DE102008027518B3 - Mirror lens e.g. observation lens for use in e.g. spatial spectrometer in field monitoring, has four mirrors, where first and fourth mirrors are deformed to allow position of image plane of lens to remain unchanged in range of focus depth - Google Patents

Mirror lens e.g. observation lens for use in e.g. spatial spectrometer in field monitoring, has four mirrors, where first and fourth mirrors are deformed to allow position of image plane of lens to remain unchanged in range of focus depth Download PDF

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Abstract

The lens (100) has four mirrors (110-140), where the first and fourth mirrors (110, 140) are formed as deformable mirrors. The mirrors are arranged so that a bend optical path (102) extends from the first mirror (110) to the fourth mirror (140). The first and fourth mirrors (110, 140) are deformed so that an image angle of the lens is changed by deformation of a mirror surface of the first mirror (110) with deformation of a mirror surface of the fourth mirror (140) to allow a position of an image plane (160) of the lens to remain unchanged in a range of a focus depth. Independent claims are also included for the following: (1) a spatial spectrometer having a mirror lens (2) an image recording system having a mirror lens (3) a method of operating a central shadowing effect free mirror lens.

Description

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel, das zumindest vier Spiegel umfasst, von denen zwei Spiegel als deformierbare Spiegel ausgelegt sind.embodiments according to the invention refer to a central shading-free mirror objective with a variable angle of view comprising at least four mirrors, of which two mirrors are designed as deformable mirrors.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv. Der Begriff „Zoomen” bedeutet dabei eine veränderbare Einstellung des Bildwinkels und damit auch der Systembrennweite.Some embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens. The term "zooming" means doing a changeable Adjusting the image angle and thus also the system focal length.

Die Möglichkeit den Bildwinkel und damit die Vergrößerung einer optischen Abbildung gezielt einstellen zu können, hat zu einem breiten Einsatz solcher Systeme geführt. In der technischen und nicht technischen Fotografie über die Automatisierungstechnik und Bildverarbeitung bis hin zur Feldüberwachung und Fernerkundung werden Objektive dieses Typs eingesetzt.The possibility the angle of view and thus the magnification of an optical image to be able to adjust has led to widespread use of such systems. In the technical and not technical photography about Automation technology and image processing up to field monitoring and Remote Sensing use lenses of this type.

Die unterschiedlichen Anwendungen sind dabei in einem weiten Spektralbereich anzutreffen. Er erstreckt sich vom Ultravioletten (UV) über das Sichtbare (VIS) bis in den infraroten Bereich (IR). Während normale Fotografie und Automatisierungstechnik oft das VIS verwenden, sind Feldüberwachung und Fernerkundung häufig auch im IR üblich.The different applications are in a wide spectral range encountered. It extends from the ultraviolet (UV) over the Visible (VIS) to the infrared range (IR). While normal Photography and automation often use the VIS are field monitoring and remote sensing often also common in the IR.

Die Einstellungen des Bildwinkels und damit auch der Systembrennweite (das so genannte „Zoomen”) kann grundsätzlich durch Verschieben optischer Funktionselemente im Objektiv oder durch Änderung ihrer Eigenschaften, wie z. B. die Brechkraft einer Linse, erreicht werden.The Adjust the angle of view and thus also the system focal length (the so-called "zooming") can in principle by moving optical function elements in the lens or by changing their properties, such. As the refractive power of a lens achieved become.

Der Bildwinkel bzw. Objektivwinkel gibt den Raumbereich an, aus dem Strahlung entlang eines Strahlengangs durch das Objektiv auf eine Bildebene fällt. Eine kleine Systembrennweite hat einen großen Bildwinkel und eine große Systembrennweite einen kleinen Bildwinkel zur Folge.Of the Image angle or lens angle indicates the area of space from which Radiation along a beam path through the lens on a Image plane drops. A small system focal length has a large field of view and a large system focal length a small angle.

Spiegelobjektive mit festen Brennweiten, also festem Bildwinkel, sind seit langem bekannt und finden vor allem als langbrennweitige Ausführungen als Bildaufnahme- und Beobachtungsobjektive in der Fotografie und Astronomie Anwendung.mirror lenses with fixed focal lengths, so fixed angle of view, have long been known and find especially as langbrennweitige versions as picture-taking and observation lenses in photography and Astronomy application.

