Objetivo anamórfico anastigmático.

Un objetivo anamórfico anastigmático para el procesamiento de imágenes,

en particular imágenes multidimensionales, en el ámbito de la espectroscopia de resolución espacial,

- que tiene un alto factor anamórfico, es decir, un factor anamórfico mayor que 3,0,

- que comprende varios subconjuntos de lentes,

- en donde un subconjunto refractivo positivo (a), que comprende al menos una lente (1, 2) o un grupo de lentes con simetría de rotación, está dispuesto en el lado de la lente con el fin de reducir los ángulos de campo,

- estando dispuesto un subconjunto óptico central (b) detrás del subconjunto refractivo positivo (a) en la trayectoria del haz para la divergencia del haz en una o más direcciones perpendiculares al eje óptico, al tiempo que se mantienen unos ángulos de campo pequeños,

- en donde el subconjunto óptico central (b) comprende al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) y una lente (4, 5, 6) o grupos de lentes con simetría de rotación, y

- estando dispuesto un subconjunto óptico adicional (c) en el lado de la imagen para estrechar y ampliar la abertura en el eje de divergencia del haz,

- en donde el subconjunto óptico (c) en el lado de la imagen comprende alternativamente al menos un elemento de distorsión anamórfica (9, 12) y al menos una lente (7, 8, 10, 11) o un grupo de lentes con simetría de rotación.

- en donde al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) del subconjunto óptico central (b) es refractivo negativo en al menos una dirección, y

- en donde al menos un triplete de lentes con simetría de rotación (4, 5, 6) está dispuesto después del al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) dentro del subconjunto óptico central (b).

Objetivo anamórfico anastigmático

Estado de la técnica

La invención se refiere a un objetivo anamórfico anastigmático para el procesamiento de imágenes, particularmente imágenes multidimensionales, a medida que se generan y evalúan, por ejemplo en relación con la espectroscopia de resolución espacial.

Utilizando una lente anamórfica, las imágenes de resolución espacial se pueden representar en redes de sensores con diferentes escalas de imágenes laterales.

Un sistema de lentes anamórficas o "lente anamórfica" produce una "imagen distorsionada" por medio de diferentes escalas de imagen en dos direcciones ortogonales. La relación de estas dos escalas de imagen se conoce como la relación de compresión, relación de aspecto, factor anamórfico o factor de lente anamórfica.

Los sistemas de lentes anamórficas se utilizan en el procesamiento de imágenes, principalmente para tomar y proyectar vídeos e imágenes. En estas aplicaciones se tiene en cuenta la percepción visual de las personas desde un punto de vista psicológico y/o debe conseguir utilizarse eficazmente el material fotográfico o los medios de comunicación de datos digital.

La construcción de una lente anamórfica se basa generalmente en un objetivo base con simetría de rotación previamente corregido, que se combina con un o dos objetivos más, comprendiendo cada uno de lentes cilíndricas orientadas de manera uniforme.

De esta manera se conoce, por ejemplo una lente anamórfica compacta de dos piezas para la proyección digital de imágenes producidas electrónicamente (documento DE 10060072) . La disposición básica comprende un objetivo anamórfico frontal que cuenta con dos subcomponentes cilíndricos que presentan un índice de refracción elevado en la dirección horizontal y un objetivo de proyección esférico en el centro, y una lente anamórfica almacenada con una o varias lentes cilíndricas con un índice de refracción reducido en la dirección vertical y una longitud focal negativa.

Se conoce otra disposición de tres piezas, por ejemplo para la toma de fotografías con una cámara de proceso en la industria de la impresión (documento US 3871748) , en el que están dispuestos dos sistemas de lentes cilíndricas afocales por delante y por detrás respectivamente de una lente con simetría de rotación En la teoría, se describen otras combinaciones de objetivos esféricos y cilíndricos, en el que las unidades cilíndricas y esféricas con simetría de rotación se corrigen entre sí sin depender unas de las otras.

