DE2436230A1

DE2436230A1 - Optisches system

Info

Publication number: DE2436230A1
Application number: DE2436230A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Doi; Toshiro Kishikawa; Hiroshi Yamada
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1973-07-28
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1975-02-20
Also published as: GB1451885A; US3945713A; JPS5034552A; JPS597081B2

Description

Die Ei-findung betrifft ein optisches System mit einer Objektivlinse zur Erzeugung einer Abbildung auf einer ersten Pokussierungsebene, mit einem Relais-Linsensystem, das wenigstens eine Vorderlinse und eine hintere Linse aufweist und die auf der ersten Fokussicrungsebene scharf eingestellte Abbildung zu einer zweiten Fokussierungsebene überträgt, und mit einem· optischen System zur Drehung der Abbildung.

Mit einem solchen optischen System laßt sich eine Abbildung drehen, wobei insbesondere ein Prisma

BAD ORIGINAL

Bankkonten: H. XufhauW, München 173533 · Deutsche Bank, München ii/25078 - Poslsefietfciiohlo München"*i212-i01 'BLZ7OÖ3OSb0 BU 70070010 BlZ* 7OfHOOSO

dazu verwendet werden kann, um in einem Aufnahme-Linsensystem für Kameras , wie z.B. Fernsehkameras, Laufbildkauieras und fotographischen Kameras eine Abbildung zu drehen. Das zur Drehung einer Abbildung dienende optische System gemäß dieser Erfindung läßt sich auch bei zahlreichen anderen Typen von optischen Instrumenten einsetzen.

Es ist bekannt, eine Abbildung in einem optischen System zur Erzeugung einer Abbildung unter Verwendung eines Prismas zu drehen. Das zur Drehung der Abbildung dienende Prisma hat eine ungerade Zahl von reflektierenden Flächen, wobei seine einfallenden Lichtstrahlen und seine ausfallenden Lichtstrahlen eine gemeinsame optische Achse aufweisen. Die Abbildung, die durch die Lichtstrahlen erzeugt wird, die das sich drehende Prisma passieren, wird um seine optische Achse gedreht ,indem das Prisma um diese gedreht wird.

Diese Art von Prisma, die zur Drehung einer Abbildung dient, wird üblicherweise"vor einer Objektivlinse angeordnet. Wird jedoch das zur Drehung der Abbildung dienende Prisma vor der Objektivlinse angeordnet, so kann es nicht in ausreichender Weise das Gesichtsfeld der Objektivlinse bedecken, da die Objektivlinse üblicherweise ein weites Gesichtsfeld hat, während die Eintrittsfläche des zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas im Vergleich mit der effektiven optischen Weglänge des Prismas nicht so groß gemacht werden kann. Wird dio Eintrittsfläche des Prismas so groß gemacht, daß sie

BAD ORIGINAL

50SS08/0 7

das Gesichtsfeld der Objektivlinse bedeckt, so vrürde die Gosnr.itgröße des Prismas so ansteigen, daß es sich in der Praxis nicht mehr handhaben ließe.

Die oben beschriebenen Nachteile des zur Drehung einer Abbildung dienenden - Prismas, das vor der Objektivlinse angeordnet ist, machen sich jedoch in dem Fall besonders stark bemerkbar, vrenn die Objektivlinse ein Vario-Objektiv ( " Gummilinse " ) ist, das ein vorderes Linscnglied mit großem Durchmesser und einem variablen Gosichtsfeldv.'inkel hat, lrobei sich die Eintrittspupillc tief in dem Linsensystem befindet.

