DE69726625T2

DE69726625T2 - Photographisches optisches System

Info

Publication number: DE69726625T2
Application number: DE69726625T
Authority: DE
Inventors: Makoto Ohta-ku Sekita
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: HK1001783A1; DE69726625D1; EP0788003A3; US5917662A; EP0788003A2; EP0788003B1; JPH09211331A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein fotografisches bzw. bildaufnehmendes optisches System und ein optisches Element und im einzelnen ein fotografisches bzw. bildaufnehmendes optisches System und ein optisches Element, die in einer optischen Vorrichtung, wie etwa in einer Kamera, geeignet verwendet werden.
Stand der Technik
Als eine herkömmliche Vorrichtung mit einer Reflexionsoberfläche als Teil eines optischen Systems ist beispielsweise ein Teleskop, wie jenes in 1 gezeigte, bekannt. Das in 1 gezeigte Teleskop ist von einem Typ, das Cassegrain-Reflexionsteleskop genannt wird. Dieses Teleskop setzt sich aus einem konkaven Spiegel 51, einem konvexen Spiegel 52 und einem Okular 55 zusammen. Paralleles Licht 54 von einem Objekt im Unendlichen wird als konvergenter Lichtstrahl durch den konkaven Spiegel 51 zu der Objektseite reflektiert. Der konvergente Lichtstrahl wird mittels des an der Objektseite des konkaven Spiegels 51 angeordneten, konvexen Spiegels 52 zu der Beobachterseite reflektiert, um eine Objektabbildung an einer Zwischenabbildungsebene 53 auszubilden. Danach wird die Objektabbildung unter Verwendung des hinter der Zwischenabbildungsebene 53 angeordneten Okulars 55 beobachtet.
Wie obig beschrieben, wird in dem Cassegrain-Reflexionsteleskop der optische Pfad des Teleobjektivs bzw. Fernobjektivs, welches sich aus den Strahlbrechungslinsen zusammensetzt und eine lange Gesamtlinsenlänge aufweist, unter Verwendung der beiden Reflexionsspiegel gefaltet, um derart die Gesamtlänge des optischen Systems herabzusetzen. Da jedoch in dem Cassegrain-Reflexionsteleskop eine reelle Abbildung ausgebildet wird, und das Okular hinter der Abbildung angeordnet ist, ist eine Größenreduzierung in der longitudinalen Richtung begrenzt.
Im Gegensatz hierzu ist ebenso ein optisches Reflexionssystem bekannt, welches konstruiert ist, um eine Größenreduktion durch integrierte Reflexions- und Strahlbrechungsoberflächen zu erreichen.
2 ist eine schematische Ansicht, welche den Hauptbereich eines optischen Beobachtungssystems zeigt, welches in dem US Patent Nr. 4,775,217 offenbart ist. Das optische Beobachtungssystem ist ein optisches System, welches verwendet wird, um eine Außenszene zusammen mit einer auf einer Informationsanzeigeeinheit in einem überlappenden Zustand angezeigte Anzeigeabbildung zu beobachten.
In diesem optischen Beobachtungssystem wird ein Anzeigelichtbündel 65, welches von einer Anzeigeabbildung an eine Informationsanzeigeeinheit 61 austritt, mittels einer Oberfläche 62 in Richtung der Objektseite reflektiert, und es tritt an einer konkaven Halbspiegeloberfläche 63 ein. Nachdem es mittels der Halbspiegeloberfläche 63 reflektiert ist, wird das Anzeigelichtbündel 65 infolge des Strahlbrechungsvermögens der konkaven Oberfläche 63 in einen nahezu parallelen Lichtstrahl umgewandelt. Das parallele Lichtbündel wird durch die Oberfläche 62 gebrochen/übertragen, um eine vergrößerte virtuelle Abbildung der Anzeigeabbildung bei einer unendlichen Entfernung an der Objektseite auszubilden. Zur gleichen Zeit tritt das Anzeigelichtbündel 65 in eine Pupille 64 des Beobachters ein, um es ihm/ihr zu gestatten, die Anzeigeabbildung zu erkennen.
Mittlerweile ist ein Objektlichtbündel 66 von einem Objekt nahezu parallel zu der Reflexionsoberfläche 62 in eine Oberfläche 67 eingetreten. Das Lichtbündel wird gebrochen und erreicht die konkave Halbspiegeloberfläche 63. Ein semitransparenter Film bzw. eine semi-transparente Schicht ist an der konkaven Oberfläche 63 angeordnet. Das Objektlichtbündel 66 wird teilweise durch die konkave Oberfläche 63 übertragen und durch die Oberfläche 62 gebrochen/übertragen. Das Lichtbündel tritt dann in die Pupille 64 des Beobachters ein. Mit dieser Operation kann der Beobachter virtuell die Anzeigeabbildung in der Außenszene in einem überlappenden Zustand erkennen.
3 ist eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines optischen Beobachtungssystems zeigt, welches in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2-297516 offenbart ist, welche der US 5,453,877 A entspricht. Dieses optische Beobachtungssystem ist ebenso ein optisches System, welches verwendet wird, um eine Außenszene zusammen mit einer an eine Informationsanzeigeeinheit angezeigten Anzeigeabbildung in einem überlappenden Zustand zu erkennen.
In diesem optischen Beobachtungssystem wird ein Anzeigelichtbündel 74, welches von einer Informationsanzeigeeinheit 70 austritt, durch eine Ebene 77 als ein Teil eines optischen Gliedes Pa übertragen und erreicht das optische Glied Pa, um auf einer parabolischen Reflexionsoberfläche 71 einzutreffen. Das Anzeigelichtbündel 74 wird durch die Reflexionsoberfläche 71 reflektiert, um ein konvergentes Lichtbündel zu werden, wodurch eine Abbildung an einer Brennebene 67 ausgebildet wird.