Optische Systeme, deren Funktionselemente nur auf Reflexion basieren, haben den Vorteil, keine chromatischen Aberrationen zu erzeugen und damit für einen breiten Spektralbereich (UV über VIS bis IR) anwendbar zu sein. Durch den Wegfall chromatischer Aberration wird hier häufig eine höhere Bildgüte im Vergleich zu refraktiven Systemen erzielt. Zudem besitzen sie gegenüber letztgenannten den Vorteil einer geringeren Masse und oftmals auch kostengünstigerer Herstellung.optical Systems whose functional elements are based only on reflection have the advantage of producing no chromatic aberrations and thus for one broad spectral range (UV over VIS to IR) to be applicable. By eliminating chromatic aberration becomes common here a higher one image quality achieved in comparison to refractive systems. They also own across from the latter have the advantage of a lower mass and often also cheaper Production.

Grundsätzlich können Objektive nach ihrem Aufbau beispielsweise als On-Axis-Systeme bzw. axiale Systeme, Off-Axis-Systeme bzw. außeraxiale Systeme oder Schiefspiegler unterschieden werden.Basically, lenses can after their construction, for example as on-axis systems or axial systems, Off-axis systems or extra-axial Systems or Schiefspiegler can be distinguished.

Bei einer zentrierten Folge aus Rotationsflächen können deren Krümmungsmittelpunkte auf einer Geraden liegen, die die optische Achse der Flächenfolge darstellt. Solche Systeme werden auch als On-Axis-Systeme bzw. axiale Systeme genannt.at a centered sequence of surfaces of revolution can their centers of curvature lie on a straight line which is the optical axis of the surface sequence represents. Such systems are also called on-axis systems or axial Called systems.

Spiegelsysteme, deren Funktionselemente zwar eine gemeinsame optische Achse besitzen, jedoch zumindest teilweise asymmetrische und damit außeraxiale Flächenstücke der Funktionselemente nutzen, werden auch Off-Axis-Systeme bzw. außeraxiale Systeme genannt.Mirror systems, whose functional elements have a common optical axis, however, at least partially asymmetric and thus extraaxial Patches of the Functional elements are also used off-axis systems or extra-axial Called systems.

Objektive, bei denen zumindest zwei der optischen Funktionselemente keine gemeinsame optische Achse aufweisen, werden als Schiefspiegler bezeichnet.lenses in which at least two of the optical functional elements no common have optical axis, are referred to as Schiefspiegler.

Die oben genannten Spiegelobjektive, insbesondere für astronomische Anwendungen, sind meist rotationssymmetrisch bezüglich einer gemeinsamen Symmetrieachse, die, wie z. B. in „Heinz Haferkorn, Optik – Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen, 3., bearbeitete und erweiterte Auflage, Leipzig; Berlin; Heidelberg; Barth, 1994” näher erläutert, als optische Achse bezeichnet wird („On-Axis-Systeme”, axiale Systeme). Daraus resultiert eine Zentralabschattung des Strahlengangs, die sich konstrastmindernd und damit negativ auf die Bildgüte auswirkt. Ein zentriertes Spiegelobjektiv mit Zentralabschattung ist beispielsweise in der DE 2916192 C2 gezeigt.The above-mentioned mirror lenses, in particular for astronomical applications, are usually rotationally symmetrical with respect to a common axis of symmetry, which, such. B. in "Heinz Haferkorn, Optics - Physical and technical fundamentals and applications, 3rd, edited and expanded edition, Leipzig; Berlin; Heidelberg; Barth, 1994 ", referred to as optical axis (" on-axis systems ", axial systems). This results in a central shading of the beam path, which has a constrast-reducing and thus a negative effect on the image quality. A centered mirror lens with Zentralabschattung is for example in the DE 2916192 C2 shown.

