DE2932965A1

DE2932965A1 - Optisches system mit einer linsengruppe zur scharfeinstellung

Info

Publication number: DE2932965A1
Application number: DE19792932965
Authority: DE
Inventors: Isao Matsumura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-08-15
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1980-02-28
Also published as: US4318585A; JPS5526538A; JPS6051094B2; DE2932965C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, allgemein also auf ein optisches System, bei welchem durch Bewegung eines Teiles der optischen Elemente eine Scharfeinstellung erzielbar ist.

Bei derartigen optischen Systemen werden gewöhnlich sämtliche Linsen oder ein Teil der Linsenelemente in Richtung der optischen Achse bewegt, um ein Objekt mittels eines photographischen Linsensystems scharf abbilden zu können. Um hierbei den Augenhintergrund mit einem ophthalmologischen Untersuchungsinstrument, beispielsweise einer Augen-Hintergrundskamera oder einem qphthalmologischen Refraktometer scharf einstellen zu können, werden der Film oder ein Teil des optischen Abbildungs-

30 systemes bewegt.

Anhand zweier ophthalmologischer Untersuchungsgeräte werden die hierbei auftretenden Probleme geschildert.

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In den Fig. 6 und 7 sind jeweils konventionelle Verfahren zur Scharfeinstellung bei ophthalmologischen Instrumenten dargestellt. In Fig. 6 bedeuten die Bezugszeichen E ein zu untersuchendes Auge, Ef den Augen- hintergrund, P die Pupille, ~L eine Objektivlinse und L- eine Abbildungslinse· Die Abbildungslinse L_ dient hierbei zur Abbildung des von der Objektivlinse L₁ entworfenen Bildes auf einen Film F. Mit M ist ein Schnellklappspiegel 'zur Aufnahme des Sucherlichtbündels bezeichnet. Eine photographische Aperturblende A ist bezüglich der Objektivlinse L₁ in einer zur Pupille P konjugierten Position angeordnet. Die Lage der photographischen Aperturblende A entspricht der objektseitigen Brennebene der Abbildungslinse L_. Wenn hierbei das Luftbild des Objektes durch gleichzeitiges Bewegen des Filmes F und des Schnellklappspiegels M in Richtung der optischen Achse scharf eingestellt und das Bild durch das Okular des Suchers betrachtet wird, ändert sich die Dimension der Pupille, durch welche der Lichtstrahl austritt, d.h. des Bildes der Aperturblende, gesehen von der Filmseite her, nicht, während das Okular während des Scharfeinstellens vorwärts oder rückwärts bewegt wird. Demgemäß muß auch der Betrachter sein Gesicht nach vorne oder nach hinten bewegen, um der Okularbewegung folgen zu können. Eine derartige Hin- und Herbewegung des Kopfes ist aber unbequem.

Gemäß dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Scharfeinstellungslinse L, vorgesehen, welche in Richtung der optischen Achse zum Zwecke der Scharfeinstellung bewegbar ist. Bei diesem Instrument ist es möglich, eine Scharfeinstellung ohne Kopfbewegung durchzuführen. Allerdings verändert sich hierbei mit der Bewegung der Scharfeinstellungslinse L₃ die Lage der

Pupille, durch welche der Lichtstrahl austritt und gleichzeitig auch deren Abmessung. Dies wiederum führt

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dazu, daß sich der Vergrößerungs faktor und die Lichtstärke ändern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße optische System zu verbessern, insbesondere derart, daß die Pupillengröße unverändert bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß während der Scharfeinstellung die Pupillenposition unveränderlich bleibt. Ferner muß beim erfindungsgemäßen optischen System nicht die photoempfindliche Abtastebene, beispielsweise also der Film, zum Zwecke einer Scharfeinstellung bewegt werden.

