DE1447252A1 - Optisches System mit Zylinderbrechkraft - Google Patents

Description

Pat entanmeldung The Perkln-Elmer Corporation» Norwalk/Conn. USA Optisches System mit Zylinderbrechkraft

Die Erfindung betrifft optische Systeme, welche Glieder mit dAoptrischer Zylinderbrechkraft enthalten/lh. dioptrischer Brechkraft, die sich von einem Maximum in einem Satz von Ebenen, welche zu einer die optische Achse enthaltenden ersten Ebene parallel sind, zur dioptrischen Brechkraft Null in einem Satz von Ebenen ändert, welche zu einer die optische Achse enthaltenden und zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene parallel sind. Zweckmäßigerweise wird eine der zwei vorstehend erwähnten Ebenen, welche die optische Achse enthält, "horizontal" und die andere der zwei Ebenen, welche die optische Achse enthält und zur horizontalen Achse senkrecht ist, "vertikal" genannt. Es versteht sich, daß die Ausdrücke "horizontal" und "vertikal", welche in dieser Beschreibung verwendet sind, keine Beziehung zu der Horizontebene haben und nur dem Zweck dienen, zwei Ebenen zu kennzeichnen, die, wie oben definiert ist, zueinander senkrecht sind. Eine zur optischen Achse senkrechte betrachtete- Ebene wird von der horizontalen und vertikalen Ebene in einem Paar vertikaler Linien geschnitten. Die Abbildung der zur Schnittlinien der horizontalenEBene und be-

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t rächt et en Ebene parallelen Linien wird als "Abbildung in der horizontalen Ebene" bezeichnet, und die Abbildung der zur Schnittlinien der betrachteten Ebene und vertiakalen Ebene parallelen Linien wird als "Abbildung in der vertikalen Ebene" bezeichnet.

Insbesondere betrifft die Erfindung optische Systeme, welche Glieder mit Zylinderbrechkraft enthalten, bei welchen die Abbildung in einer Ebene, d.h. der vertikalen Ebene für ein erhebliches Feld korrigiert werden muß, während in der anderen Ebene, d.h. der horizontalen Ebene, ein verhältnismäßig kleines Feld besteht. Obgleich die Erfindung besonders in einer Form dargestellt und beschrieben ist, die sich zur Verwendung in einer optischen Datenverarbeitungsvorrichtung eignet, ist die Erfindung nicht auf solche Verwendung begrenzt. B_ei solchen optischen Datenverarbeitungsvorrichtungen, wie sie in einem Artikel von L.J. Cutrona u.a. in "IRE transactions on Information Theory" -6 (Juni 1960), Seite 386-400 ausführlicher beschrieben und erklärt sind, ist es manchmal erwünscht, alles Licht, welches durch jede horizontale Linie in einer ersten betrachteten Ebene verläuft, in einem entsprechenden Punkt (d.h. einem Bereich sehr kleiner Abmessungen) in einer zweiten betrachteten Ebene zu fokussieren, so daß die gesamte erste betrachtete Ebene auf einer vertikalen Linie oder einem Spalt in der zweiten betrachteten Ebene abgebildet ist. Früher bestanden optische Systeme, mit denen solches erzielt wurde, aus einer Zylinderlinse, deren Zylinderachse horizontal ist, welche so angeordnet war, daß die erste betrachtete Ebene in ihrer vorderen Brennpunktebene liegt, und dann folgte eine sphärische Linse, bei welcher die zweite betrachtete Ebene in ihrer hinteren Brennpunktebene lag. Bei einem solchen optischen System wird die erste betrachtete Ebene

