DE19505944A1 - Objektiv mit integriertem Drehprisma - Google Patents

Objektiv mit integriertem Drehprisma

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Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit einem eine Bilddrehung bewirkenden, zwi­ schen einer ersten und einer zweiten Linsengruppe angeordneten Prismen­ system.
Ein derartiges Objektiv ist z. B. aus der DE-OS 24 36 230 bekannt. Zur Minimie­ rung der Baugröße des Objektivs ist dort ein Drehprisma zwischen zwei Linsen­ gruppen integriert. Das Prisma liegt auf der optischen Achse zwischen den bei­ den Linsengruppen, welche jeweils sammelnd sind. Das dort beschriebene Sy­ stem erfordert eine reelle Zwischenabbildung und somit ein zusätzliches opti­ sches System zur Erzeugung dieser Zwischenabbildung. Dadurch sind der Auf­ wand und die Baulänge des Objektivs relativ groß.
Ein weiteres optisches System zur Erzeugung einer Bilddrehung ist aus der EP 0 157 325 B1 bekannt. Bei der dort gezeigten Anordnung wird die Abbildung mittels eines normalen Objektives erzeugt. Die die Bilddrehung bewirkende Por­ roprismen-Anordnung befindet sich außerhalb des Objektivs und damit auch außerhalb der Pupille. Das erfordert, insbesondere bei größeren Projektionswin­ keln und bei Vermeidung von Vignettierung, starke Überhöhungen der Prismen gegenüber der Pupillengröße und führt wiederum zu einer großen Bauform des Systems.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein optisches System anzu­ geben, welches eine Bilddrehung durch ein Prismensystem erlaubt und bei einer möglichst geringen Baugröße ein großes Bildfeld hat.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß eine kleine Baugröße und ein großes Bildfeld bei einem Objektiv mit integriertem Porroprismen-System erreichbar ist, wenn die Abbildung einstufig erfolgt, wobei eine erste Linsengruppe negative Brechkraft und eine zweite Linsengruppe positive Brechkraft haben.
Die Linsengruppe mit negativer Brechkraft auf der Seite der längeren Konjugier­ ten bewirkt eine Verkleinerung der Hauptstrahlwinkel im Prismenraum und erlaubt damit eine Applikation eines solchen Aufbaus für große Bildwinkel. Eine solche Linsengruppe hat jedoch den Nachteil, daß die Divergenz des axialen Strahlen­ bündels vergrößert wird, was andererseits zu vergrößerten Prismendurchmes­ sern vom axialen Strahlenbündel her führen kann. Um diese Divergenz nicht zu groß werden zu lassen und andererseits eine ausreichende Winkelverkleinerung für die Hauptstrahlen im Prismenraum zu erreichen, wird erfindungsgemäß die auf der Seite der längeren Konjugierten angeordnete Linsengruppe in Form eines umgekehrten Galileischen Fernrohrs aufgebaut (das ebenfalls eine winkelverklei­ nernde Wirkung aufweist), welches zusätzlich noch eine zerstreuende Wirkung behält.
Wegen der negativen Brechkraft auf der Seite der längeren und der positiven Brechkraft auf der Seite der kürzeren Konjugierten sind die Hauptstrahlwinkel auf der Seite der kürzeren Konjugierten klein. Fernerhin entsteht durch diesen Auf­ bau eine sehr lange Schnittweite in der Größenordnung der Brennweite oder län­ ger auf dieser Seite, welche für konstruktive Gegebenheiten, speziell bei Anwen­ dungen in vergrößernden Kopiergeräten, sehr vorteilhaft ist.
Eintrittsflächen der Porroprismen zu legen, da diese im Durchmesser relativ klein und zusätzlich die den Porroprismen zugewandten Außenflächen der Linsen­ gruppen konvex sind. Diese konstruktive Anordnung trägt ebenfalls zur Kompakt­ heit der gesamten Anordnung bei.