Unter Scharfeinstellen wird hier nicht nur der Fall verstanden, in welchem das Objekt und die photoempfindliche Abtastebene oder Beobachtungsebene ständig in einer zueinander konjugierten Position gehalten werden. Sie umfaßt auch den Fall, in dem die beiden Ebenen kurzzeitig in zueinander konjugierte Positionen gebracht werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Insbesondere umfaßt die erfindungsgemäße Lehre also ein optisches System mit einer Objektivlinse, einer Aperturblende, einer feststehenden Linsengruppe und einer beweglichen Linsengruppe, wobei die Aperturblende der ersten Brennebene der feststehenden Linsengruppe entspricht, so daß die Pupille, durch welche der Lichtstrahl austritt, im Unendlichen abgebildet wird. Die

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bewegliche Linsengruppe besteht hierbei im wesentlichen aus zwei Linsen, deren Brennebenen einander entsprechen. Das erfindungsgemäße optische System hat den Vorteil, daß bei einer Bewegung der beweglichen Linsengruppe in Richtung der optischen Achse zum Zwecke der Scharfeinstellung weder die Position noch die Größe der Pupille des optischen Systems verändert werden.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Schnitt, mit scharf eingestelltem Objekt; 20

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel im Schnitt;

Fig. 6 ein übliches optisches System in einem

ophthalmologischen Instrument;
und

Fig. 7 ein weiteres übliches optisches System in einem ophthalmologischen Instrument. 35

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In den Fig. 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein optisches System zur Augenuntersuchung dargestellt. Hierbei bedeuten die Bezugszeichen E das zu untersuchende Auge, Ef den Augenhintergrund und P die Pupille. Mit L₁ ist die Objektivlinse bezeichnet. Ferner bedeuten die Bezugszeichen L_n. eine positive Zwischenlinse, H₁. deren erste (vordere) Hauptebene, H' deren zweite (hintere) Hauptebene und f_ deren vordere Brennweite. Mit A ist eine Aperturblende bezeichnet, die ortsfest in der vorderen Brennebene der Zwischenlinse L_n. angeordnet ist. Ferner bedeuten die Bezugszeichen F eine photoempfindliche Tastebene, beispielsweise photoelektrische Zellen oder einen photographischen Film,und L_fi und L₇ jeweils positive bewegliche Linsen, die in Richtung der optischen Achse bewegbar sind. Die vordere Hauptebene der Linse L, ist mit H, bezeichnet; deren hintere Hauptebene mit dem Bezugszeichen H' . Die vordere Hauptebene der Linse L_ hat das Bezugszeichen H_; deren hintere Hauptebene das Bezugszeichen H". f._r ist

/ ο die hintere Brennweite der Linse L_r ; f_ die vordere

D /

Brennweite der Linse L„. Hierbei kann jede Linse L₁, L₁., L_ß und L₇ als Linsengruppe mit mehreren Einzellinsen ausgebildet sein.

Der Abstand zwischen den beweglichen Linsen ~L_r

und L₇ ist so bestimmt, daß der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene H' der Linse L, und der vor-

U D

deren Hauptebene H₇ der Linse L₇ gleich der Summe deren Brennweiten (f,+f_) ist, wobei die Linsen L_r

O / D

und L₇ an einer nicht dargestellten Linsenfassung so befestigt sind, daß deren gegenseitiger Abstand konstant ist. Im folgenden wird ein derartiger Aufbau eine bewegliche Linsengruppe, einschließlich der Linsen L_fi und L₇, genannt.

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Ist der Abstand zwischen den Linsen L, und L_ gemäß den vorstehenden Angaben festgelegt, dann bildet die bewegliche Linsengruppe ein afokales System. Demnach tritt ein in die bewegliche Linsengruppe einfallendes Parallelstrahlenbündel auch wieder als Parallelstrahlenbündel aus der beweglichen Linsengruppe aus. Ferner gilt, daß bei einer Anordnung einer Punktlichtquelle im Zentrum der Aperturblende A die die Zwischenlinse L₁. verlassenden Strahlen als Parallelstrahlenbündel austreten. Dies wiederum hat zur Folge, daß selbst bei einer Bewegung der beweglichen Linsengruppe die Position und die Abmessung der Pupille, durch welche die Strahlen austreten, konstant gehalten werden.