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in der vertikalen Ebene durch die Zylinderlinse parallelgeleitet und dann durch die sphärische Linse in der zweiten betrachteten Eben· fokuseiert, so daß in dieser Ebene Linien als Linien abge bildet sind· Da eine Zylinderlinse, deren Zylinderachse horizontal ist, in der horizontalen Ebene keine Brechkraft hat, bleibt parallelgeleitetes Licht, welches durch die erste betrachtete Ebene verläuft, in der horizontalen Ebene parallel, wenn es durch die Zylinderlinse gelaufen ist und wird in der zweiten betrachteten Ebene durch die sphärische Linse fokussiert. Xn der horizontalen Ebene bildet das System also ein Punktbild, und die gesamte erste betrachtete Ebene wird auf einer vertikalen Linien in der zweiten betrachteten Ebene abgebildet. Bei solchen optischen Systemen muß die Zylinderlinse für ein wesentliches Feld korrigiert werden, nämlich die Länge des Linien-bildes, während in der Ebene, in welcher ihre dioptrische Brechkraft Null ist, ein vernachlässigbares Feld besteht, nämlich die Breite des Linienbildes. Daraus hat sich eine Forderung für Zylinderlinsen ergeben, die in der Komplexheit mit sphärischen Anastigmaten vergleichbar ist. Solche Linsen sind viel schwieriger herzustellen als sphärische Linsen und dadurch war die Leistung und Gestaltung solcher optischen Systeme bislang begrenzt.

Erfindungsgeinäß werden diese Schwierigkeiten wesentlich dadurch herabgesetzt, daiß die Zylinderlinse, deren Achse horizontal ist, durch eine sphärische Linse in Verbindung mit einer Zylinderlinse ersetzt ist, deren Zylinderachse vertikale und deren dioptrische Brechkraft so bemessen ist, daß die dioptrische Nettobrechkraft der sphärischen und der Zylinderlinse in der horizontalen Ebene Null ist. Das führt zu einer wesentlich vereinfachten Zylinderlinse, da ihre dioptrische Brechkraft in einer Ebene wirksam ist, in welcher im wesentlichen kein Feld besteht, so daß sie

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ntir für achsiale Aberrationen korrigiert werden muß.

Es ist naheliegendι daß die Erfindung nicht allein auf die Ausbildung des besonderen Systems begrenzt ist, welches nachstehend zuerst in seiner ursprünglichen und dann verbesserten Form ausführlicher beschrieben ist, sondern im weiteren Sinne die analoge Verbesserung eines jeden hochwertigen optischen Systems umfaßt, bei welchem ein Zylinderelement als Komponente verwendet und bei welchem eine Ebene vorhanden ist, in der die Abbildung für ein kleines Feld korrigiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein äußerst hochwertiges optisches System zu schaffen, welches zylindrische und sphärische Elemente enthält.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein solches optisches System zu schaffen, das im wesentlichen durch Beugung begjenzt ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein solches hochwertiges optisches System zu schaffen, dessen Herstellung praktisch und verhältnismäßig wirtschaftlich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt und im folgenden beschrieben:

Fig. 1 a ist eine teilweise schematisch dargestellte perspektivische Ansicht eines bekannten optischen Systems;

Fig. 1 b ist eine teilweise schematisch dargestellte Seitenansicht des in Fig. 1a gezeigten optischen Systems;

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Fig. 1 c ist ein teilweise schematisch, dargestellter Grundriß des in Fig. 1 a gezeigten optischen Systems;

Fig. 2 a ist eine teilweise echematisch dargestellte perspektivische Ansicht des durch die Erfindung verbesserten optischen Systems in Fig. 1 a;

Fig. 2 b ist eine teilweise schematisch dargestellte Seintenansicht des in Fig. 2 a gezeigten optischen Systems der Erfindung;

Fig. 2 c ist ein teilweise schematisch dargestellter Grundriß des in Fig. 2 a gezeigten optischen Systems der Erfindung, und

Fig. 3 ist ein Grundriß einer bestimmten Ausführungsart der optischen Komponenten, welche bei der Erfindung verwendet werden kann.

In Fig. 1a weist ein Objekt, welches durch die Ebene 2o dargestellt ist, Bezugskoordinaten X (in horizontaler Richtung) und Y (in vertikaler Richtung) auf, welche bei 22, bzw. Zk gezeigt sind. Diese Achsen, die nur zum Zweck der Erläuterung dargestellt, aber nicht notwendigerweise im Objekt enthalten sind, haben ihren Koordinatenanfangspunkt auf der optischen Achse 3o eines aus einer Zylinderlinsenkomponente 32 und sphärischen Linsenkomponente Jk gebildeten optischen Systems. Das Objekt 2o kann ein Film oder ein photοgraphisches Transparent sein und ist von einer linearen Lichtquelle 23 beleuchtet, die in der vertikalen Ebene (welche die Y-Achse enthält) und an der vorderen Brennpunktebene des Kondensators 25 liegt. Die Ebene, welche die Y-Achse 2k und die optische Achse 3o enthädlt, ist die vertikale Ebene, und die Ebene, welche die X-Achse 22 und die optische

