DE69839419T2

DE69839419T2 - Optisches Element

Info

Publication number: DE69839419T2
Application number: DE69839419T
Authority: DE
Inventors: Makoto c/o Canon Kabushiki Kaisha Sekita; Fumiaki c/o Canon Kabushiki Kaisha Kumagai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: US20020041453A1; JPH11231115A; EP0921427A2; US6616287B2; EP0921427A3; EP0921427B1; DE69839419D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element zur Verwendung in einer Videokamera, einer Stehbildkamera, einem Kopiergerät und dergleichen, insbesondere betrifft sie ein optisches Element mit einer Mehrzahl Reflexionsflächen mit Krümmungen.
Üblicherweise wird gemäß 29 als photographische Aufnahmeoptik mit einer reflektierenden Fläche ein sogenanntes Spiegelobjektivsystem verwendet.
Wie in 29 dargestellt ist, wird Objektlicht 174 von einem konkaven Spiegel 171 gebündelt und in Richtung zur Objektseite reflektiert und dort auf einer Bildebene 173 abgebildet. Dieses Spiegelobjektivsystem basiert auf der Anordnung eines sogenannten Cassegrain-Spiegelteleskops und zielt ab auf eine geringe Gesamtobjektivlänge durch Falten des Strahlenganges eines Teleskop-Linsensystems großer Objektivgesamtlänge, indem zwei einander gegenüberliegende Reflexionsspiegel verwendet werden.
In einem Objektivsystem eines Teleskops gibt es zusätzlich zu dem erwähnten Cassegrain-Typ auch zahlreiche Systeme zum Verkürzen der optischen Gesamtlänge durch Verwendung mehrerer Reflexionsspiegel. Demgemäss faltet man den optischen Weg wirksam unter Verwendung eines Reflexionsspiegels in einem Linsensystem mit großer Objektivegesamtlänge, um dadurch ein kompaktes optisches System zu erhalten.
Im allgemeinen werden allerdings von dem konkaven Spiegel 172 beim Cassegrain-Spiegelteleskop einige Objektlichtstrahlen verdunkelt.
Dieses Problem ergibt sich aus dem Umstand, dass ein Hauptstrahl 176 des Objektlichts 174 sich auf einer optischen Achse 175 befindet. Um dieses Problem zu lösen, wurden zahlreiche optische Spiegelsysteme vorgeschlagen, die den Hauptstrahl 176 des Objektlichts 174 unter Verwendung eines Reflexionsspiegels an einer dezentrierten Stelle von der optischen Achse 175 abrücken.
Nach einem bekannten Verfahren zum Abrücken des Hauptstrahls des Objektlichts gegenüber der optischen Achse wird ein zur optischen Achse rotationssymmetrischer Teil eines Reflexionsspiegels verwendet, siehe die US-PS 3 674 334 und 4 737 021 etc.. Außerdem gibt es ein Verfahren zum Dezentrieren der Mittelachse des Reflexionsspiegels gegenüber der optischen Achse selbst, vergleiche US-PS 4 265 510 und 5 063 586 etc..
30 zeigt ein Beispiel gemäß der US-PS 3 674 334 in bezug auf ein Verfahren zum Nutzen eines Teils eines rotationssymmetrischen Reflexionsspiegels.
Gemäß 30 sind ein konkaver Spiegel 181, ein konvexer Spiegel 182 und ein konkaver Spiegel 183 ursprünglich bezüglich einer optischen Achse 184 rotationssymmetrisch angeordnet, wie durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie dargestellt ist. Weil aber der konkave Spiegel 181 nur seinen Bereich oberhalb der optischen Achse 184 benutzt, macht der konvexe Spiegel 182 nur von seinem Teil unterhalb der optischen Achse 184 Gebrauch, während der konkave Spiegel 183 wiederum nur seinen Abschnitt unterhalb der optischen Achse 184 benutzt, so dass der Hauptstrahl des Objektlichts 185 von der optischen Achse 184 abgerückt werden kann und das Objektlicht 185 ohne Abschattung ausgegeben wird.
31 zeigt eine Ausführungsform gemäß der US-PS 5 563 586 als Beispiel für das Verfahren zum Dezentrieren der Mittelachse des Reflexionsspiegels gegenüber der optischen Achse.
Wenn gemäß 31 eine Achse rechtwinklig zur Objektebene 191 als optische Achse 197 definiert wird, lassen sich die Mittelkoordinaten und die Mittelachsen der Flächen eines konvexen Spiegels 192, eines konkaven Spiegels 193, eines konvexen Spiegels 194 und eines konkaven Spiegels 195 gegenüber der optischen Achse 197 dezentrieren, und das Objektlicht 198 lässt sich wirksam auf eine Bildebene 196 abbilden, ohne von Reflexionsspiegeln verdeckt zu werden, indem man die Dezentrierungsmaße und die Krümmungsradien der jeweiligen Flächen passend einstellt.
Wenn auf diese Weise die Reflexionsspiegel der Spiegeloptik dezentriert werden, lässt sich verhindern, dass Objektlicht verdeckt wird. Da allerdings die einzelnen Reflexionsspiegel mit unterschiedlichen Dezentrierungsmaßen eingestellt werden müssen, erhält man einen komplizierten Aufbau zur Befestigung der jeweiligen Reflexionsspiegel, und es ist äußerst mühselig, eine hohe Befestigungsgenauigkeit sicherzustellen.
Als ein Verfahren zur Lösung dieses Problems werden bei Ausbildung eines Spiegelsystems beispielsweise in Form eines Blocks Montagefehler für die optischen Teile beim Zusammenbau vermieden. Bekannt sind übliche optische Systeme mit einer großen Anzahl reflektierender Flächen in Blockform, zum Beispiel optische Prismen, wie ein Pentadachkantprisma, ein Porro-Prisma und dergleichen, die in Kamera-Suchersystemen verwendet werden, ein Farbseparierprisma zum Separieren eines Lichtstrahls aus einem photographischen Objektiv in drei Lichtstrahlen der Farben Rot, Grün und Blau, und zum Abbilden von Objektbildern, basierend auf den jeweiligen Farblichtstrahlen, auf die entsprechenden Abbildungselement-Oberflächen.
Die Funktion eines Pentadachkantprismas, welches in großem Umfang bei einäugigen Spiegelreflexkameras verwendet wird, ist ein Beispiel für das optische Prisma, welches im folgenden anhand der 32 erläutert wird.
In 32 bezeichnen Bezugszeichen 201 ein Aufnahmeobjektiv, 202 einen Klappspiegel, 203 eine Brennebene, 204 eine Kondensorlinse, 205 ein Pentadachkantprisma, 206 ein Okular, 207 die Pupille des Betrachters, 208 eine optische Achse und 209 eine Bildebene.
Von einem (nicht gezeigten) Objekt kommende Lichtstrahlen gelangen durch das Aufnahmeobjektiv 201, werden innerhalb der Kamera am Klappspiegel 202 reflektiert und auf die Brennebene 203 abgebildet, die sich an einer zur Bildebene 209 äquivalenten Stelle befindet.
Hinter der Brennebene 203 befindet sich die Kondensorlinse 204 zum Abbilden der Austrittspupille des Aufnahmeobjektivs 201 auf die Pupille 207 des Betrachters. Hinter der Kondensorlinse 204 befindet sich das Pentadachkantprisma 205 zum Umkehren des in der Brennebene 203 befindlichen Objektbilds in ein aufrechtes Bild.
Ein durch das Objektlicht, das in das Pentadachkantprisma 205 über eine Eintrittsfläche 205a einfällt, definiertes Objektbild wird von der Prismadachfläche 205b seitenvertauscht. Anschließend wird das Objektlicht von der reflektierenden Prismafläche 205c zum Betrachter hin reflektiert.
Das zur Betrachterseite reflektierte Objektlicht passiert die Austrittsfläche 205d des Pentadachkantprismas 205 und erreicht das Okular 206, welches das Objektlicht durch seine Brechkraft in nahezu kollimiertes Licht umwandelt. Der nahezu kollimierte Lichtstrahl erreicht dann die Pupille 207 des Betrachters, so dass der Betrachter das Objektbild betrachten kann.
Als ein vornehmliches Problem derartiger optischer Prismen, für die das Pentadachkantprisma repräsentativ ist, entsteht sehr leicht schädliches Geisterlicht wegen eines irregulären Lichteinfalls in das Prisma von anderen Stellen und Winkeln als den wirksamen Lichtstrahlen.
In dem Pentadachkantprisma mit dem oben beschriebenen Aufbau wird Geisterlicht, welches in das Prisma unter einem von den Winkeln der wirksamen Lichtstrahlen verschiedenen Winkel einfällt, wie dieses in 32 durch den Pfeil markiert ist, von der Dachfläche 205b und der reflektierenden Fläche 205c reflektiert, wird anschließend von der Eintrittsfläche 205a totalreflektiert und verlässt anschließend das Prisma im unteren Bereich der Austrittsfläche 205d in Richtung des Betrachters. Wenn derartiges Geisterlicht entsteht, erscheint auf der unteren Seite des Betrachtungsrahmens ein vertikal verkehrtes Bild, da die Häufigkeit der Reflexionen verschieden ist von derjenigen der normalen wirksamen Lichtstrahlen.
Um das Geisterlicht zu beseitigen, ist an der Austrittsfläche 205d des Pentadachkantprismas 205 eine Lichtabschirmnut 200 ausgebildet.
Durch Schwärzen der gesamten Prismenoberfläche mit Ausnahme der Eintrittsfläche 205a und der Austrittsfläche 205d in Form eines auf die Dachfläche 205b und die reflektierende Fläche 205c aufgebrachten reflektierenden Films lässt sich ein Schutz gegenüber Umgebungsänderungen erreichen, beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit und dergleichen, indem die von außerhalb des Prismas kommenden Lichtstrahlen abgefangen werden. Da ein solches optisches Prisma mehrere integriert ausgebildete reflektierende Flächen besitzt, und die jeweiligen reflektierenden Flächen eine sehr exakte relative Lagebeziehung zueinander aufweisen, erübrigt sich eine Lagejustierung.
Man beachte, dass die Hauptfunktion eines solchen Prismas darin besteht, ein Bild dadurch umzukehren, dass man die Richtung des Lichtstrahlverlaufs ändert, wobei die einzelnen reflektierenden Flächen durch Ebenen definiert sind.
Im Gegensatz dazu sind beispielsweise in der US-PS 4 775 217 und der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 2-297516 , vergleiche auch die EP-A-0 730 169 , optische Prismen offenbart, deren reflektierende Flächen Krümmungen aufweisen.
Die US-PS 4 775 217 betrifft eine Struktur eines Okulars in einer Betrachtungsoptik. Bei dem Aufbau nach dieser Druckschrift wird gemäß 23 von einem Informationsanzeigeelement 211 kommendes Anzeigelicht 215 an einer reflektierenden Fläche 212 zur Objektseite reflektiert und erreicht eine Fläche 213 mit einer Krümmung, die eine konkave Fläche definiert.
Durch ihre Brechkraft wandelt die konkave Fläche 213 das vom Informationsanzeigeelement 211 als divergentes Licht kommende Anzeigelicht 215 in nahezu kollimiertes Licht um und leitet das Licht zur Pupille 214 des Betrachters, so dass der Betrachter das angezeigte Bild betrachten kann.
Bei dem Aufbau nach dieser Druckschrift kann ein Objektbild auch durch Betrachtung des angezeigten Bilds gesehen werden.
Objektlicht 216, welches in eine Fläche 217, die nahezu parallel zu der reflektierenden Fläche 212 verläuft, eintritt, erreicht die konkave Fläche 213. Da beispielsweise ein halbtransparenter Film auf die konkave Fläche 213 niedergeschlagen ist, passiert einiges Objektlicht 216 die konkave Fläche 213 und die andere Lichtkomponente wird reflektiert. Das durchgelassene Objektlicht 216 erreicht über die reflektierende Fläche 212 die Pupille 214 des Beobachters. Auf diese Weise kann der Beobachter das Objektlicht 216 und das Anzeigelicht 215, die einander überlagert sind, betrachten. Außerdem bezieht sich die japanische Patent-Offenlegungsschrift 2-297516 auf den Aufbau eines Okulars in einer Betrachtungsoptik. Bei dem Aufbau nach diesem Artikel gemäß 34 wird von einem (nicht gezeigten) Informationsanzeigeelement kommendes Anzeigelicht 224 als kollimiertes Licht durch eine Planfläche 227 hindurchgelassen und trifft auf eine Parabolfläche 221.
Die Parabolfläche 221 fokussiert das Anzeigelicht 224 unter Bildung eines Bilds in einer Brennebene 226.
Da jetzt das fokussierte Anzeigelicht 224 die Brennebene 226 erreicht, während es zwischen der Planfläche 227 und einer Planfläche 228 parallel zu dieser Planfläche 227 totalreflektiert wird, wird ein Niederprofil-Aufbau des gesamten optischen Systems erreicht.