Zur Realisierung eines großen Feldwinkels auf der Seite der längeren Konjugier­ ten des optischen Systems ist der Aufbau vorteilhafterweise so, daß - bezogen auf das Porroprismen-System - auf der Seite der längeren Konjugierten ein Teilsystem mit negativer Brechkraft und auf der Seite der kürzeren Konjugierten ein zur Erzeugung einer reellen Abbildung dienendes Teilsystem mit einer sam­ melnden Brechkraft angeordnet ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand mehrerer Figuren näher erläutert. Dabei erfolgt die Beschreibung der Bauelemente des Objek­ tivs in Richtung von der längeren zur kürzeren Konjugierten. Es ist dabei klar, daß das Objektiv für Vergrößerungszwecke in umgekehrter Richtung benutzt wird. Es zeigen:
Fig. 1 ein Objektiv mit integriertem Drehprisma,
Fig. 2 eine Projektion des Objektivs und
Fig. 3 das Objektiv in gestreckter Darstellung.
Fig. 1 zeigt ein Objektiv 1. Es weist eine erste Linsengruppe 2 und eine zweite Linsengruppe 3 auf. Im Strahlengang zwischen den beiden Linsengruppen 2, 3 sind zwei Porroprismen 4, 5 angeordnet. Die Porroprismen sind um einen Winkel α = 22,5° in an sich bekannter Weise gedreht, so daß innerhalb des Objektivs 1 eine Bilddrehung um 90° erfolgt. Verfolgt man den Strahlengang von der ersten Linsengruppe über das Porroprismen-System zur zweiten Linsengruppe, so ist hinter der zweiten Linsengruppe ein Rhomboidprisma 6 angeordnet, dessen Flä­ chenteile 9, 11 eine Reflexion um 90° bewirken. Der Flächenteil 11 ist zylindrisch abgerundet. Die Reflexionsfläche des Zylinderabschnitts 11 liegt in einer Ebene, in der auch eine andere, in der Fig. 1 nicht sichtbare, Reflexionsfläche am Aus­ gang des Rhomboidprismas 6 liegt. Im Rhomboidprisma 6 wird das Bild derart transformiert, daß es wieder auf der optischen Achse der ersten Linsengruppe 2 liegt. Schließlich tritt das Licht an einer Austrittsfläche 8,10 des Rhomboid­ prismas 6 aus. Im Bereich der Austrittsfläche 8, 10 ist das Rhomboidprisma 6 ebenfalls zylindrisch gerundet, um die Baugröße zu minimieren.
Die erste Linsengruppe 2 und die zweite Linsengruppe 3 haben eine gemein­ same, zentral liegende Apertur-Blende 7, die im Bereich des Prismensystems 4, 5 genau zwischen den beiden Porroprismen 4 und 5 liegt. Dadurch können die Por­ roprismen 4 und 5 in ihrer Baugröße minimal gehalten werden, weil deren Berüh­ rungsfläche minimal, d. h. der Blendengröße entsprechend gehalten werden kann. Die Porroprismen 4 und 5 können deshalb an ihren Ecken 12 abgeschrägt sein.
In Fig. 2 ist das Objektiv 1 in einer Projektion gezeigt. Die Bezugszeichen der Fig. 1 werden bei den nachfolgenden Figuren beibehalten, soweit sie identische Bauteile des Objektivs 1 bezeichnen.
Die optischen Daten der einzelnen Komponenten sind der beigefügten Tabelle 2 zu entnehmen. Die Bezugszeichen-Nummern bzw. Gruppen-Nummern und deren Abfolge entsprechen dabei den im Text und den Figuren angegebenen Bezugs­ zeichen und Reihenfolgen.