Zu dieser Zeit hat das mittels der parabolischen Reflexionsoberfläche 71 reflektierte Anzeigelichtbündel 74 die Brennebene 76 erreicht, nachdem es mittels der beiden parallelen Ebenen, die das optische Glied Pa begründen, total reflektiert wurde; d. h., mittels der Ebene 77 und einer Ebene 78. Mit dieser Anordnung wird ein optisches Niedrig-Profil-System erzielt.
Das Anzeigelichtbündel 74, das als divergentes Licht von der Brennebene 76 ausgeht, wird mittels der Ebenen 77 und 78 total reflektiert und trifft auf einen Halbspiegel 72 auf, der durch eine parabolische Oberfläche begründet wird. Das Lichtbündel wird mittels des Halbspiegels 72 reflektiert. Zur gleichen Zeit bildet dieses Lichtbündel infolge der Brechkraft des Halbspiegels 72 eine vergrößerte virtuelle Abbildung der Anzeigeabbildung aus und wird ein nahezu paralleles Lichtbündel. Das Lichtbündel wird durch die Ebene 77 übertragen und trifft auf eine Pupille 73 des Beobachters, wodurch es dem Beobachter gestattet ist, die Anzeigeabbildung zu erkennen.
Mittlerweile wird ein externes Objektlichtbündel 75 durch eine Oberfläche 78b als ein Teil eines optischen Gliedes Pb und durch den Halbspiegel 72 übertragen. Das Lichtbündel wird dann durch die Ebene 77 übertragen und trifft in der Pupille 73 des Beobachters ein. Der Beobachter erkennt dann visuell die Anzeigeabbildung in der Außenszene in einem überlappenden Zustand.
Das in 2 gezeigte optische Beobachtungssystem setzt sich aus der flachen Strahlbrechungsoberfläche und der konkaven Halbspiegeloberfläche zusammen, um eine Größenreduktion zu erzielen. Die Oberfläche 62, von welcher Lichtbündel von der Informationsanzeigeeinheit und der Außenszene austreten, ist jedoch nicht ausgelegt, um eine Aberrationskorrektur bzw. Abbildungsfehlerkorrektur durchzuführen, weil die Oberfläche 62 als Totalreflexionsoberfläche für ein Lichtbündel von der Informationsanzeigeeinheit 61 verwendet wird.
Das in 3 gezeigte optische Beobachtungssystem ist ausgelegt, um eine Größenreduktion unter Verwendung der flachen Strahlbrechungsoberfläche, der parabolischen Reflexionsoberfläche und des mittels der parabolischen Oberfläche begründeten Halbspiegels zu erzielen. Die Eintritts- und Austrittsoberflächen für ein Objektlichtbündel von einer Außenszene sind jedoch nicht ausgelegt, um eine Aberrationskorrektur durchzuführen, weil die ausgedehnten Oberflächen der Eintritts- und Austrittsoberflächen als Totalreflexionsoberflächen zum Führen eines Lichtbündels von der Informationsanzeigeeinheit 70 verwendet werden.
Die US 5,452,126 A offenbart eine leichtgewichtige Teleskoplinse von monolithografischer Konstruktion, die mit gekrümmten Strahlbrechungs- und Reflexionsoberflächen zusammenwirkt, um sämtliche optischen Funktionen eines gewöhnlichen Teleskops zu erzeugen. Zwei von diesen Linsen können in einem Okularrahmen montiert werden, um wie ein Okularpaar getragen zu werden, um die Hände des Benutzers frei zu machen.
Die EP 0 730 169 A2 , die dem späteren Europäischen Patent Nr. 96102615 entspricht, stellt einen Stand der Technik im Sinne von Artikel 54(3) EPC für die Vertragsstaaten DE, FR und GB dar, und offenbart ein optisches System vom Reflexionstyp, das sich aus einem transparenten Körper zusammensetzt, welcher eine Eintrittsoberfläche, eine Austrittsoberfläche und zumindest drei gekrümmte Reflexionsoberflächen von innerer Reflexion aufweist, wobei ein Lichtbündel, das von einem Objekt kommt und in die Eintrittsoberfläche eintritt, von zumindest einer der Reflexionsoberflächen reflektiert wird, um eine primäre Abbildung innerhalb des optischen Elements auszubilden, und es wird dann veranlasst durch die verbleibenden Reflexionsoberflächen aus der Austrittsoberfläche auszutreten, um eine Objektabbildung bei einer bestimmten Ebene auszubilden. Die gekrümmten Reflexionsoberflächen, die das optische Element begründen, sind jeweils von einer Formgebung, die nur eine Symmetrieebene aufweist; die Eintrittsoberfläche und die Austrittsoberfläche weisen jeweils eine Brechkraft auf; die Eintrittsoberfläche und die Austrittsoberfläche weisen jeweils eine Formgebung auf, die rotationssymmetrisch hinsichtlich der Referenzachse ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein fotografisches optisches System, ein optisches Element und eine optische Vorrichtung anzugeben, die die Miniaturisierung beibehalten, eine geeignete Aberrationskorrektur bzw. Abbildungsfehlerkorrektur durchführen und hervorragende optische Eigenschaften erreichen.
Um die obige Aufgabe zu lösen ist erfindungsgemäß ein fotografisches optisches System vorgesehen, welches ein festes optisches Element aufweist, das folgendes enthält:

