DE102011007875A1

DE102011007875A1 - Kamerasucher

Info

Publication number: DE102011007875A1
Application number: DE102011007875A
Authority: DE
Inventors: Dr. Pretorius Marco; Christian Beder
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-07-05

Abstract

Es wird bereitgestellt ein Kamerasucher mit einem Bildgeber (8) zum Erzeugen eines Bildes und einem dem Bildgeber (8) nachgeordneten Okular (9) zum Abbilden des erzeugten Bildes, wobei das Okular (9) als anamorphotisches Okular (9) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kamerasucher mit einem Bildgeber zum Erzeugen eines Bildes und einem dem Bildgeber nachgeordneten Okular zum Abbilden des erzeugten Bildes.
Solch ein Kamerasucher ist z. B. aus der US 2010/0104272 A1 bekannt und weist gegenüber rein optischen Kamerasuchern, wie sie z. B. aus der US 2007/0291321 A1 zu entnehmen sind, den Vorteil der geringeren Größe auf.
Jedoch besteht unabhängig davon weiterhin der Bedarf nach kleineren und kompakteren Kamerasuchern. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten Kamerasucher so weiterzubilden, daß er kleiner und leichter ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Kamerasucher der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Okular als anamorphotisches Okular ausgebildet ist.
Durch die Ausbildung als anamorphotisches Okular kann ein kleinerer Bildgeber als üblich verwendet werden, so daß auch die entsprechende Optik kleiner ausgebildet und somit leichter sein kann.
Insbesondere kann der Bildgeber das Bild in einer ersten Richtung verzerrt erzeugen und das anamorphotische Okular das erzeugte Bild so abbilden, daß es in der ersten Richtung unverzerrt wahrnehmbar ist. Dabei kann der Bildgeber das Bild so verzerren, daß es in der ersten Richtung gestaucht ist. In diesem Fall ist die Vergrößerung des anamorphotischen Okulars in der ersten Richtung bevorzugt größer als in einer zweiten dazu senkrechten Richtung.
Es ist natürlich auch möglich, daß der Bildgeber das Bild so verzerrt, daß es in der ersten Richtung gedehnt ist. In diesem Fall ist das anamorphotische Okular so ausgebildet, daß es eine entsprechende Stauchung in der ersten Richtung bei der Abbildung bewirkt, so daß der Benutzer das Bild unverzerrt wahrnehmen kann. In dieser Art und Weise kann eine höhere Auflösung in der ersten Richtung erzielt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasucher kann das Okular ein Kittelement mit einem ersten und einem zweiten Kittglied aufweisen, wobei das erste Kittglied aus einem Material mit anomaler Teildispersion und das zweite Kittglied aus einem Material mit normaler Teildispersion gebildet ist. Dies führt zu dem Vorteil, daß die von dem ersten Kittglied wegweisende Fläche des zweiten Kittgliedes leicht in der gewünschten Art und Weise bearbeitet werden kann und die Wirkung des Kittelements hauptsächlich durch das erste Kittglied bestimmt werden kann. Häufig sind Materialien mit anomaler Teildispersion sehr schwierig zu bearbeiten, was mit dem beschriebenen Kittelement kein Problem mehr darstellt. So kann die von dem ersten Kittglied wegweisende Fläche des zweiten Kittgliedes leicht in der gewünschten Art und Weise bearbeitet werden.
Insbesondere kann die von dem ersten Kittglied abgewandte Seite des zweiten Kittgliedes als asphärische oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Als Freiformfläche wird hier insbesondere eine nicht sphärische und nicht zylinderförmige Fläche verstanden. Insbesondere kann die Freiformfläche nicht rotationssymmetrisch sein und/oder keine Spiegelsymmetrie aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasucher kann die anomale Teildispersion des ersten Kittglieds größer als 2 × 10^–3, bevorzugt 5 × 10^–3 und noch bevorzugter größer als 1 × 10^–2 sein.
Ferner können die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der beiden Kittglieder sich um weniger als 8 × 10^–6/K, bevorzugt um weniger als 4 × 10^–6/K und noch bevorzugter um weniger als 2 × 10^–6/K unterscheiden.
Ferner kann das Kittelement so ausgebildet sein, daß die Mittendicke des ersten Kittgliedes größer ist als die des zweiten Kittgliedes.
Des weiteren kann das Kittelement ein drittes Kittglied aufweisen, das auf der dem zweiten Kittglied abgewandten Seite des ersten Kittgliedes ausgebildet ist.