Die erste Linsengruppe 2 besteht aus einem ersten Linsenglied 21, welches zwei Einzellinsen aufweist. Das erste Linsenglied 21 hat negative Brechkraft. Ein zweites, aus einer Einzellinse bestehendes Linsenglied 22 hat ebenfalls negative Brechkraft. Ein drittes Linsenglied 23, wiederum bestehend aus zwei Einzellinsen, hat positive Brechkraft. Die Gesamtbrechkraft der ersten Linsengruppe 2 ist ne­ gativ. Sie ist vom Typ eines umgekehrten "Galileischen" Fernrohres.
Die zweite Linsengruppe 3 besteht aus einem ersten Linsenglied 31 negativer Brechkraft. Das Linsenglied 31 ist aus zwei Einzellinsen aufgebaut. Ein zweites, aus einer Einzellinse bestehendes Linsenglied 32 hat positive Brechkraft und ein drittes, ebenfalls aus einer Linse bestehendes Linsenglied 33 hat ebenfalls positi­ ve Brechkraft. Die zweite Linsengruppe 3 hat insgesamt positive Brechkraft.
Die beiden Porroprismen 4 und 5 weisen jeweils eine Bodenfläche 13 und zwei Dachkantflächen 14 auf. Sie sind jeweils mit ihren Bodenflächen (r₁₀, r1o′) fest aneinander gekittet. Sie können aber genausogut durch einen kleinen, die Blen­ de 7 enthaltenden Luftraum (l₄ < 0) getrennt sein. Die an sich bekannte Kon­ struktionsweise eines Porroprismas erlaubt es nun vorteilhaft, die beiden Lin­ sengruppen 2 und 3 jeweils sehr nahe an die Bodenflächen 13 der beiden Porro­ prismen 4 und 5 zu positionieren. In Fig. 2 ist diese sehr kompakte Bauform deut­ lich zu sehen.
Naturgemäß versetzt ein Porroprismensystem die optische Achse A des Eintritts­ bereichs um einen gewissen Betrag. Bei dem vorliegenden System wird der Strahlengang aus der versetzten optischen Achse A′ durch das Rhomboidpris­ ma 9 wieder auf die optische Achse A des Eintrittsstrahlengangs gelegt. Diese Konstruktionsweise erlaubt es, das Objektiv als Wechselobjektiv mit einem ande­ ren, nicht bilddrehenden Objektiv zu betreiben. Dies ist insbesondere für die Ver­ wendung des Objektivs in einem fotografischen Kopiergerät vorteilhaft. Eine der­ artige Wechselobjektiv-Anordnung ist z. B. aus der eingangs genannten EP 0 157 325 B1 bekannt. Die vorliegende Erfindung ist auch besonders dazu geeignet, in eine Objektivgruppe auf einem gemeinsamen Objektivträger gemäß DE-OS 42 24 740 A1 anzuordnen. Dazu ist das Objektiv 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in einem nicht näher gezeigten Objektivträger befestigt. Der Objektivträger ist in eine Objektivbühne eines fotografischen Rollenkopiergeräts eingesetzt. Dabei wird eine Kopiervorlage, die in einer in Fig. 3 eingezeichneten Negativebene 15 liegt, auf eine Bildebene 16 abgebildet. Das Objektiv 1 ist hier also als Vergrößerungsobjektiv eingesetzt. In der Bildebene 16 befindet sich foto­ grafisches Kopiermaterial, auf dem fotografische Abzüge erstellt werden. Der Abstand zwischen Negativebene 15 und Bildebene 16 beträgt bei der vorliegen­ den Anwendung 675 mm. Mit einem Abbildungsmaßstab β′ = -9,18 lassen sich von Kleinbildvorlagen des Formats 24 × 36 mm fotografische Abzüge von 8′′ × 12′′ erstellen. Die auf einem Vorlagenstreifen angeordneten Kopiervorlagen können in verschiedenen Orientierungen auf dem Streifen liegen. Durch das beschriebene Prismenobjektiv können ihre Bilder in der Bildebene gedreht werden. Genauso lassen sich Vorlagen, die eine bestimmte Orientierung aufweisen, innerhalb der Bildebene in eine gedrehte Orientierung abbilden. Der Einsatz einer Wechsel­ objektivanordnung ermöglicht dann, zwei verschiedene Orientierungen auf der Bildebene zu erzeugen. Das in der Bildebene liegende, auf einer Rolle befindliche Kopiermaterial läßt sich dann leicht für verschiedene Bildformate verwenden.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind Kenndaten des beschriebenen Objektivs angegeben:
Tabelle 1
In der Tabelle 2 und in Fig. 3 sind die Radien der Linsen mit ri gekennzeichnet, die Linsendicken und Prismenglaswege mit di und die Luftabstände mit li. Ferner sind die Brechzahlen ni und die Abbezahlen vi der optischen Medien angegeben.