Unter zentralabschattungsfrei versteht man, dass die Elemente eines Objektivs so angeordnet sind, dass ein zentral einfallendes Strahlenbündel entlang des Strahlengangs ungehindert die Bildebene erreicht.Under Zentralabschattungsfrei one understands that the elements of a lens are arranged so that a centrally incident beam of rays along the beam path unhindered reaches the image plane.

Seltener sind Spiegelsysteme, deren Funktionselemente zwar eine gemeinsame optische Achse besitzen, jedoch zumindest teilweise asymmetrische und damit außeraxiale Flächenstücke der Funktionselemente nutzen („Off-Axis-Systeme”, außeraxiale Systeme, beispielsweise gezeigt in der DE 2916192 C2 , in der US 4598981 , in „Giampiero Naletto, Vania Da Deppo, Maria Guglielmina Pelizzo, Roberto Ragazzoni und Enrico Marchetti, Optical design of the Wide Angle Camera for the Rosetta mission, Applied Optics Bd. 41, Nr. 7, 1. März 2002”, in „Dietrich Korsch, Design and optimization technique for three-mirror telescopes, Applied Optics Bd. 19, Nr. 21, 1. November 1980”, in „Dietrich Korsch, Reflective Optics, ISBN 0124211704, Academic Press, London 1991” gezeigt). Sie bestehen demnach aus einer Folge von zentrierten Rotationsflächen deren Krümmungsmittelpunkte auf einer Geraden liegen, wobei jedoch die mechanische Mitte der optischen Elemente nicht mit der optischen Achse zusammenfällt.Rather, mirror systems whose functional elements have a common optical axis, but at least partially asymmetric and thus use off-axis patches of the functional elements ("off-axis systems", off-axis systems, for example, shown in the DE 2916192 C2 , in the US 4598981 , in "Giampiero Naletto, Vania Da Deppo, Maria Guglielmina Pelizzo, Roberto Ragazzoni and Enrico Marchetti, Optical design of the Wide Angle Camera for the Rosetta mission, Applied Optics Vol. 41, No. 7, March 1, 2002", in " Dietrich Korsch, Design and Optimization Technique for three-mirror telescopes, Applied Optics Vol. 19, No. 21, November 1, 1980 ", in" Dietrich Korsch, Reflective Optics, ISBN 0124211704, Academic Press, London 1991 "). They therefore consist of a series of centered surfaces of revolution whose centers of curvature lie on a straight line, but the mechanical center of the optical elements does not coincide with the optical axis.

Eine weitere Klasse von Spiegeloptiken stellen die so genannten Schiefspiegler dar, wie beispielsweise die DE 4314499 A1 , DE 4426224 A1 und DE 19925931 C2 zeigen. Dies sind Systeme, die keine gemeinsame optische Achse besitzen, da die Krümmungsmittelpunkte der Spiegelflächen nicht auf einer Geraden liegen.Another class of mirror optics are the so-called Schiefspiegler, such as the DE 4314499 A1 . DE 4426224 A1 and DE 19925931 C2 demonstrate. These are systems that have no common optical axis, since the centers of curvature of the mirror surfaces are not on a straight line.

Um in solchen Systemen die prinzipbedingten großen geometrischen Abbildungsfehler, insbesondere den Astigmatismus, korrigieren zu können, haben Schiefspiegler oft nur geringe Öffnungen bzw. Blendenzahlen bzw. Anfangsöffnungen (definiert als Quotient von Systembrennweite und Durchmesser der Eintrittspupille) von etwa 8 bis 20 und sind deshalb lichtschwach. Die Korrektur von Abbildungsfehlern in diesen Schiefspiegelsystemen erfordert oft noch zusätzliche Maßnahmen. Speziell ein als Yolo-Schiefspiegler bekannter Aufbau benutzt zusätzlich zur Korrektur von axialem Astigmatismus einen torisch geformten Sekundärspiegel, wie bei „Herwin G. Ziegler, Das Yolo-System, URL: http://www.astronomie.info/sag/yolo, Zugriff: 1/2008” gezeigt.Around in such systems the inherent large geometric aberrations, In particular, the astigmatism to be able to correct have Schiefspiegler often only small openings or aperture numbers or initial openings (defined as the quotient of the system focal length and the diameter of the Entrance pupil) of about 8 to 20 and are therefore faint. The correction of aberrations in these oblique mirror systems often requires additional Activities. In particular, a construction known as Yolo-Schiefspiegler uses in addition to Correction of axial astigmatism a toric secondary mirror, as in "Herwin G. Ziegler, The Yolo System, URL: http://www.astronomie.info/sag/yolo, Access: 1/2008 "shown.

