abweichungen und insbesondere eine Korrektur von Bildfehlern über eine entsprechende Auslegung der mindestens einen Freiformfläche. Ein Aperturelement nach Anspruch 4 erleichtert ein Abblocken bzw. ein Ausleiten unerwünschter Hauptlichtreflexe. A tilt according to claim 3 in two mutually perpendicular excellent planes, z. B. a tilting of one of the at least two optical surfaces in an optical axis or a reference axis for mathematical description of the optical surfaces containing first reference plane and another of the at least two optical surfaces in a direction perpendicular to the first reference plane and the optical axis or the reference axis also containing second reference plane of the imaging optics, distributes the effects of this tilting on the imaging properties of the imaging optics and thus facilitates the compensation of deviations and in particular a correction of image errors on a corresponding interpretation of at least one free-form surface. An aperture element according to claim 4 facilitates blocking or discharging unwanted main light reflections.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 5 kann zum Ausgleich von Abbil- dungsabweichungen herangezogen werden. Abbildungsabweichungen, die durch die Verlagerung längs des Hauptstrahls des zentralen Objektfeldpunktes entstehen, können zumindest teilweise durch die Verlagerung senkrecht hierzu kompensiert werden, sodass an die zusätzliche Kompensationswirkung, die an die Auslegung der mindestens einen Freiformfläche gestellt wird, keine so großen Anforderungen gestellt wird, wie ohne die Relativverlagerung mit den beiden zueinander senkrechten Richtungskomponenten. An embodiment according to claim 5 can be used to compensate for imaging deviations. Image deviations that result from the displacement along the main beam of the central object field point can be compensated for at least partially by the displacement perpendicular thereto, so that the additional compensation effect that is placed on the design of the at least one free-form surface is not so great without the relative displacement with the two mutually perpendicular direction components.
Eine Ausgestaltung nach Anspruch 6 erleichtert eine mechanische Ausle- gung der abbildenden Optik. Die beiden Variations-Komponenten werden dabei jeweils längs genau einer Richtungskomponente verlagert. Durch eine solche Verlagerung mit zwei Freiheitsgraden lässt sich erreichen, dass unabhängig von einer Verlagerung der Variations-Komponenten des Varia- tions-Optikmoduls ein zentraler Objektfeldpunkt in einen zentralen Bild- feldpunkt abgebildet wird. Alternativ ist es möglich, die Abbildung so zu gestalten, dass eine Abweichung der Abbildung eines zentralen Objektfeldpunkts vom Zentrum des Bildfeldes geringer ist als 10 % der Feldgröße. Dies erleichtert eine Messauswertung. Die Vorteile eines optischen Systems nach Anspruch 7 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße abbildende Optik bereits erläutert wurden. Das Kameramodul kann als Stereokamera ausgeführt sein. Das Kameramodul kann drehbar ausgeführt sein. Alternativ zu einem Kameramodul kann ein monoskopischer oder stereoskopi- scher visueller Einblick, z. B. durch einen Tubus nach Anspruch 8, vorgesehen sein. An embodiment according to claim 6 facilitates a mechanical design of the imaging optics. The two variation components are each shifted along exactly one direction component. Such a displacement with two degrees of freedom makes it possible to image a central object field point in a central image field point, independently of a displacement of the variation components of the variation optical module. Alternatively, it is possible to design the image such that a deviation of the image of a central object field point from the center of the image field is less than 10% of the field size. This facilitates a measurement evaluation. The advantages of an optical system according to claim 7 correspond to those which have already been explained above with reference to the imaging optics according to the invention. The camera module can be designed as a stereo camera. The camera module can be designed to be rotatable. As an alternative to a camera module, a monoscopic or stereoscopic shear visual insight, eg. B. by a tube according to claim 8, may be provided.
Ein optisches System nach Anspruch 9 erfordert aufgrund des enthaltenen Beleuchtungsmoduls keine externe Lichtquelle. An optical system according to claim 9 does not require an external light source due to the included illumination module.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1A ein optisches System mit einer abbildenden Optik zur Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. FIG. 1A shows an optical system with an imaging optic for. FIG
Abbildung eines Objektfeldes in ein Bildfeld, welches von einem Kameramodul erfasst wird, und mit einem schematisch dargestellten Beleuchtungsmodul zur Ausleuchtung des Objektfeldes, wobei optische Kom- ponenten der abbildenden Optik in einem Meridional- schnitt dargestellt sind und wobei ein Strahlengang der Abbildungsstrahlen zwischen dem Objektfeld und einer Eintrittspupille des Kameramoduls gezeigt ist; Fig. 1B das optische System nach Fig. 1 A wobei das Beleuchtungsmodul stärker im Detail und ein Beleuchtungsstrahlengang beispielhaft dargestellt ist; eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik, die anstelle der abbildenden Optik nach Fig. 1 zum Einsatz kommen kann, ebenfalls in einem Meridionalschnitt und dargestellt mit einer Relativposition der optischen Komponenten "großer Arbeitsabstand"; Fig. 3 in einer zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung die abbildendeIllustration of an object field in an image field, which is detected by a camera module, and with a schematically illustrated illumination module for illuminating the object field, wherein optical components of the imaging optics are shown in a meridional- section and wherein a beam path of the imaging beams between the object field and an entrance pupil of the camera module is shown; FIG. 1B shows the optical system according to FIG. 1A, wherein the illumination module is shown in greater detail and an illumination beam path is shown by way of example; a further embodiment of an imaging optics, which can be used instead of the imaging optics of Figure 1, also in a meridional section and shown with a relative position of the optical components "long working distance". Fig. 3 in a similar to Fig. 2 representation of the imaging
Optik nach Fig. 2, ebenfalls im Meridionalschnitt, dargestellt in der Relativposition nach "mittlerer Arbeitsabstand" der optischen Komponenten; Optics of Figure 2, also in the meridional section, shown in the relative position after "average working distance" of the optical components.
Fig. 4 in einer zu den Fig. 2 ähnlichen Darstellung die Komponenten der abbildenden Optik nach Fig. 2 in der Relativposition "kleiner Arbeitsabstand"; Fig. 5 bis 7 die Komponenten der abbildenden Optik nach Fig. 2 in den Relativpositionen nach den Fig. 2 bis 4, dargestellt in einem Sagittalschnitt; FIG. 4 shows, in a representation similar to FIG. 2, the components of the imaging optics according to FIG. 2 in the relative position "small working distance"; FIG. 5 to 7 show the components of the imaging optics according to FIG. 2 in the relative positions according to FIGS. 2 to 4, illustrated in a sagittal section;
Fig. 8 vergrößert in einem Meridionalschnitt die optischen FIG. 8 enlarges the optical in a meridional section
Komponenten in der Relativposition nach den Fig. 2 und 5;  Components in the relative position of Figures 2 and 5;
Fig. 9 vergrößert in einem Meridionalschnitt die optischen FIG. 9 enlarges the optical in a meridional section
Komponenten in der Relativposition nach den Fig. 4 und 7;  Components in the relative position of Figures 4 and 7;
Fig. 10 vergrößert in einem Sagittalschnitt die optischen Fig. 10 increases in a sagittal section, the optical
Komponenten in der Relativposition nach den Fig. 2 und 5;  Components in the relative position of Figures 2 and 5;
Fig. 1 1 vergrößert in einem Sagittalschnitt die optischen Fig. 1 1 increases in a sagittal section, the optical
Komponenten in der Relativposition nach den Fig. 4 und 7; Fig. 12 bis 21 in einer zu den Fig. 2 bis 1 1 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik, die anstelle der abbildenden Optik in der Fig. 1 zum Einsatz kommen kann. Components in the relative position of Figures 4 and 7; Fig. 12 to 21 in a similar to Figs. 2 to 1 1 representation of another embodiment of an imaging optics, which can be used instead of the imaging optics in FIG.
Ein abbildendes optisches System 1 nach Fig. 1 (Fig. 1A und 1B) umfasst eine abbildende Optik 2 zur Abbildung eines Objektfeldes 3 in einer Objektebene 4 in ein Bildfeld 5 in einer Bildebene 6. Das abbildende optische System 1 wird nachfolgend soweit es im Zusammenhang mit einem Kame- ramodul beschrieben wird, auch als Kamerasystem bezeichnet. An imaging optical system 1 according to FIG. 1 (FIGS. 1A and 1B) comprises an imaging optical unit 2 for imaging an object field 3 in an object plane 4 into an image field 5 in an image plane 6. The imaging optical system 1 is subsequently connected as far as it is concerned is described with a camera module, also referred to as a camera system.
Das abbildende System 1 umfasst ein Kameramodul 7 zur Erfassung einer Intensitätsverteilung von Abbildungslicht 8 über das Bildfeld 5. Das von den Objektpunkten ausgehende (Pfeil 8a) Abbildungslicht 8 wird über eine frontseitige Pupillenöffnung 9 in das Innere des Kameramoduls 7 hin zum Bildfeld 5 geführt. Optische Komponenten zwischen der Pupillenöffnung 9 und dem Bildfeld 5 sind nicht dargestellt. Die Pupillenöffnung 9 ist in einer Pupillenebene 10 eines Abbildungsstrahlengangs des Abbildungslichts 8 angeordnet. Die Pupillenöffnung 9 stellt gleichzeitig eine Aperturblende dar. Auch die Pupillenebene 10 liegt in der xy-Ebene. Im Kameramodul 7 fällt das Abbildungslicht 8 auf einen mit dem Bildfeld 5 zusammenfallenden Abschnitt eines ortsauflösenden Detektionselements 10a, beispielsweise eines CCD-Arrays. The imaging system 1 comprises a camera module 7 for detecting an intensity distribution of imaging light 8 over the image field 5. The (8a) imaging light 8 emanating from the object points is guided via a front pupil opening 9 into the interior of the camera module 7 towards the image field 5. Optical components between the pupil opening 9 and the image field 5 are not shown. The pupil opening 9 is arranged in a pupil plane 10 of an imaging beam path of the imaging light 8. The pupil opening 9 simultaneously represents an aperture diaphragm. The pupil plane 10 also lies in the xy plane. In the camera module 7, the imaging light 8 falls on a coincident with the image field 5 portion of a spatially resolving detection element 10a, for example, a CCD array.