Die Kittglieder können z. B. miteinander versprengt sein oder mittels einem optisch transparenten Kitt miteinander verbunden sein.
Das erste Kittelement kann seinerseits aus mehreren Teilelementen gebildet sein.
Ferner wird eine Kamera mit einem Kamerasucher nach einem der obigen Ansprüche bereitgestellt. Die Kamera kann eine Foto- und/oder Videokamera sein.
Die Kamera kann einen Bildsensor und eine Steuereinheit aufweisen, wobei der Bildsensor mit der Steuereinheit verbunden ist und die Steuereinheit Bilddaten an den Bildgeber ablegt, damit dieser das Bild erzeugen kann.
Ferner kann die Kamera als Systemkamera ausgebildet sein. Die Kamera kann weitere, dem Fachmann bekannte Elemente aufweisen, die zum Betrieb der Kamera notwendig sind.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Kamera mit dem erfindungsgemäßen Kamerasucher;
2 eine Erläuterung zur Funktionsweise des anamorphotischen Okulars des erfindungsgemäßen Kamerasuchers;
3 eine Seitenansicht des Okulars des erfindungsgemäßen Kamerasuchers;
4 eine Draufsicht des Okulars des erfindungsgemäßen Kamerasuchers;
5 eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamerasuchers, und
6 eine Detailansicht einer Abwandlung der Linse 13 des Okulars des erfindungsgemäßen Kamerasuchers.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Kamerasucher 1 als integraler Bestandteil einer Kamera 2 ausgebildet. Die Kamera 2 umfaßt ferner ein Kameragehäuse 3, in das ein Wechselobjektiv 4 (dessen Optik schematisch durch eine Linse 11 dargestellt ist) eingesetzt ist, und kann daher auch als Systemkamera bezeichnet werden.
Im Kameragehäuse 3 ist ein Bildsensor 5 (beispielsweise ein CMOS- oder CCD-Sensor) zur Bildaufnahme eines mittels des Wechselobjektives 4 abgebildeten Objektes angeordnet, der mit einem Steuermodul 6 verbunden ist. Das Steuermodul 6 kann beispielsweise aus den Signalen des Bildsensors 5 Bilddaten berechnen, die das Steuermodul 6 an ein Anzeigemodul 7 des Kamerasuchers 1 anlegt.
Das Anzeigemodul 7 umfaßt einen selbstleuchtenden oder nicht selbstleuchtenden flächigen Bildgeber 8 mit einer Vielzahl von voneinander unabhängig ansteuerbaren Pixeln. Mittels der Pixel kann das gewünschte Bild erzeugt werden. Der Bildgeber 8 kann beispielsweise als OLED, LCD- oder LCoS-Modul ausgebildet sein.
Ferner umfaßt der Kamerasucher 1 ein anamorphotisches Okular 9, das das mittels des Bildgebers 8 erzeugte Bild für den Benutzer in unendlicher oder angenehmer endlicher Entfernung erscheinen läßt und in der üblichen Art und Weise wie bei herkömmlichen Suchern wahrgenommen werden kann, wie durch das in 1 eingezeichnete schematisch dargestellte Auge A angedeutet ist.
Das anamorphotische Okular 9 ist hier so ausgebildet, daß in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene ein Abbildungsmaßstab von 2β vorliegt, während in einer Richtung senkrecht dazu der Abbildungsmaßstab β beträgt.
In 2 ist schematisch eine Draufsicht des Bildgebers 8 dargestellt. Aufgrund des anamorphotischen Okulars 9 (durch Pfeil P1 in 2 angedeutet) ist das dem Benutzer dargebotene Sehfeld S in x-Richtung doppelt so groß wie die entsprechende Ausdehnung des Bildgebers 8 in der x-Richtung. In der Richtung senkrecht dazu (y-Richtung) weist das anamorphotische Okular 9 den Abbildungsmaßstab β auf, wobei für die Ausführungsform von 2 β gleich 1 gilt, so daß hier keine Vergrößerung stattfindet.
Durch die Vergrößerung in x-Richtung ist zwar die Auflösung in x-Richtung im Sehfeld S nur noch halb so groß im Vergleich zur Auflösung in y-Richtung, wenn die Pixel des Bildgebers 8 gleiche Ausdehnungen und Abstände in x- und y-Richtung aufweisen. Diese verminderte Auflösung in x-Richtung ist in 2 durch die gestrichelten senkrechten Linien angedeutet. Es kann jedoch ein sehr kleiner Bildgeber 8 verwendet werden, so daß der Platzbedarf für den erfindungsgemäßen Kamerasucher 1 minimiert werden kann. Insbesondere kann die Ausdehnung des Suchers 1 in Richtung mit dem größeren Abbildungsmaßstab sehr klein gehalten werden.
In 3 ist eine Seitenansicht des Okulars 9 dargestellt. 4 zeigt die entsprechende Draufsicht.
Wie den Darstellungen in 3 und 4 entnommen werden kann, umfaßt das Okular 3 drei Linsen 12, 13, 14, wobei die erste und letzte Linsenfläche (F1, F6), jeweils zylinderförmig ausgebildet sind. Die Linsenfläche F4 ist als Asphäre ausgebildet und die restlichen Linsenflächen F2, F3 und F5 sind Sphären.