– eine Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche, auf welcher Licht von einem Objekt einfällt;
– eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsoberflächen, welche sequentiell das Licht von der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche reflektieren; und
– eine Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche, von welcher das Licht von den gekrümmten Reflexionsoberflächen austritt,

Zusätzlich zu der obigen Anordnung weist das kompakte optische Element der vorliegenden Erfindung eine Referenzachse auf, die eine Objektmitte und die Pupillenmitte des optischen Elementes verbindet, wobei sie parallel zu der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche und der Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche verläuft.
In dem fotografischen optischen System und dem optischen Element der vorliegenden Erfindung weist die rotationsasymmetrische Oberfläche eine Formgebung zum Korrigieren einer rotationsasymmetrischen Aberration auf, die in Licht verursacht wird, welches durch das optische Element hindurchläuft. Beispielsweise weist diese Formgebung nur eine symmetrische Ebene auf.
Zusätzlich ist zumindest eine der gekrümmten Reflexionsoberflächen des optischen Elementes in bevorzugter Weise hinsichtlich einer Objektoberfläche geneigt.
Ferner ist zumindest eine der Vielzahl der gekrümmten Reflexionsoberflächen eine rotationsasymmetrische Oberfläche.
Darüber hinaus kann die obige Aufgabe durch Anwenden des fotografischen optischen Systems und des optischen Elements der vorliegenden Erfindung bei einer optischen Vorrichtung, wie etwa bei einer Kamera, erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht zum Erläutern eines herkömmlichen Reflexionsteleskops;
2 ist eine Ansicht zum Erläutern eines herkömmlichen optischen Beobachtungssystems;
3 ist eine Ansicht zum Erläutern eines herkömmlichen optischen Beobachtungssystems;
4 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern eines Koordinatensystems gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Schnittansicht, die eine optische Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit optischen Wegen zeigt;
6 ist eine Schnittansicht, die eine optische Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zusammen mit optischen Wegen zeigt;
7 ist eine Darstellung, welche transversale Aberrationen in einem optischen bildaufnehmenden System gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Darstellung, welche transversale Aberrationen in einem optischen Suchersystem gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Vor einer Beschreibung der Ausführungsformen wird die Art und Weise des Ausdrückens der Spezifikationen der Ausführungsformen und Gegenstände, die den Ausführungsformen gemeinsam sind, beschrieben.
4 ist eine grafische Darstellung zum Erläutern eines Koordinatensystems zum Definieren der konstitutionellen Daten eines optischen Elements der vorliegenden Erfindung. In jeder Ausführungsform wird die Oberfläche an der i-ten Position entlang eines Lichtbündels (welches mittels einer abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linie in 5 gezeigt und Referenzachsen-Lichtbündel genannt wird), das von der Objektseite zu der Abbildungsebene läuft, als die i-te Oberfläche definiert.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine erste Oberfläche R1 eine Strahlbrechungsoberfläche; eine zweite Oberfläche R2 eine Reflexionsoberfläche, die hinsichtlich der ersten Oberfläche R1 schräg gestellt ist; dritte und vierte Oberflächen R3 und R4 sind Reflexionsoberflächen, die verschoben/geneigt hinsichtlich der jeweils vorhergehenden Oberflächen sind; und eine fünfte Oberfläche R5 ist eine Strahlbrechungsoberfläche, die verschoben/geneigt hinsichtlich der vierten Oberfläche R4 ist. Ein optischen Reflexionssystem setzt sich aus diesen Strahlbrechungs- und Reflexionsoberflächen zusammen.
Da das optische System der vorliegenden Erfindung ein exzentrisches optisches System ist, weisen die Oberflächen, die das optische System begründen, keine gemeinsame optische Achse auf. In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird von daher ein absolutes Koordinatensystem festgelegt, welches die Mitte der effektiven Apertur bzw. Blendenöffnung der ersten Oberfläche als Ursprung verwendet.
In jeder Ausführungsform wird der Mittelpunkt der effektiven Apertur bzw. Blendenöffnung der ersten Oberfläche als Ursprung definiert, und der Weg eines Lichtbündels (Referenzachsen-Lichtbündel), der durch den Ursprung und die Mitte der Abbildungsebene hindurchläuft, wird als Referenzachse des optischen Systems definiert. Zusätzlich ist in jeder Ausführungsform die Ausbreitungsrichtung eines Referenzachsen-Lichtbündels als positive Richtung der Referenzachse definiert.
In jeder Ausführungsform ist die Referenzachse in der oben genannten Weise als Referenz für das optische System festgelegt. Jedoch kann jede Achse als Referenzachse für das optische System verwendet werden, die hinsichtlich des optischen Aufbaus oder der Aberration geeignet ist oder welche geeignet verwendet werden kann, um die Formgebungen der Oberflächen, die das optische System begründen, auszudrücken. Im allgemeinen ist jedoch als eine Referenzachse der Weg eines Lichtbündels, welches durch die Mitte der Abbildungsebene und durch eine Blende, eine Eintrittspupille, eine Austrittspupille oder durch die Mitte der ersten oder letzten Oberfläche des optischen Systems hindurchläuft, als Referenz für das optische System festgelegt.
In jeder Ausführungsform ist als Referenzachse der Weg eines Lichtbündels (Referenzachsen-Lichtbündel) festgelegt, das durch die Mitte der effektiven Apertur bzw. Blendenöffnung der ersten Oberfläche hindurchläuft und die Mitte der letzten Abbildungsebene erreicht, nachdem es mittels der jeweiligen Strahlbrechungs- und Reflexionsoberfläche gebrochen/reflektiert wurde. Die Ordnungsnummern sind den jeweiligen Oberflächen in der Reihenfolge zugeordnet, in welcher ein Referenzachsen-Lichtbündel die Abbildungsebene erreicht, nachdem es gebrochen/reflektiert wurde.
Die Referenzachse ändert von daher seine Richtung entlang der Ordnungsnummern, die für die jeweiligen Oberflächen gemäß den Strahlbrechungs- und Reflexionsgesetzen festgelegt sind, und erreicht schließlich die Mitte der Abbildungsebene.
Der Weg des Referenzachsen-Lichtbündels, das auf jede Oberfläche eintrifft, wird als die „Eintrittsreferenzachse" einer jeden Oberfläche bezeichnet, und der Weg eines Referenzachsen-Lichtbündels, das mittels jeder Oberfläche gebrochen oder reflektiert wird und hiervon austritt, wird als die „Austrittsreferenzachse" einer jeden Oberfläche bezeichnet. Auf ähnliche Weise wird ein Referenzachsen-Lichtbündel, das auf jede Oberfläche eintrifft, als „Eintrittsreferenzachsen-Lichtbündel" bezeichnet, und ein Referenzachsen-Lichtbündel, welches von jeder Oberfläche austritt, wird als „Austrittsreferenzachsen-Lichtbündel" bezeichnet.

Sämtliche schräg gestellten Oberflächen, die das optische System in jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung begründen, sind im wesentlichen innerhalb der gleichen Ebene geneigt. Die jeweiligen Achsen des absoluten Koordinatensystems werden von daher wie folgt definiert:

Z-Achse:	eine Referenzachse, die durch den Ursprung hindurchläuft und sich in Richtung der zweiten Oberfläche R2 erstreckt.
Y-Achse:	eine gerade Linie, die durch den Ursprung hindurchläuft und hinsichtlich der Z-Achse entgegengesetzt des Uhrzeigersinn 90° innerhalb der geneigten Ebene definiert (die Zeichnungsoberfläche von Fig. 4).
X-Achse:	eine gerade Linie, die durch den Ursprung hindurchläuft und senkrecht zu der Z- und Y-Achse steht (eine gerade Linie, senkrecht zu der Zeichenoberfläche von Fig. 4).