Anstelle des Kameramoduls 7 kann ein gestrichelt angedeuteter Tubus 10b mit einer nicht dargestellten Tubusoptik vorgesehen sein. Das Detektionse- lement 10a fällt dann weg. Über den Tubus 10b ist ein visueller Einblick zur subjektiven Bilderfassung möglich. Zum abbildenden System 1 gehört weiterhin ein Beleuchtungsmodul 1 1 mit einer Lichtquelle I Ia zur Erzeugung von Beleuchtungslicht 1 lb (vgl. Fig. 1B). Eine Strahlrichtung des Beleuchtungslichts 1 lb ist in der Figur 1B durch einen Pfeil 1 1c angedeutet. Instead of the camera module 7, a tube 10b indicated by dashed lines may be provided with a tube optics (not shown). The detection element 10a then drops away. About the tube 10b is a visual insight for subjective image capture possible. The imaging system 1 further includes an illumination module 1 1 having a light source I 1 a for generating illumination light 1 lb (see FIG. 1B). A beam direction of the illumination light 1 lb is indicated in FIG. 1B by an arrow 11c.
Ein Beleuchtungsstrahlengang 13 und ein Abbildungsstrahlengang 14 sind in der Fig. 1B und in der Fig. 1A anhand von sieben ausgewählten Objektfeldpunkten dargestellt. Gezeigt sind, was den Abbildungsstrahlengang 14 angeht, jeweils die Verläufe von Hauptstrahlen 15 und von Randstrahlen 16, 17, die von den jeweiligen Objektfeldpunkten ausgehen. Fig. 1A zeigt den Abbildungsstrahlengang 14. Fig. 1B zeigt beispielhaft einen möglichen Beleuchtungsstrahlengang 13. Eine objektseitige numerische Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs 13 ist kleiner als die vom Kameramodul 7 erfassbare objektseitige numerische Apertur. Auch eine Ausgestaltung des Beleuchtungsstrahlengangs ist möglich, bei der die gesamte erfassbare objektseitige numerische Apertur auch ausgeleuchtet wird. Auch eine Ausgestaltung des Beleuchtungsstrahlengangs ist möglich, bei der die objektseitige numerische Apertur des Beleuchtungsstrahlengangs 13 größer ist als die vom Kameramodul 7 erfasste objektseitige numerische Apertur. An illumination beam path 13 and an imaging beam path 14 are illustrated in FIG. 1B and in FIG. 1A on the basis of seven selected object field points. Shown are, as far as the imaging beam path 14 is concerned, in each case the courses of main beams 15 and edge beams 16, 17 which originate from the respective object field points. 1A shows the imaging beam path 14. FIG. 1B shows, by way of example, a possible illumination beam path 13. An object-side numerical aperture of the illumination beam path 13 is smaller than the object-side numerical aperture detectable by the camera module 7. An embodiment of the illumination beam path is also possible, in which the entire detectable object-side numerical aperture is also illuminated. An embodiment of the illumination beam path is also possible, in which the object-side numerical aperture of the illumination beam path 13 is greater than the object-side numerical aperture detected by the camera module 7.
Zur Erläuterung der Beschreibung von Lagebeziehungen der Komponenten des abbildenden Systems 1 wird nachfolgend ein kartesisches xyz- Koordinatensystem verwendet. Die x- Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 und in diese hinein. Die y-Achse verläuft nach oben. Die z- Achse verläuft nach rechts und parallel zum Hauptstrahl 15Z des zentralen Objektfeldpunktes. To explain the description of positional relationships of the components of the imaging system 1, a Cartesian xyz coordinate system is used below. The x-axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 and into it. The y-axis goes up. The z-axis extends to the right and parallel to the main beam 15 Z of the central object field point.
Das von der Lichtquelle 1 la ausgehende Beleuchtungslicht 1 lb durchtritt eine schematisch angedeutete Beleuchtungsoptik 12 und wird in den Ab- bildungsstrahlengang 14 über einen Strahlteiler 18 eingekoppelt. Dieser ist in Bezug auf einen Hauptstrahl 15z eines zentralen Objektfeldpunktes um eine Drehachse senkrecht zu einer ersten yz- eferenzebene (Zeichenebene der Fig. 1) um etwa 45° verkippt. Der Strahlteiler 18 reflektiert zumindest einen Teil des Beleuchtungslichts 1 lb und lässt zumindest einen Teil des vom Objektfeld 3 zurückkehrenden Abbildungslichts 8 durch, sodass im Abbildungsstrahlengang nach dem Strahlteiler 18 das in das Kameramodul 7 eintretende Abbildungslicht 8 vom Beleuchtungsstrahlengang 13 entkoppelt ist. The illumination light 1 lb emanating from the light source 1 la passes through a schematically indicated illumination optics 12 and is shown in the figure below. bildungsstrahlengang 14 via a beam splitter 18 coupled. This is tilted by about 45 ° with respect to a main ray 15 z of a central object field point about an axis of rotation perpendicular to a first yz-eferenzebene (drawing plane of FIG. 1). The beam splitter 18 reflects at least a part of the illumination light 1 1b and leaves at least part of the imaging light 8 returning from the object field 3, so that in the imaging beam path after the beam splitter 18 the imaging light 8 entering the camera module 7 is decoupled from the illumination beam path 13.
Ein maximaler Einfallswinkel von Abbildungsstrahlen auf die Pupillenebene 10 kann kleiner sein als 40°, kleiner sein als 20°, kleiner sein als 10° oder kann kleiner sein als 5°. Bei der Ausführung der abbildenden Optik 2 beträgt dieser maximale Einfallswinkel rund 8°. A maximum angle of incidence of imaging rays on the pupil plane 10 may be less than 40 °, less than 20 °, less than 10 °, or less than 5 °. In the embodiment of the imaging optical system 2, this maximum angle of incidence is approximately 8 °.
Die abbildende Optik 2 hat ein Variations-Optikmodul 19 mit zwei refrak- tiven optischen Variations-Komponenten 20, 21. Die Variations- Komponente 21 liegt im Abbildungs strahlengang 14 zwischen dem Objektfeld 3 und der Variations-Komponente 20. Die Variations-Komponente 20 ist als Linsen-Dublett ausgeführt. Die Variations-Komponente 21 ist als einzelne Meniskuslinse ausgeführt. Die beiden Variations-Komponenten 20, 21 des Variations-Optikmoduls 19 sind zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften der abbildenden Optik 2 relativ zueinander längs einer Verschieberichtung verlagerbar ausgeführt, die in der Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Die Verschieberichtung 22 verläuft parallel zum Hauptstrahl 15z des zentralen Objektfeldpunktes. Die Verlagerung führt zu einer entsprechenden Verlagerung der Objektebene 3 in z- Richtung, was durch einen weiteren Doppelpfeil 22a angedeutet ist. Die Verlagerung der Variations-Komponente 20 erfolgt über einen in der Fig. 1 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 20a. The imaging optics 2 has a variation optical module 19 with two refractive optical variation components 20, 21. The variation component 21 lies in the imaging beam path 14 between the object field 3 and the variation component 20. The variation component 20 is designed as a lens doublet. The variation component 21 is implemented as a single meniscus lens. The two variation components 20, 21 of the variation optical module 19 are designed to be able to be displaced relative to each other along a direction of displacement, which is indicated by a double arrow 22 in FIG. 1 in order to selectively change the imaging properties of the imaging optical system 2. The displacement direction 22 runs parallel to the main beam 15 z of the central object field point. The displacement leads to a corresponding displacement of the object plane 3 in the z direction, which is indicated by a further double arrow 22a. The displacement of the variation component 20 via a schematically indicated in FIG. 1 displacement drive 20a.
Zwischen dem Variations-Optikmodul 19 und dem Strahlteiler 18 hat die abbildende Optik 2 noch zwei weitere refraktive optische Komponenten 23, 24, die starr, also nicht längs der Verschieberichtung 22 verlagerbar, ausgeführt sind. Die optische Komponente 24 ist die erste optische Komponente im Abbildungsstrahlengang 14 nach dem Variations-Optikmodul 19. Die optische Komponente 23 ist zwischen der optischen Komponente 24 und dem Strahlteiler 18 angeordnet. Between the variation optical module 19 and the beam splitter 18, the imaging optic 2 has two further refractive optical components 23, 24, which are rigid, that is, not displaceable along the displacement direction 22. The optical component 24 is the first optical component in the imaging beam path 14 after the variation optical module 19. The optical component 23 is arranged between the optical component 24 and the beam splitter 18.
Bei den optischen Komponenten 23, 24 handelt es sich ebenfalls um refraktive optische Komponenten. Die optische Komponente 24 ist wiederum als Linsen-Dublett ausgeführt. Die optische Komponente 23 ist als Me- niskuslinse ausgeführt. The optical components 23, 24 are likewise refractive optical components. The optical component 24 is again designed as a lens doublet. The optical component 23 is designed as a meniscus lens.
Die optischen Komponenten 20, 21, 23 und 24, also insbesondere das Variations-Optikmodul 19, führen gleichzeitig den Beleuchtungsstrahlengang 13 und den Abbildungsstrahlengang 14. Eintrittsflächen 25 und Austritts- flächen 26 der optischen Komponenten 20, 21, 23 und 24, gesehen vom Objektfeld 3 her, sind so im Abbildungsstrahlengang 14 und im Beleuchtungsstrahlengang 13 orientiert, dass an diesen optischen Flächen 25, 26 reflektiertes Beleuchtungslicht 1 lb nicht in den Abbildungsstrahlengang 14 reflektiert ist, also insbesondere nicht in die Pupillenöffnung 9 des Kame- ramoduls 7 einfällt. Auch Reflexe, die an Kittflächen, beispielsweise von Dubletts, entstehen, dürfen ebenfalls nicht in die Pupillenöffnung 9 des Kameramoduls 7 einfallen. Der Beleuchtungsstrahlengang 13 ist in der yz-Ebene benachbart zur Pupillenöffnung 9 über den Strahlteiler 18 gefaltet. Die Objektebene 4 und die Bildebene 5 verlaufen parallel zur xy-Ebene. Die Eintrittsflächen 25 sowie die Austrittsflächen 26 der beiden optischen Komponenten 21 und 23 sind um Kippachsen parallel zur x- Achse verkippt, also, wie in der Fig. 1 dargestellt, in der ersten Referenzebene (yz- Ebene) verkippt. Die Eintrittsflächen 25 sowie die Austrittsflächen 26 der beiden optischen Komponenten 20 und 24 sind um Kippachsen parallel zur z- Achse verkippt, also innerhalb einer zweiten Referenzebene (xz-Ebene) verkippt. The optical components 20, 21, 23 and 24, ie in particular the variation optical module 19, simultaneously guide the illumination beam path 13 and the imaging beam path 14. Entry surfaces 25 and exit surfaces 26 of the optical components 20, 21, 23 and 24, as seen from the object field 3, are oriented in the imaging beam path 14 and in the illumination beam path 13 in such a way that illumination light 1 1b reflected on these optical surfaces 25, 26 is not reflected in the imaging beam path 14, that is, if it is not incident on the pupil opening 9 of the camera module 7. Also, reflexes that arise on cement surfaces, such as doublets, may also not enter the pupil opening 9 of the camera module 7. The illumination beam path 13 is folded in the yz plane adjacent to the pupil opening 9 via the beam splitter 18. The object plane 4 and the image plane 5 run parallel to the xy plane. The entry surfaces 25 and the exit surfaces 26 of the two optical components 21 and 23 are tilted about tilt axes parallel to the x-axis, ie, as shown in Fig. 1, in the first reference plane (yz plane) tilted. The entry surfaces 25 and the exit surfaces 26 of the two optical components 20 and 24 are tilted about tilt axes parallel to the z axis, ie tilted within a second reference plane (xz plane).