A ist die gestreckte optische Achse. Von der Objektebene 16 aus gesehen ist das erste Glied des optischen Systems ein divergentes System 2 in Form eines um­ gekehrten Galileischen Fernrohrs. Es besteht aus zwei dicht benachbarten, di­ vergenten Linsengliedern 21 und 22, von denen das erste 21 eine sammelnde Kittfläche (r₂) enthält und einem nachfolgenden, eine Kittfläche (r₇) enthaltenden, sammelnden Linsenglied 23.
Diesem divergenten System 2 folgt ein Porroprismen-System zweier in einem gegebenen Winkel α zueinander stehender Porroprismen 4 und 5 mit Glaswe­ gen d₆ und d₇ zur Realisierung der gewünschten Bilddrehung. Zwischen den beiden Porroprismen steht die Aperturblende 7. Die beiden Porroprismen sind an den beiden einander zugewandten Grenzflächen miteinander verkittet (l₄ = 0). Die Grenzflächen könnten jedoch auch durch einen Luftraum getrennt sein (l₄ < 0). Die Anordnung der Porroprismen führt - ähnlich wie in einem Feldstecher - zu einem lateralen Versatz der optischen Achse. Das ,folgende, sammelnde System 3 steht deshalb axial versetzt zur ursprünglichen optischen Achse A. Die zweite Linsengruppe 3 besteht aus einem divergenten Linsenglied 31, welches eine Kittfläche r₁₃ enthält, und zwei nachfolgenden, sammelnden Einzellinsen 32 und 33. Zur Rektifizierung der bildseitigen optischen Achse in die Verlängerung der ursprünglichen Achse A und damit zur Beseitigung des Versatzes ist der bildseitige Glasweg d₁₂ in Form eines Rhomboidprismas 6 genutzt. Dessen Glasweg ist nicht kritisch. Er muß aber dem Glasweg der Porroprismen 4 und 5 und dem Winkel α, den die Porroprismen einschließen, angepaßt werden.
Das beschriebene System ist ein beugungsbegrenztes System hoher Abbil­ dungsgüte mit einem extrem großen Bildwinkel von 40°. Obwohl bei Porropris­ men die Einhaltung der Grenzwinkel für Totalreflexion erfahrungsgemäß eine größere Objektivbauform erfordert, erlaubt das beschriebene System eine sehr kompakte Bauform mit Porroprismen. Um ein Porroprismen-System in Totalre­ flexion verwenden zu können, dürfen die Winkel der Hauptstrahlen (auf Luft be­ zogen) abhängig von der Brechzahl der verwendeten Prismen nicht zu groß und selbst für ein hochbrechendes Prisma nicht größer als etwa 15° sein.
