DE102007039851A1

DE102007039851A1 - Optisches System

Info

Publication number: DE102007039851A1
Application number: DE200710039851
Authority: DE
Inventors: Anreas Obrebski
Original assignee: Carl Zeiss Surgical GmbH
Current assignee: Obrebski Andreas Dr De
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-02-26

Abstract

Ein Vergrößerungswechsler 1 weist Linsenpaare 2, 3; 4, 5 und 6, 7 auf, die an einem Träger 9 im Wesentlichen auf einer Kreislinie U angeordnet sind. Der Durchmesser des Kreises U entspricht dem Abstand der zusammengehörigen Linsen 2, 3, 4, 5, 6 und 7 der Linsenpaare 2, 3; 4, 5 und 6, 7. Der Träger 9 ist um eine zentrale Achse A, die den Mittelpunkt des Kreises U bildet, drehbar angeordnet. Die Achse A ist parallel zu den zentralen (optischen ) Achsen a2, a3, a4, a5, a6 und a7 der Linsen ausgerichtet. Der Eintrittsstrahl S1 verläuft durch die erste Linse 2, der Austrittsstrahl S2 durch die zweite Linse 3. Zwischen der ersten und zweiten Linse 2, 3 weist die Vorrichtung 1 ein Spiegelprisma 8 auf, mittels dessen der zwischen den Linsen 2 und 3 verlaufende Strahlengang gefaltet ist, d. h. der Strahlengang eines durch die Anordnung 1 laufenden Strahls wird mehrfach umgelenkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft der Strahlengang S durch die Linse 2, wird schließlich um jeweils um 90° an Reflexionsflächen des Spiegelprismas 8 reflektiert und verläuft anschließend durch die parallel zur ersten Linse 2 angeordnete zweite Linse 3. Durch eine Rotation des Trägers 9 um die zentrale Achse A können die Linsenpaare 4, 5 oder 6, 7 an die Stelle des Linsenpaars 2, 3 in den Strahlengang bewegt und dort angeordnet werden. Durch eine geeignete Auswahl und Anordnung der in den Strahlengang gebrachten Linsen kann für jedes Linsenpaar eine bestimmte Vergrößerung ...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft: ein optisches System, umfassend wenigstens eine Eintrittspupille und wenigstens eine Austrittspupille, wenigstens einen Strahlengang für den Durchtritt optischer Strahlung durch das optische System. insbesondere wenigstens zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille, wenigstens ein erstes optisches Element, und einen Mechanismus, der zum Einbringen des ersten optischen Elements in den Strahlengang und/oder zum Entfernen des optischen ersten Elements aus dem Strahlengang betätigbar ist.
STAND DER TECHNIK
In einer Reihe von optischen Anwendungen ist es erforderlich, den Vergrößerungsfaktor eines Abbildungssystems kontinuierlich oder in diskreten Schritten einzustellen.
Zur kontinuierlichen Einstellung werden bekanntermaßen Vario-Objektive eingesetzt. Für eine diskontinuierliche Änderung der Vergrößerung eines Abbildungssystems (oder zu einer Kombination einer kontinuierlichen mit einer diskontinuierlichen Größenveränderung), beispielsweise im Zusammenhang mit einer Kopflupe, kann ein in der 1 dargestellter Vergrößerungswechsler 1 eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um einen Galileiwechsler mit einem linearen Strahlengang S, angedeutet durch die Pfeile S. Im Strahlengang sind in einem vorgegebenen Abstand zueinander eine erste Linse 2 und eine zweite Linse 3 positioniert. Durch eine geeignete Auswahl und Anordnung der Linsen 2 und 3 wird eine bestimmte Vergrößerung eines Objekts erreicht.
Zur Veränderung der Vergrößerung weist der Vergrößerungswechsler weitere Linsenpaare 4, 5 und 6, 7 auf. Die zentralen Achsen a_i jeweils zueinander gehörender Linsenpaare sind auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet. Zudem sind die Achsen a_i sämtlicher Linsen i (i = 2, 3, 4, 5, 6, 7) radial zum Mittelpunkt eines Kreises U ausgerichtet, auf dem die Linsen i angeordnet sind.