Mindestens eine optische Fläche der optischen Komponenten 20, 21, 23, 24 ist als Freiformfläche ausgeführt. Die Freiformflächen sind in den Fig. 2 ff. durch eine senkrecht zur Oberfläche verlaufende Strichlierung markiert. Es kann also mindestens eine der Eintrittsflächen 25, mindestens eine der Austrittsflächen 26 oder auch im Falle der Dubletts 20, 24, eine Zwischenfläche 27a als Freiformfläche ausgeführt sein. Die Zwischenfläche 27a kann als Kittfläche ausgeführt sein. Auch mehrere dieser optischen Flächen und insbesondere alle dieser Flächen können als Freiformflächen ausgeführt sein. Alternativ können auch alle Eintrittsflächen 25 oder alle Austrittsflächen 26 als Freiformflächen ausgeführt sein. At least one optical surface of the optical components 20, 21, 23, 24 is designed as a free-form surface. The free-form surfaces are marked in FIGS. 2 et seq. By a dashed line running perpendicular to the surface. Thus, at least one of the entry surfaces 25, at least one of the exit surfaces 26 or, in the case of the doublets 20, 24, an intermediate surface 27a may be designed as a freeform surface. The intermediate surface 27a may be designed as a cemented surface. Also, several of these optical surfaces and in particular all of these surfaces can be designed as freeform surfaces. Alternatively, all entry surfaces 25 or all exit surfaces 26 may be designed as free-form surfaces.
Randseitig kann eine der optischen Komponenten 20, 21 , 23, 24 als Blen- denöffnung und damit als Aperturelement zur Begrenzung eines randseiti- gen Verlaufs des Abbildungsstrahlengangs 14 ausgebildet sein. Dies kann zur gezielten Absorption bzw. Ableitung von Beleuchtungslicht genutzt werden, welches an den verkippten Flächen der optischen Komponenten 20, 21, 23, 24 reflektiert wird und das Bildfeld 5 nicht erreichen soll. Anhand der Fig. 2 bis 1 1 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer abbildenden Optik 27 beschrieben, die anstelle der abbildenden Optik 2 beim abbildenden System 1 zum Einsatz kommen kann. On the edge side, one of the optical components 20, 21, 23, 24 can be designed as a diaphragm opening and thus as an aperture element for limiting a peripheral profile of the imaging beam path 14. This can be used for targeted absorption or dissipation of illumination light which is reflected at the tilted surfaces of the optical components 20, 21, 23, 24 and should not reach the image field 5. A further embodiment of an imaging optic 27 will be described below with reference to FIGS. 2 to 11, which may be used instead of the imaging optics 2 in the imaging system 1.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. Die abbildende Optik 27 hat im Abbildungsstrahlengang 14 zwischen dem Objektfeld 3 und der Pupillenöffnung 9 insgesamt drei optische Komponenten, nämlich zwei Variations-Komponenten 28, 29 eines Variations- Optikmoduls 30 und, zwischen dem Variations-Optikmodul 30 und dem in der Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Strahlteiler 18, eine weitere, starre opti- sehe Komponente 31. Die dem Objektfeld 3 zugewandte Variations- Komponente 29 ist als Linsen-Dublett mit zwei Meniskuslinsen ausgeführt. Die Variations-Komponente 28 ist ebenfalls als Linsen-Dublett mit einer Bikonkavlinse und einer Bikonvexlinse ausgeführt. Die optische Komponente 31 ist als einzelne Meniskuslinse ausgeführt. Components which correspond to those already explained above with reference to FIG. 1 carry the same reference numerals and will not be discussed again in detail. The imaging optics 27 has in the imaging beam path 14 between the object field 3 and the pupil opening 9 a total of three optical components, namely two variation components 28, 29 of a variation optical module 30 and dashed lines between the variation optical module 30 and in FIG indicated beam splitter 18, another, rigid optical see component 31. The object field 3 facing variation component 29 is designed as a lens doublet with two meniscus lenses. The variation component 28 is also designed as a lens doublet with a biconcave lens and a biconvex lens. The optical component 31 is designed as a single meniscus lens.
Bei der abbildenden Optik 27 sind eine Eintritts fläche 25 der Variations- Komponente 29, eine Austrittsfläche 26 der Variations-Komponente 29, eine Austrittsfläche 26 der Variations-Komponente 28 und eine Eintrittsfläche 25 der optischen Komponente 31 als Freiformflächen ausgeführt. Die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik 27 sind als rotationssymmetrische Flächen ausgeführt. In the imaging optics 27 are an entry surface 25 of the variation component 29, an exit surface 26 of the variation component 29, an exit surface 26 of the variation component 28 and an entrance surface 25 of the optical component 31 designed as free-form surfaces. The other optical surfaces of the imaging optics 27 are designed as rotationally symmetrical surfaces.
Die Komponenten 28, 29, 31 der abbildenden Optik 27 sind refraktive optische Komponenten. Die Fig. 2 sowie in einer Detailvergrößerung die Fig. 8 zeigen die abbildende Optik mit einer Verlagerungsposition der beiden Variations- Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines großen Arbeitsabstandes zwi- sehen der Pupillenebene 10 und der Objektebene 4. Die Variations- Komponente 28 ist in positiver z-Richtung so weit in Richtung auf die Variations-Komponente 29 zu verlagert, dass sich die beiden Variations- Komponenten 28, 29 praktisch berühren. Fig. 3 zeigt die Relativposition der beiden Variations-Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines mittleren Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10. The components 28, 29, 31 of the imaging optics 27 are refractive optical components. Fig. 2 and in an enlarged detail the Fig. 8 show the imaging optics with a displacement position of the two variation components 28, 29 for realizing a large working distance between see the pupil plane 10 and the object plane 4. The variation component 28 is in positive z-direction so far in the direction of the variation component 29 to move that touch the two variation components 28, 29 practically. 3 shows the relative position of the two variation components 28, 29 for realizing an average working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10.
Die Fig. 4 und in einer Detailvergrößerung die Fig. 9 zeigen eine Relativ- position der Variations-Komponenten 28, 29 zur Realisierung eines kleinen Arbeitsabstandes zwischen der Feldebene 4 und der Pupillenebene 10. FIG. 4 and in a detailed enlargement the FIGS. 9 show a relative position of the variation components 28, 29 for realizing a small working distance between the field plane 4 and the pupil plane 10.
Zwischen den Relativpositionen nach den Fig. 8 und 9 ist die Variations- Komponente 28 in negativer z-Richtung so weit verlagert, dass in der Rela- tivposition nach Fig. 9 nur noch ein kleiner Abstand zwischen der Variations-Komponente 28 und der optischen Komponente 31 vorliegt. Gleichzeitig ist die Variations-Komponente 29, ausgehend von der Position nach Fig. 8, in der Fig. 9 um einen Verlagerungsweg Ay in positiver y-Richtung verlagert. Between the relative positions according to FIGS. 8 and 9, the variation component 28 is displaced so far in the negative z direction that in the relative position according to FIG. 9 there is only a small distance between the variation component 28 and the optical component 31 is present. At the same time, the variation component 29, starting from the position according to FIG. 8, is displaced in FIG. 9 by a displacement path Ay in the positive y-direction.
Die Verlagerungsposition "mittlerer Arbeitsabstand" nach Fig. 3 stellt eine Zwischenposition auf dem Verlagerungsweg der Variations-Komponenten 28. 29 zwischen den Verlagerungspositionen nach den Fig. 8 und 9 dar. Eine Relativverlagerung der beiden Variations-Komponenten 28, 29 zueinander erfolgt also mit einer z-Richtungskomponente längs des Hauptstrahls 15z des zentralen Objektfeldpunktes und gleichzeitig mit einer y- Richtungskomponente senkrecht hierzu. Die Relativverlagerung ist dabei so, dass eine der beiden Komponenten des Variations-Optikmoduls 30, nämlich die Variations-Komponente 28, in der z-Richtung und die andere der beiden Komponenten des Variations-Optikmoduls 30, nämlich die Variations-Komponente 29, senkrecht hierzu in der y-Richtung verlagert wird. The displacement position "average working distance" of FIG. 3 represents an intermediate position on the displacement path of the variation components 28, 29 between the displacement positions of FIGS. 8 and 9. A relative displacement of the two variation components 28, 29 relative to each other thus takes place with a z direction component along the main ray 15 z of the central object field point and at the same time with a y direction component perpendicular thereto. The relative displacement is such that one of the two components of the variation optical module 30, namely the variation component 28, in the z-direction and the other of the two components of the variation optical module 30, namely the variation component 29, perpendicular thereto is displaced in the y-direction.
Die Verlagerung der Variations-Komponente 28 erfolgt über einen in der Fig. 9 schematisch dargestellten Verlagerungsantrieb 28a. The displacement of the variation component 28 takes place via a displacement drive 28a shown schematically in FIG.
