DE69624021T2

DE69624021T2 - Reflektierende Zoomlinse

Info

Publication number: DE69624021T2
Application number: DE69624021T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Akiyama; Keisuke Araki; Kenichi Kimura; Toshiya Kurihashi; Norihiro Nanba; Shigeo Ogura; Hiroshi Saruwatari; Makoto Sekita; Nobuhiro Takeda; Tsunefumi Tanaka; Yoshihiro Uchino; Toshikazu Yanai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-27
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: US6292309B1; DE69624021D1; EP0730179A3; EP0730179A2; EP0730179B1; US6021004A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ und eine dieses verwendende Bildaufnahmevorrichtung, genauer gesagt eine optische Anordnung, die zur Verwendung in einer Videokamera, einer Standbildvideokamera, einem Kopiergerät o. ä. geeignet ist und bei der eine Vielzahl von optischen Elementen Verwendung findet, die jeweils eine Vielzahl von reflektierenden Flächen besitzen und eine Veränderung der Brennweite (Veränderung der Vergrößerung) durchführen, indem die Relativlage zwischen mindestens zwei optischen Elementen aus der Vielzahl der optischen Elemente verändert wird.
Verschiedenartige optische Photographiesysteme, bei denen reflektierende Flächen, wie Konkavspiegelflächen und Konvexspiegelflächen, Verwendung finden, sind bislang vorgeschlagen worden. Fig. 59 ist eine schematische Ansicht eines sogenannten optischen Spiegelsystems, das aus einem Konkavspiegel und einem Konvexspiegel besteht.
In dem in Fig. 59 gezeigten optischen Spiegelsystem wird ein Objektlichtstrahl 104 von einem Objekt durch einen Konkavspiegel 101 reflektiert und bewegt sich zu einer Objektseite, während er konvergiert. Nach Reflexion durch einen Konvexspiegel 102 erzeugt der Objektlichtstrahl 104 ein Bild des Objektes auf einer Bildebene 103.
Dieses optische Spiegelsystem basiert auf der Konstruktion eines sogenannten Cassegrainian-Reflexionsteleskops und dient dazu, die Gesamtlänge des optischen Systems zu verringern, indem durch Verwendung der zwei entgegengesetzten Reflexionsspiegel der optische Weg eines Telephotoobjektivsystems, das aus Brechungslinsen besteht und eine große Gesamtlänge besitzt, gefaltet wird.
Ferner sind auf dem Gebiet der Objektivsysteme, die ebenfalls einen Teil eines Teleskops bilden, zusätzlich zum Cassgrainian-Typ diverse andere Typen bekannt, die die Gesamtlänge eines optischen Systems durch Verwendung einer Vielzahl von Reflexionsspiegeln reduzieren.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wurde bislang vorgeschlagen, ein kompaktes optisches Spiegelsystem durch effizientes Falten eines optischen Weges unter Verwendung von Reflexionsspiegeln anstelle von Linsen, die üblicherweise in einem Photoobjektiv verwendet werden, dessen Gesamtlänge groß ist, vorzusehen.
Ein solches optisches Spiegelsystem, wie das Cassegrainian- Reflexionsteleskop, hat jedoch insgesamt das Problem, daß ein Objektstrahl vom Konvexspiegel 102 blockiert wird. Dieses Problem ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß der Konvexspiegel 102 in dem Bereich angeordnet ist, durch den der Objektlichtstrahl 104 dringt.
Zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, ein optisches Spiegelsystem vorzusehen, bei dem dezentrierte Reflexionsspiegel Verwendung finden, um zu verhindern, daß ein Abschnitt des optischen Systems den Bereich blockiert, den der Objektlichtstrahl 104 durchdringt, d. h. einen Hauptstrahl 106 des Objektlichtstrahles 104 von einer optischen Achse 105 zu trennen.
Fig. 60 ist eine schematische Ansicht des in der US-PS 3 674 334 beschriebenen optischen Spiegelsystems. Dieses optische Spiegelsystem löst das vorstehend aufgezeigte Blockierungsproblem durch Trennen des Hauptstrahles eines Objektlichtstrahles von einer optischen Achse, indem ein Teil von Reflexionsspiegeln verwendet wird, die um die optische Achse rotationssymmetrisch sind.
Bei dem in Fig. 60 gezeigten optischen Spiegelsystem sind ein Konkavspiegel 111, ein Konvexspiegel 113 und ein Konkavspiegel 112 in der Reihenfolge des Durchtritts des Lichtstrahles angeordnet, wobei es sich bei diesen Spiegeln 111, 113 und 112 um reflektierende Spiegel handelt, die rotationssymmetrisch um eine optische Achse 114 angeordnet sind, wie durch die gestrichelten Linien mit zwei Punkten in Fig. 60 gezeigt. Bei dem gezeigten optischen Spiegelsystem ist ein Hauptstrahl 116 eines optischen Lichtstrahles 115 von der optischen Achse 114 getrennt, um eine Blockade des Objektlichtstrahles 115 zu verhindern, indem nur der obere Abschnitt des Konkavspiegels 111, der über der optischen Achse 114 in Fig. 60 liegt, nur der untere Abschnitt des Konvexspiegels 113, der unter der optischen Achse 114 in Fig. 60 liegt, und nur der untere Abschnitt des Konkavspiegels 112, der unter der optischen Achse 114 in Fig. 60 liegt, verwendet werden.
Fig. 61 ist eine schematische Ansicht des in der US-PS 5 063 586 beschriebenen optischen Spiegelsystems. Dieses optische Spiegelsystem löst das vorstehend erwähnte Problem durch Dezentrierung der Mittelachse eines jeden reflektierenden Spiegels gegenüber einer optischen Achse und durch Trennung des Hauptstrahles eines Objektlichtstrahles von der optischen Achse.
Wie in Fig. 61 gezeigt, in der eine Achse senkrecht zu einer Objektebene 121 als optische Achse 127 definiert ist, sind ein Konvexspiegel 122, ein Konkavspiegel 123, ein Konvexspiegel 124 und ein Konkavspiegel 125 in der Reihenfolge des Durchtritts des Lichtstrahles angeordnet, und die zentralen Koordinaten und zentralen Achsen. 122a, 123a, 124a und 125a (Achsen, die die Mittelpunkte der Reflexionsflächen und Mittelpunkte von deren Krümmung verbinden) der Reflexionsflächen der entsprechenden Spiegel 122 bis 125 sind gegenüber der optischen Achse 127 dezentriert. Bei dem gezeigten optischen Spiegelsystem wird durch geeignetes Einstellen der Größe der Dezentrierung und des Krümmungsradius einer jeden Fläche jeder Reflexionsspiegel daran gehindert, einen Objektlichtstrahl 128 zu blockieren, so daß ein Objektbild in wirksamer Weise auf einer Bildebene 126 erzeugt wird.
Ferner beschreiben die US-PS'en 4 737 021 und 4 265 510 ebenfalls eine Anordnung zum Verhindern des Blockierungsproblems durch Nutzung eines Teiles eines Reflexionsspiegels, der rotationssymmetrisch um eine optische Achse angeordnet ist, oder eine Anordnung zum Verhindern des Blockierungsproblems durch Dezentrierung der Mittelachse des Reflexionsspiegels gegenüber der optischen Achse.
Ferner ist ein optisches System mit veränderlicher Brennweite bekannt, bei dem die Bilderzeugungsvergrößerung (Brennweite) eines optischen Photographiesystems durch Relativbewegung einer Vielzahl von Reflexionsspiegeln, die einen Teil des vorstehend genannten Typs eines optischen Spiegelsystems bilden, verändert wird.
Beispielsweise beschreibt die US-PS 4 812 030 Stand der Technik zur Durchführung einer Vergrößerungsveränderung des optischen Photographiesystems durch relatives Verändern der Distanz zwischen dem Konkavspiegel 101 und dem Konvexspiegel 102 und der Distanz zwischen dem Konvexspiegel 102 und der Bildebene 103 in der in Fig. 59 gezeigten Konstruktion eines Cassegrainian-Reflexionsteleskops.
Fig. 62 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform, die in der US-PS 4 812 030 beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform trifft ein Objektlichtstrahl 138 von einem Objekt auf einen ersten Konkavspiegel 131, wird von diesem reflektiert und bewegt sich zur Objektseite als konvergierender Lichtstrahl, wobei er auf einen ersten Konvexspiegel 132 trifft. Der Lichtstrahl wird vom ersten Konvexspiegel 132 auf eine Bilderzeugungsebene reflektiert und trifft auf einen zweiten Konvexspiegel 134 als etwa paralleler Lichtstrahl. Er wird vom zweiten Konvexspiegel 134 reflektiert und trifft auf einen zweiten Konkavspiegel 135 als divergierender Lichtstrahl. Der Lichtstrahl wird vom zweiten Konkavspiegel 135 als konvergierender Lichtstrahl reflektiert und erzeugt ein Bild des Objektes auf einer Bildebene 137.
Bei dieser Anordnung wird eine Veränderung der Brennweite durch Veränderung der Distanz zwischen dem ersten Konkavspiegel 131 und dem ersten Konvexspiegel 132 und der Distanz zwischen dem zweiten Konvexspiegel 134 und dem zweiten Konkavspiegel 135 durchgeführt, so daß die Brennweite des gesamten optischen Spiegelsystems verändert wird.
Bei der in der US-PS 4 993 818 beschriebenen Anordnung wird ein vom Cassegrainian-Reflexionsteleskop gemäß Fig. 59 erzeugtes Bild von einem anderen optischen Spiegelsystem, das in einem rückwärtigen Stadium angeordnet ist, auf sekundäre Weise geformt, und die Vergrößerung des gesamten optischen Photographiesystems wird verändert, indem die Bilderzeugungsvergrößerung dieses optischen Spiegelsystems zur Sekundärbilderzeugung verändert wird.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen reflektierenden Typen von optischen Photographiesystemen ist eine große Zahl von Bestandteilen erforderlich, und die einzelnen optischen Bestandteile müssen mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden, um das erforderliche optische Verhalten zu erreichen. Insbesondere deswegen, weil die Relativlagengenauigkeit eines jeden reflektierenden Spiegels strengen Anforderungen ausgesetzt ist, ist es unverzichtbar, die Position und den Winkel eines jeden Reflexionsspiegels einzustellen.
Ein vorgeschlagener Versuch zur Lösung dieses Problems besteht darin, den Einbaufehler der optischen Komponenten, der während des Zusammenbaus auftritt, durch Ausbildung eines Spiegelsystems in der Form eines Blockes zu eliminieren.
Ein herkömmliches Beispiel, bei dem eine Vielzahl von Reflexionsflächen als ein Block ausgebildet ist, ist ein optisches Prisma, beispielsweise ein Fünfeckdachprisma und ein Porro-Prisma, die beispielsweise in einem optischen Suchersystem Verwendung finden.
Da im Falle eines solchen Prismas eine Vielzahl von Reflexionsflächen in integrierter Weise ausgebildet ist, sind die Lagebeziehungen zwischen den entsprechenden Reflexionsflächen mit hoher Genauigkeit eingestellt, so daß keine Einstellung der Relativlagen zwischen den entsprechenden Reflexionsflächen erforderlich ist. Die Hauptfunktion des Prismas besteht darin, durch Veränderung der Richtung, in der sich ein Strahl bewegt, ein Bild zu reversieren, und jede der Reflexionsflächen besteht aus einer ebenen Fläche.
Eine andere Art von optischem System, wie einem Prisma mit Reflexionsflächen mit Krümmungen, ist ebenfalls bekannt.
Fig. 63 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes des optischen Beobachtungssystems, das in der US-PS 4 775 217 beschrieben ist. Dieses optische Beobachtungssystem ist ein optisches System, das es nicht nur einem Beobachter möglich macht, eine Außenszene zu beobachten, sondern auch dem Beobachter erlaubt, ein auf einem Informationsanzeigeteil angezeigtes Displaybild in der Form eines Bildes, das die Szene überlappt, zu beobachten.
Bei diesem optischen Beobachtungssystem wird ein Displaylichtstrahl 145, der von dem Displaybild ausgeht, das auf einem Informationsanzeigeteil 141 angezeigt wird, von einer Fläche 142 reflektiert, bewegt sich zur Objektseite und trifft auf eine Halbspiegelfläche 143, die aus einer Konkavfläche besteht. Nach Reflexion durch die Halbspiegelfläche 143 wird der Displaylichtstrahl 145 durch das Brechungsvermögen der Halbspiegelfläche 143 zu einem etwa parallelen Lichtstrahl geformt. Dieser etwa parallele Lichtstrahl wird von einer Fläche 142 gebrochen, durchdringt diese und erzeugt ein vergrößertes virtuelles Bild des Displaybildes und tritt in eine Pupille 144 eines Beobachters ein, so daß der Beobachter das Displaybild erkennt.
In der Zwischenzeit ist ein Objektlichtstrahl 146 von einem Objekt auf eine Fläche 147 getroffen, die etwa parallel zur Reflexionsfläche 142 verläuft, wird dann von der Fläche 147 gebrochen und erreicht die Halbspiegelfläche 143, bei der es sich um eine konkave Fläche handelt. Da die konkave Fläche 143 mit einem verdampften halbtransparenten Film beschichtet ist, dringt ein Teil des Objektlichtstrahles 146 durch die konkave Fläche 143, wird von der Fläche 142 gebrochen und dringt durch diese und tritt in die Pupille 144 des Beobsachters ein. Somit kann der Beobachter visuell das Displaybild als ein Bild erkennen, das die Außenszene überlappt.
Fig. 64 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Teiles des optischen Beobachtungssystems, das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Hei 2-297516 beschrieben ist. Dieses optische Beobachtungssystem ist ebenfalls ein optisches System, das nicht nur einem Beobachter die Beobachtung einer Außenszene ermöglicht, sondern auch dem Beobachter erlaubt, ein auf einem Informationsanzeigeteil angezeigtes Displaybild zu beobachten, und zwar als ein Bild, das die Szene überlappt.
Bei diesem optischen Beobachtungssystem dringt ein Displaylichtstrahl 154, der von einem Informationsanzeigeteil 150 ausgeht, durch eine ebene Fläche 157, die einen Teil eines Prismas Pa bildet, und trifft auf eine parabolische Reflexionsfläche 151. Der Displaylichtstrahl 154 wird von der Reflexionsfläche 151 als konvergierender Lichtstrahl reflektiert und erzeugt ein Bild auf einer Brennpunktsebene 156. Zu dieser Zeit erreicht der von der Reflexionsfläche 151 reflektierte Displaylichtstrahl 154 die Brennpunktsebene 156, während er zwischen zwei parallelen ebenen Flächen 157 und 158, die einen Teil des Prismas Pa bilden, totalreflektiert wird. Auf diese Weise wird eine Verdünnung des gesamten optischen Systems erreicht.
Dann wird der Displaylichtstrahl 154, der als divergierender Lichtstrahl aus der Brennpunktsebene 156 austritt, zwischen der ebenen Fläche 157 und der ebenen Fläche 158 totalreflektiert und trifft auf eine Halbspiegelfläche 152, die aus einer parabolischen Fläche besteht. Der Anzeige lichtstrahl 154 wird von der Halbspiegelfläche 152 reflektiert und ist gleichzeitig nicht nur ein erzeugtes vergrößertes virtuelles Bild eines Displaybildes, sondern der Displaylichtstrahl 154 wird auch durch das Brechungsvermögen der Halbspiegelfläche 152 zu einem etwa parallelen Lichtstrahl gemacht. Der erhaltene Lichtstrahl dringt durch die Fläche 157 und in eine Pupille 153 des Beobachters, so daß der Beobachter das Displaybild erkennen kann.
In der Zwischenzeit ist ein Objektlichtstrahl 155 von außen durch eine Fläche 158b, die einen Teil eines Prismas Pb bildet, gedrungen, dann durch die Halbspiegelfläche 152, die aus einer parabolischen Fläche besteht, gedrungen, dann durch die Fläche 157 gedrungen und dann auf die Pupille 153 des Beobachters getroffen. Der Beobachter erkennt somit visuell das Anzeigebild als ein Bild, das die Außenszene überlappt.
Als weiteres Beispiel, bei dem ein optisches Element auf einer Reflexionsfläche eines Prismas Verwendung findet, sind optische Köpfe für optische Aufnahmeeinrichtungen beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Hei 5-12704 und Hei 6-139612 beschrieben. Nachdem bei diesen optischen Köpfen das von einem Halbleiterlaser abgegebene Licht von einer Fresnel-Fläche oder einer Hologrammfläche reflektiert worden ist, wird das reflektierte Licht auf eine Fläche einer Scheibe fokussiert, und das von der Scheibe reflektierte Licht wird einem Detektor zugeführt.
Bei allen diesen vorstehend beschriebenen optischen Spiegelsystemen mit dezentrierten Spiegeln, die in den US-PS'en 3 674 334, 5 063 586 und 4 265 510 beschrieben sind, ist die Montagestruktur eines jeden Reflexionsspiegels sehr kompliziert und kann die Montagegenauigkeit der Reflexions spiegel nur schwierig sichergestellt werden, da die einzelnen Reflexionsspiegel mit unterschiedlichen Dezentrierungsgraden angeordnet sind.
Da bei jedem der vorstehend beschriebenen optischen Photographiesysteme mit Vergrößerungsveränderungsfunktionen, die in den US-PS'en 4 812 030 und 4 993 818 beschrieben sind, eine große Zahl von Bestandteilen, beispielsweise ein Reflexionsspiegel oder ein Bilderzeugungsobjektiv, erforderlich ist, ist es erforderlich, jedes optische Teil mit hoher Genauigkeit zu montieren, um das erforderliche optische Verhalten zu realisieren.
Da insbesondere die relative Positionsgenauigkeit der Reflexionsspiegel hohen Anforderungen ausgesetzt ist, ist es erforderlich, die Position und den Winkel eines jeden Reflexionsspiegels einzustellen.
Wie bekannt, besitzen herkömmliche reflektierende optische Photographiesysteme Konstruktionen, die für ein sogenanntes Telephotoobjektiv unter Verwendung eines optischen Systems mit einer großen Gesamtlänge und einem kleinen Gesichtsfeldwinkel geeignet sind. Wenn jedoch ein optisches Photographiesystem erhalten werden soll, das Gesichtsfelder von einem Standardgesichtsfeld bis zu einem Weitwinkelgesichtsfeld benötigt, muß die Anzahl der Reflexionsflächen, die zur Aberrationskorrektur erforderlich sind, erhöht werden, so daß eine weit höhere Komponentengenauigkeit und Montagegenauigkeit erforderlich ist und die Kosten sowie die Gesamtgröße des optischen Systems zum Steigen neigen.
Jedes der in der US-PS 4 775 217 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Hei 2-297516 beschriebenen opitschen Beobachtungssysteme dient in erster Linie dazu, die Bewegungsrichtung eines Strahles und einen Pupillen bilderzeugungsvorgang zum wirksamen Übertragen eines Displaybildes, das auf dem Informationsanzeigeteil angezeigt wird, der von der Pupille eines Beobachters entfernt angeordnet ist, zu verändern. Keine diese Veröffentlichungen beschreibt jedoch direkt einen Stand der Technik zur Durchführung einer positiven Aberrationskorrektur durch Verwendung einer Reflexionsfläche mit einer Krümmung.
Der Anwendungsbereich der optischen Systeme für optische Aufnahmen, die beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Hei 5-12704 und Hei 6-139612 beschrieben sind, ist auf den Bereich eines optischen Detektionssystems beschränkt. Keines dieser Systeme besitzt das Bilderzeugungsverhalten, das insbesondere für eine Bildaufnahmevorrichtung benötigt wird, die einen flächigen Typ eines Bildaufnahmeelementes, beispielsweise eine CCD, verwendet.
Es ist daher ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ zu schaffen, in dem ein optisches Spiegelsystem geringer Größe verwendet werden kann und Reflexionsspiegel mit einer verringerten Anordnungsgenauigkeit (Montagegenauigkeit) angeordnet werden können, da bei dem optischen System mit veränderlicher Brennweite eine Vielzahl von optischen Elementen Verwendung findet, auf denen jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen und planen Reflexionsflächen in integrierter Weise ausgebildet ist und da das System in der Lage ist, eine Veränderung der Brennweite durch geeignetes Verändern der Relativlage zwischen mindestens zwei der Vielzahl der optischen Elemente durchzuführen. Ferner besteht das erste Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, bei der ein derartiges optisches System mit veränderlicher Brennweite vom Reflexionstyp Anwendung findet.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines optischen Systems mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ, das trotz seines reduzierten effektiven Durchmessers infolge einer Anordnung, bei der eine Blende an einer Stelle am nächsten zur Objektseite des optischen Systems angeordnet ist und ein Objektbild im optischen System mindestens einmal erzeugt wird, das ferner eine Gesamtlänge aufweist, die in einer vorgegebenen Richtung durch Biegen eines optischen Pfades im optischen System in eine gewünschte Form unter Verwendung von optischen Elementen, die jeweils eine Vielzahl von Reflexionsflächen mit geeignetem Brechungsvermögen haben, und durch Dezentrieren der Reflexionsflächen, die jedes der optischen Elemente bilden, reduziert ist, ein Weitwinkelgesichtsfeld besitzt. Ferner besteht das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, bei der ein derartiges optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ Verwendung findet.
Ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die Merkmale von Patentanspruch 1.
Eine Referenzachse, die in jedes der mindestens zwei optischen Elemente eindringt, die zum Verändern ihrer Relativlagen gebracht werden, verläuft parallel zu einer Referenzachse, die aus diesem optischen Element der mindestens zwei optischen Elemente austritt.
Die mindestens zwei optischen Elemente, die zum Verändern ihrer Relativlagen gebracht werden, bewegen sich auf einer Bewegungsebene parallel zueinander.
Die Referenzachse, die in jedes der mindestens zwei optische Elemente eindringt, die zum Verändern ihrer Relativlagen gebracht werden, hat die gleiche Richtung wie die Referenzachse, die von diesem optischen Element der mindestens zwei optischen Element austritt.
Die Referenzachse, die in eines der mindestens zwei optischen Elemente eintritt, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, hat die gleiche Richtung wie die Referenzachse, die von dem einen der mindestens zwei optischen Elemente austritt, während die Referenzachse, die in das andere der mindestens zwei optischen Elemente eintritt, eine entgegengesetzte Richtung zur Referenzachse hat, die aus dem anderen optischen Element austritt.
Die Referenzachse, die in jedes der mindestens zwei optischen Elemente eintritt, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, besitzt eine entgegengesetzte Richtung zur Referenzachse, die aus diesem optischen Element der mindestens zwei optischen Elemente austritt.
Eine Fokussierung wird durchgeführt, indem eines der mindestens zwei optischen Elemente, die zum Verändern ihrer Relativlagen gebracht werden, bewegt wird.
Eine Fokussierung wird durchgeführt, indem ein anderes optisches Element als die mindestens zwei optischen Elemente, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, bewegt wird.
In dem optischen System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ wird ein Objektbild mindestens einmal zwischenzeitlich in einem optischen Pfad erzeugt.