Ein Off-Axis-System mit großem Bildwinkel und einer Blendenzahl von 4 ist beispielsweise in der US 5144476 A zu finden. In „Giampiero Naletto, Vania Da Deppo, Maria Guglielmina Pelizzo, Roberto Ragazzoni und Enrico Marchetti, Optical design of the Wide Angle Camera for the Rosetta mission, Applied Optics Bd. 41, Nr. 7, 1. März 2002” ist ein weiteres Off-Axis-System mit einem vergleichbaren Bildwinkel und einer Anfangsöffnung 3,2 dargestellt.An off-axis system with a large angle of view and a f-number of 4 is for example in the US 5144476 A to find. Giampiero Naletto, Vania Da Deppo, Maria Guglielmina Pelizzo, Roberto Ragazzoni and Enrico Marchetti, Optical design of the Wide Angle Camera for the Rosetta mission, Applied Optics Vol. 41, No. 7, March 1, 2002 "is another Off Axis system with a comparable angle of view and an initial opening 3.2 shown.

Neben den Systemen mit fester Brennweite sind auch einige Systeme mit variabler Brennweite (Zoomsysteme) bekannt. Zu diesen gehören beispielsweise langbrennweitige Spiegelzoom objektive, bei denen die Zoomwirkung durch eine Verschiebung einzelner Spiegel bzw. Spiegelgruppen erreicht wird, wie z. B. in der US 5144476 A , in „Jung Chang, Zongtian Wang, Tingcheng Yhang, M. M. Talha, All reflective zoom Systems for infrared optics, International Optical Design Conference 2006, SPIE-OSA Bd. 6.342”, in „Allen Mann und R. Barry Johnson, Design and analysis of a compact, wide field, unobscured zoom mirror System, SPIE Bd. 3.129”, in „R. Barry Johnson and Allen Mann, Evolution of a compact, wide field-of-view, unobscured, all-reflective zoom optical System, SPIE Bd. 3.061”, in „R. Barry Johnson, Unobscured reflective zoom Systems, SPIE Bd. 2.539”, in „R. Barry Johnson, James B. Hadaway und Tom Burleson, All-Reflective Four-Element Zoom Telescope: Design and Analysis, SPIE Bd. 1.354”, in „Thomas H. Jamieson, Zoom Optics with Off-set Cassegrain and Reflective Relay, SPIE Bd. 2.539”. Diese Systeme haben den großen Nachteil, dass eine präzise Führung und mechanische Verschiebung der oft großen und schweren Spiegel sehr aufwändig ist. Hinsichtlich mechanischer (Langzeit-)Stabilität und Präzision sind optische Bauelemente ohne makroskopische Verschiebungen, also z. B. solche, die eine gezielt veränderbare Brechkraft aufweisen, von Vorteil.In addition to fixed focal length systems, some variable focal length systems (zoom systems) are also known. These include, for example, long focal length mirror zoom objective in which the zoom effect is achieved by a shift of individual mirror or mirror groups, such. B. in the US 5144476 A Wang Chang, Zongtian Wang, Tingcheng Yhang, MM Talha, All-optical zoom Systems for infrared optics, International Optical Design Conference 2006, SPIE-OSA Bd. 6,342, Allen Mann and R. Barry Johnson, Design and Analysis of a compact, wide field, unobscured zoom mirror system, SPIE Vol. 3.129 ", in" R. Barry Johnson and Allen Man, Evolution of a compact, wide field-of-view, unobscured, all-reflective zoom optical system, SPIE Vol. 3.061 ", in" R. Barry Johnson, Unobscured reflective zoom Systems, SPIE Vol. 2.539 ", in" R. Barry Johnson, James B. Hadaway and Tom Burleson, All-Reflective Four-Element Zoom Telescope: Design and Analysis, SPIE Vol. 1.354 ", in" Thomas H. Jamieson, Zoom Optics with Off-set Cassegrain and Reflective Relay, SPIE Bd 2.539 ". These systems have the great disadvantage that precise guidance and mechanical displacement of the often large and heavy mirrors is very expensive. With regard to mechanical (long-term) stability and precision are optical components without macroscopic shifts, ie z. For example, those which have a selectively variable refractive power, an advantage.