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Ach·· 3o enthält, ist di· horizontal· Eben·· Dl« Abbildung der nur Y-Aoha« parallelen Linien oder Streifen de· Objekte· 2o ist die Abbildung In der vorstehend definiert·» vertikal·» Ebene. Die Abbildung der *ur X-Aohse parallelen Linien oder Streifen de· Objekte· 2o let di· Abbildung in der vorstehend definierten horizontalen Ebene. VIe in Flg. 1 b ersieht lieh i»t, kesust, bedingt durch di· Läng· d»r Lichtquelle 23» von jede» Punkt in der vertikalen Ebene «in divergierende· Bündel, vie duroh strahlen 26, 28, 126 und 128 dargestellt ist. Andererseits erscheint die Lichtquelle 23 la Grundriß in Pig· 1 © »1© Punktquelle, so daß «as Objekt 2o in dmr horisontalen Ebene von paralleles! Lieht beleuchtet wird (eiehe Strahlen 27« 29» 12? und 129). Vie a» beuten in Fig* 1 b erslohtlioh ist, vird das Objekt 2o in der vertikalen Kbene durch di· ZylinderlinsenkOBip<>nente 32 kollidiert, trie duroh dl· KoliiMatlon der Strahlen 36 und 38 ( und I36 und I38) geselgt let, um di· parallelen Strahlen 36 · und 38* (und 136» und 138·) ■u bilden. Das wird dadurch erreicht, daß die Breohkraft der Zylinderlinse 3$ so gewählt wird, daß das Objekt 2o in ihrer vorderen Breimpsnktebene liegt, und die Zylinderkomponente 32 eo ausgerichtet wird» daß ihre Zylinderbrechkraft in der vertikalen Eben· wlrksaM ist. Dl· sphärisch· Llnsenkomponente Jk fokussiert dann di··· parallelen Strahlen, wie duroh Strahlen 36'' und 33*' (und 136·' und 13^··) dargestellt ist. Die von der Mittellinie des Objektes 2o ausgehenden Strahlen J6 und 38 werden auf der optischen Achs« ist Punkt ^$0 in der Brennpunkt ebene der Linse 3k fokussiert· Die von Linien oberhalb oder unterhalb der Mittellinie d·· Objekt·· ausgehenden Strahlen werden oberhalb oder unterhalb des Punktes ko in der Brennpunkt ebene der Linse 3** fokussiert. Di· Strahlen I36 und I38 laufan also im Punkt kl suin«

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Xn der horizontalen Ebene in Fig. 1b wird das vom Objekt 2o ausgehende parallele Lioht von der Zylinderkomponente 32 nicht beeinflußt , da sie in dieser Ebene keine Brechkraft hat. Dies ist in dieser Figur durch die Strahlen 37, 39 und 37', 39' (und 137, 139 und 137' » 139') veranschaulicht. Alle diese Strahlen werden dann durch die sphärische Linse 34 im Punkt 40' fokussiert, wie durch die Strahlen 37", 39" und 137" ι 139" angezeigt ist. Folglich wird das von jeder horizontalen Linie des Objektes 2o gesamnelte Licht in einem Punkt fokussiert, dessen Lage auf dem Spalt 45 (der von den Schneidblenden 46 und 48 gebildet ist) von der Ebene der horizontalen Linie im Objekt abhängig ist, von welcher es ausging« Das Maß, in welchen die horizontalen Linien im Objekt 2o am Spalt 45 getrennt bleiben, hängt von der kombinierten Abbildung der Zylinderkomponente 32 und sphärischen Komponente 34 ab· Die Zylinderkomponente 32 und die sphärische Komponente 34 müjsen daher beide eine anastigmat is ehe Korrektur haben. Die Zylinderkomponente 32 muß daher in ihrer Komplexheit dem sphärischen Anastigmat 34 vergleichbar sein. Da Zylinderlinsen schwieriger herzustellen sind als vergleichbare sphärische Linsen, ergibt sich eine wesentliche Erhöhung der Kosten eines Systems gegebener Komplexheit. Darüber hinaus sind Zylinderlinsen bislang nicht so genau hergestellt worden wie die besten sphärische Linsend. Weiter können manchmal weniger komplizierte sphärische Anastigmate bei gleichzeitiger Verbesserung ihrer Leistung durch kluge Verwendung sphärischer Oberflächen hergestellt werden. Bis heute konnte kein vergleichbarer Schritt bei Zylinderlinsen unternommen werden. Aus diesen Gründen war die Komplexheit und Leistung solcher optischen Systeme bislang begrenzt.