Die asphärische Fläche F4 kann gemäß der nachfolgenden Formel beschrieben werden

mit j = [(m + n)² + m + 3n]/2 + 1,
wobei die entsprechenden Parameter in den nachfolgenden Tabellen angegeben sind, INF für Unendlich steht, bei der XY-Polynom-Asphäre F4 die konische Konstante k = 0 ist, die x- und y-Radien gleich und mit r bezeichnet sind sowie alle Parameter C_j, die nicht angegeben sind, den Wert 0 aufweisen:

Fläche	Flächenart	Radius Y (R_y)	Radius X (R_x)	Abstand zur nächsten Fläche	Glas	Ausdehnung Y	Ausdehnung X
8	Sphäre	INF		8,000
F1	Zylinder	–20,00000	INF	12,414	STIH6_OHARA	8	14
F2	Sphäre	9,08690		3,010		8	10
F3	Sphäre	–16,12986		9,459	SPHM52_OHARA	8	10
F4	XY Polynom	–11,32512		1,000		10	14
F5	Sphäre	20,06575		4,117	NFK5_SCHOTT	10	14
F6	Zylinder	INF	–74,49666	25,000		10	14
F7	Sphäre	INF	INF	0,000

Die Fläche F7 ist die Pupillenebene des Okulars 9. Konstruktiv ist das Okular 9 zusammen mit der optisch korrigierten Öffnung in F7 so ausgestaltet, daß der Benutzer die Pupillenöffnung seines Auges im Bereich der optisch korrigierten Öffnung positioniert, wenn er in den Sucher 1 blickt.