Die Formgebung der i-ten Oberfläche als ein Teil des optischen Systems kann, anstatt eine absolute Koordinatenachse zu verwenden, durch Festlegen und Verwenden eines lokalen Koordinatensystems einfacher verstanden und erkannt werden, in welchem der Schnittpunkt zwischen einer Referenzachse und der i-ten Oberfläche als Ursprung festgelegt ist. Aus diesem Grund wird in jeder numerischen Ausführungsform, welche die konstitutionellen Daten der vorliegenden Erfindung anzeigen, die Formgebung der i-ten Oberfläche mittels des lokalen Koordinatensystems ausgedrückt.
Der Neigungswinkel der i-ten Oberfläche innerhalb der Y-Z-Ebene wird in dem absoluten Koordinatensystem hinsichtlich der Z-Achse durch einen Winkel θi (°) in Richtung des entgegengesetzten Uhrzeigersinn ausgedrückt (, der einen Elevations- bzw. Höhen-Winkel definiert), was als eine positive Richtung betrachtet wird. In jeder numerischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist von daher der Ursprung des lokalen Koordinatensystems für jede Oberfläche in der Y-Z-Ebene in 4 angeordnet.

Es gibt innerhalb X-Z- und X-Y-Ebenen keine Oberflächenexzentrizität. Zusätzlich sind die Y- und Z-Achse in dem lokalen Koordinatensystem (x, y, z) für die i-te Oberfläche hinsichtlich des absoluten Koordinatensystems (x, y, z) um einen Winkel θi innerhalb der Y-Z-Ebene geneigt. Im Einzelnen werden die jeweiligen Achsen wie folgt festgelegt:

Z-Achse:	eine gerade Linie, die durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems hindurchläuft und die in dem absoluten Koordinatensystem hinsichtlich der Z-Richtung den Winkel θi innerhalb der Y-Z-Ebene in Richtung des entgegengesetzten Uhrzeigersinn definiert.
Y-Achse:	eine gerade Linie, die durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems hindurchläuft und die hinsichtlich der Z-Richtung 90° innerhalb der Y-Z-Ebene in Richtung des entgegengesetzten Uhrzeigersinn definiert.
X-Achse:	eine gerade Linie, die durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems hindurchläuft und die senkrecht zu der Y-Z-Ebene steht.