Das von der Brennebene 226 als divergentes Licht kommende Anzeigelicht 224 trifft auf eine Parabolfläche 222, wobei es zwischen den Planflächen 227 und 228 totalreflektiert wird. Die Parabolfläche 222 wandelt das Anzeigelicht 224 in nahezu kollimiertes Licht um und leitet es zur Pupille 223 des Betrachters, so dass dieser ein angezeigtes Bild erkennen kann.
In der genannten Druckschrift kann der Betrachter auch ein Objekt ebenso sehen wie das angezeigte Bild betrachten, ähnlich dem Aufbau gemäß der US-PS 4 775 217 .
Da solche optischen Prismen mit gekrümmten Reflexionsflächen normalerweise stärker unter optischen Leistungsbeeinträchtigungen, die auf eine Dezentrierung jeder reflektierenden Oberfläche zurückzuführen sind, leiden, und zwar verglichen mit einem optischen Prisma mit ausschließlich planen Flächen, ist die zulässige Lagegenauigkeit für jede reflektierende Fläche äußerst stringent. Allerdings erwähnen weder die US-PS 4 775 217 noch die japanische Patent-Offenlegungsschrift 2-297516 keinerlei Justierverfahren, Montageverfahren, Fertigungsverfahren und dergleichen in bezug auf die reflektierenden Flächen zwecks präziser Kompensation wegen der Lagegenauigkeit jeder reflektierenden Fläche.
Wenn andererseits die Anzahl der reflektierenden Flächen eines optischen Prismas zunimmt, akkumulieren sich die Dezentrierungsbeträge der jeweiligen reflektierenden Flächen aufgrund der Aberrationskorrektur des optischen Prismas. Folglich wird das zulässige Dezentrierungsmaß pro reflektierender Fläche kleiner und stärker beschränkt, wenn die Anzahl der reflektierenden Flächen zunimmt. Aus diesem Grund ist ein Verfahren erforderlich, mit dem in exakter Weise die Lagegenauigkeit wegen jeder reflektierenden Fläche kompensiert werden kann.
Darüber hinaus werden diese optischen Prismen durch Ausformen mit Hilfe einer Metallform gefertigt, um Kostenanforderungen der modernen Fertigung zu erfüllen.
Beispielsweise wird ein Pentadachkantprisma, welches üblicherweise durch Polieren eines Glasblocks hergestellt wird, mit Hilfe einer Metallform als sogenanntes Hohl-Pentagonalprisma geformt, wobei die reflektierenden Flächen 205b und 205c nach 32 durch reflektierende Spiegel gebildet und in Verbindung mit einem Hohlprisma integriert ausgebildet sind. Beim Formen eines hohlen Pentagonalprismas bleibt die Abbildungsleistung des Suchersystems, ungeachtet geringer Lageabweichungen der Reflexionsspiegel erhalten, weil die Reflexionsspiegel ausschließlich durch plane Oberflächen gebildet werden.
Wenn außerdem ein optisches Prisma mit gekrümmten reflektierenden Flächen durch Formen gebildet wird, ist eine Metallform erforderlich, die eine größere Lagegenauigkeit für jede reflektierende Fläche erfordert als das optische Prisma, welches ausschließlich plane Flächen besitzt.
Wenn weiterhin ein optisches Prisma mit gekrümmten reflektierenden Flächen durch Formen hergestellt wird, benötigt man eine Metallformstruktur, die einem komplizierten optischen System, welches integriert mit mehreren reflektierenden und Krümmungen an dezentrierten Stellen aufweisenden Oberflächen ausgestattet ist, Rechnung trägt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht, und es ist ihr Ziel, die relative Dezentrierung reflektierender Flächen, die höchste Genauigkeit aufweisen müssen, zu unterdrücken, um eine Beeinträchtigung der optischen Leistung bei einem optischen Element, in welchem mehrere reflektierende Flächen mit Krümmungen einander benachbart angeordnet sind, zu verhindern.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, den Freiheitsgrad bei der Aberrations-Korrektur eines optischen Elements zu steigern und die Abbildungsleistung des optischen Elements zu verbessern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Abstand zwischen Reflexionsflächenblöcken an vorbestimmten Stellen exakt einzustellen und gleichzeitig die Fertigung der jeweiligen Reflexionsflächenblöcke zu vereinfachen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verhinderung der Verdeckung wirksamer Lichtstrahlen in einem optischen Element.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Verringerung der Teilezahl zwecks Reduzierung von Fehlern bei Bewegung eines optischen Elements unter gleichzeitiger Verhinderung der Abdeckung wirksamer Lichtstrahlen in einem optischen Element.
Es ist ein noch weiteres Ziel der Erfindung, ein billiges optisches Element zu schaffen, welches durch Ausformen hergestellt werden kann, unabhängig von seiner Form mit reflektierenden Flächen an exakten Stellen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines optischen Elements, welches weniger an Geisterlicht leidet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Richtungen von Lichtstrahlen, die in ein optisches Element eintreten und es verlassen, beliebig einzustellen.
Diese Ziele werden erreicht bei gleichzeitiger Überwindung der angegebenen Probleme durch die Verfahren zum Fertigen eines optischen Elements nach Anspruch 1 und durch das optische Element gemäß Anspruch 25. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
Weitere Ziele und Vorteile außer den bereits oben diskutierten ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die Bestandteil der vorliegenden Offenbarung sind, und die ein Beispiel der Erfindung veranschaulichen. Dieses Beispiel ist allerdings nicht erschöpfend für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, so dass auf die der Beschreibung beigefügten Ansprüche Bezug genommen werden sollte, um den Schutzumfang der Erfindung zu ermitteln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine graphische Darstellung zum Erläutern des Koordinatensystems, welches die Lagen und die Brech- oder Reflexionswinkel der Flächen der jeweiligen optischen Elemente gemäß der Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine Schnittansicht des optischen Wegs zum Erläutern der ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Elements der ersten Ausführungsform;
4 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Zusammenbauen eines Reflexionsflächenblocks der ersten Ausführungsform;
5 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Halten des Reflexionsflächenblocks der ersten Ausführungsform;
6 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern eines weiteren Verfahrens zum Halten des Reflexionsflächenblocks der ersten Ausführungsform;
7 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der dritten Ausführungsform der Erfindung;
9 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der vierten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels für eine Metallformstruktur gemäß der Erfindung;
11 ist eine Ansicht zum Erklären des Verfahrens zum Bearbeiten einer Metallform, die zur Bildung eines ersten Reflexionsflächenblocks verwendet wird;
12 ist eine Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Bearbeiten einer Metallform, die zur Ausbildung eines ersten Reflexionsflächenblocks verwendet wird;
13 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer Metallformstruktur gemäß der Erfindung;
14 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer Metallformstruktur gemäß der Erfindung;
15 ist eine Schnittansicht zur Betrachtung eines Schnitts durch den optischen Weg bei einer tatsächlichen Ausgestaltung, betrachtet aus Richtung der –Z-Achse;
16 ist eine Schnittansicht zur Betrachtung eines Schnitts durch den optischen Weg bei einer tatsächlichen Ausgestaltung, betrachtet aus Richtung der +Z-Achse;
17 zeigt numerische Daten für das aktuelle Entwurfsbeispiel;
18 ist eine Schnittansicht des optischen Wegs zum Erläutern der sechsten Ausführungsform der Erfindung;
19 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der sechsten Ausführungsform;
20 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Halten einer Reflexionsflächengruppe der sechsten Ausführungsform;
21 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Halten einer Reflexionsflächengruppe der sechsten Ausführungsform;
22 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern einer siebten Ausführungsform;
23 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer Metallformstruktur im Rahmen der Erfindung;
24 ist eine Ansicht zum Erläutern des Verfahrens zum Bearbeiten einer Metallform;
25 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Beispiels einer Metallformstruktur im Rahmen der Erfindung;
26 ist eine Schnittansicht für die Betrachtung eines Schnitts einer optischen Achse eines aktuellen Entwurfsbeispiels, betrachtet aus Richtung der –Z-Achse;
27 ist eine Schnittansicht für die Betrachtung eines Schnitts einer optischen Achse eines aktuellen Entwurfsbeispiels, betrachtet aus Richtung der +Z-Achse;
28 zeigt numerische Daten für das aktuelle Entwurfsbeispiel;
29 ist eine anschauliche Darstellung eines herkömmlichen optischen Reflexionssystems;
30 ist eine anschauliche Darstellung eines weiteren optischen Reflexionssystems;
31 ist eine anschauliche Darstellung eines noch weiteren optischen Reflexionssystems;
32 ist eine anschauliche Darstellung eines herkömmlichen optischen Prismas;
33 ist eine beispielhafte Ansicht eines herkömmlichen optischen Betrachtungssystems; und
34 ist eine anschauliche Darstellung eines weiteren optischen Betrachtungssystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beschrieben. Vor einer detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Erstellen numerischer Daten jeder Ausführungsform erläutert, wobei für sämtliche Ausführungsformen gemeinsame Begriffe verwendet werden.
1 ist eine anschauliche Darstellung des Koordinatensystems, welches numerische Daten eines erfindungsgemäßen optischen Systems definiert. Bei jeder Ausführungsform der Erfindung wird eine Fläche, die sich an der i-ten Stelle entlang eines Lichtstrahls (in 1 durch eine einfach gestrichelte Linie dargestellt und im folgenden als Referenzachsenlichtstrahl bezeichnet), der von der Objektseite in Richtung der Bildebene läuft, als eine i-te Fläche bezeichnet.
Nach 1 ist eine erste Fläche R1 eine Blende, eine zweite Fläche R2 ist eine reflektierende Fläche mit einer Neigung gegenüber der ersten Fläche R1, und eine dritte und eine vierte Fläche R3 bzw. R4 sind reflektierende Flächen mit Verschiebungen und Neigungen gegenüber der jeweils unmittelbar vorausgehenden Fläche. Die Reflexionsflächen bilden ein optisches Element B1.
Da das optische System gemäß der Erfindung ein dezentrierendes optisches System ist, brauchen die einzelnen Flächen, die das optische System ausmachen, keine gemeinsame optische Achse zu besitzen. Aus diesem Grund wird bei jeder Ausführungsform der Erfindung ein Absolut-Koordinatensystem mit Ursprung in der Mitte des effektiven Lichtstrahldurchmessers einer ersten Fläche eingerichtet.
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung wird der Mittelpunkt des effektiven Lichtstrahldurchmessers der ersten Fläche als Ursprung festgelegt, und der Weg eines Lichtstrahls (Referenzachsenlichtstrahls), der durch den Ursprung und durch die Mitte einer endgültigen Bildebene hindurchgeht, ist als Referenzachse des optischen Systems definiert. Außerdem besitzt die Referenzachse jeder Ausführungsform der Erfindung eine Richtung (Orientierung). Die Richtung stimmt mit derjenigen Richtung überein, die der Referenzachsenlichtstrahl bei der Abbildung durchläuft.
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung wird die Referenzachse des optischen Systems in der oben geschilderten Weise eingestellt. Allerdings können bei dem Verfahren zum Festlegen der Referenzachse des optischen Systems auch eine für die optische Ausgestaltung, eine Aberrationskorrektur passende Achse oder eine Achse für die Beschreibung der jeweiligen Flächenformen des optischen Systems verwendet werden.
Allgemein jedoch wird ein Weg, auf dem ein Lichtstrahl (Referenzachsenlichtstrahl), der durch den Mittelpunkt der ersten Fläche des optischen Systems verläuft und die Mitte der endgültigen Bildebene erreicht, von den Reflexionsflächen reflektiert wird, als Referenzachse eingerichtet. Die Reihenfolge der jeweiligen Flächen ist auf jeden Fall so eingerichtet, dass bei dieser Reihenfolge der Referenzachsenlichtstrahl eine Reflexion erleidet.
Folglich erreicht die Referenzachse schließlich die Mitte der Bildebene unter Änderung seiner Richtung gemäß einem Reflexionsgesetz in der vorbestimmten Reihenfolge der einzelnen Flächen.
Sämtliche geneigten oder gekippten Flächen, die das optische System jeder Ausführungsform der Erfindung ausmachen, besitzen grundsätzlich Neigungen in einer identischen Ebene. Aus diesem Grund sind die jeweiligen Achsen für das Absolut-Koordinatensystem folgendermaßen definiert:
Z-Achse: eine Referenzachse durch den Ursprung, die sich zu der zweiten Fläche R2 erstreckt.
Y-Achse: eine Gerade durch den Ursprung, die bezüglich der Z-Achse in einer Neigungsebene (der Zeichnungsebene der 1) einen Winkel von 90° im Gegenuhrzeigersinn beschreibt.
X-Achse: eine Gerade durch den Ursprung rechtwinklig zu der Z- und der Y-Achse (eine Gerade rechtwinklig zu der Zeichnungsebene der 1).