Jede gekrümmte Reflexionsfläche aus der Vielzahl der Re flexionsflächen hat eine Form, die nur eine Symmetrieebene besitzt.
Sämtliche Referenzachsen der mindestens zwei optischen Elemente, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, sind auf einer Ebene vorhanden.
Mindestens ein Teil der Referenzachsen eines anderen optischen Elementes als den mindestens zwei optischen Elementen, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, ist auf der einen Ebene vorhanden.
Mindestens eines der Vielzahl der optischen Elemente besitzt eine solche Reflexionsfläche, daß eine Normale auf die Reflexionsfläche am Schnittpunkt zwischen einer Referenzachse und der Reflexionsfläche relativ zu einer Bewegungsebene, auf der sich die mindestens zwei optischen Elemente bewegen, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, geneigt ist.
Die mindestens zwei optischen Elemente, die zum Verändern der Relativlagen gebracht werden, bewegen sich auf zwei Bewegungsebenen, die relativ zueinander geneigt sind. Eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das optische System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ und erzeugt ein Bild des Objektes auf einer Bildaufnahmefläche eines Bildaufnahmemediums.
Diese Ziele und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Hiervon zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Koordinatensystems für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A und 3B Ansichten zur Unterstützung der Beschreibung des Vergrößerungsveränderungsvorganges der Ausführungsform 1;
Fig. 4 eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A und 6B Ansichten zur Unterstützung der Beschreibung des Vergrößerungsveränderungsvorganges von Ausführungsform 3;
Fig. 7 eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführunsform 4 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A und 8B Ansichten zur Unterstützung der Beschreibung des Vergrößerungsveränderungsvorganges von Ausführungsform 4;
Fig. 9 einen optischen Schnitt in einer Y,Z-Ebene von Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 5 (Weitwinkelende);
Fig. 11 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 5 (Mittelposition);
Fig. 12 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 5 (Telephotoende);
Fig. 13 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 6 (Weitwinkelende);
Fig. 15 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 6 (Mittelposition);
Fig. 16 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 6 (Telephotoende);
Fig. 17 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 7 (Weitwinkelende);
Fig. 19 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 7 (Mittelposition);
Fig. 20 Diagramme lateraler Aberration von Ausfüh rungsform 7 (Telephotoende);
Fig. 21 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 8 (Weitwinkelende); .
Fig. 23 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 8 (Mittelposition);
Fig. 24 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 8 (Telephotoende);
Fig. 25 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 26 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 9 (Weitwinkelende);
Fig. 27 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 9 (Mittelposition);
Fig. 28 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 9 (Telephotoende);
Fig. 29 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 30 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 10 (Weitwinkelende);
Fig. 31 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 10 (Mittelposition);
Fig. 32 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 10 (Telephotoende);
Fig. 33 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 34 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 11 (Weitwinkelende);
Fig. 35 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 11 (Mittelposition);
Fig. 36 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 11 (Telephotoende);
Fig. 37 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 38 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 12 (Weitwinkelende);
Fig. 39 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 12 (Mittelposition);
Fig. 40 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 12 (Telephotoende);
Fig. 41 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 42 eine perspektivische Ansicht von Ausfüh rungsform 13;
Fig. 43 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 13 (Weitwinkelende);
Fig. 44 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 13 (Mittelposition);
Fig. 45 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 13 (Telephotoende);
Fig. 46 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 47 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 14 (Weitwinkelende);
Fig. 48 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 14 (Mittelposition);
Fig. 49 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 14 (Telephotoende);
Fig. 50 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 15 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 51 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 15 (Weitwinkelende);
Fig. 52 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 15 (Mittelposition);
Fig. 53 Diagramme lateraler Aberration von Ausfüh rungsform 15 (Telephotoende);
Fig. 54 einen optischen Schnitt in der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 16 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 55 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 16 (Weitwinkelende);
Fig. 56 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 16 (Mittelposition);
Fig. 57 Diagramme lateraler Aberration von Ausführungsform 16 (Telephotoende);
Fig. 58 eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems eines Dreigruppen-Objektives mit veränderlicher Brennweite, bei dem eine eintretende Referenzachse unter einem willkürlichen Winkel zur Y,Z-Ebene geneigt ist;
Fig. 59 eine Ansicht der Basiskonstruktion eines Cassegrainian-Reflexionsteleskops;
Fig. 60 eine Ansicht zur Unterstützung der Beschreibung eines ersten Verfahrens zur Verhinderung eines Blockierungsproblems durch Trennen eines Hauptstrahles von einer optischen Achse in einem optischen Spiegelsystem;
Fig. 61 eine Ansicht zur Unterstützung der Beschreibung eines zweiten Verfahrens zur Verhinderung eines Blockierungsproblems durch Trennen eines Hauptstrahles von einer optischen Achse in einem optischen Spiegelsystem;
Fig. 62 eine schematische Ansicht eines optischen Systems mit veränderlicher Brennweite, bei dem eine herkömmliche Reflexionsspiegelanordnung Verwendung findet;
Fig. 63 eine schematische Ansicht eines optischen Beobachtungssystems, bei dem eine Reflexionsfläche eines Prismas eine Krümmung besitzt;
Fig. 64 eine schematische Ansicht eines anderen optischen Beobachtungssystems, bei dem eine Reflexionsfläche eines Prismas eine Krümmung aufweist; und
Fig. 65 eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Bewegungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ri, Rm,n Fläche
Bi i-tes optisches Element
Di Distanz von Fläche zu Fläche entlang der Referenzachse
Ndi Brechungsindex
νdi Abbe'sche Zahl
Ai,j Referenzachse
BL = R1 Blende
P finale Bildebene
Ni erzeugtes Zwischenbild
Es folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Vor der detaillierten Beschreibung von einzelnen Ausführungsformen wird auf die hier verwendeten Begriffe zur Bezeichnung von diversen Bestandteilen der einzelnen Ausführungsformen und von Merkmalen, die sämtlichen Ausführungsformen gemeinsam sind, Bezug genommen.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines Koordinatensystems, das die Daten eines optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung definiert. Bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die i-te Fläche eine Fläche, die sich in der i-ten Position befindet, gezählt von der Objektseite, von der sich ein Strahl zu einer Bildebene hin bewegt (der Strahl ist in Fig. 1 durch Linien mit abwechselnd langen und kurzen Strichen dargestellt und wird hiernach als Referenzachsenstrahl bezeichnet)
In Fig. 1 ist eine erste Fläche R1 eine Blende, eine zweite Fläche R2 eine Brechungsfläche koaxial zur ersten Fläche R1, eine dritte Fläche R3 eine Reflexionsfläche, die relativ zur zweiten Fläche R2 verschwenkt ist, eine vierte Fläche R4 eine Reflexionsfläche, die relativ zur dritten Fläche R3 verschoben und verschwenkt ist, eine fünfte Fläche R5 eine Brechungsfläche, die relativ zur vierten Fläche R4 verschoben und verschwenkt ist, und eine sechste Fläche R6 eine Brechungsfläche, die relativ zur fünften Fläche R5 verschoben und verschwenkt ist. Alle Flächen von der zweiten Fläche R2 bis zur sechsten Fläche R6 sind an einem optischen Element angeordnet, das aus einem Medium, wie Glas oder Kunststoff, besteht. In Fig. 1 ist dieses optische Element als erstes optisches Element B1 gezeigt.
Daher ist bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung das Medium zwischen einer Objektebene (nicht gezeigt) und der zweiten Fläche R2 Luft, sind die zweite Fläche R2 bis zur sechsten Fläche R6 an einem bestimmten gemeinsamen Medium angeordnet, und ist das Medium zwischen der sechsten Fläche R6 und einer siebten Fläche R7 (nicht gezeigt) Luft.
Da es sich bei dem optischen System gemäß der vorliegenden Erfindung um ein dezentriertes optisches System handelt, haben die Flächen, die einen Teil des optischen Systems bilden, keine gemeinsame optische Achse. Aus diesem Grund ist bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein absolutes Koordinatensystem angegeben, dessen Ursprung der Mittelpunkt eines effektiven Strahldurchmessers an der ersten Fläche ist.
Bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Mittelpunkt des effektiven Strahldurchmessers an der ersten Fläche als Ursprung definiert, und der Weg des Strahles (Referenzachsenstrahl), der durch diesen Ursprung und den Mittelpunkt einer finalen Bilderzeugungsebene verläuft, wird als Referenzachse (oder Achsen) der optischen Achse definiert. Bei jeder der vorliegenden Ausführungsformen haben die Referenzachsen Richtungen. Diese Richtungen entsprechen den Richtungen, in denen sich der Referenzachsenstrahl bewegt, um ein Bild zu erzeugen.
Obwohl bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Referenzachsen, die eine Referenz für das optische System bilden, in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt sind, können auch Achsen, die für das optische Design, die Aberrationskorrektur oder die Wiedergabe der Form einer jeden Fläche, die einen Teil des optischen Systems bildet, zweckmäßig sind, als Referenzachsen genommen werden, die eine Referenz für das optische System bilden. Generell wird jedoch der Weg eines Strahles, der durch den Mittelpunkt einer Bildebene und durch irgendeinen Mittelpunkt des Mittelpunktes der Blende, des Mittelpunktes einer Eintrittspupille, des Mittelpunktes einer Austrittspupille, des Mittelpunktes der ersten Fläche des optischen Systems und des Mittelpunktes der finalen Fläche des optischen Systems dringt, als die Referenzachsen definiert, die eine Referenz für das optische System bilden.
Obwohl bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Strahl (Referenzachsenstrahl), der durch die erste Fläche, d. h. den Mittelpunkt des effektiven Strahldurchmessers an der Fläche der Blende, dringt und zum Mittelpunkt der Erzeugungsebene für das finale Bild führt, entlang eines Weges durch einzelne Brechungs- oder Reflexionsflächen gebrochen und reflektiert wird, wird jedoch dieser Weg als Referenzachse (Achsen) definiert. Die Reihenfolge der Fläche wird in bezug auf die Reihenfolge, mit der der Referenzachsenstrahl einer Brechung und Reflexion unterzogen wird, eingestellt.
Daher erreicht die Referenzachse schließlich den Mittelpunkt der Bildebene, während sie ihre Richtung in der Reihenfolge der Flächen gemäß dem Brechungs- oder Reflexionsgesetz ändert.
Schwenkebenen, die einen Teil des optischen Systems einer jeden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden, sind grundsäztlich in der gleichen Ebene verschwenkt. Aus diesem Grund wird jede Achse des absoluten Koordinatensystems wie folgt definiert:
Z-Achse: Referenzachse, die durch den Ursprung dringt und sich bis zur zweiten Fläche R2 erstreckt;
Y-Achse: die Gerade, die durch den Ursprung dringt und einen Winkel von 90º mit der Z-Achse gegen den Uhrzeigersinn in einer Schwenkebene (auf der Blattoberfläche von Fig. 1) bildet; und
X-Achse: die Gerade, die durch den Ursprung dringt und senkrecht zur Z-Achse und Y-Achse verläuft (senkrecht zur Blattebene in Fig. 1).
Wenn die Flächenform der i-ten Fläche, die einen Teil des optischen System bildet, ausgedrückt werden soll, ist es möglich, diese Flächenform rascher zu verstehen und zu erkennen, wenn ein örtliches Koordinatensystem definiert wird, dessen Ursprung ein Punkt ist, an dem die Referenzachse die i-te Fläche schneidet, und in dem die Flächenform der i-ten Fläche unter Verwendung dieses örtlichen Koordinatensystems und nicht des absoluten Koordinatensystems ausgedrückt wird. Daher wird bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von den hier gezeigten Daten die Flächenform der i-ten Fläche durch ihr örtliches Koordinatensystem ausgedrückt.
Der Schwenkwinkel der i-ten Fläche in der Y,Z-Ebene wird durch den Winkel θi (Einheit: Grad) ausgedrückt, der einen positiven Wert gegen den Uhrzeigersinn relativ zur Z-Achse des absoluten Koordinatensystems besitzt. Daher sind bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Ursprünge der örtlichen Koordinatensysteme der entsprechenden Flächen auf der Y,Z-Ebene angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Dezentrierung der Flächen fehlt bei der X,Z- Ebene oder der X,Y-Ebene. Ferner sind die y- und z-Achsen der örtlichen Koordinaten (x, y, z) der i-ten Fläche unter dem Winkel θi in der Y,Z-Ebene relativ zum absoluten Koordinatensystem (X, Y, Z) geneigt. Speziell sind die x-, y- und z-Achsen der örtlichen Koordinaten (x, y, z) in der folgenden Weise definiert:
z-Achse: eine Gerade, die den Ursprung der örtlichen Koordinaten durchdringt und den Winkel θi mit der Z- Richtung des absoluten Koordinatensystems gegen den Uhrzeigersinn in der Y,Z-Ebene bildet;
y-Achse: eine Gerade, die den Ursprung der örtlichen Koordinaten durchdringt und einen Winkel von 90º mit der z-Richtung der örtlichen Koordinaten gegen den Uhrzeigersinn in der Y,Z-Ebene bildet; und
x-Achse: eine Gerade, die den Ursprung der örtlichen Koordinaten durchdringt und senkrecht zur Y,Z-Ebene verläuft.
Das Symbol Di bezeichnet eine skalare Größe, die die Distanz zwischen dem Ursprung der örtlichen Koordinaten der i-ten Fläche und dem der (i + 1)-ten Fläche wiedergibt. Die Symbole Ndi und νdi kennzeichnen den Brechungsindex und die Abbe'sche Zahl des Mediums zwischen der i-ten Fläche und der (i + 1)-ten Fläche.
Das optische System einer jeden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert seine gesamte Brennweite (Vergrößerung) durch Bewegung einer Vielzahl von optischen Elementen. Was jede der Ausführungsformen mit den hier wiedergegebenen numerischen Daten anbetrifft, so sind ein Schnitt durch deren optisches System und die numerischen Daten in bezug auf drei Positionen gezeigt, nämlich ein Weitwinkelende (W), eine Telephotoende (T) und eine Mittelposition (M).
Wenn sich das in Fig. 1 gezeigte optische Element in der Y,Z-Ebene bewegt, nimmt der Ursprung (Yi, Zi) eines jeden der örtlichen Koordinatensysteme, die die Positionen der entsprechenden Flächen wiedergeben, einen unterschiedlichen Wert für jede Postion der veränderten Vergrößerung an. Da jedoch davon ausgegangen wird, daß sich im Falle der Ausführungsformen mit den hier gezeigten numerischen Daten das optische Element nur in der Z-Richtung zum Zwecke der Ver änderung der Vergrößerung bewegt, wird der Koordinatenwert Zi durch Zi(W), Zi(M) und Zi(T) in der Reihenfolge des Weitwinkelendes, der Mittelposition und des Telephotoendes wiedergegeben, die den drei Zuständen entsprechen, die vom optischen System eingenommen werden.
Die Koordinatenwerte einer jeden Fläche geben diejenigen wieder, die am Weitwinkelende erhalten werden, wobei die Koordinatenwerte der Mittelposition und des Telephotoendes als Differenz zwischen den Koordinatenwerten, die am Weitwinkelende erhalten werden, und den Koordinatenwerten, die in der Mittelposition oder am Telephotoende erhalten werden, wiedergegeben werden. Wenn "a" und "b" die entsprechenden Bewegungsgrößen des optischen Elementes an der Mittelposition (M) und am Telephotoende (T) in bezug auf das Weitwinkelende (W) sind, lassen sich diese Bewegungsgrößen durch die folgenden Gleichungen ausdrücken:
Zi (M) = Zi (W) + a,
Zi (T) = Zi (W) + b.
Wenn sich sämtliche Flächen in ihren Z-Plus-Richtungen bewegen, sind die Vorzeichen von "a" und "b" positiv. Wenn sie sich in ihren Z-Minus-Richtungen bewegen, sind die Vorzeichen von "a" und "b" negativ. Die Distanz Di von Fläche zu Fläche, die mit diesen Bewegungen variiert, ist variabel, und die Werte dieser Variablen an den entsprechenden variierten Vergrößerungspositionen sind zusammen in Tabellen angeführt, auf die später Bezug genommen wird.
Jede der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzt sphärische Flächen und asphärische Flächen mit Rotationsasymmetrie. Jede der sphärischen Flächen hat eine sphärische Form, die durch einen Krümmungsradius Ri ausgedrückt wird. Das Vorzeichen des Krümmungsradius Ri ist Minus, wenn der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite der ersten Fläche entlang der Referenzachse angeordnet ist (durch gestrichelte Linien mit abwechselnd langen und kurzen Strichen in Fig. 1 gezeigt), die sich von der ersten Fläche bis zur Bildebene bewegt. Wenn der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite der Bilderzeugungsebene entlang der Referenzachse angeordnet ist, ist das Vorzeichen des Krümmungsradius Ri Plus.
Jede der sphärischen Flächen besitzt eine Form, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
Ferner besitzt das optische System gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine asphärische Fläche mit Rotationsasymmetrie, deren Form durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden kann:
so daß sich ergibt
z = A/B+C&sub0;&sub2;y² + C&sub2;&sub0;x² + C&sub0;&sub3;y³ + C&sub2;&sub1;x²y + C&sub0;&sub4;y&sup4; + C&sub2;&sub2;x²y² + C&sub4;&sub0;x&sup4;.
Da die obige Gleichung für eine gekrümmte Fläche in bezug auf x nur geradzahlige Polynome enthält, besitzt die durch die obige Gleichung ausgedrückte gekrümmte Fläche eine Form, die in bezug auf die Y,Z-Ebene symmetrisch ist. Wenn die nachfolgende Bedinung erfüllt ist, wird eine Form erhalten, die in bezug auf die X,Z-Ebene symmetrisch ist:
C&sub0;&sub3; = C&sub2;&sub1; = t = 0.
Wenn die nachfolgende Bedingung erfüllt wird, wird eine Form mit Rotationssymmetrie erhalten:
C&sub0;&sub2; = C&sub2;&sub0; C&sub0;&sub4; = C&sub4;&sub0; = C&sub2;&sub2;/2.
Wenn die obigen Bedingungen nicht erfüllt werden, wird eine Form mit Rotationsasymmetrie erhalten.
Bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie in Fig. 1 gezeigt, die erste Fläche (die Eintrittsseite des optischen Systems) die Blende. Ein Horizontalhalbwinkel des Gesichtsfeldes uy ist der maximale Gesichtsfeldwinkel eines auf die Blende R1 in der Y,Z-Ebene der Fig. 1 treffenden Lichtstrahles, während ein Vertikalhalbwinkel des Gesichtsfeldes uX der maximale Gesichtsfeldwinkel eines Lichtstrahles ist, der auf die Blende R1 in der X,Z-Ebene von Fig. 1 trifft. Der Durchmesser der Blende, bei der es sich um die erste Fläche handelt, ist als Aperturdurchmesser gezeigt, der in Beziehung zur Helligkeit des optischen Systems steht. Da eine Eintrittspupille an der ersten Fläche angeordnet ist, entspricht der Aperturdurchmesser dem Durchmesser der Eintrittspupille.
Die wirksame Bildfläche in der Bildebene ist durch eine Bildgröße gekennzeichnet, die durch einen Rechteckbereich mit einer horizontalen Größe in y-Richtung des örtlichen Koordinatensystems und einer vertikalen Größe in x-Richtung des örtlichen Koordinatensystems wiedergegeben wird.
In bezug auf jede Ausführungsform der hier gezeigten Daten ist auch die Größe von deren optischen System wiedergegeben. Die Größe wird durch den wirksamen Strahldurchmesser am Weitwinkelende bestimmt.
In bezug auf die Ausführungsformen, die zusammen mit den kennzeichnenden Daten dargestellt sind, sind Diagramme ihrer entsprechenden lateralen Aberration gezeigt. Jedes dieser Diagramme lateraler Aberration zeigt die lateralen Aberrationen eines Lichtstrahles für das Weitwinkelende (W), die Mittelposition (M) und das Telephotoende (T), wobei es sich bei den lateralen Aberrationen um diejenigen eines Lichtstrahles handelt, der auf die Blende R1 unter einem Einfallswinkel trifft, der durch einen horizontalen Einfallswinkel und einen vertikalen Einfallswinkel definiert ist, die (uy, uX), (0, uX), (-uy, uX), (uy, 0), (0, 0) und (-uy, 0) entsprechen. In jedem Diagramm gibt die Horizontalachse die Einfallshöhe auf die Pupille wieder, während die Vertikalachse die Größe der Aberration kennzeichnet. Da bei allen Ausführungsformen jede der Flächen grundsätzlich eine Form besitzt, die in bezug auf die Y,Z- Ebene symmetrisch ist, sind die Plus- und Minus-Richtungen eines Vertikalwinkels des Gesichtsfeldes im Diagramm der lateralen Aberration gleich. Aus diesem Grund ist das Diagramm der lateralen Aberration in Minus-Richtung aus Einfachheitsgründen weggelassen.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 sind qualitative Ausführungsformen mit kennzeichnenden Daten, die hier nicht gezeigt sind, während die Daten der Ausführungsformen 5 bis 16 hier wiedergegeben sind.
In jeder Ausführungsform 1 bis 4 sind Flächensymbole o. ä. jedem optischen Element zugeordnet, und zwar unabhängig der vorstehend wiedergegebenen Nomenklatur. Speziell die Blende ist mit BL bezeichnet, während die finale Bildebene mit P bezeichnet ist. Die Flächen des M-ten optischen Elementes sind mit Rm,1, Rm,2, ... Rm,n in dieser Reihenfolge von der ersten Fläche aus gesehen bezeichnet.

