Die Erfindung bezieht sich auf ein beidseitig telezentrisches Vergrößerungssystem, bestehend aus einem objektseiti- gen und einem bildseitigen optischen Teilsystem, in denen jeweils mindestens eine Linsengruppe zwecks Variation der Brennweite entlang der optischen Achse verschiebbar ist, während die Übertragungslänge von der Objektebene bis zur Bildebene konstant bleibt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf beidseitig telezentrische Vergrößerungssysteme mit fester, unveränderlicher Vergrößerung.

Im Stand der Technik sind beidseitig telezentrische Vergrößerungssysteme bekannt, bei denen das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Vergrößerung, auch als Spreizung bezeichnet, gering ist. So ist in JP 2005316143 ein Vergrößerungssystem dieser Art mit einer Spreizung von 1,77 beschrieben. Diese Spreizung ist für viele Anwendungsfälle nicht ausreichend.

Größere Spreizungen sind schwierig zu realisieren, weil ausgehend von einem Endlich-Endlich-System mit festem Abbildungsmaßstab für ein beidseitig telezentrisches System die Aperturbegrenzung im Objekt- und Bildraum jeweils nach Unendlich abgebildet werden muß. Soll ein Zoomsystem ebenfalls einen beidseitig telezentrischen Strahlengang besitzen, so muß auch hier die Abbildung der in der jeweiligen Zoomstellung wirkenden Aperturbegrenzung nach Unendlich erfolgen.

In dem telezentrisch abbildenden System mit veränderlicher Vergrößerung nach DE 3 887 578 beispielsweise erfolgt diese Begrenzung über den Zoombereich hinweg an verschiedenen Linsendurchmessern. Der Nachteil hierbei liegt in der nur unzureichenden Aufrechterhaltung der beidseitigen TeIe- zentrie aufgrund der unterschiedlichen Vignettierung bezüglich Feldgröße und Zoomstellung. Hieraus ergeben sich sowohl eingeschränkte Zoombereiche als auch für die Fertigung der Systeme ein erhöhter Justieraufwand für die Sicherstellung der Telezentrie.

Objektseitige Telezentrie eines Systems tritt ein, wenn sein bildseitiger Brennpunkt mit der Öffnungsblende oder einem ihrer Bilder zusammenfällt. Analog gilt: Bildseitige Telezentrie eines Systems tritt ein, wenn sein objektseiti- ger Brennpunkt mit der Öffnungsblende oder einem ihrer Bilder zusammenfällt. Zerlegt man ein System, das die Eigenschaft der beidseitigen Telezentrie erfüllt, an seiner Öffnungsblende, so erhält man ein System mit zumindest objekt- seitiger Telezentrie und einem zweiten System mit zumindest bildseitiger Telezentrie. Die Summe der Längen der beiden Teilsysteme ergibt die Übertragungslänge von Objekt bis Bild.

Ein einfaches beidseitig telezentrisches System ist konstruierbar aus einem objektseitig telezentrischen Teilsystem und einem bildseitig telezentrischen Teilsystem mit zusammenfallenden Öffnungsblenden. Wird hinter ein objektseitig telezentrisches Teilsystem ein System endlicher Übertragungslänge (auch als Relaysystem bezeichnet) gestellt, und zwar derart, daß es dessen bildseitigen Brennpunkt in den objektseitigen Brennpunkt des bildseitig telezentrischen Teilsystems abbildet, entsteht ein zusammengesetztes beidseitig telezentrisches System. Dieses Einfügen eines Relaysystems läßt sich wiederholen. Entsprechend ergibt sich die Übertragungslänge als Summe der Längen der beiden Teilsysteme plus der Summe der Längen aller Relaysysteme . Hierbei handelt es sich allerdings noch nicht um ein Zoomsystem.

Bei Zoomsystemen sind einzelne Komponenten entlang der optischen Achse beweglich, wobei eine Änderung des Abbildungsmaßstabes bei beibehaltener beidseitiger Telezentrie und konstanter Entfernung von Objekt zu Bild eintritt.

Bekannte Zoomsysteme sind überwiegend als Mittenblendensys- teme ausgelegt. Allein durch Kombination solcher Systeme ist es nicht möglich, ein einfaches beidseitig telezentri- sches Zoomsystem konstanter Übertragungslänge im Sinne der vorliegenden Erfindung abzuleiten. Deren Auslegung erfordert die gleichzeitige Kontrolle von Fokussierung, Übertragungslänge und Übereinstimmung der Brennpunktlagen der Teilsysteme .

Ein weiterer Nachteil des bereits genannten Vergrößerungssystems nach JP 2005316143 besteht darin, daß die telezent- rische Funktion nicht durch optische Baugruppen erzielt wird, die innerhalb des Vergrößerungssystems liegen, sondern durch vor- oder nachgeordnete Baugruppen definiert werden muß, wie beispielsweise Linsengruppen mit zugeordneten Blenden.

