DE102014005789B4

DE102014005789B4 - Anamorphic system and its use

Info

Publication number: DE102014005789B4
Application number: DE102014005789.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Pätz; Steffen Leopold; Stefan Sinzinger; Martin Hoffmann
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: DE102014005789A1

Abstract

Anamorphotisches System mit variablen Abbildungsmaßstäben in mindestens zwei beliebigen Richtungen dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste und eine zweite Baugruppe (A) und (B) aufweist, wobei die erste Baugruppe (A) mindestens zwei Zylinderlinsen (LA1, LAn) mit variablen Brennweiten und die zweite Baugruppe (B) mindestens zwei Zylinderlinsen (LB1, LBn) mit variablen Brennweiten umfasst und die Zylinderlinsen einer Baugruppe jeweils um die optische Achse winkelversetzt zueinander angeordnet sind.Anamorphic system with variable magnification in at least two arbitrary directions, characterized in that it comprises a first and a second assembly (A) and (B), wherein the first assembly (A) at least two cylindrical lenses (LA1, LAn) with variable focal lengths and the second assembly (B) comprises at least two cylindrical lenses (LB1, LBn) with variable focal lengths and the cylindrical lenses of an assembly are each arranged angularly offset from each other about the optical axis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein anamorphotisches System mit variablen Abbildungsmaßstäben in mindestens zwei beliebigen Richtungen, seine Verwendung sowie ein Verfahren zur Einstellung der Abbildungsmaßstäbe in mindestens zwei beliebigen Richtungen mit einem solchen anamorphotischen System.The present invention relates to an anamorphic system having variable magnifications in at least two arbitrary directions, its use, and a method of adjusting the magnifications in at least two arbitrary directions with such an anamorphic system.

Anamorphotische Systeme erzeugen unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe in horizontaler und vertikaler Bildrichtung. Das Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe wird als anamorphotischer Faktor bezeichnet. Anwendung finden die Systeme im Bereich der Aufnahme und Projektion von Breitwandbildern/-filmen (Cinemaskop) sowie in der Strahlformung.Anamorphic systems produce different image scales in horizontal and vertical image direction. The ratio of the magnifications is called the anamorphic factor. The systems are used in the field of recording and projection of widescreen images / films (cinemascope) as well as in beamforming.

Beim Cinemaskopverfahren werden für eine anamorphotische Aufnahme zylindrische oder prismatische Optiken eingesetzt, die das Bild in einer Richtung verzerren und auf das normale Filmformat stauchen, so dass es auf dem Bildsensor der Kamera bzw. dem Film aufgenommen werden kann. Bei der Projektion erfolgt die Entzerrung durch eine entsprechende Optik vor dem Projektor. Das Design von anamorphotischer Vorsatzoptik und dem eigentlichen Grundobjektiv erfolgt dabei meist getrennt voneinander. Damit ist eine Kompatibilität der für sich optimierten Baugruppen möglich. Außerdem können so relativ einfach Vario-Systeme mit anamorphotischen Systemen kombiniert werden. Nachteil dieser Hintereinanderschaltung ist jedoch der relative hohe Bauraumbedarf sowie die beschränkte Aberrationskorrektur, wie sie für anspruchsvolle Abbildungsanforderungen nötig ist.The cinemascope method uses cylindrical or prismatic optics for anamorphic recording, distorting the image in one direction and compressing it to the normal film format so that it can be recorded on the image sensor of the camera or film. In the projection, the equalization is done by a corresponding optics in front of the projector. The design of anamorphotic optical attachment and the actual basic lens is usually separated from each other. This allows compatibility of the optimized components. In addition, it is relatively easy to combine vario systems with anamorphic systems. Disadvantage of this series connection, however, is the relatively high space requirement and the limited aberration correction, as it is necessary for demanding imaging requirements.

Der Einsatz von Zylinderlinsen nutzt die unterschiedlichen Brennweiten in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen aus, um in diesen unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe zu realisieren.The use of cylindrical lenses makes use of the different focal lengths in two mutually perpendicular planes in order to realize different image scales in them.

Prismatische Lösungen nutzen eine Anordnung von zwei Prismen, die eine Stauchung bzw. Streckung in einer Bildachse realisieren (1). Nachteil dieser Lösung sind die relativ großen Glasdicken der Prismen, was sich negativ auf Bauraum, Gewicht und den Farbfehler von Prismensystemen auswirkt.Prismatic solutions use an arrangement of two prisms, which realize a compression or extension in an image axis ( 1 ). Disadvantages of this solution are the relatively large glass thicknesses of the prisms, which has a negative effect on installation space, weight and the color error of prism systems.