Ein Skalar, der die Entfernung zwischen den Ursprüngen der lokalen Koordinatensysteme für die i-te und die (i + 1)-te Oberfläche darstellt, wird mittels Di dargestellt. Der Strahlbrechungsindex und die Abbe-Zahl des Mediums zwischen der i-ten Oberfläche und der (i + 1)-ten Oberfläche werden jeweils durch Ndi und vdi dargestellt.
In jeder Ausführungsform weist das optische Element sphärische Oberflächen und rotationsasymmetrische, nicht-sphärische Oberflächen auf. Der Krümmungsradius einer jeden sphärischen Oberfläche wird durch ri ausgedrückt. Das Zeichen „–" ist dem Krümmungsradius ri zugeordnet, wenn die Krümmungsmitte an der ersten Oberflächenseite entlang der Referenzachse angeordnet ist (die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 4), die sich von der ersten Oberfläche zu der Abbildungsebene oder der Beobachtungsebene erstreckt, wohingegen das Zeichen „+" dem Krümmungsradius ri zugeordnet ist, wenn die Krümmungsmitte an der Abbildungsebenenseite angeordnet ist.
Die Formgebung einer jeder sphärischen Oberfläche wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Zumindest eine der Eintritts- und Austrittsoberflächen des optischen Elements ist eine rotationsasymmetrische, nichtsphärische Oberfläche, und ihre Formgebung wird durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt: A = (a + b)·(y2· cos2t + x2) B = 2a·b·cost[1 + {(b – a)∙y∙sint/(2a∙b)} + [1+{(b – a)∙y∙sint/(a∙b)} – {y2/(a∙b)} – {4a∙b∙cos2t + (a + b)2sin2t}x2 /(4a2b2cos2t)]1/2 Z = A/B + C02y2 + C11xy + C20x2 + C03y3 + C12xy2 + C21x2y + C04y4 + C13xy3 + C22x2y2 + C31x3y + C40x4 + ...
In jeder Ausführungsform hat jede rotationsasymmetrische Oberfläche eine hinsichtlich der Y-Z-Ebene symmetrische Formgebung, wobei nur die Terme gerader Ordnung, die mit „x" in den obigen Gleichungen asoziiert sind, verwendet werden und wobei die Terme ungerader Ordnung auf Null festgesetzt werden. Wenn die folgende Bedingung erfüllt ist, stellen die obigen Gleichungen eine hinsichtlich der X-Z-Ebene symmetrische Formgebung dar: C03 = C21 = t = 0
Wenn die nachfolgende Bedingung erfüllt ist, stellen die obigen Gleichungen eine rotationssymmetrische Formgebung dar: C02 = C20 = C04 = C40 = C22/2
Wenn die obige Bedingung nicht erfüllt wird, stellen die obigen Gleichungen eine rotationsasymmetrische Formgebung dar.
Eine Brechkraft Φ einer jeden rotationsasymmetrischen Oberfläche in der vorliegenden Erfindung wird mittels Gleichung (1) berechnet:
wobei N Strahlbrechungsindex an der Eintrittsseite, N' der Strahlbrechungsindex an der Austrittsseite, θ der Eintrittswinkel eines Eintrittsreferenzachsen-Lichtbündels an der Oberfläche und θ' der Austrittswinkel des Referenzachsen-Lichtbündels von der Oberfläche ist. Diese Werte erfüllen das Brechungsgesetzt: N sinθ = N' sinθ' (2)
In Gleichung (1) stellt ξ einen Azimutwinkel dar. Die Strahlbrechungsoberfläche der Referenzachse ist als ξ = 0 definiert. In der vorliegenden Erfindung wird die Y-Z-Ebene als ξ = 0 definiert. ξ' stellt einen idealen Azimutwinkel bei Abwesenheit einer Aberration dar. Bei der Berechnung einer Brechkraft genügt es, wenn ξ = ξ' gilt.
Da jeder Ausdruck ungerader Ordnung auf Null festgelegt ist, kann in der vorliegenden Erfindung Gleichung (1) in Gleichung (3) umgeschrieben werden:
Bei der Darstellung jeder Reflexionsoberfläche kann Gleichung (3) in Gleichung (4) umgeschrieben werden, da N' = –N und θ' = –θ gilt.
In jeder numerischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das fotografische Feld durch einen horizontalen halben Bildfeldwinkel u_y und einen vertikalen halben Bildfeldwinkel u_x ausgedrückt. Der horizontale halbe Bildfeldwinkel u_y ist der maximale halbe Bildfeldwinkel, bei welchem ein Lichtbündel auf die erste Oberfläche R1 innerhalb der Y-Z-Ebene in 4 eintrifft. Der vertikale halbe Bildfeldwinkel u_x ist der maximale halbe Bildfeldwinkel, bei welchem ein Lichtbündel auf die erste Oberfläche R1 innerhalb der Y-Z-Ebene einfällt.
Der Durchmesser einer Blende ist als Betrag gegeben, der die Helligkeit des optischen Systems darstellt.
Eine Abbildungsgröße ist als ein effektiver Abbildungsbereich an einer Abbildungsebene gegeben. Jede Abbildungsgröße wird durch einen rechtwinkeligen Bereich mit einer horizontalen Linie, die eine Größe in der Y-Richtung in dem lokalen Koordinatensystem darstellt, und einer vertikalen Linie dargestellt, die eine Größe in der X-Richtung darstellt.
Jede numerische Ausführungsform, die die konstitutionellen Daten der vorliegenden Erfindung anzeigt, wird unter Bezugnahme auf eine Abbildung beschrieben, welche die transversalen Aberrationen zeigen. Diese Abbildung zeigt die transversalen Aberrationen von Lichtbündeln, die unter den folgenden horizontalen und vertikalen Eintrittswinkeln einfallen: (u_y, u_x), (0, u_x), (–u_y, u_x), (u_y, 0), (0, 0) und (–u_y, 0).
In jeder transversalen Aberrationsabbildung stellt die Abszisse die Eintrittshöhe von Licht an der Pupille und die Ordinate den Aberrationsbetrag des Lichtes dar. In jeder Ausführungsform stimmen in jeder transversalen Aberrationsabbildung die vertikalen Feldwinkel in der positiven Richtung mit denen in der negativen Richtung überein, da jede Oberfläche im Grunde genommen symmetrisch hinsichtlich der Y-Z-Ebene ist. Aus Gründen der Vereinfachung wird von daher auf transversale Aberrationsdarstellungen in den negativen Richtungen verzichtet.
In jeder Darstellung stellt jede durchgezogene Linie eine Aberration entlang der d-Linie und jede gestrichelte Linie eine Aberration entlang der g-Linie dar.
5 ist eine Schnittansicht, die eine optische Vorrichtung zeigt, welche ein fotografisches optisches System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das optische Element dieser Ausführungsform dient als Abbildungslinse.
Unter Bezugnahme auf 5 weist diese Vorrichtung ein optisches Element 1, eine Abbildungsebene 2, beispielsweise einen fotosensitiven Film oder ein fotoelektrisches Wandlerelement, etwa ein CCD, eine Referenzachse 3 und eine Blende 4 zum Regulieren der von einem Objekt einfallenden Lichtmenge auf.
Das optische Element 1 weist in dieser Ausführungsform in der Reihenfolge, in welcher Licht von einem Objekt eintrifft, die folgenden an der Oberfläche eines transparenten Bauteils ausgebildeten Oberflächen auf: eine erste Strahlbrechungsoberfläche R1 (Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche), die als eine Eintrittsoberfläche dient, einen konvexen Spiegel R2, der hinsichtlich der Referenzachse geneigt ist und der als eine erste Reflexionsoberfläche dient, einen konkaven Spiegel R3, der hinsichtlich der Referenzachse geneigt ist und der als eine zweite Reflexionsoberfläche dient, und eine zweite Strahlbrechungsoberfläche R4 (Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche), die eine negative Brechkraft aufweist.
Das heißt, das optische Element 1 setzt sich aus den beiden Reflexionsoberflächen und den beiden Strahlbrechungsoberflächen zusammen. Die erste Strahlbrechungsoberfläche R1 und die erste Reflexionsoberfläche R2 begründen eine Frontgruppe mit einer negativen Brechkraft. Die zweite Reflexionsoberfläche R3 und die zweite Strahlbrechungsoberfläche R4 begründen eine hintere Gruppe mit einer positiven Brechkraft.
Sämtliche Strahlbrechungs- und Reflexionsoberflächen sind rotationsasymmetrische Oberflächen.