Die Verlagerung der Variations-Komponente 29 erfolgt über einen eben- falls in der Fig. 9 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 29a. Die beiden Variations-Komponenten 28, 29 des Variations-Optikmoduls 30 bilden zusammen mit der optischen Komponente 31 die Objektebene 3 nach unendlich ab. Anhand der Fig. 12 bis 21 wird nachfolgend eine weitere abbildende Optik 32 beschrieben, die ebenfalls anstelle der abbildenden Optik 2 beim abbildenden System 1 nach Fig. 1 zum Einsatz kommen kann. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 1 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. The displacement of the variation component 29 takes place via a displacement drive 29a, which is also schematically indicated in FIG. 9. The two variation components 28, 29 of the variation optical module 30 form, together with the optical component 31, the object plane 3 to infinity. A further imaging optical system 32 will be described below with reference to FIGS. 12 to 21, which likewise can be used instead of the imaging optical system 2 in the imaging system 1 according to FIG. Components and functions which correspond to those which have already been explained above with reference to FIGS. 1 to 1 1 bear the same reference numerals and will not be discussed again in detail.
Die abbildende Optik 32 besteht ausschließlich aus Komponenten eines Variations-Optikmoduls 33. Die Komponenten des Variations- Optikmoduls 33 bilden die Objektebene 3 nach unendlich ab. In dieser Hinsicht entspricht das Variations-Optikmodul 33 dem Variations- Optikmodul 30 nach den Figuren 2 bis 1 1 inklusive der optischen Komponente 31. Die Funktion des Variations-Optikmoduls 33 entspricht ansonsten derjenigen des Variations-Optikmoduls 19 bzw. 30, die vorstehend im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 1 1 bereits erläutert wurden. Eine dem Objektfeld 3 zugewandte Variations-Komponente 34 umfasst zwei Unterkomponenten, nämlich eine dem Objektfeld 3 zugewandte Meniskuslinse 35 und ein Linsen-Dublett 36. Eine weitere, der Pupillenöffnung 9 zugewandte Variations-Komponente 37 des Variations-Optikmoduls 33 umfasst eine bikonvexe Linse 38, die der Pupillenöffnung 9 zugewandt ist, und ein Linsen-Dublett 39. The imaging optical system 32 consists exclusively of components of a variation optical module 33. The components of the variation optical module 33 image the object plane 3 to infinity. In this The variation optical module 33 corresponds to the variation optical module 30 according to FIGS. 2 to 11, including the optical component 31. The function of the variation optical module 33 otherwise corresponds to that of the variation optical module 19 or 30 described above in connection with FIGS Fig. 1 to 1 1 have already been explained. A variation component 34 facing the object field 3 comprises two sub-components, namely a meniscus lens 35 facing the object field 3 and a lens doublet 36. A further variation component 37 of the variation optical module 33 facing the pupil opening 9 comprises a biconvex lens 38, which faces the pupil opening 9, and a lens doublet 39.
Bei der abbildenden Optik 32 wird also genau eine Linsengruppe, nämlich die Variations-Komponente 34 mit den beiden optischen Komponenten 35, 36, verlagert. In the imaging optical system 32, therefore, exactly one lens group, namely the variation component 34 with the two optical components 35, 36, is displaced.
Eine Eintrittsfläche 25 der Meniskuslinse 35, eine Austrittsfläche 26 des Linsen-Dubletts 36, eine Austrittsfläche 26 des Linsen-Dubletts 39 und eine Austrittsfläche 26 der Linse 38 sind als Freiformflächen ausgeführt. Die anderen optischen Flächen der abbildenden Optik 32 sind als rotationssymmetrische Flächen ausgeführt. An entrance surface 25 of the meniscus lens 35, an exit surface 26 of the lens doublet 36, an exit surface 26 of the lens doublet 39 and an exit surface 26 of the lens 38 are designed as free-form surfaces. The other optical surfaces of the imaging optical system 32 are designed as rotationally symmetrical surfaces.
Die Fig. 12 und in einer Detailvergrößerung die Fig. 18 zeigen die abbildende Optik 32 in einer Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines großen Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10. Die Fig. 13 zeigt die abbildende Optik 32 in einer Verlagerungsposition des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines mittleren Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10. Die Fig. 14 und im Detail vergrößert die Fig. 19 zeigen eine Verlagerungsposition der Variations-Komponenten 34, 37 des Variations-Optikmoduls 33 zur Realisierung eines kleinen Arbeitsabstandes zwischen der Objektebene 4 und der Pupillenebene 10. Zur Verlagerung des Variations-Optikmoduls 33 zwischen den Verlagerungsstellungen nach den Fig. 12 bis 14 wird die die Objektfeld 3 zugewandte Variations-Komponente 34 in positiver z-Richtung hin zum Objektfeld 3 verlagert. Beim Verstellen des Arbeitsabstandes der abbildenden Optik 32 wird keine der optischen Komponenten 35, 36, 38, 39 in der x- oder in der y-Richtung verlagert. FIG. 12 and in an enlarged detail FIG. 18 show the imaging optics 32 in a displacement position of the variation optics module 33 for realizing a large working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10. FIG. 13 shows the imaging optic 32 in a displacement position of the variation optics module 33 for realizing an average working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10. FIG. 14 and in detail enlarged FIG. 19 show a displacement position of the variational components 34, 37 of the variation optical module 33 for realizing a small working distance between the object plane 4 and the pupil plane 10. To shift the variation optical module 33 between the displacement positions shown in FIGS. 12 to 14, the object field 3 facing variation component 34 in positive z-direction towards the object field 3 shifts. When adjusting the working distance of the imaging optics 32, none of the optical components 35, 36, 38, 39 is displaced in the x or the y direction.
Die gemeinsame Verlagerung der beiden optischen Elemente 35, 36 der Variations-Komponente 34 erfolgt über einen in der Fig. 18 schematisch angedeuteten Verlagerungsantrieb 34a. The joint displacement of the two optical elements 35, 36 of the variation component 34 takes place via a displacement drive 34a schematically indicated in FIG.
Die Freiformflächen der abbildenden Optiken 27, 32 lassen sich durch die nachfolgende Flächenformel beschreiben, die in den nachfolgenden Tabellen zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele als„Flächentyp: KXY" bezeichnet ist:
Figure imgf000020_0001
x und y bezeichnen dabei die Koordinaten auf der optischen Fläche, ausgehend von einem Koordinatenursprung, der als Durchstoßpunkt einer z- Achse im lokalen xyz-Koordinatensystem der Freiformfläche definiert ist. Dieser Durchstoßpunkt kann theoretisch auch außerhalb der genutzten optischen Fläche liegen. z bezeichnet die Pfeilhöhe der Freiformfläche. Die Koeffizienten cvx und cvy beschreiben die Krümmungen der Freiformfläche im xz- und im yz- Schnitt. Die Koeffizienten ccx und ccy sind konische Parameter.
The free-form surfaces of the imaging optics 27, 32 can be described by the following surface formula, which is designated in the following tables for describing the exemplary embodiments as "surface type: KXY":
Figure imgf000020_0001
In this case, x and y denote the coordinates on the optical surface, starting from a coordinate origin which is defined as the penetration point of a z-axis in the local xyz coordinate system of the freeform surface. This puncture point can theoretically also lie outside the used optical surface. z denotes the arrow height of the freeform surface. The coefficients cvx and cvy describe the curvatures of the free-form surface in the xz and yz sections. The coefficients ccx and ccy are conic parameters.
Die Freiformflächenformel weist einen führenden bikonischen Term und ein nachfolgendes xy-Polynom mit Koeffizienten α_μ auf. In den folgenden Tabellen wird das Ausführungsbeispiel beschrieben, welches den Figuren 2 bis 1 1 zugrunde liegt. Beschrieben ist in Tabelle 1 die Variante in der Relativposition, die zum„kleinen Arbeitsabstand" gehört und welche in Fig. 4 dargestellt ist. Nicht angegebene Konstanten α ω (alpha_k, 1) sind gleich 0. Zudem gilt: RDX=l/cvx; RDY = 1/cvy. Die An- gaben„x y z" bezeichnen die Lokalsysteme der verschiedenen Flächen bezüglich des Lokalsystems zu Fläche 1 ; die Einheit ist Millimeter. Die Angaben„exx exy exz" bezeichnen die Richtung des x-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Die Angaben„eyx eyy eyz" bezeichnen die Richtung des y-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Die Angaben„ezx ezy ezz" bezeichnen die Richtung des z-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 1. Fläche 1 entspricht der Pupillenöffnung 9. Die Angabe des Mediums zu einer Fläche ist so zu verstehen, dass der Lichtstrahl im angegebenen Medium verläuft, sobald er die Fläche durchtreten hat. Die unter „Medium" angegebenen Kürzel wie beispielsweise„N-PK 52A" beziehen sich auf die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Glassorten und sind dem aktuellen Katalog der optischen Gläser der Schott AG entnommen (Ausgabe Mai 201 1). Dieser ist beispielsweise online unter http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott_optical_ glass_pocket_catalogue_may_201 l_en.pdf abrufbar. The free-form surface formula has a leading biconical term and a subsequent xy polynomial with coefficients α_μ. In the following tables, the embodiment is described, which is based on the figures 2 to 1 1. Described in Table 1 is the variant in the relative position which belongs to the "small working distance" and which is shown in Fig. 4. Unrequited constants α ω (alpha_k, 1) are equal to 0. In addition: RDX = 1 / cvx; RDY = 1 / cvy The information "xyz" designates the local systems of the different surfaces with respect to the local system to surface 1; the unit is millimeters. The words "exx exy exz" denote the direction of the x-unit vector of the respective area in coordinates of area 1. The words "eyx eyy eyz" denote the direction of the y-unit vector of the respective area in coordinates of area 1. The words "ezx ezy ezz "denotes the direction of the z-unit vector of the respective area in coordinates of area 1. Area 1 corresponds to the pupil opening 9. The indication of the medium to a surface is to be understood that the light beam in the specified medium, as soon as he the area has passed through "Medium" given abbreviations such as "N-PK 52A" refer to the optical glass types used in the embodiment and are taken from the current catalog of optical glasses Schott AG (issued May 201 1). For example, it is available online at http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott_optical_ glass_pocket_catalogue_may_201_en.pdf.