Die oben beschriebenen Nachteile dos herkömmlichen, zur Drehung einer Abbildung dienenden Prismas beruhen auf der Tatsache, daß die Öffnung der Objektivlinse außerhalb des Prismas angeordnet ist. Die Eintrittsfläche des Prismas kann deshalb klein gemacht vrerden, wenn die Öffnung der Objektivlinse in das Prisma hinein gebracht wird. Theoretisch lassen sich die Größe der Eintrittijflache des l'risnns und die optische Uoglängo des Prismas dann minimal machen, wenn die Öffnung der Objektivlinse im Mittelpunkt des Prismas angeordnet wird. Aus praktischen Gründe.·, ist es jedoch unmöglich, die öffnung der Objektiv!.inac in den Strahlengang dos zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas zu bringen. Weiterhin steigt zwangsläufig die Größe des Prismas an, um den Winkel des Gesichtsfeldes des Prismas zu verbreitern.

SAD ORIGINAL

509808/07 8 4

In Anbetracht dieser Beobachtungen und der BnSchreibung des Herkömmlichen, zur Drehung einer Abbildung dienenden Prismas liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches System mit einem zur Drehung einer Abbildung dienenden Prisma zu schaffen, das sogar dann das gesamte Gesichtsfeld einer Objektivlinse bedeckt, wenn die Objektivlinse ein Vario-Objektiv mit einein variablen Gesichtsfeld ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einein optischen System der angegebenen Gattung gelöst durch ein zur Drehung der Abbildung dienenden Prisma, das zwischen der Vorderlinse und der hinteren Linse des Relais-Linsensystems angeordnet ist, und durch eine Feldlinse, die auf der ersten Fokussierungsebene angeordnet ist und einen solchen Brennpunktabstand hat, daß die zu der Öffnung der Objektivlinso konjugierte Pupille des Relais-Linsensystems im wesentlichen im Mittelpunkt des Strahlengangs des zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas angeordnet werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein optisches System zur Drehung einer Abbildung unter Verwendung eines Prismas geschaffen wird, wobei das optische System äusserst klein ist und das Gesichtsfeld der Objektivlinse vollständig bedeckt.

Dabei wird das Gesichtsfeld des Prismas ohne Berücksichtigung des Winkels des Gesichtsfeldes der Objektivlinse durch die Verwendung eines Relais-Linsensystev.u?

BAD ORIGINAL 509808/0784

zusammen > mit dem Prisma klein gemacht. Weiterhin wird di'e Pupille des Rolais-Linsensystems, dio optisch konjugiert mit der Öffnung der Objektivlinse ist, in de_m Mittelpunkt dos Strahlengangs des Prismas , angeordnet, so daß das optische System so wirkt, als würde sich eine Öffnung in dem Mittelpunkt des Prismas befinden, · .

Das zur Drohung der Abbildung dienende Prisma wird in ein Relais-Linsensystem eingefügt, das zusammen mit der Objek'üivlinse verwendet wird; eine Fcldlinse ist zwischen der Objektivliiise und dem Relais-Linsensystem vorgesehen, wobei ihre Brechkraft in geeigneter l/eise so ausgewählt wird, daß die Pupille des Relais-Linsensystems in dem Mittelpunkt des Strahlengangs des zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas angeordnet werden kann. Als Ergebnis hiervon hat das zur Drohung der Abbildung dienende Prisma eine minimale Größe,und auch das gesamte optische System,'-das das Prisma enthält, ist sehr kompakt.

Die Erfindung schafft also ein optisches System, das eine Objektivlinsc zur Erzeugung einer Abbildung auf einer Fokussierungsebene und ein Relais-Linsensysteni enthält, um die Abbildung zu einer weiteren Fokussierungsebene zu übertragen; ein zur Drehung der Abbildung dienendes Prisma ist in das Rolais-Linsensystem eingefügt, wobei eine Feldlinse zwischen der Objektivlinse und der Rolais-Linso vorgesehen ist. Die Pupille des Relais-Linsensystems wird in dem Mittelpunkt des Strahlengangs des Prismas angeordnet, indem auf geeignete Weise die Brechkraft der Fcldlinse ausgewählt wird. -

BAD

509808/078 4

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeipielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Eä zeigen:

Figur 1 eine longitudinale Ansicht mit einer
Darstellung des Grundaufbaus des optischon Systuns gemäß einer Ausführungsfortn der vorliegenden Erfindung;