Das in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellte Lichtstrahlenbündel I₁ stellt den Hauptstrahl dar, während das mit gebrochenen Linien dargestellte Strahlenbündel 1„ den Strahl längs der optischen Achse darstellt. Der vom Augenhintergrund Ef ausgehende Strahl tritt aus dem zu untersuchenden Auge E aus, wird dann von der Objektivlinse L. gebündelt und dann so abgelenkt, daß das Zwischenbild des Augenhintergrundes mittels der Linsen L₁. und L_f auf der photoempfindlichen Tastebene F abgebildet wird. Ferner ist üblicherweise bei einem optischen System zur Augenuntersuchung ein mit einer Apertur versehener Spiegel zur Führung des Beleuchtungsstrahles nahe der Position der Aperturblende A geneigt angeordnet.

in Fig. 2 ist der Fall dargestellt, daß ein mit einem Brechkraftfehler behaftetes Auge E¹ scharf eingestellt ist. Hierbei ist die bewegliche Linsengruppe L, , L₇ beispielsweise nach vorne um die Strecke X bewegt, so daß sie einen Abstand X von derjenigen Position hat, in welcher ein ideales Auge E (Fig. 1) scharf abgebildet wird.

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Hierbei genügen die Dioptrie-Zahl D des zu untersuchenden Auges und der Abstand X der beweglichen

Linsengruppe (Iv, L_) zwischen derjenigen Position, b /

in welcher ein ideales Auge scharf abgebildet ist und derjenigen Position,in welcher das zu untersuchende Auge scharf abgebildet, ist folgender Beziehung:

(fs)² (f₇)

χ=

100{(f₆)²-

(Hierbei sind f , f und f₇ jeweils die Brennweiten der Linsen L_n., L_fi und L₇.)

Aus obiger Relation ergibt sich, daß die Dioptrie-Zahl D eine lineare Funktion der Verschiebung X der Linsengruppe (Iw L₇) ist. Die Führungseinheit zur Bewegung der Linse zur Ermittlung der Dioptriezahl ist demnach für eine lineare Bewegung aufgebaut. Dies wiederum ist von Vorteil zur Darstellung der Dioptrie-Zahl bei einem ophthalmologischen Instrument, beispielsweise einem Augen-Refraktrometer. Hierbei -insbesondere im Fall eines ophthalmologischen Instrumentes - ist die Pupille P bezüglich der Objektivlinse L₁ konjugiert zur Aperturblende A.

in Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, in welchem die Linsen L₁, L_r, L_fi und L₇ die gleiche Wirkung wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 haben. Hierbei ist die Aperturblende A an derjenigen Stelle angeordnet, welche der hinteren Brenn-5 eben der beweglichen Linse L_fi und der vorderen Brennebene der beweglichen Linse L₇ entspricht.

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Die Aperturblende A ist demnach gemeinsam mit den beweglichen Linsen L, und L_ angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung ist die Aperturblende A konjugiert zur vorderen Brennebene A¹ der Zwischenlinse L₁-. Demnach wird durch diese Anordnung der Aperturblende A der gleiche Effekt wie bei einer Anordnung der Aperturblende A gemäß Fig. 1 erreicht.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmen die Objektivlinse L. , die Zwischenlinse L₁- und die Aperturblende A mit den entsprechenden optischen Elementen gemäß Fig. 1 überein. Die bewegliche Linsengruppe besteht dagegen aus einer negativen Linse L_R und einer positiven Linse L_. Die vordere Hauptebene der negativen Linse L„ hat das Bezugszeichen H„; deren hintere Hauptebene das Bezugszeichen Η¹,,. Die Brennweite der negativen Linse L₀ ist