Als strahlformende Elemente dienen anamorphotische Systeme zur Umformung des elliptischen Strahlprofiles eines Diodenlasers in eine symmetrische Strahlform sowie zur Erzeugung von Lichtlinien oder -flächen aus symmetrischer Laserstrahlung. Dazu werden zylindrische Optiken fester Brennweite in den Laserstrahlengang eingebracht. Durch die unterschiedliche Vergrößerung in den Hauptschnitten kann die Elliptizität des Strahles angepasst werden. Mit dem hier vorgestellten System lässt sich diese Funktionalität erweitern und entsprechend der Anforderungen an den Laserstrahl zwischen kreisförmigem und elliptischem Strahlquerschnitt bzw. zwischen linienförmiger oder flächiger Ausleuchtung umschalten.Anamorphic systems are used as beam-shaping elements for shaping the elliptical beam profile of a diode laser into a symmetrical beam shape and for generating light lines or surfaces from symmetrical laser radiation. For this purpose, cylindrical optics of fixed focal length are introduced into the laser beam path. Due to the different magnification in the main sections, the ellipticity of the beam can be adjusted. With the system presented here, this functionality can be extended and switched according to the requirements of the laser beam between circular and elliptical beam cross-section or between linear or planar illumination.

In der US 7,413,306 B2 ist ein optischer Aufbau aus mehreren, um die optische Achse winkelversetzt angeordneten Zylinderlinsen beschrieben, welche individuell in der Brennweite verstimmbar sind und Aberrationen durch unterschiedliche Brennweiten in unterschiedlichen winkelversetzt angeordneten Ebenen korrigieren oder gezielt in das System einbringen können. Das System ermöglicht jedoch durch das Fehlen einer zweiten in entsprechendem Abstand zueinander angeordneten Baugruppe mit ebenfalls winkelversetzt angeordneten, verstimmbaren Zylinderlinsen keine Anpassung der Bildauffangebene für unterschiedliche Brennweiten und damit keine anamorphotische Abbildung mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben.In the US 7,413,306 B2 is an optical structure of a plurality of angular displacement about the optical axis arranged arranged cylindrical lenses which are individually tunable in the focal length and correct aberrations by different focal lengths in different angularly arranged planes or can bring targeted into the system. However, due to the lack of a second, mutually spaced assembly, the system also makes it possible to adjust the image capture plane for different focal lengths, and thus not anamorphic imaging with different imaging scales, likewise with angularly displaced, tunable cylindrical lenses.

In der DE 10 2007 005 168 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung eines Gesamtsystems (Grundobjektiv in Kombination mit anamorphotischer Optik) beschrieben. Es beinhaltet ein Objektiv mit konstanter Brennweite und konstantem anamorphotischem Faktor. Zur Aberrationskorrektur wurden zusätzlich asphärische torische Linsen genutzt. Das beschriebene System ermöglicht eine endlich-endlich-Abbildung in beiden Azimuten und besitzt ein relativ hohes anamorphotisches Verhältnis von ca. 8:1.In the DE 10 2007 005 168 A1 is a method for optimizing an overall system (basic lens in combination with anamorphic optics) described. It includes a lens with constant focal length and constant anamorphic factor. For aberration correction, aspheric toric lenses were also used. The system described allows finite-finite mapping in both azimuths and has a relatively high anamorphic ratio of about 8: 1.

In der DE 100 83 056 T1 wird einen Aufbau einer Vorsatzoptik zur anamorphotischen Abbildung mit veränderlichem anamorphotischem Faktor beschrieben, wobei die Bildstreckung bzw. -stauchung nur in einer Richtung erfolgt. Die Variation erfolgt durch verschiebbare Zylinderlinsengruppen. Das anamorphotische Verhältnis wird im Bereich 2:1 bis 1,33:1 variiert.In the DE 100 83 056 T1 describes a structure of an optical attachment for anamorphic imaging with variable anamorphic factor, wherein the image stretching or compression occurs only in one direction. The variation takes place by displaceable cylindrical lens groups. The anamorphic ratio is varied in the range 2: 1 to 1.33: 1.