Asimismo, el documento US 5671093 A describe un procedimiento habitual en el diseño de lentes anamórficas, a saber, para disponer dos objetivos con simetría de rotación idénticos del lado de la imagen y el objetivo y luego para proyectar un subconjunto central cilíndrico afocal.

El documento DE 19650724 A1 muestra un sistema de lentes fotográficas con diferente ampliación vertical y horizontal, es decir, un sistema de lentes anamórficas, con lentes anamórficas sucesivas.

Una patente (documento DE 19911862 C1) se diferencia de esta práctica de diseño, y en particular de una fundamentada en un objetivo base corregido automáticamente. Aquí, sistemas de lentes cilíndricas "convencionales" se combinan con objetivos base esféricos especiales, que todavía presentan aberraciones que no han sido corregidas, y que, junto con las aberraciones de los objetivos cilíndricos, mejoran la calidad de la imagen.

Además, se describe un juego anamórfico auxiliar para fines de grabación y reproducción (documento DE 4104684 C1) , que comprende un grupo de lentes que abarca tanto las superficies esféricas como las cilíndricas.

Aparte, se conoce un convertidor anamórfico adecuado para la conversión de un formato de película digital 16:9

(1, 78:1) al convencional 2, 35:1 con una relación de compresión o aspecto de 1, 252:0, 947 (factor anamórfico 1, 322) , evitando, en gran parte, la formación de elipses (documento US 6.995.920 B2) .

Todos estos ejemplos y principios tienen en común que los subsistemas individuales están configurados inicialmente independientemente unos de otros, y que las relaciones de compresión o aspecto (factores anamórficas) de 1, 3:1 (1, 3) hasta 2:1 (2) no se sobrepasan sustancialmente, o que, durante la conversión, las relaciones de aspecto en la dirección opuesta de 1:1, 3 (0, 77) hasta 1:2 (0.5) no se alcanzan sustancialmente. Mientras que se pretende corregir las aberraciones y el astigmatismo, solo es posible limitarlas mediante la observación independiente relativa de los sistemas individuales. Los requisitos extraordinariamente elevados en su conjunto que resultan, por ejemplo, de la espectroscopia de resolución espacial en el comportamiento de la imagen de la lente anamórfica en combinación 65 con una imagen bien corregida, ya no permiten, con el diseño de algunos sistemas, seguir el procedimiento convencional adaptado al estado de desarrollo actual de la técnica. La figura 5 representa el principio de la

espectroscopia de resolución espacial reconocido. Aquí, en general, las fotografías de los elementos superficiales situados en una zona de objeto (fig. 5, fuera a la izquierda) deben reproducirse en imágenes espectrales bidimensionales de tal manera que una dirección constituye la resolución espacial y, ortogonal a la misma y la segunda dirección representa la resolución espectral (fig. 5, fuera a la derecha) . La imagen se procesa de forma pertinente para una evaluación rápida en una lente de dispersión dispuesta entre los elementos superficiales y una matriz de sensores representada a modo de cuadrícula, que también incluye un objetivo anamórfico.

En función de la óptica que produce la imagen espectral, ambas direcciones ocupan escalas de imágenes muy diferentes y deben representarse para la siguiente evaluación, por ejemplo, en la matriz de sensores con una geometría fija. Las diferentes escalas de imagen de la imagen espectral y la representación de este tipo de imágenes espectrales multidimensionales en redes de sensores que difieren notablemente en términos de las dos dimensiones de anchura y altura, dan lugar a grandes dificultades en el diseño de la lente anamórfica correspondientemente necesario.

Invención y beneficios de la misma

En contraposición, el objetivo anamórfico anastigmático conforme a la invención con las características de la reivindicación de patente 1, tiene la ventaja de estar diseñado de acuerdo con los exigentes requisitos derivados de la espectroscopia de resolución espacial.