Die gesamte Anordnung 1 ist um eine durch den Mittelpunkt verlaufende Rotationsachse A drehbar, wie durch den Pfeil R angedeutet. Die zentralen Achsen aller Linsen i sind in einer Drehebene des Galilei-Wechslers 1 angeordnet. Durch eine Drehung R können, alternativ zum Linsenpaar 2, 3, entweder das Linsenpaar 4, 5 oder das Linsenpaar 6, 7 in den Strahlengang S gebracht werden. Durch eine geeignete Auswahl von Linsenpaaren kann somit eine gewünschte Vergrößerung eingestellt werden.
Nachteilhaft an bekannten Anordnung sind der hohe Platzbedarf und die geringe Flexibilität beim Aufbau, da zwischen den Linsen eines zusammengehörigen Linsenpaars ein für die gewünschte Vergrößerung erforderlicher Mindestabstand eingehalten werden muss.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein platzsparendes optisches System bereitzustellen, mittels dessen die Vergrößerung eines abgebildeten Objekts in diskreten Schritten einstellbar ist.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines optischen Systems gemäß dem Anspruch 1. Merkmale bevorzugter Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße optische System umfasst wenigstens eine Eintrittspupille und wenigstens eine Austrittspupille, wenigstens einen Strahlengang für den Durchtritt optischer Strahlung durch das optische System, insbesondere wenigstens zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille, wenigstens ein erstes optisches Element, und einen Mechanismus, der zum Einbringen des ersten optischen Elements in den Strahlengang und/oder zum Entfernen des optischen ersten Elements aus dem Strahlengang betätigbar ist, wobei das optische System eine Einrichtung aufweist, die zum Falten des Strahlengangs zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille ausgebildet ist.
Das optische System ist vorzugsweise ein Vergrößerungswechsler mit signifikant reduziertem Platzbedarf. Durch das Falten des Strahlengangs zwischen den Pupillen Linsen wird die zur Vergrößerung (oder Verkleinerung) eines Objekts notwendige Strecke zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille bereitgestellt. Die Eintrittspupille begrenzt das in das optische System einfallende Strahlenbündel. Sie kann bei der vorliegenden Anordnung mit einer Eintrittslinse identisch sein, die Austrittspupille mit einer Austrittslinse. Die Austrittspupille ist der Eintrittspupille bildseitig konjugiert. Das Falten des Strahlengangs wird durch ein insbesondere mehrfaches Umlenken des Strahls zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille bewerkstelligt. Dadurch kann die Größe der Anordnung reduziert werden, wodurch sich die Anordnung auch zum Einbau in moderne Geräte eignet.
Unter optischer Strahlung wird jede elektromagnetische Strahlung, je nach Anwendung im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich, verstanden. Entsprechend werden geeignete optische Elemente eingesetzt. Als optische Elemente kommen dabei Linsen, Linsensysteme, Spiegel, Kristalle, usw. in Frage. In der weiteren Beschreibung wird der Begriff „Linse" zum Teil stellvertretend für „optisches Element" verwendet. Die optische Strahlung, die den Strahlengang bestimmt, kann als mehr oder weniger linearer Zentralstrahl, als mit beliebiger Eintrittsrichtung in das System und durch das System hindurch tretender Strahl, oder als Strahlenbündel im Strahlengang zwischen einem Objekt und dem vergrößerten Bild verlaufen. Die Eintrittspupille und die Austrittspupille werden in der Regel durch Linsen bestimmt, durch die und zwischen denen der Strahlengang verläuft.
Der Austauschmechanismus kann eine um eine Achse drehbare Anordnung von Linsen bzw. Linsensystemen sein. Die Linsen bzw. Linsensysteme sind dabei auf einem Kreis angeordnet. Allerdings sind die zentralen Achsen der Linsenpaare nicht zwangsläufig fluchtend und in Richtung des Mittelpunkts des Kreises weisend ausgerichtet, sondern so, dass ein einfallender Lichtstrahl durch eine Eintrittslinse hindurch tritt und über die Einrichtung zum Falten des Strahlengangs zu einer Austrittslinse geführt wird.