Ein Beispiel für eine Kombination aus Vario-Objektiv und anamorphotischem System ist in dem Patent DE 20 43 193 C3 beschrieben. Das System ist dreigeteilt aufgebaut und besteht aus einer afokalen variablen Vorsatzoptik welche die Brennweitenänderung und Schnittweitenkonstanz realisiert und einem Grundobjektiv fester Brennweite. Im telezentrischen Strahlengang zwischen beiden Baugruppen ist ein anamorphotisches System positioniert. Dieses ist als Zylinderlinsen- oder Prismensystem ausgeführt. Der im Patent realisierte anamorphotische Faktor liegt zwischen 1.5x und 2x. Eine Variation des anamorphotischen Faktors ist jedoch nicht vorgesehen.An example of a combination of zoom lens and anamorphic system is in the patent DE 20 43 193 C3 described. The system is divided into three parts and consists of an afocal variable optical attachment which realizes the focal length change and the cutting constancy and a basic objective of fixed focal length. In the telecentric beam path between the two assemblies, an anamorphic system is positioned. This is designed as a cylindrical lens or prism system. The anamorphic factor realized in the patent is between 1.5x and 2x. However, a variation of the anamorphic factor is not provided.

In einem klassischen anamorphotischen System aus Zylinderlinsen werden starre Linsen genutzt, die fest im System verbaut sind. Um eine Variation des anamorphotischen Faktors zu erreichen, erfolgt die Änderung des Abbildungsmaßstabes meist nur in einer Richtung. Die Realisierung eines Systems mit in zwei Richtungen unabhängigen variablen Abbildungsmaßstäben durch Verschieben der Baugruppen, wie bei klassischen Zoom-Objektiven üblich, ist nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich, da ein Ineinanderschieben der Baugruppen verhindert werden muss.In a classic anamorphic system of cylindrical lenses, rigid lenses are used which are permanently installed in the system. In order to achieve a variation of the anamorphic factor, the change of the magnification usually takes place only in one direction. The realization of a system with independent in two directions variable imaging scales by moving the modules, as is common in classical zoom lenses, is not possible or only to a very limited extent, since a nesting of the modules must be prevented.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein anamorphotisches System mit variablen Abbildungsmaßstäben in horizontaler und vertikaler Richtung sowie ein Verfahren zur Einstellung der Abbildungsmaßstäbe in mindestens zwei beliebigen Richtungen mit einem solchen anamorphotischen System bereitzustellen, mit dem einerseits für die Aufnahme bzw. Wiedergabe von Szenen mit großem Aspektverhältnis, Standardformate für Film, Sensor bzw. Display genutzt werden können und andererseits im Bereich der Strahlformung unsymmetrische Laserstrahlen symmetrisch umgeformt bzw. angepasst an den Bearbeitungsprozess gezielt unsymmetrisch eingestellt werden können.Object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an anamorphic system with variable magnifications in the horizontal and vertical directions and a method for adjusting the magnifications in at least two arbitrary directions with such an anamorphic system, with can be used on the one hand for the recording or playback of scenes with high aspect ratio, standard formats for film, sensor or display and on the other hand in the beam forming asymmetric laser beams symmetrically deformed or adapted to the machining process can be targeted asymmetrically adjusted.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und siebenten Patentanspruches gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den Patentansprüchen zwei bis sechs gekennzeichnet, während bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Patentansprüchen acht und neun angegeben sind. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch 10 wird eine erfindungsgemäße Verwendung des erfindungsgemäßen Systems vorgeschlagen.According to the invention this object is achieved with the features of the first and seventh claims. Preferred embodiments of the system according to the invention are characterized in the claims two to six, while preferred embodiments of the method according to the invention are specified in the claims eight and nine. With the independent claim 10 an inventive use of the system according to the invention is proposed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to drawings. It shows:

1 – den prinzipiellen Aufbau eines Anamorphoten aus zwei Prismen 1 - The basic structure of Anamorphoten of two prisms

2 – den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen anamorphotischen Systems 2 - The basic structure of an anamorphic system according to the invention

3 – die Geometrie einer a) langen Rechteckmembran mit großem Aspektverhältnis und b) einer optimierten Membran mit kleinem Aspektverhältnis 3 - The geometry of a) long rectangular cone with high aspect ratio and b) an optimized membrane with a small aspect ratio