Als nächstes wird eine Abbildungsoperation in dieser Ausführungsform beschrieben. Nachdem der Eintritts-Lichtbetrag eines Lichtbündels von einem Objekt mittels der Blende 4 reguliert ist, tritt das Lichtbündel in die erste Strahlbrechungsoberfläche R1 auf. Das Lichtbündel fällt dann auf den konvexen Spiegel R2, der hinter der ersten Strahlbrechungsoberfläche R1 angeordnet ist, um infolge der negativen Brechkraft des konvexen Spiegels R2 in ein divergentes Lichtbündel umgewandelt zu werden. Das Objektlichtbündel tritt ebenso auf den konkaven Spiegel R3 auf. Als ein Ergebnis hiervon wird das Objektlichtbündel nach links unten innerhalb der Zeichenfläche von 5 reflektiert.
Das auf den konkaven Spiegel R3 auftreffende, divergente Lichtbündel wird infolge der positiven Brechkraft des konkaven Spiegels R3 in ein konvergentes Lichtbündel umgewandelt. Das Lichtbündel wird ebenso in die positive Richtung der Z-Achse reflektiert, um parallel zu der Eintrittsreferenzachse des optischen Elements zu sein. Das reflektierte Objektlichtbündel unterzieht sich dem Strahlbrechungseffekt der zweiten Strahlbrechungsoberfläche R4, die eine negative Brechkraft aufweist. Das resultierende Lichtbündel wird in eine Abbildung an der Abbildungsebene 2 ausgebildet.
Die Richtung der auf das optische Element 1 eintreffenden Referenzachse ist parallel zu der Referenzachse und die gleiche wie die Referenzachse, die von dem optischen Element 1 austritt.
Wie obig beschrieben, setzt sich die optische Vorrichtung dieser Ausführungsform aus lediglich der Blende 4, dem einzelnen optischen Element 1 und der Abbildungsebene 2 zusammen. Da das optische Element 1 durch integrales Ausbilden von zwei Strahlbrechungsoberflächen und zwei Reflexionsoberflächen an der Oberfläche eines transparenten Bauteils, wie etwa eines optischen Glasbauteils oder eines farblosen, transparenten Plastikbauteils, erzielt wird, können die Anzahl der Bauteile und die Herstellungskosten des optischen Elements im Vergleich mit einer unter Verwendung einer Vielzahl von Strahbrechungslinsen erzielten, herkömmlichen Abbildungslinse reduziert werden.
Zusätzlich werden in dieser Ausbildungsform durch Ausbilden jeder Oberfläche unter Verwendung einer rotationsasymmetrischen Oberfläche asymmetrische Aberrationen korrigiert, die durch die Brechkraft von jeder Reflexionsoberfläche hervorgerufen werden.
Des weiteren werden in dieser Ausführungsform im einzelnen exzentrische Aberrationen unter Verwendung der Strahlbrechungsoberflächen sowie der Reflexionsoberflächen korrigiert, da die Strahlbrechungsoberflächen wie die Reflexionsoberflächen rotationsasymmetrische Oberflächen sind. Von daher kann eine gut ausgeglichen Korrektur der exzentrischen Aberrationen durchgeführt werden, und die optische Gesamtleistungsfähigkeit kann verbessert werden.
6 ist eine Schnittansicht, die eine optische Vorrichtung zeigt, welche ein optisches Element gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Das optische Element dient in dieser Ausführungsform als optisches Suchersystem.
Unter Bezugnahme auf 6 wird ein optisches Element 10 durch Ausbilden der folgenden Oberflächen an einem transparenten Bauteil in der Reihenfolge, in welcher Licht von einem Objekt eintrifft, erzielt: eine erste Strahlbrechungsoberfläche R1 (Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche), die als Eintrittsoberfläche dient, ein konvexer Spiegel R2, der hinsichtlich einer Referenzachse geneigt ist und der als eine erste Reflexionsoberfläche dient, ein konkaver Spiegel R3, der hinsichtlich der Referenzachse geneigt ist und der als eine zweite Reflexionsoberfläche dient, und eine zweite Strahlbrechungsoberfläche R4 (Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche).
Das heißt, das optische Element setzt sich aus den beiden Reflexionsoberflächen und den beiden Strahlbrechungsoberflächen zusammen. Die erste Strahlbrechungsoberfläche R1 und die Reflexionsoberfläche R2 begründen eine vordere Gruppe bzw. Frontgruppe, die eine negative Brechkraft aufweist. Die zweite Reflexionsoberfläche R3 und die zweite Strahlbrechungsoberfläche R4 begründen eine hintere Gruppe, die eine positive Brechkraft aufweist.
Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche Strahlbrechungs- und Reflexionsoberflächen rotationsasymmetrische Oberflächen sind.
Das optische Element 10 weist eine Austrittspupille 4 und eine Referenzachse 30 auf.
Als nächstes wird eine optische Operation in dieser Ausführungsform beschrieben. Ein Lichtbündel von einem Objekt (in dieser Ausführungsform: ein Lichtbündel bei einer Objektentfernung von 1 m) trifft auf der ersten Strahlbrechungsoberfläche R1 ein, um gebrochen zu werden, und tritt in das optische Element 10 ein. Das Lichtbündel trifft dann auf dem konvexen Spiegel R2 auf. Das Lichtbündel wird infolge der negativen Brechkraft des konvexen Spiegels R2 in einen divergenten Lichtbündel umgewandelt. Das Objektlichtbündel tritt ebenso auf den konkaven Spiegel R3 auf. Als ein Ergebnis hiervon wird das Lichtbündel nach links unten in der Zeichenoberfläche von 6 reflektiert.
Der Divergenzwinkel des Objektlichtbündels wird infolge der positiven Brechkraft des konkaven Spiegels R3 reduziert, und er wird in die positive Richtung der Z-Achse reflektiert, um parallel zur Eintrittsreferenzachse des optischen Elements 10 zu sein. Das reflektierte Objektlichtbündel unterzieht sich dem Strahlbrechungseffekt der zweiten Strahlbrechungsoberfläche R4 und läuft dort hindurch. Als ein Ergebnis hiervon tritt das Lichtbündel aus dem optischen Element 10 als Beobachtungslichtbündel von –1 Dioptrien aus und läuft bei einer bestimmten Entfernung von dem optischen Element 10 durch die Austrittspupille 40. Wenn sich die Pupille des Beobachters mit der Austrittspupille 40 verlagert, tritt das Objektlichtbündel in die Pupille des Beobachters ein, was eine Beobachtung der Objektabbildung gestattet.
Die Richtung der auf das optische Element 10 auftreffenden Referenzachse 30 ist parallel zu der Referenzachse 30 und die gleiche wie die der Referenzachse 30, die von dem optischen Element 10 austritt.
In dieser Ausführungsform können im Vergleich zu einem herkömmlichen, unter Verwendung einer Vielzahl von Strahlbrechungslinsen erzielten, optischen Suchersystem, die Anzahl der Teile und die Herstellungskosten des optischen Elements reduziert werden, da das optische Element 10 als optisches Suchersystem durch integrales Ausbilden von zwei Strahlbrechungsoberflächen und zwei Reflexionsoberflächen an der Oberfläche eines transparenten Bauteils, wie etwa eines optischen Glasbauteils oder eines farblosen, transparenten Plastikbauteils, erzielt wird.
Zusätzlich werden in dieser Ausführungsform durch das Ausbilden jeder Oberfläche unter Verwendung einer rotationsasymmetrischen Oberfläche asymmetrische Aberrationen korrigiert, welche durch die Brechkraft einer jeder Reflexionsoberfläche hervorgerufen werden.
Des weiteren werden in dieser Ausführungsform im einzelnen exzentrische Aberrationen unter Verwendung der drei Brechungsoberflächen sowie der Reflexionsoberflächen korrigiert, da die Strahlbrechungsoberflächen sowie die Reflexionsoberflächen rotationsasymmetrische Oberflächen sind. Von daher kann eine gut ausgeglichene Korrektur von exzentrischen Aberrationen erzielt werden, und die optische Gesamtleistungsfähigkeit kann verbessert werden.
Das folgende sind die numerischen Ausführungsformen. [Erste numerische Ausführungsform]