Ausführunsform 1

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein sogenanntes Objektiv mit veränderlicher Brennweite vom Zweigruppen-Typ bildet. Das in Fig. 2 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ein erstes optisches Element B1 und ein zweites optisches Element B2, die jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen besitzen. Das erste optische Element B1 besitzt eine konkave Brechungsfläche R1,1, vier Reflexionsflächen, d. h. einen Konkavspiegel R1,2, einen Konvexspiegel R1,3, einen Konkavspiegel R1,4 und einen Konvexspiegel R1,5, sowie eine konvexe Brechungsfläche R1,6 in der Reihenfolge von der Objektseite aus. Die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, sind parallel zueinander und gleich.
Das zweite optische Element B2 besitzt eine konvexe Brechungsfläche R2,1, vier Reflexionsflächen, d. h. einen Konvexspiegel R2,2, einen Konkavspiegel R2,3, einen Konvexspiegel R2,4 und einen Konkavspiegel R2,5, sowie eine konvexe Brechungsfläche R2,6 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Entsprechend dem ersten optischen Element B1 sind die Richtungen der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel zu einander und gleich.
Das in Fig. 2 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner eine optische Korrekturplatte B3, bei der eine planparallele Platte Verwendung findet und die aus einem Tiefpaßfilter aus Quarzmaterial, einem Infrarottrennfilter o. ä. besteht.
Das in Fig. 2 gezeigte optische Bildaufnahmesystem besitzt ferner eine Bildaufnahmeelementfläche P, die als finale Bildebene dient, wie beispielsweise die Bildaufnahmefläche eines Bildaufnahmemediums (CCD), und die Blende BL, die auf der Objektseite des ersten optischen Elementes B1 (der Lichtstrahleintrittsseite des optischen Systems) angeordnet ist. In. Fig. 2 ist mit Ai die Referenzachse des optischen Bildaufnahmesystems bezeichnet.
Das erste optische Element B1 und das zweite optische Element B2 bilden einen Teil des Zweigruppen-Objektives mit veränderlicher Brennweite.
Nachfolgend wird der Bilderzeugungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ein Lichtstrahl 8 von einem Objekt wird von der Blende BL auf eine erforderliche Einfallsgröße begrenzt und trifft dann auf die konkave Brechungsfläche R1,1 des ersten optischen Elementes B1.
Der Lichtstrahl, der von der konkaven Brechungsfläche R1,1 gebrochen wurde und diese durchdrungen hat, wird vom Konkavspiegel R1,2 in Richtung auf eine primäre Bilderzeugungsebene N1 reflektiert. Auf diese Weise wird ein Bild des Objektes duch das Reflexionsvermögen des Konkavspiegels R1,2 auf der primären Bilderzeugungsebene N1 erzeugt.
Durch zeitweises Erzeugen des Objektbildes im ersten opti schen Element B1 auf diese Weise ist es möglich, einen Anstieg des wirksamen Strahldurchmessers einer jeden Fläche, die auf der Bildseite der Blende BL angeordnet ist, in wirksamer Weise zu unterdrücken.
Der Lichtstrahl, der ein derartiges Primärbild auf der primären Bilderzeugungsebene N1 erzeugt hat, wird vom Konvexspiegel R1,3, Konkavspiegel R1,4 und Konvexspiegel R1,5 in dieser Reihenfolge wiederholt reflektiert, wobei er durch das Reflexionsvermögen dieser Spiegel eine Konvergenz oder Divergenz erfährt. Wenn der Lichtstrahl die konvexe Brechungsfläche R1,6 erreicht, wird er von dieser gebrochen und erzeugt das Objektbild auf einer Sekundärbilderzeugungsebene N2.
Wie vorstehend beschrieben, wirkt das erste optische Element B1 als Objektiveinheit, die ein gewünschtes optisches Verhalten und insgesamt durch die Brechungen der Eintritts- und Austrittsflächen sowie die wiederholten Reflexionen durch die Vielzahl der gekrümmten Reflexionsspiegel insgesamt eine positive Stärke besitzt.
Der Lichtstrahl von dem auf der Sekundärbilderzeugungsebene N2 erzeugten Objektbild dringt durch die konvexe Brechungsfläche R2,1 des zweiten optischen Elementes B2 und erzeugt dann das Objektbild auf einer Ternärbilderzeugungsebene N3 über den Konvexspiegel R2,2 sowie den Konkavspiegel R2,3.
Aus einem ähnlichen Grund wie bei der Erzeugung des Objektbildes im ersten optischen Element B1 wird durch den vorstehend beschriebenen Schritt in wirksamer Weise ein Anstieg des wirksamen Strahldurchmessers einer jeden Fläche im zweiten optischen Element B2 unterdrückt.
Der Lichtstrahl, der das Bild auf der Ternärbilderzeugungs ebene N3 erzeugt hat, wird vom Konvexspiegel R2,4 und Konkavspiegel R2,5 in dieser Reihenfolge wiederholt reflektiert, während er dem Reflexionsvermögen dieser Reflexionsspiegel ausgesetzt ist. Wenn der Lichtstrahl die konvexe Brechungsfläche R2,6 erreicht, wird er von dieser gebrochen und dringt durch die optische Korrekturplatte B3, um das Objektbild auf der Bildaufnahmeelementfläche P zu erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben, ist das zweite optische Element B2 so angeordnet, daß auf der Bildaufnahmeelementfläche P2 das auf der Sekundärbilderzeugungsebenen N2 vom ersten optischen Element B1 erzeugte Objektbild wieder ausgebildet wird. In entsprechender Weise wie beim ersten optischen Element B1 funktioniert das zweite optische Element als Objektiveinheit, die mit dem gewünschten optischen Verhalten versehen ist und insgesamt durch die Brechungen der Eintritts- und Austrittsflächen sowie die wiederholten Reflexionen durch die Vielzahl der gekrümmten Reflexionsspiegel eine positive Stärke besitzt.
Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Brennweite (Bilderzeugungsvergrößerung) des optischen Photographiesystems durch Relativbewegung des ersten und zweiten optischen Elementes B1 und B2 in bezug auf die Bildaufnahmeelementfläche (Bilderzeugungsebene) P verändert (dieser Vorgang wird als "Vergrößerungsveränderung" oder "Brennweitenveränderung" bezeichnet).
Der Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 3A und 3B erläutert. Die Fig. 3A und 3B sind optische Ansichten, die jeweils das erste und zweite optische Element B1 und B2 von Ausführungsform 1 als einzelne dünne Linsen sowie unterschiedliche Zustände zeigen, in die das optische Photographiesystem in bezug auf die Referenzachse abgewickelt ist. Fig. 3A ist eine An sicht des Zustandes, in dem das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, während Fig. 3B eine Ansicht des Zustandes ist, in dem das optische System auf das Telephotoende (T) eingestellt ist.
In den Fig. 3a und 3B ist mit f&sub1; die Brennweite des ersten optischen Elementes B1, mit f&sub2; die Brennweite des zweiten optischen Elementes B2, mit xW(-) der Abstand zwischen einem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 und der Sekundärbilderzeugungsebene N2, wobei das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, und xW' der Abstand zwischen einem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und der Bilderzeugungsebene P, wobei das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, bezeichnet (die entsprechenden Indizes W und T zeigen an, daß das optische System auf das Weitwinkelende und das Telephotoende eingestellt ist).
Wenn die Newton'sche Formel der Bilderzeugung
xW·xW' = -f&sub2;²
gilt, wird die Bilderzeugungsvergrößerung β2W des zweiten optischen Elementes B2 zu:
β2W = -(xW' + f&sub2;)/(-xW + f&sub2;)
= f&sub2;/xW
= -xW'/f&sub2;. (1)
Ferner wird die Brennweite fW des optischen Systems am Weitwinkelende zu:
fW = f&sub1;·β2W
= f&sub1;·f&sub2;/xW. (2)
Wenn sich somit das zweite optische Element B2 bewegt, während die Newton'sche Formel der Bilderzeugung gilt, und sich das erste optische Element B1 bewegt, um die Positionsveränderung der Zwischenbilderzeugungsebene N2 infolge der Bewegung des zweiten optischen Elementes B2 zu korrigieren, verändert das optische System die Brennweite, ohne die finale Bilderzeugungsposition P zu verändern.
Unter der Voraussetzung, daß sich das zweite optische Element B2 um eine vorgegebene Strecke bewegt und sich das optische System vom Weitwinkelende (W) zum Telephotoende (T) verschoben hat und xT(-) der Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 und der Zwischenbilderzeugungsebene N2 sowie xT' der Abstand zwischen dem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und der Bilderzeugungsebene P ist, wird die Bilderzeugungsvergrößerung β2T des zweiten optischen Elementes B2 zu:
β2T = (xT' + f&sub2;)/(-xT + f&sub2;)
= f&sub2;/xT
= -xT'/f&sub2;. (3)
Ferner wird die Brennweite des optischen Systems am Telephotoende zu:
fT = f&sub1;·β2T
= f&sub1;·f&sub2;/xT. (4)
Daher wird das Vergrößerungsveränderungsverhältnis Z des optischen Systems zu:
Z = fT/fW
= xW/xT. (5)
Das optische System ist somit in der Lage, die Brennweite (Bilderzeugungsvergrößerung) ohne Veränderung der finalen Bilderzeugungsposition P durch Verändern der Lagebeziehungen zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 und zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der finalen Bilderzeugungsposition P zu verändern.
Obwohl eine Fokussierung bei Ausführungsform 1 erreicht werden kann, indem ein willkürliches optisches Element, das einen Teil des optischen Systems bildet, bewegt wird, wird bevorzugt, das optische System mit dem geringsten Gewicht im Hinblick auf die Belastung einer Betätigungseinheit zum Fokussieren zu bewegen.
Wenn die Bewegungsgröße des optischen Elementes in bezug auf die Distanz zu einem zu photographierenden Objekt unabhängig von der Vergrößerungsveränderung fixiert werden soll, wird bevorzugt, das erste optische Element B1, das an einer Stelle angeordnet ist, die zur Objektseite am nächsten liegt, zu bewegen.
Wenn das zweite optische Element B2, das sich während der Veränderung der Vergrößerung bewegt, auch so angeordnet ist, daß es sich während der Fokussierung bewegt, können die Betätigungseinheit zum Fokussieren und eine Betätigungseinheit zum Verändern der Vergrößerung durch eine gemeinsame Anordnung realisiert werden.
Die Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Reflexionsflächen, die sich während der Veränderung der Vergrößerung bewegen, in der Form einer Einheit realisiert sind, ist es möglich, die Genauigkeit der Relativlagen zwischen den entsprechenden Reflexionsflächen, die bei herkömmlichen optischen Spiegelsystemen die höchste Positionsgenauigkeit erfordern, zu garantieren. Somit ist es bei der vorliegenden Ausführungsform nur erforderlich, die Lagegenauigkeit zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 sicherzustellen, so daß daher die Lagegenauigkeit der einer sich bewegenden Objektivgruppe entsprechen kann, die bei einem herkömmlichen Brechungslinsensystem verwendet wird.
Da im Vergleich zu einem Brechungslinsensystem jedes der optischen Elemente als Linseneinheit ausgebildet ist, bei der eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen auf integrierte Weise ausgebildet ist, wird die erforderliche Zahl der Bestandteile des gesamten optischen Systems verringert, so daß eine Reduzierung der Kosten des optischen Systems erreicht werden kann und angehäufte Fehler infolge der Montage oder infolge von anderen Bestandteilen verringert werden können.
Durch Verwirklichung einer Anordnung, die ein Objektbild durch wiederholte Bilderzeugung eine Vielzahl von Malen überträgt, kann der wirksame Strahldurchmesser einer jeden Fläche reduziert werden, so daß jedes der optischen Elemente und das gesamte optische Photographiesystem kompakt ausgebildet werden können.
Da die Bilderzeugungsgröße einer Zwischenbilderzeugungsebene so eingestellt ist, daß sie im Vergleich zur Größe der Bildaufnahmefläche gering ist, ist es möglich, den wirksamen Strahldurchmesser einer jeden Fläche, die zur Übertragung des Objektbildes erforderlich ist, zu verringern.
Im Falle von herkömmlichen optischen Photographiesystemen sind Blenden in den Systemen angeordnet. Wenn eine Blende in einem optischen System angeordnet ist, besteht das Problem, daß bei einem Anstieg des Gesichtsfeldwinkels eine Linse, die auf der Objektseite der Blende mit einem größeren Abstand hiervon angeordnet ist, einen größeren wirksamen Strahldurchmesser benötigt.
Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Blende BL in der Nachbarschaft der Eintrittsfläche des ersten optischen Elementes B1 auf der Objektseite des optischen Photographiesystems angeordnet ist, wird ein Anstieg des wirksamen Strahldurchmessers der vorderen Linsengruppe des optischen Photographiesystems verhindert, wenn die Brennweite des optischen Systems auf die Weitwinkelseite verschoben wird.
Da ferner das Objektbild in jedem der optischen Elemente erzeugt wird, wird auf wirksame Weise ein Anstieg des wirksamen Strahldurchmessers einer jeden Fläche, die auf der Bildseite der Blende BL angeordnet ist, unterdrückt.
Die Referenzachsen des ersten optischen Elementes B1 und des zweiten optischen Elementes B2 sind vollständig in der Y,Z-Ebene enthalten. Durch Einstellung der Bewegung eines jeden optischen Elementes derart, daß sich diese auf einer Ebene parallel zur Y,Z-Ebene bewegen, selbst wenn sich das erste optische Element B1 und das zweite optische Element B2 während einer Vergrößerungsveränderung bewegen, ist es somit möglich, die Parallelität zwischen der Y,Z-Ebene, die die Referenzachsen enthält, und der Ebene, auf der sich jedes der optischen Elemente bewegt, aufrechtzuerhalten. Es ist daher möglich, eine Dezentrierung der Parallelität in X-Achsenrichtung der optischen Elemente B1 und B2 und Drehungen der optischen Elemente B1 und B2 um die Y- und Z- Achse zu eliminieren.
Selbst wenn die Y,Z-Ebene, die die Referenzachsen enthält, und die Ebene, auf der sich die beiden optischen Elemente bewegen, schief sind, tritt keine Dezentrierungsaberration auf, so lange wie die Bewegungsebene parallel zu Richtungsvektoren ist, die erhalten werden, wenn sich die die Referenzachsen enthaltende Y,Z-Ebene während der Vergrößerungsveränderung bewegt.
Da die optischen Elemente auf einer Ebene angeordnet sind, können beide optischen Elemente von einer Richtung eingearbeitet werden, so daß der Zusammenbau sehr einfach wird.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Sekundärbilderzeugungsebene N2 an einer Zwischenposition zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ausgebildet ist, kann diese Ebene N2 auch im Inneren des ersten optischen Elementes B1 oder des zweiten optischen Elementes B2 vorgesehen sein.
Was die Richtungen anbetrifft, in der sich die entsprechenden optischen Elemente während der Vergrößerungsveränderung bewegen, so kann, wenn die Position des Einfallspunktes der Referenzachse auf jede Reflexionsfläche während der Bewegung eines jeden optischen Elementes vom Weitwinkelende zum Telephotoende nicht verändert wird, die Fehlergröße, die in derartigen Richtungen während der Vergrößerungsveränderung auftritt, minimiert werden. Aus diesem Grund sind die Richtungen, in denen die Referenzachse in jedes optische Element B1 und B2 eintritt und aus diesen austritt, parallel zueinander gemacht. Ferner sind die optischen Elemente B1 und B2 so angeordnet, daß sie sich parallel zur Referenzachse bewegen, die in jedes optische Element B1 und B2 eintritt und aus diesem austritt.
Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die optischen Elemente so angeordnet werden sollen, daß die Richtungen, in denen die Referenzachse in jedes optische Element eintritt und aus diesem austritt, parallel zueinander verlaufen, sind zwei Arten von Ausgestaltungen möglich. Bei einer Ausgestaltung wird die Austrittsrichtung der Referenzachse mit der Eintrittsrichtung derselben gleichgemacht, während bei der anderen Ausgestaltung die als erstes genannte Richtung zur als letztes genannten Richtung entgegengesetzt gemacht wird. Wenn die Austrittsrichtung zur Eintrittsrichtung entgegengesetzt ist, verändert sich der Abstand zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite mit der Bewegung der optischen Elemente um die gleiche Größe wie die Größe dieser Bewegung, so daß die Länge des optischen Pfades um eine Gesamtgröße verändert werden kann, die der doppelten Größe der Bewegung entspricht.
Wenn die Austrittsrichtung der Eintrittsrichtung entspricht, können die Position, bei der die Referenzachse eintritt, und die Position, bei der die Referenzachse austritt, in gewünschte Positionen verschoben werden.
Da die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit jeder der vorstehend beschriebenen zwei Arten von Ausgestaltungen konstruiert werden kann, ist es möglich, die Freiheit des optischen Designs zu erweitern.
Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Bewegungsrichtungen der beiden optischen Elemente parallel zu den Richtungen gemacht werden, in denen die Referenzachse in diese optischen Elemente eintritt und aus diesen austritt. Beispielsweise können die Richtungen, in denen die Referenzachse in die optischen Elemente eintritt, einen bestimmten Winkel, beispielsweise 30º, 45º oder 60º, mit den Bewegungsrichtungen der optischen Elemente bilden.