Die vorliegende Erfindung umgeht diese Schwierigkeiten dadurch, daß die positive Zylinderlinsenkomponente 32 durch eine Zylinder-

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komponente negativer Brechkraft und eine positive sphärische Linse ersetzt wird. Das verbesserte in Fig. 2 a dargestellte optische System besteht aus den gleichen vorbeschriebenen Elementen mit der Ausnahme, daß die Zylinderlinsenkomponente 32 durch die negative Zylinderkomponente 52 und die sphärische Linsenkomponente 5^ ersetzt worden ist. Wie in dieser Figur ersichtlich ist, ist die negative Zylinderkomponente so ausgerichtet, daß ihre Brechkraft in der horizontalen Ebene wirksam ist im Gegensatz zur Zylinderlinse 32 in Fig. 1 a, die so ausgerichtet war, daß ihre Brechkraft in der vertikalen Ebene wirksam ist. Die dioptrische Zylinderbrechkraft der Linse 52 ist im wesentlichen gleich (mit Ausnahme des Vorzeichens) der der Linse 32, und die positive (sphärische) dioptrische Brechkraft der Linse 5h ist im wesentlichen gleich (aber mit entgegengesetztem Vorzeichen) der Zylinderbrechkraft der Linse 52. Aus diesem Grunde werden, wie in Fig. 2 b gezeigt ist, Strahlen in der vertikalen Ebene durch die kombinierte Wirkung der Elemente 52 und 5^· im wesentlichen in gleicher Weise parallelgeleitet, wie das durch die Linse 32 in Fig. 1 b der Fall war. Strahlen 56 und 58 treten also so durch die Zylinderlinse 52» daß sie aus dieser in Richtungen austreten, die parallel zur Richtung sind, in welcher sie einfallen. Mit anderen Worten, die Linse 52 hat in dieser Ebene keine Brechkraft. Deshalb werden diese divergierenden Strahlen durch die konvergierende Brechkraft der Linse 5^ parallelgeleitet, wie bei 56' und 58' dargestellt ist. Die sphärische Linse 3k fokussiert dann die Strahlen 56¹' und 58·· im gleichen Punkt ko in gleicher Weise wie in Fig. 1 b beschrieben wurde. Obwohl die Zylinderlinsenkomponente 52 eine gewisse Wirkung (analog zur Wirkung einer planparallelen Platte Jn nicht-parallelen Strahlen) auf die in der vertikalen Ebene laufenden Strahlen ausübt, können offensichtlich die Lage und andere optische Merkmale der Linse5^· diese

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I k 4 /1

sekundäre Wirkung kompensieren.

Die in der horizontalen Ebene enthaltenen Strahlen werden von der Zylinderlinsenkomponente 52 und sphärischen Linsenkomponente 54 so beeinflußt, daß ein Gesamtergebnis entsteht, welches analog zu dem in Fig. 1 c dargestellten Ergebnis ist. In Fig. 2 c werden also Strahlen 47 und 49, die in der horizontalen Ebene enthalten und sowohl zueinander als auch zur optischen Achse parallel sind, zuerst von der Zylinderkomponente 52 zerstreut, wie bei 57 und 59 dargestellt ist. Beim Durchgang durch die sphärische Linsenkomponente 54 werden diese Strahlen dann so gesammelt, daß sie als parallele Strahlen 57' und 59¹ austreten (analog zu den Strahlen 37^f und 39' in Fig. 1c). Diese Strahlen werden dann durch die Linse 34 zu Strahlen 57'' und 59'' so gesammelt, daß sie durch die Spaltmittel 45 im Schnittpunkt 4o" laufen. Das in Fig. 2 a bis 2 c dargestellte optische System gleicht also in der Funktion dem in Fig. 1 a bis 1 c dargestellten optischen System. Es ergeben sich jedoch in der Praxis aus der Verwendung des in Fig· 2 a bis 2 c schematisch dargestellten verbesserten Systems große Vorteile.

Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß in den optischen Systemen in Fig. 2 a bis 2 c nur die sphärischen Komponenten 54 und 34 in der vertikalen Ebene Brechkraft haben, in welcher sie zur Leistung über ein Feld korrigiert werden müssen. Die Zylinderlinse 52 hat im wesentlichen ein Nullfeld in der Richtdng, in welcher sie ihre Brechkraft besitzt. Mit anderen Worten, im Unterschied zu Fig. 1 b, in welcher die Zylinderkomponente 32, in der gleichen.» Richtung, in welcher sie ihre Zylinderbrechkraft besitzt, einen verhältnismäßig großen Feldwinkel hat, besitzt di· Zylinderlinsenkomponente 52 (Fig. 2 c) ihre Brechkraft in der Richtung, in welcher sie keinen großen Feldwinkel zu haben braucht.

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Umgekehrt braucht in Fig. 2 b die Zylinderlinsenkomponente 52 keine Brechkraft in der Richtung zu besitzen, in welcher sie einen großen Feldwinkel haben muß. Auf diese Weise wird in der Praxis die Schwierigkeit vermieden, die darin besteht, eine Zylindeerkomponente zu schaffen, welche in der gleichen Richtung Brechkraft hat, in welcher sie für einen großen Feldwinkel korrigiert werden muß.

Eine besondere Ausführungsform einer Linse, die in dem in Fig. 2a bis 2 c gezeigten optischen System benutzt werden kann, ist in Flg. 3 dargestellt. Der negative Zylinder (eine Doppellinse) entspricht der Zylinderlinse 52 und ist entsprechend mit 52' bezeichnet. In gleicher Weise entspricht das sphärische Triplet 5^' der Linse 5^ in Fig. 2 a bis 2 c und das sphärische Triplet 3^·' der Linse 5^· Die zweite sphärische Linse 3k* ist in jeder Weise mit dem sphärischen Triplet 5^¹ identisch. Die Zylinderdoppellinse 52' besteht aus einem bikonkaven Element 1o1, welches eine vordere Fläche und eine hintere Fläche bei 1, bzw. 2 aufweist. Ein plankonvexes zweites Element 1o3 ist so dazu in Abstand angeordnet, daß ein geringfügiger Luftraum gebildet wird und stellt das andere Element der Zylinderlinse dar. Die vordere und hintere Fläche dieses Elementes sind mit 3 und k bezeichnet. Die Krümmungsradien der drei zylinderischen Flächen 1, 2 und 3, ihre Dicke und der Abstand sind nachstehend in der Tabelle angegeben. Das sphärische Triplet 5^' ist hinter dem Zylinder 52» in Abstand angeordnet und symmetrisch. Das erste (io5) und dritte (io9) Element sind also identische (schwach) negative konvexkonkave Linsenelemente (mit Ausnahme ihrer Ausrichtung)· In gleicher Weise ist das mittlere positive Element ein symmetrisches bikonvexes Element (d.h. seine Flächen 7 und 8 haben die gleiche Krümmung). Die erste Fläche 5 des Elementes 105 und

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die entsprechende Außenfläche 10 des Elementes 109 sind beide so geformt (d.h. asphärisch), daß die Ausschaltung aller Aberrationen ersielt wird, die eu größeren Bildfehlern beitragen als durch Beugungsersoheinungen verursacht wird. Mit anderen Worten, das Linsensystem ist durch Beugung begrenzt (diffraction limited). Has Objekt liegt in der vorderen Hauptbrennpunktebene der Linse 5^'t und das Bild liegt in der hinteren Hauptbrennpunktebene (gleicher Abstand) hinter der anderen identischen sphärischen Linse· Das gesamte sphärische Linsensystem wie auch jede sphärische Komponente ist also symmetrsich. Da diese Triplets identisch und in einem Abstand angeordnet sind, der gleich der doppelten Brenn weite ist» werden laterale Aberrationen aufgehoben oder ausge glichen. Damit ersichtlich ist, daß die Linsen 54■ und 3k* ent sprechend übereinstimmen, sind die drei Elemente und ihre sechs optischen Flächen in gleicher Weise nummeriert wie die entspre chenden Teile der Linse 5^ mit der Ausnahme« daß sie mit einem Strich versehen sind.