O O

fο. Die vordere Hauptebene der positiven Linse L„ hat das Bezugszeichen H_q; deren hintere Brennebene das Bezugszeichen H' und deren Brennweite das Bezugszeichen f . Die Linsen L„ und L_Q sind in der nicht dargestellten Linsenfassung derart befestigt, daß die vordere Brennebene der negativen Linse L_ der vorderen

Brennebene der positiven Linse L_q entspricht. Demnach bilden die Linsen L„ und L_g ein afokales umgekehrtes

Galileisches Fernrohrsystem. Auch in diesem Fall wird der durch die Mitte der Aperturblende A gehende Hauptstrahl mittels der Zwischenlinse L_ als zur optischen Achse paralleler Strahl gebündelt, so daß bei einer Bewegung der beweglichen afokalen Linsengruppe (Lg, Lg) Parallelität zur optischen Achse sowie die Einfallshöhe des auf die photoempfindliche Tastebene F auffdlenden Hauptstrahles konstant bleiben.

in Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei bildet die bewegliche Linsengruppe

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ein afokales Gaüleisches Fernrohrsystern, in welchem die positive Linse L_1n an der Objektseite und die negative Linse L₁₁ an der Bildseite derart angeordnet sind/ daß die hintere Brennebene der positiven Linse L_1n der hinteren Brennebene der negativen Linse L₁₁ entspricht. Auch in diesem Fall bleiben bei einer Bewegung der beweglichen Linsengruppe (L_1n L₁₁) in Richtung der optischen Achse sowohl die Lage als auch die Abmessung der Pupille, durch welche der Lichtstrahl austritt, konstant.

Bei den oben dargestellten Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung anhand ophthalmologischer Untersuchungsoptiken erläutert, wobei das die Objektiv linse verlassende Strahlenbündel auf einen Punkt in der Aperturblende gebündelt wurde. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf photographische Systeme ist es nicht erforderlich, ein Zwischenbild zu bilden. Ferner kann die Objektivlinse auch fortgelassen werden, da das optische System mit vorderem Blendenverschluß in der Regel ausreicht.

Das erfindungsgemäße optische System hat den Vorteil, daß auch bei einer Bewegung der Linsengruppe zum Zwecke einer Scharfeinstellung die Position der Pupille unverändert bleibt. Dies führt dazu, daß der Vergrößerungsfaktor und die Lichtstärke ebenfalls unverändert bleiben. Demgegenüber haben konventionelle ophthalmologische Untersuchungsinstrumente den Nachteil, daß bei unterschiedlicherBrechkraft der zu untersuchenden Augen sowohl die photographische Vergrößerung als auch die Belichtungsbedingungen sich ändern, da diese von der Position der Einstell-Linse abhängen. Hierdurch werden aber eine Untersuchung und insbesondere Vergleiche

•^5 erschwert. Mit der erfindungsemäßen Lehre werden dagegen die vorstehenden Schwierigkeiten behoben. Die gleichen

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Vorteile lassen sich auch bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf gewöhnliche photocjraphische Systeme erzielen.

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Claims

Pa tentansprüche

1. Optisches System mit einer Linsengruppe zum Scharfeinstellen durch Bewegen der Linsengruppe, die zwischen einer feststehenden Linse und der Bildseite angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Aperturblende (A) so angeordnet ist, daß sie der vorderen Brennebene der feststehenden Linse (L )

entspricht und die Linsengruppe (L_fi, L₇; L_R, L_q; L₁₁) als afokales Linsensystem aufgebaut ist.

_Q,

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch •30 gekennzeichnet, daß die Aperturblende (A) gemeinsam mit der Linsengruppe (L,-, L_) derart bewegbar angeordnet ist, daß sie konjugiert zur vorderen Brennebene (A¹) der feststehenden Linse (L₁-) ist.

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von Sam.

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3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Objektiv (L₁), das näher zum Objekt (E) als zur feststehenden Linse (L₁.) angeordnet ist.

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