Bei einer Breite des vorliegenden Objektivs von 60 mm ist die Baulänge des Ob­ jektivs nur 200 mm. Die Verzeichnung (Geometriefehler der Abbildung) ist gerin­ ger als 1%. Der Abstand zwischen den beiden Linsengruppen ist, auf Luft redu­ ziert, größer als 1,2 × der Gesamtbrennweite f des Objektivs. Aufgrund der Ver­ wendung zweier hochbrechender Porroprismen ist der Glasweg zwischen den beiden Linsengruppen etwa 1,5 × so lang wie die Gesamtbrennweite f des Objek­ tivs. Dadurch können die Prismen klein gehalten werden und bei einer zentralen Blendenlage zwischen den Prismen, und bei einer relativen Öffnung von etwa 1 : 8 ist die vignettierungsfreie Übertragung eines großen Winkelfeldes von 2w = 40° möglich. Der Glasweg des Rhomboidprismas ist etwa 1,4 × so lang wie die Gesamtbrennweite f des Objektivs. Selbst mit diesem langen Glasweg ist die verfügbare freie Schnittweite aber noch größer als die Brennweite.
Obwohl anhand der Figuren nur ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann ein Fachmann mit seinem Fachwissen die Erfindung in vielfacher Weise abwandeln. Durch Variation der geometrischen bzw. optischen Daten der einzel­ nen Linsengruppen lassen sich eine Vielzahl von Objektivklassen erstellen, de­ nen gemeinsam ist, daß eine sehr kompakte Bauform des Objektivs erreichbar ist.
Tabelle 2

Claims (14)

1. Objektiv (1) mit einem eine Bilddrehung bewirkenden Prismensystem (4, 5), das zwischen einer ersten (2) und einer zweiten (3), positive Brechkraft aufweisenden Linsengruppe angeordnet ist, wobei die Blende (7) des Ob­ jektivs (1) innerhalb des Prismensystems (4, 5) liegt, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Linsengruppe (2) negative Brechkraft hat und daß das Prismensystem (4, 5) aus zwei zueinander gedreht angeordneten Porro­ prismen besteht.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Strahlengang bezüglich der ersten Linsengruppe (2) hinter der sammelnden Linsengruppe (3) ein Rhomboidprisma (6) angeordnet ist.
3. Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe (2) von der Art eines umgekehrten Galileischen Fernrohres ist.
4. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Porroprismen (4, 5) jeweils eine Bodenfläche (13) und zwei dazu geneigte Dachkantflächen (14) aufweisen und daß mindestens eine Linse (23, 31) von einer der beiden Linsengruppen (4, 5) neben einer der Dachkantflächen (14) eines der beiden Porroprismen (4, 5) angeordnet ist.
5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Porroprismen (4, 5) um einen Winkel (α) gegeneinander gedreht sind.
6. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rhomboidprisma (6) mit seiner Austrittsfläche auf der optischen Achse (A) und bezüglich der zweiten Linsengruppe (3) gegen­ überliegend zu dem Prismensystem (4, 5) angeordnet ist.
7. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Linsengruppe (2) aus zwei zerstreuenden (21, 22) und einem sammelnden (23) Linsenglied besteht.
8. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Linsengruppe (3) aus einem zerstreuenden (31) und zwei sammelnden (32, 33) Linsengliedern besteht.
9. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf Luft reduzierte, optische Weglänge zwischen den beiden Linsengruppen (2, 3) größer als das 1,2fache der Gesamtbrennwei­ te (f) des Objektivs ist.
10. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blende (7) der beiden Linsengruppen (2, 3) genau zwi­ schen den beiden Porroprismen (4, 5) liegt.
11. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Seite der längeren Konjugierten des optischen Sy­ stems die erste Linsengruppe (2) mit negativer Brechkraft und auf der Seite der kürzeren Konjugierten die zweite Linsengruppe (3) mit positiver Brech­ kraft angeordnet ist.
12. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Daten der optischen Baugruppen folgender Tabelle ge­ nügen:
13. Verwendung eines Objektivs nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem fotografischen Kopiergerät.
14. Verwendung eines Objektivs nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem fotografischen Kopiergerät auf Vorlagenstreifen befindliche Bildvorlagen durch das Objektiv auf Rollen-Kopiermaterial abgebildet werden, das in der Bildebene des Objektivs liegt.
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