Tabelle 1 : Ausführungsbeispiel Table 1: exemplary embodiment
Fläche Nr. 1 Flächentyp: PlanSurface No. 1 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller: Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 0  0 0 0
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
Fläche Nr. 2 Flächentyp: SphäreSurface No. 2 Area Type: Sphere
Medium: N-PK52A Hersteller: SCHOTT x y z Medium: N-PK52A Manufacturer: SCHOTT x y z
0 0 44  0 0 44
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9837756334423198 0.1794031857163143 ezx ezy ezz 0 0.9837756334423198 0.1794031857163143 ezx ezy ezz
0 -0.1794031857163143 0.98377563344231980 -0.1794031857163143 0.9837756334423198
RDY -170.102121 RDY -170.102121
Fläche Nr. 3 Flächentyp: KXY Surface No. 3 Surface type: KXY
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 -0.6554149999999999 48.5  0 -0.6554149999999999 48.5
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9651804487793452 0.2615849791064122 ezx ezy ezz 0 0.9651804487793452 0.2615849791064122 ezx ezy ezz
0 -0.2615849791064122 0.96518044877934520 -0.2615849791064122 0.9651804487793452
RDX -239.709649 RDX -239.709649
RDY -85.1 18363 RDY -85.1 18363
CCX 0.000000 CCY 0.000000 CCX 0.000000 CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 -3.316327e-03 2 0 -3.316327e-03
0 2 1.1 14535e-03  0 2 1.1 14535e-03
2 1 -4.073101 e-05  2 1 -4.073101 e-05
0 3 -3.212235e-05  0 3 -3.212235e-05
4 0 3.459538e-07  4 0 3.459538e-07
2 2 2.616513e-07  2 2 2.616513e-07
0 4 1.061355e-07  0 4 1.061355e-07
4 1 9.628452e-09  4 1 9.628452e-09
2 3 8.393582e-09  2 3 8.393582e-09
0 5 5.169824e-10  0 5 5.169824e-10
Fläche Nr. 4 Flächentyp: KXY  Surface No. 4 Surface type: KXY
Medium: N-PK51 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-PK51 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 -1.171 132 57.5  0 -1,171 132 57.5
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.960081276469539 -0.279721 1872072273  0 0.960081276469539 -0.279721 1872072273
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.279721 1872072273 0.960081276469539  0 0.279721 1872072273 0.960081276469539
RDX 454.525309  RDX 454.525309
RDY -932.327343  RDY -932.327343
CCX 0.000000  CCX 0.000000
CCY 0.000000  CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 4.883200e-03 2 0 4.883200e-03
0 2 6.242278e-03  0 2 6.242278e-03
2 1 -1.541434e-05  2 1 -1.541434e-05
0 3 -1.152281 e-05  0 3 -1.152281 e-05
4 0 4.948645e-07  4 0 4.948645e-07
2 2 7.134341 e-07  2 2 7.134341 e-07
0 4 2.516236e-07  0 4 2.516236e-07
4 1 1.021739e-08  4 1 1.021739e-08
2 3 7.000242e-09  2 3 7000242e-09
0 5 -3.892305e-10  0 5 -3.892305e-10
Fläche Nr. 5 Flächentyp: Sphäre  Surface No. 5 Surface type: Sphere
Medium: N-SF66 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-SF66 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 0 68.87026400000001  0 0 68.87026400000001
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9714574300770291 -0.2372139573215162  0 0.9714574300770291 -0.2372139573215162
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2372139573215162 0.9714574300770291  0 0.2372139573215162 0.9714574300770291
RDY -667.057684 Fläche Nr. 6 Flächentyp: Sphärisch RDY -667.057684 Surface No. 6 Surface type: Spherical
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 -0.6437169999999998 71.87026400000001  0 -0.6437169999999998 71.87026400000001
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9642794713636933 -0.2648869591 100254  0 0.9642794713636933 -0.2648869591 100254
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2648869591 100254 0.9642794713636933  0 0.2648869591 100254 0.9642794713636933
RDY 607.709944  RDY 607.709944
Fläche Nr. 7 Flächentyp: KXY Surface No. 7 Surface type: KXY
Medium: N-LASF44 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-LASF44 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 3.025698000000001 103.3  0 3.025698000000001 103.3
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9594740962691601 -0.2817968392095241 ezx ezy ezz  0 0.9594740962691601 -0.2817968392095241 ezx ezy ezz
0 0.2817968392095241 0.9594740962691601  0 0.2817968392095241 0.9594740962691601
RDX 331.598751  RDX 331.598751
RDY -386.412156  RDY -386.412156
CCX 0.000000  CCX 0.000000
CCY 0.000000  CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 8.640401 e-04 2 0 8.640401 e-04
0 2 4.815790e-03  0 2 4.815790e-03
2 1 -4.930274e-05  2 1 -4.930274e-05
0 3 -3.066782e-05  0 3 -3.066782e-05
4 0 1.071602e-06  4 0 1.071602e-06
2 2 1.388790e-06  2 2 1.388790e-06
0 4 3.954612e-07  0 4 3.954612e-07
Fläche Nr. 8 Flächentyp: Sphäre  Area No. 8 Area Type: Sphere
Medium: N-SF66 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-SF66 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 5.139174294071431 1 10.4960557220187  0 5.139174294071431 1 10.4960557220187
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9304059959727887 -0.3665306026212314  0 0.9304059959727887 -0.3665306026212314
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.3665306026212314 0.9304059959727887  0 0.3665306026212314 0.9304059959727887
RDY 53.498204  RDY 53.498204
Fläche Nr. 9 Flächentyp: KXY Surface No. 9 Surface type: KXY
Medium: LUFT Hersteller: x y z Medium: AIR Manufacturer: xyz
0 6.689056909723814 1 15.7731632514991  0 6.689056909723814 1 15.7731632514991
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9434375517996789 -0.3315502765105595  0 0.9434375517996789 -0.3315502765105595
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.3315502765105595 0.9434375517996789  0 0.3315502765105595 0.9434375517996789
RDX 48.589505  RDX 48.589505
RDY 53.218455  RDY 53.218455
CCX 0.000000  CCX 0.000000
CCY 0.000000  CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 -3.305736e-03 2 0 -3.305736e-03
0 2 -2.034866e-03  0 2 -2.034866e-03
2 1 -2.465846e-05  2 1 -2.465846e-05
0 3 -1.002891 e-05  0 3 -1.002891 e-05
4 0 2.750502e-07  4 0 2.750502e-07
2 2 2.656296e-07  2 2 2.656296e-07
0 4 3.738444e-09  0 4 3.738444e-09
4 1 -5.496640e-09  4 1 -5.496640e-09
2 3 -1.358851 e-08  2 3 -1.358851 e-08
0 5 -5.793797e-09  0 5 -5.793797e-09
Fläche Nr. 10 Flächentyp: Plan  Surface No. 10 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 122  0 0 122
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
RDY 0.000000 RDY 0.000000
Fläche Nr. 1 1 Flächentyp: Plan  Surface No. 1 1 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 324  0 0 324
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
RDY 0.000000 Die Variante zur Relativposition„mittlerer Arbeitsabstand" für das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 3 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt: RDY 0.000000 The variant for the relative position "average working distance" for the exemplary embodiment from FIG. 3 is obtained if the following changes are made in Table 1 above:
Ausführungsbeispiel zu Fig. 3 Embodiment of Fig. 3rd
Mittlerer Arbeitsabstand  Average working distance
Fläche Nr. Surface no.
x  x
0 77.677814  0 77.677814
Fläche Nr. Surface no.
x  x
0 89.048078  0 89.048078
Fläche Nr. Surface no.
x Y  xY
-0.6437169999999998 92.048078  -0.6437169999999998 92.048078
Fläche Nr. 7  Surface No. 7
x y z  x y z
0 0.247319 103.3  0 0.247319 103.3
Fläche Nr. 8 Surface No. 8
x y  x y
0 2.360795294071431 1 10.4960557220187  0 2.360795294071431 1 10.4960557220187
Fläche Nr. 9 Surface No. 9
x y  x y
3.910677909723813 1 15.7731632514991  3.910677909723813 1 15.7731632514991
Fläche Nr. Surface no.
x z  x z
0 479  0 479
Die Variante zur Relativposition„großer Arbeitsabstand" für das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 2 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt: The variant for the relative position "large working distance" for the embodiment of FIG. 2 is obtained by making the following changes in Table 1 above:
Ausführungsbeispiel zu Fig. 2 Embodiment of FIG. 2
Großer Arbeitsabstand Large working distance
Fläche Nr. 4 x Y z Surface No. 4 x Y z
0 -1 .171 132 88.48288199999999 0 -1 .171 132 88.48288199999999
Fläche Nr. 5 Surface No. 5
x Y z  x Y z
0 0 99.853146  0 0 99.853146
Fläche Nr. 6  Surface No. 6
x Y z  x Y z
0 -0.6437169999999998 102.853146  0 -0.6437169999999998 102.853146
Fläche Nr. 7  Surface No. 7
x y z  x y z
0 -0.916638 103.3  0 -0.916638 103.3
Fläche Nr. 8  Surface No. 8
x y z  x y z
0 1 .196838294071431 1 10.4960557220187 0 1 .196838294071431 1 10.4960557220187
Fläche Nr. 9 Surface No. 9
x y z  x y z
0 2.746720909723813 1 15.7731632514991 0 2.746720909723813 1 15.7731632514991
Fläche Nr. 1 1 Surface no. 1 1
x y z  x y z
0 0 635  0 0 635
In den folgenden Tabellen wird das Ausführungsbeispiel beschrieben, welches den Figuren 12 bis 21 zugrunde liegt. Beschrieben ist in Tabelle 2 die Variante in der Relativposition, die zum„kleinen Arbeitsabstand" gehört und welche in Fig. 14 dargestellt ist. Nicht angegebene Konstanten α ω (al- pha_k, 1) sind gleich 0. Zudem gilt: RDX=l/cvx; RDY = 1/cvy. Die Angaben„x y z" bezeichnen die Lokalsysteme der verschiedenen Flächen bezüglich des Lokalsystems zu Fläche 0; die Einheit ist Millimeter. Die Angaben„exx exy exz" bezeichnen die Richtung des x-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Die Angaben„eyx eyy eyz" bezeichnen die Richtung des y-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Die Angaben„ezx ezy ezz" bezeichnen die Richtung des z-Einheitsvektors der jeweiligen Fläche in Koordinaten von Fläche 0. Fläche 0 entspricht der Pupillenöffnung 9. Die Angabe des Me- diums zu einer Fläche ist so zu verstehen, dass der Lichtstrahl im angegebenen Medium verläuft, sobald er die Fläche durchtreten hat. Die unter In the following tables, the embodiment is described, which is based on the figures 12 to 21. Described in Table 2 is the variant in the relative position which belongs to the "small working distance" and which is shown in Fig. 14. Non-specified constants α ω (alpha-k, 1) are equal to 0. In addition: RDX = 1 / cvx; RDY = 1 / cvy. The indications "xyz" designate the local systems of the different areas with respect to the local system to area 0; the unit is millimeters. The words "exx exy exz" denote the direction of the x-unit vector of the respective area in coordinates of area 0. The words "eyx eyy eyz" denote the direction of the y-unit vector of the respective area in coordinates of area 0. The statements "ezx ezy ezz "denote the direction of the z-unit vector of the respective area in coordinates of area 0. Area 0 corresponds to the pupil opening 9. The indication of the mea- The surface of a surface is to be understood as meaning that the ray of light passes through the specified medium as soon as it has passed through the surface. The under
„Medium" angegebenen Kürzel wie beispielsweise„N-PK 53" beziehen Refer to "Medium" given abbreviations such as "N-PK 53"
sich auf die in dem Ausführungsbeispiel verwendeten optischen Glassorten und sind dem aktuellen Katalog der optischen Gläser der Schott AG entnommen (Ausgabe Mai 201 1). Dieser ist beispielsweise online unter refer to the optical glass types used in the embodiment and are taken from the current catalog of optical glasses Schott AG (May 201 1 edition 1). This is for example online at
http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott_optical_ glass_pocke t_catalogue_may_201 l_en.pdf abrufbar. http://www.schott.com/advanced_optics/english/download/schott_optical_ glass_pocke t_catalogue_may_201 l_en.pdf available.