Ausführungsform 2

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein sogenanntes Zweigruppen- Objektiv mit veränderlicher Brennweite bildet. Die Anordnung der vorliegenden Ausführungsform ist derart, daß die Bewegungsrichtungen, in denen sich die optischen Elemente während der Vergrößerungsveränderung bewegen, nicht parallel zu der Richtung sind, in der eine Referenzachse in ein optisches Element eintritt, das an einer zur Objektseite näher gelegenen Stelle angeordnet ist.
Das in Fig. 4 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt das erste optische Element B1 und das zweite optische Element B2, die jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen besitzen. Das erste optische Element B1 besitzt die konkave Brechungsfläche R1,1, vier Reflexionsflächen, d. h. den Konkavspiegel R1,2, den Konvexspiegel R1,3, den Konkavspiegel R1,4 und den Konkavspiegel R1,5, sowie die konvexe Brechungsfläche R1,6 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Bei dem ersten optischen Element B1 handelt es sich um eine Objektiveinheit, die insgesamt ein positives Brechungsvermögen besitzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, haben eine Neigung von etwa 45º relativ zueinander.
Das zweite optische Element B2 besitzt die konkave Brechungsfläche R2,1, sechs Reflexionsflächen, d. h. den Konkavspiegel R2,2, den Konkavspiegel R2,3, den Konvexspiegel R2,4, den Konkavspiegel R2,5, den Konkavspiegel R2,6 und einen Konkavspiegel R2,7, sowie eine konvexe Brechungsfläche R2,8 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Das zweite optische Element B2 ist eine Objektiveinheit, die insgesamt ein positives Brechungsvermögen besitzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel und entgegengesetzt zueinander.
Das in Fig. 4 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner die optische Korrekturplatte B3, bei der eine planparallele Platte Verwendung findet und die aus einem Quarztiefpaßfilter, einem Infrarottrennfilter o. ä. besteht.
Das in Fig. 4 gezeigte optische Bildaufnahemsystem umfaßt ferner die Bildaufnahmeelementfläche P, wie die Bildaufnahmefläche eines Bildaufnahmemediums (CCD), und die Blende BL, die auf der Objektseite des ersten optischen Elementes B1 angeordnet ist. In Fig. 4 ist mit dem Symbol A&sub1; die Referenzachse des optischen Bildaufnahmesystems bezeichnet.
Der Bilderzeugungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Ein Lichtstrahl von einem Objekt wird durch die Blende BL auf das erforderliche Einfallsmaß begrenzt und trifft dann auf die konkave Brechungsfläche R1,1 des ersten optischen Elementes B1. Der Lichtstrahl wird von der konkaven Brechungsfläche R1,1 gebrochen und dringt durch diese und wird dann vom Konkavspiegel R1,2, Konvexspiegel R1,3, Konkavspiegel R1,4 und Konkavspiegel R1,5 in dieser Reihenfolge wiederholt reflektiert, während er durch das Reflexionsvermögen dieser Reflexionsspiegel eine Konvergenz oder Divergenz erfährt. Wenn der Lichtstrahl die konvexe Brechungsfläche R1,6 erreicht, wird er von der konvexen Brechungsfläche R1,6 ge brochen und erzeugt das Objektbild auf der Zwischenbilderzeugungsebene N1. Somit wird ein Zwischenbild des Objektes zeitweise auch im ersten optischen Element B1 ausgebildet.
Der Lichtstrahl vom Objektbild auf der Zwischenbilderzeugungsebene N1 durchdringt die konkave Brechungsfläche R2,1 des zweiten optischen Elementes B2 und erreicht die konvexe Brechungsfläche R2,8 über den Konkavspiegel R2,2, den Konkavspiegel R2,3, den Konvexspiegel R2,4, den Konkavspiegel R2,5, den Konkavspiegel R2,6 und den Konkavspiegel R2,7. Der Lichtstrahl wird von der konvexen Brechungsfläche R2 gebrochen und tritt vom zweiten optischen Element B2 aus. Daher wird ein Zwischenbild des Objektes zeitweise auch im zweiten optischen Element B2 ausgebildet.
Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, durchdringt die optische Korrekturplatte B3 und erzeugt dann das Objektbild auf der Bildaufnahmeelementfläche P.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Fokussierung in bezug auf unterschiedliche Objektdistanzen durch Bewegung des zweiten optischen Elementes B2 durchgeführt. Dabei bewegt sich das zweite optische Element B2 prallel zur Richtung einer Referenzachse A1,6, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt. Da jedoch die Richtung einer Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse A1,6, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, relativ zueinander eine Neigung von etwa 45º haben, ist die Richtung, in der sich das zweite optische Element B2 während der Fokussierung bewegt, unter einem Winkel von etwa 45º zu der Richtung der Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 eintritt, geneigt.
Daher bewegt sich während der Fokussierung das zweite optische Element B2 sowohl zur Richtung der Referenzachse A1,6, die in das zweite optische Element B2 eintritt, als auch zur Richtung einer Referenzachse A2,8, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel. Gleichzeitig bewegt sich das zweite optische Element B2 mit einer Neigung von etwa 45º zur Richtung der Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 eintritt.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform wird wie bei der ersten Ausführungsform die Bilderzeugungsvergrößerung des optischen Photographiesystems verändert, indem das erste und zweite optische Element B1 und B2 relativ zur Bilderzeugungsebene P bewegt werden. Im Gegensatz zur Ausführungsform 1, bei der die Richtungen, in denen die Referenzachse in jedes optische Element eintritt und aus diesem austritt, und die Bewegungsrichtungen der entsprechenden optischen Elemente alle parallel zueinander verlaufen, bilden hierbei die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, einen Neigungswinkel von etwa 45º miteinander. Aus diesem Grund wird, um während eines Vergrößerungsveränderungsvorganges die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 vom ersten optischen Element B1 eintritt, aufrechtzuerhalten, das optische Element B1 dazu gebracht, sich parallel zur Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, zu bewegen.

Ausführungsform 3

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Ab schnittes der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein sogenanntes Zweigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite bildet. Das in Fig. 5 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt das erste optische Element B1 und das zweite optische Element B2, die jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen besitzen. Das erste optische Element B1 hat die konkave Brechungsfläche R1,1, vier Reflexionsflächen, d. h. den Konkavspiegel R1,2, den Konvexspiegel R1,3, den Konkavspiegel und den Konvexspiegel R1,5, sowie die konkave Brechungsfläche R1,6 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Bei dem ersten optischen Element B1 handelt es sich um eine Objektiveinheit, die insgesamt ein negatives Brechungsvermögen besitzt. Entsprechend Ausführungsform 1 sind die Richtung der Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse A1,6, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und gleich.
Das zweite optische Element B2 besitzt die konvexe Brechungsfläche R2,1, vier Reflexionsflächen, d. h. den Konvexspiegel R2,2, den Konkavspiegel R2,3, den Konvexspiegel R2,4 und den Konkavspiegel R2,5, sowie die konvexe Brechungsfläche R2,6 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Bei dem zweiten optischen Element B2 handelt es sich um eine Objektiveinheit, die insgesamt ein positives Brechungsvermögen besitzt. Ähnlich wie bei dem ersten optischen Element B1 sind die Richtung der Referenzachse A1,6, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung einer Referenzachse A2,6, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel zueinander und gleich.
Das in Fig. 5 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner die optische Korrekturplatte B3, bei der eine planparallele Platte Verwendung findet und die aus einem Quarztiefpaßfilter, einem Infrarottrennfilter o. ä. besteht.
Ds in Fig. 5 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner die Bildaufnahmeelementfläche P, wie die Bildaufnahmefläche eines Bildaufnahmemediums (CCD), und die Blende BL, die auf der Objektseite des ersten optischen Elementes B1 angeordnet ist. In Fig. 5 ist mit A&sub1; die Referenzachse des optischen Bildaufnahmesystems bezeichnet.
Der Bilderzeugungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Ein Lichtstrahl von einem Objekt wird von der Blende BL auf eine erforderliche Einfallsgröße begrenzt und trifft dann auf die konkave Brechungsfläche R1,1 des ersten optischen Elementes B1. Der Lichtstrahl wird von der konkaven Brechungsfläche R1,1 gebrochen und durchdringt diese und wird dann vom Konkavspiegel R1,2, Konvexspiegel R1,3, Konkavspiegel R1,4 und Konvexspiegel R1,5 in dieser Reihenfolge wiederholt reflektiert, während er durch das Reflexionsvermögen eines jeden dieser Reflexionsspiegel eine Konvergenz oder Divergenz erfährt. Wenn der Lichtstrahl die konkave Brechungsfläche R1,6 erreicht, wird er von der konkaven Brechungsfläche R1,6 gebrochen und tritt vom ersten optischen Element B1 aus. Somit wird ein Zwischenbild des Objektes zeitweise im ersten optischen Element B1 erzeugt.
Dann dringt der Lichtstrahl durch die konvexe Brechungsfläche R2,1 des zweiten optischen Elementes B2 und wird dann vom Konvexspiegel R2,2, Konkavspiegel R2,3, Konvexspiegel R2,4 und Konkavspiegel R2,5 wiederholt reflektiert. Wenn der Lichtstrahl die konvexe Brechungsfläche R2,6 erreicht, wird er von der konvexen Brechungsfläche R2,6 gebrochen und tritt aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Es wird daher ein Zwischenbild des Objektes zeitweise im zweiten optischen Element B2 ausgebildet.
Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, durchdringt die optische Korrekturplatte B3 zur Erzeugung des Objektbildes auf der Bildaufnahmeelementfläche P.
Wie bei Ausführungsform 1 wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Brennweite (Bilderzeugungsvergrößerung) des optischen Systems verändert, ohne die finale Bilderzeugungsposition P zu verändern, indem das erste und zweite optische Element B1 und B2 relativ zur Bilderzeugungsebene P bewegt werden.
Der Vergrößerungsveränderungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 6A und 6B beschrieben. Bei den Fig. 6A und 6B handelt es sich um optische Ansichten, die jeweils das erste und zweite optische Element B1 und B2 der Ausführungsform 3 als einzelne dünne Linsen und unterschiedliche Zustände, in die das optische System relativ zur Referenzachse abgewickelt ist, zeigen. Fig. 6A zeigt den Zustand, in dem das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, während Fig. 6B den Zustand zeigt, in dem das optische System auf das Telephotoende (T) eingestellt ist.
In den Fig. 6A und 6B ist mit f&sub1;(-) die Brennweite des ersten optischen Elementes B1, mit f&sub2; die Brennweite des zweiten optischen Elementes B2, mit xW(-) der Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 und dem Bildpunkt des ersten optischen Elementes B1 und mit xW' der Abstand zwischen dem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und der Bilderzeugungsebene P bezeichnet. Wenn die Newton'sche Formel für die Bilderzeugung
xW·xW' = -f&sub2;²
gilt, wird die Bilderzeugungsvergrößerung β2W des zweiten optischen Elementes B2 zu:
β2W = -(xW' + f&sub2;)/(-xW + f&sub2;)
= f&sub2;/xW
= -xW'/f&sub2;. (6)
Ferner wird die Brennweite fW des optischen Systems am Weitwinkelende zu:
fW = f&sub1;·β2W
= f&sub1;·f&sub2;/xW.
Wenn sich somit das zweite optische Element B2 bewegt, während die Newton'sche Formel für die Bilderzeugung gilt, und sich das erste optische Element B1 bewegt, um die Positionsveränderung des Objektpunktes des zweiten optischen Elementes B2 infolge der Bewegung des zweiten optischen Elementes B2 zu korrigieren, kann das optische System die gesamte Brennweite verändern, ohne die finale Bilderzeugungsposition P zu verändern.
Es wird davon ausgegangen, daß sich das zweite optische Element B2 um eine vorgegebene Strecke bewegt und sich das optische System vom Weitwinkelende (W) zum Telephotoende (T) verschoben hat. Es wird ferner davon ausgegangen, daß xT(-) der Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 und dem Bildpunkt des ersten optischen Elementes B1 ist, wobei das optische System auf das Telephotoende (T) eingestellt ist, und xT' der Abstand zwischen dem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und der Bilderzeugungsebene P, wobei das optische System auf das Telephotoende (T) eingestellt ist, ist. Die Bilderzeugungsvergrößerung β2T des zweiten optischen Elementes B2 wird dann zu:
β2T = (xT' + f&sub2;)/(-xT + f&sub2;)
= f&sub2;/xT
= -xT'/f&sub2;. (8)
Ferner wird die Brennweite des optischen Systems am Telephotoende zu:
fT = f&sub1;·β2T
= f&sub1;·f&sub2;/xT. (9)
Daher wird das Vergrößerungsveränderungsverhältnis Z des optischen Systems zu:
Z = fT/fW
= xW/xT. (10)
Bei Ausführungsform 1 ist die Sekundärbilderzeugungsebene N2 an einer Zwischenposition zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 vorhanden, während bei der vorliegenden Ausführungsform das erste optische Element B1 insgesamt ein negatives Brechungsvermögen besitzt und den Lichtstrahl vom Objekt auf der Objektseite als virtuelles Bild erzeugt, wobei die Bilderzeugungsrelation des zweiten optischen Elementes B2 durch Nutzung der Position des virtuellen Bildes als Objektpunkt aufgebaut wird.
Selbst im Falle einer anderen optischen Anordnung, bei der beide optischen Elemente gegenüber der vorliegenden Ausführungsform in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind, d. h. ein optisches Element mit einem insgesamt positiven Brechungsvermögen und ein optisches Element mit einem insgesamt negativen Brechungsvermögen in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind, ist es möglich, die Brennweite (Bilderzeugungsvergrößerung) des optischen Photographiesystems durch eine Relativbewegung eines jeden optischen Elementes zu verändern.