Figuren 2 A, 2 D und 2 C Frontansichton oinor
Darstellung einiger Beispiele fm· Prismen, die zur Drehung der Abbildung in dem optischen System nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können; und

Figur 3 eine longitudinale Ansicht einer Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei eine Objektivlinse 10 mit einer Öffnung 11 eine Abbildung 12 auf einer
ersten Fokussierungsebene scharfeinstellt. Eine
Feldlinse 13 ist auf der Fokussierungsebenc angeordnet, um das Licht von der Objektivlinse 10 zu
sammeln.Die Brechkraft der Feldlinse 13 ist so ausgewählt, daß die aus der Feldlinse 13 austretenden Lichtstrahlen durch eine Vorderlinso 1*1 eines Relais-Linsensystems empfangen werden können.Das Relais-Linscmsystem weist die Vorderlinse l4 und eine hintere Linac

BAD ORIGINAL

' 5098-08/0784

auf, wodurch die dui-ch die Objektivlinse IO scharfeingestellte Abbildung 12 zu der letzten Fokussierungsebene l6 übertragen wird. Ein die Abbildung drehendes Prisiaa 17. ist zwischen der Vorderlinse l'i und der hinteren Linse 15 des Relais-Linsensystems angeordnet. Da die Feldlinse 13 nur dazu verwendet wird, die von der Objektivlinse kommenden Lichtstrahlen zu konvergieren, beeinflusst ihre Brechkraft nicht die Stellung des schließlich scharfeingestellten Bildes. Die Brechkraft der Feldliiine 13 wird so ausgewählt, daß die mit der Öffnung 11 des Objektivlinsensystems 10 konjugierte Pupille l8 des Rolais-Linsensystems im Mittelpunkt des Strahlengangs des die Abbildung drehenden Prisnias 17 angeordnet werden kann. Als zur Drehung der Abbildung dienendes Prisma, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, können die verschiedenen, herkömmlichen Typen eingesetzt und in dem optischen System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden; Beispiele hierfür sind in den Fig. 2 A, 2 B und 2 C dargestellt. Da die Pupille des Relais-Linsensystem so ausgelegt wird, daß sie sich in dem Mittelpunkt seines Strnhlcngangs befindet, können die Eintrittsfläche des Prismas 17 zur Drehung der Abbildung und demgemäß seine Austrittsfläche klein gemacht werden; als Ergebnis hiervon hat das gesamte Prisma selbst eine äusserst kompakte Größe. Die· auf der ersten Fokussicrungsebene durch die Objektivlinse 10 erzeugte Abbildung 12 kann mittels des Relais-Linsensystems durch geeignete Auswahl der Brennweite der Linsen l*k und 15 zu der letzten Fokussiorungsebeno l6 übertragen werden, wie es sogar dann der Fall ist, wenn das

BAD

509808/0784

■, 8 C 9 £ 0 «

von dem Relais-Linsensystem bedeckte Gesichtsfeld nicht so groß ist. Die Pupille l8 des Relais-Linsensystems wird sogar dann in einer vorher bestimmten , stationären Stellung gehalten, wenn die Objektivlinse 10 gegen eine Linse mit einem anderen Gesichtsfeld oder gegen ein Vario-Objektiv ( " Gummilinse " ) mit einem variablen Gesichtsfeld ausgetauscht wird, indem nur die Feldlinse 13 gegen eine andere FoIdlinse mit unterschiedlichein Brennpunkts ab stand gemäß der Änderung der Stellung der dadurch fokussiorten Abbildung 12 ausgewechselt wird.

Gemäß dem hier beschriebenen optischen System kann eine durch eine Objektivlinse mit einem breiten Gg-

¹S"-

Sichtsfeld scharfeingestellte Abbildung unter Verwendung eines kleinen, zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas gedreht werden. Das oben beschriebene optische System gemäß einer A_usfü_nrung_Sforii der vorliegenden Erfindung hat jedoch den Nachteil, daß die schließlich erhaltene, auf der letzten Fokussieruiigsflache l6 erzeugte Abbildung in Bezug auf die Abbildung umgelcenrt ist, die von der Objektivlinse erzeugt wird. Ein weiterer Nachteil des hier beschriebenen optischen Systems liegt darin, daß seine Gesatritlänge hoch ist.