Zoomobjektive, die optische Elemente mit veränderbaren Brechkräften enthalten, basieren oftmals auf der Verwendung von so genannten Flüssiglinsen und stellen somit keine rein reflektiven Systeme dar. Diese optischen Funktionselemente bestehen im Wesentlichen aus zwei nicht mischbaren, in einem Hohlraum eingeschlossenen Flüssigkeiten, deren Grenzfläche brechende Wirkung hat und sich in ihrer Krümmung und damit der Brechkraft gezielt verändern lässt. Es ist grundsätzlich zu unterscheiden zwischen Hybridsystemen (Mischsystemen), bei denen Flüssiglinsen und verschiebbare Gruppen kombiniert werden, wie beispielsweise in der US 6464363 B1 oder in „F. C. Wippermann, P. Schreiber, A. Bräuer, B. Berge, Mechanically assisted liquid lens zoom System for mobile phone cameras, Proc. of SPIE Bd. 6.280, 2006” und Systemen ohne verschiebbare Komponenten, wie z. B. in der WO 2004038480 A1 , US 2007104473 A1 , US 6464363 B1 oder in „S. Kuiper, B. H. W. Hendriks, J. F. Suijver, S. Deladi, I. Helwegen, Zoom camera based on liquid lenses, Proc. of SPIE Bd. 6.466, 2007” gezeigt. Flüssiglinsen sind jedoch, wie alle brechenden optischen Funktionselemente, grundsätzlich mit wellenlängenabhängigen Abbildungsfehlern behaftet. Zudem sind sie nur in Spektralbereichen einsetzbar, in denen sie eine ausreichende Transmission aufweisen.Zoom lenses containing optical elements with variable refractive powers are often based on the use of so-called liquid lenses and thus do not constitute purely reflective systems. These optical functional elements consist essentially of two immiscible liquids trapped in a cavity whose interface has a refractive effect and can be specifically changed in their curvature and thus the refractive power. It is fundamentally to be distinguished between hybrid systems (mixing systems) in which liquid lenses and displaceable groups are combined, as for example in US Pat US 6464363 B1 or in Wippermann, P. Schreiber, A. Bräuer, B. Berge, Mechanically assisted liquid zoom systems for mobile phone cameras, Proc. of SPIE Vol. 6.280, 2006 "and systems without movable components such. B. in the WO 2004038480 A1 . US 2007104473 A1 . US 6464363 B1 or in "S. Kuiper, BHW Hendriks, JF Suijver, S.Deladi, I. Helwegen, Zoom camera based on liquid lenses, Proc. of SPIE Vol. 6.466, 2007 ". Liquid lenses are, however, like all refractive optical functional elements, fundamentally subject to wavelength-dependent aberrations. Moreover, they are only in spectralbe can be used rich in which they have a sufficient transmission.