4 – die Simulation des Höhenprofils der Membrandeformation bei optimierter Einspannung mit zylindrischer Oberfläche im mittleren Bereich (Schraffur) 4 - the simulation of the height profile of the membrane deformation with optimized clamping with a cylindrical surface in the middle area (hatching)

5 – die Anordnung der Zylinderlinsen für Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 5 - The arrangement of the cylindrical lenses for embodiment of the system according to the invention

6 – die Ansteuerung der Zylinderlinsen für eine scharfe Abbildung bei gegebenem Abbildungsmaßstab 6 - The control of the cylindrical lenses for a sharp image at a given magnification

Für das erfindungsgemäße System werden Membran-Zylinderlinsen mit veränderlicher Brennweite genutzt. Hierdurch ist eine Variation des Abbildungsmaßstabes durch eine Anpassung der Brennweiten ohne Verschieben oder Verdrehen der Elemente möglich. Das System enthält vier unabhängig voneinander verstimmbare Zylinderlinsen, um separat für die Abbildung in horizontaler und vertikaler Richtung den Abbildungsmaßstab einzustellen und gleichzeitig die Bildposition konstant zu halten. Durch den Einsatz der verstimmbaren Zylinderlinsen ist für die Variation der Brennweite des Gesamtsystems keine Verschiebung der einzelnen Komponenten nötig, welche meist anspruchsvolle Mechanik erfordert. Zudem bleibt die Gesamtlänge des Systems konstant.For the system according to the invention, membrane cylindrical lenses with variable focal length are used. As a result, a variation of the magnification is possible by adjusting the focal lengths without moving or twisting the elements. The system includes four independently tunable cylindrical lenses to separately adjust the magnification for horizontal and vertical imaging while keeping the image position constant. Due to the use of the tunable cylindrical lenses, no variation of the focal length of the entire system requires any shifting of the individual components, which usually requires sophisticated mechanics. In addition, the overall length of the system remains constant.

Die Brennweiten der Zylinderlinsen, welche als Membranlinsen ausgeführt sind, sind durch Veränderung der Membrankrümmung variabel einstellbar. Im Vergleich zu klassischen Vario-Objektiven bietet dies den Vorteil, dass keine Verschiebung der Bauelemente nötig ist und ein Ineinanderschieben der Bauelemente ausgeschlossen werden kann. Dies ermöglicht eine unabhängige Variation der Abbildungsmaßstäbe Für eine anamorphotische Abbildung mit variablem Abbildungsmaßstab in zwei Richtungen sind mindestens vier durchstimmbare Zylinderlinsen notwendig. Im Folgenden wird ein solches System beschrieben. Die hier vorgelegte Erfindung umfasst ebenfalls Systeme, welche durch den Einsatz zusätzlicher abbildender Elemente (Linsen) zu einer Verbesserung der Abbildungsleistung führen.The focal lengths of the cylindrical lenses, which are designed as membrane lenses, are variably adjustable by changing the membrane curvature. Compared to classic varifocal lenses, this offers the advantage that no displacement of the components is necessary and telescoping of the components can be excluded. This allows an independent variation of the image scales. For anamorphic image with variable magnification in two directions, at least four tunable cylindrical lenses are necessary. In the following, such a system will be described. The invention presented here likewise comprises systems which lead to an improvement in imaging performance through the use of additional imaging elements (lenses).

Wie in 2 dargestellt, realisieren je zwei Zylinderlinsen eine Abbildung in einer lateralen Richtung wobei durch Variation zweier Brennweiten sowohl der Abbildungsmaßstab eingestellt als auch die Bildauffangebene konstant gehalten wird. Durch zwei um 90° verdrehte Linsenpaare ist eine unabhängige Verstimmung der Abbildungsmaßstäbe β_x und β_y bei konstanter Bildlage möglich.As in 2 illustrated, realize each two cylindrical lenses an image in a lateral direction wherein both the magnification of the imaging scale and the image capture plane is kept constant by varying two focal lengths. By means of two lens pairs rotated by 90 °, an independent detuning of the image scales β _x and β _{y is} possible with constant image position.

