DE4032443A1 - Objektiv mit abgewinkeltem strahlengang - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv mit abgewin­ keltem Strahlengang.

Bei der Konstruktion optischer Geräte kann es erforder­ lich sein, den Strahlengang im Gerät abzuwinkeln, da sonst vom vorgesehenen Einsatzzweck her bestimmte Forde­ rungen hinsichtlich der Abmessungen des Gerätes nicht eingehalten werden können. Ist beispielsweise für die Konstruktion einer Aufnahmekamera oder eines Sichtge­ rätes eine geringe Bautiefe vorgeschrieben, pflegt man vor oder hinter das Objektiv einen Spiegel oder ein Umklenkprisma zu setzen.

Selbst wenn das Objektiv nur einen mittleren Bildwinkel von beispielsweise 30° aufweist, wird ein vor dem Objek­ tiv angeordneter Spiegel oder Umlenkprisma bereits sehr groß und schwer. Für Objektive mit größeren Bildwinkeln ist daher diese Anordnung nicht geeignet.

Setzt man das Umlenkprisma zwischen die letzte Linse des Objektivs und die Bildebene, so erfordert dies für das abbildende Objektiv eine Spezialkonstruktion mit großer Schnittweite. Ein derartiges Objektiv ist ebenfalls auf­ wendig und groß, besonders dann, wenn in der Bildebene eine fotoempfindliche Schicht angeordnet ist, die auf die Rückseite einer Glasplatte von einigen Millimetern Dicke aufgebracht ist. Auch ist das Prisma bei dieser Lösung immer noch ziemlich groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv mit einem abgewinkelten Strahlengang anzugeben, das bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht einen großen Bildwinkel aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß Anspruch 1 durch ein aus drei hintereinander angeordneten optischen Teil­ systemen bestehendes Objektiv, von denen das mittlere den Strahlengang um einen bestimmten Winkel umlenkt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Lösung, das den Strahlengang umlen­ kende optische Teilsystem an der Stelle der engsten Ein­ schnürung des Strahlenganges im Objektiv anzuordnen, er­ laubt die Verwendung eines sehr kleinen und leichten Prismas zur Strahlumlenkung und vereinfacht die Konstruktion des Objektivs.

Objektive dieser Bauart lassen ein Öffnungsverhältnis bis etwa 1 : 1,1 und einen Bildwinkel bis etwa 40° zu.

Da die polierten Flächen des Prismas unerwünschte Re­ flexe erzeugen können, die dann zu Nebenbildern in der Bildebene führen, ist das Prisma vorteilhafterweise größer dimensioniert als an sich notwendig, so daß zur Verringerung der Reflexe am Prisma geeignete Abschliffe vorgenommen werden können. Dabei darf unter Umständen auch das Bildfeld in Richtung der Abwinklung um bis zu ca. 10° eingeschränkt werden.

Das vor dem Prisma angeordnete objektseitige optische Teilsystem weist mindestens eine Sammellinse und minde­ stens eine zerstreuende Linse auf, vorteilhafterweise ein zerstreuendes Kittglied.

Die in Lichteinfallsrichtung gesehen erste Linse ist dabei eine Sammellinse, der gegebenenfalls weitere Sammellinsen folgen. Dahinter befindet sich das Kitt­ glied. Eine derartige Anordnung von Linsen ist an sich Standard, weist jedoch die Besonderheit auf, daß die erste Linse vorteilhafterweise aus Flintglas hergestellt ist, das eine üblicherweise unerwünschte starke Farbzerstreuung aufweist.

Das bildseitige optische Teilsystem weist in Strahlrich­ tung gesehen eine erste und gegebenenfalls zweite Sam­ mellinse auf, der eine Zerstreuungslinse folgt. Die zweite Sammellinse und die Zerstreuungslinse können auch zu einem Kittglied zusammengefaßt sein. Erfindungsgemäß ist die in Strahlrichtung gesehene zweite Fläche der vorletzten Linse und die erste Fläche der letzten Linse zum Prisma hin gekrümmt, wobei die Krümmung der ersten Fläche der letzten Linse größer oder gleich der Krümmung der zweiten Fläche der vorletzten Linse ist.