Um die Form der i-ten Fläche auszudrücken, die das optische System bildet, sieht man leicht, dass die Form eingestellt werden kann durch Einrichten eines lokalen Koordinatensystems, dessen Ursprung der Schnittpunkt zwischen den Referenzachsen und der i-ten Fläche ist, wobei die Oberflächenform dieser Fläche durch das lokale Koordinatensystem beschrieben wird, anstatt dass die Oberfläche unter Verwendung des Absolut-Koordinatensystems beschrieben wird. Aus diesem Grund wird bei einer Ausführungsform, die numerische Daten der Erfindung verwendet, die Oberflächenform der i-ten Fläche durch das lokale Koordinatensystem beschrieben.
Der Neigungswinkel der i-ten Fläche in einer Y-Z-Ebene wird ausgedrückt durch einen Winkel θi (°), der positiv im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Z-Achse des Absolut-Koordinatensystems ist. Folglich befindet sich bei jeder Ausführungsform der Erfindung der Ursprung des lokalen Koordinatensystems jeder Fläche auf der in 1 gezeigten Y-Z-Ebene.
In der X-Z- und der X-Y-Ebene gibt es keine Oberflächendezentrierung. Außerdem werden die y- und z-Achsen des lokalen Koordinatensystems (x, y, z) der i-ten Fläche unter einem Winkel θi im Absolut-Koordinatensystem (X, Y, Z) in der Y-Z-Ebene geneigt und folgendermaßen eingestellt:
z-Achse: eine Gerade durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems unter Bildung eines Winkels θi im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Z-Richtung des Absolut-Koordinatensysetms in der Y-Z-Ebene.
y-Achse: eine Gerade durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems unter Bildung eines Winkels von 90° im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der z-Richtung in der Y-Z-Ebene.
x-Achse: eine Gerade durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems rechtwinklig zu der Y-Z-Ebene.
Außerdem ist Di die skalare Größe, die den Abstand zwischen den Ursprungspunkten des lokalen Koordinatensystems der i-ten und (i + 1)-ten Fläche repräsentiert, und Ndi und νdi sind der Brechungsindex bzw. die Abbe-Zahl eines Mediums zwischen der i-ten und der (i + 1)-ten Fläche.
Jede Ausführungsform der Erfindung besitzt eine sphärische Fläche und eine Rotations-asymmetrische, asphärische Fläche. Von diesen Flächen wird die sphärische Form des sphärischen Teils durch einen Krümmungsradius Ri beschrieben. Der Krümmungsradius Ri hat ein Minus-Vorzeichen, wenn der Krümmungsmittelpunkt sich auf der Seite der ersten Fläche entlang der Referenzachse (die gestrichelte Linie in 1) befindet, die sich von der ersten Fläche in Richtung der Bildebene erstreckt, er hat ein Plus-Vorzeichen, wenn der Krümmungsmittelpunkt sich auf der Seite der Bildebene befindet.
Es sei angemerkt, dass die sphärische Fläche eine Form gemäß folgender Gleichung aufweist:
Das erfindungsgemäße optische System besitzt mindestens eine rotationsasymmetrische, asphärische Fläche, deren Form gegeben ist durch die Beziehung: z = A/b + C02y2 + C20x 2 + C03y3 + C21x 2y + C04y4 + C22x 2y2 + C40x 4 für
Da die obige Formel für die gekrümmte Fläche Terme gerader Ordnung ausschließlich für x besitzt, besitzt eine durch die obige Krümmungsflächen-Formel definierte Fläche eine Ebenen-symmetrische Form mit der y-z-Ebene als Symmetrieebene. Wenn außerdem die folgende Bedingung erfüllt ist, besitzt die gekrümmte Fläche eine sphärische form bezüglich der x-z-Ebene: C03 = C21 = t = 0
Sonst besitzt die gekrümmte Fläche eine rotations-asymmetrische Form.
Wenn außerdem die folgende Bedingung erfüllt ist, besitzt die gekrümmte Fläche eine rotations-symmetrische Form. C02 = C20, C04 = C40 = C22/2
Bei jeder Ausführungsform der Erfindung bildet gemäß 1 die erste Fläche (die Eintrittsseite des optischen Systems) die Blende. Außerdem ist ein horizontaler Halb-Feldwinkel uY der maximale Feldwinkel eines Lichtstrahls, der in die Blende R1 in der in 1 gezeigten Y-Z-Ebene eintritt. Der Durchmesser der Blende als erster Fläche wird durch den Blendendurchmesser dargestellt.
Dies bezieht sich auf die Helligkeit des optischen Systems. Der Blendendurchmesser entspricht dem Durchmesser der Eintrittspupille, da letztere sich auf der ersten Fläche befindet.
Weiterhin wird der effektive Bildbereich in der Bildebene als Bildgröße beschrieben. Die Bildgröße drückt sich aus durch eine rechteckige Zone, deren horizontale und vertikale Abmessungen ausgedrückt werden durch entsprechende Werte in y- und x-Richtung des lokalen Koordinatensystems.
(Erste Ausführungsform)
Die erste Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beschrieben.
2 ist eine Schnittansicht durch den optischen Weg der ersten Ausführungsform. Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Beispiel für ein optisches Element, welches einstückig oder integral mit mehreren Reflexionsflächen ausgebildet ist, die Krümmungen aufweisen, wobei insbesondere ein optisches Element gebildet wird, welches fünf Reflexionsflächen besitzt, nämlich einen konkaven Spiegel R2, einen konvexen Spiegel R3, einen konkave Spiegel R4, einen konvexen Spiegel R5 und einen konkaven Spiegel R6, betrachtet von der Objektseite her. Die Referenzachse, die in das optische Element 1 eintritt, und die Referenzachse, die dieses verlässt, verlaufen antiparallel zueinander. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine optische Korrekturplatte, zum Beispiel ein Quarz-Tiefpassfilter, ein Infrarot-Sperrfilter oder dergleichen, 3 bezeichnet eine Abbildungselement-Fläche, beispielsweise ein CCD; 4 bezeichnet eine auf der Objektseite des optischen Elements 1 befindliche Blende und 5 bezeichnet eine Referenzachse des optischen photographischen Systems.
Die Abbildungsbeziehung dieser Ausführungsform wird im folgenden erläutert. Von einem Objekt kommendes Licht 6 trifft auf den konkaven Spiegel R2 des optischen Elements 1, nachdem das Licht durch die Blende 4 begrenzt wurde.
Der konkave Spiegel R2 reflektiert das Objektlicht 6 zu dem konvexen Spiegel R3 und bildet ein Primär-Objektbild in einer Zwischenbildebene N1.
Weil das Objektbild auf diese Weise in einem frühen Stadium innerhalb des optischen Elements 1 erzeugt wird, lässt sich eine Zunahme des effektiven Lichtstrahldurchmessers der auf der Bildseite der Blende 4 befindlichen Fläche unterdrücken.
Das Objektlicht 6, welches in der Zwischenbildebene N1 ein Primärbild erzeugt, erzeugt ein Bild auf der Bildelementfläche 3 nach wiederholter Reflexion durch den konvexen Spiegel R3, den konkaven Spiegel R4, den konvexen Spiegel R5 und den konkaven Spiegel R6, beeinflusst durch die Reflexionskräfte der Reflexionsspiegel.
Auf diese Weise dient das optische Element 1 als Linsen- oder Objektiveinheit, die das gewünschte optische Leistungsvermögen und eine positive optische Kraft insgesamt aufweist, gleichzeitig Reflexionen an mehreren Reflexionsspiegeln mit Krümmungen wiederholt.
3 ist eine perspektivische Ansicht des in 2 gezeigten optischen Elements.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in 3 die gleichen Teile wie in 1.
Bei dieser Ausführungsform wird das optische Element 1 dadurch gebildet, dass Reflexionsflächenblöcke, von denen jeder mehrere benachbarte Reflexionsflächen mit Krümmungen integriert, an einander entgegengesetzten Stellen platziert werden.
Bezugnehmend auf 3 bilden der konkave Spiegel R2 als erste Reflexionsfläche des optischen Elements 1, der konkave Spiegel R4 als dritte Reflexionsfläche und der konkave Spiegel R6 als fünfte Reflexionsfläche einen ersten Reflexionsflächenblock, der drei Reflexionsflächen in integrierter Weise bildet.
Der konvexe Spiegel R3 als zweite Reflexionsfläche des optischen Elements 1 und der konvexe Spiegel R5 als vierter Reflexionsspiegel, die dem ersten Reflexionsflächenblock 7 gegenüberliegen, bilden einen zweiten Reflexionsflächenblock 8, der in integrierter Weise zwei Reflexionsflächen beinhaltet. Der erste und der zweite Reflexionsflächenblock 7 und 8 bilden das optische Element 1.
Auf diese Weise lässt sich durch Verwendung von Reflexionsflächenblöcken, von denen jeder benachbarte Reflexionsflächen integriert, die an dezentrierten Stellen platziert sind, die Zeit für den Zusammenbau verkürzt werden, und Layoutfehler beim Zusammenbau lassen sich verringern im Vergleich zu den individuellen Reflexionsflächen, die an vorbestimmten dezentrierten Stellen platziert werden müssen, weil die integrierten Reflexionsflächenblöcke lediglich an vorbestimmten Stellen zu platzieren sind.
Wenn die Reflexionsflächen jedes Reflexionsflächenblocks unter Verwendung einer Metallform integriert ausgebildet werden, lässt sich eine hohe Lagegenauigkeit und Oberflächepräzision der einzelnen Reflexionsflächen unabhängig von Fertigungsmengen garantieren, und die hohe Lagegenauigkeit der Reflexionsspiegel, die bei dem herkömmlichen System nur schwierig zu erreichen ist, lässt sich in einfacher Weise erreichen.
In diesem Fall können der erste und der zweite Reflexionsflächenblock 7 und 8 entweder integriert oder separat unter Verwendung einer Metallform hergestellt werden. Im Hinblick auf das Verfahren zur Ausbildung eines Reflexionsfilms auf jeder Reflexionsfläche durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen oder dergleichen nach Ausbildung jedes Reflexionsflächenblocks ist es allerdings bevorzugt, die Reflexionsflächenblöcke separat zu bilden und den ersten und den zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 miteinander zu kombinieren, nachdem auf jeder Reflexionsfläche durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen oder dergleichen der Reflexionsfilm gebildet wurde.
Als ein Verfahren zum Kombinieren des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks 7 und 8, die mit Hilfe einer Metallform getrennt voneinander hergestellt wurden, brauchen gemäß beispielsweise 4 Zapfen 9a bis 9d, die sich ausgehend von dem ersten Reflexionsflächenblock 7 in Richtung des zweiten Blocks 8 an solchen Stellen erstrecken, an denen sie nicht die wirksamen Lichtstrahlen des optischen Elements 1 behindern, und Zapfen 10a bis 10d, die sich ausgehend von dem zweiten Reflexionsblock 8 in Richtung auf den ersten Block 7 an solchen Stellen erstrecken, an denen sie die Lichtstrahlen des optischen Elements 1 nicht behindern, miteinander vereint zu werden, um den Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 auf einem Sollwert zu halten. Alternativ können die freien Endbereiche der Zapfen 9a bis 9d an dem ersten Reflexionsflächenblock 7 als Stifte fungieren, während an den freien Enden der Zapfen 10a bis 10d des zweiten Blocks 8 Löcher ausgebildet sind, so dass ein Zusammenbau des optischen Elements 1 dadurch erfolgt, dass die Stifte und Löcher zusammengefügt werden.
Diese Zapfen 9a bis 9d und 10a bis 10d werden an vorbestimmten Stellen der Reflexionsflächenblöcke platziert. Wenn die Zapfen 9a bis 9d und 10a bis 10d gleichzeitig mit Hilfe einer Metallform gebildet werden, während die Reflexionsflächenblöcke geformt werden, so lässt sich der Vorgang des Anbringens der Zapfen 9a bis 9d und 10a bis 10d an den betreffenden Reflexionsflächenblöcken vermeiden. Folglich lässt sich hierdurch auch die Teilezahl reduzieren, was wiederum die Fertigungskosten senkt.
Wenn die Reflexionsflächenblöcke und die Zapfen gleichzeitig mit Hilfe einer Metallform erstellt werden, lässt sich die Länge jedes Zapfens entsprechend der Genauigkeit der Metallform einrichten, und der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Reflexionsflächenblöcken lässt sich exakt einhalten.
Die Zapfen werden in einem Bereich außerhalb der wirksamen Lichtstrahlen des optischen Elements 1 miteinander vereint oder gekoppelt. Allerdings kann möglicherweise anderes Licht als die effektiven Lichtstrahlen auf diese Zapfen auftreffen und zu Geisterlicht führen.
Um dieses Problem zu lösen, sind bei dieser Ausführungsform Lichtabschirmnuten an den Zapfen 9a bis 9d und 10a bis 10d ausgebildet, um einfallendes Licht außer den effektiven Lichtstrahlen an den Zapfen in andere Richtungen zu reflektieren als in Richtung des optischen Wegs, oder die Oberfläche jedes Zapfens wird einem Sandstrahlverfahren unterzogen, um an dem Zapfen ankommendes Licht diffus zu machen und auf diese Weise die Entstehung von Geisterlicht zu vermeiden.