Ausführungsform 4

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des wesentlichen Abschnittes von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein sogenanntes Dreigruppen- Objektiv mit veränderlicher Brennweite bildet. Das in Fig. 7 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt das erste optische Element B1, das zweite optische Element B2 und ein drittes optisches Element B3, die jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen besitzen. Das erste optische Element B1 besitzt die konkave Brechungsfläche R1,1, drei Reflexionsflächen, d. h. den Konkavspiegel R1,2, den Konvexspiegel R1,3 und den Konkavspiegel R1,4, sowie die konvexe Brechungsfläche R1,5 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Das erste optische Element B1 hat insgesamt ein positives Brechungsvermögen, und die Richtung der Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 eintritt, sowie die Richtung der Referenzachse A1,5, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, verlaufen etwa senkrecht zueinander.
Das zweite optische Element B2 besitzt die plane Fläche R2,1, fünf Reflexionsflächen, d. h. den Konkavspiegel R2,2, den Planspiegel R2,3, den Konvexspiegel R2,4, den Planspiegel R2,5 und den Konkavspiegel R2,6, sowie die plane Fläche R2,7 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Das zweite optische Element B2 besitzt insgesamt ein positives Brechungsvermögen, und die Richtung der Referenzachse A1,5, die in das zweite optische Element B2 eintritt, sowie die Richtung einer Referenzachse A2,7, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und entgegengesetzt.
Das dritte optische Element B3 umfaßt eine konvexe Brechungsfläche R3,1, vier Reflexionsflächen, d. h. einen Konvexspiegel R3,2, einen Konkavspiegel R3,3, einen Konkavspiegel R3,4 und einen Konvexspiegel R3,5, sowie eine konkave Brechungsfläche R3,6 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Das dritte optische Element B3 hat insgesamt ein positives Brechungsvermögen, und die Richtung der Referenzachse A2,7, die in das dritte optische Element B3 eintritt, sowie die Richtung einer Referenzachse A3,6, die aus der optischen Korrekturplatte B3 austritt, sind parallel zueinander und gleich.
Ein viertes optisches Element B4 ist ein dreieckiges Prima, das eine konvexe Brechungsfläche R4,1, einen Planspiegel R4,2 und eine plane Fläche R4,3 in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus besitzt, und die Richtung einer Referenzachse A3,6, die in das vierte optische Element. B4 eintritt, sowie die Richtung einer Referenzachse A4,3, die aus dem vierten optischen Element B4 austritt, verlaufen etwa senkrecht zueinander.
Das in Fig. 7 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner eine optische Korrekturplatte B5, bei der eine planparallele Platte Verwendung findet und die aus einem Tiefpaßfilter aus Quarzmaterial, einem Infrarottrennfilter o. ä. besteht.
Das in Fig. 7 gezeigte optische Bildaufnahmesystem umfaßt ferner die Bildaufnahmeelementfläche P, beispielsweise die Bildaufnahmefläche eines Bildaufnahmemediums (CCD), und die Blende BL, die auf der Objektseite des ersten optischen Elementes B1 angeordnet ist. In Fig. 7 ist mit A&sub1; die Referenzachse des optischen Bildaufnahmesystems bezeichnet.
Der Bilderzeugungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Ein Lichtstrahl von einem Objekt wird von der Blende BL auf eine erforderliche Einfallsgröße begrenzt und tritt dann in das erste optische Element B1 ein. Das erste optische Element B1 bildet die Primärbilderzeugungsebene N1 zwischen seiner Austrittsfläche R1,5 und der Eintrittsfläche R2,1 des zweiten optischen Elementes B2.
Das auf der Primärbilderzeugungsebene N1 gebildete Objektbild wird wieder auf der Sekundärbilderzeugungsebene N2 zwischen der Austrittsfläche R2,7 des zweiten optischen Elementes B2 und der Eintrittsfläche R3,1 des dritten optischen Elementes B3 vom zweiten optischen Element B2 erzeugt.
Das auf der Zwischenbilderzeugungsebene N2 gebildete Objektbild wird wieder vom dritten optischen Element B3 auf der Ternärbilderzeugungsebene N3 zwischen der Austrittsfläche R3,6 des dritten optischen Elementes B3 und der Eintrittsfläche R4,1 des vierten optischen Elementes B4 erzeugt.
Das vierte optische Element B4 konvergiert den Lichtstrahl von dem auf der Ternärbilderzeugungsebene N3 erzeugten Objektbild und erzeugt das Objektbild auf der Bildaufnahmeelementfläche P über die optische Korrekturplatte B5.
Um bei der vorliegenden Ausführungsform die Länge des optischen Systems, insbesondere in Z-Richtung von Fig. 7, zu verringern, sind die optischen Elemente so angeordnet, daß der optische Pfad des optischen Systems in wirksamer Weise gefaltet werden kann, um die Länge in Z-Richtung wesentlich zu verringern.
Der Lichtstrahl, der in das erste optische Element B1 eingetreten ist, trifft auf die konkave Brechungsfläche R1,1 und wird dann in einer Richtung senkrecht zur Eintrittsrichtung, d. h. in Y(-)-Richtung, vom Konkavspiegel R1,2, der hinter der konkaven Brechungsfläche R1,1 angeordnet ist, reflektiert.
Der Objektlichtstrahl wird dann vom Konvexspiegel R1,3 in Z(-)-Richtung reflektiert, so daß die Länge des optischen Systems in Z-Achsen-Richtung verringert wird.
Der Objektlichtstrahl, der in Z(-)-Richtung reflektiert worden ist, wird vom Konkavspiegel R1,4 wieder in Y(-)- Richtung reflektiert und dringt dann durch die konvexe Brechungsfläche R1,5 und tritt in das zweite optische Element B2 ein.
Im zweiten optischen Element B2 wird der Objektlichtstrahl an der planen Fläche R2,3 und der planen Fläche R2,5 totalreflektiert und überlappen ein wirksamer Strahlbereich auf der Eintrittsfläche R2,1 des zweiten optischen Elementes B2 sowie ein solcher auf der planen Fläche R2,3 des zweiten optischen Elementes B2 einander und überlappen ein wirksamer Strahlbereich auf der Eintrittsfläche R2,7 des zweiten optischen Elementes B2 und ein solcher auf der planen Fläche R2,5 des zweiten optischen Elementes B2 einander. Somit wird die Länge des zweiten optischen Elementes B2 in Z-Achsen-Richtung reduziert.
Dann tritt der Objektlichtstrahl, der in das zweite optische Element B2 in Y(-)-Richtung eingetreten ist, in Y(+)- Richtung aus und tritt in das dritte optische Element B3 ein.
Im dritten optischen Element B3 wird der Objektlichtstrahl in Z(-)-Richtung vom Konvexspiegel R3,2 reflektiert. Nachdem der Objektlichtstrahl in Y(+)-Richtung vom Konkavspiegel R3,3 an einer Stelle, die sich nicht störend auf das erste optische Element B1 auswirkt, reflektiert worden ist, wird er in Z(+)-Richtung vom Konkavspiegel R3,4 zeitweise reflektiert. Dann wird der Objektlichtstrahl in Y(+ )-Richtung in einer Z-Achsen-Position, die etwa mit dem Einfallspunkt des Objektlichtstrahles auf dem Konvexspiegel R3,2 identisch ist, reflektiert, und der auf diese Weise reflektierte Objektlichtstrahl durchdringt die konkave Brechungsfläche R3,6 und tritt in das vierte optische Element B4 ein.
Nachdem der Objektlichtstrahl in Z(-)-Richtung vom Planspiegel R4,2 reflektiert worden ist, dringt der Objektlichtstrahl im vierten optischen Element B4 durch die optische Korrekturplatte B5 und erzeugt das Objektbild auf der Bildaufnahmeelementfläche P.
Das erste, zweite und dritte optische Element B1, B2 und B3 der vorliegenden Ausführungsform bilden einen Teil eines sogenannten Dreigruppen-Objektives mit veränderlicher Brennweite. Die Brennweite (Bilderzeugungsvergrößerung) des optischen Photographiesystems wird durch Relativbewegung des zweiten optischen Elementes B2 und des dritten optischen Elementes B3 verändert.
Nachfolgend wird der Vergrößerungsveränderungsvorgang der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung sind das erste optische Element B1, das vierte optische Element B4, die optische Korrekturplatte B5 und die Bildaufnahmeelementfläche P fixiert, während das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3 bewegt werden.
Während der Veränderung der Vergrößerung vom Weitwinkelende zum Telephotoende bewegt sich das zweite optische Element B2 in Y(-)-Richtung vom ersten optischen Element B1 weg.
Der Abstand zwischen den optischen Elementen B1 und B2 nimmt daher zu. Im Gegensatz zur Ausführungsform 1, bei der die Richtung der eintretenden Referenzachse und die Richtung der austretenden Referenzachse gleich sind, nimmt jedoch der Abstand zwischen den optischen Elementen B2 und B3 um den gleichen Wet zu wie der Abstand zwischen den optischen Elementen B1 und B2, da die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt sind.
Selbst wenn das erste optische Element B1 und die Bilderzeugungsebene P während der Veränderung der Vergrößerung fixiert sind, wird die Gesamtlänge des optischen Photographiesystems um das Doppelte der Bewegunsgröße δ des zweiten optischen Elementes B2 größer, wenn δ die Bewegungsgröße des zweiten optischen Elementes B2 ist.
Die Fig. 8A und 8B sind optische Ansichten, die die optischen Elemente der Ausführungsform 4 als einzelne dünne Linsen und unterschiedliche Zustände zeigen, in die das optische Photographiesystem relativ zur Referenzachse ab gewickelt ist. Der Vergrößerungsveränderungsvorgang von Ausführungsform 4 wird nachfolgend in Verbindung mit den Fig. 8A und 8B beschrieben. Fig. 8A ist eine Ansicht des Zustandes, in dem das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, während Fig. 8B eine Ansicht des Zustandes ist, in dem das optische System auf das Telephotoende (T) eingestellt ist.
In den Fig. 8A und 8B ist mit f&sub1; die Brennweite des ersten optischen Elementes B1, mit f&sub2; die Brenneweite des zweiten optischen Elementes B2, mit f&sub3; die Brennweite des dritten optischen Elementes B3 und mit f&sub4; die Brennweite des vierten optischen Elementes B4 bezeichnet.
Es wird davon ausgegangen, daß das optische System auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist, x2W(-) den Abstand zwischen dem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 und der Primärbilderzeugungsebene N1 bezeichnet, x2W' den Abstand zwischen dem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und der Sekundärbilderzeugungsebene N2 bezeichnet, x3W(-) den Abstand zwischen einem vorderen Brennpunkt F&sub3; des dritten optischen Elementes B3 und der Sekundärbilderzeugungsebene N2 bezeichnet, x3W' den Abstand zwischen einem hinteren Brennpunkt F&sub3;' des dritten optischen Elementes B3 und einer Ternärbilderzeugungsebene N3 bezeichnet, x&sub4;(-) den Abstand zwischen einem vorderen Brennpunkt F&sub4; eines vierten optischen Elementes B4 und der ternären Bilderzeugungsebene N3 bezeichnet und x4' den Abstand zwischen einem hinteren Brennpunkt F&sub4;' des vierten optischen Elementes B4 und der Bilderzeugungsebene P bezeichnet.
β2W bedeutet die Bilderzeugungsvergrößerung des zweiten optischen Elementes B2, β3W die Bilderzeugungsvergrößerung des dritten optischen Elementes B3 und β4 die Bilderzeu gungsvergrößerung des vierten optischen Elementes B4 (die entsprechenden Inidzes W und T zeigen an, daß das optische System auf das Weitwinkelende und das Telephotoende eingestellt ist).
Wenn die Newton'sche Formel zur Bilderzeugung in bezug auf jedes erzeugte Zwischenbild und jede Bilderzeugungsebene gilt, wird eine von den optischen Elementen, die hinter dem ersten optischen Element B1 angeordnet sind, festgelegte zusammengesetzte Vergrößerung βW zu:
βW = β2W·β3W·β4
= (f&sub2;/x2W)·(f&sub3;/x3W)·(f&sub4;/x&sub4;)
= (f&sub2;·f&sub3;·f&sub4;)/(x2W·x3W·x&sub4;W), (11)
und die Brennweite fW des optischen Systems am Weitwinkelende wird ausgedrückt als:
fW = f&sub1;·βW
= (f&sub1;·f&sub2;·f&sub3;·f&sub4;)/(x2W·x3W·x&sub4;). (12)
Wenn somit das dritte optische Element B3 um η bewegt wird, um eine Positionsveränderung der Ternärbilderzeugungsebene N3 durch Korrektur der Position der Ternärbilderzeugungsebene N3 gemäß einer Positionsveränderung der Sekundärbilderzeugungsebene N2, die auftritt, wenn sich das zweite optische Element B2 relativ zum ersten optischen Element B1 um δ bewegt, zu verhindern, kann daher bei dem optischen System die Brennweite verändert werden, ohne die Position der finalen Bilderzeugung P zu verändern.
Es wird nunmehr auf die in Fig. 8B gezeigte Abwicklung des optischen Systems Bezug genommen. Da die Bilderzeugungsebene P fixiert ist, ist das erste optische Element B1, das ursprünglich fixiert ist, relativ zum ersten optischen Ele ment B1 um 2δ bewegt gezeigt.
Da das zweite optische Element B2 relativ zum ersten optischen Element B1 um δ bewegt wird, wird der Abstand x2T(-) zwischen der Primärbilderzeugungsebene N1 und dem vorderen Brennpunkt F&sub2; des zweiten optischen Elementes B2 zu:
x2T = x2W - δ. (13)
Da ferner das dritte optische Element B3 um η relativ zur Ternärbilderzeugungsebene N3 bewegt wird, wird die Distanz x3T' zwischen der Ternärbilderzeugungsebene N3 und dem vorderen Brennpunkt F&sub3;' des dritten optischen Elementes B3 zu:
x3T' = x3W' - η
= -(f&sub3;²/x3W + η). (14)
Da darüber hinaus die Gesamtlänge des optischen Photographiesystems um 2δ größer wird, wird die Distanz x2T' - x3T zwischen dem hinteren Brennpunkt F&sub2;' des zweiten optischen Elementes B2 und dem vordem Brennpunkt F&sub3; des dritten optischen Elementes B3 zu:
x2T' - x3T = x2W' - x3W + δ + η
= -f&sub2;²/x2W - x3W + δ + η. (15)
Unter Verwendung der Gleichungen (13) und (14) werden X2T' und x3T von Gleichung (15) ausgedrückt als:
x2T' = -f&sub2;²/x2T
= -f&sub2;²/(x2W - δ) (16)
x3T = -f&sub3;²/x3T'
= (f&sub3;²·x3W)/(f&sub3;² + x3W·η). (17)
Daher wird Gleichung (15) zu:
-f&sub2;²/(x2W - δ) - (f&sub3;²·x3W)/(f&sub3;² + x3W·η)
= -f&sub2;²/x2W - x3W + δ + η. (18)
Die Beziehung zwischen der Bewegung des dritten optischen Elementes B3 und der Bewegung des zweiten optischen Elementes B2 wird daher durch Gleichung (18) ausgedrückt.
Da ferner die zusammengesetzte Vergrößerung βT der auf der Bildseite des ersten optischen Elementes B1 angeordneten optischen Elemente ausgedrückt wird als:
βT = β2T·β3T·β4
= (f&sub2;/x2T)·(f&sub3;/x3T)·(f&sub4;/x&sub4;)
= (f&sub2;·f&sub3;·f&sub4;)/(x2T·x3T·x&sub4;), (19)
wird die Brennweite des optischen Systems am Telephotoende nach der Bewegung der optischen Elemente zu:
fT = f&sub1;·βT = (f&sub1;·f&sub2;·f&sub3;·f&sub4;)/(x2T·x3T·x&sub4;)
= f&sub1;·f&sub2;·f&sub3;·f&sub4;·(f&sub3;² + x3W·η)/{(x2W - δ)·f&sub3;²·x3W·x&sub4;}. (20)
Daher wird das Vergrößerungsveränderungsverhältnis Z des optischen Photographiesystems zu:
Z = fT/fW
= x2W·x3W/(x2T·x3T)
= x2W·x3W·(f&sub3;² + x3W·η)/{(x2W - δ)·f&sub3;²·x3W}
= x2W·(f&sub3;² + x3W·η)/{(x2W - δ)·f&sub3;²} (21)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Länge des optischen Systems in Z-Richtung durch Verwirklichung einer Anordnung, bei der der optische Pfad unter Verwendung der optischen Elemente in der vorstehend beschriebenen Weise wirksam gefaltet wird, beträchtlich reduziert. Da ferner die Form des dritten optischen Elementes B3 so ausgewählt ist, daß ein Totraum, der dem ersten optischen Element B1 folgt, aufgefüllt wird, ist in der Anordnung sämtlicher optischen Elemente kein unnötiger Raum vorhanden.
Durch Verwirklichung der Anordnung, bei der das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3 während der Veränderung der Vergrößerung in Y-Achsen-Richtung bewegt werden, wird die Länge in Z-Achsen-Richtung über den gesamten Bereich der Veränderung der Vergrößerung unverändert gehalten.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Richtung der Referenzachse A4,3, die aus dem vierten optischen Element B4 austritt, relativ zur Richtung der Referenzachse A3,6, die in das vierte optische Element B4 eintritt, um einen Winkel von 90º gebogen ist, sind die Richtung und der Winkel der austretenden Referenzachse A4,3 nicht auf die der vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann eine Reflexionsfläche hinzugefügt werden, so daß die austretende Referenzachse A4,3 in einer Richtung senkrecht zur Blattebene von Fig. 1 (X-Richtung) gebogen wird.
Die Referenzache A&sub0; kann auch in das optische System in einer anderen Richtung eintreten, so daß die Referenzachse A&sub0; in der Richtung senkrecht zur Blattebene eintritt, indem ein 45º-Spiegel o. ä. auf der Objektseite der Blende BL angeordnet wird.
Da ferner bei der vorliegenden Ausführungsform das erste optische Element B1 während der Veränderung der Vergröße rung fixiert ist, können das erste optische Element B1 und seine Reflexionsflächen zum Biegen der eintretenden Referenzachse vorher auf integrierte Weise ausgebildet werden.
In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen sind die konstitutiven Daten für jede Ausführungsform aufgeführt. Die Ausführungsformen 5 bis 12 decken Objektive mit veränderlicher Brennweite vom Zweigruppen-Typ entsprechend Ausführungsform 1 ab, während die Ausführungsformen 13 bis 16 Objektive mit veränderlicher Brennweite vom Dreigruppen-Typ abecken, welche drei optische Elemente aufweisen.
Bei jeder der nachfolgenden Ausführungsformen sind die Reflexionsflächen, die einen Teil eines optischen Systems bilden, so ausgebildet, daß sich die Krümmungen der Reflexionsflächen parallel zur Blattebene der entsprechenden Figur von den Krümmungen der Reflexionsflächen senkrecht zur Blattebene dieser Figur unterscheiden, um Dezentrierungsaberrationen zu korrigieren, die durch Dezentrieren der Reflexionsspiegel zum Zwecke einer Verhinderung der Blockierung eines Lichtstrahles in einem optischen Spiegelsystem verursacht werden.
Durch Anordnung dieser Reflexionsflächen als rotationsasymmetrische Flächen, können diverse Aberrationen vollständig korrigiert und optische Elemente mit einem gewünschten optischen Verhalten erreicht werden.