Vorteilhafterweise ist die Brennweite des bildseitigen optischen Teilsystems ungefähr drei- bis fünfmal kleiner als die des objektseitigen optischen Teilsystems gewählt.

Dieses Teilsystem engt das vom Objekt kommende Strah­ lenbündel so weit ein, daß es kleiner ist als die Ein­ trittsfläche des Prismas. Es ist zweckmäßig, die nutz­ baren Durchmesser der Eintritts- und Austrittsfläche des Prismas kleiner als das 0,7-fache der Eintrittspupille des Objektivs zu wählen.

Bei Verwendung dieses Objektivs in Verbindung mit einer Bildverstärkerröhre wird üblicherweise das Bild auf dem Leuchtschirm der Röhre mit einem Lupensystem betrachtet. Ein solches Lupensystem besitzt eine Verzeichnung, die an der Lupe selber nur mit großem Aufwand korrigierbar ist. Es ist einfacher, diese Verzeichnung im Objektiv zu kompensieren. Das ist bei den erfindungsgemäßen Objektiven bis zu einer Größe von ca. -10% möglich.

Zwecks Gewichtsersparnis können das Prisma und einzelne Linsen des Objektivs aus Leichtgläsern gefertigt sein.

Mehr noch als bei bekannten Objektiven ist bei der Aus­ legung eines Objektivs mit abgewinkeltem Strahlengang besonders darauf zu achten, daß das Objektiv auch gut herstellbar und montierbar ist. Die in der Bildebene an­ geordnete fotoempfindliche Schicht und ihr Träger haben zusammen mit den dazugehörigen Fassungselementen eine Ausdehnung, die die Abmessungen des eigentlichen Bild­ feldes bedeutend übersteigt. Diese Elemente dürfen den Fassungen für die Linsen des objektseitigen optischen Teilsystems nicht im Wege sein. Besonders kritisch sind die Platzverhältnisse, wenn das Objektiv den Strahlen­ gang um 90° oder mehr ablenkt und der Träger der fotoempfindlichen Schicht eine Glasplatte größerer Dicke ist. Es gilt im allgemeinen die Bedingung, daß der Strahlengang im mittleren optischen Teilsystem größer sein muß als der Radius des Teils des objektseitigen optischen Teilsystems, dessen Abstand vom Umlenkpunkt im mittleren optischen Teilsystem kleiner ist als der Ra­ dius des Trägers.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Die Beispiele sind jeweils für den Spektralbereich von Bildverstärkerröhren ausgelegt.

Es zeigen

Fig. 1 ein fünflinsiges Objektiv mit Umlenk­ prisma; und

Fig. 2 ein siebenlinsiges Objektiv mit Umlenk­ prisma und Glasplatte als Träger für eine strahlungsempfindliche Schicht.

Das Objektiv gemäß Fig. 1 weist in Lichteinfallsrichtung gesehen folgende nacheinander angeordnete optische Bau­ teile auf: Eine erste Sammellinse 10, ein Kittglied 30, ein Prisma 40, eine weitere Sammellinse 50 und eine bi­ konvexe Zerstreuungslinse 70. Das Kittglied enthält eine Sammellinse 31 und eine Zerstreuungslinse 32. Das Prisma 40 lenkt den Strahlengang um 90° um. In der Bildebene des Objektivs ist eine fotoempfindliche Schicht 90 angeordnet.

Der Aufbau des Objektivs gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 durch eine zweite Sammellinse 20 die zwischen der ersten Sammellinse 10 und dem Kittglied 30 angeordnet ist, eine zusätzliche Sammellinse 60, die zwischen der weiteren Sammellinse 50 und der bikonkaven Zerstreuungslinse 70 angeordnet ist sowie durch eine Glasplatte 80, auf deren Rückseite die fotoempfindliche Schicht 90 aufgebracht ist.

Das objektseitige optische Teilsystem besteht aus dem Kittglied 30, der ersten Sammellinse 10 und gegebenen­ falls der zweiten Sammellinse 20. Das bildseitige op­ tische Teilsystem besteht aus der bikonkaven Zerstreuungslinse 70, der weiteren Sammellinse 50 und gegebenenfalls der zusätzlichen Sammellinse 60. Das mittlere optische Teilsystem besteht aus dem Prisma 40.