Die Einrichtung zum Falten des Strahlengangs kann beispielsweise ein Spiegelprisma oder eine Anordnung mehrerer Spiegelprismen sein. Jedenfalls umfasst die Einrichtung eines oder mehrere Umlenkelemente, die zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille angeordnet sind und den durch das System tretenden Lichtstrahl wenigstens einmal, insbesondere aber mehrmals, umlenken. Dadurch wird ein „gefalteter" Strahlengang realisiert, der bei gleicher optischer Weglänge weniger Platz einnimmt und dessen Aufbau und Dimensionierung flexibel für eine bestimmte Anwendung angepasst werden kann.
Vorzugsweise umfasst das optische System wenigstens ein zweites optisches Element, und der Mechanismus ist ein Austauschmechanismus, der zum Austausch des ersten optischen Elements mit dem zweiten optischen Element betätigbar ist, derart, dass entweder das erste optische Element oder das zweite optische Element im Strahlengang angeordnet ist. Mittels des Austauschmechanismus kann somit gewählt werden, ob eine Linse und welche Linse eingesetzt werden soll, um eine gewünschte Vergrößerung einzustellen.
Das optische System weist insbesondere wenigstens ein drittes optisches Element auf, das zusammen mit dem ersten optischen Element oder dem zweiten optischen Element im Strahlengang angeordnet ist.
Das dritte optische Element kann beispielsweise eine weitere Linse oder ein weiteres Linsensystem sein, die zusammen mit der ersten oder der zweiten Linse eine Vergrößerungsoptik bildet. Die Linsen können längs des Strahlengangs in einem definierten Abstand positioniert sein. Der gefaltete Strahlengang erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten oder zweiten, und dem dritten optischen Element.
Das optische System kann zudem einen Mechanismus aufweisen, der zum Einbringen des dritten optischen Elements in den Strahlengang und/oder zum Entfernen des dritten optischen Elements aus dem Strahlengang betätigbar ist, insbesondere zum Austausch des dritten optischen Elements mit einem vierten optischen Element derart, dass entweder das dritte optische Element oder das vierte optische Element im Strahlengang angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann somit sowohl die Eintrittslinse als auch die Austrittslinse des optischen Systems durch die Betätigung eines Austauschmechanismus ausgetauscht werden. Der gefaltete Strahlengang erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten oder zweiten, und dem dritten oder vierten optischen Element.
Bevorzugt sind die zentralen Achsen der optischen Elemente im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die zentrale Achse entspricht im Wesentlichen der optischen Achse des optischen Elements.
Der Mechanismus weist insbesondere einen bewegbaren, in der Regel einen rotierbaren Träger auf, der die optischen Elemente trägt. Auch bei einem Galileiwechsler wird ein rotierbarer Träger verwendet. Am Träger sind gegenüber liegend zusammengehörige Linsenpaare in kreisförmiger Anordnung angeordnet. Allerdings muss dieser Träger einen Durchmesser aufweisen, der wenigstens dem für die gewünschte Vergrößerung notwendigen Abstand zwischen den Linsen entspricht. Da gemäß der vorliegenden Erfindung der Strahlengang gefaltet wird, kann der Durchmesser des kreisförmigen Trägers im erfindungsgemäßen System wesentlich reduziert werden. Außerdem ist die Anordnung einer Eintrittslinse relativ zu der ihr zugehörigen Austrittslinse nicht darauf beschränkt, dass die Linsen möglichst exakt auf einer Linie in einem linearen Strahlengang liegen. Vielmehr bestehen Variationsmöglichkeiten, beispielsweise eine Ausrichtung der Linsenachsen zusammengehöriger Linsen parallel beabstandet zueinander an einem Trägerumfang.
Der Träger kann um eine Rotationsachse rotierbar sein, die im Wesentlichen parallel zu den zentralen Achsen der optischen Elemente angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können jeweils zwei einander zugeordnete Linsen, die in jeweils gleichen Abständen zueinander angeordnet sind, in den Strahlengang gebracht werden. Ein Austausch der Linsen und damit eine Änderung der Vergrößerung des Abbildungssystems erfolgt durch eine Rotation des Trägers. Prinzipiell kann jedoch auch jedes Linsenpaar durch eine Rotation um eine Achse, die senkrecht oder schräg zur optischen Achse der Linsen angeordnet ist, bewerkstelligt werden. Zudem ist es denkbar, eine lineare Translationsbewegung durchzuführen, um ein gewünschtes Linsenpaar in den Strahlengang zu bringen.