Ausführungsform 5

Fig. 9 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildauf nahmesystem konzipiert, das ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x besitzt. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 5 sind nachfolgenden aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, bilden die zweite Fläche R2 bis zur fünften Fläche R5 einen Teil des ersten optischen Elementes B1, bilden die sechste Fläche R6 bis zur neunten Fläche R9 einen Teil des zweiten optischen Elementes B2, und ist die zehnte Fläche R10 eine Bildebene.
Ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt wird nachfolgend beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 und der vierten Fläche R4 reflektiert, dann von der fünften Fläche R5 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der vierten Fläche R4 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der sechsten Fläche R6 gebrochen, dann von der siebten Fläche R7 und der achten Fläche R8 reflektiert, dann von der neunten Fläche R9 gebrochen und tritt aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der siebten Fläche R7 im zweiten optischen Element B2 gebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der zehnten Fläche R10 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und gleich. Ferner sind die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel zueinander und gleich.
Nachfolgend wird ein Vergrößerungsveränderungsvorgang, der durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkt wird, beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 zeitweise in der Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende und dann in Z-Minus-Richtung. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die zehnte Fläche R10, bei der es sich um die Bildebene handelt, bewegt sich während der Veränderung der Vergrößerung nicht. Wenn somit die Veränderung der Vergrößerung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R10 zunimmt.
Jede der Fig. 10, 11 und 12 zeigt Diagramme lateraler Aberration bei der vorliegenden Ausführungsform. Die entsprechenden Diagramme zeigen laterale Aberrationen in Y- und X-Richtung relativ zu sechs Lichtstrahlen, die in die vorliegende Ausführungsform unter verschiedenen Einfallswinkeln (uy, uX), (0, uX), (-uy, ux), (uy, 0), (0, 0) und (-uy, 0) eindringen. Die Horizontalachse eines jeden dieser Diagramme lateraler Aberration gibt die Einfallshöhe in Y- oder X-Richtung eines Lichtstrahles wieder, der auf die erste Fläche trifft.
Fig. 10 zeigt Diagramme lateraler Aberration von lateralen Aberrationen, die auftreten, wenn die vorliegende Ausfüh rungsform auf das Weitwinkelende (W) eingestellt ist. Fig. 11 zeigt Diagramme lateraler Aberration von lateralen Aberrationen, die auftreten, wenn die vorliegende Ausführungsform auf die Mittelposition (M) eingestellt ist, und Fig. 12 zeigt Diagramme lateraler Aberration von lateralen Aberrationen, die auftreten, wenn die vorliegende Ausführungsform auf das Telephotoende (T) eingestellt ist.
Wie man diesen Figuren entnehmen kann, ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine gut ausgeglichene Aberrationskorrektur zu erreichen, wenn das optische System auf das Weitwinkelende, die Mittelposition (M) oder das Telephotoende (T) eingestellt ist.
Darüber hinaus ist die vorliegende Ausführungsform kompakt, da die Gesamtabmessungen des optischen Systems 32,9 mm lang · 21,4 mm breit · 6,6 mm dick für eine Bildgröße von 4 mm · 3 mm sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es insbesondere deshalb möglich, weil jedes der optischen Elemente und das gesamte optische System eine geringe Dicke besitzen und jedes der optischen Elemente durch Ausbildung von Reflexionsflächen auf vorgegebenen Seiten eines plattenförmigen Blocks konstruiert werden kann, ohne weiteres ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite zu konzipieren, das insgesamt dünn ist, indem ein Mechanismus realisiert wird, der bewirkt, daß sich zwei optische Element entlang einer Fläche einer Basisplatte bewegen.

Ausführungsform 6

Fig. 13 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 6 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, die eine Eintrittspupille darstellt, bilden die zweite Fläche R2 bis zur fünften Fläche R5 einen Teil des ersten optischen Elementes B1, bilden die sechste Fläche R6 bis zur neunten Fläche R9 einen Teil des zweiten optischen Elementes B2, und ist die zehnte Fläche R10 eine Bildebene.
Ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt wird nachfolgend beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 und der vierten Fläche R4 reflektiert, dann von der fünften Fläche R5 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der vierten Fläche R4 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichstrahl von der sechsten Fläche R6 gebrochen, dann von der siebten Fläche R7 und der achten Fläche R8 reflektiert, dann von der neunten Fläche R9 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der siebten Fläche R7 im zweiten optischen Element B2 ausgebildet. Der Lichtstrahl, der vom zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der zehnten Fläche R10 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und gleich. Im Gegensatz zur Ausführungsform 5 sind die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt.
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich ebenfalls in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die zehnte Fläche R10, die die Bildebene darstellt, bewegt sich während der Veränderung der Vergrößerung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R10 zunimmt. Da somit bei der vorliegenden Ausführungsform die Richtungen der entsprechenden eintretenden und austretenden Referenzachsen entgegengesetzt zu denen der Ausführungsform 5 sind, ist die vorliegende Ausführungsform kompakter als die Ausführungsform 5, was den gesamten Vergrößerungsveränderungsbereich anbetrifft.
Jede der Fig. 14, 15 und 16 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 7

Fig. 17 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 7 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, bilden die zweite Fläche R2 bis zur fünften Fläche R5 einen Teil des ersten optischen Elementes B1, bilden die sechste Fläche R6 bis zur neunten Fläche R9 einen Teil des zweiten optischen Elementes B2, und ist die zehnte Fläche R10 eine Bildebene.
Ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt wird nachfolgend beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 und der vierten Fläche R4 reflektiert, dann von der fünften Fläche R5 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der fünften Fläche R5 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der sechsten Fläche R6 gebrochen, dann von der siebten Fläche R7 und der achten Fläche R8 reflektiert, dann von der neunten Fläche R9 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der siebten Fläche R7 ausgebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der zehnten Fläche R10 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und gleich.
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die zehnte Fläche R10, die die Bildebene darstellt, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R10 ansteigt.
Jede der Fig. 18, 19 und 20 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 8

Fig. 21 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 8 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, bilden die zweite Fläche R2 bis zur fünften Fläche R5 einen Teil des ersten optischen Elementes B1, bilden die sechste Fläche R6 bis zur neunten Fläche R9 einen Teil des zweiten optischen Elementes B2, und ist die zehnte Fläche R10 eine Bildebene.
Ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt wird nachfolgend beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 und der vierten Fläche R4 reflektiert, dann von der fünften Fläche R5 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der vierten Fläche R4 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der sechsten Fläche R6 gebrochen, dann von der siebten Fläche R7 und der achten Fläche R8 reflektiert, dann von der neunten Fläche R9 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der siebten Fläche R7 ausgebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der zehnten Fläche R10 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und entgegengesetzt.
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die zehnte Fläche R10, die die Bildebene darstellt, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R10 ansteigt.
Jeder der Fig. 22, 23 und 24 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.
Die Ausführungsformen 9 bis 12 sind ähnlich wie die Ausführungsformen 5 bis 8 für Zweigruppen-Objektive mit veränderlicher Brennweite konzipiert. Bei jeder Ausführungsform 5 bis 8 finden optische Elemente Verwendung, die jeweils gekrümmte Reflexionsflächen o. ä. besitzen, die auf der Oberfläche eines Blocks aus transparentem Kunststoff, Glas o. ä. ausgebildet sind, und ein Strahl von einem Objekt dringt durch den Block, während darin eine Reflexion wiederholt stattfindet. Im Gegensatz dazu wird bei jeder Ausführungsform 9 bis 12, die nachfolgend beschrieben werden, jede dezentrierte Reflexionsfläche, die jede Gruppe dar stellt, von einem Oberflächenspiegel aus Kunststoff, Glas, Metall o. ä. gebildet, und zwei Oberflächenspiegel, die jede Gruppe bilden, sind außerhalb des optischen Pfades einstückig miteinander verbunden.

Ausführungsform 9

Fig. 25 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Zweigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 1,5x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 9 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 sowie die dritte Fläche R3, die jeweils eine von einem Oberflächenspiegel gebildete Reflexionsfläche sind, bilden das erste optische Element B1, wobei die Oberflächenspiegel auf jeder Seite einstückig miteinander verbunden sind, während die vierte Fläche R4 und die fünfte Fläche R5, die jeweils eine aus einem Oberflächenspiegel bestehende Reflexionsfläche darstellen, das zweite optische Element B2 bilden, wobei die Oberflächenspiegel auf jeder Seite einstückig miteinander verbunden sind. Die sechste Fläche R6 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in den Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 und der dritten Fläche R3 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der dritten Fläche R3 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in den Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der vierten Fläche R4 gebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der sechsten Fläche R6 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und gleich. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und gleich.
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente durchgeführter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Plus- Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die zehnte Fläche R10, bei der es sich um die Bildebene handelt, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R10 zunimmt.
Jede der Fig. 26, 27 und 28 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 10

Fig. 29 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Zweigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite bildet, das ein Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 1,5x besitzt. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 10 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 sowie die dritte Fläche R3, die jeweils eine aus einem Oberflächenspiegel hergestellte Reflexionsfläche darstellen, bilden das erste optische Element B1, wobei die Oberflächenspiegel auf jeder Seite einstückig miteinander verbunden sind, während die vierte Fläche R4 und die fünfte Fläche R5, bei denen es sich jeweils um eine Reflexionsfläche handelt, auf dem zweiten optischen Element B2, das ein einstückiges optisches Element ist, ausgebildet sind. Die sechste Fläche R6 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in den Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 und der dritten Fläche R3 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der dritten Fläche R3 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in den Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der vierten Fläche R4 gebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der sechsten Fläche R6 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und gleich. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und entgegengesetzt.
Nachfolgend wird ein Vergrößerungsveränderungsvorgang beschrieben, der durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkt wird. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in der Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die sechste Fläche R6, bei der es sich um die Bildebene handelt, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R6 zunimmt.
Jede der Fig. 30, 31 und 32 zeigt Diagramme lateraler Abberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 11

Fig. 33 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das Zweigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 1,5x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 11 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 sowie die dritte Fläche R3, die jeweils eine Reflexionsfläche darstellen, sind auf dem ersten optischen Element B1, das ein einstückiges optisches Element ist, ausgebildet, während die vierte Fläche R4 und die fünfte Fläche R5, die jeweils eine Reflexionsfläche aus einem Oberflächenspiegel darstellen, das zweite optische Element B2 bilden, wobei die Oberflächenspiegel auf jeder Seite einstückig miteinander verbunden sind. Die sechste Fläche R6 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in den Abschnitt des ersten optischen Elementes B1. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 und der dritten Fläche R3 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf der Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der dritten Fläche R3 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in den Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der vierten Fläche R4 gebildet. Der Lichtstrahl, der aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der sechsten Fläche R6 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmeelementes (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und gleich.
Nachfolgend wird ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die sechste Fläche R6, bei der es sich um die Bildebene handelt, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R6 zunimmt.
Jede der Fig. 34, 35 und 36 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 12

Fig. 37 ist ein optischer Schnitt entlang der Y,Z-Ebene von Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Zweigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsverände rungsverhältnis von etwa 1,5x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 12 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 und dritte Fläche R3, die jeweils von einem Oberflächenspiegel gebildet werden, sind auf dem ersten optischen Element B1 ausgebildet, während die vierte Fläche R4 und die fünfte Fläche R5, die jeweils einen Oberflächenspiegel bilden, auf dem zweiten optischen Element B2 ausgebildet sind. Die sechste Fläche R6 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in den Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 und der dritten Fläche R3 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des ersten optischen Elementes B1 aus. Während dieser Zeit wird ein Primärbild auf einer Zwischenbilderzeugungsebene in der Nähe der dritten Fläche R3 erzeugt.
Dann tritt der Lichtstrahl in den Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 reflektiert und tritt dann aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 aus. Während dieser Zeit wird eine Pupille in der Nachbarschaft der vierten Fläche R4 erzeugt. Der Lichtstrahl, der aus dem Abschnitt des zweiten optischen Elementes B2 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der sechsten Fläche R6 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Bei der vorliegenden Ausführungform sind die Richtung der Referenzachse, die in das erste optische Element B1 ein tritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem ersten optischen Element B1 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt. Die Richtung der Referenzachse, die in das zweite optische Element B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten optischen Element B2 austritt, sind parallel zueinander und entgegengesetzt.
Nachfolgend wird ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung bewegt sich das erste optische Element B1 in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Minus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die sechste Fläche R6, die die Bildebene bildet, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht. Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, während der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und der Bildebene R6 zunimmt.
Jede der Fig. 38, 39 und 40 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.
Die Ausführungsformen 13 bis 16 sind für sogenannte Dreigruppen-Objektive mit veränderlicher Brennweite konzipiert.

Ausführungsform 13

Fig. 41 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Dreigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungform 13 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 bis zur siebten Fläche R7, die achte Fläche R8 bis zu einer dreizehnten Fläche R13 sowie eine vierzehnte Fläche R14 bis zu einer neunzehnten Fläche R19 bilden das erste optische Element B1, das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3, bei denen es sich jeweils um ein einstückiges optisches Element handelt. Eine zwanzigste Fläche R20 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 reflektiert, dann von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 totalreflektiert, dann von der sechsten Fläche R6 reflektiert, dann von der siebten Fläche R7 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Die zweite Fläche R2 und die vierte Fläche R4 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient, und die fünfte Fläche R5 sowie die siebte Fläche R7 sind entsprechend ausgebildet. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild zwischen der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der achten Fläche R8 gebrochen, dann von der neunten Fläche R9 reflektiert, dann von der zehnten Fläche R10 und der elften Fläche R11 totalreflektiert, dann von der zwölften Fläche R12 reflektiert, dann von der dreizehnten Fläche R13 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Die achte Fläche R8 und die zehnte Fläche R10 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient, und die elfte Fläche R11 sowie die dreizehnte Fläche R13 sind entsprechend ausgebildet. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild in der Nachbarschaft der zwölften Fläche R12.
Dann tritt der Lichtstrahl in das dritte optische Element B3 ein. Im dritten optischen Element B3 wird er von der vierzehnten Fläche R14 gebrochen, dann von der fünfzehnten Fläche R15 reflektiert, dann von der sechzehnten Fläche R16 und der siebzehnten Fläche R17 totalreflektiert, dann von der achtzehnten Fläche R18 reflektiert, dann von der neunzehnten Fläche R19 gebrochen und tritt dann aus dem dritten optischen Element B3 aus. Die vierzehnte Fläche R14 und die sechzehnte Fläche R16 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient, und die siebzehnte Fläche R17 sowie die neunzehnte Fläche R19 sind entsprechend ausgebildet. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild zwischen der fünfzehnten Fläche R15 und der sechzehnten Fläche R16.
Der Lichtstrahl, der aus dem dritten optischen Element B3 ausgetreten ist, erzeugt ein Objektbild auf der Finalbilderzeugungsfläche R20 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Element bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung ist das erste optische Element B1 fixiert. Das zweite optische Element B2 bewegt sich entlang einem konvexen geometrischen Ort in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das dritte optische Element B3 bewegt sich in Z-Minus-Richtung vom Weitwineklende zum Telephotoende. Die zwanzigste Fläche R20, bei der es sich um die Bildebene handelt, bewegt sich während der Veränderung der Vergrößerung nicht.
Während der Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende bleibt somit die gesamte Länge des optischen Pfades von der ersten Fläche R1 bis zur Finalbilderzeugungsfläche R20 konstant.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in jedes der drei optischen Elemente eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus jedem der drei optischen Element austritt, parallel zueinander und gleich.
Jede der Fig. 43, 44 und 45 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform. Wie man den Figuren entnehmen kann, wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine ausgeglichene Aberrationskorrektur bei jeder Brennweite erzielt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Gesamtabmessungen des optischen Systems etwa 65,8 mm lang · 37 mm breit · 11,4 mm dick für eine Bildgröße von 8 mm · 6 mm. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist es auch bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, ohne weiteres ein insgesamt dünnes Objektiv mit veränderlicher Brennweite zu konstruieren, indem eine Anordnung verwirklicht wird, bei der zwei von drei optischen Elementen, die auf einer Basisplatte montiert sind, entlang einer Fläche der Basisplatte bewegt werden, da das optische System eine geringe Dicke besitzt und jedes der optischen Elemente durch Ausbildung von Reflexionsflächen auf vorgegebenen Seiten eines plattenförmigen Blocks konstruiert werden kann, wie in Fig. 42 gezeigt.