Die Krümmungsradien und die Dicke (und der Abstand) der (oder mischen den) verschiedenen Elementen des Linsensystems ist in der unten stehenden Tabelle angegeben. Das Objekt liegt 53^,6 mm vor dem Mittelpunkt der spärischen Fläche 5 t und das Bild wird in der gleichen Entfernung hinter der letzten Fläche 1ο¹ erzeugt ohne Berücksichtigung der geringfügigen Wirkung (wie eine planparallele Platte) der Zylinderlinse 52' auf die Objektstrahlen. Alle in diesem System verwendeten Gläser haben einen Brechungs- j indexvon 1,62 für die bei diesem System zu verwendende besondere j Wellenlänge des monochromatischen Lichtes. Alle Abmessungen sind i in mn angegeben.

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' L-

Fläche Radius Glasdicke Abstand mit

Luftzwischenraum

Zylindrisch

1 -290.97

12,2

2 +1 97 1 A·

0,6

3 ' +194.07

12.2

4 (eben)

34.6

Sphärisch

37.3

0.1 18.1

0.1

37.3

5(5')	-135.71
6(6«)	-160.45
7(7')	+617.83
8(8«)	-617.83
9{9')	+160.45
10(10«)	+135.71

Fläche 10 2u Fläche 5¹ = IO69.2 Hintere Brennweite 53^.6

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^/ 2 Γ -11 .

Asphärischi χ =-135-71 + γ (135.71) -y - 9.354x10 y

y + -14 ₆ -19

4.306x10 y + 5.177x10 y

ι \/ ^ 7

Asphärisch: χ = + 135.71 -J (135.71) -y + 9.354x10

-4.306x10 y -5.177x10 y

11 ^xIO ;

Obgleich die Erfindung auf das in Fig. 1 bis 1 c gezeigte besondere optische System anwendbar dargestellt ist, ist die Erfindung offensichtlich nicht auf die Verwendung in einem solchen optischen System begrenzt. Obgleich Fig. 2 a bis 2 c die Erfindung in einer besonderen Anordnung verwendbar zeigen, ist die Erfindung selbst nicht auf solche Verwendung begrenzt und daher nicht auf die besondere Darstellung dieser zuletzt genannten Figuren beschränkt.

Im weitesten Sinne kann die Erfindung daher durch die Verwendung einer Zylinderlinse einer Brechkraft (entweder negativ oder positiv) und einer sphärischen Linse entgegengesetzter Brechkraft (positiv oder negativ) dargestellt sein anstelle einer Zylinderlinse mit einer Brechkraft, die der Brechkraft der ersetzten Zylinderlinse entgegengesetzt ist und rechtwinklig dazu ausgerichtet ist, bei welcher die Brechkraftebene der ursprünglichen Zylinderlinse (d.h. die zur Mantellinie senkrechte Ebene) einen größeren erforderlichen Feldwinkel als die dazu senkrechte Ebene enthält. In Fig. 1 a war die Brechkraftebene der ursprünglichen positiven Zylinderlinse 32 vertikal, und die gleiche vertikale Ebene enthält den großen Feldwinkel (Fig. 1 b). Die Brechkraft der ersetzten negativen Zylinderlinse 52 ist in der horizontalen Ebene wirksam (Fig. 2c), in welcher der Feldwinkel im wesent-

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lichen Null ist« Zum besseren Verständnis der Tatsache, daß das Feld in dieser horizontalen Ebene sehr klein ist, kann das Prinzip der Umkehrbarkeit angewendet werden, und dann laufen alle Strahlen in der horizontalen Ebene in einem einzigen Punkt (in dieser Ebene) in Fig· 2 c zusammen. Folglich braucht die Zylinderbrechkraft der Linse 52 nur die Strahlen zu beeinflussen, die den Punkt ko¹ verlassen (bei Umkehr ihrer Richtung). Wenn die gleiche Strahlenumkehrung in Fig. 1 b verwendet wird, dann muß die Brechkraft der Zylinderlinse 32 darin die Strahlen beeinflussen, die von vielen in Abstand angeordneten Punkten ausgehen (z.B. 40und 4i), so daß die gesamte Länge des Spaltes (oder die analoge Höhe des Objektes 20), der einen wesentlichen Feldwinkel an der Zylinderlinse einschließt, von der Brechkraft des Zylinders beeinflußt werden muß.