Diese Mangel, die die oben beschriebene, in Fig. 1 gezeigte Ausfuhrungsform aufgrund ihres Äufbaus hat, sind in der folgenden", bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung vermieden, die nun unter Bezugnahme

BAD ORIGINAL

509808/0784

auf Fig. 3 beschrieben werden soll.

In Fig. 3 bewirkt, eine Objektivlinse 19, wie z.B. ein Vario-Objcktiv, mit einer Öffnung 20 die Scharfeinstellung einer Abbildung 25 auf der letzten Fokussierungsebene durch eine Feldlinse 21 und Relais-Linsen 22 und 23· Zwischen den Relaislinsen 22 und 23 sind ein zur Drehung der Abbildung dienendes Prisma 24 und ein Totalreflexions-Prisna 29 vorgesehen. Uie sich Fig. 3 entnehmen läßt, ist ein Prismensystem 27 zwischen der Feldlinse 21 und der Objektivlinse 19 angeordnet, um die Lichtstrahlen von der Objektivlinse 19 im rechten "Winkel zu reflektieren. -Ein Porro - Prismensystem 28 ist zwi sehen der Feldlinse 21 und der vorderen Relaislinse 22 vorgesehen, um die Lichtstrahlen von der Feldlinse 21 , die in einem rechten Winkel von der optischen Achse des Lichtes kommen, das von der Objektivlinse 19 abgegeben wird, zurück zu dem Totalreflexionsprisma 29 zu führen, das auf der Verlängerung der optischen Achse der Objektivlinse 19 angeordnet ist. Das Totalreflexionsprisma 29 reflektiert die Lichtstrahlen von der vorderen Relaislinse 22 in die Richtung der optischerJAchse der Lichtstrahlen, die von der Objoktivlinse 19 abgegeben werden. Auf ähnliche V/eise, wie es bei der oben beschriebenen, in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Fall war, ist die mit der öffnung 20 konjugierte Pupille des Relais-Linsensystems in dem Mittelpunkt des Strahlengangs des zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas 2.h angeordnet, indem der Broniipunktsabstaiid der Feldlinse 21 in geeigneter Weise ausgewählt l/ird.

509808/0784 bad original

Gemäß der oben beschriebenen, in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das schließlich durch das gesamte optische System erhaltene Bild 25 nicht umgedreht; dabei werden zusätzliche Prismen 27, 28 und 29 » die insgesamt eine ungerade Zahl von reflektierenden Flächen haben, verwendet, um die Gesamtzahl der Reflexionen des gesamten optischen Systems, einschließlich des zur Drohung der Abbildung dienenden Prismas 24 , gerade zu machen. Weiterhin läßt sich Fig. 3 schließlich noch entnehmen, daß die Gesamtlänge des optischen System durch die Verwendung der zusätzlichen Prismen 27, 2ö und 29 verkürzt liird.

BAD ORIGINAL

- Patentansprüche -

509808/0784

Claims

- Il -

Patentansprüche

Optisches System mit einer Objektivlinse zur Erzeugung einer Abbildung auf einer ersten Fokussierungsebene, mit einem Relais-Linsensystom, das wenigstens eine Vorderlinse und eine hintere Linse aufweist und die auf der ersten Fokussierungsebene scharf eingestellte Abbildung zu einer zweiten Fokussierungsebene überträgt, und mit einem optischen System zur Drehung der Abbildung, gekennzeichnet durch ein zur Drehung der Abbildung dienendes Prisma ( 171 2k ) , das zwischen der Vorderlinse ( 1Λ, 22 ) und der hinteren Linse ( 15, 23 ) des Relais-Linsensystems angeordnet ist, und durch eine Fuldlinse ( 13, 21 ), die auf der ersten Fokussierungsebene angeordnet ist und einen solchen Brennpunktabstand hat, daß die zu der Öffnung der Objektivlinse ( 1O₁ 19 ) konjugierte Pupille des Relais-Linsensystems im wesentlichen im Mittelpunkt des Strahlengangs des zur Drehung der Abbildung dienenden Prismas ( 17» 2k ) angeordnet werden kann.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Licht reflektierende Anordnung mit einer ungeraden Zahl von reflektierenden Flächen in das optische System eingeführt wird, wobei sich ein nichtumgedrehtes Bild ergibt.
3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht reflektierende Anordnung ein Prisniensystem ( 27, 28, 29 ) aufweist.