Weiterhin ist eine geringe Anzahl von ausschließlich auf Reflexion basierenden Zoomsystemen unter Verwendung deformierbarer Spiegel zur Änderung der Brennweite aus der Literatur bekannt, wie beispielsweise in der DE 2916192 C2 gezeigt. Zoomobjektive, nach der in der DE 2916192 C2 beschriebenen Bauart, weisen zwei deformierbare Spiegel auf. Sie besitzen den Nachteil, dass lediglich für maximal zwei Brennweiten des gesamten Zoombereichs ein bestimmter Abbildungsfehler, die so genannte Bildfeldwölbung, korrigiert werden kann (siehe „F. C. Wippermann, P. Schreiber, A. Bräuer, P. Craen, Bifocal liquid lens zoom objective for mobile phone application, Proc. of SPIE-IS&T Electronic Imaging, SPIE Bd. 6.501, 2007”). Da keine zusätzlichen Spiegel vorgesehen sind, um die Brechkräfte aufzuteilen, kann bei den übrigen Brennweiten des Zoomobjektivs eine starke Bildfeldwölbung entstehen, die zu einer deutlichen Degradation der Abbildungsqualität führen kann.Furthermore, a small number of exclusively reflection-based zoom systems using deformable mirror to change the focal length from the literature is known, as in the DE 2916192 C2 shown. Zoom lenses, after in the DE 2916192 C2 described type, have two deformable mirrors. They have the disadvantage that only for a maximum of two focal lengths of the entire zoom range can a specific aberration, the so-called field curvature, be corrected (see "FC Wippermann, P. Schreiber, A. Bräuer, P. Craen, Bifocal liquid lens zoom objective for mobile phone application, Proc. of SPIE-IS & T Electronic Imaging, SPIE Vol. 6.501, 2007 "). Since no additional mirrors are provided in order to divide the refractive powers, a strong field curvature can arise in the other focal lengths of the zoom lens, which can lead to a significant degradation of the image quality.

In der US 4059346 A und in der US 2006170766 A1 sind zwei Varianten, ein On-Axis-System und ein Schiefspiegelsystem, mit zwei deformierbaren Spiegeln beschrieben. Die dort angedeuteten Spiegelanordnungen besitzen jedoch Abbildungsfehler, welche die Abbildungsqualität deutlich reduzieren. Des Weiteren sind die beschriebenen Systeme teilweise nicht abschattungsfrei oder verwenden zusätzliche refraktive optische Elemente.In the US 4059346 A and in the US 2006170766 A1 are two variants, an on-axis system and a tilted mirror system, described with two deformable mirrors. The indicated there mirror arrangements, however, have aberrations that significantly reduce the image quality. Furthermore, some of the systems described are not shading-free or use additional refractive optical elements.

Aufwändigere optische Anordnungen, welche mindestens zwei aktive optische Elemente aufweisen, sind beispielsweise in der US 6977777 B1 gezeigt. Diese Anordnungen beinhalten weitere optisch passive Elemente, wie beispielsweise Linsen, Spiegel oder Strahlteiler. Die Systeme sind jedoch mit einem für viele Anwendungen zu kleinem Bildfeld von circa 0,05° für die kürzeste Brennweite beschrieben. Zusätzlich weisen die beschriebenen Aufbauten teilweise Zwischenbildebenen im Strahlengang zwischen den Spiegeln auf, was ein größeres Bauvolumen zur Folge hat als bei einem System ohne Zwischenbildebene. Eine äquivalente Veröffentlichung zu der US 6977777 B1 ist beispielsweise „Wick, et al: Active optical zoom system, SPIE Vol. 5798.2005”. Dort ist zum Beispiel der große Platzbedarf des Aufbaus und der beachtliche elektronische Aufwand gezeigt.More complex optical arrangements, which have at least two active optical elements, are for example in US 6977777 B1 shown. These arrangements include other optically passive elements such as lenses, mirrors or beam splitters. However, the systems are described as having a low field of view of approximately 0.05 ° for the shortest focal length for many applications. In addition, the structures described have partially intermediate image planes in the beam path between the mirrors, resulting in a larger volume of construction result than in a system without intermediate image plane. An equivalent publication to the US 6977777 B1 is, for example, "Wick, et al: Active optical zoom system, SPIE Vol. 5798.2005". There, for example, the large footprint of the structure and the considerable electronic effort is shown.