Da viele andere Ausführungsbeispiele und Verwendungen der Erfindung naheliegend und möglich sind, ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Anordnung oder Verwendung begrenzt. Die Zylinderkomponente (52) kann beispielsweise auch hinter statt vor der sphärischen Komponente (5*0 angeordnet sein. In ähnlicher Weise soll das besondere Beispiel einer genauen Linsenform nur die vorteilhafte Symmetrie (in den sphärischen Elementen) und die sich ergebenden Vorteile bei der Ausschaltung von Aberrationen darstellen, welche zusätzliche vorteilhafte Ergebnisse darstellen, die durch die Erfindung hervorgerufen werden. Demgemäß ist die Erfindung weder auf die spezielle in Fig. 2 a bis 2 c dargestellte besondere Anordnung oder Verwendung, noch auf die besondere Form in Fig. 3 begrenzt, sondern allein durch den Umfang der Ansprüche bestimmt.

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Claims (1)

Pat entansprüohe

1.) XIn optisches Systee mit zylindrischen Eigenschaften zur Verwendung in einer Anordnung (envirannitnt) , bei welchem die gewttneobte Zylinderbrechkraft in einer ersten Ebene wirksam ist, für welche der erforderliche Feldwinkel gegenüber der dazu senkrechten zweiten Ebene groß ist, gekennzeichnet durch eine Zylinderkomponente, deren Zylinderbrechkraft in der zweiten senkrechten Ebene wirksam ist und welche im wesentlichen der gewünschten Brechkraft mit entgegengesetztem Vorzeichnen gleich ist; und eine sphärischen Komponente, welche eine dioptrische Brechkraft hat, die der Brechkraft der Zylinderkomponente im wesentlichen entgegengesetzt gleich ist, so daß sich eine Zylinderbrechkraft der gewünschten Größe in der ersten gewünschten Ebene ergibt, und die Verwendung eines Zylinderelementes vermieden wird, deren Brechkraft in einer Ebene mit einem verhältnismäßig großen erforderlichen Feldwinkel wirksam ist.

2.) Sin optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Brechkraft positiv ist, die Zylinderkomponente daher eine negative Zylinderbrechkraft hat, und die sphärische Komponente positiv ist.

3.) Sin optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Komponente ein hochkorrigierter flacher Feldanastigmat ist, so daß das System ein flaches Bild über ein verhältnismäßig großes Feld hervorruft.

k.) Ein optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Komponente ein symmetrsiches Triplet ist.

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5·) Ein optisches System nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das sphärische Triplet zumindest eine asphärische Fläche aufweist, um hochkorrigiert zu sein.

6.) Bin optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkomponente eine Doppellinse ist, so daß die Zylinderkomponente für das verwendete verhältnismäßig kleine Feld hochkorrigiert ist·

7>) Bin optisches System zur Erzeugung eines heehkorjcigierAen flachen astigmatischen Bildes eines Objektes, welches einen großen Feldwinkel in einer ersten Ebene und einen viel kleineren Feldwinkel in der dazu senkrechten zweiten Ebene einschließt, bei welchem das Bild in der ersten Ebene erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine negative Zylinderkomponente, deren Zylinderbrechkraft in der zweiten Ebene wirksam ist, eine erste sphärische Komponente mit positiver dioptrischer Brechkraft, die mit Ausnahme des Vorzeichens mim wesentlichen gleich der Zylinderbrechkraft der Zylinderkoraponente ist, wobei durch die kombinierte Wirkung der Zylinder— und ersten sphärischen Komponente Lichtstrahlen in der ersten Ebene von einem Objekt in der vorderen Brennpunktebene der ersten sphärischen Komponente parallelgeleitet werden und die in der zweiten Ebene enthaltenen Strahlen im wesentlichen nicht beeinflußt werden, so daß sie als Zylinderlinse mit einer positiven Brechkraft in der ersten Ebene wirken und eine zweite positive sphärische Komponente, so daß das System diskrete Bilder der verschiedenen Punkte des in der ersten Ebene enthaltenen Objektes erzeugt, während alles Licht in der zweiten Ebene vom Objekt parallel zur optischen Achse des Systems in einem Punkt gesammelt wird.