Horizontaler halber Bildfeldwinkel: 10,2°

Vertikaler halber Bildfeldwinkel: 13,5°

Blendendurchmesser: 4,0 mm

Bildgröße: 4,8 mm × 3,6 mm
Nicht-sphärische Formgebung: Oberfläche R2
Oberfläche R3
Oberfläche R4
Oberfläche R5
In der ersten numerischen Ausführungsform sind die Brechkräfte der jeweiligen Oberfläche und des Gesamtsystems wie folgt festgelegt: Oberflächenbrechkraft (Oberflächenbrechkraft beim Azimut von 0)

R2 0,00363

R3 –0,01907

R4 0,12760

R5 –0,04290

Brechkraft des Gesamtsystems (Brechkraft beim Azimut von 0)

0,10026
5 ist eine Schnittansicht, die die erste numerische Ausführungsform zusammen mit optischen Wegen zeigt. 7 ist eine Aberrationsdarstellung in der ersten numerischen Ausführungsform. [Zweite Numerische Ausführungsform]

Winkelverstärkung: 0,6 ×

Horizontaler halber Bildfeldwinkel: 0,8°

Vertikaler halber Bildfeldwinkel: 6,0°

Pupillendurchmesser: 4,0 mm
Nicht-sphärische Formgebung: Oberfläche R1
Oberfläche R2
Oberfläche R3
Oberfläche R4
In der zweiten numerischen Ausführungsform sind die Brechkräfte der jeweiligen Oberfläche und der vorderen und hinteren Gruppen wie folgt festgelegt: Oberflächenbrechkraft (Oberflächenbrechkraft beim Azimut von 0)

R1 0,00145

R2 –0,06161

R3 0,03684

R4 –0,00167

Gruppen-Brechkraft (Gruppen-Brechkraft beim Azimut von 0)

Vordere Gruppe (R1–R2) –0,05936

Hintere Gruppe (R3–R4) 0,03572
6 ist eine Schnittansicht, die die zweite numerische Ausführungsform zusammen mit optischen Wegen zeigt. 8 ist eine Aberrationsdarstellung in der zweiten numerischen Ausführungsform.
Jede obig beschriebene numerische Ausführungsform ist mit einem optischen Element verbunden. Um die Brechkraft (Strahlbrechungs-Brechkraft) des gesamten optischen Elements unabhängig von einem Azimutwinkel konstant zu halten, kann jede Oberfläche ausgebildet sein, um die folgende Beziehung hinsichtlich der Koeffizienten C₂₀, C₁₁ und C₀₂ für die Oberflächenformgebung der Koeffizienten, die die Formgebung einer jeden Oberfläche der Reflexions- und Strahlbrechungsoberflächen darstellen, zu erfüllen, die proportional zu der Krümmung sind: C11 = 0 C02/(C20 × cos2θ) = 1wobei θ der Eintrittswinkel eines Referenzachsen-Lichtbündels auf die Oberfläche ist.
Wenn jedoch die Koeffizienten festgelegt werden, um die obige Beziehung für jede der Oberflächen zu erfüllen, welche das optische Element begründen, wird der Freiheitsgrad beim Festlegen von Brechkräften für die jeweiligen Oberflächen auf Null reduziert.
In jeder numerischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden von daher die folgenden Beziehungen für zumindest zwei Oberflächen, die das optische Element begründen, festgelegt: C02/(C20 × cos2θ) ≠ 1 α = (C02)1 × (C02)2 x ... x (C02)n β = (C20 × cos2θ)1 × (C20 × cos2θ)2x ... x(C20 x cos2θ)n wobei n die Gesamtanzahl der Oberflächen ist, die das optische Element begründen, und wobei jeder tiefgestellte Index eine Oberflächennummer darstellt. Ein bestimmter Freiheitsgrad beim Festlegen der Brechkräfte kann durch Erfüllung von folgendem sichergestellt werden: 0 < k = α/β (Bedingung 1)
In bevorzugter Weise ist k in der Bedingung (1) wie folgt festgelegt, um die Brechkraft des optischen Systems unabhängig von einem Azimutwinkel im wesentlichen konstant zu halten, während ein bestimmter Freiheitsgrad beim Festlegen der Brechkräfte sichergestellt wird: 0,1 < k < 10,0 (Bedingung 2)
Noch bevorzugter wird k in Bedingung (2) wie folgt festgelegt, um einen bestimmten Freiheitsgrad beim Festlegen der Brechkräfte sicherzustellen, ohne wesentlich die Rotationssymmetrie einer jeder Oberfläche herabzusetzen: 0,2 < k < 5,0 (Bedingung 3)
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn die oberen und unteren Grenzwerte in den Bedingungen (1) und (3) erweitert werden, es schwierig ist, die Brechkraft des Systems unabhängig von einem Azimutwinkel konstant zu halten, und die Symmetrie der Lichtbündel, die von den entsprechenden Azimutwinkeln eintreffen, wird herabgesetzt, um eine asymmetrische Aberration zu verursachen, die die gestatteten Werte überschreiten.

Das folgende sind die Werte für C₀₂/(C₂₀ × cos²θ), α, β und k für die jeweiligen Oberflächen in den jeweiligen numerischen Ausführungsformen:

Erste numerische Ausführungsform	Zweite numerische Ausführungsform
Oberflächennummer C₀₂/(C₂₀ × cos²θ)	Oberflächennummer C₀₂/(C₂₀ × cos²θ)
R1 0,24893	R1 –0,38238
R2 –0,73426	R2 1,38257
R3 12,36609	R3 1,25688
R4 –0,39028	R4 –1,41639
α = 2,59380e-9	α = 3,76058e-11
β = 2,94042e-9	β = 3,99567e-11
k = 0,88212	k = 0,94116