BAD ORIGINAL 509808/0784
4. Optisches. System nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Prismensystem für die Reflektion des Lichtes von der Objektivlinse ( 19 ) ein erstes Prisma mit einer geraden Zahl von reflektierenden Flächen und ein zweites Prisma mit einer ungeraden Zahl von reflektierenden Flächen aufweist.
5· Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis k, gekennzeichnet durch eine erste Licht reflektierende Anordnung ( 27 ) in der optischen Achse der Lichtstrahlen, die von der Objektivlinse ( 19 ) abgegeben werden , wobei die Lichtstrahlen von der Objektivlinse ( 19 ) im wesentlichen im rechten Winkel in Bezug auf die optische Achse umgelenkt werden, durch eine zweite Licht reflektierende Anordnung ( 23 ) in dem Strahlengang der Lichtstrahlen, die von der erraten Licht reflektierenden Anordnung ( 27 ) reflektiert werden, wobei die Lichtstrahlen von der ersten Licht reflektierenden Anordnung ( 27 ) zurück zu der optischen Achse der Objektivlinse ( 19 ) reflektiert werden, und durch eine dritte Licht reflektierende Anordnung ( 29 ) im Strahlengang der Lichtstrahlen, die von der zweiten Licht reflektierenden Anordnung ( 28 ) reflektiert werden, wobei die Lichtstrahlen von der zweiten Licht reflektierenden Anordnung (28) im wesentlichen im rechten Winkel in Richtung der optischen Achse der Objektivlinse ( 19 ) reflektiert werden, und wobei die erste, zweite und dritte Licht reflektierende Anordnung ( 27, 28, 29 ) insgesamt «eine ungerade Zahl von reflektierenden Oberflächen aufweisen.

BAD ORIGINAL

509808/0 78
6. Optisches System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Licht reflektierende Anordnung ( 27 ) ein Prisma ist, das zwischen der Objektlinse ( 19 ) und der Fevldliiise ( 21 ) vorgesehen ist, daß die zweite Licht reflektierende Anordnung ( 28 ) ein Prisma ist, das zwischen der Foldlinso ( 21 ) und der Vorderlinse ( 22 ) des Relais-Linsensyster.iR vorgesehen ist, und d£\ß die dritte Licht reflektierende Anordnung ( 29 ) ein Prisma ist, das zwischen der Vorderlinse ( 22 ) des Rclais-Linsjonsysteins und dein zur Drehung der Abbildung dienenden Prisma (2'Ά) vorgesehen ist.
7. Optisches Syste"m nach Anspruch 6, dadurdi gekennzeichnet, daß die zweite Licht reflektierende Anordnung ( 28 ) ein Porro-Prismonsystera ist.
8. Optisches System nach Anspruch 7,» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Licht reflektierende Anordnung (27) ein Prisma mit einer gerade Zahl von reflektierenden Flächen und die dritte Licht reflektierende Anordnung ( 29 ) ein Prisma mit einer ungeraden Zahl von reflektierenden Flächen ist.
9. Optisches System nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß die erste Licht reflektierende Anordnung ( 27 ) ein Prisma mit einer ungeraden Zahl von reflektierenden Flächen und die dritte Licht reflektierende Anordnung ( 29 ) ein Prisma mit einer geraden Zahl von reflektierenden Fläcli.en ist.

BAD ORIGINAL

509808/0784