Wenn die Lichtabschirmnuten oder die sandgestrahlten Abschnitte der Zapfen 9a bis 9d und 10a bis 10d direkt an der Metallform gebildet werden, kann eine Maßnahme gegen die Entstehung von Geisterlicht gleichzeitig mit der Ausbildung der Reflexionsflächenblöcke stattfinden.
Wenn außerdem unter Verwendung des optischen Elements dieser Ausführungsform ein Zoomen oder Fokussieren ausgeführt wird, kann ein Halteteil zum Fixieren des optischen Elements an einer beweglichen Bühne direkt an dem Reflexionsflächenblock ausgebildet werden, wobei die Bewegung des optischen Elements an der beweglichen Bühne berücksichtigt wird.
5 zeigt ein Beispiel für einen Halteteil zum Fixieren, ausgebildet an dem ersten Reflexionsflächenblock.
Wie aus 5 hervorgeht, ist ein Halteteil 11 auf der Rückseite der wirksamen Reflexionsfläche des konkaven Spiegels R4 des ersten Reflexionsflächenblocks 7 derart ausgebildet, dass seine Bodenfläche 11a sich in einer Richtung parallel zu der die Referenzachse 5 enthaltenden Ebene erstreckt. Zoomen oder Fokussieren erfolgt dadurch, dass dieser Halteteil 11 und eine (nicht gezeigte) bewegliche Bühne gekoppelt werden und die bewegliche Bühne bewegt wird.
Da die die Referenzachse 5 enthaltende Ebene parallel zur Bodenfläche 11a des Halteteils 11 verläuft, lässt sich der Parallelismus zwischen der beweglichen Bühne und dem optischen Element in einfacher Weise dadurch gewährleisten, dass der Halteteil 11 und die bewegliche Bühne parallel zueinander gekoppelt werden. Aus diesem Grund lassen sich Einflüsse der Dezentrierung und dergleichen der Referenzachse bei einer Bewegung des optischen Elements beseitigen, wodurch eine Verschlechterung der optischen Leistungsfähigkeit verhindert wird.
Man beachte, dass die Bodenfläche 11a des Halteteils 11 vorzugsweise eine Spiegelfläche aufweist. Darüber hinaus ist die Oberflächenrauhigkeit der Bodenfläche 11a vorzugsweise 0,08 µm oder weniger (Rmax). Wenn die Bodenfläche 11a bis zu einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 bis 2 µm (Rmax) poliert ist, können die Spitzenbereiche der dreidimensionalen Oberfläche zerstört oder abrasiert werden, um den Parallelismus mit der die Referenzachse 5 enthaltenden Ebene zu beeinträchtigen, was wiederum zu einem Problem der Dezentrierung führt.
Als weiteres Beispiel für das Zoomen und Fokussieren unter Verwendung des optischen Elements dieser Ausführungsform kann von einem Verfahren Gebrauch gemacht werden, bei dem Löcher an den Referenzflächenblöcken des optischen Elements ausgebildet werden, in die Löcher ein Schaft eingepasst wird und das optische Element entlang dem Schaft bewegt wird.
6 zeigt ein Beispiel, bei dem die Löcher 13a und 13b, die einen Schaft 12 aufnehmen, an dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 ausgebildet sind.
Nach 6 sind die Löcher 13a und 13b an dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 an solchen Stellen ausgebildet, die gleiche Abstände von der die Referenzachse 5 enthaltenden Ebene haben, und sie sind von einem Bereich mit effektiven Lichtstrahlen jeder Reflexionsfläche getrennt.
Nach dem Einpassen des Schafts 12 in diese Löcher 13a und 13b verbleibt die die Referenzachse 5 enthaltende Ebene parallel zu dem Schaft 12, und der Schaft 12 kann als Führung bei einer Bewegung des optischen Elements dienen, so zum Beispiel bei einer translatorischen Bewegung des optischen Elements.
Nach 6 wird nur von einem Schaft 12 Gebrauch gemacht, es können aber auch mehrere Schäfte verwendet werden.
Wie bereits gesagt, kann durch Ausbildung eines reflektierenden optischen Elements mit Hilfe einer Metallform dieses Element mehrere Funktionen erfüllen, beispielsweise eine Haltefunktion, eine Lichtabschirmfunktion und dergleichen, wobei die Teilezahl und die Fertigungskosten reduziert werden können und die Funktionen und Leistungsfähigkeit des optischen Elements verbessert werden können.
(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform wird im folgenden anhand der 7 erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist ein weiterer Reflexionsflächenblock, der dem ersten und dem zweiten Block der ersten Ausführungsform nicht gegenüberliegt, hinzugefügt, um die Dichtungen des Referenzlichtstrahls zu ändern, der in das optische Element 1 eintritt und dieses verlässt.
Nach 7 ist ein dritter Reflexionsflächenblock 14 in der Nähe des konvexen Spiegels R3 des zweiten Reflexionsflächenblocks 8 platziert, er steht dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 nicht gegenüber und besitzt eine Neigung von etwa 45° in bezug auf die Einfallreferenzachse, damit eine Referenzachse 5a, die aus der +Z-Achsenrichtung der ersten Ausführungsform eintritt, aus der –X-Achsenrichtung eintreten zu lassen.
Andererseits befindet sich ein vierter Reflexionsflächenblock 15 in der Nähe des konvexen Spiegels R5 des zweiten Reflexionsflächenblocks 8, er steht dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 nicht gegenüber, und er besitzt eine Neigung von etwa 45° in bezug auf die Einfallreferenzachse, damit eine Referenzachse 5b, welche in der –Z-Achsenrichtung der ersten Ausführungsform abgeht, in der +X-Achsenrichtung abgeht.
Da bei dieser Ausführungsform das optische System durch ausschließlich reflektierende Flächen ausgebildet ist, im Gegensatz zu einem herkömmlichen System, bei dem reflektierende Spiegel in ein Brechungslinsensystem eingefügt sind, um den Winkel von Lichtstrahlen zu ändern, wobei der dritte und der vierte Reflexionsflächenblock, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, hinzugefügt sind und Krümmungen aufweisen, lassen sich die Richtungen, in denen ein Lichtstrahl in das optische Element eintritt und dieses verlässt, bei gleichzeitiger Korrektur von Aberrationen leicht ändern.
Bei dieser Ausführungsform können die Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock benachbart sind, gleichzeitig mit der Ausbildung des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks gebildet werden.
Weil beispielsweise der dritte Reflexionsflächenblock dem zweiten Block benachbart ist, kann er unter Verwendung der für den zweiten Reflexionsflächenblock verwendeten Metallform hergestellt werden.
Natürlich kann, nachdem der dritte Reflexionsflächenblock unabhängig von dem zweiten Block hergestellt wurde, eine Verbindung oder Anbringung des dritten Blocks an dem zweiten Reflexionsflächenblock stattfinden.
Durch Hinzufügen eines weiteren Reflexionsflächenblocks, der nicht dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock gegenüberliegt, lassen sich auf diese Weise die Eintritts- und Austrittsrichtungen des Referenzachsenlichtstrahls frei einstellen. In einer Kamera, die von dem optischen Element dieser Ausführungsform Gebrauch macht, lassen sich, weil Eintritts- und Austrittsrichtungen frei wählbar sind, die Größe und die Dicke der Kamera verringern aufgrund einer Verminderung des Totraums, und man kann eine Kamera mit einer Form bauen, die bislang nicht zu sehen war.
(Dritte Ausführungsform)
Die dritte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der 8 erläutert. Bei dieser Ausführungsform sind Brechungsglieder in der Nähe des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks angeordnet.
Bezugnehmend auf 8 ist ein Brechungsglied 16 nahe bei dem konvexen Spiegel R3 des zweiten Reflexionsflächenblocks 8 der ersten Ausführungsform angeordnet, und er besitzt positive Brechkraft.
Andererseits befindet sich in der Nähe des konvexen Spiegels R5 des zweiten Reflexionsflächenblocks 8 ein Brechungsglied mit negativer Brechkraft.
Bei dieser Ausführungsform lässt sich durch geeignetes Platzieren der Brechungselemente und reflektierenden Elemente eine Ausgestaltung erreichen, die von den Merkmalen der individuellen Elemente Gebrauch macht. Beispielsweise machen die Brechungselemente Gebrauch von der Brechkraft des gesamten optischen Elements, während die reflektierenden Elemente gemeinsam eine Aberrationskorrektur ausführen. Auf diese Weise lässt sich der Freiheitsgrad beim Entwurf der Optik vergrößern, und man kann ein optisches Element mit hoher Leistungsfähigkeit erzielen.
Normalerweise werden in einem nur durch reflektierende Elemente aufgebauten reflektierenden optischen System niemals chromatische Aberrationen, im folgenden als Farbfehler bezeichnet, hervorgerufen. Wenn allerdings ein optisches Hybridsystem aufgebaut wird, welches sowohl von reflektierenden als auch von brechenden Elementen Gebrauch macht, entstehen in den Brechungselementen Farbfehler.
Um dieses Problem zu lösen, sind bei dieser Ausführungsform paarweise Brechungselemente mit positiver und negativer Brechkraft in das optische Reflexionssystem eingefügt, um Farbfehler zwischen den beiden Brechungselementen aufzuheben. Obschon also von Brechungselementen Gebrauch gemacht wird, lässt sich eine Farbfehlerkorrektur der gesamten Optik erreichen.
Wenn das Brechungselement aus dem gleichen Werkstoff besteht wie der Reflexionsflächenblock, kann man es gleichzeitig mit der Ausbildung des Reflexionsflächenblocks herstellen. Allerdings kann das Brechungselement aus einem anderen Werkstoff als der Reflexionsflächenblock hergestellt werden, um die oben angesprochene Farbfehlerkorrektur vorzunehmen. Bei dieser Ausführungsform befindet sich das Brechungselement mit positiver Brechkraft auf der Eintrittsseite des optischen Elements, und das Brechungselement mit negativer Brechkraft befindet sich auf der Austrittsseite. Alternativ kann das Brechungselement mit negativer Brechkraft auf der Eintrittsseite platziert sein, und das Brechungselement mit positiver Brechkraft kann sich auf der Austrittsseite befinden. Besitzt das optische System Anfälligkeit für beträchtliche Farbfehler, so kann man paarweise Brechungselemente mit sowohl positiver als auch negativer Brechkraft anstelle der paarweisen Brechungselemente mit positiver und negativer Brechkraft verwenden, oder man kann lediglich ein Brechungselement mit positiver oder mit negativer Brechkraft verwenden.
Wenn die Brechungselemente an der Eintrittsseite und der Austrittsseite des reflektierenden optischen Systems angeordnet sind, können sie als Abdeckungen fungieren, um den Eintritt von Staub in das optische System zu verhindern und damit eine Beeinträchtigung der Bildqualität durch Staub zu verhindern.
(Vierte Ausführungsform)
Im folgenden wird anhand der 9 die vierte Ausführungsform erläutert. Bei dieser Ausführungsform befindet sich in der Nähe eines Reflexionsflächenblocks, der dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegt, ein Brechungselement.
Nach 9 ist ein dritter Reflexionsflächenblock 15 in der Nähe des konvexen Spiegels R5 des zweiten Reflexionsflächenblocks 8, nicht gegenüber dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock 7 und 8 platziert, und er besitzt eine Neigung von etwa 45° in bezug auf die Einfallreferenzachse 5. Mit diesem Block wird die Referenzachse 5, die in Richtung der –Z-Achse der ersten Ausführungsform abgeht, zu einer Referenzachse, die das optische Element in Richtung der ±X-Achse verlässt.
Auf der das optische Element in +X-Achsenrichtung verlassenden Referenzachse 5b ist ein Brechungselement 18 negativer Brechkraft in der Nähe des dritten Reflexionsflächenblocks 15 platziert.
Normalerweise nimmt durch Abknicken des optischen Wegs der Abstand von der letzten Ebene zu der Bildebene unvermeidlich ab. Bei dieser Ausführungsform lässt sich durch Synthetisieren des dritten Reflexionsflächenblocks 15 und eines Brechungselements 18 eine Abnahme der hinteren Brennweite aufgrund des Abknickens des optischen Wegs korrigieren.
Durch Platzieren des Brechungselements in der Nähe des Reflexionsflächenblocks lässt sich auf diese Weise also der Freiheitsgrad bei der optischen Ausgestaltung vergrößern, die Abbildungsleistung lässt sich verbessern, und der Freiheitsgrad beim Layout des optischen Systems lässt sich ebenfalls erhöhen. Darüber hinaus kann ein Eintritt von Staub in das reflektierende optische System verhindert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Das erste Beispiel einer Metallformstruktur zur Ausbildung der oben erläuterten Reflexionsflächenblöcke wird im folgenden in Verbindung mit 10 erläutert.