Insbesondere sind das erste optische Element, das zweite optische Element, das dritte optische Element und das vierte optische Element entlang eines Umfangs um die Rotationsachse am Träger angeordnet. Beim Umfang handelt es sich in der Regel um einen Kreisumfang um die Rotationsachse des rotierbaren Trägers. Die Linsen sind somit entlang einer Kreislinie angeordnet. Durch die Drehung um die Rotationsachse wird eine zweite Linse statt einer ersten Linse in den Strahlengang gebracht. Durch dieselbe Bewegung kann eine vierte Linse statt einer dritten Linse in den Strahlengang gebracht werden.
Die Einrichtung zum Falten umfasst vorzugsweise wenigstens ein Ein- oder Mehrfach-Umlenkelement. Dabei kann es sich um eine Spiegelanordnung, ein Spiegelprisma, o. ä. handeln. Durch das Spiegelprisma wird der Strahl zweimal um 90° umgelenkt, somit also um beispielsweise insgesamt 180° abgelenkt. Durch die Ablenkung tritt die optische Strahlung entgegengesetzt zur Eintrittsrichtung aus dem optischen System aus. Bei dieser Anordnung ist es möglich, die Eintrittslinsen und die zugehörigen Austrittslinse in einer Rotationsebene anzuordnen.
Beim Einsatz zweier Spiegelprismen finden zwei Ablenkungen um 90° im ersten Spiegelprisma, und zwei weitere 90°-Ablenkungen im zweiten Spiegelprisma statt. Damit ergibt sich insgesamt eine Ablenkung des Strahlengangs um 360° zwischen der Eintrittslinse und der Austrittslinse. Die Eintrittsrichtung der optischen Strahlung entspricht somit im Wesentlichen der Austrittsrichtung der optischen Strahlung. Die Eintrittsflächen der beiden Spiegelprismen weisen etwa in entgegengesetzte Richtung. Die Spiegelprismen sind auf unterschiedlichen Seiten der Rotationsebene angeordnet.
Durch den Einsatz mehrerer Umlenkelemente kann der Strahlengang mehrfach um beispielsweise 180° umgelenkt und somit gefaltet werden. Durch jede weitere Faltung des Strahlengangs, beispielsweise durch eine Multiplikation der Anordnung entgegengesetzt ausgerichteter Spiegelprismen kann der optische Weg zwischen der Eintritts- und der Austrittslinse so oft gefaltet werden, dass der Vergrößerungswechsler äußerst kompakt aufgebaut werden kann. Insbesondere umfasst die Einrichtung zum Falten wenigstens ein, vorzugsweise zwei, vorzugsweise drei, Spiegelprismen.
Das optische System kann zusätzlich zu den optischen Elementen wenigstens eine Variolinse aufweisen, die im Strahlengang des optischen Systems angeordnet ist. Die Variolinse kann beispielsweise im Strahlengang vor der ersten oder zweiten Linse (Eintrittslinse) oder hinter einer Austrittslinse angeordnet sein. Auf diese Weise kann zusätzlich zur diskreten Vergrößerungseinstellung eine kontinuierliche Größeneinstellung durchgeführt werden. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann die Vergrößerung insgesamt in einem weiten Bereich variiert werden.
Im Fall des Einsatzes einer einzigen Variolinse muss wenigstens die Eintrittslinse oder die Austrittslinse des optischen Systems entlang des Strahlengangs relativ zur Einrichtung zum Falten des Strahlengangs bewegbar sein. Jedenfalls muss eine Veränderung der Weglänge zwischen der Eintrittslinse und der Austrittslinse durchgeführt werden können. Dies kann unter anderem auch durch eine Beweglichkeit der Einrichtung zum Falten des Strahlengangs oder eines Teils der Einrichtung erreicht werden. In dieser Ausführungsform kann bei gleicher Verschiebung gegenüber dem Linsensystem eine größere optische Weglängenvariation realisiert werden. Es können auch zwei (oder mehrere) Variolinsen im Strahlengang angeordnet sein, die erste beispielsweise vor der Eintrittslinse und die zweite hinter der Austrittslinse.