Ausführungsform 14

Fig. 46 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 14 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Dreigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 14 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, die in Fig. 46 gezeigt ist, ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 bis zur siebten Fläche R7, die achte Fläche R8 bis zur dreizehnten Fläche R13 und die vierzehnte Fläche R14 bis zur achtzehnten Fläche R18 bilden das erste optische Element B1, das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3, bei denen es sich jeweils um ein einstückiges optisches Element handelt. Die neunzehnte Fläche R19 ist eine Bildebene.
Es wird nunmehr ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 reflektiert, dann von der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5 totalreflektiert, dann von der sechsten Fläche R6 reflektiert, dann von der siebten Fläche R7 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Die zweite Fläche R2 und die vierte Fläche R4 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient, und die fünfte Fläche R5 und die siebte Fläche R7 sind entsprechend ausgebildet. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild zwischen der vierten Fläche R4 und der fünften Fläche R5.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der achten Fläche R8 gebrochen, dann von der neunten Fläche R9 reflektiert, dann von der zehnten Fläche R10 und der elften Fläche R11 totalreflektiert, dann von der zwölften Fläche R12 refletiert, dann von der dreizehnten Fläche R13 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Die achte Fläche R8 und die zehnte Fläche R10 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totatreflexionsfläche dient, und die elfte Fläche R11 sowie die dreizehnte Fläche R13 sind entsprechend ausgebildet. Der Lichstrahl erzeugt ein Zwischenbild in der Nachbarschaft der zwölften Fläche R12. Er bildet ferner eine Pupille zwischen dem zweiten optischen Element B2 und dem dritten optischen Element B3.
Dann tritt der Lichtstrahl in das dritte optische Element B3 ein. Im dritten optischen Element B3 wird der Lichtstrahl von der vierzehnten Fläche R14 gebrochen, dann von der fünfzehnten Fläche R15 reflektiert, dann von der sechzehnten Fläche R16 totalreflektiert, dann von der siebzehnten Fläche R17 reflektiert, dann von der achtzehnten Fläche R18 gebrochen und tritt dann aus dem dritten optischen Element B3 aus. Die vierzehnte Fläche R14, die sechzehnte Fläche R16 und die achtzehnte Fläche R18 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient.
Der Lichtstrahl, der aus dem dritten optischen Element B3 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der Finalbilderzeugungsfläche R19 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Veränderung der Vergrößerung ist das erste optische Element B1 fixiert. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das dritte optische Element B3 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die neunzehnte Fläche R19, die die Bildebene ist, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht.
Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 zu, der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und dem dritten optischen Element B3 ab und der Abstand zwischen dem dritten optische Element B3 und der Bildebene R19 zu. Ferner wird die Gesamtlänge des optischen Pfades von der ersten Fläche R1 zur Bildebene R19 vom Weitwinkelende zum Telephotoende größer.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das dritte optische Element B3 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem dritten optischen Element B3 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt, während die Richtung der Referenzachse, die in das erste und zweite optische Element B1 und B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem zweiten und dritten optischen Element B2 und B3 austritt, parallel zueinander und gleich sind.
Jede der Fig. 47, 48 und 49 zeigen Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 15

Fig. 50 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 15 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Dreigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 15 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, die in Fig. 50 gezeigt ist, ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und bilden die zweite Fläche R2 bis zur sechsten Fläche R6, die siebte Fläche R7 bis zur elften Fläche R11 und die zwölfte Fläche R12 bis zur sechzehnten Fläche R16 das erste optische Element B1, das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3, die jeweils als einstückiges optisches Element ausgebildet sind. Die siebzehnte Fläche R17 ist eine Bildebene.
Ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt wird nachfolgend beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3 reflektiert, dann von der vierten Fläche R4 totalreflektiert, dann von der fünften Fläche R5 reflektiert, dann von der sechsten Fläche R6 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Die zweite Fläche R2, die vierte Fläche R4 und die sechste Fläche R6 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient. Das erste optische Element B1 besitzt eine Zwischenbilderzeugungsebene in der Nachbarschaft der fünften Fläche R5.
Dann tritt der Lichtstrahl, der aus dem ersten optischen Element B1 ausgetreten ist, in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der siebten Fläche R7 gebrochen, dann von der achten Fläche R8 reflektiert, dann von der neunten Fläche R9 totaltreflektiert, dann von der zehnten Fläche R10 reflektiert, dann von der elften Fläche R11 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Die siebte Fläche R7, die neunte Fläche R9 und die elfte Fläche R11 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient.
Dann tritt der Lichtstrahl, der aus dem zweiten optischen Element B2 ausgetreten ist, in das dritte optische Element B3 ein. Im dritten optischen Element B3 wird der Lichtstrahl von der zwölften Fläche R12 gebrochen, dann von der dreizehnten Fläche R13 reflektiert, dann von der vierzehnten Fläche R14 totalreflektiert, dann von der fünfzehnten Fläche R15 reflektiert, dann von der sechzehnten Fläche R16 gebrochen und tritt dann aus dem dritten optischen Element B3 aus. Die zwölfte Fläche R12, die vierzehnte Fläche R14 und die sechzehnte Fläche R16 sind als gleiche Fläche ausgebildet, die sowohl als Brechungsfläche als auch als Totalreflexionsfläche dient.
Der Lichtstrahl, der aus dem dritten optischen Element B3 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der Finalbilderzeugungsfläche R17 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Vergrößerungsveränderung ist das erste optische Element B1 fixiert. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das dritte optische Element B3 bewegt sich ebenfalls in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die siebzehnte Fläche R17, die die Bildebene ist, bewegt sich während der Veränderung der Vergrößerung nicht.
Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, nimmt der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und dem dritten optischen Element B3 ab, und nimmt der Abstand zwischen dem dritten optischen Element B3 und der Bildebene R17 zu. Ferner wird die Gesamtlänge des optischen Pfades von der ersten Fläche R1 zur Bildebene R17 vom Weitwinkelende zum Telephotoende kürzer.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das optische Element B1, B2 und B2 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem entsprechenden Element der optischen Elemente B1, B2 und B3 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt.
Jede der Fig. 51, 52 und 53 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführungsform 16