Claims

Optisches bildaufnehmendes System zum Ausbilden von Licht von einem aufzunehmenden Bild in einer Abbildung in einer Abbildungsebene (2), wobei das System ein festes optisches Element (1) aufweist, welches folgendes enthält: – eine Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1), auf welcher Licht von einem Objekt einfällt; – eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsoberflächen (R2, R3), welche sequentiell das Licht von der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1) reflektieren; und – eine Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche (R4), von welcher das Licht von den gekrümmten Reflexionsoberflächen (R2, R3) austritt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1) und der Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche (R4) eine rotationsasymmetrische Oberfläche ist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsasymmetrische Oberfläche (R1, R4) eine Formgebung zum Korrigieren einer rotationsasymmetrischen Aberration, die in Licht verursacht wird, welches durch das optische Element (1) hindurchläuft.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsasymmetrische Oberfläche (R1, R4) eine einzelne Symmetrieebene aufweist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der gekrümmten Reflexionsoberflächen (R2, R3) des optischen Elements (1) hinsichtlich der Objektebene geneigt ist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der gekrümmten Reflexionsoberflächen (R2, R3) des optischen Elements eine rotationsasymmetrische Oberfläche aufweist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein fotoelektrisches Wandlungselement aufweist, welches an der Abbildungsebene (2) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Oberfläche der Strahlbrechungsoberflächen (R1, R4) und der Reflexionsoberflächen (R2, R3) des optischen Elements (1) in einem lokalen Koordinatensystem (x, y, z), welches einen Schnittpunkt mit einer Referenzachse (3, 30) als Ursprung verwendet, wie folgt ausgedrückt wird: Z = A/B + C02y2 + C11xy + C20x2 + C03y3 + C12xy2 + C21x2y + C04y4 + C13xy3 + C22x2y2 + C31x3y + C40x4 + ...für A = (a + b)·(y2· cos2t + x2) B = 2a·b·cost [1 + {(b – a)·y·sint/(2a·b)} + [1 +{(b – a)·y·sint/(a·b)} – {y2/(a·b)} – {4a·b·cos2t + (a + b)2sin2t}x2 /(4a2b2cos2t)]1/2], wobei a, b und C_jk Konstanten sind und wobei die folgende Gleichung für jede Oberfläche festgelegt ist, wobei j eine gerade Zahl ist: Cjk = 0
System gemäß Anspruch 7, wobei zumindest zwei von jeder Oberfläche die folgende Bedingung erfüllen: C02/(C20 × cos2θ) ≠ 1, wobei θ ein Winkel zwischen einer normalen Linie zu jeder Oberfläche bei dem Ursprung und der Referenzachse ist.
System gemäß Anspruch 8, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: α/β > 0, wobei: α = (C₀₂)₁ × (C₀₂)₂ × ... × (C₀₂)_n β = (C₂₀ × cos²θ)₁ × (C₂₀ × cos²θ)₂ × ... × (C₂₀ × cos²θ)_n und n: Gesamtanzahl der Reflexions- und Strahlbrechungsoberflächen (R1, R2, R3, R4), die das optische Element (1) ausbilden.
System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,1 < α/β < 10,0
System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Gleichung erfüllt ist: 0,2 < α/β < 5,0
Kompaktes optisches Element (1), welches folgendes aufweist: – eine Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1), in welcher Licht von einem Objekt einfällt; – eine Vielzahl von Reflexionsoberflächen (R2, R3), welche das Licht von der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1) reflektieren, wobei die Vielzahl der Reflexionsoberflächen eine gekrümmte Reflexionsoberfläche aufweisen; und – eine Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche (R4), von welcher das Licht von den Reflexionsoberflächen austritt, und wobei eine Referenzachse (3, 30), die eine Pupillenmitte des optischen Elements (1) und eine Mitte der Abbildungsebene verbindet, eine Richtung in der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1) aufweist, die parallel zu der Richtung der Referenzachse (3, 30) in der Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche (R4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Strahlbrechungs-Eintrittsoberfläche (R1) und der Strahlbrechungs-Austrittsoberfläche (R4) eine rotationsasymmetrische Oberfläche hat.
Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsasymmetrische Oberfläche (R1, R4) eine Formgebung zum Korrigieren einer rotationsasymmetrischen Aberration aufweist, die in Licht verursacht wird, welches durch das optische Element (1) hindurchläuft.
Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die rotationsasymmetrische Oberfläche (R1, R4) eine einzelne Symmetrieebene aufweist.
Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Reflexionsoberfläche (R2, R3) des optischen Elements (1) hinsichtlich der Objektebene geneigt ist.
Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Reflexionsoberfläche (R2, R3) des optischen Elements (1) eine rotationsasymmetrische Oberfläche aufweist.
Element gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Oberfläche der Strahlbrechungsoberflächen (R1, R4) und der Reflexionsoberflächen (R2, R3) des optischen Elements (1) in einem lokalen Koordinatensystem (x, y, z), welches einen Schnittpunkt mit der Referenzachse (3,30) als Ursprung verwendet, wie folgt ausgedrückt wird: Z = A/B + C02y2 + C11xy + C20x2 + C03y3 + C12xy2 + C21x2y + Co04y4 + C12xy3 + C22x2y2 + C31x3y + C40x4 + ...für A = (a + b)·(y2·cos2t + x2) B = 2a·b·cost [1 + {(b – a)·y·sint/(2a·b)} + [1 + {(b – a)·y·sint/(a·b)} – {y2/(a·b)} – {4a·b·cos2t + (a + b)2sin2t}x2 /(4a2b2cos2t)]1/2]wobei a, b und C_jk Konstanten sind und wobei die folgende Gleichung für jede Oberfläche festgelegt ist, wobei j eine gerade Zahl ist: Cjk = 0
Element gemäß Anspruch 17, wobei zumindest zwei von jeder Oberfläche die folgende Gleichung erfüllen: C02/(C20 × cos2θ) ≠ 1, wobei θ ein Winkel zwischen einer normalen Linie zu jeder Oberfläche bei dem Ursprung und der Referenzachse ist.
Element gemäß Anspruch 18, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: α/β > 0wobei: α = (C₀₂)₁ × (C₀₂)₂ × ... × (C₀₂)_n β = (C₂₀ × cos²θ)₁ × (C₂₀ × cos²θ)₂ × ... × (C₂₀ × cos²θ)_n und n: Gesamtanzahl der Reflexions- und Strahlbrechungsoberflächen (R1, R2, R3, R4), die das optische Element (1) ausbilden.
Element gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Bedingung erfüllt ist 0,1 < α/β < 10,0
Element gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,2 < α/β < 5,0
Optische Vorrichtung zum Aufzeichnen einer Objektabbildung unter Verwendung von Licht von einem aufzunehmenden Objekt, dadurch gekennzeichnet, dass es das bildaufnehmende optische System aufweist, welches mittels der Ansprüche 1 bis 11 definiert wird.
Optische Vorrichtung zum Aufzeichnung einer Objektabbildung unter Verwendung von Licht von einem aufzunehmenden Objekt, dadurch gekennzeichnet, dass es das optische Element (1) aufweist, welches durch die Patentansprüche 12 bis 21 definiert wird.