Insbesondere ist wenigstens ein optisches Element parallel zu seiner zentralen Achse relativ zur Einrichtung zum Falten bewegbar angeordnet.
Vorzugsweise weist das optische System wenigstens ein fünftes optisches Element, und einen Mechanismus zum Einbringen des fünften optischen Elements in den Strahlengang des optischen Systems und/oder zum Entfernen des fünften optischen Elements aus dem Strahlengang des optischen Systems auf. Beispielsweise kann dieses weitere optische Element eine Linse sein, die im Strahlengang zwischen zwei Umlenkelementen, beispielsweise zwischen zwei Spiegelprismen, im Strahlengang angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können sämtliche Linsen im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet werden.
Das optische System kann zudem wenigstens ein sechstes optisches Element, und einen Mechanismus aufweisen, der zum Einbringen des sechsten optischen Elements in den Strahlengang des optischen Systems und/oder zum Entfernen des sechsten optischen Elements aus dem Strahlengang des optischen Systems betätigbar ist. Beispielsweise können das fünfte optische Element zwischen einem ersten Umlenkelement und einem zweiten Umlenkelement, und das sechste optische Element zwischen dem zweiten Umlenkelement und einem dritten Umlenkelement im Strahlengang angeordnet sein.
In einer besonderen Ausführungsform kann das optische System einen ersten Träger aufweisen, an dem das erste optische Element, das zweite optische Element und das dritte optische Element angeordnet sind, und einen mit dem ersten Träger konzentrisch angeordneten zweiten Träger, an dem das fünfte optische Element und/oder das sechste optische Element angeordnet sind.
Das optische System kann zusätzlich wenigstens ein Filterrad, einen Filter, einen Abschwächer, eine Linse, ein DOE (Diffraktives Optisches Element), einen Spiegel und/oder ein Prisma umfassen.
Eine erfindungsgemäße digitale Kamera umfasst ein Objektiv, einen Kamerachip, und ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das optische System ist zwischen dem Objektiv und dem Kamerachip im Strahlengang angeordnet.
Durch die Einrichtung zum Falten der optischen Strahlung werden die durch das optische System hindurch laufenden Lichtstrahlen praktisch in einer Zickzack-Linie durch das Innere des optischen Systems hindurchgeführt. Damit wird mit geringerem Bauraum die gleiche Vergrößerung erzielt, wie mit herkömmlichen Galilei- oder Kegler-Wechslern. Gegenstand der Erfindung sind sowohl Galileo- als auch Kegler-Wechsler mit gefaltetem Strahlengang, die auch in modernen Anwendungen platzsparend eingesetzt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren deutlich. Es zeigen die
1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Galilei-Wechsler;
2a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vergrößerungswechslers in einer Draufsicht;
2b die Ausführungsform aus der 2a in einer Schnittansicht;
3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vergrößerungswechslers in einer Schnittansicht;
4 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vergrößerungswechslers in einer Schnittansicht;
5 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen vergrößerungswechslers in einer Schnittansicht;
6a eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen vergrößerungswechs1ers in einer Schnittansicht;
6b eine erste Variante der Ausführungsform gemäß der 6a in einer Draufsicht;
6c eine zweite Variante der Ausführungsform gemäß der 6a in einer Draufsicht;
7 ein Anwendungsbeispiel für den Vergrößerungswechsler; und
8 ein weiteres Anwendungsbeispiel für den Vergrößerungswechsler.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In der 2a ist ein erfindungsgemäßer Vergrößerungswechsler 1 in einer Draufsicht, in der 2b in einer Schnittansicht durch eine in der 2a mit Pfeilen angedeutete Ebene dargestellt.
Der Vergrößerungswechsler weist Linsenpaare 2, 3; 4, 5 und 6, 7 auf, die an einem Träger 9 im Wesentlichen auf einer Kreislinie U angeordnet sind. Der Durchmesser des Kreises U entspricht dem Abstand der zusammengehörigen Linsen 2, 3, 4, 5, 6 und 7 der Linsenpaare 2, 3; 4, 5 und 6, 7. Der Träger 9 ist um eine zentrale Achse A, die den Mittelpunkt des Kreises U bildet, drehbar angeordnet. Die Achse A ist parallel zu den zentralen (optischen) Achsen a₂, a₃, a₄, a₅, a₆, und a₇ der Linsen ausgerichtet.