10 ist eine Schnittansicht einer Metallform 19 zur Ausbildung des ersten Reflexionsflächenblocks 7 der ersten Ausführungsform. Die Metallform 19 besteht aus paarweisen Formteilen 20 und 21, die zur integrierten Ausbildung des konkaven Spiegels R2, des konkaven Spiegels R4 und des konkaven Spiegels R6 dienen, die den ersten Reflexionsflächenblock ausmachen.
Man beachte, dass die Metallformeinheit 20 aus drei Metallformblöcken 251, 252 und 253 besteht, die den drei reflektierenden Flächen entsprechen, das heißt dem konkaven Spiegel R2, dem konkaven Spiegel R4 und dem konkaven Spiegel R6, die den ersten Reflexionsflächenblock 7 bilden, und dass die Metallformeinheit 21 außerdem drei Metallformblöcke 261, 262 und 263 enthält, die den drei reflektierenden Flächen entsprechen.
Da bei dieser Ausführungsform Metallformblöcke entsprechend mehreren Reflexionsflächen mit Krümmungen vorhanden sind, die den jeweiligen Reflexionsflächenblock bilden, und diese Blöcke als Einheiten hergestellt werden, lassen sich die Formen für die Metallform frei entwerfen, auch wenn die individuellen reflektierenden Flächen sich an dezentrierten Stellen befinden, wodurch eine integrierte Ausbildung des Reflexionsflächenblocks ermöglicht wird.
Da die Metallformblöcke entsprechend den einzelnen reflektierenden Flächen hergestellt werden, braucht die Bearbeitungsgrenze gegenüber der Zone effektiver Lichtstrahlen, die für die normale Metallformbearbeitung erforderlich ist, nicht exzessiv abgeschätzt zu werden, und die Abstandsgrenze zwischen einander benachbarten reflektierenden Flächen lässt sich minimieren. Folglich lässt sich auch die Größe des Reflexionsflächenblocks als Gruppe von reflektierenden Flächen minimieren.
Wenn allerdings eine Metallform in Einheiten von Metallformblöcken aufgeteilt wird, so müssen die Positionen der aufgeteilten Metallformblöcke exakt justiert werden, um eine hohe Lagegenauigkeit unter den aufgeteilten Metallformblöcken zu garantieren. Wenn jede reflektierende Fläche eine strikte Lagegenauigkeit erforderlich macht, wird vorzugsweise von einer Metallform Gebrauch gemacht, die mehrere reflektierende Flächen mit Krümmungen in Form einer einzelnen kontinuierlichen Fläche aufweist.
Wenn insbesondere die reflektierenden Flächen nahe nebeneinander liegen, oder wenn es unmöglich ist, den Grad der Abstufung in einheitlicher Weise festzusetzen, so müssen die die reflektierenden Flächen bildenden Blöcke aufgetrennt werden. Wenn die individuellen aufgetrennten Reflexionsflächenblöcke in Entsprechung mit den effektiven Lichtstrahlzonen hergestellt werden, so besitzen diese effektiven Lichtstrahlzonen unterschiedliche Formen, so zum Beispiel entsprechen sie der Form einer Ellipse, eines Polygons und dergleichen, basierend auf einem Kreis und einem Rechteck, wie dies in den 15, 16, 26 und 27 dargestellt ist, außerdem besitzen sie verschiedene Größen entsprechend den Mengen der reflektierten effektiven Lichtstrahlen. Wenn sämtliche Spiegelflächenformen genormt sind auf eine Rechteckform ohne Beeinflussung durch verschiedene Relationen mit den Zonen der wirksamen Lichtstrahlen, und der Spiegelflächen-Bearbeitungsbereich jedes aufgeteilten Reflexionsflächenblocks entsprechend demjenigen mit dem breitesten Spiegelflächenbereich festgelegt wird, lässt sich die Qualität jedes Blocks verbessern, und man kann eine hohe Lagegenauigkeit beim Zusammenbau der Reflexionsflächenblöcke erreichen.
Wenn allerdings die benachbarten Bereiche der Reflexionsflächen der Reflexionsflächenblöcke zwischen sich eine Stufe enthalten, so können mehrere Reflexionsflächen nicht durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet werden.
Der Grund für diese Schwierigkeit wird im folgenden anhand der 11 und 12 erläutert.
11 ist eine schematische Ansicht für den Fall, dass die Metallformeinheit 20 mit einer Schleifscheibe 22 poliert wird.
Bezugnehmend auf 11 sei angenommen, dass die Metallformblöcke 252 und 253 entsprechend den konkaven Spiegeln R4 und R6 zwischen sich eine Stufe aufweisen. Im großen und ganzen besitzt die Schleifscheibe 22 eine sphärische Form und schleift jede Reflexionsfläche an der Metallform. Da die Schleifscheibe 22 eine sphärische Form hat, kann sie nicht in Berührung mit einem Kantenbereich E treten, der durch die Metallformblöcke 252 und 253 gebildet wird, wenn die Grenzbereiche zwischen den Metallformblöcken 252 und 253 entsprechend den konkaven Spiegeln R4 und R6 bearbeitet werden. Aus diesem Grund lässt sich der Kantenbereich E nicht schleifen, um eine Anordnung zu erzielen, bei der benachbarte Reflexionsflächen eine einzelne Fläche bilden.
12 ist eine schematische Ansicht für den Fall, dass die Metallformeinheit 21 von der Schleifscheibe 22 geschliffen wird. Aus dem gleichen Grund wie in 11 lässt sich der Kantenbereich E nicht bearbeiten.
Um diese Situationen zu vermeiden, lassen sich die benachbarten Bereiche der jeweiligen Reflexionsflächen so ausbilden, dass zwischen ihnen keine Stufen im Entwurf entstehen. Allerdings ist ein solches Verfahren deshalb nicht bevorzugt, weil die benachbarten Bereiche gleiche Krümmungen aufweisen müssen und folglich der Freiheitsgrad beim Entwurf geringer wird.
Wenn bei dieser Ausführungsform die benachbarten Bereiche der reflektierenden Fläche, welche die Reflexionsflächenblöcke bilden, zwischen sich eine Stufe enthalten, so werden die benachbarten Bereiche außerhalb der Zonen effektiver Lichtstrahlen der reflektierenden Flächen gebildet, und sie besitzen Formen, die eine glatte Verbindung der zu bearbeitenden Reflexionsflächen aufweisen, so dass mehrere Reflexionsflächen letztlich eine einzelne kontinuierliche Fläche darstellen.
13 zeigt ein zweites Beispiel für die Metallformstruktur dieser Ausführungsform. Bei diesem Beispiel sind die konkaven Spiegel R4 und R6 der Metallformeinheit 20 durch einen Nachbarbereich 23 glatt miteinander verbunden, ohne dass es in einem Grenzbereich zwischen den Spiegeln zu einer Stufe kommt. Folglich lässt sich die Metallformeinheit 20 als einzelne kontinuierliche Fläche ausbilden.
Nach 13 fällt der Nachbarbereich 23 aus den effektiven Zonen der konkaven Spiegel R4 und R6, und seine Form lässt sich grundsätzlich solange frei einstellen, wie keine Sperrung der effektiven Zonen der Reflexionsflächen erfolgt.
Als ein Verfahren zum Bestimmen der Form des Nachbarbereichs 23 wird beispielsweise dann, wenn die Form des Nachbarbereichs 23 definiert wird zum glatten Verbinden der Kanten der effektiven Zonen der konkaven Spiegel R4 und R6, die Metallformeinheit 20 durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet, ohne dass irgendwelche Kantenbereiche entstehen, die sich durch die Schleifscheibe 22 nicht schleifen lassen.
14 zeigt das dritte Beispiel für die Metallformstruktur dieser Ausführungsform. Bei diesem Beispiel verbindet ein Nachbarbereich 24 die konkaven Spiegel R4 und R6 der Metallformeinheit 21 mit Hilfe des gleichen Verfahrens, wie es in Verbindung mit 13 erläutert wurde, glatt ohne Bildung irgendeiner Stufe in dem Grenzbereich zwischen den konkaven Spiegeln R4 und R6, so dass die Metallformeinheit 21 durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet wird.
Durch glattes Verbinden der benachbarten Reflexionsflächen mit Hilfe von Bereichen außerhalb von deren effektiven Zonen lässt sich in der beschriebenen Weise die Metallformeinheit durch eine einzelne kontinuierliche Fläche herstellen, und damit lässt sich eine hohe Lagegenauigkeit der Reflexionsflächen garantieren.
15 und 16 sind Schnittansichten für den Fall, dass das in 2 gezeigte optische Element 1 aus der –Z-Achsenrichtung und der +Z-Achsenrichtung betrachtet wird. Diese Schnittansichten zeigen auch die Muster der Zonen der effektiven Lichtstrahlen der jeweiligen Reflexionsflächen.
15 ist eine Schnittansicht für den Fall, dass das optische Element 1 aus der –Z-Achsenrichtung betrachtet wird. Nach 15 besitzt das optische Element 1 den konkaven Spiegel R2 als Eintrittsfläche, den konkaven Spiegel R4 und den konkaven Spiegel R6 als Austrittsfläche, die benachbart zueinander ausgebildet sind.
16 ist eine Schnittansicht für den Fall, dass das optische Element 1 aus der Richtung der +Z-Achse betrachtet wird. Nach 16 besitzt das optische Element 1 die konvexen Spiegel R3 und R5, die benachbart zueinander angeordnet sind.
Bei der Untersuchung der benachbarten Bereiche der konkaven Spiegel R2 und R4 in 15 erweist sich die Zone der effektiven Lichtstrahlen des konkaven Spiegels R2 als eine Zone mit Trapezform, während der konkave Spiegel R6 eine kreisförmige Form aufweist.
Da andererseits die jeweiligen Reflexionsflächen des optischen Elements 1 baulich betrachtet Rechteckformen besitzen, wie aus 15 hervorgeht, muss, wenn ein Reflexionsfilm auf der gesamten Reflexionsfläche durch Niederschlagen, Sputtern, Eintauchen oder dergleichen aufgebracht wird, dieser Film auch in einer breiten Zone außerhalb der Zonen effektiver Lichtstrahlen ausgebildet werden.
Wenn von dem optischen Element 1 hervorgerufenes Geisterlicht berücksichtigt wird, so entsteht dies häufig durch einfallendes Licht aus Stellen und Winkeln, die verschieden sind von den Stellen und Winkeln der effektiven Lichtstrahlen, demzufolge die Lichtstrahlen häufig Positionen außerhalb der effektiven Lichtstrahlzonen treffen.
Wenn Geisterlicht einen abträglichen Einfluss auf die optischen Eigenschaften hat und die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt, so wird dieses Problem dadurch gelöst, dass jede Reflexionsfläche entsprechend ihrer effektiven Lichtstrahlzone ausgebildet wird, während ein Leerbereich des Reflexionsflächenblocks, der von einem rechteckigen Element mit einer Größe Gebrauch macht, die die effektive Lichtstrahlzone vollständig abdeckt, unterhalb des Blocks vorgesehen wird, um dadurch eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten, was mit Hilfe des gleichen Ausrichtverfahrens geschieht wie bei dem Reflexionsflächenblock mit einer normierten Rechteckform.
Wenn auf der gesamten Reflexionsfläche ein Reflexionsfilm gebildet wird, entsteht mit hoher Wahrscheinlichkeit Geisterlicht von einem Oberflächenteil außerhalb der effektiven Lichtstrahlzone, so dass die Niederschlagungszone für den Reflexionsfilm vorzugsweise weitestgehend reduziert wird, um Geisterlicht zu vermeiden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Reflexionsfilm durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen oder dergleichen nur auf der in 15 durch eine gestrichelte Linie angegebenen Zone in einem Muster ausgebildet, welches nahezu der Form der effektiven Lichtstrahlzone jeder Reflexionsfläche gleicht, um einen vorbestimmten Randbereich bezüglich der effektiven Lichtstrahlzone zu erhalten und dadurch die Entstehung von Geisterlicht durch eine andere Zone als die effektive Lichtstrahlzone zu vermeiden.
Außerdem ist bei dieser Ausführungsform eine andere Zone als die Niederschlagungsbereiche in 15 als nicht geglättete Fläche ausgebildet, beispielsweise in Form einer Diffusionsfläche. Durch gleichzeitiges Ausbilden dieser Diffusionsfläche bei Herstellung des Reflexionsflächenblocks lässt sich, wenn durch einen anderen Oberflächenbereich als die effektive Lichtstrahlzone hervorgerufenes Geisterlicht auf eine andere Zone als die Niederschlagungszone fällt, der Anteil des Geisterlichts durch den Diffusionseffekt der Diffusionsfläche vermindert, was die Intensität des Geisterlichts mindert.
17 zeigt numerische Daten für ein aktuelles Entwurfsbeispiel.
(Sechste Ausführungsform)
Im folgenden wird die sechste Ausführungsform der Erfindung erläutert.
