CH638320A5 - Optisches system. - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Korrektion der ausseraxialen Bildfehler von optischen Systemen zu i5 verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die radiale Brechzahldifferenz von mindestens einem optischen Element der Exponentialfunktion

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An = An„ • e;

,Kh folgt, bei der die im Exponenten stehende unabhängige Variable h den radialen Abstand von der Mittelachse des Elementes und die abhängige Variable An seine Brechzahldifferenz dar-

25 stellt, und die im Exponenten stehende unabhängige Variable h mit einem konstanten, materialabhängigen Faktor K des Elementes multipliziert wird, und wobei der Faktor An0 die Brechzahldifferenz des Elementes auf seiner Mittelachse entspricht.

30 In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Element mit radialer Brechzahldifferenz an einer Stelle im optischen System positioniert, an der die einen axialen Bildpunkt abbildenden Aperturstrahlen kleinere Höhen als die einen ausseraxialen Bildpunkt abbildenden Strahlen auf-

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weisen.

Die Erfindung betrifft ein optisches System, bei dem mindestens ein optisches Element eine radiale Brechzahldifferenz aufweist.

Die Korrektion der Bildfehler eines optischen Systems wird durch geeigente Kombinationen verschiedener Linsen, die sich hinsichtlich ihres Brechungsindex, ihrer Radien und Dicken unterscheiden, durchgeführt. Neben der Verwendung von asphärischen Flächen ist auch der Einsatz von Linsen bekannt, die einen ortsabhängigen Brechungsindex aufweisen.

In der DT-AS 1 913 358 werden optische Elemente mit radialer Brechzahldifferenz und Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Die genannte Auslegeschrift betrifft lichtleitende optische Glaskörper und gibt ein Verfahren an, bei dem sich aufgrund eines Ionenaustausches quer zur Lichtdurchgangsrichtung des Lichtleiters die Konzentration mindestens zweier Kationen-Arten in entgegengesetzter Richtung über den gesamten Querschnitt des Glaskörpers ändern und dadurch die Brechungsindizes in dieser Richtung kontinuierlich ab- bzw. zunehmen, so dass der Lichtweg in Richtung zunehmenden Brechungsindex gekrümmt wird. Ausserdem wird in der DT-OS 1 939 478 ein Linsenelement offenbart, das aus einem durchsichtigen Körper mit einer Verteilung des Brechungsindex im wesentlichen gemäss der folgenden Beziehung n = N (1 ± ar2)

Das optische Element mit radialer Brechzahldifferenz kann als Linse mit mindestens einer gekrümmten Begrenzungsfläche oder als planparallele Platte ausgebildet sein.

Zweckmässigerweise wird die planparallele Platte in ei-40 nem der Lufträume des optischen Systems oder hinter dem letzten Glied des optischen Systems angeordnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass für die Korrektion der Bildfehler von optischen Systemen weitere Freiheitsgrade gewonnen werden, 45 die insbesondere auf die Korrektion der Bildfehler des ausseraxialen Bereichs anwendbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

50 Fig. 1 die schematische Darstellung einer Positionierung von zwei optischen Elementen mit radialer Brechzahldifferenz;

Fig. 2 die Anordnung einer planparallelen Platte mit radialer Brechzahldifferenz (Gradientenplatte) hinter dem letz-55 ten Glied eines Mikroskop-Objektives;

Fig. 3 die Abhängigkeit der Brechzahldifferenz A n vom Durchmesser der im Anwendungsbeispiel der Fig. 2 verwendeten Platte;

Fig. 4 den Einfluss der Gradientenplatte auf die sphäri-60 sehe Abweichung des optischen Systems;

Fig. 5 den Einfluss der Gradientenplatte auf dem Koma-Fehler eines optischen Systems;

Fig. 6 den Einfluss einer Gradientenplatte auf den Astig-matismus-Fehler eines optischen Systems.

65 In der Fig. 1 ist der Strahleneingang zwischen einer Linse und einer planparallelen Platte gezeichnet für den Fall, dass die Linse in den Bereichen la und die planparallele Platte in

den Bereichen 2a radiale Brechzahldifferenz aufweisen. In den Bereichen 1 und 2 haben Linse und planparallele Platte wegen des steilen Abfalles im Kurvenverlauf der Brechzahldifferenz gegen die Linsenmitte praktisch konstante Brechzahl. Aus der Fig. 1 geht hervor, dass die einen axialen Bildpunkt 3 abbildenden Aperturstrahlen an den Auftreffstellen der Linse und der planparallelen Platte kleinere Höhen haben als die einen ausseraxialen Bildpunkt 4 abbildenden Strahlen. Zusammen mit dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf der Brechzahldifferenz kann bei der in Fig. 1 gezeigten Positionierung der optischen Elemente vorteilhaft auf die Bildfehler des ausseraxialen Bereichs eingewirkt werden, da diese Strahlen durch den Teil der Linse bzw. Platte gehen, der eine radiale Brechzahldifferenz aufweist, während die axialen Strahlen die zentralen Bereiche mit konstanter Brechzahl von Linse und Platte durchsetzen. In der Fig. 2 ist mit 5 ein Mikroskopobjektiv bezeichnet, hinter dessen letzter optischer Fläche eine planparallele Gradientenplatte 6 zur Korrektion ausseraxialen Bildfehler, insbesondere des «schiefen Büschels» eingeführt ist. In dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm ist die Abhängigkeit der Brechzahldifferenz der in Fig. 2 angewandten Gradientenplatte vom Radius der Platte eingezeichnet. Die

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Höhe 7 des Aperturstrahls verläuft bei einem Radius von etwa 1,8 mm. Die Funktion folgt der Gleichung:

A n = A n0 -eKh

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In den Figuren 4 bis 6 sind die Korrektionskurven für sphärische Abweichung, Koma und Astigmatismus des in Fig. 2 gezeigten Mikroskopobjektives sowohl mit als auch ohne Gradientenplatte aufgezeichnet. Die Korrektionskurven io für sphärische Abweichung und für Koma dés Objektives ohne Gradientenplatte sind in den Figuren 4 und 5 mit 10 und 11 bezeichnet, die entsprechend den Korrektionskurven für das erfindungsgemäss mit Gradientenplatte ausgerüstete Objektiv mit 8 und 9. In der Fig. 6 sind die tangentialen und sais gittalen Korrektionskurven für den Astigmatismus des in Fig. 2 gezeigten Mikroskop-Objektives sowohl mit als auch ohne Gradientenplatte eingezeichnet. Die sagittale Korrektionskurve ohne Gradientenplatte ist mit 14 bezeichnet, die sagittale Kurve mit Gradientenplatte mit 12 und die tangentiale 20 Korrektionskurve ohne Gradientenplatte mit 15, die tangentiale Korrektionskurve für das Objektiv mit Gradientenplatte mit 13.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Optisches System, bei dem mindestens ein optisches Element eine radiale Brechzahldifferenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Brechzahldifferenz dieses Elementes der Exponentialfunktion

An = An0 • eKh folgt, bei der die unabhängige Variable h den radialen Abstand von der Mittelachse des Elementes und die abhängige Variable A n seine Brechzahldifferenz darstellt und die im Exponenten stehende unabhängige Variable h mit einem konstanten, materialabhängigen Faktor K des Elementes multipliziert wird, und wobei der Faktor n A 0 der Brechzahldifferenz des Elementes auf seiner Mittelachse entspricht.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit radialer Brechzahldifferenz an einer Stelle im optischen System positioniert ist, an der die einen axialen Bildpunkt abbildenden Aperturstrahlen kleinere Höhen als die einen ausseraxialen Bildpunkt abbildenden Strahlen aufweisen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit radialer Brechzahldifferenz als Linse mit mindestens einer gekrümmten Begrenzungsfläche ausgebildet ist.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit radialer Brechzahldifferenz als planparallele Platte ausgebildet ist.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der Lufträume des optischen Systems die planparallele Platte ist.

6. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallele Platte mit radialer Brechzahl- . differenz hinter der letzten optischen Fläche des Systems angeordnet ist.

7. Optisches System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mit radialer Brechzahldifferenz im Bereich des Blendenortes angeordnet ist.

besteht, mit N als Brechungsindex im Zentrum einer Querschnittsfläche senkrecht zu der Mittelachse des Körpers, n als Brechungsindex in einem radialen Abstand r vom Zentrum und a als einer positiven Konstanten. Die Erfindung nutzt die 5 Tatsache aus, dass durchsichtige Stoffe mit der oben genannten Verteilung des Brechungsindex eine Linsenwirkung haben und nennt als ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung ein Mikroskop, bei dem ein derartiges Linsenelement mit radialer Brechzahldifferenz als Objektiv benutzt ist. Über die Abbil-10 dungseigenschaften und die Bildfehlerkorrektion eines derartigen Mikroskops werde keine Angaben gemacht.