Der Eintrittsstrahl S₁ verläuft durch die ersten Linse 2, der Austrittsstrahl S₂ durch die zweite Linse 3. Zwischen der ersten und zweiten Linse 2, 3 weist die Vorrichtung 1 ein Spiegelprisma 8 auf, mittels dessen der zwischen den Linsen 2 und 3 verlaufende Strahlengang, angedeutet durch die Pfeile S, gefaltet ist, d. h. der Strahlengang eines durch die Anordnung 1 laufenden Strahls verläuft in wechselnden Richtungen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft der Strahlengang S durch die Linse 2, wird schließlich um jeweils um 90° an einer Reflexionsfläche 8a und 8b des Spiegelprismas 8 reflektiert und verläuft anschließend durch die parallel zur ersten Linse 2 angeordnete zweite Linse 3.
Durch eine Rotation des Trägers 9 um eine zentrale Achse A können die Linsenpaare 4, 5 oder 6, 7 an die Stelle des Linsenpaars 2, 3 in den Strahlengang bewegt und dort angeordnet werden. Durch eine geeignete Auswahl und Anordnung der in den Strahlengang gebrachten Linsen kann für jedes Linsenpaar eine bestimmte Vergrößerung eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die 3. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 2a, 2b gezeigten Ausführung lediglich darin, dass zusätzlich zwei Variolinsen (Linsen variabler Brechkraft) 10 und 11 vorgesehen sind. Die erste Variolinse 10 ist im Strahlengang S₁ vor der ersten Linse 2, die zweite Variolinse 11 im Strahlengang S₂ hinter der zweiten Linse 3 angeordnet. Auf diese Weise kann eine quasi kontinuierliche Vergrößerungsänderung erreicht werden.
Bei der Verwendung nur einer Variolinse 10 oder 11 im Vergrößerungswechsler 1 müsste wenigstens eine Linse 2 oder 3 des Wechslers beweglich entlang des Strahlengangs S angeordnet sein, um eine kürzere oder längere Weglänge zwischen den Linsen 2 und 3 einzustellen. Alternativ dazu könnte, wie in der 3 durch den Doppelpfeil B angedeutet, das Spiegelprisma 8 bewegbar angeordnet sein, um die optische Weglänge zwischen den Linsen 2 und 3 einstellen zu können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt die 4. Der Vergrößerungswechsler 1 weist zwei Linsen 2 und 3 auf, zwischen denen der Strahlengang S an zwei Spiegelprismen 8' und 8'' jeweils zweimal um einen Winkel von 90° reflektiert wird. Der einfallende Strahl S₁ und der ausfallende Strahl S₄ verlaufen somit in gleicher Richtung. Die Spiegelprismen 8' und 8'' sind symmetrisch zur Achse A angeordnet.
Da sich die Drehachse A des rotierbaren Linsenträgers im Strahlengang S_2,3 zwischen dem ersten Spiegelprisma 8' und dem zweiten Spiegelprisma 8'' befindet, ist die Achse A im Bereich des Strahlengangs S hohl ausgebildet, um den Strahl nicht zu behindern.
Es sind jedoch asymmetrische und höher komplexe Anordnungen von Spiegeln und Rotationsachse des Trägers denkbar. So zeigt die 5 einen Vergrößerungswechsler 1 entsprechend dem in der 4 dargestellten Vergrößerungswechsler. Allerdings ist die Anordnung asymmetrisch. Der Strahl S₂ legt im ersten Spiegelprisma 8' eine kleinere Wegstrecke zurück als der Strahl S₃ im zweiten Spiegelprisma 8'' (d₂ < d₃). Damit ist der Strahlengang S insgesamt asymmetrisch; der Strahl S₂₃ verläuft nicht mehr durch die Achse A, sondern seitlich versetzt dazu. Zwischen den Spiegelprismen 8' und 8'' kann eine weitere Linse 12 anstelle der zweiten Linse 3 oder zusätzlich zu dieser in den Strahlengang S₂₃ gebracht werden.