Como difiere de los objetivos de diseño convencionales para lentes anamórficas conocidos hasta ahora de la técnica anterior, las siguientes ventajas primarias de acuerdo con la invención se consiguen con respecto a las propiedades de formación de imágenes:

1. Relaciones de compresión o de aspecto (factor anamórfico) de hasta 8:1

2. Una abertura en el lado de la imagen en la dirección comprimida de > 0, 8

3. Telecentricidad en el lado del objetivo en ambos acimutes (x/z y el plano y/z, figura 3) 30

4. Acromasia de la lente anamórfica través de un gran rango de longitud de onda (en las regiones visibles y/o infrarrojas)

5. Astigmatismo por medio de superficies planas en la sección imagen 35

6. En relación a la apertura de la línea larga de intersección

7. Aberraciones esféricas bien corregidas y astigmatismo

8. En ambos acimutes de las escalas de imagen finales Definiciones:

Los componentes ópticos indicados en el texto a continuación como "distorsión de elementos ópticos" e ilustrados en 45 la fig. 3 de la forma de realización están típicamente se refiere también a las lentes como cilíndricas, y las superficies ópticamente eficaces A1 y A2 de los mismos se hace referencia a superficies como cilíndricas. En lo sucesivo, se disponen superficies que tienen un trazado de curva asférico en un plano (aquí en el plano z/y) y como en el caso de las lentes cilíndricas esféricas, que tienen una curvatura de cero en un plano ortogonal, así como también se representa mediante B2 de acuerdo con la fig. 4 del ejemplo de ejecución, donde se refieren como superficies 50 cilíndricas y los elementos ópticos de acuerdo con la fig. 4 del ejemplo de ejecución con al menos una dicha superficie B2 se denominan lentes cilíndricas asféricas.

Cuando se hace referencia en lo sucesivo a una superficie tórica como elemento de distorsión, significa que el poder de refracción del elemento óptico varía con el acimut alrededor del eje óptico. El significado del término no se limita a 55 la aplicación habitual con diferentes radios de curvatura en direcciones ortogonales... [Seguir leyendo]

1. Un objetivo anamórfico anastigmático para el procesamiento de imágenes, en particular imágenes multidimensionales, en el ámbito de la espectroscopia de resolución espacial, -que tiene un alto factor anamórfico, es decir, un factor anamórfico mayor que 3, 0, -que comprende varios subconjuntos de lentes, -en donde un subconjunto refractivo positivo (a) , que comprende al menos una lente (1, 2) o un grupo de lentes con simetría de rotación, está dispuesto en el lado de la lente con el fin de reducir los ángulos de campo, -estando dispuesto un subconjunto óptico central (b) detrás del subconjunto refractivo positivo (a) en la trayectoria del haz para la divergencia del haz en una o más direcciones perpendiculares al eje óptico, al tiempo que se mantienen unos ángulos de campo pequeños, -en donde el subconjunto óptico central (b) comprende al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) y una lente (4, 5, 6) o grupos de lentes con simetría de rotación, y -estando dispuesto un subconjunto óptico adicional (c) en el lado de la imagen para estrechar y ampliar la abertura en el eje de divergencia del haz, -en donde el subconjunto óptico (c) en el lado de la imagen comprende alternativamente al menos un elemento de distorsión anamórfica (9, 12) y al menos una lente (7, 8, 10, 11) o un grupo de lentes con simetría de rotación.

- en donde al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) del subconjunto óptico central (b) es refractivo negativo en al menos una dirección, y -en donde al menos un triplete de lentes con simetría de rotación (4, 5, 6) está dispuesto después del al menos un elemento de distorsión anamórfica (3) dentro del subconjunto óptico central (b) .

2. El objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el triplete está dispuesto aproximadamente en el centro del objetivo.

3. El objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de distorsión anamórfica (3, 9, 12) comprenden materiales que tienen un alto índice de refracción n, es decir, n > 1, 7.

4. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al menos uno de los elementos de distorsión anamórfica (3, 9, 12) del subconjunto óptico central (b) y del subconjunto óptico (c) en el lado de la imagen comprende al menos una lente cilíndrica, cuyas dos superficies tóricas (A1, A2) están dispuestos en direcciones ortogonales (x, y) perpendiculares al eje óptico (z) y se calculan de acuerdo con la ecuación 1

** (Ver fórmula) **

en donde: C = curvatura y = coordenada superficial z = coordenada en la dirección del eje óptico.

5. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado 55 porque al menos uno de los elementos de distorsión anamórfica (3, 9, 12) del subconjunto óptico central (b) y del subconjunto óptico (c) en el lado de la imagen comprende al menos una lente cilíndrica asférica, es decir, al menos una de las dos superficies tóricas (B1, B2) está dispuesta en direcciones ortogonales (x, y) perpendiculares al eje óptico (z) y se calcula de acuerdo con las fórmulas de superficie para lentes asféricas.

6. El objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el cálculo de la al menos una superficie tórica (B1, B2) se lleva a cabo de acuerdo con la fórmula de superficie 9

** (Ver fórmula) **

en donde: 5 C = curvatura y = coordenada superficial 10 z = coordenada en la dirección del eje óptico An = coeficiente asférico K = constante cónica. 15

7. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos una de las lentes con simetría de rotación en los subconjuntos ópticos (a, b, c) es asférica.

8. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado 20 porque todos los elementos de distorsión (3, 9, 12) son lentes cilíndricas asféricas.

9. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 u 8, caracterizado porque:

el subconjunto refractivo positivo (a) comprende dos lentes esféricas positivas (1, 2) , el subconjunto óptico central (b) comprende una lente cilíndrica asférica (3) refractiva negativa en una dirección y un triplete asférico positivo, y el subconjunto óptico (c) en el lado de la imagen comprende dos lentes positivas esféricas (7, 8) , una lente cilíndrica asférica (9) , dos lentes esféricas positivas (10, 11) y una lente cilíndrica asférica (12) , en esta secuencia. 30

10. Un objetivo anamórfico anastigmático de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el objetivo tiene los siguientes parámetros:

N.º de superficie Radio Distancias Índices de refracción Observaciones

-333, 30 2, 75 1, 595

-37, 82 1, 00 Aire

58, 15 2, 46 1, 755

132, 20 8, 06 Aire

0, 00 1, 50 1, 850 * Superficie cilíndrica

25, 48 23, 31 Aire ** Superficie cilíndrica asférica

23, 50 6, 75 1, 595

-27, 48 0, 00 Aire

-27, 48 1, 40 1, 850

22, 45 4, 23 Aire

34, 80 6, 50 1, 595

-32, 70 42, 14 Aire

18, 79 5, 50 1, 595

15, 28 2, 12 Aire

23, 75 5, 64 1, 850

48, 24 1, 00 Aire

20, 77 3, 80 1, 850 ** Superficie cilíndrica asférica

61, 70 1, 20 Aire * Superficie cilíndrica

20 21 22 23 24 27, 46 15, 50 15, 50 100, 00 7, 06 27, 21 1, 50 0, 00 2, 50 0, 35 3, 00 1, 850 Aire 1, 595 Aire 1, 850 ** Superficie cilíndrica asférica * Superficie cilíndrica

N.º de superficie K A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

1, 94E+00 3, 00E-05 -7, 40E-07 -2, 24E-07 5, 45E-09 0, 00E+00 0, 00E+00 0, 00E+00 0, 00E+00

7, 93E-01 6, 13E-05 -3, 03E-06 -4, 47E-08 6, 03E-10 0, 00E+00 0, 00E+00 0, 00E+00 0.00E+00

-2, 57E-01 -1, 12E-03 1, 05E-04 -2, 26E-06 2.06E-08 0, 00E+00 0, 00E+00 0, 00E+00 0, 00E+00