Das hat zur Folge, daß dieses System nicht gesondert, sondern nur in Verbindung mit den bündelformenden Systemen als beidseitig telezentrisches System eingesetzt werden kann. Das schließt seinen Einsatz für eine Vielzahl von Abbildungsaufgaben aus. Von der Gesamtanzahl der Linsengruppen, aus denen dieses Vergrößerungssystem besteht, sind zwecks Variation der Vergrößerung drei Linsengruppen verschiebbar. Nachteilig ist dabei, daß eine der verschiebbaren Linsengruppen über den Ort der Öffnungsblende hinweg verschoben werden muß, um den möglichen Vergrößerungsbereich auszunutzen. Soll die Bündelformung über eine systemeigene Blende erfolgen, so ist dieser Ort nicht erreichbar und der Zoombereich weist Unterbrechungen auf.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein beidseitig telezentrisch Vergrößerungssystem zu schaffen, das eine im Vergleich zu bekannten Vergrößerungssystemen höhere Spreizung aufweist und zugleich die weiteren vorbeschriebenen Mängel des Standes der Technik behebt.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Vergrößerungssystem konstanter endlicher Übertragungslänge, bei dem im Unterschied zum Stand der Technik der bildseitige Brennpunkt eines objektseitigen Teilsystems mit dem objektseitigen Brennpunkt eines bildseitigen Teilsystems in einem gemeinsamen Ort zusammenfällt und dieser Ort über den gesamten Zoombereich in genau einem Luftraum zwischen zwei Linsengruppen liegt.

Ein ganz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen beidseitigen telezentrischen Vergrößerungssystems besteht darin, daß dieser Ort, an dem die Brennpunkte zusammenfallen, außerhalb von optischen Bauelementen angeordnet ist und über den gesamten genutzten Zoombereich hinweg im selben Luftraum liegt. Dadurch ist an dieser Stelle eine Bündelformung mit einer mechanischen Blende möglich, die eine beidseitige Telezentrie realisiert. Eine demgegenüber nachteilige Bündelformung in vor- oder nachgelagerten Systemen, wie im Stand der Technik üblich, ist nicht erforderlich.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Vergrößerungssystems mit veränderlicher Vergrößerung ist im objektseitigen und im bildseitigen optischen Teilsystem jeweils mindestens eine Linsengruppe zwecks Variation der Brennweite entlang der optischen Achse verschiebbar, wobei mit der Verschiebung dieser Linsengruppe zwangsweise auch die Position des Brennpunktes angepaßt wird. Jedoch verbleibt der bildsei- tige Brennpunkt des objektseitigen Teilsystems während der Veränderung der Vergrößerung über den gesamten Vergrößerungsbereich hinweg stets zwischen einer Linsengruppe des ersten und einer Linsengruppe des zweiten Teilsystems auf dem objektseitigen Brennpunkt des bildseitigen Teilsystems, ohne daß Objekt und Bild zueinander ihren Abstand ändern.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, wenn das erfindungsgemäße Vergrößerungssystem mit einer im Brennpunkt angeordneten körperlichen Blende ausgestattet ist, deren Blendenöffnung in Abhängigkeit von der Variation der Vergrößerung zwangsweise größer oder kleiner wird und insofern mit der Vergrößerung synchronisiert ist.

Handelt es sich um ein Zoomsystem in dem vor und hinter der Blende Linsengruppen verschoben werden, so kann exemplarisch für Systeme aus vier, fünf oder sechs Linsengruppen folgende Formeln für die Steuerkurve (n) angegeben werden: Für Systeme mit vier Linsengruppen: Für Systeme mit fünf Linsengruppen gelten die Beziehungen:

Zusätzlich lässt sich hierbei eine Nebenbedingung erfüllen, wie beispielsweise ein fester Abstand zwischen erster und letzter Linsengruppe nach der Funktion:

Für Systeme mit sechs Linsengruppen läßt sich die folgende Beziehung angeben:

In den vorgenannten Beziehungen gelten: f _\ Ji---f _k ^a l ^s Brennweite der jeweiligen Linsengruppe, t _λ ,t ₂ ...t ₅ als die zu ermittelnden Brennpunktabstände, beispielsweise t _] =d _i -f _] —f ₂ und damit die durch die Steuerkurven verkörperten Luftabstände zwischen den Linsengruppen, ß' als Abbildungsmaßstabs des beidseitig telezentri- schen Systems.

Die Güte der jeweils erzielten Telezentrie ist dabei stets abhängig von der Position des Brennpunktes bzw. der Blende und nicht von den Begrenzungen der gegebenenfalls vor- oder nachgeordneten optischen Baugruppen oder deren Positionen im Strahlengang.

Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Vergrößerungssystem mit einer Übertragungslänge zwischen der Objektebene und der Bildebene im Bereich von 250 mm bis 600 mm ausgeführt. Das Vergrößerungssystem kann mit einer festen Vergrößerung innerhalb eines Bereiches zwischen dem -0, 125-fachen und dem -1,875-fachen ausgeführt sein oder, alternativ dazu, mit variabler, dabei diesen Bereich insgesamt überdeckender Vergrößerung. Bei der Ausführung mit einer bestimmten festen Vergrößerung sind die äquivalenten Abstände zwischen den Linsengruppen als feste Abstände ausgeführt, wobei der Brennpunkt auch für alle ausgeführten festen Vergrößerungen im gleichen Luftraum zwischen zwei sich gegenüberstehenden Linsengruppen des ersten und zweiten Teilsystems liegt.