In der 6a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der Strahlengang S verläuft durch eine erste Linse 2 und wird anschließend durch ein erstes Spiegelprisma 8' um insgesamt 180° reflektiert, wobei einfallender Strahl S₁ und ausfallender Strahl S₂₃ versetzt parallel in entgegen gesetzter Richtung verlaufen. Der aus dem ersten Spiegelprisma 8' ausfallende Strahl S_2,3 tritt (optional) durch eine weitere Linse 13, wird an einem zweiten Spiegelprisma 8'' um insgesamt weitere 180° umgelenkt. Der aus dem zweiten Prisma 8'' ausfallende Strahl S₃₄ verläuft versetzt parallel in entgegen gesetzter Richtung zum in das zweite Prisma 8'' einfallenden Strahl S₂₃. Der ausfallende Strahl S34 tritt (optional) durch eine weitere Linse 14, bevor er an einem dritten Spiegelprisma 8'' um insgesamt weitere 180° gefaltet wird, um durch die zweite Linse 3 zu treten. Die mittleren Linsen 13 und 14 können wahlweise in den Strahlengang eingebracht werden.
Die 6b zeigt eine erste Variante des in der 6a dargestellten Vergrößerungswechslers in einer Draufsicht. Der Linsenträger 9 besteht aus einem inneren kreisförmigen Trägerteil 9a und einem äußeren Trägerring 9b. Sowohl der Trägerteil 9a als auch der Trägerring 9b sind um die Achse A unabhängig voneinander rotierbar angeordnet. Die Linsen 13 und 14 können im Strahlengang angeordnet werden. Statt der Linsen 13 und 14 können jedoch auch Öffnungen 15 und 16 in den Strahlengang gedreht werden, so dass ein Strahl lediglich durch die Linsen 2 und 3 tritt.
In der 6c sind statt des äußeren Trägerrings 9b zwei äußere Trägerstücke 9c und 9d rotierbar um die Achse A angeordnet. Der innere kreisförmigen Trägerteil 9a ist konzentrisch mit den äußeren Trägern 9c und 9d rotierbar um die Achse A angeordnet. Bei dieser Anordnung können ebenfalls sämtliche Trägerteile 9a, 9c und 9d unabhängig voneinander rotiert werden.
Somit können beliebige Kombinationen von Linsen und/oder Öffnungen im Strahlengang angeordnet werden. Auf diese Weise kann der Vergrößerungswechsler zwischen einer Vielzahl verschiedener Vergrößerungen umschalten. Der für die Vergrößerung zwischen den Linsen erforderliche optische Weg kann platzsparend durch eine Faltung des Strahlengangs bereitgestellt werden.
Ein Anwendungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Vergrößerungswechsler 1 ist in der 7 dargestellt. Die Anwendung betrifft eine flach ausgebildete Kamera mit gefalteter Anordnung des Strahlengangs. Ein Galilei-/Kegler-Wechsler mit den Linse/Variolinsen 2 und 3, optional mit zusätzlichen im Strahlengang angeordneten Variolinsen, weist außerdem ein Spiegelprisma 8 zum Falten des Strahls S auf. Der in das Abbildungssystem eintretende Strahl S₁ tritt zunächst durch ein Objektiv 17, anschließend durch einen wie vorher beschriebenen Vergrößerungswechsler 1, der beispielsweise Linsen 2, 3 und ein Spiegelprisma 8 umfasst. Der aus dem Vergrößerungswechsler 1 austretende Strahl S₃ trifft auf einen Kamerachip 18.
Eine weitere Anwendung eines erfindungsgemäßen Vergrößerungswechslers 1 zeigt die 8. Der Vergrößerungswechsler 1, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, umfasst neben den Linsen 2, 3 und dem Umlenkelement 8 ein Zusatzelement 19, beispielsweise ein Filterrad, einen Filter, einen Abschwächer, Linsen, DOEs (Diffraktive Optische Elemente), Spiegel, Prismen, usw.
Eine Anordnung eines Filterrads 19 neben dem Vergrößerungswechsler 1 bzw. in diesen integriert bietet sich an, da beide Elemente 1 und 19 in ähnlicher Form ausgelegt sein können. Das Filterrad benötigt somit kaum zusätzlichen Platz.