C₄ x² 0,00681

C₁₁ x⁴ 2,91069E-05

C₁₃ x²y² 1,84469E-07

C₂₅ y⁴ –1,57036E-07

C₂₂ x⁶ –2,83087E-07

C₂₄ x⁴y² –9,35478E-07

C₂₆ x²y⁴ –1,68824E-06

C₂₈ y⁵ –6,03481E-06
In der obigen Tabelle ist für jeden Parameter C_j angegeben, welchem xy-Polynom er zugeordnet ist. So ist C₄ = 0,00681 für x².
Wenn man das Okular 9 um 90° um die optische Achse dreht und die Lichtrichtung umkehrt, erhält man ein Okular 9 mit einem Abbildungsmaßstab von β/2 in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse und von β senkrecht dazu. Damit ist es möglich, den Bildgeber 8 in x-Richtung zu stauchen. Es kann somit ein Bildgeber 8 mit höherer Auflösung in x-Richtung verwendet werden, dessen zugeordnetes Okular 9 aufgrund der Stauchung klein gehalten werden kann. In
5 sind in gleicher Weise wie in 2 der Bildgeber 8 sowie das Sehfeld S dargestellt. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß die Auflösung in x-Richtung im Vergleich zu einem Okular mit dem Abbildungsmaßstab 1 verdoppelt ist.
Um gute Abbildungsleistungen mit dem Okular 9 zu erzielen, kann es hilfreich sein, wenn die Freiformfläche F4 auf einem sogenannten Sonderglas plaziert ist. Ein solches Sonderglas zeichnet sich im allgemeinen durch eine anomale Teildispersion aus.
Sondergläser werden auch als Langkrongläser bezeichnet, wenn ihre Teildispersion oberhalb der Normalgeraden, die die Parameter ν und Pg,F miteinander verknüpft, liegt. Wenn die Teildispersion unterhalb der Normalgeraden liegt, werden die Gläser auch Kurzflintgläser genannt. Die Abweichung von Pg,F bei vorgegebener Abbezahl ν von der Normalgeraden wird als anomale Teildispersion mit dem Formelzeichen ΔPg,F bezeichnet. Hierbei steht g für die Wellenlänge 435,834 nm (blaue Quecksilberlinie) und F für die Wellenlänge 486,133 nm (blaue Wasserstofflinie). Die hier beschriebenen Teildispersionen beziehen sich auf den blauen Spektralbereich. Analoge Überlegungen lassen sich z. B. für den roten Spektralbereich anstellen.
Im allgemeinen sind nun solche Gläser mit anomaler Teildispersion schwer zu bearbeiten, da ihre Säure- und Alkalresistenzklasse, ihre Phosphatresistenzklasse, ihre Klimaresistenzklasse, ihre Fleckenresistenzklasse und/oder ihre Knopp-Härte entsprechend kritische Werte besitzen.
Dies kann unter Umständen dazu führen, daß es fertigungstechnisch nicht möglich ist, auf einem solchen Glas eine Freiformfläche auszubilden. Ein Tausch des Glases gegen eines mit normaler Teildispersion, das leichter zu bearbeiten ist, oder eine Verlegung der Freiformfläche auf eine andere Fläche im Okular führen im allgemeinen zu einer unerwünschten Verschlechterung der optischen Leistung.
Um dies zu umgehen, kann z. B. die zweite Linse 13, wie in 6 schematisch dargestellt ist, als Kittglied ausgebildet werden, das ein erstes Kittglied 15 aus dem Sonderglas und ein zweites Kittglied 16 aus einem leichter zu bearbeitenden normalen Glas umfaßt. Auf dem zweiten Kittglied 16 wird die Freiformfläche ausgebildet, was leichter oder überhaupt erst möglich ist, während die Kittfläche vorzugsweise als sphärische Fläche ausgeführt wird, die in ihrer Form der benachbarten Freiformfläche angenähert ist. Das erste Kittglied 15 bestimmt die gewünschte optische Wirkung hinsichtlich der Achromatisierung.
Natürlich muß auf dem zweiten Kittglied 16 keine Freiformfläche ausgebildet sein, sondern kann auch jede andere Flächenform ausgebildet werden. Insbesondere kann z. B. eine rotationssymmetrische Asphäre auf dem zweiten Kittglied ausgebildet werden.
Natürlich ist es auch möglich, daß auf beiden Seiten des ersten Kittglieds 15 ein zweites Kittglied aus einem normalen Glas vorgesehen ist, so daß beidseitig die gewünschten Flächenformen leicht hergestellt werden können.
Ferner kann das erste Kittglied 15 entweder einstückig sein oder seinerseits aus mehreren Einzellinsen zusammengesetzt sein.
Die Verbindung der Kittglieder 15, 16 kann beispielsweise durch Ansprengen erfolgen. Alternativ kann auch ein optisch transparenter Kitt verwendet werden, der vorteilhaft ein durch UV-Licht aushärtbarer Kitt mit hoher Endfestigkeit sein kann.
Die beiden Glasarten der beiden Kittglieder 15 und 16 können sich bezüglich des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α um weniger als 8 × 10^–6/K, bevorzugt um weniger als 4 × 10^–6/K und noch bevorzugter um weniger als 2 × 10^–6/K unterscheiden. Dadurch können auch Kittglieder mit größeren Durchmessern für größere Temperatureinsatzbereiche hergestellt werden.
Das Material des ersten Kittgliedes 15 weist bevorzugt einen Parameter ΔPg,F der anomalen Teildispersion von größer als 2 × 10^–3, bevorzugt von größer als 5 × 10^–3 und noch bevorzugter von größer als 1 × 10^–2 auf. Dadurch kann die zweite Linse 13 einen besonders großen Beitrag zur Korrektur der sekundären chromatischen Aberration des Okulars 9 bewirken.
Das Material des zweiten Kittglieds 16 kann insbesondere ein Bor-Kronglas, wie z. B. N-BK7 sein, das sich besonders gut bearbeiten läßt und beste chemische Resistenzeigenschaften aufweist.
Die Mittendicke des zweiten Kittgliedes 16 kann größer als 1 mm, bevorzugt größer als 2 mm und noch bevorzugter größer als 3 mm sein. Dadurch kann die Stabilität des zweiten Kittglieds 16 bei der Herstellung verbessert werden.
Natürlich ist es möglich, daß das zweite Kittglied 16 nach dem Verkitten und vor der Bearbeitung der Außenfläche als Freiformfläche auf eine beliebig kleine Mittendicke abgeschliffen wird.
Das Material des ersten Kittglieds 15 kann insbesondere ein kristallines Material wie beispielsweise CaF₂ sein. Derartig kristalline Materialien weisen größere anomale Teildispersionen auf und können so die gewünschte Korrektur der sekundären Farbfehler in noch stärkerem Maße bewirken als optische Gläser.
Das Material des ersten Kittgliedes kann insbesondere eine optisch transparente Keramik sein. Derartige Keramiken können einen besonders hohen Brechungsindex (beispielsweise größer als 2,0) aufweisen. Dadurch kann der erfindungsgemäße Kamerasucher 1 so ausgelegt werden, daß sich einerseits die Gesamtdicke des Okulars 9 reduziert und andererseits die rotationssymmetrischen monochromatischen Bildfehler (sphärische Aberration, Koma, Astigmathismus, etc.) vorteilhaft reduziert sind. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die die Freiformfläche tragende Linse 13 aus einem höchstbrechenden Glas, beispielsweise einem Schwertflintglas oder einem Lantan-Schwertflintglas zu bilden, um den Unterschied im Brechungsindex klein zu halten.
Die beschriebene Kamera 2 kann noch weitere Elemente aufweisen, wie z. B. ein Display 17 auf der Rückseite des Kameragehäuses 3, wie in 1 dargestellt ist. Die Kamera 2 kann als Foto- oder Videokamera ausgebildet sein. Insbesondere kann sie noch solche Elemente aufweisen, die zum Betrieb der Kamera notwendig und dem Fachmann bekannt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0104272 A1 [0002]
US 2007/0291321 A1 [0002]