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8.) Ein optisches System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite sphärische Komponente identisch sind, so daß die von einer Komponente eingeführten verschiedenen lateralen Aberrationen von der anderen ausgeglichen werden.

9·) Ein optisches System nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkomponente eine für das kleine Feld,bei welchem sie verwendet wird, hochkorrigierte Doppellinse ist, und jede der sphärischen Komponenten ein hochkorrigierter flacher Feldanastigmat ist, so daß das endgültige Bild flach und von einer'durch Beugung begrenzten Qualität ist.

10») Ein optisches System nach Anspruch 91 dadurch gekennzeichnet, daß jede der sphärischen Komponenten ein symmetrisches anastigmatisches Triplet ist.

11.) Ein optisches System nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Triplets identisch sind.

12.) Ein optisches System zur Erzeugung eines hochkorrigierten astigmatischen Bildes eines Objektes, welches einen verhältnismäßig großen Feldwinkel in einer ersten Ebene und einen viel kleineren Feldwinkel in einer dazu senkrechten Ebene einschließt, bei welchem das Bild in der ersten Ebene erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine negative Zylinderkern— ponente, deren Zylinderbrechkraft in der zweiten Ebene wirksam ist, mit einem zylindrischen bikonkaven Element, welches Flächen 1 und 2 aufweist, und einem zylindrischen plankonkaven Element, welches Flächen 3 und k aufweist, ein erstes sphärisches Triplet mit positiver dioptrischer Brechkraft,

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die im wesentlichen mit entgegengesetztem Vorzeichen gleich, der Zylinderbrechkraft der Zylinderkomponente ist_f mit einem ersten negativen konvexkonkaven Linsenelement, welches Flächen 5 und 6 aufweist, einem mittleren bikonkvexen Element, welches Flächen 7 und 8 aufweist, und einem zweiten negativen konvexkonkaven Linsenelement, welches mit dem ersten negativen konvexkonkaven Linsenelement in entgegengesetzt Ausrichtung identisch ist, welches Flächen 9 und 1o aufweist, und ein zweites sphärisches Triplet, welches mit dem ersten sphärischen Triplet identisch ist, bei welchem die entsprechenden Flächen der identischen Elemente 5¹ h±s 10' bezeichnet sind, und das optische System eine Form hat, welche durch die folgenden relativen Flächenkrümmungsradien, Elementstärken und Abstand für einen lichtbrechenden Werkstoff mit einem Brechungsindex 1,62 für die besondere Wellenlänge des monochromatischen Licht, für welche es verwendet werden soll, dargestellt ist:

Fläche Radius Glasdicke Abstand mit

Luftzwischenraum

Zylindrisch 909 12 .2 1 -290.97 2 +197.14 12 .2 3 +194.07 4 ( eben) Sphärisch 37 .3 5(5') -135.71 6(6') -I6O.45 81 6/0120

0.6

34.6

0.1

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Fläoh· Radius Glasdicke Abstand mit

LuftZwischenraum

7(7«) 4-617.83

18.1

8(8«) -617.83

0.1

9(9') +160.45

37.3

10(10») +135.71

Fläche 10 zu Fläche 5¹ ■ IO69.2 Hintere Brennweite 53*··«6

bei welchen zumindest eine der Flächen eines jeden sphärischen Triplets so geformt ist, daß sie eine asphärische Fläche bildet.

13.) Bin optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Flächen (5t5') der ersten negativen konvexkonkaven LAenelemente beider sphärischen Triplets asphärisch sind, so daß die ersten Flächen im wesentlichen der Gleiohung entsprechen:

χ -

-135.71 + /(135.71) "y² -9.354xio"¹¹y⁴

+h.306x10" y⁶ + 5.177x10"¹⁹y⁸}

und die zweiten Flächen (10,10*) der zweiten negativen konvexkonkaven Linsenelemente beider sphärischen Triplets asphärisch sind, so daß die zweiten Flächen im wesentlichen der Gleichung entsprechent

χ· = + 135.71 - /(135.71)²-y^

¹ V - **. 306x10~¹⁴y⁶ - 5.177x10"¹⁹y⁸. 909816/0120

ORIGINAL INSPECTED