Tabelle 2: Ausführungsbeispiel Table 2: exemplary embodiment
Fläche Nr. 0 Flächentyp: Plan Surface No. 0 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 0  0 0 0
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
Fläche Nr. 1 Flächentyp: KXY Surface No. 1 Surface type: KXY
Medium: P-PK53 Hersteller: SCHOTT  Medium: P-PK53 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 -0.540959 44  0 -0.540959 44
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207  0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2588190451025207 0.9659258262890683  0 0.2588190451025207 0.9659258262890683
RDX -436.305672 RDX -436.305672
RDY 244.871562 RDY 244.871562
CCX 0.000000 CCX 0.000000
CCY 0.000000 CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 2.305089e-03 2 0 2.305089e-03
1 1 -1.961383e-04  1 1 -1.961383e-04
0 2 -1.086664e-03  0 2 -1.086664e-03
3 0 -2.866679e-05 2 1 -1.471717e-05 3 0 -2.866679e-05 2 1 -1.471717e-05
1 2 -3.605414e-05  1 2 -3.605414e-05
0 3 9.567453e-07  0 3 9.567453e-07
4 0 -5.264173e-07  4 0 -5.264173e-07
3 1 7.786697e-07  3 1 7.786697e-07
2 2 1.907950e-07  2 2 1.907950e-07
1 3 1.094817e-06  1 3 1.094817e-06
0 4 3.674618e-07  0 4 3.674618e-07
5 0 8.238225e-09  5 0 8.238225e-09
4 1 1.932793e-08  4 1 1.932793e-08
3 2 2.458507e-08  3 2 2.458507e-08
2 3 -1.702729e-10  2 3 -1.702729e-10
1 4 1.190706e-08  1 4 1.190706e-08
0 5 -2.056332e-08  0 5 -2.056332e-08
6 0 2.976716e-10  6 0 2.976716e-10
5 1 -3.734873e-10  5 1 -3.734873e-10
4 2 2.555383e-10  4 2 2.555383e-10
3 3 -1.004882e-09  3 3 -1.004882e-09
2 4 1.340956e-10  2 4 1.340956e-10
1 5 -7.447032e-10  1 5 -7.447032e-10
0 6 2.224027e-10  0 6 2.224027e-10
Fläche Nr. 2 Flächentyp: Sphäre  Surface No. 2 Area Type: Sphere
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0.7531362255126037 48.82962913144534  0 0.7531362255126037 48.82962913144534
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207  0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2588190451025207 0.9659258262890683  0 0.2588190451025207 0.9659258262890683
RDY -399.651627  RDY -399.651627
Fläche Nr. 3 Flächentyp: KXY Surface No. 3 Surface type: KXY
Medium: P-PK53 Hersteller: SCHOTT  Medium: P-PK53 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
1.063939 0 52.6  1.063939 0 52.6
exx exy exz exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0 0.9659258262890684  0.2588190451025207 0 0.9659258262890684
RDX -101.500447  RDX -101.500447
RDY -62.171332  RDY -62.171332
CCX 0.000000  CCX 0.000000
CCY 0.000000  CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 1.067386e-02 1 1 2.298249e-042 0 1.067386e-02 1 1 2.298249e-04
0 2 1.409776e-020 2 1.409776e-02
3 0 3.385375e-053 0 3.385375e-05
2 1 1.241867e-052 1 1.241867e-05
1 2 4.235964e-051 2 4.235964e-05
0 3 -1.432995e-060 3 -1.432995e-06
4 0 8.643002e-074 0 8.643002e-07
3 1 -7.497370e-073 1 -7.497370e-07
2 2 8.521928e-072 2 8.521928e-07
1 3 -1.055672e-061 3 -1.055672e-06
0 4 3.033558e-070 4 3.033558e-07
5 0 -1.735162e-095 0 -1.735162e-09
4 1 -1.527084e-084 1 -1.527084e-08
3 2 -1.346266e-083 2 -1.346266e-08
2 3 3.765862e-092 3 3.765862e-09
1 4 -8.840041 e-091 4 -8.840041 e-09
0 5 2.594443e-080 5 2.594443e-08
6 0 -1.682484e-106 0 -1.682484e-10
5 1 2.341912e-105 1 2.341912e-10
4 2 -2.236872e-104 2 -2,236,872e-10
3 3 6.301 172e-103 3 6,301 172e-10
2 4 -1.086680e-102 4 -1.086680e-10
1 5 5.545305e-101 5 5.545305e-10
0 6 -1.448558e-10 0 6 -1.448558e-10
Fläche Nr. 4 Flächentyp: SphäreSurface No. 4 Surface type: Sphere
Medium: N-SF66 Hersteller: SCHOTT x y z Medium: N-SF66 Manufacturer: SCHOTT x y z
2.875672315717645 0 59.36148078402348 exx exy exz  2.875672315717645 0 59.36148078402348 exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207 eyx eyy eyz  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207 eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0.9659258262890684 RDY -301.616778  0.2588190451025207 0.9659258262890684 RDY -301.616778
Fläche Nr. 5 Flächentyp: Sphäre Surface No. 5 Surface type: Sphere
Medium: LUFT Hersteller: Medium: AIR Manufacturer:
x z x z
3.80742087808672 0 62.83881375866412 exx exy exz  3.80742087808672 0 62.83881375866412 exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207 eyx eyy eyz  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207 eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0.9659258262890684 RDY 1593.163604  0.2588190451025207 0.9659258262890684 RDY 1593.163604
Fläche Nr. 6 Flächentyp: KXY Medium: N-SSK8 Hersteller: SCHOTT Surface No. 6 Surface type: KXY Medium: N-SSK8 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 0 99  0 0 99
exx exy exz exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0 0.9659258262890684  0.2588190451025207 0 0.9659258262890684
RDX -264.972629  RDX -264.972629
RDY -280.951 194  RDY -280,951 194
CCX 0.000000  CCX 0.000000
CCY 0.000000  CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 -1.170631 e-03 2 0 -1.170631 e-03
1 1 1.337185e-04  1 1 1.337185e-04
0 2 -1.860734e-03  0 2 -1.860734e-03
3 0 -3.575536e-06  3 0 -3.575536e-06
2 1 -8.794331 e-06  2 1 -8.794331 e-06
1 2 1.1 12212e-05  1 2 1.1 12212e-05
0 3 -1.827406e-05  0 3 -1.827406e-05
4 0 1.079125e-06  4 0 1.079125e-06
3 1 -2.313551 e-07  3 1 -2.313551 e-07
2 2 1.659866e-06  2 2 1.659866e-06
1 3 1.937796e-08  1 3 1.937796e-08
0 4 9.103396e-07  0 4 9.103396e-07
5 0 -1.541027e-08  5 0 -1.541027e-08
4 1 1.955001 e-08  4 1 1.955001 e-08
3 2 -3.391982e-08  3 2 -3.391982e-08
2 3 2.808398e-08  2 3 2.808398e-08
1 4 -2.017594e-08  1 4 -2.017594e-08
0 5 1.552720e-08  0 5 1.552720e-08
6 0 -1.081426e-10  6 0 -1.081426e-10
5 1 -3.971836e-10  5 1 -3.971836e-10
4 2 -1.756341 e-1 1  4 2 -1.756341 e-1 1
3 3 -4.764189e-10  3 3 -4.764189e-10
2 4 -3.338145e-10  2 4 -3.338145e-10
1 5 -8.977737e-1 1  1 5 -8.977737e-1 1
0 6 -2.865713e-10  0 6 -2.865713e-10
Fläche Nr. 7 Flächentyp: Sphäre  Surface No. 7 Surface type: Sphere
Medium: N-SF6 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-SF6 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0.6729295172665557 0 101.51 14071483516  0.6729295172665557 0 101.51 14071483516
exx exy exz exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0 0.9659258262890684 RDY 104.243682 0.2588190451025207 0 0.9659258262890684 RDY 104.243682
Fläche Nr. 8 Flächentyp: Sphäre Area No. 8 Area Type: Sphere
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
1.759969506697143 0 105.5682956187657  1.759969506697143 0 105.5682956187657
exx exy exz exx exy exz
0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207  0.9659258262890683 0 -0.2588190451025207
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0  0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0.2588190451025207 0 0.9659258262890684  0.2588190451025207 0 0.9659258262890684
RDY 547.488988 RDY 547.488988
Fläche Nr. 9 Flächentyp: Sphäre  Surface No. 9 Surface type: Sphere
Medium: N-SK5 Hersteller: SCHOTT  Medium: N-SK5 Manufacturer: SCHOTT
x y z x y z
0 0 1 19  0 0 1 19
exx exy exz exx exy exz
1 0 0 1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207 0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2588190451025207 0.9659258262890684 0 0.2588190451025207 0.9659258262890684
RDY 267.198663  RDY 267.198663
Fläche Nr. 10 Flächentyp: KXY Surface No. 10 Surface type: KXY
Medium: LUFT Hersteller:  Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 1 .294095225512604 123.8296291314454  0 1 .294095225512604 123.8296291314454
exx exy exz exx exy exz
1 0 0 1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207 0 0.9659258262890683 -0.2588190451025207
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0.2588190451025207 0.9659258262890684 0 0.2588190451025207 0.9659258262890684
RDX -125.906960  RDX -125.906960
RDY 53.408079 RDY 53.408079
CCX 0.000000 CCX 0.000000
CCY 0.000000 CCY 0.000000
k I Koeffizient alpha_k,l zu (x**k)*(y**l)k I coefficient alpha_k, l to (x ** k) * (y ** l)
2 0 8.264826e-03 2 0 8.264826e-03
1 1 1.708655e-04  1 1 1.708655e-04
0 2 -5.749938e-03  0 2 -5.749938e-03
3 0 -2.927335e-05  3 0 -2.927335e-05
2 1 -4.629718e-06  2 1 -4.629718e-06
1 2 -9.138780e-06  1 2 -9.138780e-06
0 3 -1.454081 e-05  0 3 -1.454081 e-05
4 0 1.677784e-06  4 0 1.677784e-06
3 1 -5.333602e-07 2 2 2.366516e-063 1 -5.333602e-07 2 2 2.366516e-06
1 3 -5.920024e-081 3 -5.920024e-08
0 4 1.280144e-070 4 1.280144e-07
5 0 -2.232395e-085 0 -2.232395e-08
4 1 3.665385e-084 1 3.665385e-08
3 2 -3.904649e-083 2 -3.904649e-08
2 3 4.653573e-082 3 4.653573e-08
1 4 -2.056444e-081 4 -2.056444e-08
0 5 1.936619e-080 5 1.936619e-08
6 0 8.816679e-1 16 0 8.816679e-1 1
5 1 -5.245902e-105 1 -5.245902e-10
4 2 3.663081 e-104 2 3.663081 e-10
3 3 -1.015639e-093 3 -1.015639e-09
2 4 3.799061 e-1 12 4 3.799061 e-1 1
1 5 -4.972656e-10 0 6 -1.417384e-10 1 5 -4.972656e-10 0 6 -1.417384e-10
Fläche Nr. 1 1 Flächentyp: PlanSurface No. 1 1 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller: Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 322.0  0 0 322.0
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
Fläche Nr. 12 Flächentyp: Plan Surface No. 12 Surface type: Plan
Medium: LUFT Hersteller: Medium: AIR Manufacturer:
x y z x y z
0 0 322.  0 0 322.