Die Bildgröße kann beispielsweise 8 mm betragen, die bild- seitige Apertur beispielsweise mit >0,l ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Vergrößerungssystem ist sowohl in der Form eines separaten Vergrößerungsinstrumentes nutzbar, aber auch geeignet zur Verwendung in komplexen Beobachtungsgeräten sowie Prüf- oder Kontrollgeräten, darunter insbesondere zur Verwendung in telezentrischen Mikroskopsystemen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles für ein beidseitig telezentrisches Vergrößerungssystem mit variabler Vergrößerung näher erläutert werden.

Fig.l zeigt die optischen Baugruppen im Strahlengang eines solchen Vergrößerungssystems. Daraus sind die mit O bezeichnete Objektebene und die mit B bezeichnete Bildebene ersichtlich.

Das Vergrößerungssystem besteht objektseitig beginnend aus den Linsengruppen LGl bis LG5. Dabei sind die Linsengruppen LGl und LG5 mit festem Abstand zueinander sowie zur Objekt- ebene O und zur Bildebene B positioniert, während die Linsengruppen LG2 bis LG4 in Richtung des Strahlengangs verschiebbar angeordnet sind.

Mit der Verschiebung der Linsengruppen LG2 bis LG4 werden die Abstände Vl bis V5 zwischen den Linsengruppen LGl bis LG5 verändert, wobei die Vergrößerung variiert.

Die Linsengruppen LGl bis LG3 befinden sich in einem ersten, objektseitigen Teilsystem des Vergrößerungssystems, die Linsengruppen LG4 und LG5 in einem zweiten, bildseiti- gen Teilsystem. Dabei fällt der bildseitige Brennpunkt der im ersten Teilsystem vorhandenen Linsengruppen LGl bis LG3 mit dem objektseitigen Brennpunkt der Linsengruppen LG4 und LG5 des zweiten Teilsystems zusammen.

Das Vergrößerungssystem ist so ausgelegt, daß sich mit der Verschiebung der Linsengruppen LG2 bis LG4 zwangsläufig auch die Position des Brennpunktes ändert. Dabei verbleibt der Brennpunkt jedoch stets zwischen der Linsengruppe LG3 und der Linsengruppe LG4.

In dem hier gewählten Ausführungsbeispiel ist im Brennpunkt eine körperliche Blende vorgesehen, deren Blendenöffnung sich in Abhängigkeit von der Variation der Vergrößerung zwangsweise vergrößert oder verkleinert. Hiermit ist vorteilhaft eine Möglichkeit geschaffen, die Apertur zu ändern ohne die Telezentrie negativ zu beeinflussen oder Vignet- tierung im Feld zu erzeugen. Im Ausführungsbeispiel ist die Änderung der Größe der Öffnungsblende beispielhaft zur Gewährleistung einer konstanten bildseitigen Apertur ausgelegt. Die Linsengruppen LGl, LG3 und LG5 sind mit positiver Brechkraft, die Linsengruppen LG2 und LG4 mit negativer Brechkraft ausgeführt.

Die funktionsrelevanten Daten des Vergrößerungssystems, explizit der Linsen Ll bis LIl, der daraus gebildeten Linsengruppen LGl bis LG5 sowie deren Abstände zueinander, sind der unten angefügten Tabelle 1 zu entnehmen. Die ebenfalls angefügte Tabelle 2 gibt Auskunft über die Abstände Vl bis V5 zwischen den Linsengruppen LGl bis LG5 bei vorgegebenen Vergrößerungseinstellungen. Anspruch 9 enthält ohne Einschränkung des Schutzumfangs lediglich eine Auswahl aus Tabelle 2 von Vergrößerungseinstellungen und diesen Vergrößerungseinstellungen zugeordneten Abstände Vl bis V5.

Das erfindungsgemäße Vergrößerungssystem nach diesem Ausführungsbeispiel besitzt eine Übertragungslänge von 400 mm, eine Baulänge von 320 mm, eine Variationsmöglichkeit der Vergrößerung im Bereich des -0,125fachen bis -1, 875fachen, eine Bildgröße von 8 mm und eine bildseitige Apertur von 0,05.

Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführung mit beispielsweise veränderlicher Vergrößerung kann das Vergrößerungssystem aus denselben Linsengruppen LGl bis LG5 mit einer festen Vergrößerung ausgeführt sein. Dazu können der gewünschten Vergrößerung feste Abstände zwischen den Linsengruppen LGl bis LG5 zugeordnet werden.

Eingeschlossen in die Erfindung sind ausdrücklich auch solche Systeme, die sich durch proportionale Abwandlung der Konstruktionsdaten ergeben. Bezugszeichenliste

O Objektebene

Ll bis LIl Linsen

LGl bis LG5 Linsengruppen

B Bildebene

Vl bis V5 variable Abstände