Die Zylinderlinsen sind als druckgesteuerte, mit Immersionsflüssigkeit gefüllte Membranlinsen realisiert. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und optischen Transparenz wurde für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel als Membranmaterial Aluminium-Nitrid (AlN) gewählt. Die hohe Festigkeit von AlN ermöglich eine Ausführung der Membran mit einer Dicke von ca. 500 nm, dadurch treten im Randbereich der Membran keine signifikanten Biegeeffekte auf und der gesamte zentrale Membranbereich ist ohne Beeinflussung von Randdeformationen als Aperturöffnung nutzbar. Durch Anlegen und Variation eines Druckes an die Immersionsflüssigkeit werden die Krümmung der Membran und damit die Brennweite der Linse verändert.The cylindrical lenses are realized as pressure-controlled, filled with immersion liquid membrane lenses. Due to its mechanical properties and optical transparency, aluminum nitride (AlN) was chosen as membrane material for a preferred embodiment. The high strength of AlN makes it possible to design the membrane with a thickness of approximately 500 nm, as a result of which no significant bending effects occur in the edge area of the membrane and the entire central membrane area can be used as an aperture opening without influencing edge deformations. By applying and varying a pressure to the immersion liquid the curvature of the membrane and thus the focal length of the lens are changed.

Eine Herausforderung bestand darin, eine zylindrische Deformation der Membran zu realisieren. Herkömmliche Membranlinsen werden durch runde Membranen realisiert, welche nahezu sphärische Oberflächenprofile erzeugen. Für zylindrische Oberflächenprofile muss die Membranform in einer lateralen Richtung stärker ausgedehnt sein. Theoretisch würde eine Rechteckmembran mit den Seitenlängen a und b, bei der eine Seite unendlich ausgedehnt ist, eine ideale zylindrische Oberflächendeformation im zentralen Bereich der Membran ergeben. Untersuchungen unterschiedlicher Rechteckmembranen zeigen jedoch, dass ab einem Aspektverhältnis von b/a > 4 der Einfluss des Abstandes der kürzeren Rechteckseiten auf die Membrandeformation vernachlässigbar ist.One challenge was to realize a cylindrical deformation of the membrane. Conventional membrane lenses are realized by round membranes, which produce almost spherical surface profiles. For cylindrical surface profiles, the membrane shape must be more extended in a lateral direction. Theoretically, a rectangular membrane with side lengths a and b, with one side infinitely extended, would give ideal cylindrical surface deformation in the central region of the membrane. However, investigations of different rectangular membranes show that the influence of the distance of the shorter sides of the rectangle on the membrane deformation is negligible from an aspect ratio of b / a> 4.

Als Aspektverhältnis wird im Folgenden das Verhältnis der Seitenlängen verstanden, welches im Allgemeinen mit Breite/Höhe angegeben wird.In the following, the aspect ratio is understood to be the ratio of the side lengths, which is generally indicated by width / height.

Ein zylindrisches Oberflächenprofil der Größe a² wird somit durch eine Membrangeometrie b/a = 5 erreicht (siehe 3a), was einer optisch nutzbaren Fläche von 20% der Gesamtfläche der Membran entspricht. Um die Länge der Membran zu minimieren, wurde die Form der Membraneinspannung optimiert. Um den Einflussbereich der Deformation an der Membraneinspannung vom optisch nutzbaren Bereich zu trennen, muss der Randbereich der Membran aufgeweitet werden. Dazu wurde der optisch nutzbare rechteckige Membranbereich durch kreisförmige Randbereiche mit dem Krümmungsradius r erweitert. Für einen Krümmungsradius r = 1.06875·a ergibt sich eine nahezu zylindrische Oberflächendeformation des mittleren Membranbereich (siehe 4) bei gleichzeitig verringertem Aspektverhältnis der Membrangeometrie. Grundsätzlich ist diese Funktionalität auch mit anderen Formen des Randbereichs wie zum Beispiel einer Ellipse oder Freiformlinie realisierbar. Derartige Zylinderlinsen aus Aluminium-Nitrid besitzen eine nutzbare quadratische Aperturöffnung von 3 × 3 mm².A cylindrical surface profile of size a ² is thus achieved by a membrane geometry b / a = 5 (see 3a ), which corresponds to an optically usable area of 20% of the total area of the membrane. In order to minimize the length of the membrane, the shape of the membrane clamping was optimized. In order to separate the area of influence of the deformation at the membrane clamping from the optically usable area, the edge area of the membrane must be widened. For this purpose, the optically usable rectangular membrane area was expanded by circular edge areas with the radius of curvature r. For a radius of curvature r = 1.06875 * a, a nearly cylindrical surface deformation of the middle membrane region results (see 4 ) with simultaneously reduced aspect ratio of the membrane geometry. In principle, this functionality can also be realized with other forms of the edge region, such as, for example, an ellipse or free-form line. Such cylindrical aluminum nitride lenses have a usable square aperture of 3 × 3 mm ² .