exx exy exz exx exy exz
1 0 0  1 0 0
eyx eyy eyz eyx eyy eyz
0 1 0 0 1 0
ezx ezy ezz ezx ezy ezz
0 0 1 0 0 1
Die Variante zur Relativposition„mittlerer Arbeitsabstand" für das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 13 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 2 die folgenden Änderungen vornimmt: The variant for the relative position "average working distance" for the exemplary embodiment from FIG. 13 is obtained if the following changes are made in Table 2 above:
Ausführungsbeispiel zu Fig. 13 (mittlerer Arbeitsabstand) Exemplary embodiment for FIG. 13 (average working distance)
Fläche Nr. 6 x y z Surface No. 6 xyz
0 0 78.719403  0 0 78.719403
Fläche Nr. 7  Surface No. 7
x y z x y z
0.6729295172665544 0 81.23081014835158 0.6729295172665544 0 81.23081014835158
Fläche Nr. 8 Surface No. 8
x y z x y z
1.759969506697141 0 85.28769861876567 1.759969506697141 0 85.28769861876567
Fläche Nr. 9 Surface No. 9
x y z x y z
0 0 98.71940300000001 0 0 98.71940300000001
Fläche Nr. 10 Surface No. 10
X y z  X y z
0 1 .294095225512604 103.5490321314454 0 1 .294095225512604 103.5490321314454
Fläche Nr. 1 1 Surface no. 1 1
X y z  X y z
0 0 477.  0 0 477.
Fläche Nr. 12  Surface no. 12
X y z  X y z
0 0 477.  0 0 477.
Die Variante zur Relativposition„großer Arbeitsabstand" für das Ausführungsbeispiel aus Fig. 12 erhält man, wenn man in der obigen Tabelle 1 die folgenden Änderungen vornimmt: The variant for the relative position "large working distance" for the embodiment of FIG. 12 is obtained by making the following changes in Table 1 above:
Ausführungsbeispiel zu Fig. 12 (großer Arbeitsabstand) Exemplary embodiment for FIG. 12 (large working distance)
Fläche Nr. 6 Surface No. 6
x y z x y z
0 0 69  0 0 69
Fläche Nr. 7  Surface No. 7
x y z x y z
0.6729295172665541 0 71.51 140714835158 0.6729295172665541 0 71.51 140714835158
Fläche Nr. 8 Surface No. 8
x y z x y z
1.759969506697141 0 75.56829561876567  1.759969506697141 0 75.56829561876567
Fläche Nr. 9 Surface No. 9
x y z 0 0 89. xyz 0 0 89.
Fläche Nr. 10 Surface No. 10
x y z x y z
0 1 .294095225512604 93.82962913144536 0 1 .294095225512604 93.82962913144536
Fläche Nr. 1 1 Surface no. 1 1
x y z x y z
0 0 632.0  0 0 632.0
Fläche Nr. 12 Surface no. 12
x y z x y z
0 0 632.0  0 0 632.0
Das lokale xyz-Koordinatensystem der jeweils beschriebenen Freiformfläche wird zur Unterscheidung vom globalen xyz-Koordinatensystem der abbildenden Optik 27, 32 auch mit gestrichenen Koordinaten x' y' z' be- zeichnet. Bei x' = 0 und y' = 0 verläuft längs der z'-Richtung eine die Frei- formfläche entsprechend dieser Flächenformel charakterisierende Referenzachse. Diese Referenzachse wird nachfolgend auch als z'-Achse bezeichnet. Die Koordinaten dieser z-Achse bezüglich des Koordinatensystems der Pupillenöffnung 9 des Kameramoduls 7 sind in der Tabelle 1 mit ezx, ezy und ezz bezeichnet. Die Referenzachse z' ist bei den Freiformflä- chen-Komponenten der abbildenden Optiken 27 und 32 gegen die z- Richtung des Hauptstrahls 15z des zentralen Objektfeldpunktes verkippt. In den Figuren 18 bis 21 sind beispielhaft einige der z'-Achsen eingezeichnet. Hervorzuheben ist, dass die z'-Achsen nicht einer der optischen Kompo- nenten, sondern jeweils einer der optischen Flächen zugeordnet sind, da sie zum die jeweilige Freiformfläche beschreibenden lokalen x' y' z'- Koordinatensystem gehören. The local xyz coordinate system of the free-form surface described in each case is also designated with canceled coordinates x 'y' z 'in order to distinguish it from the global xyz coordinate system of the imaging optics 27, 32. At x '= 0 and y' = 0, a reference axis which characterizes the free-form surface in accordance with this surface formula runs along the z'-direction. This reference axis is also referred to below as z'-axis. The coordinates of this z-axis with respect to the coordinate system of the pupil aperture 9 of the camera module 7 are indicated in Table 1 with ezx, ezy and ezz. The reference axis z 'is tilted in the freeform surface components of the imaging optics 27 and 32 against the z direction of the main beam 15 z of the central object field point. Some of the z 'axes are shown by way of example in FIGS. 18 to 21. It should be emphasized that the z 'axes are not assigned to one of the optical components but to one of the optical surfaces in each case, since they belong to the local x' y 'z' coordinate system describing the respective free-form surface.
Alternativ zu einer Verkippung der Freiform-Referenzachse z' zur z- Richtung des Hauptstrahls 15z des zentralen Objektfeldpunktes kann die Freiform-Referenzachse z' zum Verlauf des Hauptstrahls 15Z auch de- zentriert sein, sodass die Freiform-Referenzachse z' parallel zum Hauptstrahl 15Z und beabstandet zu diesem verläuft. As an alternative to a tilting of the free-form reference axis z 'to the z direction of the main ray 15 z of the central object field point, the free-form reference axis z' can also lead to the course of the main ray 15 z. be centered, so that the free-form reference axis z 'parallel to the main beam 15 Z and spaced from this runs.
Die Freiformflächen können bei nicht dargestellten Varianten von abbil- denden Optiken, die anstelle der abbildenden Optiken 2, 27 und 32 beim abbildenden System 1 zum Einsatz kommen können, durch andere Flächenformen beschrieben werden. Ein Beispiel hierfür ist die folgende Flächenformel: The free-form surfaces can be described by other surface shapes in the case of variants of imaging optics which are not shown and which can be used instead of the imaging optics 2, 27 and 32 in the imaging system 1. An example of this is the following area formula:
z = ark - [(l - apk) - x2 + (l + apk ) - y2 ]+
Figure imgf000036_0001
z = ar k - [(l - ap k ) - x 2 + (l + ap k ) - y 2 ] +
Figure imgf000036_0001
Dabei bezeichnen x und y Koordinaten auf der optischen Fläche, ausgehend von der z-Referenzachse. z bezeichnet die Pfeilhöhe der Freiform- optischen Fläche, px bzw. py die Krümmung in x- bzw. y-Richtung. κχ und Ky sind konische Konstanten und arK und apK sind Koeffizienten. In this case, x and y denote coordinates on the optical surface, starting from the z reference axis. z denotes the arrow height of the free-form optical surface, p x or p y the curvature in the x or y direction. κ χ and K y are conic constants, and ar K and ap K are coefficients.
Eine weitere Flächenformel zur Beschreibung alternativer Freiformflächen, die bei weiteren Varianten von abbildenden Optiken anstelle der abbildenden Optiken 1 , 27 und 32 zu Einsatz kommen können, ist Folgende: Another surface formula for describing alternative free-form surfaces, which can be used in other variants of imaging optics instead of the imaging optics 1, 27 and 32, is the following:
Figure imgf000036_0002
wobei gilt:
Figure imgf000036_0002
where:
(m + n)2 + m + 3n . (m + n) 2 + m + 3n.