18 ist eine Schnittansicht durch den optischen Weg der sechsten Ausführungsform. Bezugszeichen 51 bezeichnet ein Beispiel für ein optisches Element, welches integriert mit mehreren, Krümmungen aufweisenden Reflexionsflächen ausgebildet ist. Das durch fünf Reflexionsflächen und zwei brechende Flächen ausgebildete optische Element 51 besitzt eine konkave Brechungsfläche R2, einen konkaven Spiegel R3, einen konvexen Spiegel R4, einen konkaven Spiegel R5, einen konvexen Spiegel R6, einen konkaven Spiegel R7 und eine konvexe Brechungsfläche R8, betrachtet von der Objektseite her. Die Referenzachse, die in das optische Element 51 eintritt, und die das optische Element 51 verlassende Referenzachse sind zueinander parallel und haben entgegengesetzten Verlauf. Bezugszeichen 52 bezeichnet eine optische Korrekturplatte, beispielsweise ein Quarz-Tiefpassfilter, ein Infrarot-Sperrfilter oder dergleichen; 53 ist eine Abbildungselementfläche, beispielsweise ein CCD; 54 ist eine Blende auf der Objektseite des optischen Elements 51, und 55 bezeichnet eine Referenzachse eines optischen photographischen Systems.
Die Abbildungsbeziehung dieser Ausführungsform wird im folgenden erläutert. Von einem Objekt stammendes Licht 56 fällt in die konkave Brechungsfläche R2 des optischen Elements 1 ein, nachdem die Lichtmenge durch die Blende 54 begrenzt wurde.
Die konkave Brechungsfläche R2 wandelt das einfallende Objektlicht 56 durch ihre Brechkraft in divergentes Licht um, und der konkave Spiegel R3 reflektiert dieses Licht dann und bildet ein Primärobjektbild auf der Zwischenbildebene N1 aufgrund seiner Reflexionskraft ab.
Weil auf diese Weise das Objektbild in dem optischen Element 51 in einem frühen Stadium erzeugt wird, kann eine Zunahme des effektiven Lichtstrahldurchmessers auf der auf der Bildseite befindlichen Fläche der Blende 54 unterdrückt werden.
Das Objektlicht 56, welches auf der Zwischenbildebene N1 ein Primärbild erzeugt, erreicht die konvexe Brechungsfläche R8, wobei es von dem konvexen Spiegel R4, dem konkaven Spiegel R5, dem konvexen Spiegel R6 und dem konkaven Spiegel R7 reflektiert und beeinflusst wird durch die Reflexionskräfte der jeweiligen Reflexionsspiegel. Das durch die Brechkraft der konvexen Brechungsfläche R8 gebrochene Objektlicht 56 bildet auf der Bildsensorelement-Oberfläche 53 ein Objektbild.
Auf diese Weise dient das optische Element 51 als Linseneinheit mit der gewünschten optischen Leistungsfähigkeit und positiver Brechkraft insgesamt, wobei wiederholte Brechungen auf der Eintrittsseite und der Austrittsseite und Reflexionen an den mehreren, Krümmungen aufweisenden Spiegeln stattfinden.
19 ist eine perspektivische Ansicht des in 18 dargestellten optischen Elements.
Gleiche Bezugszeichen in 19 stehen für gleiche Elemente wie in 18.
Bei dieser Ausführungsform wird das optische Element 51 dadurch gebildet, dass auf einander gegenüberliegenden Flächen eines transparenten Elements Reflexionsflächengruppen ausgebildet werden, auf denen jeweils mehrere benachbarte Reflexionsflächen mit Krümmungen an einander benachbarten Stellen platziert sind, zusätzlich zu dem Paar Eintritts- und Austritts-Brechungsflächen.
Nach 19 sind der konkave Spiegel R3 hinter der konkaven Reflexionsfläche, die das von dem Objekt kommende Licht aufnimmt und als erste Reflexionsfläche des optischen Elements 51 fungiert, der konkave Spiegel R5 als dritte Reflexionsfläche und der konkave Spiegel R7 als letzte Reflexionsfläche des optischen Elements 51 als eine erste Reflexionsflächengruppe 57 aufgebaut, auf der drei Reflexionsflächen benachbart zueinander angeordnet sind.
Der konvexe Spiegel R4 als zweite Reflexionsfläche des optischen Elements 51 und der konvexe Spiegel R6 als vierte Reflexionsfläche, die der ersten Reflexionsflächengruppe 57 gegenüberliegen, bilden eine zweite Reflexionsflächengruppe 58, die zwei Reflexionsflächen integriert. Die erste und die zweite Reflexionsflächengruppe 57 und 58 bilden das optische Element 51. Auf diese Weise lässt sich unter Nutzung der Reflexionsflächengruppen, die jeweils einander benachbarte Reflexionsflächen an dezentrierten Stellen integrieren, die Zusammenbauzeit verkürzen, außerdem können Layoutfehler beim Zusammenbau verringert werden, verglichen mit den individuellen Reflexionsflächen, die an vorbestimmten dezentrierten Stellen platziert werden müssen.
Wenn die Reflexionsflächen jeder Reflexionsflächengruppe mit Hilfe einer Metallform integriert hergestellt werden, lässt sich eine hohe Positionsgenauigkeit ebenso wie eine Oberflächengenauigkeit der einzelnen Reflexionsflächen unabhängig von den Fertigungsmengen garantieren, und man erreicht auf einfache Weise eine hohe Positionsgenauigkeit der Reflexionsspiegel, die bei dem herkömmlichen System nur schwer zu erreichen ist.
Wenn außerdem das Zoomen oder Fokussieren unter Verwendung des optischen Elements dieser Ausführungsform stattfindet, kann ein Halteteil zum Fixieren des optischen Elements an einer beweglichen Bühne direkt an dem optischen Element 51 ausgebildet werden, um eine Bewegung des optischen Elements an der beweglichen Bühne zu erreichen.
20 zeigt ein Beispiel für einen Halteteil, der an dem optischen Element 51 ausgebildet ist.
Nach 20 ist ein Halteteil 59 an der Rückseite einer effektiven Reflexionsfläche des konkaven Spiegels R5 der ersten Reflexionsflächengruppe 57 derart ausgebildet, dass seine Bodenfläche 59a sich in einer Richtung parallel zu einer Ebene erstreckt, die die Referenzachse 55 enthält. Zoomen und Fokussieren erfolgt durch Koppeln des Halteteils 59 an einer (nicht gezeigten) beweglichen Bühne und durch Bewegen dieser beweglichen Bühne.
Da die die Referenzachse 55 enthaltende Ebene parallel zur Bodenfläche 59a des Halteteils 59 verläuft, lässt sich in einfacher Weise der Parallelismus zwischen der beweglichen Bühne und dem optischen Element dadurch garantieren, dass man den Halteteil 59 und die bewegliche Bühne parallel zueinander koppelt. Aus diesem Grund lassen sich die Einflüsse der Dezentrierung und dergleichen der Referenzachse, die bei der Bewegung des optischen Elements zustande kommen kann, beseitigen, und auf diese Weise wird eine Verschlechterung der optischen Leistungsfähigkeit vermieden.
Man beachte, dass die Bodenfläche 59a des Halteteils 59 vorzugsweise eine Spiegelfläche aufweiset. Außerdem beträgt die Oberflächenrauhigkeit der Bodenfläche 59a vorzugsweise 0,08 µm oder weniger (Rmax). Wenn die Bodenfläche 59a zu einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 bis 2 µm (Rmax) poliert ist, lassen sich Spitzenbereiche der dreidimensionalen Oberfläche zerstören oder abrasieren, die den Parallelismus mit der die Referenzachse 55 enthaltenden Ebene gefährden könnten, so dass sich das Problem der Dezentrierung erneut stellt.
Als ein weiteres Beispiel für das Zoomen oder Fokussieren unter Verwendung des optischen Elements dieser Ausführungsform kann von einem Verfahren Gebrauch gemacht werden, bei dem Löcher an dem optischen Element ausgebildet werden, wobei ein Schaft in die Löcher eingepasst wird und das optische Element entlang dem Schaft bewegt wird.
21 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Durchgangsloch 61, welches einen Schaft 60 aufnimmt, an der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe 57 und 58 ausgebildet ist.
Nach 21 ist das Loch 61 in der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe 57 und 58 an Stellen ausgebildet, die gleiche Abstände von der die Referenzachse 55 enthaltenden Ebene haben, und sie sind von dem effektiven Lichtstrahlbereich jeder Reflexionsfläche getrennt.
Nach dem Einsetzen des Schafts 60 in dieses Loch 61 bleibt der Schaft 60 parallel zu der Ebene, die die Referenzachse 55 enthält, und kann als Führung bei der Bewegung des optischen Elements fungieren, um das optische Element translatorisch zu bewegen.
In 21 ist nur ein Schaft 60 vorhanden, es können allerdings mehrere Schäfte verwendet werden.
Wie gesagt, kann durch Ausbilden eines reflektierenden optischen Elements unter Verwendung einer Metallform das Element mehrere Funktionen erfüllen, zum Beispiel eine Haltefunktion, eine Lichtabschirmfunktion und dergleichen, wobei die Teilezahl ebenso wie die Fertigungskosten verringert werden kann und die Funktionen und Leistungsfähigkeit des optischen Elements verbessert werden kann.
(Siebte Ausführungsform)
Im folgenden wird anhand der 22 die siebte Ausführungsform erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist eine weitere Reflexionsflächengruppe, die der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe der sechsten Ausführungsform nicht gegenübersteht, hinzugefügt, um die Richtungen des Referenzlichtstrahls zu ändern, der in das optische Element 70 eintritt und dieses verlässt.
Bezugnehmend auf 22 ist eine dritte Reflexionsflächengruppe 62 gebildet durch einen konkaven Spiegel R10 auf der Seite des konvexen Spiegels R5 der zweiten Reflexionsflächengruppe 58. Die dritte Reflexionsflächengruppe 62 steht der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe 57 und 58 nicht gegenüber und besitzt eine Neigung von etwa 45° in bezug auf die Einfall-Referenzachse, um eine Referenzachse 5a, die bei der sechsten Ausführungsform aus der Richtung der +Z-Achse eintritt, zu einer Referenzachse machen, die aus der Richtung der +X-Achse eintritt.
Andererseits ist eine vierte Reflexionsflächengruppe 63 gebildet durch einen konvexen Spiegel R11, platziert in der Nähe des konvexen Spiegels R6 der zweiten Reflexionsflächengruppe 58. Die vierte Reflexionsflächengruppe 63 steht der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe 57 und 58 nicht gegenüber und besitzt eine Neigung von etwa 45° in bezug auf die Einfall-Referenzachse, um eine Referenzachse 55b, die bei der sechsten Ausführungsform in Richtung der –Z-Achse abgeht, zu einer Achse machen, die in Richtung der +X-Achse abgeht.
Da bei dieser Ausführungsform das optische System durch ausschließlich reflektierende Flächen ausgebildet ist, im Gegensatz zu einem herkömmlichen System, bei dem reflektierende Flächen in ein Brechungslinsensystem eingefügt sind, um den Winkel der Lichtstrahlen zu ändern, lassen sich in einfacher Weise die dritte und die vierte Reflexionsflächengruppe hinzufügen, die nicht der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe gegenüberliegen. Die hinzugefügten Reflexionsflächengruppen können die Eintritts- und Austrittsrichtungen eines Lichtstrahls verändern bei gleichzeitiger Korrektur von Aberrationen des optischen Elements.
Bei dieser Ausführungsform können die Reflexionsflächengruppen, die der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe benachbart sind, gleichzeitig mit der Ausbildung der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe hergestellt werden.
Da zum Beispiel die dritte Reflexionsflächengruppe der zweiten Gruppe benachbart ist, kann sie unter Verwendung der Metallform für die zweite Reflexionsflächengruppe gebildet werden.
Durch Hinzufügen einer weiteren Reflexionsflächengruppe, die nicht der ersten und der zweiten Reflexionsflächengruppe gegenüberliegt, lassen sich die Eintritts- und Austrittsrichtungen des Referenzachsen-Lichtstrahls frei wählen. In einer Kamera, die von dem optischen Element dieser Ausführungsform Gebrauch macht, lassen sich Größe und Dicke der Kamera aufgrund der freien Einstellmöglichkeit der Eintritts- und Austrittsrichtungen verringern, um dabei eine Verringerung des Totraums zu erreichen und so eine Kamera mit einer Form zu schaffen, die bislang nicht vorhanden war.
In 22 ist eine Eintritts-Brechungsfläche R9 auf der Eintrittsseite des konkaven Spiegels R10 angeordnet, und sie besitzt negative Brechkraft.
Eine Ausgangs-Brechungsfläche R12 befindet sich auf der Austrittsseite des konvexen Spiegels R11 und besitzt eine positive Brechkraft.
Beim Umlenken des optischen Wegs auf der Eintrittsseite verbreitert sich allgemein die effektive Lichtstrahlzone jeder Fläche, weil der Abstand von jeder Fläche des optischen Elements unvermeidlich größer wird, so dass das gesamte optische Element eine größere Abmessung erhält.
Um dieses Problem zu lösen, wird bei dieser Ausführungsform eine Zunahme der effektiven Lichtstrahlzone jeder Oberfläche aufgrund der Umlenkung des optischen Wegs dadurch unterdrückt, dass der konkave Spiegel R10 und die Eintritts-Brechungsfläche R9 vereint werden, um dadurch eine Größenverringerung des gesamten optischen Elements zu erreichen.
Durch Umlenken des optischen Wegs auf der Austrittsseite wird außerdem der Abstand von der letzten Ebene zu der Bildebene unvermeidlich verkleinert. Durch Verschmelzen des konvexen Spiegels R11 und der Austritts-Brechungsfläche R12 wird bei dieser Ausführungsform eine Verringerung der hinteren Brennweite aufgrund der Umlenkung des optischen Wegs korrigiert.
Wie oben beschrieben wurde, kann bei dieser Ausführungsform durch passendes Platzieren der Brechungselemente und der reflektierenden Elemente eine Ausgestaltung erreicht werden, die die Merkmale der einzelnen Elemente nutzt. Beispielsweise teilen sich die Brechungselemente die Brechkraft des gesamten optischen Elements, die Reflexionselemente teilen sich die Aberrationskorrektur. Auf diese Weise lässt sich der Freiheitsgrad bei der optischen Gestaltung steigern, und man kann ein optisches Element hoher Leistungsfähigkeit schaffen.
(Achte Ausführungsform)
Das erste Beispiel einer Metallformstruktur zur Herstellung der oben besprochenen Reflexionsflächengruppen soll im folgenden anhand der 23 erläutert werden.
23 ist eine Schnittansicht einer Metallform 114 zur Ausbildung des optischen Elements 51 der sechsten Ausführungsform. Die Metallform 114 wird gebildet durch ein Paar Metallformeinheiten 115 und 116 zur integrierten Ausbildung der Brechungsflächen R2 und R8, des konkaven Spiegels R3, des konvexen Spiegels R4, des konkaven Spiegels R5, des konvexen Spiegels R6 und des konkave Spiegels R7, die das optische Element 51 ausmachen.
Man beachte, dass die Metallformeinheit 116 aus drei Metallformblöcken 161, 162 und 163, die den drei Reflexionsflächen, nämlich dem konkave Spiegel R3, dem konkaven Spiegel R5 und dem konkaven Spiegel R7 der ersten Reflexionsflächengruppe 57 entsprechen, zusammengesetzt ist.
Die Metallformeinheit 115 besteht aus vier Metallformblöcken 151, 152, 153 und 154, die den Flächen der zweiten Reflexionsflächengruppe 58 entsprechen, also der Eintritts-Brechungsfläche R2, dem konvexen Spiegel R4 und dem konvexen Spiegel R6 sowie der Austrittsfläche R8.
Da bei dieser Ausführungsform die Metallformblöcke mehreren Reflexionsflächen mit Krümmungen entsprechen, die Reflexionsflächengruppen und Brechungsflächen bilden, und diese Metallblöcke als Einheiten hergestellt werden, lassen sich die Metallformen frei gestalten, selbst wenn individuelle Reflexionsflächen und Brechungsflächen sich an dezentrierten Stellen befinden, so dass eine einstückige Herstellung der Reflexionsflächengruppen und Brechungsflächen möglich ist.
Da die den individuellen Reflexionsflächen entsprechenden Metallformblöcke hergestellt werden können, braucht der Bearbeitungsrand gegenüber der effektiven Lichtstrahlzone, die bei der normalen Metallformbearbeitung zu berücksichtigen ist, nicht besonders intensiv abgeschätzt zu werden, man kann den Abstandsrand zwischen benachbarten Reflexionsflächen minimieren. Daraus folgt, dass die Größe der Reflexionsflächengruppe als Gruppe von Reflexionsflächen minimiert werden kann.
Wenn allerdings eine Metallform in Einheiten von Metallformblöcken aufgeteilt ist, müssen die Lagen der getrennten Metallformblöcke exakt justiert sein, um eine hohe Positionsgenauigkeit unter den aufgeteilten Metallformblöcken zu erreichen. Wenn jede Reflexionsfläche eine stringente Lagegenauigkeit aufweist, so wird vorzugsweise eine Metallform mit kontinuierlicher Oberfläche eingesetzt, bei der mehrere Reflexionsflächen mit Krümmungen durch eine einzelne Fläche gebildet sind.
Wenn allerdings die benachbarten Bereiche der Reflexionsflächen der Reflexionsflächenblöcke zwischen sich eine Stufe aufweisen, so können mehrere Reflexionsflächen nicht durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet werden.
Der Grund für diese Schwierigkeit wird im folgenden anhand der 24 erläutert.
24 ist eine schematische Ansicht des Falls, dass die Metallformeinheit 116 von einer Schleifscheibe 117 geschliffen wird.
Bei 24 sei angenommen, dass die Metallformblöcke 162 und 163 entsprechend den konkaven Spiegeln R5 und R7 zwischen sich eine Stufe enthalten. Im allgemeinen besitzt die Schleifscheibe 117 eine sphärische Form und schleift jede Reflexionsfläche an der Metallform. Da die Schleifscheibe 117 eine sphärische Form besitzt, kann sie nicht in Berührung mit einem Kantenbereich E treten, der von den Metallformblöcken 162 und 163 gebildet wird, wenn der Grenzbereich zwischen den Metallformblöcken 162 und 163 entsprechend den konkaven Spiegeln R5 und R7 bearbeitet werden. Aus diesem Grund lässt sich der Kantenbereich E zu Ausbildung der benachbarten Reflexionsflächen in Form einer einzelnen Fläche nicht schleifen.
Um derartige Situationen zu vermeiden, können die einander benachbarten Bereiche der jeweiligen Reflexionsflächen so gestaltet werden, dass sich zwischen ihnen keinerlei Stufen befinden. Allerdings ist dieses Verfahren deshalb nicht bevorzugt, weil die einander benachbarten Bereiche gleiche Krümmungen aufweisen müssen und folglich der Freiheitsgrad beim Entwurf geringer wird.
Wenn bei dieser Ausführungsform die einander benachbarten Bereiche der Reflexionsflächen, die die Reflexionsflächengruppen ausmachen, zwischen sich eine Stufe aufweisen, werden die benachbarten Bereiche außerhalb der effektiven Lichtstrahlzonen der Reflexionsflächen ausgebildet und haben Formen, die die zu bearbeitenden Reflexionsflächen glatt verbinden, so dass mehrere Reflexionsflächen durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet werden.
25 zeigt ein zweites Beispiel für die Metallformstruktur dieser Ausführungsform. Bei diesem Beispiel sind die konkaven Spiegel R5 und R7 der Metallformeinheit 116 durch einen Nachbarbereich 118 glatt miteinander verbunden, ohne dass sich in dem Grenzbereich zwischen ihnen irgendeine Stufe befindet, so dass die Metallformeinheit 116 durch eine einzelne kontinuierliche Fläche gebildet wird.
Nach 25 fällt der Nachbarbereich 118 aus den effektiven Zonen der konkaven Spiegel R5 und R7, die Form ist im wesentlichen frei einstellbar, solange sie nicht die effektiven Zonen der Reflexionsflächen verdeckt.
Als Verfahren zum Bestimmen der Form des Nachbarbereichs 118 kann beispielsweise dann, wenn die Form des Nachbarbereichs 118 so definiert ist, dass sie die Ränder der effektiven Zone der konkaven Spiegel R5 und R7 glatt verbindet, die Metallformeinheit 116 gebildet werden durch eine einzelne kontinuierliche Fläche, ohne dass es irgendwelche Kantenbereiche gibt, die sich von der Schleifscheibe 117 nicht schleifen ließen.
Durch glattes Verbinden der benachbarten Reflexionsflächen durch Bereiche außerhalb von deren effektiven Zonen lässt sich damit die Metallformeinheit ausbilden als einzelne kontinuierliche Fläche, wodurch eine hohe Positionsgenauigkeit jeder Reflexionsfläche garantiert wird.
26 und 27 sind Schnittansichten für den Fall, dass das optische Element 51 nach 19 aus der Richtung der –Z-Achse bzw. der ±Z-Achse betrachtet wird. Diese Schnittansichten zeigen außerdem die Muster der effektiven Lichtstrahlzonen der Reflexionsflächen.
26 ist eine Schnittansicht für den Fall, dass das optische Element 51 aus der Richtung der –Z-Achse betrachtet wird. Nach 26 besitzt das optische Element 51 eine konkave Brechungsfläche R2 als Eintrittsfläche, den konkaven Spiegel R4, den konvexen Spiegel R6 und die konvexe Brechungsfläche R8 als Austrittsfläche, die benachbart zueinander angeordnet sind.
27 ist eine Schnittansicht für den Fall, dass das optische Element 51 aus der Richtung der +Z-Achse betracht wird. Nach 27 besitzt das optische Element 51 die konkaven Spiegel R3, R5 und R7, die benachbart zueinander ausgebildet sind.
Bei Untersuchung der benachbarten Bereiche der konkaven Spiegel R3 und R5 in 27 zeigt sich, dass die effektive Lichtstrahlzone des konkaven Spiegels R3 Trapezform besitzt, während der konkave Spiegel R5 eine Kreisform aufweist.
Weil andererseits die jeweiligen Reflexionsflächen des optischen Elements 51 baulich gesehen Rechteckform besitzen, wie aus 27 hervorgeht, muss ein Reflexionsfilm, wenn dieser durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen und dergleichen auf der gesamten Reflexionsfläche gebildet wird, auch in einer breiten Zone außerhalb der effektiven Lichtstrahlzone gebildet werden.
Wenn man durch das optische Element 51 erzeugtes Geisterlicht berücksichtigt, so entsteht dies häufig durch einfallendes Licht aus Stellen und Winkeln, die verschieden sind von Stellen und Winkeln der effektiven Lichtstrahlen. Aus diesem Grund treffen Lichtstrahlen häufig Stellen außerhalb der effektiven Lichtstrahlzonen.
Wenn ein Reflexionsfilm auf der gesamten Reflexionsfläche gebildet wird, entsteht mit hoher Wahrscheinlichkeit Geisterlicht an einem Oberflächenbereich außerhalb der effektiven Lichtstrahlzone, und vorzugsweise wird die Zone, in der der Reflexionsfilm niedergeschlagen wird, möglichst reduziert, um Geisterlicht zu vermeiden.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Reflexionsfilm durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen und dergleichen nur in der in 27 durch die gestrichelte Linie dargestellten Zone in einem Muster ausgebildet, welches nahezu der Form der effektiven Lichtstrahlzone jeder Reflexionsfläche gleicht, so dass gegenüber der effektiven Lichtstrahlzone ein vorbestimmter Rand verbleibt, wodurch vermieden wird, dass durch eine Zone außerhalb der effektiven Lichtstrahlzone Geisterlicht entsteht.
Da außerdem auf den Eintritts- und Austritts-Brechungsflächen durch Niederschlagen, Sputtern, Tauchen und dergleichen ein Antireflexionsfilm gebildet ist, lässt sich die Entstehung von Geisterlicht an sämtlichen Flächen vermeiden, die das optische Element ausmachen.
Außerdem ist bei dieser Ausführungsform eine andere Zone als die filmtragenden Zonen in 27 als nicht glatte Fläche, beispielsweise als Diffusionsfläche ausgebildet. Durch gleichzeitiges Ausbilden dieser Diffusionsfläche bei Herstellung der Reflexionsflächengruppe wird, wenn Geisterlicht durch einen anderen Oberflächenbereich als die effektive Lichtstrahlzone erzeugt wird und auf eine andere Zone als die den Film tragende Zone auftrifft, die Menge an Geisterlicht durch den Diffusionseffekt der Diffusionsfläche reduziert, was wiederum die Intensität des Geisterlichts senkt.
28 zeigt numerische Daten für ein aktuelles Entwurfsbeispiel.
Wie gesagt, lassen sich erfindungsgemäß bei einem optischen Element, welches gebildet wird durch einen ersten Reflexionsflächenblock, seinerseits gebildet durch Anordnen mehrerer Reflexionsflächen mit Krümmungen an einander benachbarten Stellen, und eines zweiten Reflexionsflächenblocks, der dem Reflexionsflächenblock gegenübersteht und gebildet wird durch Anordnen einer oder mehrerer Reflexionsflächen mit Krümmungen an einander benachbarten Stellen, in Form von Einheiten hergestellt werden, da der erste und der zweite Reflexionsflächenblock durch eine Metallform gebildet werden, wobei die benachbarten Reflexionsflächen eines optischen Prismas mit Krümmungen aufweisenden Reflexionsflächen als Einheiten hergestellt werden. Weil außerdem die Reflexionsflächenblöcke durch die Metallform hergestellt werden, kann eine relative Dezentrierung der jeweiligen Reflexionsflächen, die die höchste Präzision erfordern, vermieden werden, so dass eine Verschlechterung der optischen Leistungsfähigkeit verhindert wird.
Weil außerdem erfindungsgemäß ein oder mehrere Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, nahe dem ersten und dem zweiten Block angeordnet sind, lassen sich die Richtungen der optischen Strahlen, die in das optische Element eintreten und dieses verlassen, beliebig einstellen. Wenn ein optisches Element mit Brechungswirkung nahe dem Reflexionsflächenblock angeordnet wird, lässt sich der Freiheitsgrad bei der Aberrationskorrektur des optischen Elements steigern, was wiederum die Abbildungsfähigkeit des optischen Elements verbessert. Außerdem lässt sich erfindungsgemäß durch integriertes Ausbilden mehrerer Reflexionsflächenblöcke unter Verwendung einer Metallform eine hohe Positionsgenauigkeit der einzelnen Reflexionsflächen in dem optischen Element garantieren.
Weil erfindungsgemäß Elemente zum Koppeln oder Vereinen mehrerer Reflexionsflächenblöcke derart vorgesehen sind, dass sie sich an vorbestimmten Positionen der einzelnen Reflexionsflächenblöcken befinden, und das optische Element so aufgebaut ist, dass die mehreren Reflexionsflächenblöcke gekoppelt oder vereint werden, wird die Fertigung der jeweiligen Reflexionsflächenblöcke vereinfacht, und die Blöcke lassen sich exakt an vorbestimmten Stellen mit einem vorbestimmten Zwischenabstand anordnen.
Weil die Elemente zum Koppeln oder Vereinen mehrerer Reflexionsflächenblöcke in Zonen außerhalb des Bereichs der effektiven Lichtstrahlen gekoppelt oder vereint sind, kann verhindert werden, dass die effektiven Lichtstrahlen verdeckt werden.
Weil außerdem erfindungsgemäß ein Halteteil zum Fixieren des optischen Elements an einem Element vorgesehen ist, an dem das optische Element zu fixieren ist, oder ein Loch zum Bewegen oder Fixieren des optischen Elements an einem anderen Bereich als der effektiven Lichtstrahlzone des Reflexionsflächenblocks ausgebildet ist, lässt sich die Teilezahl verringern, und durch Bewegung des optischen Elements hervorgerufene Fehler lassen sich unterdrücken. Darüber hinaus kann verhindert werden, dass effektive Lichtstrahlen in dem optischen Element verdeckt werden.
Da außerdem erfindungsgemäß eine Metallform zur Ausbildung der Reflexionsflächenblöcke verwendet wird, die in Form einer Metallformeinheit ausgebildet ist, die ihrerseits in Einheiten von Reflexionsflächen aufgeteilt ist, kann eine Metallformeinheit, die benachbarte Reflexionsflächen durch eine einzelne kontinuierliche Fläche darstellt, oder eine Metallformeinheit verwendet werden, die mehrere Reflexionsflächen und einen Nachbarbereich der mehreren Reflexionsflächen an einer einzelnen Metallform bildet, so dass der Formvorgang unabhängig von der Form des optischen Elements ablaufen kann und die Reflexionsflächen mit hoher Genauigkeit gebildet werden können. Außerdem lässt sich ein billiges optisches Element herstellen.
Wenn außerdem andere Bereiche als die Zonen für die effektiven Lichtstrahlen des Reflexionsflächenblocks und des optischen Elements mit dem Brechungseffekt in der Metallform einem Lichtabschirmprozess unterzogen werden, lässt sich ein optisches Element herstellen, welches weniger von Geisterlicht beeinträchtigt ist.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, es sind vielmehr verschiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Schutzumfangs der Erfindung möglich. Deshalb wird bezüglich des Schutzumfangs der Erfindung auf die beigefügten Ansprüche Bezug genommen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Elements, umfassend einen ersten Reflexionsflächenblock mit einer Mehrzahl gekrümmter Reflexionsflächen an benachbarten Stellen und einen zweiten Reflexionsflächenblock, der dem ersten Reflexionsflächenblock gegenüberliegt und eine gekrümmte Reflexionsfläche oder eine Mehrzahl gekrümmter Reflexionsflächen an benachbarten Stellen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweiten Reflexionsflächenblock getrennt durch eine Metallform geformt werden und das optische Element dadurch gebildet wird, dass der erste und der zweite Reflexionsflächenblock gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein oder mehrere Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, neben dem ersten und zweiten Reflexionsflächenblock angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein optisches Glied mit Brechungseffekt neben dem ersten Reflexionsflächenblock und/oder zweiten Reflexionsflächenblock angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein optisches Glied mit Brechungseffekt neben dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten Reflexionsflächenblock und/oder dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, und der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke und/oder ein optisches Glied mit Brechungseffekt, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, von einer Metallform integriert geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das optische Element aufgebaut wird durch Koppeln oder Zusammenfügen von mindestens zwei Blöcken des ersten Reflexionsflächenblocks, des zweiten Reflexionsflächenblocks und des einen oder der mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Glieder zum Koppeln oder Zusammenfügen des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks am ersten und zweiten Reflexionsflächenblock geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Glieder zum Koppeln oder Zusammenfügen der mindestens zwei Blöcke des ersten Reflexionsflächenblocks, des zweiten Reflexionsflächenblocks und des einen oder der mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, an den mindestens zwei Blöcken vom ersten Reflexionsflächenblock, zweiten Reflexionsflächenblock und dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, angeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Block miteinander an Stellen, die außerhalb eines Bereichs wirksamer Lichtstrahlbündel des optischen Elements liegen, gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der erste Reflexionsflächenblock, der zweite Reflexionsflächenblock und der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, miteinander an Stellen, die außerhalb eines Bereichs wirksamer Lichtstrahlbündel des optischen Elements liegen, gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, nachdem auf den jeweiligen Reflexionsflächen des ersten und des zweiten Reflexionsblocks ein Reflexionsfilm durch Niederschlagen, Sputtern oder Eintauchen gebildet worden ist, der erste und der zweite Reflexionsflächenblock miteinander gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem, nachdem auf den jeweiligen Reflexionsflächen des ersten Reflexionsflächenblocks, des zweiten Reflexionsflächenblocks und des einen oder der mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, ein Reflexionsfilm durch Niederschlagen, Sputtern oder Tauchen gebildet worden ist, die mindestens zwei Blöcke vom ersten Reflexionsflächenblock, zweiten Reflexionsflächenblock und von dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, miteinander gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Halteteil zum Fixieren des optischen Elements an einem Glied, an welchem das optische Element zu fixieren ist, am ersten oder zweiten Reflexionsflächenblock gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Halteteil gebildet wird an einem Teil, der verschieden ist von einem wirksamen Lichtstrahlbündelteil eines von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem mindestens eine Fläche des Halteteils, die das Glied berührt, eine Spiegelfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Fläche des Halteteils, die das Glied berührt, eine Spiegelfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit Rmax von nicht mehr als 0,08 µm ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Loch zum Bewegen oder Fixieren des optischen Elements in einem von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Loch gebildet wird an Teilen, die verschieden sind von den wirksamen Lichtstrahlbündelteilen des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallform gebildet wird durch Metallformeinheiten, die in Einheiten von Reflexionsflächen des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks unterteilt sind, und das optische Element durch die Metallform geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallform die benachbarten Reflexionsflächen jedes von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblocks durch eine einzige, durchgehende Fläche formt, und das optische Element geformt wird durch Kombinieren einer Metallform und einer weiteren Metallform.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallform versehen ist mit den mehreren Reflexionsflächen und, benachbart zu diesen, mit einem Nachbarteil, die an einer Metallform geformt werden, und das optische Element durch die Metallform geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallform in einem Teil, der verschieden ist von einem wirksamen Lichtstrahlbündelteil jedes von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblocks, einem Lichtabschirmvorgang unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallform an einem Teil, der verschieden ist von den wirksamen Lichtstrahlbündelteilen jedes von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock und dem optischen Glied mit Brechungswirkung, einem Lichtabschirmprozess unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, wenn die mehreren Reflexionsflächengruppen an benachbarten Stellen platziert werden, ein integrierter Spiegelflächenkörper, erhalten durch Verbinden von Spiegelflächenkörpergruppen nach Anspruch 16 mit benachbarten Reflexionsflächen, in einem Metallformhohlraum innerhalb der Metallform zusammengebaut wird.
Optisches Element, umfassend einen ersten Reflexionsflächenblock mit einer Mehrzahl gekrümmter Reflexionsflächen an benachbarten Stellen und einen zweiten Reflexionsflächenblock, der dem ersten Reflexionsflächenblock gegenüberliegt und eine oder mehrere Reflexionsflächen an benachbarten Stellen besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Reflexionsflächenblock getrennt voneinander sind und mindestens einer der Blöcke integral eine Kopplungs- oder Zusammenfügeeinrichtung aufweist, um den ersten und den zweiten Reflexionsflächenblock zu koppeln oder zusammenzufügen.
Element nach Anspruch 25, bei dem ein oder mehrere Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, neben dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock angeordnet sind.
Element nach Anspruch 26, bei dem ein optisches Glied mit Brechungswirkung neben dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, angeordnet ist.
Element nach Anspruch 26, bei dem der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten Reflexionsflächenblock und/oder dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, und der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke und/oder ein optisches Glied mit Brechungswirkung, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, integral durch eine Metallform geformt sind.
Element nach Anspruch 26, bei dem das optische Element aufgebaut ist durch Koppeln oder Zusammenfügen mindestens zweier Blöcke vom ersten Reflexionsflächenblock, zweiten Reflexionsflächenblock und von dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen.
Element nach Anspruch 29, bei dem Glieder zum Koppeln oder Zusammenfügen der mindestens zwei Blöcke von dem ersten Reflexionsflächenblock, dem zweiten Reflexionsflächenblock und dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, an den mindestens zwei Blöcken von dem ersten Reflexionsflächenblock, dem zweiten Reflexionsflächenblock und dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, gebildet sind.
Element nach Anspruch 29, bei dem der erste Reflexionsflächenblock, der zweite Reflexionsflächenblock und der eine oder die mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, miteinander an solchen Stellen gekoppelt oder zusammengefügt sind, die außerhalb eines Bereichs wirksamer Lichtstrahlbündel des optischen Elements liegen.
Element nach Anspruch 29, bei dem, nachdem auf den jeweiligen Reflexionsflächen des ersten Reflexionsflächenblocks, des zweiten Reflexionsflächenblocks und des einen oder der mehreren Reflexionsflächenblöcke, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, durch Niederschlagen, Sputtern oder Tauchen ein Reflexionsfilm gebildet wurde, die mindestens zwei Blöcke von dem ersten Reflexionsflächenblock, dem zweiten Reflexionsflächenblock und dem einen oder den mehreren Reflexionsflächenblöcken, die dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock nicht gegenüberliegen, miteinander gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Element nach Anspruch 25, bei dem ein optisches Glied mit Brechungseffekt neben dem ersten Reflexionsflächenblock und/oder dem zweiten Reflexionsflächenblock angeordnet ist.
Element nach Anspruch 25, bei dem Glieder zum Koppeln oder Zusammenfügen des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks am ersten und zweiten Reflexionsflächenblock geformt sind.
Element nach Anspruch 25, bei dem der erste und der zweite Block miteinander an Stellen gekoppelt oder zusammengefügt sind, die außerhalb eines Bereichs wirksamer Lichtstrahlbündel des optischen Elements liegen.
Element nach Anspruch 29, bei dem, nachdem auf den jeweiligen Reflexionsflächen des ersten und des zweiten Reflexionsblocks ein Reflexionsfilm durch Niederschlagen, Sputtern oder Eintauchen gebildet worden ist, der erste und der zweite Reflexionsflächenblock miteinander gekoppelt oder zusammengefügt werden.
Element nach Anspruch 29, bei dem ein Halteteil zum Fixieren des optischen Elements an einem Glied, an welchem das optische Element zu fixieren ist, am ersten oder zweiten Reflexionsflächenblock gebildet ist.
Element nach Anspruch 37, bei dem der Halteteil gebildet ist an einem Teil, der verschieden ist von einem wirksamen Lichtstrahlbündelteil eines von dem ersten und dem zweiten Reflexionsflächenblock.
Element nach Anspruch 37, bei dem mindestens eine Fläche des Halteteils, die das Glied berührt, eine Spiegelfläche ist.
Element nach Anspruch 39, bei dem die Fläche des Halteteils, die das Glied berührt, eine Spiegelfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit Rmax von nicht mehr als 0,08 µm ist.
Element nach Anspruch 25, bei dem ein Loch zum Bewegen oder Fixieren des optischen Elements in einem von erstem und zweitem Reflexionsflächenblock gebildet ist.
Element nach Anspruch 41, bei dem das Loch gebildet ist an Teilen, die verschieden sind von den wirksamen Lichtstrahlbündelteilen des ersten und des zweiten Reflexionsflächenblocks.