Eine Realisierung der Zylinderlinsen mit Polydimethylsiloxan (PDMS) als Membranmaterial, wie bei konventionellen Membranlinsen üblich, ist grundsätzlich möglich. Durch die niedrigere Festigkeit von PDMS muss die Membran jedoch dicker ausgeführt werden, was zu Biegeeffekten und damit Formabweichungen von der Zylinderfläche im Membranrandbereich führt. Das Kriechverhalten von PDSM verringert zudem die Dynamik des optischen Systems.A realization of the cylindrical lenses with polydimethylsiloxane (PDMS) as membrane material, as usual in conventional membrane lenses, is possible in principle. However, due to the lower strength of PDMS, the membrane has to be made thicker, which leads to bending effects and thus deviations in shape from the cylindrical surface in the edge area of the membrane. The creep behavior of PDSM also reduces the dynamics of the optical system.

Der vorgestellte Aufbau ermöglicht eine anamorphotische endlich-endlich-Abbildung und stellt lediglich eine Realisierungsmöglichkeit der anamorphotischen Funktionalität dar. Er besteht aus zwei Baugruppen, in denen je zwei Zylinderlinsen positioniert sind (siehe 5). Dabei sind die Abstände zwischen dem Objekt, den Baugruppen und dem Bild so gewählt, dass mit dem einstellbaren Brennweitenbereich eine Variation des Abbildungsmaßstabes zwischen β' = –0.5 ... –2 erreicht werden kann. Durch Anpassung der Systemparameter und ggf. Einfügen weiterer, auch statischer Bauelemente, ist das System an vielfältige Abbildungsanforderungen anpassbar.The presented structure enables an anamorphic finite-finite mapping and represents only a possibility of realization of the anamorphic functionality. It consists of two subassemblies, in each of which two cylindrical lenses are positioned (see 5 ). The distances between the object, the assemblies and the image are chosen so that with the adjustable focal length range, a variation of the magnification between β '= -0.5 ... -2 can be achieved. By adapting the system parameters and possibly adding further, even static components, the system can be adapted to a variety of imaging requirements.

Innerhalb der Baugruppen sind Kanalstrukturen zur Befüllung mit Immersionsflüssigkeit und Ansteuerung der Membranstrukturen durch Druckbeaufschlagung integriert. Die Realisierung der Baugruppe und Aufnahme der optischen Elemente erfolgt durch ein strukturiertes LTCC-Modul (Low Temperature Cofired Ceramics), welches jedoch nur eine mögliche Realisierungsart darstellt. Durch einen kompakten Aufbau können zwei Zylinderlinsen mit relativ kleinem axialem Abstand zueinander positioniert werden, wodurch sich Bauraum, Bildfehler und Vignettierung sowie Streulicht minimieren lassen. Die zwei Zylinderlinsen innerhalb einer Baugruppe sind jeweils gekreuzt zueinander angeordnet, sodass die jeweils gleich orientierten Zylinderlinsen auf den beiden Baugruppen zum Bildaufbau in einer lateralen Richtung beitragen. Der Durchstimmbereich der Zylinderlinsen und der einzustellende Bereich des Abbildungsmaßstabes legen die geometrischen Abmessungen des Systems fest. Um die Vignettierung an den Aperturöffnung der Zylinderlinsen so gering wie möglich zu halten, ist der Abstand e zwischen den Baugruppen so klein wie möglich zu wählen. Begrenzend wirkt hier die maximal einstellbare Brechkraft der Zylinderlinsen. Die Abstände zwischen dem Objekt und der ersten Baugruppe a₁ und der zweiten Baugruppe und dem Bild a₂ sind so zu wählen, dass der gewünschte Abbildungsmaßstab mit der maximal einstellbaren Brechkraft der Zylinderlinsen zu realisieren ist. In 6 sind die einzustellenden Brennweiten für einen zu realisierenden Abbildungsmaßstab von β' = –2.0 ... –0,5 dargestellt.Within the assemblies channel structures for filling with immersion liquid and control of the membrane structures are integrated by pressurization. The realization of the module and recording of the optical elements is carried out by a structured LTCC module (Low Temperature Cofired Ceramics), which, however, represents only one possible realization. With a compact design, two cylindrical lenses can be positioned with a relatively small axial distance to each other, which minimizes installation space, image aberration and vignetting as well as stray light. The two cylindrical lenses within an assembly are each arranged crossed to one another, so that the respective identically oriented cylindrical lenses on the two assemblies contribute to image formation in a lateral direction. The tuning range of the cylindrical lenses and the range of magnification to be set determine the geometric dimensions of the system. In order to keep the vignetting at the aperture opening of the cylindrical lenses as small as possible, the distance e between the assemblies should be as small as possible. Limiting effect here is the maximum adjustable refractive power of the cylindrical lenses. The distances between the object and the first assembly a ₁ and the second assembly and the image a ₂ are to be chosen so that the desired magnification can be realized with the maximum adjustable refractive power of the cylindrical lenses. In 6 the focal lengths to be set are shown for a magnification of β '= -2.0... -0,5 to be realized.