Fig. 54 zeigt einen optischen Schnitt entlang der Y,Z- Ebene von Ausführungsform 16 der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist für ein optisches Bildaufnahmesystem konzipiert, das ein Dreigruppen-Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit einem Vergrößerungsveränderungsverhältnis von etwa 2,9x bildet. Die konstitutiven Daten für Ausführungsform 16 sind nachfolgend aufgeführt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, die in Fig. 54 gezeigt ist, ist die erste Fläche R1 eine Aperturebene, bei der es sich um eine Eintrittspupille handelt, und die zweite Fläche R2 bis zur achten Fläche R8, die neunte Fläche R9 bis zur fünfzehnten Fläche R15 und die sechzehnte Fläche R16 bis zu einer zweiundzwanzigsten Fläche R22 bilden das erste optische Element B1, das zweite optische Element B2 und das dritte optische Element B3, die jeweils als einstückiges optisches Element ausgebildet sind. Eine dreiundzwanzigste Fläche R23 ist eine Bildebene.
Nachfolgend wird ein Bilderzeugungsvorgang für ein im Unendlichen liegendes Objekt beschrieben. Zuerst dringt ein Lichtstrahl durch die erste Fläche R1 und tritt in das erste optische Element B1 ein. Im ersten optischen Element B1 wird der Lichtstrahl von der zweiten Fläche R2 gebrochen, dann von der dritten Fläche R3, der vierten Fläche R4, der fünften Fläche R5, der sechsten Fläche R6 und der siebten Fläche R7 reflektiert, dann von der achten Fläche R8 gebrochen und tritt dann aus dem ersten optischen Element B1 aus. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild in der Nachbarschaft der vierten Fläche R4 und erzeugt des weiteren ein Sekundärbild zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2.
Dann tritt der Lichtstrahl in das zweite optische Element B2 ein. Im zweiten optischen Element B2 wird der Lichtstrahl von der neunten Fläche R9 gebrochen, dann von der zehnten Fläche R10, der elften Fläche R11, der zwölften Fläche R12, der dreizehnten Fläche R13 und der vierzehnten Fläche R14 reflektiert, dann von der fünfzehnten Fläche R15 gebrochen und tritt dann aus dem zweiten optischen Element B2 aus. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild in der Nachbarschaft der elften Fläche R11. Ferner bildet der Lichtstrahl eine Pupille zwischen der zwölften Fläche R12 und der dreizehnten Fläche R13.
Dann tritt der Lichtstrahl, der vom zweiten optische Element B2 ausgetreten ist, in das dritte optische Element B3 ein. Im dritten optischen Element B3 wird der Lichtstrahl von der sechzehnten Fläche R16 gebrochen, dann von der siebzehnten Fläche R17, der achtzehnten Fläche R18, der neunzehnten Fläche R19, der zwanzigsten Fläche R20 und der einundzwanzigsten Fläche R21 reflektiert, dann von der zweiundzwanzigsten Fläche R22 gebrochen und tritt aus dem dritten optischen Element B3 aus. Der Lichtstrahl erzeugt ein Zwischenbild in der Nachbarschaft der achtzehnten Fläche R18.
Der Lichtstrahl, der aus dem dritten optischen Element B3 ausgetreten ist, erzeugt schließlich ein Objektbild auf der Finalbilderzeugungsfläche R23 (der Bildaufnahmefläche des Bildaufnahmemediums (CCD)).
Ein durch die Bewegungen der entsprechenden optischen Elemente bewirkter Vergrößerungsveränderungsvorgang wird nachfolgend beschrieben. Während der Veränderung der Vergrößerung ist das erste optische Element B1 fixiert. Das zweite optische Element B2 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Das dritte optische Element B3 bewegt sich in Z-Plus-Richtung vom Weitwinkelende zum Telephotoende. Die dreiunzwanzigste Fläche R23, die die Bildebene ist, bewegt sich während der Vergrößerungsveränderung nicht.
Wenn somit die Vergrößerungsveränderung vom Weitwinkelende zum Telephotoende durchgeführt wird, nimmt der Abstand zwischen dem ersten optischen Element B1 und dem zweiten optischen Element B2 ab, nimmt der Abstand zwischen dem zweiten optischen Element B2 und dem dritten optischen Element B3 zu, und nimmt der Abstand zwischen dem dritten optischen Element B3 und der Bildebene R23 zu. Ferner wird die Gesamtlänge des optischen Pfades von der ersten Fläche R1 bis zur Bildebene R23 vom Weitwinkelende zum Telephotoende größer.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Richtung der Referenzachse, die in das optische Element B1, B2 und B3 eintritt, und die Richtung der Referenzachse, die aus dem entsprechenden Element der optischen Elemente B1, B2 und B3 austritt, parallel zueinander und entgegengesetzt.
Jede der Fig. 55, 56 und 57 zeigt Diagramme lateraler Aberration der vorliegenden Ausführungsform.
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein reflektierendes optisches System mit veränderlicher Brennweite zu schaffen, das eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist, von denen einige transparente Körper sind, die jeweils zwei Brechungsflächen und eine Vielzahl von Reflexionsflächen besitzen, und zwar entsprechend den Elementen, die einen Teil der Ausführungsformen 5 bis 8 und 13 bis 16 bilden, während die anderen Elemente optische Elemente sind, auf denen jeweils eine Vielzahl von Reflexionsflächen aus reflektierenden Oberflächenspiegeln einstückig ausgebildet ist, und zwar entsprechend den Ausführungsformen 9 bis 12. Bei einem derartigen reflektierenden optischen System mit veränderlicher Brennweite wird die Brennweite variiert, indem die Relativposition zwischen mindestens zwei optischen Elementen, die aus einer derartigen Vielzahl von optischen Elementen ausgewählt sind, verändert wird. In diese Fall ist es ebenfalls möglich, Vorteile, wie eine Verringerung der Genauigkeit der Anordnung (Montagegenauigkeit) der reflektierenden Spiegel, zu erreichen.
Jede der Ausführungsformen 1 bis 8 und 13 bis 16 umfaßt eine Vielzahl von optischen Elementen aus dünnen plattenförmigen Blöcken, die jeweils zwei Brechungsflächen und eine Vielzahl von gekrümmten und ebenen Reflexionsflächen, die auf ihren Seiten ausgebildet sind, besitzen. Eine Vergrößerungsveränderung wird durch Relativbewegung von zwei der optischen Elemente zu einer Bildebene erreicht.
Bei jeder dieser Ausführungsformen sind sämtliche gekrümmte Reflexionsflächen, die auf jedem optischen Element ausgebildet sind, dezentrierte gekrümmte Reflexionsfläche, wobei alle Flächen in einer Ebene (Y, Z) dezentriert sind. Zwei der optischen Elemente bewegen sich in einer Richtung parallel zur Y,Z-Ebene und bewirken dadurch eine Vergrößerungsveränderung.
Erfindungsgemäß kann ein optisches System aus dünnen optischen Elemente zusammengesetzt werden. Da ein System mit veränderlicher Brennweite verwirklicht werden kann, bei dem sich die optischen Elemente auf einer Ebene bewegen, ist es möglich, ohne weiteres ein dünnes Objektiv mit veränderlicher Brennweite zu konstruieren.
Die Richtung einer Referenzachse, die in jedes optische Element eintritt, und die Richtung einer Referenzachse, die aus diesem optischen Element austritt, können ohne weiteres gleich oder entgegengesetzt zueinander gemacht werden. Daher wird die Designfreiheit in bezug auf die Form des gesamten optischen Systems extrem ausgeweitet, so daß die Freiheit in bezug auf das Design von Kameraformen erweitert werden kann.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine gut ausgeglichene Aberrationskorrektur bei jeder Brennweite erreicht.
Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, die Designfreiheit der Kameraformen weiter auszudehen, indem eine Referenzachse, die in ein optisches Element (erstes optisches Element B1) eintritt, das während der Vergrößerungsveränderung fixiert ist, wie bei den Ausführungsformen 13 bis 16, unter einem willkürlichen Winkel in bezug auf eine Bewegungsebene geneigt wird, auf der sich die anderen optischen Elemente während der Vergrößerungsveränderung bewegen.
Fig. 58 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems, bei dem eine Referenzachse, die in ein optisches Element (erstes optisches Element B1) eintritt, das sich während der Vergrößerungsveränderung nicht bewegt, unter einem willkürlichen Winkel in bezug auf eine Bewegungsebene, auf der sich ein zweites und drittes optisches Element während der Vergrößerungsveränderung bewegen, geneigt ist. Im in Fig. 58 gezeigten optischen System bewegt sich das erste optische Element B1 während der Vergrößerungsveränderung nicht und entspricht einem sogenannten vorderen Element eines optischen Photographiesystems. Das zweite und dritte Element B2 und B 3 bewegen sich während der Veränderung der Vergrößerung und entsprechen einem sogenannten Variator und Kompensator.
Das zweite und dritte optische Element B2 und B3 bewirken eine Veränderung der Vergrößerung durch Bewegung auf der Y,Z-Ebene in Fig. 58. Sämtliche Referenzachsen des zweiten und dritten optischen Elementes B2 und B3 sind auf der Y,Z- Ebene vorhanden.
Aus dem obigen Grund ist es unmöglich, eine Ebene zu neigen, die die Y,Z-Ebene und die Referenzachsen des zweiten und dritten optischen Elementes B2 und B3, die sich während der Vergrößerungsveränderung bewegen, enthält. Einige (A1,2 bis A1,6) der Referenzachsen des ersten optischen Elementes B1, das während der Vergrößerungsveränderung fixiert ist, müssen in der Referenzachsenebene (Bewegungsebene) vorhanden sein, während die anderen Referenzachsen (A&sub0; und A1,1) in dieser Referenzachsenebene nicht vorhanden sein müssen.
Speziell ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Reflexionsfläche R1,2 so vorgesehen, daß die Richtung der Referenzachse A&sub0;, die in das erste optische Element B1 in X-Achsen-Richtung eintritt, durch die Reflexionsfläche R1,2 im ersten optischen Element B1 in Z-Achsenrichtung abgelenkt wird.
Durch Anordnung der Reflexionsfläche R1,2 auf diese Weise ist es möglich, die Richtung eines Lichtstrahles, der in das optische Photographiesystem eintritt, frei einzustellen, so daß die Designfreiheit in bezug auf Kameraformen weiter ausgedehnt werden kann.
Nachfolgend wird in Verbindung mit Fig. 65 ein Mechanismus zum Bewegen der vorstehend beschriebenen optischen Elemente kurz beschrieben.
Wie in Fig. 65 gezeigt, umfaßt die gezeigte optische Vorrichtung eine Basisplatte 51 mit einem optischen Bildaufnahmesystem und einem auf ihrer Oberfläche vorgesehenen Mechanismussystem. Die Basisplatte 51 hat eine Vielzahl von Öffnungen 51a, 51b und 51c. Die Öffnung 51a ist mit einem Dichtungselement, wie Glas, so abgedichtet, daß ein Lichtstrahl hindurchtreten kann, jedoch Fremdpartikel, wie Staub, an einem Eindringen in den zwischen der Basisplatte 51 und einem Abschirmgehäuse 49 ausgebildeten Komponentenaufnahmeraum gehindert werden.
Durch Verwirklichung eines solchen optischen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine extrem kleine Bildaufnahmevorrichtung eines Kartentyps zu schaffen.
Das auf der Basisplatte 51 vorgesehene optische Bildaufnahmesystem umfaßt einen Iristeil 30 zum Einstellen der von der Öffnung 51a geführten Lichtmenge eines Objektes, eine Vielzahl von prismenförmigen optischen Elementen G1, G2, G3 und G4, wie Glas- oder Kunststoffelementen, die jeweils Reflexionsflächen einer freien Krümmung besitzen, und ein festes Bildaufnahmeelement 52 zum Empfang von Licht, das vom optischen Element G4 austritt, und zum Umwandeln des Lichtes in ein elektrisches Signal.
Der Iristeil 30 besitzt zwei Irislamellen 30a und 30b, die symmetrisch um eine optische Achse K, die mit der Achse der Öffnung 51a zusammenfällt, angeordnet sind. Die Position einer Irisöffnung, deren Größe durch die Drehung der Irislamellen 30a und 30b beschränkt wird, und die optische Achse K fallen zusammen.
Das optische Element G1 ist an der Basisplatte 51 fixiert. Es besitzt ein Paar von Schäften G1a zur Positionierung des optischen Elementes G1 relativ zur Basisplatte 51, und das optische Element G1 wird von den Schäften G1a, die in entsprechende Öffnungen 51b der Basisplatte 51 eingepaßt sind, relativ zur Basisplatte 51 positioniert und an dieser fixiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Basisplatte 51 und das optische Element G1 von den Schäften G1a, die in die entsprechenden Öffnungen 51b eingepaßt sind, positioniert und fixiert.
Jedes der optischen Elemente G2 und G3 dient als optisches Element, das einen Brennweitenveränderungsvorgang (Brennweiteneinstellvorgang) oder einen Fokussiervorgang (Brenn weiteneinstellvorgang) durchführt, indem es parallel zur Fläche der Basisplatte 51 in einer vorgegebenen Richtung (in Längsrichtung der Basisplatte 51) bewegt wird.
Das optische Element G2 ist über einen Kleber an einer sich bewegenden Basis 53 fixiert. Die sich bewegende Basis 53 besteht aus einer flachen Platte aus einem stark magnetisch permeablen Material, wie Eisen. Die sich bewegende Platte 53 besitzt einen Teil einer Betätigungseinheit zum Bewegen der sich bewegenden Platte 53 parallel zur Basisplatte 51 in einer vorgegebenen Richtung, einen Positionsdetektionsteil zum Detektieren der Position der sich bewegenden Basis 53 und einen Positionsbeschränkungsteil zum Führen der Bewegungsrichtung der sich bewegenden Basis 53 und zum Beschränken der sich bewegenden Basis 53.
Wie in Fig. 65 gezeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Permanentmagnet 55 als der erwähnte Teil der Betätigungseinheit vorgesehen, dient eine Magnetskala 57 als Positionsdetektionsteil, und sind ein Nutabschnitt 59 mit einem V-förmigen Querschnitt und ein Nutabschnitt 61 mit einer ausnehmungsähnlichen Form als Positionsbeschränkungsteil in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der sich bewegenden Basis 53 vorgesehen. Der Permanentmagnet 55 besteht aus zwei Magneten, die in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des optischen Elementes G2 magnetisiert sind. Jeder dieser Magneten ist einer Richtung senkrecht zur Basisplatte 51 angeordnet.
Eine Spule 67 und ein Joch 69, die die Betätigungseinheit in Zusammenwirkung mit der sich bewegende Basis 53 und dem Permanentmagneten 55 bilden, sind auf der Basisplatte 51 vorgesehen.
Schienenteile 63 und 64 zum Lenken der Bewegungsrichtung der sich bewegenden Basis 53 und zum Beschränken der Position der sich bewegenden Basis sind auf der Basisplatte 51 an Stellen vorgesehen, die dem Nutabschnitt 59 und dem Nutabschnitt 61 entsprechen. Eine Nut mit V-förmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der sich bewegenden Basis 53 ist in jedem Schienenteil 63 und 64 ausgebildet. Kugeln 46 sind zwischen die Nutabschnitte 59 und 61 und die entsprechenden Schienenteile 63 und 64 eingesetzt.
Wenn bei der Betätigungseinheit, die aus der sich bewegenden Basis 53, dem Permanentmagneten 55, der Spule 67 und dem Joch 69 besteht, ein elektrischer Strom durch die Spule 67 fließt, wird durch die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Strom und einem Magnetkreis, der später beschrieben wird, eine Antriebskraft erzeugt. Die sich bewegende Basis 53, d. h. das optische Element G2, wird durch die Antriebskraft entlang der optischen Achse (in Längsrichtung der Schienenteile 63 und 64) bewegt.
Das optische Element G3 wird durch eine im wesentlichen entsprechende Anordnung bewegt, wobei sich die optischen Elemente G2 und G3 bewegen, um eine Veränderung der Brennweite durchzuführen.
Erfindungsgemäß ist es möglich, durch Einstellung der einzelnen Elemente in der vorstehend beschriebenen Weise, insbesondere durch Verwendung einer Vielzahl von optischen Elementen, in denen jeweils eine Vielzahl von gekrümmten Reflexionsflächen und ebenen Reflexionsflächen einstückig ausgebildet ist, und durch geeignetes Verändern der Relativposition mindestens zwei der optischen Elemente, um eine Veränderung der Brennweite herbeizuführen, ein reflektierendes optisches System mit veränderlicher Brennweite zu erhalten, das ein optisches Spiegelsystem mit geringer Größe umfaßt, dessen Reflexionsspiegel mit einer verringerten Anordnungsgenauigkeit (Montagegenauigkeit) im Vergleich zu herkömmlichen optischen Spiegelsystemen angeordnet werden können. Ferner ist es möglich, eine Bildaufnahmevorrichtung zu erhalten, bei der ein derartiges optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ Verwendung findet.
Es ist ferner möglich, ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ zu erhalten, das trotz seines verringerten wirksamen Durchmessers einen Gesichtsfeldweitwinkel besitzt, und zwar infolge einer Anordnung, bei der eine Blende an einer Stelle angeordnet ist, die zur Objektseite des optischen Systems am benachbartesten ist, und bei der ein Objektbild mindestens einmal im optischen System erzeugt wird und das ferner eine Gesamtlänge aufweist, die in einer vorgegebenen Richtung verringert ist, da ein optischer Pfad im optischen System in eine gewünschte Form gebogen ist, unter Verwendung von optischen Elementen, die jeweils eine Vielzahl von Reflexionsflächen mit geeignetem Brechungsvermögen besitzen, und durch Dezentrieren der Reflexionsflächen, die jedes optische Element bilden. Ferner ist es möglich, eine Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung eines derartigen optischen Systems mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ zu erhalten.
Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ zu schaffen, das mindestens einen der nachfolgenden Vorteile besitzt, sowie eine Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung eines derartigen optischen Systems mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ.
In einem optischen System, das eine Vielzahl von optischen Elementen aufweist, in denen jeweils eine Vielzahl von Reflexionsflächen mit vorgegebenen Krümmungen einstückig ausgebildet ist, sind Reflexionsflächen, die sich während der Vergrößerungsveränderung bewegen, zu einer Einheit ausgebildet. Im Vergleich zum Vergrößerungsveränderungsvorgang eines herkömmlichen optischen Spiegelsystems ist es daher möglich, die relative Positionsgenauigkeit einer jeden Reflexionsfläche, die höchste Genauigkeit erfordert, sicherzustellen, indem eine Anordnung verwirklicht wird, bei der die Relativlage zwischen der Vielzahl der optischen Elemente verändert wird, um eine Veränderung der Vergrößerung (Veränderung der Brennweite) des optischen Systems und eine Fokussierung desselben zu erzielen. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung des optischen Verhaltens durch die Vergrößerungsveränderung zu verhindern.
Da optische Elemente verwendet werden, auf denen jeweils die Reflexionsflächen in einstückiger Weise ausgebildet sind, spielen die optischen Elemente selbst die Rolle eines Objektivtubus, so daß ein Montageelement verwendet werden kann, das im Vergleich zu herkömmlichen Objektivtuben bemerkenswert einfach ist.
Da jedes der optischen Elemente als Objektiveinheit ausgebildet ist, auf der eine Vielzahl von Flächen mit Krümmungen in einstückiger Weise ausgebildet ist, kann die Zahl der Komponenten des gesamten Photographiesystems im Vergleich zu einem Brechungslinsensystem verringert werden. Daher können die Kosten des Photographiesystems aufgrund der reduzierten Komponentenzahl verringert werden.
Da ferner die Zahl der Komponenten des gesamten Photographiesystems verringert werden kann, können durch die Montage von anderen Komponenten angehäufte Fehler reduziert werden, so daß es möglich ist, eine Verschlechterung des optischen Verhaltens zu verhindern.
Da die Reflexionsflächen eines jeden der optischen Elemente an geeigneten Positionen in einem dezentrierten Zustand angeordnet sind, kann der optische Pfad im optischen System in eine gewünschte Form gebogen werden, so daß die Gesamtlänge des optischen Systems verringert werden kann.
Durch Anordnung eines optischen Elementes, das während der Vergrößerungsveränderung fest ist, können einige der Referenzachsen unter einem willkürlichen Winkel relativ zu einer Ebene geneigt werden, die nahezu sämtliche Referenzachsen enthält, so daß die Konstruktionsfreiheit in bezug auf Kameraformen erweitert werden kann.
Durch Verwirklichung einer Anordnung zur Übertragung eines Objektbildes durch wiederholte Bilderzeugung eine Vielzahl von Malen kann der wirksame Strahldurchmesser einer jeden Fläche reduziert werden, so daß das gesamte optische Photographiesystem kompakt ausgebildet werden kann.
Da die Bilderzeugungsgröße einer Zwischenbilderzeugungsebene relativ zur Größe einer Bildaufnahmefläche vergleichsweise klein eingestellt ist, ist es möglich, den wirksamen Strahldurchmesser einer jeden Fläche, die zur Übertragung des Objektbildes erforderlich ist, zu reduzieren.
Da die Ebene, auf der sich die optischen Elemente bewegen, parallel zu der Ebene, die nahezu sämtliche Referenzachsen einschließlich der Referenzachsen in den beiden optischen Elementen, die ihre Relativlagen verändern, enthält, angeordnet wird, ist es möglich, die Parallelität zwischen der Ebene, die die Referenzachsen enthält, und der Ebene, auf der sich die optischen Elemente bewegen, ohne weiteres auf rechtzuerhalten. Daher ist es möglich, eine Dezentrierungsaberration infolge einer Relativneigung zwischen der Bewegungsebene, auf der sich die optischen Elemente während der Veränderung der Vergrößerung bewegen, und der Ebene, die die Referenzachsen enthält, zu eliminieren.
Da sich die optischen Elemente während der Vergrößerungsveränderung auf einer Ebene bewegen, ist es möglich, ohne weiteres eine Paralleldezentrierung in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der optischen Elemente zu verhindern. Ferner kann eine Drehung eines jeden optischen Elementes in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsebene im Prinzip eliminiert werden.
Da jedes der optischen Elemente auf einer Ebene angeordnet ist, können beide optischen Elemente von einer Richtung eingebaut werden, so daß die Montage einfach wird und Montagekosten verringert werden können.
Da die Blende auf der Objektseite des optischen Systems oder eine Eintrittspupille auf einer Objektseite der ersten reflektierenden Fläche, von der Objektseite eines optischen Elementes, in das ein Lichtstrahl von einem Objekt zuerst eintritt, aus gesehen, angeordnet ist, ist es möglich, ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite vorzusehen, dessen Gesichtsfeldwinkel breiter gemacht werden kann, ohne den Objektivdurchmesser des Objektives mit veränderlicher Brennweite zu erhöhen.

Claims

1. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ mit einer Vielzahl von optischen Elementen (B1, B2), die gekrümmte Reflexionsflächen besitzen, wobei ein Bild eines Objektes über die Vielzahl der optischen Elemente (B1, B2) auf einer finalen Bildebene (P) erzeugt und eine Veränderung der Brennweite durchgeführt wird, indem mindestens zwei optische Elemente aus der Vielzahl der optischen Elemente dazu gebracht werden, ihre Relativlagen zu verändern,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Blende (BL) auf der Lichtstrahleintrittsseite des optischen Systems mit veränderlicher Brennweite angeordnet ist,

jedes der Vielzahl der optischen Elemente (B1, B2) einen transparenten Korpus, zwei Brechungsflächen und eine Vielzahl der gekrümmten Reflexionsflächen, die auf dem transparenten Korpus ausgebildet sind, umfaßt und so angeordnet ist, daß ein Lichtstrahl (8) in den transparenten Korpus von einer der beiden Brechungsflächen eintritt, auf wiederholte Weise eine Reflexion durch die Vielzahl der gekrümmten Reflexionsflächen erfährt und von der anderen der beiden Brechungsflächen aus dem Korpus austritt, und/oder

auf jedem der Vielzahl der optischen Elemente (B1, B2) eine Vielzahl der gekrümmten Reflexionsflächen aus reflektierenden Oberflächenspiegeln in einstückiger Weise ausgebildet ist, wobei jedes dieser optischen Elemente so ausgebildet ist, daß ein eintretender Lichtstrahl auf wiederholte Weise eine Reflexion durch die Vielzahl der Reflexionsflächen erfährt und aus dem optischen Element austritt, und

das optische Element (B1), in das der Lichtstrahl (8) von einem Objekt zuerst eintritt, eine Eintrittspupille besitzt, die auf der Objektseite der ersten gekrümmten Reflexionsfläche angeordnet ist, von der Objektseite aus gesehen.

2. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem dann, wenn ein optischer Pfad eines Lichtstrahles, der durch den Mittelpunkt der Blende (BL) des optischen Systems mit veränderlicher Brennweite dringt, durch die Vielzahl der Elemente (B1, B2) dringt und durch den Mittelpunkt der finalen Bildebene (P) dringt, als Referenzachse (A) angesehen wird und die Richtung, in der sich der Lichtstrahl entlang der Referenzachse (A) bewegt, als Richtung der Referenzachse angesehen wird, derjenige Abschnitt der Referenzachse (A), der in jedes der mindestens zwei optischen Elemente eindringt, die ihre Relativlagen verändern, parallel zu demjenigen Abschnitt der Referenzachse (A) ist, der aus jedem der mindestens zwei optischen Elemente austritt.

3. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom re flektierenden Typ nach Anspruch 2, bei dem sich die mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, auf einer Bewegungsebene parallel zueinander bewegen.

4. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 2, bei dem derjenige Abschnitt der Referenzachse (1), der in jedes der mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, eintritt, die gleiche Richtung besitzt, wie der Abschnitt der Referenzachse (A), der aus jedem der mindesten zwei optischen Elemente austritt.

5. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 2, bei dem der Abschnitt der Referenzachse (A), der in eines der mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, eintritt, die gleiche Richtung besitzt wie der Abschnitt der Referenzachse (A), der aus dem einen der mindestens zwei optischen Elemente austritt, während der Abschnitt der Referenzachse (A), der in ein anderes der mindestens zwei optischen Elemente eintritt, eine entgegengesetzte Richtung besitzt wie der Abschnitt der Referenzachse (A), der aus dem anderen optischen Element austritt.

6. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 2, bei dem der Abschnitt der Referenzachse (A), der in jedes der mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, eintritt, entgegengesetzt gerichtet ist zu dem Abschnitt der Referenzachse (A), die aus jedem der mindestens zwei optischen Elemente austritt.

7. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom re flektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem eine Fokussierung durchgeführt wird, indem eines der mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, bewegt wird.

8. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem eine Fokussierung durchgeführt wird, indem ein anderes optisches Element als die mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, bewegt wird.

9. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem ein Zwischenobjektbild mindestens einmal innerhalb des optischen Systems mit veränderlicher Brennweite erzeugt wird.

10. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem jede gekrümmte Reflexionsfläche unter der Vielzahl der Reflexionsflächen eine Form besitzt, die nur eine Symmetrieebene aufweist.

11. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem dann, wenn ein optischer Pfad eines Lichtstrahles, der den Mittelpunkt der Blende (BL) des optischen Systems mit veränderlicher Brennweite passiert, die Vielzahl der optischen Elemente (B1, B2) durchdringt und den Mittelpunkt der finalen Bildebene (P) passiert, als Referenzachse (A) angesehen wird, diejenigen Abschnitte der Referenzachse, die sich durch die mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, erstrecken, auf einer Ebene vorhanden sind.

12. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 11, bei dem mindestens Abschnitte der Referenzachse, die sich durch ein anderes optisches Element als die mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, erstrecken, auf der einen Ebene vorhanden sind.

13. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem mindestens eines der Vielzahl der optischen Elemente eine solche Reflexionsfläche besitzt, daß eine Normale zur Reflexionsfläche an ihrem Mittelpunkt relativ zu einer Bewegungsebene, auf der sich die mindestens zwei optischen Elemente bewegen, die ihre Relativlagen verändern, geneigt ist.

14. Optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach Anspruch 1, bei dem sich die mindestens zwei optischen Elemente, die ihre Relativlagen verändern, auf zwei Bewegungsebenen bewegen, die relativ zueinander geneigt sind.

15. Bildaufnahmevorrichtung, die ein optisches System mit veränderlicher Brennweite vom reflektierenden Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist und so ausgebildet ist, daß ein Bild des Objektes auf einer Bildaufnahmefläche (P) eines Bildaufnahmemediums erzeugt wird.