Claims

Kamerasucher mit einem Bildgeber (8) zum Erzeugen eines Bildes und einem dem Bildgeber (8) nachgeordneten Okular (9) zum Abbilden des erzeugten Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß das Okular (9) als anamorphotisches Okular (9) ausgebildet ist.
Kamerasucher nach Anspruch 1, bei dem der Bildgeber (8) das Bild in einer ersten Richtung verzerrt erzeugt und das anamorphotische Okular (9) das erzeugte Bild so abbildet, daß es in der ersten Richtung unverzerrt wahrnehmbar ist.
Kamerasucher nach Anspruch 2, bei dem der Bildgeber (8) das Bild so verzerrt, daß es in der ersten Richtung gestaucht ist.
Kamerasucher nach Anspruch 2, bei dem der Bildgeber (8) das Bild so verzerrt, daß es in der ersten Richtung gedehnt ist.
Kamerasucher nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Okular (9) ein Kittelement (13) mit einem ersten und einem zweiten Kittglied (15, 16) aufweist, wobei das erste Kittglied (15) aus einem Material mit anomaler Teildispersion und das zweite Kittglied (16) aus einem Material mit normaler Teildispersion gebildet ist.
Kamerasucher nach Anspruch 5, bei dem die Mittendicke des ersten Kittgliedes (15) größer ist als die des zweiten Kittgliedes (16).
Kamerasucher nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die dem ersten Kittglied (15) abgewandete Seite des zweiten Kittgliedes (16) asphärisch oder als Freiformfläche ausgebildet ist.
Kamerasucher nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die anomale Teildispersion des ersten Kittgliedes (15) größer als 2 × 10^–3, bevorzugt größer als 5 × 10^– ³ und noch bevorzugter größer als 1 × 10^–2 ist.
Kamera mit einem Kamerasucher nach einem der obigen Ansprüche.
Kamera nach Anspruch 9, die einen Bildsensor (5) und eine Steuereinheit (6) aufweist, wobei der Bildsensor (5) mit der Steuereinheit (6) verbunden ist und die Steuereinheit (6) Bilddaten an den Bildgeber (8) anlegt, damit dieser das Bild erzeugen kann.