J = - + 1  J = - + 1
2 Z ist die Pfeilhöhe der Freiformfläche am Punkt x, y. Es gilt dabei: x 2 + y 2 = r2. c ist eine Konstante, die der Scheitelpunktkrümmung einer entsprechenden Asphäre entspricht, k entspricht einer konischen Konstante einer entsprechenden Asphäre. Cj sind die Koeffizienten der Monome XmYn. Die Ordnung des Monoms, m + n, kann variiert werden. Ein Monom höherer Ordnung kann zu einem Design der abbildenden Optik mit besserer Bildfehlerkorrektur führen, ist jedoch aufwendiger zu berechnen, m + n kann z. B. Werte zwischen 3 und mehr als 20 einnehmen. 2 Z is the arrow height of the freeform surface at point x, y. The following applies: x 2 + y 2 = r 2 . c is a constant corresponding to the vertex curvature of a corresponding asphere, k corresponds to a conic constant of a corresponding asphere. C j are the coefficients of the monomials X m Y n . The order of the monomial, m + n, can be varied. A higher-order monomode can lead to a design of the imaging optics with better image aberration correction, but is more complicated to calculate, m + n can, for. For example, take values between 3 and more than 20.
Freiformflächen können mathematisch auch durch Zernike-Polynome beschrieben werden, die beispielsweise im Manual des optischen Designprogramms CODE V® erläutert werden. Alternativ können Freiformflächen mit Hilfe zweidimensionaler Spline-Oberflächen beschrieben werden. Beispiele hierfür sind Bezier-Kurven oder nicht-uniforme rationale Basis- Splines (non-uniform rational basis splines, NU BS). Zweidimensionale Spline-Oberflächen können beispielsweise durch ein Netz von Punkten in einer xy-Ebene und zugehörige z- Werte oder durch diese Punkte und ihnen zugehörige Steigungen beschrieben werden. Abhängig vom jeweiligen Typ der Spline-Oberfläche wird die vollständige Oberfläche durch Interpolation zwischen den Netzpunkten unter Verwendung z. B. von Polynomen oder Funktionen, die bestimmte Eigenschaften hinsichtlich ihrer Kontinuität und Differenzierbarkeit haben, gewonnen. Beispiele hierfür sind analytische Funktionen. Free-form surfaces can also be mathematically described by Zernike polynomials, which are explained in the manual of the optical design program CODE V ® , for example. Alternatively, freeform surfaces can be described using two-dimensional spline surfaces. Examples include Bezier curves or non-uniform rational base splines (NU BS). For example, two-dimensional spline surfaces may be described by a mesh of points in an xy plane and associated z-values or by these points and their associated slopes. Depending on the particular type of spline surface, the complete surface is obtained by interpolating between the mesh points using e.g. As polynomials or functions that have certain properties in terms of their continuity and differentiability won. Examples of this are analytical functions.
Das Kameramodul 7 kann als Stereokamera, insbesondere als drehbare Stereokamera, ausgebildet sein. Eine Drehachse verläuft dabei senkrecht zur Ebene der Pupillenöffnung 9 und kann mittig zwischen den genutzten Teilpupillen die Pupillenebene durchstoßen. The camera module 7 can be designed as a stereo camera, in particular as a rotatable stereo camera. An axis of rotation runs perpendicular to the Level of the pupil opening 9 and can pierce the pupil plane centrally between the used part of the pupil.
Die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 können beispielsweise Bestandteil eines Stereomikroskops nach Art dessen sein, welches in der DE 2004 052 253 A beschrieben ist. The imaging optics 2, 27 and 32 may for example be part of a stereomicroscope of the type described in DE 2004 052 253 A.
Die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 können mit Ausnahme des Strahlleiters 18 ausschließlich unter Verwendung refraktiver, optischer Elemente ausgeführt sein. Alternativ können die abbildenden Optiken 2, 27 und 32 auch andere optische Elemente wie beispielsweise diffraktive optische Elemente (DOE) enthalten. The imaging optics 2, 27 and 32, with the exception of the beam guide 18, can be designed exclusively using refractive optical elements. Alternatively, the imaging optics 2, 27, and 32 may also include other optical elements, such as diffractive optical elements (DOE).

Claims

Patentansprüche claims
1. Abbildende Optik (2; 27; 32) zur Abbildung eines Objektfeldes (3) in ein Bildfeld (5), 1. imaging optics (2; 27; 32) for imaging an object field (3) into a field of view (5),
- mit mindestens einem Variations-Optikmodul (19; 30; 33) mit mindestens zwei refraktiven optischen Variations-Komponenten (20, 21 ; 28, 29; 35, 36, 38, 39),  with at least one variation optical module (19, 30, 33) having at least two refractive optical variation components (20, 21, 28, 29, 35, 36, 38, 39),
— die zur gezielten Veränderung von Abbildungseigenschaften gegeneinander verlagerbar ausgeführt sind,  Which are designed to be able to be displaced relative to one another for the targeted alteration of imaging properties,
— die gleichzeitig einen Beleuchtungsstrahlengang (13) zur Beleuchtung des Objektfeldes (3) und einen Abbildungsstrahlengang (14) führen und  - At the same time an illumination beam path (13) for illuminating the object field (3) and an imaging beam path (14) lead and
— deren Eintrittsflächen (25) und Austrittsflächen (26) so im Strahlengang (13, 14) orientiert sind, dass an diesen optischen Flächen (25, 26) reflektiertes Beleuchtungslicht (8) nicht in den Abbildungsstrahlengang (14) reflektiert ist, wobei mindestens eine der optischen Flächen (25, 26) mindestens einer der optischen Komponenten (20, 21 , 23, 24; 28, 29, 31 ; 35, 36, 38, 39) der abbildenden Optik (2; 27; 32) als Freiformfläche ausgeführt ist.  - whose entrance surfaces (25) and exit surfaces (26) in the beam path (13, 14) are oriented, that at these optical surfaces (25, 26) reflected illumination light (8) is not reflected in the imaging beam path (14), wherein at least one the optical surfaces (25, 26) of at least one of the optical components (20, 21, 23, 24, 28, 29, 31, 35, 36, 38, 39) of the imaging optics (2, 27, 32) is designed as a free-form surface ,
2. Abbildende Optik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Variations-Komponenten (20, 21 ; 28, 29; 35, 36, 38, 39) eine die mindestens eine Freiformfläche charakterisierende Referenzachse (ζ') aufweisen, die gegen einen Hauptstrahl (15z) eines zentralen Objektfeldpunktes verkippt ist. 2. Imaging optics according to claim 1, characterized in that the variation components (20, 21, 28, 29, 35, 36, 38, 39) have a the at least one free-form surface characterizing reference axis (ζ '), which is directed against a main beam (15 z ) of a central object field point is tilted.
3. Abbildende Optik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkippung mindestens zweier optischer Flächen (25, 26) der Variations-Komponenten (20, 21 ; 28, 29; 35, 36, 38, 39) in zueinander senkrechten ausgezeichneten Ebenen (xz, yz) erfolgt. 3. Imaging optics according to claim 1 or 2, characterized in that a tilting of at least two optical surfaces (25, 26) the variation components (20,21; 28,29; 35,36,38,39) are made in mutually perpendicular excellent planes (xz, yz).
Abbildende Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Aperturelement zur Begrenzung eines maximalen Einfallswinkels in eine Austritts-Pupillenebene (10) der abbildenden Optik (2; 27; 32). Imaging optics according to one of claims 1 to 3, characterized by an aperture element for limiting a maximum angle of incidence in an exit pupil plane (10) of the imaging optics (2; 27; 32).
Abbildende Optik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet
Figure imgf000040_0001
durch eine Ausgestaltung des Variations-Optikmoduls (30) derart, dass eine Relativverlagerung der beiden Variations-Komponenten (28, 29) zueinander mit einer Richtungskomponente (z) längs des Hauptstrahls (15z) des zentralen Objektfeldpunktes und zusätzlich mit einer Richtungskomponente (y) senkrecht hierzu erfolgt.
Imaging optics according to one of claims 1 to 4, characterized
Figure imgf000040_0001
by an embodiment of the variation optical module (30) such that a relative displacement of the two variation components (28, 29) relative to each other with a directional component (z) along the main beam (15 z ) of the central object field point and additionally with a directional component (y) done perpendicular to this.
6. Abbildende Optik nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung des Variations-Optikmoduls (30) derart, dass die Relatiwer- lagerung der einen (28) der beiden Variations-Komponenten (28, 29) mit der Richtungskomponente (z) längs des Hauptstrahls (15z) des zentralen Objektfeldpunktes und die Relativverlagerung der anderen (29) der beiden Variations-Komponenten (28, 29) mit der Richtungskomponente (y) senkrecht zum Hauptstrahl (15z) des zentralen Objektfeldpunktes erfolgt. 6. Imaging optics according to claim 5, characterized by an embodiment of the variation optical module (30) such that the Relatiwer- storage of the one (28) of the two variation components (28, 29) with the directional component (z) along the main beam (15 z ) of the central object field point and the relative displacement of the other (29) of the two variation components (28, 29) with the direction component (y) perpendicular to the main beam (15 z ) of the central object field point.
Optisches System (1) Optical system (1)
mit einer abbildenden Optik (2; 27; 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,  with an imaging optic (2; 27; 32) according to one of claims 1 to 6,
mit einem Kameramodul (7) zur Bilderfassung. with a camera module (7) for image acquisition.
8. Optisches System (1) 8. Optical system (1)
mit einer abbildenden Optik (2; 27; 32) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,  with an imaging optic (2; 27; 32) according to one of claims 1 to 6,
mit einem Tubus (10b) zur Gewährung eines visuellen Einblicks zur Bilderfassung.  with a tube (10b) to provide visual insight for image acquisition.
9. Optisches System nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein Beleuchtungsmodul (1 1) zur Beleuchtung des Objektfeldes (3) über den Beleuchtungsstrahlengang (13). 9. An optical system according to claim 7 or 8, characterized by an illumination module (1 1) for illuminating the object field (3) via the illumination beam path (13).
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