Claims

Optisches System (1), umfassend wenigstens eine Eintrittspupille und wenigstens eine Austrittspupille, wenigstens einen Strahlengang (S) für den Durchtritt optischer Strahlung durch das optische System (1), wenigstens ein erstes optisches Element (2), und einen Mechanismus, der zum Einbringen des ersten optischen Elements (2) in den Strahlengang (S) und/oder zum Entfernen des optischen ersten Elements (2) aus dem Strahlengang (S) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) eine Einrichtung (8) aufweist, die zum Falten des Strahlengangs (S) zwischen der Eintrittspupille und der Austrittspupille ausgebildet ist.
Optisches System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) wenigstens ein zweites optisches Element (4) umfasst, und der Mechanismus ein Austauschmechanismus ist, der zum Austausch des ersten optischen Elements (2) mit dem zweiten optischen Element (4) betätigbar ist, derart, dass entweder das erste optische Element (2) oder das zweite optische Element (4) im Strahlengang (S) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) ein Vergrößerungswechsler ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) wenigstens ein drittes optisches Element (3) aufweist, das zusammen mit dem ersten optischen Element (2) oder dem zweiten optischen Element (4) im Strahlengang angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) einen Mechanismus aufweist, der zum Einbringen des dritten optischen Elements (3) in den Strahlengang (S) und/oder zum Entfernen des dritten optischen Elements (3) aus dem Strahlengang (S) betätigbar ist, insbesondere zum Austausch des dritten optischen Elements (3) mit einem vierten optischen Element (5) derart, dass entweder das dritte optische Element (3) oder das vierte optische Element (5) im Strahlengang (S) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Achsen (a_i) der optischen Elemente (i) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus einen bewegbaren Träger (9) aufweist, der die optischen Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 7) trägt.
Optisches System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (9) um eine Rotationsachse (A) rotierbar ist, die im Wesentlichen parallel zu den zentralen Achsen (a_i) der optischen Elemente (2, 3, 4, 5, 6, 7) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste optische Element (2), das zweite optische Element (4), das dritte optische Element (3) und das vierte optische Element (5) entlang eines Umfangs U um die Rotationsachse (A) am Träger (9) angeordnet sind.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Falten (8, 8', 8'') wenigstens ein Ein- oder Mehrfach-Umlenkelement umfasst.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Falten (8, 8', 8'') wenigstens ein, vorzugsweise zwei, vorzugsweise drei, Spiegelprismen umfasst.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) zusätzlich zu den optischen Elementen (2, 3, 4, 5, 6, 7) wenigstens eine Variolinse (10, 11) aufweist, die im Strahlengang (S) des optischen Systems (1) angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optisches Element (2, 3, 4, 5, 6, 7) parallel zu seiner zentralen Achse (a_i) relativ zur Einrichtung zum Falten (8, 8', 8'') bewegbar angeordnet ist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) wenigstens ein fünftes optisches Element (12, 13), und einen Mechanismus zum Einbringen des fünften optischen Elements (12, 13) in den Strahlengang (S) des optischen Systems (1) und/oder zum Entfernen des fünften optischen Elements (12, 13) aus dem Strahlengang (S) des optischen Systems (1) aufweist.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) wenigstens ein sechstes optisches Element (14), und einen Mechanismus aufweist, der zum Einbringen des sechsten optischen Elements (14) in den Strahlengang (S) des optischen Systems (1) und/oder zum Entfernen des sechsten optischen Elements (14) aus dem Strahlengang (S) des optischen Systems (1) betätigbar ist.
Optisches System (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) einen ersten Träger aufweist, an dem das erste optische Element (2), das zweite optische Element (4) und das dritte optische Element (3) angeordnet sind, und einen mit dem ersten Träger konzentrisch angeordneten zweiten Träger, der das fünfte optische Element und/oder das sechste optische Element trägt.
Optisches System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (1) wenigstens ein Filterrad, einen Filter, einen Abschwächer, eine Linse, ein DOE (Diffraktives Optisches Element), einen Spiegel und/oder ein Prisma umfasst.
Digitale Kamera, umfassend ein Objektiv, einen Kamerachip, und ein optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.