Durch eine nicht-senkrechte Anordnung der Zylinderlinsen ist auch die Änderung des Abbildungsmaßstabes in beliebigen Richtungen möglich.By a non-perpendicular arrangement of the cylindrical lenses and the change in the magnification in any direction is possible.

Eine Anordnung von mehr als zwei Zylinderlinsen je Baugruppe ermöglicht die Änderung des Abbildungsmaßstabes in mehr als zwei Richtungen. Dies kann insbesondere zur Strahlformung z. B. von Laserstrahlen in beliebig vielen Richtungen genutzt werden.An arrangement of more than two cylindrical lenses per assembly allows the magnification to be changed in more than two directions. This can in particular for beam shaping z. B. be used by laser beams in any number of directions.

Weitere Realisierungsmöglichkeiten wie ein Aufbau zur unendlich-endlich-Abbildung oder afokale Systeme (z. B. vom Galilei- oder Kepler-Typ) sind ebenfalls durch eine entsprechende Anordnung oder Ansteuerung der Baugruppen möglich.Further realization possibilities, such as a structure for infinite finite mapping or afocal systems (eg of the Galilei or Kepler type) are likewise possible by means of a corresponding arrangement or control of the assemblies.

Claims

Anamorphic system with variable magnification in at least two arbitrary directions, characterized in that it comprises a first and a second assembly (A) and (B), wherein the first assembly (A) at least two cylindrical lenses (L _A1 , L _An ) with variable focal lengths and the second assembly (B) comprises at least two cylindrical lenses (L _B1 , L _Bn ) with variable focal lengths and the cylindrical lenses of an assembly are each arranged angularly offset from each other about the optical axis.

Anamorphic system according to claim 1, characterized in that the cylindrical lenses (L _An , L _Bn ) are designed as pressure-controlled, filled with immersion liquid membrane lenses with a cylindrical surface profile.

Anamorphic system according to claim 1 or 2, characterized in that the membrane lenses are made of aluminum nitride and have a rectangular central part with circular or elliptical edge regions.

Anamorphic system according to claim 3, characterized in that the central part has a square shape of size a ² and the radius of curvature r of the edge areas is a × 1.06875.

Anamorphic system according to one of the preceding claims, characterized in that it is integrated in a structured low-temperature cofired ceramics module and the assemblies (A) and (B) channel structures for filling and control of the cylindrical lenses (L _An , L _Bn ) have.

Anamorphic system according to one of the preceding claims, characterized in that the region in which the magnifications are variably adjustable in at least two arbitrary directions, with the distances between the object, the first assembly (A), the second assembly (B) and the image is selectable.

Method for setting the image scales in at least two arbitrary directions with an anamorphic system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the magnifications in at least two arbitrary directions are set independently by changing the focal length of the cylindrical lenses (L _An , L _Bn ).

A method according to claim 7, characterized in that simultaneously with the setting of the image scales in at least two arbitrary directions, the position of the image is kept constant or adjusted.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that the change in the focal length of the cylindrical lenses (L _An , L _Bn ) is realized by pressure change in the membrane lenses.

Use of an anamorphic system according to any one of claims 1 to 6 in a focal system for a finite object and / or image-length imaging or in an afocal system for an infinite object and image-depth imaging.