Die Abstände D zwischen den Oberflächen der einzelnen Linsen und des Prismas, gemessen längs der Mittelachse des Strahlengangs, die Krümmungsradien R der Flächen so­ wie die für die Linsen und das Prisma verwendeten Glas­ sorten sind in den folgenden Tabellen angegeben. Die Zahlenwerte sind dabei auf eine Brennweite von 100 mm bezogen. Die Flächen sind in Lichteinfallsrichtung gesehen fortlaufend durchnumeriert, wobei die Lichteintrittsfläche des Objektivs die Nr. 1 und die Lichtaustrittsfläche der ersten Sammellinse 10 die Nr. 2 trägt, etc. Die Glassorten sind in gleicher Weise bezeichnet wie im Katalog der Firma Schott, Mainz.

Das Objektiv nach Fig. 1 hat ein Öffnungsverhältnis von 1 : 1,6, einen Bildwinkel von 2×15° und ist verzeich­ nungsfrei. Es ist durch die Angaben in Tabelle 1 charakterisierbar.

Das Objektiv nach Fig. 2 hat ein Öffnungsverhältnis 1 : 1,2, einen Bildwinkel von 2×20,5° und 8% Verzeich­ nung. Es ist durch die Angaben in Tabelle 2 charakterisierbar.

Tabelle 1

Tabelle 2

Claims (15)

1. Objektiv mit abgewinkeltem Strahlengang mit drei hintereinander angeordneten optischen Teilsystemen, nämlich einem objektseitigen optischen Teilsystem, einem mittleren optischen Teilsystem, das den Strahlengang um einen bestimmten Winkel umlenkt und einem bildseitigen optischen Teilsystem.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere optische Teil­ system an der Stelle engster Einschnürung des Strahlen­ ganges angeordnet ist.

3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere optische Teil­ system ein Prisma (40) aufweist.

4. Objektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Reflexen am Prisma (40) geeignete Abschliffe vorgenommen sind.

5. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das objektseitige und/oder bildseitige optische Teilsystem je eine oder mehrere Sammellinsen (10, 20, 31; 50, 60) und mindestens eine folgende Zerstreuungslinse (32; 70) aufweisen.

6. Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Sammellinse und die Zerstreuungslinse des objektseitigen optischen Teilsystems zu einem Kittglied (30) zusammengefaßt sind.

7. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das objektseitige optische Teilsystem den Strahlengang auf weniger als etwa das 0,7-fache der Eintrittspupille des Objektivs einschnürt.

8. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Lichteinfallsrichtung gesehen zweite Fläche der vorletzten Linse und die erste Fläche der letzten Linse des bildseitigen optischen Teilsystems zum mittleren optischen Teilsystem hin ge­ krümmt sind, wobei die Krümmung der ersten Fläche der letzten Linse kleiner oder gleich der Krümmung der zwei­ ten Fläche der vorletzten Linse ist.

9. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite des bildsei­ tigen optischen Teilsystems ungefähr drei- bis fünfmal kleiner ist als die des objektseitigen optischen Teil­ systems.

10. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Objektiv eine vorgegebene Verzeichnung eingeführt ist.

11. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bildebene des Objektivs eine fotoempfindliche Schicht (90) angeordnet ist, die auf einen Träger aufgebracht ist.

12. Objektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Glasplatte (80) ist, auf deren Rückseite (in Lichteinfallsrichtung gesehen) die fotoempfindliche Schicht (90) aufgebracht ist.

13. Objektiv nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Trägers vom Umlenkpunkt der Mittelachse des Strahlengangs im mittleren optischen Teilsystem größer ist als der Radius des Teils des objektseitigen optischen Teilsystems, dessen Abstand vom Umlenkpunkt im mittleren optischen Teilsystem kleiner ist als der Radius des Trägers.

14. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die in folgender Tabelle angegebe­ nen Krümmungsradien, Abstände der Oberflächen und die Glassorten der einzelnen optischen Bauteile:

15. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die in folgender Tabelle angegebe­ nen Krümmungsradien, Abstände der Oberflächen und die Glassorten der einzelnen optischen Bauteile: