WO2019215252A1 - Fotoobjektiv und fotokamera - Google Patents

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Publication number
WO2019215252A1
WO2019215252A1 PCT/EP2019/061863 EP2019061863W WO2019215252A1 WO 2019215252 A1 WO2019215252 A1 WO 2019215252A1 EP 2019061863 W EP2019061863 W EP 2019061863W WO 2019215252 A1 WO2019215252 A1 WO 2019215252A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
image
photo
reflective
objective
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/061863
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Schwab
Original Assignee
Carl Zeiss Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Ag filed Critical Carl Zeiss Ag
Publication of WO2019215252A1 publication Critical patent/WO2019215252A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0647—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors
    • G02B17/0663—Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements

Definitions

  • the present invention relates to a camera lens and a camera.
  • a requirement of a camera lens is that it is focusable.
  • the camera lenses are known with a variably adjustable focal length.
  • so-called zooms are also known in which the focal length can be adjusted continuously in a range.
  • photo lenses are dioptric photo lenses, so photo lenses that have only refractive elements as imaging optical elements.
  • Photo lenses that have refractive and reflective elements as imaging optical elements are called catadioptric photo lenses. Due to the use of reflective elements in katadioptrischen photo lenses a convolution of the
  • Beam path possible which allows smaller dimension of a catadioptric photo lens compared to a dioptric photo lens of the same focal length.
  • a dioptric optical image pickup system that can be used as the objective of a compact flat camera is, for example, in the DE 697 15 198 T2 discloses.
  • the image pickup optical system has a front lens group and a rear lens group, and a folded optical axis.
  • Two plane reflecting elements fold the optical axis at an angle of about 90 °, whereby the plane reflecting elements contribute nothing to the image.
  • the image-forming optical elements are therefore all dioptric elements, ie refractive elements.
  • a camera system for taking stereoscopic images, in which each imaging beam path has a three-dimensionally folded optical axis, is described in US Pat. No. 7,856,181 B2.
  • Plane reflective surfaces are used as optical axis folding elements, dioptric elements as image forming optical elements, i. refractive elements.
  • Dioptric systems have chromatic aberrations due to dispersion as they pass through the lenses. Although these chromatic aberrations can be largely minimized by the use of multiple lenses with different dispersion properties, but increasing the number of lenses leads to an increase in weight and thus to relatively heavy lenses.
  • a catadioptric photographic lens having a 180 degree folded optical axis.
  • a primary mirror By means of a primary mirror, the imaging beam path coming from the lens opening is thrown back in the direction of the lens opening.
  • a secondary mirror In the area of the lens opening is a secondary mirror, which deflects the beam path in its original direction. This secondary mirror leads to obscuration in the beam path, sometimes called an obstruction, which leads to a loss of opening area and to a contrast reduction due to diffraction effects.
  • the first object is achieved by a photographic lens according to claim 1, the second object by a camera according to claim 16.
  • the present invention provides a photo-objective comprising image-forming optical elements arranged along a folded optical axis.
  • the optical axis is divided into at least two sections.
  • the angle between the sections of the optical axis before and after folding is less than 180 °.
  • the image-forming optical elements comprise reflective elements.
  • at least one image-forming optical reflective element has a non-rotationally symmetrical curved reflective surface.
  • non-rotationally symmetric curved surfaces are to be considered both those areas which are sections of rotationally symmetric surfaces, i. which can be supplemented to a rotationally symmetric surface, as well as those surfaces that can not be supplemented to a rotationally symmetric surface.
  • the photo-objective When the photo-objective has only reflective elements as image-forming optical elements, chromatic aberrations do not occur, which is favorable especially for long-focal-length photo lenses.
  • the photo objective according to the invention enables an obscuration-free imaging system. Furthermore, a catoptric camera lens with fewer optical elements than a dioptric or a catadioptric camera lens can be constructed, since no color error induced by a dioptric element must be compensated for by another dioptric element.
  • At least one non-rotationally symmetrically curved reflective surface may be formed as a freeform surface.
  • monochromatic aberrations such as spherical aberration, astigmatism, coma, etc. can be corrected.
  • a free-form surface is understood to be a complex surface which can be represented in particular by means of area-wise defined functions, in particular twice continuously differentiable area-by-area defined functions.
  • suitable area-defined functions are (in particular piecewise) polynomial functions (in particular polynomial splines, such as bicubic splines, higher degree splines of fourth degree or higher, or polynomial non-uniform rational B-splines (NURBS)).
  • polynomial splines such as bicubic splines, higher degree splines of fourth degree or higher, or polynomial non-uniform rational B-splines (NURBS)).
  • the optical axis of the photo-objective is folded at least twice.
  • the angles between the sections of the optical axis before and after the folding can be less than 180 ° in each folding.
  • the second convolution of the optical axis may occur in the same planes as the first convolution, or it may be in a different plane than the first convolution, whereby a three-dimensional variant may be realized, in particular if at least one of the reflective elements is neither rotationally symmetric nor has an axisymmetric curved reflective surface.
  • the position of the object axis relative to the image axis is freely selectable, i. parallel to each other or with any angle between object axis and image axis. This embodiment therefore allows a very variable adaptation of the lens to a given space.
  • At least one of the reflective elements is slidably disposed. This makes the lens focusable. If at least two of the reflective elements are slidably arranged, the lens may have such an inner focusing that the image plane does not shift during focusing.
  • At least one pivot bearing is provided for moving the at least one reflective element.
  • a focus with mirrors on a pivot bearing allows the usual way of focusing by turning a ring on the lens.
  • the reflective elements may comprise at least two reflective elements, the reflective surfaces of which are shaped in such a way that different magnifications in the formed image in two directions perpendicular to each other and to the optical axis available.
  • anamorphic image can be realized, ie an image with different imaging scales along the axes of a two-dimensional coordinate system in the image plane.
  • the reflective elements may comprise at least two reflective elements whose reflective surfaces are shaped in such a way that a different number of intermediate images are formed for two mutually perpendicular image expansion directions. Such a picture is called chorisingonal mapping.
  • At least one of the image-forming optical elements of the photo objective has a section of a rotationally symmetrical curved reflective surface, wherein the optical axis of the rotationally symmetric curved reflective surface does not penetrate the image-forming optical element.
  • the photo-objective has a telefactor of more than 3.
  • the photo objective is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of 120 mm 2 of an image sensor. In a further exemplary embodiment, the photo objective is dimensioned so that it illuminates a maximum sensor area of 60 mm 2 of an image sensor. In a further exemplary embodiment, the photo objective is dimensioned so that it illuminates a maximum sensor area of 30 mm 2 of an image sensor.
  • a distance between the image plane and the center of gravity is less than a quarter, particularly preferably less than one sixth, of a focal length of the photo objective.
  • the folded optical axis of the photo-objective has a three-dimensional fold.
  • the present invention also provides a camera, ie a photo camera, with a photographic lens according to the invention.
  • a photographic camera according to the invention thus has a photo objective according to an embodiment of the invention.
  • a compact imaging device refers to a still camera, i. H. an image pickup device, which is suitable for installation of a photographic lens according to the invention.
  • a photographic camera according to the invention is a compact image recording device.
  • an image capture device can also be designed to record image sequences, i. H. a camera can also be a movie camera.
  • the photo camera comprises an image sensor which has a sensor area of not more than 120 mm 2 . In a further exemplary embodiment, the photo camera comprises an image sensor which has a sensor area of not more than 60 mm 2 . In yet an exemplary embodiment, the photo camera comprises an image sensor having a sensor area of at most 30 mm 2 .
  • Figure 1 shows a first embodiment with a two-dimensional
  • Figure 2 shows a second embodiment with a three-dimensional
  • Figure 3 shows a camera with a catoptric lens.
  • Figure 4a shows a schematic representation of a third
  • FIG. 4b shows a schematic representation of the third embodiment of a photographic lens in a second focus position.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a fourth
  • Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis.
  • Figure 6 shows a schematic representation of a fifth
  • FIG. 7a shows a schematic representation of a sixth
  • Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis.
  • FIG. 7b shows a schematic representation of the sixth
  • Embodiment of a photographic lens in a second focus position Embodiment of a photographic lens in a second focus position.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a seventh
  • Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis Embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis.
  • Figure 9a shows a schematic representation of an eighth
  • Figure 9b shows a schematic representation of the eighth
  • Exemplary embodiment of a photographic lens from a second perspective Exemplary embodiment of a photographic lens from a second perspective.
  • Figure 9c shows a schematic representation of the eighth
  • the present invention provides a photo lens 11.
  • the photo objective 1 1 in FIG. 1 comprises reflective image-forming optical elements 3'af, 4'ab which are arranged along a two-dimensionally folded optical axis OA and which generate an image of an object located in the object plane 1 'at the location of an image sensor 2' ,
  • exclusively reflective elements 3'a-f, 4'a-b are present as imaging optical elements 3'a-f, 4'a-b.
  • the optical axis has several sections OA ⁇ to OA'9, wherein adjacent sections are each folded by less than 180 °.
  • the two-dimensional convolution here means that all sections OA ⁇ to OA'9 of the optical axis lie in a common plane. This ensures that the image sensor 2 'within this common plane, as desired to the object plane 1' can be moved.
  • the image sensor 2 ' can be rotated relative to the object plane 1' about an axis of rotation pointing out of the plane.
  • the surfaces of the reflective elements 3'a-f, 4'a-b are generally non-rotationally symmetric curved reflective surfaces, whereby the folding of the beam path is possible.
  • one or more of the surfaces of the reflective elements 3'a-f, 4'a-b is / are formed as free-form surfaces, whereby monochromatic aberrations can be corrected.
  • the reflective elements 4'a and 4'b are displaceably arranged along their surface normal.
  • the displaceable elements 4'a and 4'b can be connected via a gear, which converts a rotational movement into a translational movement, with a rotary ring on the lens.
  • the usual of conventional lenses kind of focusing can be maintained.
  • two of the reflective elements are slidably arranged, the photo-objective can be realized with an inner focusing, ie a focusing in which the image plane does not shift during focusing. If internal focusing can be dispensed with, it is sufficient if only one of the reflective elements is displaceably arranged.
  • the photographic lens shown in FIG. 1 may also comprise at least two reflective elements whose reflective surfaces are shaped in such a way that different imaging scales are present in two directions perpendicular to one another and to the optical axis in the shaped image. Flame-through anamorphic images are possible. Additionally or alternatively, the photographic lens shown in FIG. 1 may comprise at least two reflective elements whose reflective surfaces are shaped in such a way that a different number of intermediate images is produced for two mutually perpendicular image expansion directions. As a result, a choridingonale mapping is possible.
  • an iris diaphragm 5 ' is present in an accessible location in the objective, so that a dimming of the photo objective is possible.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the photo objective according to the invention. While in Fig. 1, an embodiment is shown with a two-dimensionally folded optical axis, Fig. 2 shows a photographic lens according to the invention with a three-dimensionally folded optical axis, ie a photo lens, in which not all sections OA "1 to 0" A9 of the optical axis in a common plane.
  • the section OA "8 has a directional component which points into the plane of the drawing of FIG.
  • the image sensor 2 "to the reflective elements 3" a, 3 "b, 3" c, 3 "d, 4" a and 4 "b can be arranged perpendicular to the plane of the drawing.
  • suitable shape and orientation of the reflective elements can also be achieved that the orientation of the image sensor 2 "with respect to the orientation of the image plane 1" any angle, ie, the surface normal of the image sensor 2 "arbitrarily relative to the surface normal of the image plane 1" oriented be.
  • the reflective elements 4 "a and 4" b are slidably disposed along their surface normal. What with respect to the displaceable reflective elements 4'a and 4'b of the first embodiment
  • Embodiment has been said applies to the reflective elements 4 "a and 4" b of the second embodiment accordingly.
  • FIG. 3 shows a photo camera 10 with an image sensor 2 and a photo objective 11 according to the invention.
  • the photo objective 11 can in particular be a photo objective, as has been described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the photo-objective of the present invention provides a photo-objective for 35mm format sensors which has no obscuration, is focusable, and provides a dimmable, i.e. accessible iris diaphragm.
  • the photo lens 11 can also be realized with focal lengths in the range of 15 to 20 mm, so that it can be used as a camera lens for a camera for mobile phones.
  • the camera according to the invention can therefore also be realized as a camera of a mobile phone, a tablet or a similar device.
  • the photo lens according to the invention has several advantages. It has no chromatic aberrations as catoptric lens, which is particularly favorable for long focal length lenses. Furthermore, the photographic lens according to the invention is an obscuration-free imaging system. In addition, the catoptric photo-objective can be realized with fewer optical elements than a dioptric or catadioptric objective, so that the photo-objective of the present invention can be lighter than a dioptric or a catadioptric photo-objective. In addition, the mirror surfaces are usually thinner than comparable lenses, resulting in additional weight savings. Furthermore, the photo objective according to the invention makes it possible to shift and rotate the position and orientation of the image plane relative to the position and orientation of the object plane. The existing coatings also allow a high reflectivity even at large reflection angles, so that in the photographic lens according to the invention also large reflection angle can be used.
  • Figure 4a shows a schematic representation of a third embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis and a focal length (inf), ie a focal length at infinity focusing of 773 mm in a first focusing position.
  • the photo-objective 40 in FIG. 4 a comprises reflective image-forming optical elements R 41 to R 48, which are arranged along a folded optical axis and which, in an image plane RET 4 at which an image sensor (not shown) is located, is an image of an object located in an object plane generate, from the light rays through an entrance panel, ie third panel B43, incident on the photo lens 40.
  • An aperture stop denotes an aperture stop.
  • the elements R43 and R44 are designed to be displaceable and can be changed to change the focus position in their distance from the image plane RET4, ie in their z-distance, wherein the image plane RET4 spans the xy plane of a Cartesian coordinate system (with x- Pointing axis from the drawing plane) and the z-axis defines the distance to this plane.
  • Figure 4b is this a schematic representation of the third embodiment of a photographic lens in a second focusing position shown in which the distances of the elements R43 and R44 are increased with respect to the image plane RET4.
  • Reflective image-forming optical elements are here mirrors with suitably designed free-form surfaces.
  • the optical design data of the reflection surfaces of the reflective image-forming optical elements of the third embodiment shown in FIGS. 4a and 4b can be found in Tables 41 to 47 below.
  • the optical design data start from the image plane RET4, thus describing the projection optics of the photographic lens in the opposite direction of the light rays of the imaging light from the object (not shown) located beyond the third diaphragm B43 to the image plane RET4.
  • Table 41 gives an overview of design data of the photo-objective 40 and shows the F-number, that is, the F-number. H. the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in x- and y-direction.
  • Tables 42a and 42b indicate to the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • the indication of the operating mode "REFL" makes it clear that the reflective image-forming optical elements are mirrors, ie reflectors.
  • Tables 44a and 44b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R41 to R48, the baffles B41, B42 and B43 and the aperture stop AS4 are decentered from the image plane RET4 as the reference surface in the y direction (DCY), in the z-direction shifted (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC) were.
  • the twist angle is given in degrees. It is first decentered, d. H. moved, then tilted.
  • the table 45 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R41 to R48, namely their reflectivity for the angle of incidence of an incident on the respective element illuminating light beam.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • the table 46 indicates the respective radius of the diaphragm surface for the diaphragms B41, B42, B43 and AS4.
  • the photo-objective 40 is configured to perform focusing by shifting the reflective image-shaping optical elements R43 and R44, respectively, from a first focusing position to another, at least a second focusing position.
  • Figure 4a shows a first focus position for the third embodiment
  • Figure 4b shows the same Embodiment in a second focus position.
  • the table 47 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R43 and R44 are decentred from the image plane RET4 as a reference surface in the y direction (DCY) and in the z direction (DCZ) were.
  • the object position, ie the z-distance of the object plane to the image plane RET4 corresponds to infinity (inf).
  • FIG. 4a shows a second focusing position, in which the object position is the smallest possible object position (MOD). This focus position is shown in Fig. 4b.
  • focusing position between these extreme focusing positions and thus for another intermediate object position, decentring in the y direction (DCY) and the displacement in the z direction (DCZ) are indicated.
  • the reflective image-forming optical elements R41 to R48 used, d. H. the mirrors, have, as described above, free-form surfaces. There is no rotational symmetry. The use of the described free-form surfaces makes it possible to design the reflections so that the optical axis is folded in a selected direction.
  • the elements are arranged so that one level separates them into elements to the left of the level and elements to the right of the level.
  • the seventh mirror ie the reflective image-forming optical element R47
  • the beam path contains two intermediate images, e.g. Between R45 and R46.
  • the intermediate images are highly astigmatic, and therefore may be at separate positions when viewing an x and a y intersection.
  • an enveloping cuboid of the size 190.7 mm ⁇ 418.9 mm ⁇ 205.9 mm (X ⁇ Y ⁇ Z, optical footprint without surcharge) can be assigned to the photo objective 40.
  • the camera lens 40 can be realized in a small construction and with low weight.
  • a similar size of the enveloping cuboid and similar focal length can be realized in the construction shown a larger opening than conventional photo lenses, for example F-number F4 instead of F5.6.
  • Photo lenses, whose construction corresponds to those shown, have a Tele avatar of more than 3, preferably more than 3.5. It is therefore possible a short length in the direction of the incident light with still parallel object and image plane.
  • the shown photo lens 40 also offers the advantage, as a catoptric lens, that no chromatic errors occur.
  • the camera lens 40 is suitable as a photo lens for small format sensors, it has no obscuration, is focused with internal focusing, a focus, in which the image plane does not shift when focusing, focusable and includes an accessible panel.
  • the photo lens 40 can be designed so that no distortion occurs.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis and a focal length (inf) of 310 mm.
  • the photo-objective 50 in Fig. 5 comprises reflective image-forming optical elements R51 to R58 arranged along a folded optical axis and having an image of one in an image beyond an entrance aperture in an image plane RET5 at which an image sensor (not shown) is located , d. H. generate third aperture B53, located object plane located object (not shown), from the light rays through the entrance aperture incident on the photo-objective 50.
  • the light beams strike the image plane RET5 after reflections on the reflective image-forming optical elements R58, R57, R56, R55, R54, R53, R52 and R51 through a second aperture B52, an aperture stop AS5 and a first aperture B51.
  • the elements R53 and R54 are made slidable and can be changed to change the focus position in their distance from the image plane RET5, d. H. in their z-spacing, where the image plane RET5 spans the x-y plane of a Cartesian coordinate system (pointing to the x-axis from the plane of the drawing) and the z-axis defines the distance to that plane.
  • the photo-objective 50 is shown in a first focusing position.
  • the optical design data of the reflecting surfaces of the reflective image-forming optical elements of the fourth embodiment shown in Fig. 5 can be seen in Tables 51 to 57 below.
  • the optical design data start from the image plane RET5, thus describing the projection optics of the photo objective in the reverse direction of the light rays of the imaging light from the object to the image plane RET5.
  • Table 51 gives an overview of design data of the photo-objective 50 and shows the F-number, ie the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in the x- and y-directions.
  • Tables 52a and 52b indicate to the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • Tables 54a and 54b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R51 to R58, the diaphragms B51, B52 and B53 and the aperture stop AS5 decenter from the image plane RET5 as the reference surface in the y direction (DCY), in the z-direction shifted (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC) were.
  • the twist angle is given in degrees. It is first decentered, ie shifted, then tilted.
  • the table 55 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R51 to R58, namely, their reflectance for the angle of incidence of an illuminating light beam incident centrally on the respective element.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • Table 56 indicates the radius of the diaphragm surface for the diaphragms B51, B52, B3 and AS5.
  • the photo-objective 50 is configured to perform focusing by shifting the reflective image-shaping optical elements R53 and R54 from a first focusing position to another, at least a second focusing position, respectively.
  • FIG. 5 shows a first focusing position for the fourth exemplary embodiment.
  • the table 57 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R53 and R54 are decentered from the image plane RET5 as a reference surface in the y direction (DCY) and in the z direction (DCZ) were.
  • the object position d. H. the z-distance of the object plane to the image plane RET5, in the first focusing position infinite (inf). This focus position is shown in FIG.
  • Table 57 shows the decentration in the y-direction (DCY) and the displacement in the z-direction (DCZ) for these and two further focusing positions, in which the object position is once the smallest possible object position (MOD) and once more , intermediate object position is.
  • the reflective image-forming optical elements R51 to R58 used ie the mirrors, have free-form surfaces as described above. It lies no rotational symmetry.
  • the elements R51 to R58 are arranged such that a plane separates them into elements to the left of the plane and elements to the right of the plane.
  • the seventh mirror, d. H. the reflective image-forming optical element R57, a negative refractive power (see Power_x, Power_y) and the beam path contains two intermediate images.
  • Camera lenses whose construction corresponds to those shown have a center of gravity for which a distance between the image plane and the center of gravity is less than one quarter of the focal length of the camera lens. In a preferred embodiment, the distance between the image plane and the center of gravity is even less than one sixth of the focal length of the camera lens. The center of gravity is thus very close to the image plane or the image or camera sensor. This offers the advantage of a very light flanding of the camera lens 50 while it is connected to a camera.
  • the photo objective 50 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 5 can be assigned an enveloping cuboid of size 84 mm ⁇ 277 mm ⁇ 206 mm (X ⁇ Y ⁇ Z, optical footprint without surcharge).
  • the photo-objective 50 can be realized in a small construction and with a low weight. With a similar size of the enveloping cuboid and a similar focal length, a large opening can be realized in the construction shown, for example F number F4.
  • the shown photo lens 50 also offers the advantage, as a catoptric lens, that no chromatic errors occur. Another advantage is the location of the center of gravity close to the image plane.
  • the photo-objective 50 is suitable as a photo objective for small format sensors, it has no obscuration, is focused with internal focusing, a focus in which the image plane does not shift when focusing.
  • the panels B51 and B52 are used as vignetting panels directly in front and executed behind the aperture stop AS5, wherein the aperture stop AS5 is made freely accessible.
  • the photo lens 50 can be designed so that no distortion occurs.
  • Figure 6 shows a schematic representation of a fifth embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis and a focal length (inf) of 35 mm.
  • the photo-objective 60 in Fig. 6 comprises reflective image-forming optical elements R61 to R68 arranged along a folded optical axis and having an image of one in an image plane beyond an input aperture in an image plane RET6 at which an image sensor (not shown) is located , ie an aperture B61, of the object plane located on the object (not shown), from which light rays are incident through the entrance aperture into the camera lens 60.
  • the light rays, after reflection at the reflective image-forming optical elements R68, R67, R66, R65, R64, R63, R62 and R61, strike the image plane RET6 through an aperture stop AS6 (for F # 4).
  • the elements R63 and R64 are designed to be displaceable and can be changed to change the focus position in their distance from the image plane RET6, ie in their z-distance, wherein the image plane RET6 spans the xy plane of a Cartesian coordinate system (with x-axis pointing out of the drawing plane) and the z-axis defines the distance to this plane.
  • the camera lens 60 is shown in a first focus position.
  • optical design data of the reflecting surfaces of the reflective image-forming optical elements of the fifth embodiment shown in Fig. 6 can be seen from Tables 61 to 67 below.
  • the optical design data start from the image plane RET6, thus describing the projection optics of the photographic lens in the reverse direction of the light rays of the imaging light from the object to the image plane RET6.
  • Table 61 gives an overview of design data of the photo-objective 60 and shows the F-number, ie the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in the x- and y-directions.
  • Tables 62a and 62b indicate to the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • the tables 64a and 64b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R61 to R68, the diaphragm B61 and the aperture stop AS6 decenter from the image plane RET6 as a reference surface in the y-direction (DCY), in the z-direction.
  • Direction shifted (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC) were. This corresponds to a parallel shift and a tilt in the freeform surface design process. It is shifted in y- and in z-direction in mm and tilted about the x-axis, around the y-axis and around the z-axis. The twist angle is given in degrees. It is decentered first, then tilted.
  • the table 65 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R61 to R68, namely their reflectivity for the angle of incidence of a centrally incident on the respective element illumination light beam.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • Table 66 indicates the radius of the diaphragm surface for the diaphragms B61 and AS6.
  • the photographing lens 60 is configured to focus by shifting the reflective image-shaping optical elements R63 and R64 from a first focusing position to another, at least a second focusing position, respectively.
  • FIG. 6 shows a first focusing position for the fifth embodiment.
  • the table 67 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R63 and R64 are decentred from the image plane RET6 as a reference surface in the y direction (DCY) and in the z direction (DCZ). were.
  • Table 67 shows the decentration in the y-direction (DCY) and the displacement in the z-direction (DCZ) for these and two further focusing positions, in which the object position is once the smallest possible object position (MOD) and once more , intermediate object position is.
  • the reflective image-forming optical elements R61 to R68 used ie the mirrors, have free-form surfaces as described above. There is no rotational symmetry.
  • the elements R61 to R68 are arranged such that a plane separates them into elements to the left of the plane and elements to the right of the plane.
  • the seventh mirror, ie the reflective image-forming optical element R67 has a negative refractive power (compare Power_x, Power_y) and the beam path contains two intermediate images.
  • the intermediate images are highly astigmatic, and therefore may be at separate positions when viewing an x and a y intersection.
  • the photographic objective 60 according to the embodiment shown in FIG.
  • the camera lens 60 can be realized in a compact design and with low weight flat and compact.
  • the photo-objective 60 is dimensioned to illuminate a maximum sensor area of 120 mm 2 of an image sensor.
  • the photo-objective 60 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of a maximum of 60 mm 2 .
  • the camera lens 60 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of at most 30 mm 2 and generates there a sufficiently bright image of the recorded object.
  • the photo-objective 60 is suitable for incorporation into a compact image pickup device or other electronic device including such a compact image pickup device using such an image sensor.
  • This may be, for example, a smartphone (where the term smartphone is here used as representative of a mobile phone with a camera function, but also for a tablet or other device of similar size with a camera function), a return camera or other on-board camera of a vehicle, a camera or a camera attachment ( Adapter) with multiple photo lenses, but also, for example, a camera on board a drone or other light flying object or a camera of a surveillance system or (part of) a 360 ° camera system.
  • the shown photo lens 60 also offers the advantage, as a catoptric lens, that no chromatic errors occur.
  • the camera lens 60 is suitable as a camera lens for example for smartphones and other compact imaging devices, it has no obscuration and is focused with internal focusing, a focus in which the image plane does not shift when focusing.
  • the photo lens 60 can be designed so that no distortion occurs. In the presented construction, the photo lens 60 is manufactured from one piece.
  • Figure 7a shows a schematic representation of a sixth embodiment of a photographic lens with a folding of the optical axis and a focal length (inf) of 31 mm in a first focus position.
  • the photographing lens 70 in FIG. 7a includes reflective image-forming optical elements R71 to R78 arranged along a folded optical axis and having an image plane RET7 at which an image sensor (not shown) is located, and an image of one in one beyond Input aperture, ie a shutter B71, object plane located object (not shown) produce, from the light rays through the entrance aperture into the photo-objective 70.
  • the image plane RET7 is designed to be displaceable and can change its position for changing the focusing position, ie its z-distance from its first focusing position shown in FIG. 7a, the image plane RET7 in the first focusing position being the xy-
  • the plane of a Cartesian coordinate system spans (with the x-axis pointing out of the drawing plane) and the z-axis defines the distance to this plane.
  • FIG. 7b a schematic representation of the third exemplary embodiment of a photo objective in a second focusing position is shown, in which the image plane RET7 is displaced and the distance of the element R71 with respect to the image plane RET7 is increased. If internal focusing is dispensed with, it is in principle sufficient if only one of the reflective elements is displaceable relative to the image plane RET7. In FIG. 7b it is shown that all reflective elements are shifted with respect to the image plane RET7, which in principle corresponds to the displacement of the image plane RET7 itself (and an image sensor arranged on the image plane).
  • the optical design data of the reflecting surfaces of the reflective image-forming optical elements of the sixth embodiment shown in Figs. 7a and 7b can be seen in Tables 71 to 78 below.
  • the optical design data starts from the image plane RET7 in the first focusing position shown in Fig. 7a and describes the projection optics of the photo-objective in the reverse direction of the light rays of the imaging light from the object to the image plane RET7.
  • Table 71 gives an overview of design data of the photo-objective 70 and shows the F-number, that is, the F-number. H. the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in x- and y-direction.
  • Tables 72a and 72b indicate the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • Tables 74a and 74b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R71 to R78, the diaphragm B71 and the aperture stop AS7 decenter from the image plane RET7 as the reference surface in the y-direction (DCY), in the z-direction.
  • Direction shifted (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC) were.
  • the twist angle is given in degrees. It is decentered first, then tilted.
  • the table 75 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R71 to R78, namely their reflectivity for the angle of incidence of an incident on the respective element illuminating light beam.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • the table 76 indicates the respective radius of the diaphragm surface for the diaphragms B71 and AS7.
  • the photo-objective 70 is set up to focus by moving the image plane RET7 from a first focusing position to another, at least a second focusing position.
  • FIG. 7 a shows a first focusing position for the sixth exemplary embodiment.
  • FIG. 7b shows a second focusing position for the sixth embodiment.
  • the Table 77 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the image plane RET7 is decentered from the image plane RET7 in the first focusing position shown in Fig. 7a as a reference plane in the y direction (DCY) and in the z direction (DCZ) were.
  • the object position, ie the z-distance of the object plane to the image plane RET7 in the first focusing position corresponds to infinity (inf).
  • This focus position is shown in Fig. 7a.
  • the object position in the second focusing position shown in FIG. 7b corresponds to the smallest possible object position (MOD).
  • the decentering in the y-direction (DCY) and the displacement in the z-direction (DCZ) is shown for the focusing positions shown in FIGS. 7a and 7b and for another focusing positions, in which the object position is between lies the two object positions shown.
  • the reflective image-forming optical elements R71 to R78 used, d. H. the mirrors, have, as described above, free-form surfaces. There is no rotational symmetry.
  • the elements R71 to R78 are arranged such that a plane separates them into elements on the left of the plane and elements on the right of the plane. At least two successive image-forming optical elements have a folding angle of the optical axis of more than 35 degrees and are rotated in the same direction. In the embodiment shown, these are z. As the elements R71 and R72 or R74 and R75.
  • the seventh mirror that is, the reflective image-forming optical element R77, a negative refractive power and the beam path contains two intermediate images.
  • the intermediate images are highly astigmatic, and therefore may be at separate positions when viewing an x and a y intersection.
  • the diaphragm B71 When the light enters and exits the glass body, there is no refractive power at the diaphragm B71.
  • an enveloping cuboid of the size 10.7 mm ⁇ 33.5 mm ⁇ 7.0 mm (X ⁇ Y ⁇ Z, optical footprint without surcharge) can be assigned to the photo objective 70.
  • the camera lens 70 can be realized in a compact design and with low weight flat and compact.
  • the photo-objective 70 is dimensioned to illuminate a maximum sensor area of 120 mm 2 of an image sensor.
  • the camera lens 70 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of a maximum of 60 mm 2 .
  • the photo-objective 70 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of at most 30 mm 2 and generates there a sufficiently bright image of the recorded object.
  • the camera lens 70 is also suitable for incorporation into a compact imaging device or other electronic device that includes such a compact imaging device using a similarly sized image sensor.
  • This may be, for example, a smartphone (where the term smartphone is here used as representative of a mobile phone with a camera function, but also for a tablet or other device of similar size with a camera function), a return camera or other on-board camera of a vehicle, a camera or a camera attachment ( Adapter) with multiple photo lenses, but also, for example, a camera on board a drone or other light flying object or a camera of a surveillance system or (part of) a 360 ° camera system.
  • Photo lenses, whose construction corresponds to those shown, have a Tele avatar of more than 3, preferably more than 3.5. It is therefore possible a short length in the direction of the incident light with still parallel object and image plane.
  • the photo-objective 70 shown also offers the advantage, as a catoptric lens, that no or only very small chromatic errors occur.
  • the photo-objective 70 is suitable as a photo-objective, for example for smartphones and other compact image-recording devices, it has no obscuration and can be focused with external focusing.
  • the photo-lens 70 can be designed so that no distortion occurs. In the presented construction, the photo-objective 70 can be manufactured in one piece.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a seventh embodiment of a photographic lens with a convolution of the optical axis and a focal length (inf) of 30 mm.
  • the photographing lens 80 in Fig. 8 comprises reflective image-forming optical elements R81 to R88 disposed along a folded optical axis and having an image of one in an image beyond an input aperture in an image plane RET8 at which an image sensor (not shown) is located , d. H. of a second aperture B82, located object plane of the object (not shown), from which light rays are incident through the entrance aperture into the camera lens 80.
  • the image plane RET8 is made slidable and can change its position to change the focus position, i. H. its z-distance to its first focusing position shown in Fig. 8, wherein the image plane RET8 in the first focusing position spans the xy plane of a Cartesian coordinate system (pointing with x-axis from the plane of the drawing) and the z-axis Distance to this level defined.
  • the image plane RET8 By shifting the image plane RET8, other focus positions can be set in which the distance of the element R81 with respect to the image plane RET8 is increased.
  • the optical design data of the reflecting surfaces of the reflective image-forming optical elements of the seventh embodiment shown in Fig. 8 can be seen from the following Tables 81 to 88.
  • the optical design data starts from the image plane RET8 in the first focusing position shown in Fig. 8 and describes the projection optics of the photo-objective in the reverse direction of the light rays of the imaging light from the object to the image plane RET8.
  • Table 81 gives an overview of design data of the photo-objective 80 and shows the F-number, that is, the F-number. H. the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in x- and y-direction.
  • the tables 82a and 82b indicate the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • Tables 84a and 84b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R81 to R88, the diaphragms B81 and B82, and the aperture stop AS8 are decentered from the image plane RET8 as the reference surface in the y direction (DCY) z-direction shifted (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC) were.
  • the twist angle is given in degrees. It is decentered first, then tilted.
  • the table 85 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R81 to R88, namely their reflectivity for the angle of incidence of an incident on the respective element illuminating light beam.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • Table 86 indicates the radius of the diaphragm surface for the diaphragms B81, B82 and AS8.
  • the photo-objective 80 is set up to focus by moving the image plane RET8 from a first focusing position to another, at least a second focusing position.
  • FIG. 8 shows a first focusing position for the seventh embodiment.
  • the table 87 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the image plane RET8 is decentered from the image plane RET8 in the first focusing position shown in Fig. 8 as a reference plane in the y direction (DCY) and in the z direction were moved (DCZ).
  • the object position, ie the z-distance of the object plane to the image plane RET8, in the first focusing position corresponds to infinity (inf).
  • This focusing position is shown in Fig.8 shown.
  • the other object positions given in Table 87 correspond to the smallest possible object position (MOD) and an object position between the two extreme object positions (inf and MOD).
  • the reflective image-forming optical elements R81 to R88 used, ie the mirrors, have free-form surfaces as described above. There is no rotational symmetry.
  • the elements R81 to R88 are arranged such that a plane separates them into elements to the left of the plane and elements to the right of the plane. At least two consecutive image-forming optical elements have a folding angle of the optical axis of more than 35 degrees and are rotated in the same direction. In the embodiment shown, these are z. B. the elements R81 and R82 or R84 and R85.
  • the seventh mirror i. H. the reflective image-forming optical element R87 has a negative refractive power and the beam path contains two intermediate images.
  • the intermediate images are highly astigmatic, and therefore may be at separate positions when viewing an x and a y intersection.
  • the diaphragms B81 and B82 there is no refractive power at the diaphragms B81 and B82.
  • the photographing objective 80 can be assigned an enveloping cuboid of the size 9.6 mm ⁇ 28 mm ⁇ 7.7 mm (X ⁇ Y ⁇ Z, optical footprint without surcharge).
  • the photo-lens 80 can be realized in a compact design and with low weight flat and compact.
  • the photo-objective 80 is also dimensioned so that it illuminates a maximum sensor area of 120 mm 2 of an image sensor.
  • the photo-objective 80 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of a maximum of 60 mm 2 .
  • the camera lens 80 is dimensioned such that it illuminates a maximum sensor area of at most 30 mm 2 and generates there a sufficiently high-resolution image of the recorded object.
  • the camera lens 80 is also suitable for incorporation into a compact imaging device or other electronic device that includes such a compact imaging device using a similarly sized image sensor.
  • smartphone where the term smartphone here is representative of a mobile phone with a camera function, but also for a tablet or other device more similar Size with a camera function is used
  • a reversing camera or other on-board camera of a vehicle a camera or a camera adapter with multiple photo lenses, but also a camera on board a drone or other light flying object or a camera of a surveillance system or ( a part of a) 360 ° camera system.
  • the photo-objective 80 is suitable as a photo-objective, for example for smartphones and other compact image-recording devices, it has no obscuration and can be focused with external focusing.
  • the photo lens 80 can be designed so that no distortion occurs. In the presented construction, the photo-objective 80 can be manufactured in one piece.
  • the folded optical axis has a three-dimensional fold.
  • Figure 9a shows a schematic representation of an eighth embodiment of a photographic lens with a three-dimensional convolution of the optical axis and a focal length (inf) of 31 1 mm in a first focusing position.
  • FIG. 9a shows the eighth exemplary embodiment from a first perspective.
  • FIG. 9b shows the same eighth embodiment in the same focusing position from a second perspective, and
  • FIG. 9c shows the same eighth embodiment in the same first focusing position from a third perspective.
  • 9a, 9b and 9c comprises reflective image-forming optical elements R91 to R98, which are arranged along a three-dimensionally folded optical axis and which in an image plane RET9, at which an image sensor (not shown) is located, is an image of one beyond the input aperture, ie third aperture B92 generate object plane located on the object (not shown) from which light rays are incident through the entrance aperture into the camera lens 90.
  • the light beams strike reflections on the reflective image-forming optical elements R98, R97, R96, R95, R94, R93, R92 and R91 through an aperture stop AS9 and a first aperture B91 on the image plane RET9.
  • the elements R93 and R94 are made slidable and can be changed to change the focus position in their z-distance from the image plane RET9, wherein the image plane RET9 spans the xy plane of a Cartesian coordinate system, wherein in Figure 9a, the x-axis from the drawing plane, and the z-axis defines the distance to that plane.
  • the drawing plane is thus the yz plane.
  • the photo-objective 90 is shown from a second perspective, wherein the plane of the drawing is the xy-plane and shows the z-axis in the plane of the drawing.
  • the photographing lens is shown from a third perspective, wherein the representation from the first view in FIG.
  • FIGS. 9a, 9b and 9c the camera lens 90 is shown in a first focusing position.
  • other focusing positions (not shown here) can be set in which the distances of the elements R93 and R94 with respect to the image plane RET9 are changed.
  • the optical design data of the reflecting surfaces of the reflective image-forming optical elements of the eighth embodiment shown in Figs. 9a, 9b and 9c can be seen from Tables 91 to 97 below.
  • the optical design data goes from the image plane RET9, describe the projection optics of the photographic lens thus in the reverse direction of the light rays of the imaging light from the object to the image plane RET9.
  • Table 91 gives an overview of design data of the photo-objective 90 and shows the F-number, that is, the F-number. H. the f-number, the focal length (inf) and the sizes of the image field in x- and y-direction.
  • Tables 92a and 92b indicate to the optical surfaces of the reflective image-forming optical elements, ie the mirror, vertex radii (radius_x, radius_y) and power values (power_x, power_y).
  • Negative radii values mean concave curves in the section of the respective surface with the considered plane (xz, yz), which is spanned by a surface normal at the apex with the respective curvature direction (x, y).
  • the two radii Radius_x, Radius_y can explicitly have different signs.
  • AOI denotes an angle of incidence of the guide beam to the surface normal.
  • the tables 94a and 94b indicate the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R91 to R98, the baffles B91 and B93 and the aperture stop AS9 from the image plane RET9 as a reference surface in the x direction and the y direction decentered (DCX, DCY), shifted in the z direction (DCZ) and tilted (TLA, TLB, TLC).
  • Decentering means shifting. It is shifted in x-, y- and z-direction in mm and tilted around the x-axis, around the y-axis and around the z-axis. The twist angle is given in degrees. It is decentered first, then tilted.
  • the table 95 indicates the transmission data of the reflective image-forming optical elements R91 to R98, namely their reflectivity for the angle of incidence of an incident on the respective element illuminating light beam.
  • the total transmission is reported as a contribution factor remaining from an incident intensity after reflection on all reflective image-forming optical elements.
  • Table 96 indicates the aperture area radius for the B91, B92 and AS9 panels.
  • the photographing lens 90 is configured to focus by shifting the reflective image-shaping optical elements R93 and R94 from a first focusing position to another at least a second focusing position, respectively.
  • Figures 9a, 9b and 9c show a first focusing position for the eighth embodiment.
  • the table 97 indicates, for three focusing positions, the amounts by which the respective reflective image-forming optical elements R93 and R94 are decentred from the image plane RET9 as a reference surface in the y direction (DCY) and in the z direction (DCZ). were.
  • the object position d. H. the z-distance of the object plane to the image plane RET9, in the first focusing position infinite (inf).
  • This focus position is shown in Figures 9a, 9b and 9c.
  • Table 97 shows the decentration in the y-direction (DCY) and the displacement in the z-direction (DCZ) for these and two further focusing positions, in which the object position is once the smallest possible object position (MOD) and once more , intermediate object position is.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Fotoobjektiv (11) zur Verfügung, welches bildformende optische Elemente (3a-f, 4a-b) umfasst, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind. Die optische Achse (OA) ist in mindestens zwei Abschnitte (OA1 - OA9) unterteilt. Der Winkel zwischen den Abschnitten der optischen Achse (OA1 - OA9) vor und nach der Faltung beträgt weniger als 180°. Erfindungsgemäß umfassen die bildformenden optischen Elemente (3a-f, 4a-b) reflektive Elemente (3a-f, 4a-b). Dabei weist wenigstens ein bildformendes optisches reflektives Element (3a-f, 4a-b) eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche auf.

Description

Fotoobjektiv und Fotokamera
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fotoobjektiv und eine Fotokamera. Eine Anforderung an ein Fotoobjektiv ist, dass es fokussierbar ist. Neben den fokussierbaren Fotoobjektiven mit fester Brennweite sind die Fotoobjektive mit einer variabel einstellbaren Brennweite bekannt. Des Weiteren sind sogenannte Zooms auch bekannt, bei denen die Brennweite kontinuierlich in einem Bereich eingestellt werden kann. Ferner es gibt Fotoobjektive in denen die Brennweite diskret nur bestimmte Werte annehmen kann. Beispielsweise können in einem Fotoobjektiv diskret nur drei Brennweiten eingestellt werden. Es ist häufig gewünscht, dass das Fotoobjektiv abgeblendet werden kann, d.h., dass das Fotoobjektiv eine Blende aufweist und diese zugänglich ist.
Die oben genannten Eigenschaften sind bspw. in heute gängigen Fotoobjektiven realisiert. Diese Fotoobjektive sind dioptrische Fotoobjektive, also Fotoobjektive, die nur refraktive Elemente als abbildende optische Elemente aufweisen. Fotoobjektive, die refraktive und reflektive Elemente als abbildende optische Elemente aufweisen, werden als katadioptrische Fotoobjektive bezeichnet. Aufgrund der Verwendung von reflektiven Elementen ist in katadioptrischen Fotoobjektiven eine Faltung des
Strahlengangs möglich, was kleinere Abmessung eines katadioptrischen Fotoobjektivs im Vergleich zu einem dioptrischen Fotoobjektiv gleicher Brennweite ermöglicht.
Ein dioptrisches optisches Bildaufnahmesystem, das als Objektiv einer kompakten flachen Kamera Verwendung finden kann, ist bspw. in der DE 697 15 198 T2 offenbart. Das optische Bildaufnahmesystem weist eine vordere Linsengruppe und eine hintere Linsengruppe sowie eine gefaltete optische Achse auf. Zwei plane reflektierende Elemente falten dabei die optische Achse jeweils im Winkel von ca. 90°, wobei die planen reflektierenden Elemente zur Abbildung nichts beitragen. Die bildformenden optischen Elemente sind daher alle dioptrische Elemente, d.h. refraktive Elemente.
Ein Kamerasystem zum Aufnehmen stereoskopischer Bilder, in dem jeder Abbildungsstrahlengang eine dreidimensional gefaltete optische Achse aufweist, ist in US 7,856,181 B2 beschrieben. Als die optische Achse faltende Elemente kommen plane reflektive Flächen zum Einsatz, als bildformende optische Elemente dioptrische Elemente, d.h. refraktive Elemente.
Dioptrische Systeme weisen aufgrund von Dispersion beim Durchtritt durch die Linsen Farbfehler auf. Zwar können diese Farbfehler durch die Verwendung mehrerer Linsen mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften weitgehend minimiert werden, jedoch führt die Erhöhung der Linsenzahl zu einer Gewichtszunahme und somit zu relativ schweren Objektiven.
In der US 4,690,516 ist ein katadioptrisches Fotoobjektiv offenbart, das eine um 180 Grad eine gefaltete optische Achse aufweist. Mittels eines Hauptspiegels wird der von der Objektivöffnung kommende Abbildungsstrahlengang in Richtung auf die Objektivöffnung zurückgeworfen. Im Bereich der Objektivöffnung befindet sich ein Sekundärspiegel, welcher den Strahlengang wieder in seine ursprüngliche Richtung ablenkt. Dieser Sekundärspiegel führt zu einer Obskuration im Strahlengang, zuweilen auch Obstruktion genannt, die zu einem Verlust an Öffnungsfläche und aufgrund von Beugungseffekten zu einer Kontrastminderung führt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes Fotoobjektiv zur Verfügung zu stellen, welches weder einen Farbfehler (z. B. Farbquerfehler oder Farblängsfehler), noch eine Obskuration aufweist. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Fotokamera zur Verfügung zu stellen. Die erste Aufgabe wird durch ein Fotoobjektiv nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Fotokamera nach Anspruch 16.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Fotoobjektiv zur Verfügung, welches bildformende optische Elemente umfasst, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind. Die optische Achse ist in mindestens zwei Abschnitte unterteilt. Der Winkel zwischen den Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung beträgt weniger als 180°. Erfindungsgemäß umfassen die bildformenden optischen Elemente reflektive Elemente. Dabei weist wenigstens ein bildformendes optisches reflektives Element eine nicht rotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche auf. Als nicht rotationssymmetrisch gekrümmte Flächen sollen dabei sowohl solche Flächen angesehen werden, die Ausschnitte aus rotationssymmetrischen Flächen sind, d.h. die zu einer rotationssymmetrischen Fläche ergänzt werden können, als auch solche Flächen, die nicht zu einer rotationssymmetrischen Fläche ergänzt werden können.
Wenn das Fotoobjektiv ausschließlich reflektive Elemente als bildformende optische Elemente aufweist, treten keine chromatischen Aberrationen auf, was insbesondere bei Fotoobjektiven mit langer Brennweite günstig ist. Gleichzeitig ermöglicht das erfindungsgemäße Fotoobjektiv ein obskurationsfreies Abbildungssystem. Ferner kann ein katoptrisches Fotoobjektiv mit weniger optischen Elementen als ein dioptrisches oder ein katadioptrisches Fotoobjektiv aufgebaut werden, da kein durch ein dioptrisches Element induzierter Farbfehler durch ein weiteres dioptrisches Element ausgeglichen werden muss.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann wenigstens eine nicht rotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche als Freiformfläche ausgebildet sein. Unter Zuhilfenahme von Freiformflächen können monochromatische Abbildungsfehler wie etwa sphärische Aberration, Astigmatismus, Koma, etc. korrigiert werden. Unter einer Freiformfläche versteht man im weiteren Sinn eine komplexe Fläche, die sich insbesondere mittels gebietsweise definierter Funktionen, insbesondere zweimal stetig differenzierbarer gebietsweise definierter Funktionen darstellen lässt. Beispiele für geeignete gebietsweise definierte Funktionen sind (insbesondere stückweise) polynomiale Funktionen (insbesondere polynomiale Splines, wie z.B. bikubische Splines, höhergradige Splines vierten Grades oder höher, oder polynomiale non-uniform rational B-Splines (NURBS)).
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die optische Achse des Fotoobjektivs mindestens zweifach gefaltet. Dabei können bei jeder Faltung die Winkel zwischen den Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung weniger als 180° betragen. Die zweite Faltung der optischen Achse kann in derselben Ebenen wie die erste Faltung erfolgen, oder sie kann in einer anderen Ebene als die erste Faltung liegen, wodurch eine dreidimensionale Variante realisiert werden kann, insbesondere dann, wenn wenigstens eines der reflektiven Elemente weder eine rotationssymmetrisch noch eine achsensymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist. Bei dem Fotoobjektiv mit mindestens zweifach gefalteter optischer Achse ist die Lage der Objektachse relativ zur Bildachse frei wählbar, d.h. parallel zueinander oder mit beliebigem Winkel zwischen Objektachse und Bildachse. Diese Ausgestaltung ermöglicht daher eine sehr variable Anpassung des Objektivs an einen gegebenen Bauraum.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist mindestens eines der reflektiven Elemente verschiebbar angeordnet. Hierdurch wird das Objektiv fokussierbar. Wenn wenigstens zwei der reflektiven Elemente verschiebbar angeordnet sind, kann das Objektiv eine derartige Innenfokussierung aufweisen, dass sich bei der Fokussierung die Bildebene nicht verschiebt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zum Bewegen des wenigstens einen reflektiven Elements wenigstens ein Drehlager vorhanden. Eine Fokussierung mit Spiegeln über ein Drehlager ermöglicht die gewohnte Art der Fokussierung durch Drehen eines Ringes am Objektiv.
In dem erfindungsgemäßen Fotoobjektiv können die reflektiven Elemente wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass in zwei zueinander und zur optischen Achse senkrechten Richtungen im geformten Bild unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe vorliegen. Hierdurch kann eine sog. anamorphotische Abbildung realisiert werden, d.h. eine Abbildung mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben entlang den Achsen eines zweidimensionalen Koordinatensystems in der Bildebene. Zusätzlich oder alternativ dazu können die reflektiven Elemente wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass für zwei zueinander senkrechte Bildausdehnungsrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenbildern entsteht. Eine derartige Abbildung wird choristikonale Abbildung genannt.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist mindestens eines der bildformenden optischen Elemente des Fotoobjektives einen Ausschnitt einer rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche auf, wobei die optische Achse der rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche das bildformende optische Element nicht durchstößt. Hierdurch kann das Fotoobjektiv um einen Skalierungsfaktor von 0,1 verkleinert werden, so dass das Fotoobjektiv für Handykameras genutzt werden kann.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist das Fotoobjektiv einen Telefaktor von mehr als 3 auf.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Fotoobjektiv so dimensioniert ist, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Fotoobjektiv so dimensioniert ist, dass es eine maximale Sensorfläche von 60 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung ist das Fotoobjektiv so dimensioniert ist, dass es eine maximale Sensorfläche von 30 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung gilt für einen Schwerpunkt des Fotoobjektivs, dass ein Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt geringer als ein Viertel, besonders bevorzugt geringer als ein Sechstel, einer Brennweite des Fotoobjektivs ist.
In einer beispielhaften Ausgestaltung weist die gefaltete optische Achse des Fotoobjektivs eine dreidimensionale Faltung auf. Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Kamera, d. h. eine Fotokamera, mit einem erfindungsgemäßen Fotoobjektiv zur Verfügung.
Eine erfindungsgemäße Fotokamera weist also ein Fotoobjektiv gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise. Ein kompaktes Bildaufnahmegerät bezeichnet eine Fotokamera, d. h. ein Bildaufnahmegerät, das sich zum Einbau eines erfindungsgemäßen Fotoobjektivs eignet. Eine erfindungsgemäße Fotokamera ist ein kompaktes Bildaufnahmegerät. Zudem ist kann ein Bildaufnahmegerät auch zur Aufnahme von Bildsequenzen ausgelegt sein, d. h. eine Fotokamera kann auch eine Filmkamera sein.
In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Fotokamera einen Bildsensor, der eine Sensorfläche von maximal 120 mm2 aufweist. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Fotokamera einen Bildsensor, der eine Sensorfläche von maximal 60 mm2 aufweist. In noch einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Fotokamera einen Bildsensor, der eine Sensorfläche von maximal 30 mm2 aufweist.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer zweidimensionalen
Faltung der optischen Achse und einer Brennweite von 800 mm sowie einer Blendenöffnung von 4,0.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer dreidimensionalen
Faltung der optischen Achse und einer Brennweite von 300 mm sowie einer Blendenöffnung von 4,0.
Figur 3 zeigt eine Fotokamera mit einem katoptrischen Objektiv.
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse in einer ersten Fokussier-Position. Figur 4b zeigt eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv in einer zweiten Fokussier- Position.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse. Figur 7a zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse.
Figur 7b zeigt eine schematische Darstellung des sechsten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv in einer zweiten Fokussier- Position.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines siebenten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse.
Figur 9a zeigt eine schematische Darstellung eines achten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer dreidimensionalen Faltung der optischen Achse aus einer ersten Perspektive.
Figur 9b zeigt eine schematische Darstellung des achten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv aus einer zweiten Perspektive.
Figur 9c zeigt eine schematische Darstellung des achten
Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv aus einer dritten Perspektive. Nachfolgend wird zunächst anhand der Figuren 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Fotoobjektiv 1 1 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Fotoobjektiv 1 1 zur Verfügung. Das Fotoobjektiv 1 1 in Fig. 1 umfasst reflektive bildformende optische Elemente 3’a-f, 4’a-b, die entlang einer zweidimensional gefalteten optischen Achse OA angeordnet sind und die am Ort eines Bildsensors 2‘ ein Bild eines in der Objektebene 1‘ befindlichen Objekts erzeugen. Um die Farbreinheit des Objektivs zu gewährleisten sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausschließlich reflektive Elemente 3’a-f, 4’a-b als abbildende optische Elemente 3’a-f, 4’a-b vorhanden. Die optische Achse weist mehrere Abschnitte OAΊ bis OA‘9 auf, wobei nebeneinander liegende Abschnitte jeweils um weniger als 180° gefaltet sind. Die zweidimensionale Faltung bedeutet hierbei, dass alle Abschnitte OAΊ bis OA‘9 der optischen Achse in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dadurch wird erreicht, dass der Bildsensor 2‘ innerhalb dieser gemeinsamen Ebene, beliebig zur Objektebene 1‘ verschoben werden kann. Außerdem kann der Bildsensor 2‘ relativ zur Objektebene 1‘ um eine aus der Ebene hinaus weisende Drehachse verdreht werden.
Die Flächen der reflektiven Elemente 3’a-f, 4’a-b sind im allgemeinen nicht rotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Flächen, wodurch die Faltung des Strahlengangs möglich wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass eine oder mehrere der Flächen der reflektiven Elemente 3’a-f, 4’a-b als Freiformflächen ausgebildet ist bzw. sind, wodurch sich monochromatische Abbildungsfehler korrigieren lassen.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die reflektiven Elemente 4’a und 4‘b entlang ihrer Flächennormalen verschiebbar angeordnet. Durch Verschieben der reflektiven Elemente 4’a und 4‘b ist das Objektiv fokussierbar. Die verschiebbaren Elemente 4’a und 4’b können über ein Getriebe, welches eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umwandelt, mit einem Drehring am Objektiv verbunden sein. Auf diese Weise kann die von konventionellen Objektiven gewohnte Art des Fokussierens beibehalten werden. Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei der reflektiven Elemente verschiebbar angeordnet sind, kann das Fotoobjektiv mit einer Innenfokussierung realisiert sein, d.h. einer Fokussierung, bei der sich die Bildebene beim Fokussieren nicht verschiebt. Wenn auf eine Innenfokussierung verzichtet werden kann, reicht es dagegen aus, wenn lediglich eines der reflektiven Elemente verschiebbar angeordnet ist.
Wenn im dargestellten Ausführungsbeispiel Ausschnitte von rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Flächen für die bildformenden optischen Elemente 3’a-f, 4’a-b verwendet werden, wobei die optische Achse der rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Flächen nicht durch die Ausschnitte verlaufen, kann der optische Aufbau des Fotoobjektivs 1 1 klein gehalten werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Fotoobjektiv kann auch wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass in zwei zueinander und zur optischen Achse senkrechten Richtungen im geformten Bild unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe vorliegen. Flierdurch sind anamorphotische Abbildungen möglich. Zusätzlich oder alternativ kann das in Fig. 1 dargestellte Fotoobjektiv wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass für zwei zueinander senkrechte Bildausdehnungsrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenbildern entsteht. Hierdurch ist eine choristikonale Abbildung möglich.
In dem Objektiv ist zudem eine Irisblende 5‘ an einer zugänglichen Stelle vorhanden, so dass ein Abblenden des Fotoobjektivs möglich ist-
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Fotoobjektiv. Während in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer zweidimensional gefalteten optische Achse gezeigt ist, zeigt Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Fotoobjektiv mit einer dreidimensional gefalteten optischen Achse, d. h. ein Fotoobjektiv, in dem nicht alle Abschnitte OA“1 bis 0“A9 der optischen Achse in einer gemeinsamen Ebene liegen. Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel weist der Abschnitt OA“8 eine Richtungskomponente auf, die in die Zeichenebene der Figur 2 hineinweist. Dadurch kann der Bildsensor 2“ zu den reflektiven Elementen 3“a, 3“b, 3“c, 3“d, 4“a und 4“b senkrecht zur Zeichenebene verschoben angeordnet werden. Durch geeignete Form und Orientierung der reflektiven Elemente kann zudem auch erreicht werden, dass die Orientierung des Bildsensors 2“ gegenüber der Orientierung der Bildebene 1“ einen beliebigen Winkel aufweist, d.h. die Flächennormale des Bildsensors 2“ kann beliebig relativ zur Flächennormalen der Bildebene 1“ orientiert sein.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind die reflektiven Elemente 4“a und 4“b entlang ihrer Flächennormalen verschiebbar angeordnet. Was mit Bezug auf die verschiebbaren reflektiven Elemente 4’a und 4‘b des ersten
Ausführungsbeispiels gesagt worden ist, gilt für die reflektiven Elemente 4“a und 4“b des zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend. Ebenso gilt das, was im ersten Ausführungsbeispiel über die Form der reflektiven Flächen 3’a-f, 4’a- b und die Irisblende 5‘ ausgeführt worden ist, für die reflektiven Flächen 3“a-f, 4“a-b bzw. die Irisblende 5“ des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend.
Figur 3 zeigt eine Fotokamera 10 mit einem Bildsensor 2 und einem erfindungsgemäßen Fotoobjektiv 11. Das Fotoobjektiv 11 kann dabei insbesondere ein Fotoobjektiv sein, wie es mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben worden ist. Das Fotoobjektiv der vorliegenden Erfindung stellt ein Fotoobjektiv für Kleinbildformatsensoren zur Verfügung, welches keine Obskuration aufweist, fokussierbar ist und eine abblendbare d.h. zugängliche Irisblende umfasst. Durch eine Skalierung des Fotoobjektivs um einen Faktor von 0,1 kann das Fotoobjektiv 11 auch mit Brennweiten im Bereich von 15 bis 20 mm realisiert werden, so dass es als Fotoobjektiv für eine Kamera für Mobiltelefone Verwendung finden kann. Die erfindungsgemäße Kamera kann daher auch als Kamera eines Mobiltelefons, eines Tablets oder eines ähnlichen Geräts realisiert sein.
Das erfindungsgemäße Fotoobjektiv hat mehrere Vorteile. Es weist als katoptrisches Objektiv keine chromatischen Aberrationen auf, was besonders günstig bei Objektiven mit langer Brennweite ist. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Fotoobjektiv ein obskurationsfreies Abbildungssystem. Zudem kann das katoptrische Fotoobjektiv mit weniger optischen Elementen als ein dioptrisches oder katadioptrisches Objektiv realisiert werden, so dass das Fotoobjektiv der vorliegenden Erfindung leichter als ein dioptrisches oder ein katadioptrisches Fotoobjektiv sein kann. Zudem sind die Spiegelflächen in der Regel dünner als vergleichbare Linsen, was zu einer zusätzlichen Gewichtseinsparung führt. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Fotoobjektiv, die Lage und Orientierung der Bildebene relativ zur Lage und Orientierung der Objektebene zu verschieben und zu verdrehen. Die vorhandenen Beschichtungen erlauben zudem eine hohe Reflektivität auch bei großen Reflexionswinkeln, so dass im erfindungsgemäßen Fotoobjektiv auch große Reflektionswinkel Verwendung finden können.
Auch die folgenden Ausführungsbeispiele beschreiben Aspekte der Erfindung. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren auf gleiche Elemente.
Figur 4a zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf), d. h. einer Brennweite bei Fokussierung unendlich, von 773 mm in einer ersten Fokussier-Position. Das Fotoobjektiv 40 in Fig. 4a umfasst reflektive bildformende optische Elemente R41 bis R48, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET4, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, ein Bild eines in einer Objektebene befindlichen Objekts erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch eine Eingangsblende, d. h. dritte Blende B43, in das Fotoobjektiv 40 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R48, R47, R46, R45, R44, R43, R42 und R41 durch eine zweite Blende B42, einen Aperturstop AS4 (für F#=4) und eine erste Blende B41 auf die Bildebene RET4. Ein Aperturstop bezeichnet eine Aperturblende. Zur Fokussierung sind die Elemente R43 und R44 verschiebbar ausgeführt und können zum Verändern der Fokussier- Position in ihrem Abstand zur Bildebene RET4 verändert werden, d. h. in ihrem z-Abstand, wobei die Bildebene RET4 die x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt (mit x-Achse aus der Zeichenebene zeigend) und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. In Figur 4b wird hierzu eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv in einer zweiten Fokussier-Position gezeigt, in der die Abstände der Elemente R43 und R44 bezüglich der Bildebene RET4 vergrößert sind.
Reflektive bildformende optische Elemente sind hier Spiegel mit geeignet gestalteten Freiform-Oberflächen Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in den Figuren 4a und 4b gezeigten dritten Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 41 bis 47 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET4 aus, beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs also in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom jenseits der dritten Blende B43 gelegenen Objekt (nicht gezeigt) zur Bildebene RET4.
Die Tabelle 41 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 40 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 42a und 42b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figuren 4a und 4b, zur Bildebene RET4 verläuft. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-
2/cos(AOI)/Radius_y. AOI bezeichnet einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen. Die Angabe des Betriebsmodus „REFL“ verdeutlicht, dass die reflektiven bildformenden optischen Elemente Spiegel, d. h. Reflektoren sind. Die Tabellen 43a, 43b und 43c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R41 bis R48 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0.
Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 44a und 44b geben die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R41 bis R48, die Blenden B41 , B42 und B43 und der Aperturstop AS4 ausgehend von der Bildebene RET4 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden. Dies entspricht einer Parallelverschiebung und einer Verkippung beim Freiformflächen- Designverfahren. Verschoben wird dabei in y- und in z-Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z-Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, d. h. verschoben, dann verkippt.
Die Tabelle 45 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R41 bis R48 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 46 gibt für die Blenden B41 , B42, B43 und AS4 den jeweiligen Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 40 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der reflektiven bildformenden optischen Elemente R43 und R44 jeweils von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Figur 4a zeigt für das dritte Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position, Figur 4b zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel in einer zweiten Fokussier-Position. Die Tabelle 47 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R43 und R44 ausgehend von der Bildebene RET4 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. der z-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET4, in der ersten Fokussier-Position unendlich (inf). Diese Fokussier-Position wird in Fig. 4a gezeigt. In Fig. 4b wird eine zweite Fokussier-Position gezeigt, bei der die Objektlage die kleinste mögliche Objektlage (MOD) ist. Diese Fokussier- Position wird in Fig. 4b gezeigt. Zusätzlich ist für eine weitere, nicht illustrierte Fokussier-Position zwischen diesen extremen Fokussier-Positionen und somit für eine weitere, dazwischen liegende Objektlage die Dezentrierung in y- Richtung (DCY) und die Verschiebung in z-Richtung (DCZ) angegeben.
Ausführungsbeispiel Figuren 4a, 4b
F-Zahl 4
Brennweite inf 773mm
Bildgroesse_x 36.0 mm
Bildgroesse_y 24.0 mm
Tabelle 41
Oberfläche Radius xfmml Power x[1/mml
R41 -111.7668428 0.0176608
R42 65.3675194 -0.0285254
R43 -116.3337463 0.0167062
R44 -7229.6719037 0.0002476
R45 -1145.9837335 0.0015005
R46 -427.9768457 0.0041329
R47 239.5840514 -0.0054785
R48 -425.0058688 0.0041894
Tabelle 42a
Oberfläche Radius vfmml Power nP/mml Betriebsmodus
R41 -114.6439069 0.0176761 REFL
R42 75.7147735 -0.0283325 REFL
R43 -138.7655908 0.0148319 REFL
R44 -6024.5804848 0.0003709 REFL
R45 232.3847593 -0.0100103 REFL
R46 -107.6974796 0.0209982 REFL
R47 82.7994069 -0.0368059 REFL
R48 -409.5390562 0.0054856 REFL
Tabelle 42b
Koeffizient R41 R42 R43
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -111.76684280 65.36751944 -116.33374630 Koeffizient R41 R42 R43
C 7 -8.99054448e-07 0.000122361872 -2.26607396e-06
C9 -7.49619947e-07 9.25779459e-05 -2.05763342e-08
C10 8.43352937e-09 -2.51030121 e-06 1 66839235e-08
C12 2.7060345e-08 -1 9807567e-06 1 .33951924e-08
C14 2.35398739e-08 -6.48797035e-06 2.65660603e-08
C16 -1 .36752674e-10 -2.02899433e-07 -2.20913167e-10
C18 -1 .54771694e-10 3.9996778e-08 -5.78073376e-10
C20 -5.4143307e-10 9.83682536e-07 -3.42245701 e-10
C21 5.67032356e-12 2.19481486e-08 6.35333689e-12
C23 2.07968612e-12 6.8701 1925e-08 1 .30807016e-1 1
C25 -1 .18638833e-1 1 -3.34172435e-08 1 .35566828e-1 1
C27 -2.20766566e-1 1 3.53636659e-07 1 .9838917e-12
C29 6.41490987e-14 6.4023384e-09 1 .51368307e-14
C31 2.28771315e-13 6.93682796e-09 4.12087401 e-15
C33 1 .1855047e-13 -1 .46708714e-09 -3.02634438e-14
C35 6.48507347e-13 -2.64225352e-08 -4.9066922e-14
C36 -4.27505276e-15 -4.48316771 e-10 -4.29955936e-15
C38 -2.00190617e-15 -1 67749869e-09 -7.41652808e-15
C40 5.16909694e-15 -1 .52781416e-09 -5.50429645e-15
C42 2.22543222e-14 2.29370296e-09 9.7051481 1 e-16
C44 1 .61701041 e-14 -7.7892151 1 e-09 3.64992824e-15
C46 -1 .35597262e-17 -4.967401 13e-1 1 -2.53094021 e-17
C48 -5.71268064e-17 -8.34273034e-1 1 -2.05338948e-17
C50 -1 .63426663e-16 -5.68432098e-1 1 -8.64595916e-17
C52 -4.09246363e-17 7.525519e-1 1 -2.25885966e-17
C54 -2.8781237e-16 2.4045721 1 e-10 -1 .23586675e-17
C55 1 .30470296e-18 3.32537152e-12 1 .38563266e-18
C57 1 .45753245e-18 1 .40962791 e-1 1 2.13434679e-18
C59 -1 .23376289e-18 1 .61755012e-1 1 3.20506096e-18
C61 -2.32836712e-18 9.78824816e-12 6.47265224e-19
C63 -1 .06337992e-17 -3.4881 1843e-1 1 -1 .05707374e-18
C65 -3.1 1837432e-18 6.01213615e-1 1 -6.67499413e-19
Tabelle 43a
Koeffizient R44 R45 R46
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -7229.67190400 -1 145.98373300 -427.97684570
C 7 -4.26303087e-07 4.06523763e-05 3.90356875e-05
C9 6.98035525e-07 -2.7820774e-05 -1 .21493401 e-05
C10 2.54541657e-07 -4.05490573e-09 -1 .18223363e-08
C12 6.15029323e-07 -1 .58671 187e-06 6.24126096e-07
C14 6.43367652e-08 -9.39673876e-08 -9.59146602e-08
C16 3.82323162e-08 2.65289107e-09 -7.46233705e-1 1
C18 -3.01223134e-08 3.50631001 e-08 8.6187871 1 e-09
C20 -2.95815154e-09 3.69248523e-08 -3.43805693e-09
C21 -7.26312488e-09 2.3324547e-1 1 -4.69703485e-12
C23 -4.91041889e-09 1 29370343e-09 -1 .54316681 e-10
C25 -1 00250624e-09 8.74545593e-09 -1 .602744e-10
C27 2.16927787e-1 1 1 .34277812e-08 -1 .28380244e-10
C29 -1 56860325e-09 -1 .15276308e-10 -9.55941825e-12
C31 2.01674888e-10 -5.1244734e-12 -5.38707427e-12
C33 2.06585557e-10 -1 .7221 1532e-10 5.12874391 e-12
C35 1 3225337e-1 1 -6.6259143e-10 7.74240906e-12
C36 1 .39522633e-10 2.52256084e-13 -2.47609873e-14
C38 1 .0734527e-10 4.64027247e-12 -1 .85645316e-13 Koeffizient R44 R45 R46
C40 8.40162901 e-12 -1 .84917601 e-1 1 3.37038828e-13
C42 -6.79144733e-13 -1 .1745834e-10 9.32189676e-13
C44 -2.76558361 e-13 -1 .08806336e-10 3.73827025e-13
C46 1 32632929e-1 1 3.29386684e-13 1 .15880262e-14
C48 3.6489788e-12 1 .92023636e-13 8.93098204e-15
C50 -1 .97976543e-12 -1 .92960028e-13 3.21327672e-15
C52 -4.39969606e-13 1 .52852337e-12 -4.31498967e-15
C54 -2.06701219e-14 2.66559052e-12 -8.86360323e-15
C55 -8.34793618e-13 -1 .65271065e-15 4.93937546e-17
Figure imgf000017_0001
Koeffizient R47 R48
KY 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000
RX 239.58405140 -425.00586880
C 7 2.70093891 e-05 -5.67473545e-07
C9 -3.45360876e-05 -1 .18361 134e-06
C10 2.36443625e-08 4.74744732e-10
C12 -4.40400764e-07 2.05545437e-09
C14 3.98965345e-07 -6.3742601 1 e-10
C16 -1 .12952102e-09 -2.92694276e-12
C18 5.97252417e-09 -2.29161526e-12
C20 -6.43228642e-09 -3.0087723e-12
C21 4.26003759e-13 2.67315639e-15
C23 1 .52057238e-10 -2.77401917e-14
C25 2.50689067e-10 -2.08166309e-14
C27 2.43747741 e-10 2.72415604e-16
C29 -1 .10729786e-12 -3.1 1395459e-16
C31 2.62860489e-13 -2.34992508e-16
C33 4.22631579e-12 -1 .38031474e-16
C35 -8.1 1339997e-12 -6.99340318e-17
C36 3.38542421 e-15 -6.83320296e-19
C38 -7.17961699e-14 -2.09047071 e-19
C40 -4.6392524e-13 1 .88287667e-18
C42 -8.73801532e-13 6.54301581 e-19
C44 5.32739509e-14 -6.88721519e-19
C46 8.92526191 e-16 3.01 13878e-20
C48 8.99942505e-17 2.1 1276016e-20
C50 -2.5324453e-16 2.3390401 e-20
C52 3.12731943e-15 5.99637486e-21
C54 7.0099848e-15 1 .58663088e-21
C55 -3.2813243e-18 6.7656178e-23
C57 -3.95148725e-18 2.7778552e-22
C59 1 .81622981 e-16 1 .10505614e-22
C61 4.79844681 e-16 1 .1574805e-22
C63 4.189341 16e-16 5.03649677e-23
C65 -1 .78238531 e-16 2.5237731 1 e-23
Tabelle 43c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET4 0.00000000 0.00000000 0.00000000 Oberfläche DCX DCY DCZ
B41 0.00000000 0.00000000 55.45337981
AS4 0.00000000 0.00000000 68.31123054
B42 0.00000000 0.00000000 87.45116988
R41 0.00000000 0.00000000 167.29163878
R42 0.00000000 32.09916029 71.56127708
R43 0.00000000 74.66875643 167.78258938
R44 0.00000000 80.45085179 71.58858155
R45 0.00000000 121.19856431 106.31565343
R46 0.00000000 128.42990721 71.88445640
R47 0.00000000 164.05355166 109.05032155
R48 0.00000000 294.52600891 14.88494273
B43 0.00000000 294.54498742 134.88494123
Tabelle 44a
Oberfläche TLAideql TLBideql TLCideql
RET4 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B41 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
AS4 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B42 -0.00000000 0.00000000 0.00000000
R41 9.26835837 0.00000000 0.00000000
R42 177.33573852 -0.00000000 -0.00000000
R43 -10.21270225 0.00000000 0.00000000
R44 156.93949776 0.00000000 0.00000000
R45 -18.84989953 0.00000000 0.00000000
R46 164.03740391 0.00000000 0.00000000
R47 5.19739986 0.00000000 0.00000000
R48 207.08598548 0.00000000 0.00000000
B43 -0.00906157 0.00000000 0.00000000
Figure imgf000018_0001
Oberfläche AOlideql Reflektivität
R41 9.26835837 1.00000000
R42 21.20097821 1.00000000
R43 13.65253745 1.00000000
R44 26.50033745 1.00000000
R45 30.71094016 1.00000000
R46 27.82363672 1.00000000
R47 48.98363267 1.00000000
R48 27.09504705 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000
Tabelle 45
Oberfläche Radiusimml
B41 6.747
AS4 8.45
B42 10.64
B43 95.32
Tabelle 46
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
R43 inf 74.6687564 167.7825894
R44 inf 80.4508518 71.5885816
R43 9300 78.8214442 177.1690319
R44 9300 84.9378872 75.4126392
R43 MOD 5060 83.9614305 188.7870943
R44 MOD 5060 90.4917121 80.1458638 Tabelle 47
Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R41 bis R48, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. Die Verwendung der beschriebenen Freiformflächen erlaubt es, die Reflexionen so zu gestalten, dass die optische Achse in eine gewählte Richtung gefaltet wird. Dabei sind die Elemente so angeordnet, dass eine Ebene diese in Elemente links der Ebene und Elemente rechts der Ebene trennt.
In dem in den Figuren 4a und 4b gezeigten dritten Ausführungsbeispiel weist der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R47 eine negative Brechkraft auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder, z. B. zwischen R45 und R46. Die Zwischenbilder sind stark astigmatisch, können daher bei Betrachtung eines x- und eines y-Schnitts an getrennten Positionen liegen. Dem Fotoobjektiv 40 gemäß dem in den Figuren 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 190,7 mm x 418,9 mm x 205,9 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen. Das Fotoobjektiv 40 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht realisiert werden. Bei ähnlicher Größe des einhüllenden Quaders und ähnlicher Brennweite lässt sich in der gezeigten Bauweise eine größere Öffnung realisieren als bei herkömmlichen Fotoobjektiven, beispielsweise F- Zahl F4 statt F5,6. Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt ein Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 773/205 = 3,77. Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Telefaktor von mehr als 3, vorzugsweise mehr als 3,5 auf. Es ist also eine kurze Baulänge in Richtung des einfallenden Lichts bei dennoch paralleler Objekt- und Bildebene möglich. Das gezeigte Fotoobjektiv 40 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine chromatischen Fehler auftreten. Das Fotoobjektiv 40 eignet sich als Fotoobjektiv für Kleinbildformatsensoren, es weist keine Obskuration auf, ist mit Innenfokussierung, einer Fokussierung, bei der sich die Bildebene beim Fokussieren nicht verschiebt, fokussierbar und umfasst eine zugängliche Blende. Zudem kann das Fotoobjektiv 40 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf) von 310 mm. Das Fotoobjektiv 50 in Fig. 5 umfasst reflektive bildformende optische Elemente R51 bis R58, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET5, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, ein Bild eines in einer jenseits einer Eingangsblende, d. h. dritten Blende B53, gelegenen Objektebene befindlichen Objekts (nicht gezeigt) erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch die Eingangsblende in das Fotoobjektiv 50 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R58, R57, R56, R55, R54, R53, R52 und R51 durch eine zweite Blende B52, einen Aperturstop AS5 und eine erste Blende B51 auf die Bildebene RET5. Zur Fokussierung sind die Elemente R53 und R54 verschiebbar ausgeführt und können zum Verändern der Fokussier-Position in ihrem Abstand zur Bildebene RET5 verändert werden, d. h. in ihrem z- Abstand, wobei die Bildebene RET5 die x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt (mit x-Achse aus der Zeichenebene zeigend) und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. In Figur 5 wird das Fotoobjektiv 50 in einer ersten Fokussier-Position gezeigt. Durch Verschieben der Elemente R53 und R54 können andere, hier nicht gezeigte Fokussier- Positionen eingestellt werden, in der die Abstände der Elemente R53 und R54 bezüglich der Bildebene RET5 vergrößert sind.
Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in Figur 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 51 bis 57 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET5 aus, beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs also in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom Objekt zur Bildebene RET5. Die Tabelle 51 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 50 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 52a und 52b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figur 5, zur Bildebene RET5 verläuft. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-2/cos(AOI)/Radius_y. AOI bezeichnet einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen.
Die Tabellen 53a, 53b und 53c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R51 bis R58 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0.
Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei wieder auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 54a und 54b geben die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R51 bis R58, die Blenden B51 , B52 und B53 und der Aperturstop AS5 ausgehend von der Bildebene RET5 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden. Dies entspricht einer Parallelverschiebung und einer Verkippung beim Freiformflächen- Designverfahren. Verschoben wird dabei in y- und in z-Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z-Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, d. h. verschoben, dann verkippt. Die Tabelle 55 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R51 bis R58 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 56 gibt für die Blenden B51 , B52, B3 und AS5 den Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 50 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der reflektiven bildformenden optischen Elemente R53 und R54 jeweils von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Figur 5 zeigt für das vierte Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position. Die Tabelle 57 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R53 und R54 ausgehend von der Bildebene RET5 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. der z-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET5, in der ersten Fokussier-Position unendlich (inf). Diese Fokussier-Position wird in Figur 5 gezeigt. In der Tabelle 57 ist für diese und zwei weitere Fokussier-Positionen die Dezentrierung in y-Richtung (DCY) und die Verschiebung in z-Richtung (DCZ) angegeben, bei denen die Objektlage einmal die kleinste mögliche Objektlage (MOD) und einmal eine weitere, dazwischen liegende Objektlage ist.
Ausführunqsbeispiel Fiqur 5
F-Zahl 4
Brennweite inf 310mm
Bildqroesse x 36.0 mm
Bildqroesse v 24.0 mm
Tabelle 51 Oberfläche Radius x[mml Power x[1/mml
R51 -103.9216062 0.0190251
R52 59.5234479 -0.0314651
R53 -120.1540281 0.0161633
R54 -2685.8495378 0.0006701
R55 136.0127343 -0.0127329
R56 -85.1288818 0.0215789
R57 134.2868337 -0.0130403
R58 -371 .0941706 0.0052717
Tabelle 52a
Oberfläche Radius vimml Power nP/mnnl Betriebsmodus
R51 -106.3008915 0.0190323 REFL
R52 67.9638209 -0.0314242 REFL
R53 -137.6665436 0.014961 1 REFL
R54 -2379.273892 0.0009342 REFL
R55 175.9223240 -0.0131290 REFL
R56 -101 .2175382 0.0215128 REFL
R57 182.4453084 -0.0125200 REFL
R58 -347.5150056 0.0058837 REFL
Tabelle 52b
Koeffizient R51 R52 R53
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -103.92160620 59.52344794 -120.15402810
C 7 -4.22063688e-08 9.20410642e-05 -8.09748037e-06
C9 -2.61463914e-07 0.00010505652 -4.18200778e-06
C10 1 .41795672e-08 -2.98752037e-06 1 .00640143e-08
C12 2.92783218e-08 -4.06630824e-06 -1 .45172713e-07
C14 1 52972278e-08 -1 .82091909e-06 -4.48242462e-08
C16 8.52449025e-1 1 -2.78635371 e-08 1 .36219386e-09
C18 2.04761485e-10 -4.19699677e-09 3.28947727e-10
C20 2.43123338e-1 1 5.4932704e-08 7.86617198e-10
C21 2.13755734e-12 -2.18922078e-09 7.39789179e-12
C23 4.01696828e-12 -3.33276688e-09 2.87905937e-1 1
C25 1 .03907838e-12 -8.6401344e-09 5.71744942e-1 1
C27 1 .95319543e-12 1 .78518444e-08 2.7664404e-1 1
C29 1 .09104902e-15 1 .66023001 e-10 3.09792679e-13
C31 1 .7450796e-15 2.31719632e-1 1 1 .85610499e-12
C33 -6.07394641 e-14 -3.32962545e-10 1 .2606864e-12
C35 1 .93615698e-14 -6.7722867e-10 1 .4246221 e-13
C36 -1 .67289849e-16 3.08796723e-12 -1 .241052e-15
C38 7.41453668e-16 -1 01619955e-1 1 3.461 1907e-14
C40 3.00366988e-16 -8.22986517e-12 3.80619486e-14
C42 2.58401794e-15 1 .88189717e-12 1 .54505893e-14
C44 -9.0982065e-16 -1 .50924828e-10 -9.84596094e-16
Tabelle 53a
Koeffizient R54 R55 R56
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -2685.84953800 136.01273430 -85.12888185
C 7 8.03847244e-06 -1 09748705e-06 5.54628e-06 Koeffizient R54 R55 R56
C9 -4.34857854e-07 -2.1 1291207e-05 -1 .74215892e-06
C10 3.55882425e-07 -1 .91912338e-07 -2.35653072e-09
C12 5.60738422e-07 -6.17194861 e-08 -3.78182017e-08
C14 2.16597285e-07 -1 .81272142e-07 -3.62559531 e-08
C16 -2.08279793e-08 5.31776552e-08 1 .94741367e-09
C18 -2.32322063e-08 7.22830097e-08 4.43510644e-10
C20 -3.41524994e-09 1 .66190584e-08 6.09486472e-09
C21 -3.83345037e-10 -1 .15934233e-09 -2.16997865e-1 1
C23 1 .49085191 e-10 -1 .71700665e-09 3.12272439e-12
C25 4.1338772e-10 1 .51464334e-09 -8.73252071 e-1 1
C27 5.52133025e-12 1 47986685e-09 -1 .98432395e-10
C29 7.57876771 e-1 1 -6.93222247e-1 1 9.83957914e-13
C31 1 .60769478e-10 -9.26058005e-1 1 1 .0509158e-12
C33 9.13196424e-1 1 -2.95153002e-10 6.89247677e-12
Figure imgf000024_0001
Koeffizient R57 R58
KY 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000
RX 134.28683370 -371 .09417060
C 7 4.65900493e-05 3.75843937e-06
C9 2.4640071 e-05 1 .94473814e-06
C10 2.04934919e-07 8.63057383e-10
C12 5.37083527e-07 5.36164502e-08
C14 1 02837879e-07 1 .83797717e-08
C16 1 .4254031 1 e-08 -2.94681377e-10
C18 1 69659934e-08 -1 60930968e-1 1
C20 7.28449399e-09 -1 .66891432e-10
C21 1 .64300731 e-10 -1 .27188247e-12
C23 7.46283634e-10 -7.86323043e-12
C25 1 20036076e-09 -1 .3351 1 123e-1 1
C27 4.82965682e-10 -6.16202592e-12
C29 4.74716073e-12 -5.05095479e-14
C31 8.45207812e-12 -3.08559358e-13
C33 1 .32188991 e-12 -2.40378613e-13
C35 -1 .03591734e-1 1 -3.83819591 e-14
C36 -1 .77215605e-14 6.47427367e-17
C38 -2.78304875e-13 -3.19208996e-15
C40 -1 .41091938e-13 -4.14675603e-15
C42 -1 .63129937e-12 -1 .80295888e-15
C44 -5.36451637e-13 6.22606863e-17
Tabelle 53c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET5 0.00000000 0.00000000 0.00000000
B51 0.00000000 0.00000000 40.00000000
AS5 0.00000000 0.00000000 47.890501 19
B52 0.00000000 0.00000000 54.890501 19
R51 0.00000000 0.00000000 131 .59905802
R52 0.00000000 30.67193272 33.43371388 Oberfläche DCX DCY DCZ
R53 0.00000000 68.25215076 118.96710438
R54 -0.00000000 74.52384623 27.56847238
R55 -0.00000000 109.04480094 58.87099704
R56 -0.00000000 116.21157507 25.79356196
R57 -0.00000000 146.48357860 70.07008687
R58 -0.00000000 205.87137152 -67.07703347
B53 0.00000000 207.08955434 52.91678317
Tabelle 54a
Oberfläche TLAideql TLBideql TLCideql
RET5 0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B51 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
AS5 0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B52 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
R51 8.67575279 0.00000000 0.00000000
R52 176.81629485 0.00000000 -0.00000000
R53 -9.89674109 0.00000000 0.00000000
R54 158.06309684 0.00000000 0.00000000
R55 -17.78706155 0.00000000 0.00000000
R56 168.93228712 0.00000000 0.00000000
R57 -5.47342204 0.00000000 0.00000000
R58 191.41602458 0.00000000 0.00000000
B53 -0.58164944 0.00000000 0.00000000
Figure imgf000025_0001
Oberfläche AOlideql Reflektivität
R51 8.67575279 1.00000000
R52 20.53521074 1.00000000
R53 13.82217481 1.00000000
R54 25.86233687 1.00000000
R55 30.01217848 1.00000000
R56 23.29282981 1.00000000
R57 28.88712065 1.00000000
R58 11.99767402 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000
Tabelle 55
Oberfläche Radiusimml
B51 6.20
AS5 5.82
B52 6.68
B53 38.00
Tabelle 56
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
R53 inf 68.25215076 118.96710438
R54 inf 74.52384623 27.56847238
R53 3233 70.9403815 125.0855757
R54 3233 77.44988592 30.2216962
R53 MOD 1537 74.2814148 132.6898399
R54 MOD 1537 81.0864184 33.5192046
Tabelle 57
Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R51 bis R58, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. Die Elemente R51 bis R58 sind so angeordnet, dass eine Ebene diese in Elemente links der Ebene und Elemente rechts der Ebene trennt.
In dem in der Figur 5 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel weist z. B. der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R57, eine negative Brechkraft (vgl. Power_x, Power_y) auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder.
Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Schwerpunkt auf, für den gilt, dass ein Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt geringer als ein Viertel der Brennweite des Fotoobjektivs ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt sogar geringer als ein Sechstel der Brennweite des Fotoobjektivs. Der Schwerpunkt befindet sich somit sehr nahe an der Bildebene bzw. dem Bild- bzw. Kamerasensor. Dies bietet den Vorteil eines sehr leichten Flandlings des Fotoobjektivs 50, während es mit einer Kamera verbunden ist.
Dem Fotoobjektiv 50 gemäß dem in der Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 84 mm x 277 mm x 206 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen. Das Fotoobjektiv 50 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht realisiert werden. Bei ähnlicher Größe des einhüllenden Quaders und ähnlicher Brennweite lässt sich in der gezeigten Bauweise eine große Öffnung realisieren, beispielsweise F-Zahl F4. Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt der Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 310/206 = 1 ,5. Das gezeigte Fotoobjektiv 50 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine chromatischen Fehler auftreten. Ein weiterer Vorteil ist die Lage des Schwerpunkts nahe zur Bildebene.
Das Fotoobjektiv 50 eignet sich als Fotoobjektiv für Kleinbildformatsensoren, es weist keine Obskuration auf, ist mit Innenfokussierung, einer Fokussierung, bei der sich die Bildebene beim Fokussieren nicht verschiebt, fokussierbar. Die Blenden B51 und B52 werden als Vignettierungsblenden direkt vor und hinter dem Aperturstop AS5 ausgeführt, wobei der Aperturstop AS5 frei zugänglich ausgeführt ist. Zudem kann das Fotoobjektiv 50 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf) von 35 mm. Das Fotoobjektiv 60 in Fig. 6 umfasst reflektive bildformende optische Elemente R61 bis R68, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET6, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, ein Bild eines in einer jenseits einer Eingangsblende, d. h. einer Blende B61 , gelegenen Objektebene befindlichen Objekts (nicht gezeigt) erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch die Eingangsblende in das Fotoobjektiv 60 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R68, R67, R66, R65, R64, R63, R62 und R61 durch einen Aperturstop AS6 (für F# = 4) auf die Bildebene RET6. Zur Fokussierung sind die Elemente R63 und R64 verschiebbar ausgeführt und können zum Verändern der Fokussier-Position in ihrem Abstand zur Bildebene RET6 verändert werden, d. h. in ihrem z-Abstand, wobei die Bildebene RET6 die x- y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt (mit x-Achse aus der Zeichenebene zeigend) und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. In Figur 6 wird das Fotoobjektiv 60 in einer ersten Fokussier-Position gezeigt. Durch Verschieben der Elemente R63 und R64 können andere, hier nicht gezeigte Fokussier-Positionen eingestellt werden, in der die Abstände der Elemente R63 und R64 bezüglich der Bildebene RET6 vergrößert sind. Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in Figur 6 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 61 bis 67 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET6 aus, beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs also in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom Objekt zur Bildebene RET6. Die Tabelle 61 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 60 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 62a und 62b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figur 6 zur Bildeebene RET5 geht. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind auch hier definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-2/cos(AOI)/Radius_y. Dabei bezeichnet AOI einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen.
Die Tabellen 63a, 63b und 63c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R61 bis R68 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0.
Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei wieder auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 64a und 64b geben die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R61 bis R68, die Blende B61 und der Aperturstop AS6 ausgehend von der Bildebene RET6 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden. Dies entspricht einer Parallelverschiebung und einer Verkippung beim Freiformflächen-Designverfahren. Verschoben wird dabei in y- und in z- Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z- Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, dann verkippt.
Die Tabelle 65 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R61 bis R68 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 66 gibt für die Blenden B61 und AS6 den Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 60 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der reflektiven bildformenden optischen Elemente R63 und R64 jeweils von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Figur 6 zeigt für das fünfte Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position. Die Tabelle 67 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R63 und R64 ausgehend von der Bildebene RET6 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. derz-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET6 in der ersten Fokussier- Position unendlich (inf). Diese Fokussier-Position wird in Fig.6 gezeigt. In der Tabelle 67 ist für diese und zwei weitere Fokussier-Positionen die Dezentrierung in y-Richtung (DCY) und die Verschiebung in z-Richtung (DCZ) angegeben, bei denen die Objektlage einmal die kleinste mögliche Objektlage (MOD) und einmal eine weitere, dazwischen liegende Objektlage ist.
Ausführunqsbeispiel Fiqur 6
F-Zahl 4
Brennweite inf 35mm
Bildqroesse x 4.8 mm
Bildqroesse v 3.2 mm
Tabelle 61 Oberfläche Radius x[mml Power x[1/mnnl
R61 -6.5726407 0.2943831
R62 9.0316621 -0.1814927
R63 -10.4158608 0.1738734
R64 13.2940561 -0.1266363
R65 -23.3054007 0.0666504
R66 -16.221 1 178 0.1 171725
R67 6.7923628 -0.2633390
R68 -23.8687579 0.0789231
Tabelle 62a
Oberfläche Radius vimml Power nP/mml Betriebsmodus
R61 -6.986481 1 0.2959026 REFL
R62 10.7605923 -0.2267760 REFL
R63 -15.7748363 0.1400125 REFL
R64 154.7892284 -0.0153498 REFL
R65 -55.457971 1 0.0464340 REFL
R66 -18.8986666 0.1 1 13582 REFL
R67 25.5163739 -0.0876405 REFL
R68 -30.8724840 0.0687788 REFL
Tabelle 62b
Koeffizient R61 R62 R63
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -6.57264069 9.03166206 -10.41586081
C 7 0.000731440737 -0.0033162894 0.0001 15533248
C9 0.000453806083 0.0018994305 0.00072489735
C10 0.000165224037 -0.00200007597 -1 .708671 14e-05
C12 0.000187418205 -0.00294004458 -1 54563673e-05
C14 0.000137742678 -0.000853457548 -1 .03766818e-05
C16 5.71409316e-06 0.00162549514 1 07242274e-05
C18 1 .19484954e-05 0.00166785431 1 06493534e-05
C20 8.97495821 e-06 0.000442183286 1 72364772e-06
C21 5.29826901 e-06 7.40018329e-06 -4.96073228e-07
C23 1 60230574e-05 -0.000841000794 -6.83622751 e-07
C25 1 27876279e-05 -0.001 15101 109 -1 54068686e-06
C27 2.68360191 e-06 -1 23408404e-05 2.3048051 1 e-08
Tabelle 63a
Koeffizient R64 R65 R66
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX 13.29405609 -23.30540074 -16.221 1 1784
C 7 0.00734202924 -0.000257529001 0.0010504744
C9 0.00147310916 -0.000223880476 0.000438437344
C10 0.000464031847 -0.0001 1784858 6.26392058e-05
C12 0.000257244367 -0.000347029497 0.000172394292
C14 0.000227546546 -4.69885697e-05 4.29732331 e-06
C16 -0.000141407009 6.09641853e-05 6.62237958e-06
C18 2.04709135e-05 -1 .60662158e-05 -2.90189548e-05 Koeffizient R64 R65 R66
C20 3.47745615e-05 6.22051339e-05 1 68893855e-05
C21 4.9974174e-05 9.05547458e-06 -3.84933238e-06
C23 0.000160827202 1 03035229e-05 -3.10412658e-07
C25 4.40362131 e-05 -5.14172395e-06 2.23708321 e-05
C27 2.71701532e-06 1.20163937e-05 1.14925854e-05
Tabelle 63b
Koeffizient R67 R68
KY 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000
RX 6.79236282 -23.86875786
C 7 0.0150765615 0.000472720541
C9 0.006396131 0.000143100022
C10 0.00101791697 1.32224157e-05
C12 0.00252333695 4.42715778e-05
C14 0.00063925835 -3.94116944e-06
C16 0.000642430961 -3.58837032e-06
C18 0.000180832914 -4.67404474e-06
C20 6.38131832e-05 -1 39484405e-06
C21 -3.80621914e-06 6.85594749e-08
C23 -7.67290979e-05 -9.13621587e-07
C25 -1.39668417e-05 -8.06115642e-07
C27 1.76216575e-05 7.12761242e-08
C36 0 -2.64346206e-09
C38 0 5.50277371 e-09
C40 0 2.21634347e-08
C42 0 8.28495611 e-09
C44 0 -3.11528078e-09
Tabelle 63c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET6 0.00000000 0.00000000 0.00000000
AS6 0.00000000 0.00000000 3.22802592
R61 0.00000000 0.00000000 8.45878180
R62 0.00000000 4.25473854 0.88418550
R63 -0.00000000 10.46514564 8.13281339
R64 0.00000000 11.66997886 1.02760449
R65 0.00000000 19.06202109 6.06557391
R66 0.00000000 21.30449186 0.61546201
R67 0.00000000 23.16959415 8.15096393
R68 0.00000000 29.13032270 0.85509603
B61 0.00000000 29.13109420 8.65509599
Tabelle 64a
Oberfläche TLAfdeql TLBfdeql TLCfdeql
RET6 -0.00000000 0.00000000 0.00000000
AS6 -0.00000000 0.00000000 0.00000000
R61 14.66171348 0.00000000 -0.00000000
R62 174.36722451 0.00000000 -0.00000000
R63 -15.48242819 0.00000000 0.00000000
R64 156.95005022 -0.00000000 -0.00000000
R65 -16.67955259 0.00000000 0.00000000
R66 184.23154769 0.00000000 0.00000000 Oberfläche TLAfdeql TLBfdeql TLCideql
R67 12.67351 151 0.00000000 0.00000000
R68 199.62158823 0.00000000 0.00000000
B61 -0.0056671 1 -0.00000000 0.00000000
Tabelle 64b
Oberfläche AOIFdeql Reflektivität
R61 14.66171348 1.00000000
R62 34.95620245 1.00000000
R63 25.10654974 1.00000000
R64 32.67407133 1.00000000
R65 39.04446852 1.00000000
R66 18.13336824 1.00000000
R67 26.57533206 1.00000000
R68 19.62725534 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000
Tabelle 65
Oberfläche Radiusimml
AS6 0.3927
B61 4.25
Tabelle 66
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
R63 inf 10.46514564 8.13281339
R64 inf 1 1 .66997886 1 .02760449
R63 892 10.6228089 8.3168339
R64 892 1 1 .8392805 1 .1429903
R63 MOD 455 10.784799 8.50559046
R64 MOD 455 12.0132285 1 .2615427
Tabelle 67 Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R61 bis R68, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. Die Elemente R61 bis R68 sind so angeordnet, dass eine Ebene diese in Elemente links der Ebene und Elemente rechts der Ebene trennt. In dem in den Figur 6 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel weist z. B. der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R67 eine negative Brechkraft (vgl. Power_x, Power_y) auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder. Die Zwischenbilder sind stark astigmatisch, können daher bei Betrachtung eines x- und eines y-Schnitts an getrennten Positionen liegen. Dem Fotoobjektiv 60 gemäß dem in der Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 8,5 mm x 36,1 mm x 9,0 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen. Das Fotoobjektiv 60 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht flach und kompakt realisiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 60 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 60 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 60 mm2 ausleuchtet. Und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 60 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 30 mm2 ausleuchtet und dort jeweils ein ausreichend lichtstarkes Abbild des aufgenommenen Objekts erzeugt. Somit eignet sich das Fotoobjektiv 60 für den Einbau in ein kompaktes Bildaufnahmegerät oder ein anderes elektronisches Gerät, das ein solch kompaktes Bildaufnahmegerät umfasst, das einen derart dimensionierten Bildsensor verwendet. Dies kann beispielsweise ein Smartphone (wobei der Begriff Smartphone hier stellvertretend für ein Mobiltelefon mit einer Kamerafunktion, aber auch für ein Tablet oder anderes Gerät ähnlicher Baugröße mit einer Kamerafunktion verwendet wird), eine Rückfahrtkamera oder andere Bordkamera eines Fahrzeugs, eine Kamera oder ein Kameraaufsatz (Adapter) mit mehrehren Fotoobjektiven, aber beispielsweise auch eine Kamera an Bord einer Drohne oder eines anderen leichten Flugobjekts sein oder eine Kamera eines Überwachungssystems oder (ein Teil eines) 360° Kamerasystems.
Trotz dieser Größe lässt sich dennoch in der gezeigten Bauweise eine große Öffnung realisieren. Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt der Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 35/9 = 3,9. Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Telefaktor von mehr als 3, vorzugsweise mehr als 3,5 auf. Es ist also eine kurze Baulänge in Richtung des einfallenden Lichts bei dennoch paralleler Objekt- und Bildebene möglich. Das gezeigte Fotoobjektiv 60 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine chromatischen Fehler auftreten. Das Fotoobjektiv 60 eignet sich als Fotoobjektiv beispielsweise für Smartphones und andere kompakte Bildaufnahmegeräte, es weist keine Obskuration auf und ist mit Innenfokussierung, einer Fokussierung, bei der sich die Bildebene beim Fokussieren nicht verschiebt, fokussierbar. Der Aperturstop AS6 (für F#=4) kann frei zugänglich ausgeführt sein. Zudem kann das Fotoobjektiv 60 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt. In der vorgestellten Bauweise ist das Fotoobjektiv 60 aus einem Stück fertigbar.
Figur 7a zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf) von 31 mm in einer ersten Fokussier- Position. Das Fotoobjektiv 70 in Fig. 7a umfasst reflektive bildformende optische Elemente R71 bis R78, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET7, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, und ein Bild eines in einer jenseits einer Eingangsblende, d. h. einer Blende B71 , gelegenen Objektebene befindlichen Objekts (nicht gezeigt) erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch die Eingangsblende in das Fotoobjektiv 70 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R78, R77, R76, R75, R74, R73, R72 und R71 durch einen Aperturstop AS7 (für F# = 4) auf die Bildebene RET7. Zur Fokussierung ist die Bildebene RET7 verschiebbar ausgeführt und kann zum Verändern der Fokussier-Position ihre Position verändern, d. h. ihren z-Abstand zu ihrer in Fig. 7a gezeigten ersten Fokussier-Position, wobei die Bildebene RET7 in der ersten Fokussier- Position die x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt (mit x-Achse aus der Zeichenebene zeigend) und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. Durch Verschieben der Bildebene RET7 können andere Fokussier-Positionen eingestellt werden, in denen der Abstand des Elements R71 bezüglich der Bildebene RET7 vergrößert ist. In Figur 7b wird hierzu eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv in einer zweiten Fokussier-Position gezeigt, in der die Bildebene RET7 verschoben und der Abstand des Elements R71 bezüglich der Bildebene RET7 vergrößert ist. Wenn auf eine Innenfokussierung verzichtet wird, reicht es prinzipiell aus, wenn lediglich eines der reflektiven Elemente gegenüber der Bildebene RET7 verschiebbar angeordnet ist. In Fig. 7b wird gezeigt, dass alle reflektiven Elemente gegenüber der Bildebene RET7 verschoben werden, was prinzipiell dem Verschieben der Bildebene RET7 selbst (und eines an der Bildebene angeordneten Bildsensors) entspricht.
Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in den Figuren 7a und 7b gezeigten sechsten Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 71 bis 78 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET7 in der in Fig. 7a gezeigten ersten Fokussier-Position aus und beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom Objekt zur Bildebene RET7.
Die Tabelle 71 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 70 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 72a und 72b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figur 7a zur Bildeebene RET7 geht. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind auch hier definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-2/cos(AOI)/Radius_y. Dabei bezeichnet AOI einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen. Die Tabellen 73a, 73b und 73c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R61 bis R68 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0.
Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei wieder auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 74a und 74b geben die Beträge an, um die die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R71 bis R78, die Blende B71 und der Aperturstop AS7 ausgehend von der Bildebene RET7 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden.
Dies entspricht einer Parallelverschiebung und einer Verkippung beim Freiformflächen-Designverfahren. Verschoben wird dabei in y- und in z- Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z- Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, dann verkippt.
Die Tabelle 75 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R71 bis R78 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 76 gibt für die Blenden B71 und AS7 den jeweiligen Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 70 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der Bildebene RET7 von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Figur 7a zeigt für das sechste Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position. Figur 7b zeigt für das sechste Ausführungsbeispiel eine zweite Fokussier-Position. Die Tabelle 77 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die Bildebene RET7 ausgehend von der Bildebene RET7 in der in Figur 7a gezeigten ersten Fokussier-Position als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. der z-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET7 in der ersten Fokussier-Position unendlich (inf). Diese Fokussier- Position wird in Fig.7a gezeigt. Die Objektlage in der in Fig. 7b gezeigten zweiten Fokussier-Position entspricht dabei der kleinsten möglichen Objektlage (MOD). In der Tabelle 77 ist für die in den Figuren 7a und 7b gezeigten Fokussier-Positionen und für eine weitere Fokussier-Positionen die Dezentrierung in y-Richtung (DCY) und die Verschiebung in z-Richtung (DCZ) angegeben, bei der die Objektlage zwischen den beiden gezeigten Objektlagen liegt.
In der Tabelle 78 sind zudem für die Bildebene RET7, den Aperturstop AS7, die Blende B1 und die reflektiven bildformenden optischen Elemente R71 bis R78 Brechzahlen angegeben.
Ausführunqsbeispiel Fiquren 7a und 7b
F-Zahl 4
Brennweite inf 31 mm
Bildqroesse x 4.8 mm
Bildqroesse v 3.2 mm
Tabelle 71
Oberfläche Radius xfmml Power x[1/mml
R71 -6.9746046 0.2032338
R72 4.4175679 -0.3530851
R73 -7.5596304 0.1978105
R74 -8.7552937 0.0998132
R75 -3.8578424 0.4710676
R76 -12.8792425 0.1457253
R77 4.8602090 -0.3096908
R78 -18.7310925 0.0978681
Tabelle 72a
Oberfläche Radius vfmml Power nP/mml Betriebsmodus
R71 -6.9877841 0.4038359 REFL
R72 71.6096800 -0.0358118 REFL
R73 -14.2176940 0.1881399 REFL
R74 1279.6283778 -0.0035770 REFL
R75 -14.5295536 0.1514886 REFL
R76 -13.5278804 0.1575452 REFL
R77 10.6400304 -0.2497663 REFL
R78 -22.6880372 0.0961742 REFL
Tabelle 72b Koeffizient R71 R72 R73
KY 6.23007040 -1287.12711000 0.26990106
KX 5.58938702 0.56898697 0.06840598
RX -6.97460463 4.41756789 -7.55963038
C 7 -0.00114268078 -0.0146236851 -0.00266372721
C9 0.00993836792 -0.00607609532 -0.00100662367
C10 0.000354313378 -0.0102712492 0.000107914824
C12 0.00890400349 0.0126336894 -0.00017571642
C14 -0.00401868556 -0.000664019434 4.32964871 e-06
C16 -0.000754057532 0.00127619701 -2.28030987e-05
C18 -0.00120676647 0.00126601176 -2.95353175e-05
C20 -0.00261292427 -0.000250207803 -1.01530193e-05
C21 0.00162971028 0.000603866151 4.35345325e-06
C23 -0.00115568273 0.000486128685 -6.79294514e-06
C25 0.00223561843 -0.00138103927 1 04003897e-07
C27 0.00234529339 9.32375069e-05 -3.24826088e-06
C28 3.44553761 e-07 1.59081766e-07 1.95829093e-10
C29 6.30005554e-06 -5.64457236e-06 1.51877625e-08
C30 -4.0718024e-05 5.61535141 e-06 -7.62506414e-08
C31 -2.28997204e-05 -6.34726548e-06 2.60519198e-07
C32 0.000161603056 -0.000367316687 -1.11310834e-06
C33 6.05602564e-05 -9.20803352e-05 -4.26142481e-06
C34 -0.000270873259 0.000511190452 -1 49455309e-06
C35 -0.000266079298 0.000395025752 3.42893054e-07
C36 6.17655209e-06 -1.36884361 e-07 1.14626927e-09
C37 -5.62653843e-06 3.10638872e-06 -4.42517253e-09
C38 -3.37747853e-06 -9.28667282e-07 -6.69752467e-09
C39 5.68264345e-05 -2.16861197e-05 6.60820077e-08
C40 -0.000115669153 -3.98070307e-06 -6.29855531 e-07
C41 1 83402245e-05 0.000155910348 -2.35928843e-07
C42 0.000525081423 6.06745638e-05 -5.36943546e-07
C43 0.000130806014 -0.000281951025 -5.51452234e-07
C44 2.77547679e-05 -0.000184232689 5.6538499e-07
Tabelle 73a
Koeffizient R74 R75 R76
KY -6767.39484000 0.00000000 0.00000000
KX 0.17799018 0.00000000 0.00000000
RX -8.75529375 -3.85784239 -12.87924249
C 7 0.00642590647 -5.57974331 e-05 -0.000695351248
C9 -8.18730972e-05 -0.00391343845 -0.000969638672
C10 -0.000338194042 0.0105213235 -0.000596023534
C12 -0.000680138668 0.00412752339 -0.00198866507
C14 -2.15526465e-05 0.00166094428 0.0021217166
C16 0.0002408735 -0.00258911124 0.000147000941
C18 6.867123e-05 -0.000341713851 0.000932641511
C20 -2.45823468e-05 -0.000397889108 -0.00101299415
C21 4.49868075e-07 -0.000823157798 0.000385425529
C23 -2.7632593e-05 9.15454783e-05 -0.000255962137
C25 -9.35110875e-06 0.000944641815 0.000186997641
C27 6.74644325e-06 3.14507822e-06 -6.8863633e-05
C28 -1 5623323e-08 -9.43926868e-07 -5.72290447e-06
C29 -2.09930667e-07 8.3301241 e-06 4.03557539e-06 Koeffizient R74 R75 R76
C30 7.4221 1956e-08 5.04032014e-05 1 09380422e-05
C31 1 30760689e-06 -0.000190442515 2.36684957e-05
C32 -6.436017e-07 8.5612096e-05 -2.64084719e-05
C33 -5.23487694e-06 7.880665e-05 -2.58602698e-05
C34 -4.33442875e-06 1 .17664143e-05 -8.92268339e-06
C35 -5.93386233e-07 -4.1 1291959e-05 -2.17221671 e-05
C36 3.13233981 e-08 -3.35867707e-07 1 63494425e-07
C37 4.17925602e-08 7.19242171 e-07 2.93176793e-06
C38 -1 .57719883e-08 -6.01386078e-05 5.20818014e-06
C39 -6.47695142e-07 4.02122205e-05 1 .47781987e-05
C40 1 59239489e-07 -0.0001 10083472 -1 .97851631 e-05
C41 1 .09064961 e-06 6.92441093e-05 -2.7425549e-05
C42 6.86180232e-07 -0.000255049232 3.51850009e-05
C43 -5.94833531 e-08 -1 .5963991 1 e-05 9.75341068e-06
C44 -2.74907348e-08 6.14931643e-05 -4.323658e-06
Tabelle 73b
Koeffizient R77 R78
KY 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000
RX 4.86020902 -18.73109248
C 7 -0.01 16838524 -0.000496161986
C9 -0.00165078632 -0.00018167768
C10 -0.000304696898 4.4846348e-06
C12 0.000855919536 1 .48175658e-05
C14 -0.000371407955 1 82040735e-05
C16 -0.000136437165 4.97404207e-07
C18 0.000160527487 1 .22351653e-06
C20 -0.000324005265 -1 .9818401 1 e-06
C21 -0.000703931 198 1 .70033169e-06
C23 0.000901 142906 1 .7761334e-06
C25 0.00103920623 -1 .59192005e-07
C27 0.000196460659 -5.04520837e-07
C28 -3.82601563e-05 0
C29 0.000560304913 0
C30 -0.000150932342 0
C31 0.000269906301 0
C32 0.000358171737 0
C33 -0.000204217489 0
C34 -6.97719025e-05 0
C35 5.22087765e-05 0
C36 0.000720060935 -1 .39152477e-07
C37 -0.00025620698 0
C38 -0.00229342633 -2.77498908e-07
C39 3.31800676e-05 0
C40 -0.00151665926 -1 .15668606e-07
C41 -0.000104797486 0
C42 -3.46612306e-05 -8.23350459e-08
C43 -2.80908045e-05 0
C44 -1 .88910369e-05 -6.7376337e-10
C45 0 8.16851946e-1 1
C46 0 2.06432657e-09
C47 0 1 85530984e-09
C48 0 -5.56232109e-09
C49 0 -2.87251891 e-09 Koeffizient R77 R78
Figure imgf000040_0001
Tabelle 73c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET7 0.00000000 0.00000000 0.00000000
AS7 0.00000000 0.00000000 3.44365187
R71 0.00000000 0.00000000 6.12363595
R72 0.00000000 5.14159965 6.09989026
R73 -0.00000000 4.11930938 1.58764439
R74 0.00000000 12.10271043 0.75073826
R75 0.00000000 17.42270612 6.22790680
R76 0.00000000 17.96656200 0.24550220
R77 0.00000000 22.38623511 6.50353052
R78 0.00000000 28.02490100 1.27105748
B71 0.00000000 28.02445341 6.96169226
Tabelle 74a
Oberfläche TLAideql TLBfdeql TLCideql
RET7 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
AS7 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
R71 44.86769507 0.00000000 -0.00000000
R72 -51.51499462 0.00000000 -0.00000000
R73 125.62505895 -0.00000000 0.00000000
R74 199.92474261 0.00000000 0.00000000
R75 -19.48578723 0.00000000 0.00000000
R76 164.98157530 0.00000000 0.00000000
R77 5.95426805 0.00000000 0.00000000
R78 203.57216481 0.00000000 0.00000000
B71 0.00450652 0.00000000 0.00000000
Tabelle 74b
Oberfläche AOlideql Reflektivität
R71 44.86769507 1.00000000
R72 38.74961523 1.00000000
R73 41.60956167 1.00000000
R74 64.09075467 1.00000000
R75 24.68022483 1.00000000
R76 20.21286230 1.00000000
R77 41.18555505 1.00000000
R78 23.56765829 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000 Tabelle 75
Oberfläche Radiusimml
AS7 0.4190
B71 3.81
Tabelle 76
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
RET7 inf 0 0
RET7 1003 0 -1 .215
RET7 MOD 606 0 -2.4437
Tabelle 77
Oberfläche BRZ(0>48Onm BRZ(0>546nm BRZ(0>643nm
RET7 1.00 1.00 1.00
AS7 1 .600 1 .590 1 .581
R71 1 .600 1 .590 1 .581
R72 1 .600 1 .590 1 .581
R73 1 .600 1 .590 1 .581
R74 1 .600 1 .590 1 .581
R75 1 .600 1 .590 1 .581
R76 1 .600 1 .590 1 .581
R77 1 .600 1 .590 1 .581
R78 1 .600 1 .590 1 .581
B71 1.00 1.00 1.00
Tabelle 78 Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R71 bis R78, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. Die Elemente R71 bis R78 sind so angeordnet, dass eine Ebene diese in Elemente links der Ebene und Elemente rechts der Ebene trennt. Mindestens zwei aufeinanderfolgende bildformende optische Elemente weisen einen Faltwinkel der optischen Achse von mehr als 35 Grad auf und sind gleichsinnig gedreht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies z. B. die Elemente R71 und R72 bzw. R74 und R75.
In dem in den Figuren 7a und 7b gezeigten sechsten Ausführungsbeispiel weist z. B. der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R77, eine negative Brechkraft auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder. Die Zwischenbilder sind stark astigmatisch, können daher bei Betrachtung eines x- und eines y-Schnitts an getrennten Positionen liegen. Bei Lichteintritt in und -austritt aus dem Glaskörper liegt keine Brechkraft an der Blende B71 vor. Dem Fotoobjektiv 70 gemäß dem in den Figuren 7a und 7b gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 10,7 mm x 33,5 mm x 7,0 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen. Das Fotoobjektiv 70 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht flach und kompakt realisiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 70 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 70 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 60 mm2 ausleuchtet. Und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 70 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 30 mm2 ausleuchtet und dort jeweils ein ausreichend lichtstarkes Abbild des aufgenommenen Objekts erzeugt. Somit eignet sich auch das Fotoobjektiv 70 für den Einbau in ein kompaktes Bildaufnahmegerät oder ein anderes elektronisches Gerät, das ein solch kompaktes Bildaufnahmegerät umfasst, das einen ähnlich dimensionierten Bildsensor verwendet. Dies kann beispielsweise ein Smartphone (wobei der Begriff Smartphone hier stellvertretend für ein Mobiltelefon mit einer Kamerafunktion, aber auch für ein Tablet oder anderes Gerät ähnlicher Baugröße mit einer Kamerafunktion verwendet wird), eine Rückfahrtkamera oder andere Bordkamera eines Fahrzeugs, eine Kamera oder ein Kameraaufsatz (Adapter) mit mehrehren Fotoobjektiven, aber beispielsweise auch eine Kamera an Bord einer Drohne oder eines anderen leichten Flugobjekts sein oder eine Kamera eines Überwachungssystems oder (ein Teil eines) 360° Kamerasystems.
Trotz dieser Größe lässt sich dennoch in der gezeigten Bauweise eine große Öffnung realisieren (F-Zahl F4). Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt der Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 31/7 = 4,4. Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Telefaktor von mehr als 3, vorzugsweise mehr als 3,5 auf. Es ist also eine kurze Baulänge in Richtung des einfallenden Lichts bei dennoch paralleler Objekt- und Bildebene möglich. Das gezeigte Fotoobjektiv 70 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine bzw. nur sehr geringe chromatische Fehler auftreten. Das Fotoobjektiv 70 eignet sich als Fotoobjektiv beispielsweise für Smartphones und andere kompakte Bildaufnahmegeräte, es weist keine Obskuration auf und ist mit Außenfokussierung fokussierbar. Der Aperturstop AS6 (für F#=4) kann frei zugänglich ausgeführt sein. Zudem kann das Fotoobjektiv 70 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt. In der vorgestellten Bauweise ist das Fotoobjektiv 70 aus einem Stück fertigbar.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines siebenten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf) von 30 mm. Das Fotoobjektiv 80 in Fig. 8 umfasst reflektive bildformende optische Elemente R81 bis R88, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET8, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, ein Bild eines in einer jenseits einer Eingangsblende, d. h. einer zweiten Blende B82, gelegenen Objektebene befindlichen Objekts (nicht gezeigt) erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch die Eingangsblende in das Fotoobjektiv 80 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R88, R87, R86, R85, R84, R83, R82 und R81 durch eine erste Blende B81 und einen Aperturstop AS8 (für F# = 4) auf die Bildebene RET8. Zur Fokussierung ist die Bildebene RET8 verschiebbar ausgeführt und kann zum Verändern der Fokussier-Position ihre Position verändern, d. h. ihren z-Abstand zu ihrer in Fig. 8 gezeigten ersten Fokussier-Position, wobei die Bildebene RET8 in der ersten Fokussier-Position die x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt (mit x-Achse aus der Zeichenebene zeigend) und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. Durch Verschieben der Bildebene RET8 können andere Fokussier- Positionen eingestellt werden, in der der Abstand des Elements R81 bezüglich der Bildebene RET8 vergrößert ist.
Wenn auf eine Innenfokussierung verzichtet wird, reicht es prinzipiell aus, wenn lediglich eines der reflektiven Elemente gegenüber der Bildebene RET8 verschiebbar angeordnet ist. Es können auch alle reflektiven Elemente gegenüber der Bildebene RET8 verschoben werden, was prinzipiell dem Verschieben der Bildebene RET8 selbst (und eines an der Bildebene angeordneten Bildsensors) entspricht. Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in der Figur 8 gezeigten siebenten Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 81 bis 88 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET8 in der in Fig. 8 gezeigten ersten Fokussier-Position aus und beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom Objekt zur Bildebene RET8.
Die Tabelle 81 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 80 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 82a und 82b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figur 8a zur Bildeebene RET8 geht. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind auch hier definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-2/cos(AOI)/Radius_y. Dabei bezeichnet AOI einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen.
Die Tabellen 83a, 83b und 83c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R81 bis R88 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0. Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei wieder auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 84a und 84b geben die Beträge an, um die die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R81 bis R88, die Blenden B81 und B82 und der Aperturstop AS8 ausgehend von der Bildebene RET8 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden.
Dies entspricht einer Parallelverschiebung und einer Verkippung beim Freiformflächen-Designverfahren. Verschoben wird dabei in y- und in z- Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z- Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, dann verkippt.
Die Tabelle 85 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R81 bis R88 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 86 gibt für die Blenden B81 , B82 und AS8 den Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 80 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der Bildebene RET8 von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Figur 8 zeigt für das siebente Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position. Die Tabelle 87 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die Bildebene RET8 ausgehend von der Bildebene RET8 in der in Figur 8 gezeigten ersten Fokussier-Position als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. der z-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET8, in der ersten Fokussier-Position unendlich (inf). Diese Fokussier-Position wird in Fig.8 gezeigt. Die anderen in der Tabelle 87 angegebenen Objektlagen entsprechen der kleinsten möglichen Objektlage (MOD) und einer Objektlage zwischen den beiden extremen Objektlagen (inf und MOD).
In der Tabelle 88 sind zudem für die Bildebene RET8, den Aperturstop AS8, die Blenden B81 und B82 und die reflektiven bildformenden optischen Elemente R81 bis R88 Brechzahlen angegeben.
Ausführunqsbeispiel Fiqur 8
F-Zahl 4
Brennweite inf 30mm
Bildqroesse x 4.8 mm
Bildqroesse v 3.2 mm
Tabelle 81
Oberfläche Radius xfmml Power xfl/mml
R81 -5.1640776 0.3733666
R82 1.7617799 -0.9945806
R83 -8.1338763 0.2296504
R84 -31.5985772 0.0579916
R85 -6.8778166 0.2762938
R86 -12.4592837 0.1509013
R87 5.0322864 -0.2960116
R88 -24.1691309 0.0755968
Tabelle 82a
Oberfläche Radius vfmml Power nP/mml Betriebsmodus
R81 -5.1406449 0.4035657 REFL
R82 77.5045042 -0.0294538 REFL
R83 -11.1753108 0.1916177 REFL
R84 -26.3138065 0.0829553 REFL
R85 49.0230051 -0.0429377 REFL
R86 -13.8062942 0.1540980 REFL
R87 11.9531099 -0.2246493 REFL
R88 -32.6357630 0.0670814 REFL
Tabelle 82b
Koeffizient R81 R82 R83
KY -0.93676282 0.00000000 1.04896223
KX 0.36308925 0.00000000 -0.01869428
RX -5.16407755 1.76177989 -8.13387635
C 7 0.00204799032 0.0639418211 0.00100440766
C9 0.00163970689 0.011089349 0.00181379841
C10 0.00130752528 0.059658595 -0.000217556159
C12 0.00405348832 -0.00740393706 0.000172339697
C14 0.00141698132 -0.00217446115 -0.000139055238
C16 -0.000398196467 0.0343002551 -4.04144813e-06
C18 -0.000341095832 -0.0282005544 2.48102303e-05
C20 -0.00059544018 -0.0106890715 0.000128549157
C21 0.00148553951 -0.0801563265 1.64296671 e-06 Koeffizient R81 R82 R83
C23 0.000531641332 0.00816196939 -4.62861268e-06
C25 -0.000405592813 -0.0289844563 2.28424441 e-06
C27 4.46403837e-05 -0.00925055872 8.30254184e-05
C28 0.00118653287 -0.0155895912 -4.67597508e-08
C29 0.000140885163 -0.0498736759 4.37552509e-07
C30 0.000875400662 -0.0107361902 -9.69894312e-08
C31 -3.71661104e-05 0.0436361669 8.14510808e-07
C32 -3.19189146e-05 -0.0023325189 4.14714446e-07
C33 -3.2184772e-05 -0.0120088147 -5.09882967e-07
C34 -6.68848778e-06 -0.000471485742 2.9113821 e-06
C35 8.80803433e-05 -0.000690886789 -3.28603491 e-05
C36 0.000271767954 -0.0276464526 -8.06087623e-08
C37 4.82163221 e-05 -0.0124061725 -4.19376847e-09
C38 0.000280170617 0.0361766001 3.45612359e-08
C39 -1.51176426e-05 -0.00409812168 9.27794754e-08
C40 5.05696138e-05 0.0257649402 -2.2020735e-07
C41 -4.69777076e-05 -0.00185616825 -4.9677497e-07
C42 1 73205903e-05 0.000133852299 1.19457052e-06
C43 7.52826277e-06 -0.000641062204 1 08987555e-07
C44 -5.1258115e-05 -0.00184430619 -3.26815663e-06
Tabelle 83a
Koeffizient R84 R85 R86
KY -14.94921240 -325.95983500 0.73220336
KX -21.54941680 16.01420040 -0.18298626
RX -31.59857722 -6.87781659 -12.45928368
C 7 0.00217663752 -0.0108827665 -0.00112186431
C9 0.00118014582 -0.00557728308 -0.000151615248
C10 0.00228056206 0.0106064024 -0.000201465734
C12 -0.000301246095 0.00107072891 -0.000424466824
C14 -0.000258309929 0.000787138511 4.33409025e-05
C16 -3.69803279e-05 0.00209558526 8.673152e-05
C18 5.99157226e-05 0.000884715467 -6.24719453e-05
C20 0.00067185097 0.000106803041 -4.91521817e-05
C21 7.05246827e-05 -0.00631768905 -5.14363011 e-05
C23 1.21745566e-05 -0.00387184884 9.89866766e-05
C25 -5.08294673e-05 0.0015332638 3.98078001 e-05
C27 4.66560291 e-05 -1.03110726e-05 -1.22180705e-06
C28 1 46387742e-05 0.0126279486 4.52340061 e-05
C29 -4.67323542e-06 -0.000396130652 1.13633426e-05
C30 2.68331835e-06 0.00141791167 -4.99063916e-06
C31 7.42636095e-06 -0.0028672226 4.75891904e-06
C32 4.24861639e-06 -0.00217999164 1 95739206e-06
C33 -9.09183798e-06 0.000225863098 1 82494424e-06
C34 -1 2322027e-05 0.00040995158 -1.4214651 e-06
C35 -0.000129152861 0.00107297236 5.6385488e-06
C36 -6.81365115e-06 -0.00500631268 5.23429366e-06
C37 -1 62698502e-06 0.000158050187 -6.17314733e-06
C38 -3.51502225e-06 -0.00120009684 -2.36341979e-05
C39 5.05575915e-06 0.00141276747 -1.1051088e-06
C40 -4.00182019e-06 0.00108629839 -1.08382131 e-05
C41 -2.7485959e-06 0.00115296027 8.91344105e-07
C42 6.79407058e-06 -0.00096349135 -1 73323385e-06
C43 1.97421775e-06 -0.000225134162 -1 79000368e-07
C44 8.10498129e-06 -0.000434790541 7.71227389e-07 Tabelle 83b
Koeffizient R87 R88
KY 3.28317949 3.35996017
KX -0.00808911 6.96708110
RX 5.03228643 -24.16913091
C 7 -0.00577158322 -1 82529755e-05
C9 0.00319140412 0.000106821668
C10 -0.00996439607 0.000116036392
C12 0.00165672581 1.79876132e-05
C14 0.00104432225 -1.44051693e-05
C16 0.00105456267 -4.56923584e-06
C18 -0.000425488195 -7.41562112e-06
C20 6.59257057e-05 -2.30404071 e-06
C21 0.00176099082 -7.87256018e-07
C23 -0.000247970056 -2.76372465e-06
C25 -0.000292152359 2.0881564e-07
C27 -0.000169940254 -6.02558162e-07
C28 4.00739702e-07 0
C29 -7.15935197e-05 0
C30 8.17738424e-05 0
C31 -5.00874082e-05 0
C32 -1 9528394e-05 0
C33 -3.48371913e-05 0
C34 2.64364115e-05 0
C35 -1.39858271 e-05 0
C36 -0.000242001719 3.53057152e-08
C37 -5.00450811 e-05 0
C38 5.09826064e-05 1 8723949e-07
C39 -5.06846834e-05 0
C40 0.000105421326 1 64327885e-07
C41 2.17177382e-05 0
C42 3.25304361 e-05 6.89254705e-08
C43 3.05272513e-06 0
C44 3.36623637e-05 1.1771917e-08
Tabelle 83c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET8 0.00000000 0.00000000 0.00000000
AS8 0.00000000 0.00000000 3.62297005
B81 0.00000000 0.00000000 4.62297005
R81 0.00000000 0.00000000 7.38934302
R82 0.00000000 3.34865432 1.77658012
R83 0.00000000 5.71142238 6.44911690
R84 0.00000000 7.41036233 0.13043354
R85 0.00000000 11.65948183 6.88057956
R86 0.00000000 12.12731034 0.42543929
R87 0.00000000 16.74264289 6.84097756
R88 0.00000000 22.88490343 1.30729026
B82 0.00000000 22.88643512 7.60729008
Tabelle 84a
Oberfläche TLAfdeql TLBfdeql TLCfdeql
RET8 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000 Oberfläche TLAideql TLBideql TLCideql
AS8 0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B81 0.00000000 0.00000000 -0.00000000
R81 15.41045214 0.00000000 -0.00000000
R82 181.99824350 -0.00000000 -0.00000000
R83 -5.88745186 0.00000000 0.00000000
R84 171.42984546 0.00000000 0.00000000
R85 -14.02231374 0.00000000 0.00000000
R86 164.20699419 0.00000000 0.00000000
R87 6.12623068 0.00000000 0.00000000
R88 203.98486900 0.00000000 0.00000000
B82 -0.01393014 0.00000000 0.00000000
Tabelle 84b
Oberfläche AOlideql Reflektivität
R81 15.41045215 1.00000000
R82 28.82266080 1.00000000
R83 20.93696543 1.00000000
R84 23.61966811 1.00000000
R85 18.16750890 1.00000000
R86 19.93820098 1.00000000
R87 41.85743747 1.00000000
R88 23.99879914 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000
Tabelle 85
Oberfläche Radiusimml
AS8 0.4407
B81 0.7
B82 3.529
Tabelle 86
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
RET8 inf 0 0
RET8 944 0 -1.134
RET8 MOD 569 0 -2.2868
Tabelle 87
Oberfläche BRZ(0>48Onm BRZ(0>546nm BRZ(0>643nm
RET8 1.00 1.00 1.00
AS8 1.00 1.00 1.00
B81 1.600 1.590 1.581
R81 1.600 1.590 1.581
R82 1.600 1.590 1.581
R83 1.600 1.590 1.581
R84 1.600 1.590 1.581
R85 1.600 1.590 1.581
R86 1.600 1.590 1.581
R87 1.600 1.590 1.581
R88 1.600 1.590 1.581
B82 1.00 1.00 1.00
Tabelle 88 Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R81 bis R88, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. Die Elemente R81 bis R88 sind so angeordnet, dass eine Ebene diese in Elemente links der Ebene und Elemente rechts der Ebene trennt. Mindestens zwei aufeinanderfolgende bildformenden optischen Elemente weisen einen Faltwinkel der optischen Achse von mehr als 35 Grad auf und sind gleichsinnig gedreht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies z. B. die Elemente R81 und R82 bzw. R84 und R85.
In dem in den Figur 8 gezeigten siebenten Ausführungsbeispiel weist der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R87 eine negative Brech kraft auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder. Die Zwischenbilder sind stark astigmatisch, können daher bei Betrachtung eines x- und eines y-Schnitts an getrennten Positionen liegen. Bei Lichteintritt in und -austritt aus dem Glaskörper liegt keine Brechkraft an den Blenden B81 und B82 vor.
Dem Fotoobjektiv 80 gemäß dem in der Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 9,6 mm x 28 mm x 7,7 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen. Das Fotoobjektiv 80 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht flach und kompakt realisiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird auch das Fotoobjektiv 80 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 80 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 60 mm2 ausleuchtet. Und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Fotoobjektiv 80 so dimensioniert, dass es eine maximale Sensorfläche von maximal 30 mm2 ausleuchtet und dort jeweils ein ausreichend lichtstarkes Abbild des aufgenommenen Objekts erzeugt. Somit eignet sich auch das Fotoobjektiv 80 für den Einbau in ein kompaktes Bildaufnahmegerät oder ein anderes elektronisches Gerät, das ein solch kompaktes Bildaufnahmegerät umfasst, das einen ähnlich dimensionierten Bildsensor verwendet. Dies kann beispielsweise ein Smartphone (wobei der Begriff Smartphone hier stellvertretend für ein Mobiltelefon mit einer Kamerafunktion, aber auch für ein Tablet oder anderes Gerät ähnlicher Baugröße mit einer Kamerafunktion verwendet wird), eine Rückfahrtkamera oder andere Bordkamera eines Fahrzeugs, eine Kamera oder ein Kameraaufsatz (Adapter) mit mehrehren Fotoobjektiven, aber beispielsweise auch eine Kamera an Bord einer Drohne oder eines anderen leichten Flugobjekts sein oder eine Kamera eines Überwachungssystems oder (ein Teil eines) 360° Kamerasystems.
Trotz dieser Größe lässt sich dennoch in der gezeigten Bauweise eine große Öffnung realisieren (F-Zahl F4). Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt der Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 30/7,7 = 3,9. Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Telefaktor von mehr als 3, vorzugsweise mehr als 3,5 auf. Es ist also eine kurze Baulänge in Richtung des einfallenden Lichts bei dennoch paralleler Objekt- und Bildebene möglich. Das gezeigte Fotoobjektiv 80 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine bzw. nur sehr geringe chromatische Fehler auftreten.
Das Fotoobjektiv 80 eignet sich als Fotoobjektiv beispielsweise für Smartphones und andere kompakte Bildaufnahmegeräte, es weist keine Obskuration auf und ist mit Außenfokussierung fokussierbar. Der Aperturstop AS8 (für F#=4) kann frei zugänglich ausgeführt sein. Zudem kann das Fotoobjektiv 80 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt. In der vorgestellten Bauweise ist das Fotoobjektiv 80 aus einem Stück fertigbar.
In zumindest einer Ausführungsform der allgemein und beispielhaft beschriebenen Fotoobjektive ist es vorgesehen, dass die gefaltete optische Achse eine dreidimensionale Faltung aufweist.
Figur 9a zeigt eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels für ein Fotoobjektiv mit einer dreidimensionalen Faltung der optischen Achse und einer Brennweite (inf) von 31 1 mm in einer ersten Fokussier-Position. Figur 9a zeigt das achte Ausführungsbeispiel aus einer ersten Perspektive. Figur 9b zeigt dasselbe achte Ausführungsbeispiel in derselben Fokussier-Position aus einer zweiten Perspektive und Figur 9c zeigt dasselbe achte Ausführungsbeispiel in derselben ersten Fokussier-Position aus einer dritten Perspektive. Das Fotoobjektiv 90 in den Figuren 9a, 9b und 9c umfasst reflektive bildformende optische Elemente R91 bis R98, die entlang einer dreidimensional gefalteten optischen Achse angeordnet sind und die in einer Bildebene RET9, an der sich ein Bildsensor (nicht gezeigt) befindet, ein Bild eines in einer jenseits einer Eingangsblende, d. h. dritten Blende B92, gelegenen Objektebene befindlichen Objekts (nicht gezeigt) erzeugen, von dem Lichtstrahlen durch die Eingangsblende in das Fotoobjektiv 90 einfallen. Die Lichtstrahlen treffen nach Reflektionen an den reflektiven bildformenden optischen Elementen R98, R97, R96, R95, R94, R93, R92 und R91 durch einen Aperturstop AS9 und eine erste Blende B91 auf die Bildebene RET9. Zusätzlich wird in den Figuren 9a, 9b und 9c abschnittsweise der Verlauf der dreidimensional gefalteten optischen Achse OA91 , OA92, OA93, OA94, OA95, OA96, OA97, OA98, OA99 gezeigt, wobei der jeweils vom reflektiven bildformenden optischen Element R9n zum Element R9(n+1 ) verlaufende Abschnitt OAn als durchbrochene Linie dargestellt ist. Zur Fokussierung sind die Elemente R93 und R94 verschiebbar ausgeführt und können zum Verändern der Fokussier-Position in ihrem z-Abstand zur Bildebene RET9 verändert werden, wobei die Bildebene RET9 die x-y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems aufspannt, wobei in Figur 9a die x- Achse aus der Zeichenebene zeigt, und die z-Achse den Abstand zu dieser Ebene definiert. Die Zeichenebene ist also die y-z-Ebene. Figur 9b wird das Fotoobjektiv 90 aus einer zweiten Perspektive gezeigt, wobei die Zeichenebene die x-y-Ebene ist und die z-Achse in die Zeichenebene zeigt. In Figur 9c wird das Fotoobjektiv aus einer dritten Perspektive gezeigt, wobei die Darstellung aus der ersten Ansicht in Figur 9a zumindest um einige Grad um die y-Achse und um die x-Achse gedreht wurde. In den Figuren 9a, 9b und 9c wird das Fotoobjektiv 90 in einer ersten Fokussier-Position gezeigt. Durch Verschieben der Elemente R93 und R94 können andere, hier nicht gezeigte Fokussier-Positionen eingestellt werden, in der die Abstände der Elemente R93 und R94 bezüglich der Bildebene RET9 verändert sind. Die optischen Designdaten der Reflexionsflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente des in den Figuren 9a, 9b und 9c gezeigten achten Ausführungsbeispiels können den nachfolgenden Tabellen 91 bis 97 entnommen werden. Die optischen Designdaten gehen von der Bildebene RET9 aus, beschreiben die Projektionsoptik des Fotoobjektivs also in umgekehrter Laufrichtung der Lichtstrahlen des Abbildungslichts vom Objekt zur Bildebene RET9.
Die Tabelle 91 gibt einen Überblick über Designdaten des Fotoobjektivs 90 und zeigt die F-Zahl, d. h. die Blendenzahl, die Brennweite (inf) und die Größen des Bildfeldes in x- und y-Richtung.
Die Tabellen 92a und 92b geben zu den optischen Oberflächen der reflektiven bildformenden optischen Elemente, d. h. der Spiegel, Scheitelpunktsradien (Radius_x, Radius_y) und Brech kraftwerte (Power_x, Power_y) an. Negative Radienwerte bedeuten zum einfallenden Beleuchtungslicht hin konkave Kurven im Schnitt der jeweiligen Oberfläche mit der betrachteten Ebene (xz, yz), die von einer Flächennormalen im Scheitelpunkt mit der jeweiligen Krümmungsrichtung (x, y) aufgespannt wird. Die beiden Radien Radius_x, Radius_y können explizit verschiedene Vorzeichen haben. Die Scheitelpunkte an jeder optischen Fläche sind definiert als Auftreffpunkte eines Führungsstrahls, der von einer Objektfeldmitte entlang einer Symmetrieebene x = 0, also der Zeichenebene der Figur 9a, zur Bildebene RET9 verläuft. Die Brechkräfte Power_x, Power_y an den Scheitelpunkten sind definiert als: Power_x=-2*cos(AOI)/Radius_x und Power_y=-2/cos(AOI)/Radius_y. AOI bezeichnet einen Einfallswinkel des Führungsstrahls zur Oberflächennormalen.
Die Tabellen 93a, 93b und 93c geben für die reflektiven bildformenden optischen Elemente R91 bis R98 in mm die konischen Konstanten KX und KY, den Scheitelpunktradius RX (= Radius_x) und die Freiformflächen- Koeffizienten Cn an. Koeffizienten Cn, die nicht tabelliert sind, haben jeweils den Wert 0.
Die Ermittlung der Freiformflächen-Koeffizienten Cn basiert dabei auch hier wieder auf der in der DE 10 2016 212 578 A1 beschriebenen Berechnung, vgl. insbesondere dort Absätze [0049] bis [0054]
Die Tabellen 94a und 94b geben die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R91 bis R98, die Blenden B91 und B93 und der Aperturstop AS9 ausgehend von der Bildebene RET9 als Bezugsfläche in der x-Richtung und der y-Richtung dezentriert (DCX, DCY), in der z-Richtung verschoben (DCZ) und verkippt (TLA, TLB, TLC) wurden. Dezentrieren bedeutet Verschieben. Verschoben wird dabei in x-, y- und in z- Richtung in mm und verkippt um die x-Achse, um die y-Achse und um die z- Achse. Der Verdrehwinkel ist dabei in Grad angegeben. Es wird zunächst dezentriert, dann verkippt.
Die Tabelle 95 gibt die Transmissionsdaten der reflektiven bildformenden optischen Elemente R91 bis R98 an, nämlich deren Reflektivität für den Einfallswinkel eines zentral auf das jeweilige Element treffenden Beleuchtungslichtstrahls. Die Gesamttransmission wird als Anteilsfaktor angegeben, der von einer einfallenden Intensität nach Reflexion an allen reflektiven bildformenden optischen Elementen verbleibt.
Die Tabelle 96 gibt für die Blenden B91 , B92 und AS9 den Radius der Blendenfläche an.
Das Fotoobjektiv 90 ist dazu eingerichtet, durch Verschieben der reflektiven bildformenden optischen Elemente R93 und R94 jeweils von einer ersten Fokussier-Position zu anderen, zumindest einer zweiten Fokussier-Position eine Fokussierung durchzuführen. Die Figuren 9a, 9b und 9c zeigen für das achte Ausführungsbeispiel eine erste Fokussier-Position. Die Tabelle 97 gibt für drei Fokussier-Positionen die Beträge an, um den die jeweiligen reflektiven bildformenden optischen Elemente R93 und R94 ausgehend von der Bildebene RET9 als Bezugsfläche in der y-Richtung dezentriert (DCY) und in der z-Richtung verschoben (DCZ) wurden. Dabei entspricht die Objektlage, d. h. der z-Abstand der Objektebene zur Bildebene RET9, in der ersten Fokussier-Position unendlich (inf). Diese Fokussier-Position wird in den Figuren 9a, 9b und 9c gezeigt. In der Tabelle 97 ist für diese und zwei weitere Fokussier-Positionen die Dezentrierung in y-Richtung (DCY) und die Verschiebung in z-Richtung (DCZ) angegeben, bei denen die Objektlage einmal die kleinste mögliche Objektlage (MOD) und einmal eine weitere, dazwischen liegende Objektlage ist.
Ausführunqsbeispiel Fiquren 9a, 9b, 9c
F-Zahl 4 Brennweite inf 31 1 mm
Bildqroesse x 36.0 mm
Bildqroesse v 24.0 mm
Tabelle 91
Oberfläche Radius x[mml Power x[1/mml
R91 -80.3899914 0.0242183
R92 53.9960861 -0.0319844
R93 -82.0941256 0.0226615
R94 -3093.6643998 0.0005314
R95 95.0312317 -0.0145647
R96 -87.1568067 0.0215816
R97 86.91 19628 -0.0206961
R98 -207.0952983 0.0087167
Tabelle 92a
Oberfläche Radius vimml Power nP/mml Betriebsmodus
R91 -85.2075928 0.0241 121 REFL
R92 73.1799349 -0.0316496 REFL
R93 -89.5859087 0.0240005 REFL
R94 1498.0658543 -0.0016243 REFL
R95 526.2483258 -0.0054916 REFL
R96 -1 17.3949892 0.0181 145 REFL
R97 128.2041959 -0.0173456 REFL
R98 -248.3140395 0.0089235 REFL
Figure imgf000055_0001
Koeffizient R91 R92 R93
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -80.38999144 53.99608608 -82.09412555
C6 1 .46241868e-07 -7.45547239e-06 -2.06448656e-06
C 7 -3.57142305e-06 0.000195714622 1 .65391718e-05
C8 2.42867557e-07 -2.92781 182e-05 -5.60625995e-06
C9 -3.21913421 e-06 0.000158623738 1 .21312893e-05
C10 3.91094943e-08 -3.02509395e-06 5.76963382e-09
C1 1 4.73096277e-09 1 00980495e-06 -6.48497069e-09
C12 7.88290738e-08 -9.86740951 e-07 -8.05472639e-08
C13 9.21808667e-09 -9.34891276e-07 1 .41532434e-08
C14 1 .36891583e-08 6.9100625e-06 -1 32282997e-07
C15 -6.0890012e-1 1 5.22927912e-07 -8.140549e-10
C16 -7.09597219e-10 5.35043468e-06 3.03106184e-09
C17 -3.3921 139e-10 3.56436401 e-06 -1 36043089e-09
C18 -1 .2386351 1 e-09 6.76943534e-06 7.04220838e-09
C19 -7.57990867e-10 2.95745872e-06 -9.1379023e-10
C20 -3.67151016e-10 1 4557694e-06 3.77316354e-09
C21 1 75508389e-1 1 -2.05346745e-07 4.7736771 e-12
C22 -2.65471 157e-12 1 .801 12686e-07 3.25567359e-1 1
C23 3.30424917e-1 1 1 04875278e-06 -5.51581967e-1 1
C24 -4.84632026e-12 6.46015944e-07 -2.88409908e-12
C25 3.54347183e-1 1 5.74504622e-07 -1 .1 1649341 e-10
C26 -1 32272604e-1 1 8.49098544e-08 -4.45670337e-1 1
C27 5.44145467e-1 1 -1 2427702e-07 -3.60657838e-1 1
C28 5.52295438e-14 5.69537135e-09 2.76185298e-13
C29 2.33492941 e-14 -1 94723867e-07 -9.00053806e-13
C30 1 .63968928e-13 -1 00592906e-07 -1 .91417582e-14
C31 8.82093733e-14 -4.891 13059e-07 -8.95094441 e-13 Koeffizient R91 R92 R93
C32 6.27778125e-13 -2.27785363e-07 4.10249228e-13
C33 1 .79688937e-13 -3.16547672e-07 -1 .14955012e-12
C34 1 .29912594e-12 -1 .12760445e-07 1 .05023636e-12
C35 -1 .39925232e-13 -5.85688144e-08 -3.76405947e-13
C36 -7.71 191239e-15 1 .01303516e-08 -5.19669096e-15
C37 3.09453022e-15 -7.14801981 e-09 -5.72190977e-15
C38 -1 .64891346e-14 -4.50940935e-08 -4.61684168e-14
C39 5.509891 15e-15 -3.34719267e-08 -9.09139407e-15
C40 -1 .70966142e-14 -8.31288985e-08 -2.48936138e-14
C41 5.75687742e-15 -3.35718288e-08 -8.55795609e-15
C42 -1 .3893291 1 e-14 -2.55020148e-08 1 .88084303e-14
C43 2.59983809e-14 -5.57593312e-09 9.98875834e-15
C44 -5.15555879e-14 -7.43693547e-10 -6.07579849e-15
C45 -2.09614068e-17 -3.28456549e-10 -1 .297052e-16
C46 -1 .0846764e-17 2.0985586e-09 5.18548987e-16
C47 -5.84715047e-18 4.08745233e-10 2.0104668e-16
C48 1 .8233002e-17 9.28838389e-09 1 .7775554e-15
C49 -1 .69459632e-16 4.13924409e-09 6.16915513e-16
C50 -1 .60077199e-16 9.22946026e-09 2.27218027e-15
C51 -3.44471 199e-16 4.38122652e-09 -2.67275365e-16
C52 -1 .06417597e-16 5.21395884e-09 2.63930988e-15
C53 -7.85230866e-16 1 62990643e-09 -7.92029922e-16
C54 6.44012182e-17 7.20480363e-10 5.8630729e-16
C55 2.69312599e-18 -1 .47827598e-10 -1 .10759397e-18
C56 -1 .39395903e-18 6.38792537e-1 1 -5.06297474e-18
C57 7.00359353e-18 5.49456182e-10 1 .33639614e-17
C58 -1 .00680685e-18 3.47773854e-10 -1 .0128413e-17
C59 7.55446127e-18 1 8757662e-09 8.53210564e-18
C60 -1 .50538841 e-18 1 .01709725e-09 -3.84195651 e-18
C61 1 .06705415e-17 1 .39317334e-09 -3.88194217e-17
C62 -5.81353785e-18 5.55450161 e-10 1 .06806442e-17
C63 2.18324456e-18 4.9634858e-10 -5.05105463e-17
C64 -1 .76362718e-17 1 .3103245e-10 9.50315774e-18
C65 2.0936355e-17 4.38692477e-1 1 -6.07961229e-18
Tabelle 93a
Koeffizient R94 R95 R96
KY 0.00000000 0.00000000 0.00000000 kc 0.00000000 0.00000000 0.00000000
RX -3093.66440000 95.03123168 -87.15680670
C3 0 0.00209775872 0.001 14776513
C4 0 0.0054868807 0.00208582632
C5 0 0.000145460452 0.00128878766
C6 1 .7718573e-07 -7.00908541 e-05 7.89234472e-06
C 7 -2.23942752e-05 -6.72212379e-05 1 .30051 168e-06
C8 4.85141 1 1 e-06 -6.60805331 e-06 -9.55641047e-06
C9 -9.02180581 e-06 7.30951527e-07 6.01 184277e-06
C10 3.97236447e-07 5.15630258e-07 6.72496413e-08
C1 1 -2.66480603e-07 7.05572468e-07 2.72972304e-08
C12 4.99652135e-07 8.70868458e-08 1 .361 12601 e-07
C13 -1 .59251696e-07 -1 82979096e-07 6.63502419e-08
C14 3.28426071 e-07 1 94573393e-07 5.451 18943e-08
C15 1 .50065821 e-09 -2.69913189e-08 7.55812653e-10
C16 9.06742646e-10 -6.67340937e-08 -8.75180874e-10
C17 -1 .52172478e-09 -3.6501 125e-08 -2.37648082e-09
C18 9.00680659e-09 -3.60500249e-08 -1 87245996e-09 Koeffizient R94 R95 R96
C19 8.48266404e-10 -3.69356405e-08 -3.22407104e-09
C20 4.48532149e-09 -3.1 160551 e-08 -2.33614423e-09
C21 1 .61504531 e-10 -6.16287871 e-10 1 .55056361 e-1 1
C22 3.27337545e-10 9.65146222e-10 2.13472984e-1 1
C23 5.13701046e-10 -1 .26149777e-09 1 .04521959e-10
C24 2.70725063e-1 1 6.89322044e-10 2.07267278e-10
C25 4.30619894e-10 -1 .99183146e-09 3.51378669e-10
C26 -3.69019239e-10 2.6773916e-1 1 1 .17170962e-10
C27 5.41515233e-1 1 -1 52234632e-09 -2.46749096e-10
C28 -2.08454082e-12 -1 59345797e-1 1 5.3468181 e-13
C29 -8.91954945e-12 1 .01838716e-10 2.60482638e-12
C30 1 34339264e-1 1 3.52712947e-1 1 4.39300152e-12
C31 -2.41433535e-1 1 2.52786144e-10 -2.02391631 e-12
C32 1 .29172621 e-1 1 1 .61837149e-10 -1 .08631331 e-1 1
C33 -3.26096242e-1 1 2.84017679e-10 -5.95719157e-12
C34 3.26007012e-12 2.79276819e-10 4.56317026e-13
C35 -4.19966141 e-12 2.5664181 e-10 -2.29802693e-12
C36 -2.27854685e-13 2.84351094e-12 -7.1 1564297e-15
C37 -4.371861 18e-13 2.56147428e-12 -3.0549683e-15
C38 2.06712865e-14 1 .74667609e-12 3.86312554e-14
C39 -6.44533692e-13 -5.40479374e-12 -1 .09024636e-13
C40 1 .29692196e-13 -2.98175873e-12 -8.16129753e-13
C41 -5.01280074e-13 -4.80098476e-12 -1 .69259881 e-12
C42 -8.24491512e-13 4.33679082e-13 -1 .55822242e-12
C43 5.68228169e-13 -6.1888615e-12 -3.13239548e-13
C44 4.75875596e-14 -2.69463617e-12 5.6541 1 161 e-13
C45 1 .67678681 e-15 5.00235918e-15 -7.10912101 e-16
C46 8.80438969e-16 -2.03706794e-13 -3.68917009e-15
C47 -1 .28895047e-14 7.85483218e-14 -5.99689597e-15
C48 2.10503808e-14 -3.00747021 e-13 7.20092894e-15
C49 -2.66949213e-14 -1 .98800862e-13 3.99471931 e-14
C50 2.728165e-14 -7.95964526e-13 5.2661 1 145e-14
C51 -6.96042581 e-15 -3.14898988e-13 1 .78719987e-14
C52 3.4958303e-14 -6.3533591 e-13 -1 .96129045e-14
C53 -6.64681873e-15 -7.37678382e-13 -2.48334275e-15
C54 -2.38835071 e-15 -6.19484304e-13 2.40497458e-14
C55 2.001 14658e-16 -2.52306844e-15 -9.5881 1487e-18
C56 1 .19512512e-16 -7.42278551 e-15 -6.40313635e-17
C57 -8.61284018e-17 -3.21855438e-16 -1 .33209038e-16
C58 4.78340303e-16 4.24988377e-15 1 .86806782e-16
C59 -8.87841081 e-16 1 .61788552e-14 1 .49357048e-15
C60 8.6582434e-16 9.1 1834648e-15 3.18613996e-15
C61 8.50237675e-17 2.1504848e-14 3.52326868e-15
C62 7.06958166e-16 1 .38720087e-14 2.10742046e-15
C63 5.036391 19e-16
C64 1 .38607338e-16
C65 2.96320609e-16
Figure imgf000057_0001
Koeffizient R97 R98
KY 0.00000000 0.00000000
KX 0.00000000 0.00000000
RX 86.91 196277 -207.09529830
C3 0.0019067551 0.000317084649
C4 0.00808578307 0.000980765685
C5 8.43720507e-05 0.00021566341 Koeffizient R97 R98
C6 -3.40000649e-05 2.33147248e-06
C 7 -1 62455264e-06 -3.31611074e-06
C8 4.23509438e-05 -6.03131356e-07
C9 3.35605815e-05 -3.75909634e-07
C10 1.78071852e-06 2.22446297e-09
C11 3.3016148e-06 6.0009253e-09
C12 2.33492905e-06 2.02636876e-08
C13 1.28363913e-06 9.45551523e-09
C14 1 88449644e-07 2.7029606e-08
C15 8.8812706e-09 3.53443119e-12
C16 9.4752591 e-08 -6.20890096e-11
C17 1 55988495e-07 2.21414744e-11
C18 1 25704702e-07 -4.5962935e-10
C19 6.40042357e-08 -4.38086935e-11
C20 4.65594423e-09 -3.79874636e-10
C21 -4.60867146e-09 -2.34166375e-12
C22 -8.04392705e-09 6.27464147e-12
C23 -7.24451562e-09 -2.95115594e-12
C24 -1.12486429e-09 3.26524632e-12
C25 1.79705965e-10 9.3855141 e-12
C26 1.09486155e-10 -4.35518097e-12
C27 2.74744621 e-10 3.60261328e-12
C28 3.02401216e-10 8.77014534e-15
C29 -5.04536235e-11 -9.50519684e-15
C30 -5.36446269e-10 -1.45807515e-14
C31 -8.36366513e-10 -7.52340717e-14
C32 -8.01364058e-10 -1.24589682e-14
C33 -3.91505587e-10 -4.50435564e-14
C34 -1.17537394e-10 8.52246497e-14
C35 -2.50723077e-13 1.75474794e-14
C36 6.83951158e-11 1.29032894e-15
C37 1.79842268e-10 -3.3764823e-15
C38 2.63269364e-10 7.32859802e-15
C39 2.11128308e-10 -6.67858894e-15
C40 1.09174536e-10 5.39919992e-15
C41 3.6637739e-11 -2.7340064e-15
C42 8.73541164e-12 -2.99597918e-15
C43 1.54945101 e-12 2.22052134e-16
C44 -8.50033273e-13 -9.05135159e-16
C45 -2.80468685e-12 -2.02374806e-18
C46 -5.71835159e-12 2.91625723e-19
C47 -8.43448185e-12 3.31706059e-18
C48 -9.16036255e-12 1.47579657e-17
C49 -6.11025089e-12 1.32692251 e-17
C50 -2.14285283e-12 3.9600734e-17
C51 -2.72696735e-14 -1.13574555e-17
C52 6.47029761 e-14 -4.56999852e-18
C53 -3.32731577e-14 -4.26175768e-17
C54 -3.18652873e-14 -1.76652229e-17
C55 -3.41168676e-13 -2.35364898e-19
C56 -9.67502914e-13 7.24268849e-19
C57 -1.50133115e-12 -1.98035078e-18
C58 -1.32464003e-12 2.42477311 e-18
C59 -6.02862417e-13 -3.58342386e-18
C60 -3.8541262e-14 2.7215767e-18
C61 7.43042925e-14 -4.05155331 e-19
C62 1.28867502e-14 6.43642149e-19
C63 -5.92304767e-15 1.50104189e-18 Koeffizient R97 R98
C64 -2.40661025e-15 5.44731942e-19
C65 5.29959316e-16 5.98814138e-19
Tabelle 93c
Oberfläche DCX DCY DCZ
RET9 0.00000000 0.00000000 0.00000000
B91 0.00000000 0.00000000 40.00000000
AS9 0.00000000 0.00000000 54.89050119
R91 0.00000000 0.00000000 139.24765224
R92 0.00000000 34.66143122 69.61036778
R93 0.00000000 62.61895673 110.88606394
R94 -0.00000000 71.81036553 52.59519604
R95 -0.00000000 112.36093356 75.55594072
R96 -4.17968564 146.70736372 20.46085786
R97 0.42258285 158.35895549 104.86285399
R98 67.06268275 129.66331934 47.38325480
B92 67.14817912 132.09844188 127.34613912
Tabelle 94a
Oberfläche TLAideql TLBideql TLCfdeql
RET -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
B91 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
AS9 -0.00000000 0.00000000 -0.00000000
R91 13.23073920 0.00000000 0.00000000
R92 176.17513456 0.00000000 -0.00000000
R93 -12.57524342 -0.00000000 -0.00000000
R94 154.24017275 0.00000000 -0.00000000
R95 -14.33222324 2.66042430 0.00000000
R96 192.03345958 -3.60225985 2.36074378
R97 -15.50100003 -21.73128876 -1.06816217
R98 168.13549831 23.46694544 -1.82689466
B92 -1.74429848 0.06123227 1.69449495
Figure imgf000059_0001
Oberfläche AOlideql Reflektivität
R91 13.23073920 1.00000000
R92 30.28634383 1.00000000
R93 21.53596585 1.00000000
R94 34.72054969 1.00000000
R95 46.20745237 1.00000000
R96 19.86560542 1.00000000
R97 25.92443013 1.00000000
R98 25.49910439 1.00000000
Gesamttransmission 1.0000
Tabelle 95
Oberfläche Radiusrmml
B91 6.90
AS9 6.68
B92 38.00
Tabelle 96
Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
R93 inf 62.6189567 110.8860639
R94 inf 71.8103655 52.5951960
R93 3432 63.8927779 112.7666973
R94 3432 73.2520131 53.4114936 Oberfläche Objektlage[mm] DCY DCZ
R93 MOD 1736 65.4755076 115.10339456
R94 MOD 1736 75.0432680 54.4257478
Tabelle 97
Die verwendeten reflektiven bildformenden optischen Elemente R91 bis R98, d. h. die Spiegel, weisen, wie oben beschrieben, Freiformflächen auf. Es liegt keine Rotationssymmetrie vor. In dem in den Figuren 9a, 9b und 9c gezeigten achten Ausführungsbeispiel weist z. B. der siebente Spiegel, d. h. das reflektive bildformende optische Element R97, eine negative Brechkraft (vgl. Power_x, Power_y) auf und der Strahlengang enthält zwei Zwischenbilder.
Fotoobjektive, deren Bauweise der gezeigten entspricht, weisen einen Schwerpunkt auf, für den gilt, dass ein Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt geringer als ein Viertel der Brennweite des Fotoobjektivs ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt sogar geringer als ein Sechstel der Brennweite des Fotoobjektivs. Der Schwerpunkt befindet sich somit sehr nahe an der Bildebene bzw. dem Bild- bzw. Kamerasensor. Dies bietet den Vorteil eines sehr leichten Flandlings des Fotoobjektivs 90, während es mit einer Kamera verbunden ist.
Dem Fotoobjektiv 90 gemäß dem in den Figuren 9a, 9b und 9c gezeigten Ausführungsbeispiel lässt sich ein einhüllender Quader der Größe 160 mm x 207 mm x 142 mm (X x Y x Z, optischer Footprint ohne Zuschlag) zuordnen.
Das Fotoobjektiv 90 kann in kleiner Bauweise und mit geringem Gewicht realisiert werden. Bei ähnlicher Größe des einhüllenden Quaders und ähnlicher Brennweite lässt sich in der gezeigten Bauweise eine große Öffnung realisieren, beispielsweise F-Zahl F4. Bei dem gezeigten Fotoobjektiv beträgt der Telefaktor des Fotoobjektivs, d. h. das Verhältnis der Brennweite zur Baulänge des Fotoobjektivs in z-Richtung, 311/142 = 2,2. Das gezeigte Fotoobjektiv 90 bietet zudem als katoptrisches Objektiv den Vorteil, dass keine chromatischen Fehler auftreten. Ein weiterer Vorteil ist die Lage des Schwerpunkts nahe zur Bildebene. Das Fotoobjektiv 90 eignet sich als Fotoobjektiv für Kleinbildformatsensoren, es weist keine Obskuration auf, ist mit Innenfokussierung, einer Fokussierung, bei der sich die Bildebene beim Fokussieren nicht verschiebt, fokussierbar. Der Aperturstop AS9 ist frei zugänglich ausgeführt. Zudem kann das Fotoobjektiv 90 so gestaltet werden, dass keine Verzeichnung auftritt.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen zu Erläuterungszwecken detailliert beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass Abweichungen von den Ausführungsbeispielen möglich sind. Bspw. kann das katoptrische Fotoobjektiv, wie es in den Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, auch mit einigen wenigen dioptrischen Elementen kombiniert werden, so dass ein katadioptrisches Fotoobjektiv entsteht. Die Erfindung soll daher nicht ausschließlich auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.
Bezuqszeichenliste
1 Objektebene
2 Kleinbildformatsensor
3a-f Spiegel
4a-b verschiebbar und/oder drehbar gelagerter Spiegel 5a-b Blende
10 Fotokamera
1 1 Fotoobjektiv
40 Fotoobjektiv
RET4 Bildebene
B41 -B43 Blende
AS4 Aperturstop
R41 -R48 bildformendes optisches reflektives Element 50 Fotoobjektiv
RET5 Bildebene
B51 -B53 Blende
AS5 Aperturstop
R51 -R58 bildformendes optisches reflektives Element 60 Fotoobjektiv
RET6 Bildebene
B61 Blende
AS6 Aperturstop
R61 -R68 bildformendes optisches reflektives Element 70 Fotoobjektiv
RET7 Bildebene
B71 Blende
AS7 Aperturstop
R71 -R78 bildformendes optisches reflektives Element 80 Fotoobjektiv
RET8 Bildebene
B81 -B82 Blende
AS8 Aperturstop
R81 -R88 bildformendes optisches reflektives Element 90 Fotoobjektiv
RET9 Bildebene
B91 -B92 Blende
AS9 Aperturstop
R91 -R98 bildformendes optisches reflektives Element
OA91 -OA98 Abschnitt der optischen Achse

Claims

Patentansprüche
1 Fotoobjektiv (11 ), welches bildformende optische Elemente (3a-f, 4a-b) umfasst, die entlang einer gefalteten optischen Achse OA angeordnet sind, wobei der Winkel zwischen Abschnitten der optischen Ache (OA1 - OA9) vor und nach der Faltung weniger als 180 Grad beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die bildformenden optischen Elemente (3a-f, 4a-b) reflektive Elemente (3a-f, 4a-b) umfassen, von denen wenigstens eines eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist.
2 Fotoobjektiv (11 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die bildformenden optischen Elemente (3a-f, 4a-b) Freiformflächen aufweisen.
Fotoobjektiv (11 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (OA) wenigstens zweifach gefaltet ist, wobei die Winkel zwischen Abschnitten der optischen Ache (OA1 - OA9) vor und nach einer Faltung jeweils weniger als 180° betragen
4 Fotoobjektiv (11 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der reflektiven Elemente (3a-f, 4a-b) weder eine rotationssymmetrisch noch eine achsensymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist.
5 Fotoobjektiv (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ausschließlich reflektive Elemente (3a-f, 4a-b) als abbildende optische Elemente (3a-f, 4a-b) aufweist.
6 Fotoobjektiv (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der reflektiven Elemente (4a- b) verschiebbar angeordnet ist.
7. Fotoobjektiv (1 1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der reflektiven Elemente (4a-b) verschiebbar angeordnet sind.
8. Fotoobjektiv (1 1 ) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bewegen des wenigstens einen reflektiven Elements (4a-b) wenigstens ein Drehlager vorhanden ist.
9. Fotoobjektiv (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Elemente (3a-f, 4a-b) wenigstens zwei reflektive Elemente (3a-f, 4a-b) umfassen, deren reflektiven Flächen derart geformt sind, dass in zwei zueinander und zur optischen Achse (OA) senkrechten Richtungen im geformten Bild unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe vorliegen.
10. Fotoobjektiv (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Elemente (3a-f, 4a-b) wenigstens zwei reflektive Elemente (3a-f, 4a-b) umfassen, deren reflektiven
Flächen derart geformt sind, dass für zwei zueinander senkrechte Bildausdehnungsrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenbildern entsteht.
1 1 . Fotoobjektiv (1 1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der bildformenden optischen
Elemente (3a-f, 4a-b) ein Ausschnitt einer rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche ist, wobei die optische Achse (OA) der rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche das bildformende optische Element nicht durchstößt.
12. Fotoobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fotoobjektiv einen Telefaktor von mehr als 3 aufweist.
13 Fotoobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fotoobjektiv so dimensioniert ist, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm2, insbesondere von maximal 60 mm2 und vorzugsweise von maximal 30 mm2 eines Bildsensors ausleuchtet.
14. Fotoobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Schwerpunkt des Fotoobjektivs gilt, dass ein Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt geringer als ein Viertel, besonders bevorzugt geringer als ein Sechstel, einer Brennweite des Fotoobjektivs ist.
15. Fotoobjektiv nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gefaltete optische Achse eine dreidimensionale Faltung aufweist.
16. Fotokamera (10) mit einem Fotoobjektiv (11 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
17. Fotokamera nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotokamera einen Bildsensor umfasst, der eine Sensorfläche von maximal 120 mm2, insbesondere von maximal 60 mm2 und vorzugsweise von maximal 30 mm2 aufweist.
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