Die im oben genannten Patent verwendeten aktiven oder adaptiven Spiegel weisen gegenüber Spiegel, bei denen lediglich die Krümmung geändert werden kann, eine zusätzliche Funktionalität auf. Mit Hilfe einer Vielzahl mikromechanischer Aktuatoren kann das Spiegelprofil gezielt auch in höheren Ortsfrequenzen verändert werden und somit eine Korrektur der vom Zoomzustand abhängigen Abbildungsfehler durchgeführt werden. Mit diesem Ansatz ist es grundsätzlich möglich, die Bildgüte in einem Schiefspiegelzoomsystem deutlich zu steigern. Der gravierende Nachteil besteht jedoch darin, dass die hierfür benötigen adaptiven Spiegel sehr kompliziert und deshalb kostenintensiv in der Herstellung sind und eine komplexe elektronische Ansteuerung erforderlich ist. Spiegel mit segmentierten Aktuatoren besitzen meist eine Auslenkung von wenigen Mikrometern und sind sehr aufwendig in der Ansteuerung. Der Füllfaktor der Spiegel lässt meist keinen stark gefalteten Strahlengang zu. Somit sind mit diesen Bauelementen kostengünstige Systeme mit moderatem Bauvolumen und einem weiten Bereich der Brennweitenänderung nicht realisierbar.The used in the above patent active or adaptive mirror opposite Mirrors in which only the curvature can be changed, an additional functionality on. With the help of a variety of micromechanical actuators can the mirror profile can be changed specifically in higher spatial frequencies and thus a correction of the zoom state-dependent aberrations are performed. With this approach, it is basically possible, the picture quality significantly increase in a Schiefspiegelzoomsystem. The serious one The disadvantage, however, is that the adaptive mirrors required for this very complicated and therefore costly to manufacture and are a complex electronic control is required. mirror with segmented actuators usually have a deflection of a few micrometers and are very expensive to control. The fill factor the mirror lets usually not a strong folded beam path too. Thus, with these Components cost-effective Systems with a moderate volume and a wide range of focal length change not feasible.

Weitere Beispiele von Zoomsystemen auf Basis deformierbarer Spiegel sind in der US 2006170766 A1 aufgeführt. Es handelt sich dort jedoch größtenteils um komplexere Aufbauten, in denen zusätzliche Linsen und Strahlteiler enthalten sind. Die im Weiteren angedeuteten rein reflektiven Systeme besitzen aufgrund der Spiegelanordnung eine geringe Abbildungsqualität.Other examples of zoom systems based on deformable mirrors are in US 2006170766 A1 listed. However, these are mostly more complex structures containing additional lenses and beam splitters. The purely reflective systems indicated below have a low imaging quality due to the mirror arrangement.

Des Weiteren beschreiben beispielsweise die US 6464363 B1 , die US 7025468 B2 und die US 20060187563 A1 dezentrierte Systeme mit Elementen variabler optischer Eigenschaften. Die darin speziell vorgestellten Lösungen erfordern für den deformierbaren Spiegel eine rotationsunsymmetrische Freiform, die mathematisch über Polynome bis mindestens zum Grad 15 realisiert wird. Während der Deformation ändern sich alle Parameter des Polynoms. Die Realisierung und Ansteuerung eines solchen Spiegels ist enorm aufwändig. Der in der US 6464363 B1 in 64 einzige, dargestellte und beschriebene, rein reflektive Zweispiegler-Ansatz mit einem deformierbaren Spiegel zeigt auf der Abbildung starke geometrische Abbildungsfehler. Zur Korrektur dieser Abbildungsfehler werden bei den anderen Beispielen weitere Linsen und prismatische Körper verwendet, welche zusätzliche chromatische Aberration verursachen. Die in der US 6464363 B1 dargestellten Zoomsysteme verwenden zur Änderung der Systembrennweite einen deformierbaren Spiegel und zusätzlich verschiebbare Linsengruppen.Furthermore, for example, describe the US 6464363 B1 , the US 7025468 B2 and the US 20060187563 A1 decentered systems with elements of variable optical properties. The solutions specifically presented therein require a rotationally asymmetric free form for the deformable mirror, which is realized mathematically via polynomials up to at least grade 15. During deformation, all parameters of the polynomial change. The realization and control of such a mirror is enormously complex. The Indian US 6464363 B1 in 64 single, illustrated and described, purely reflective two-mirror approach with a deformable mirror shows strong geometrical aberrations on the image. To correct for these aberrations, other lenses and prismatic bodies are used in the other examples which cause additional chromatic aberration. The in the US 6464363 B1 zoom systems used to change the system focal length using a deformable mirror and additionally displaceable lens groups.

Neben der bereits beschriebenen Vielzahl an Systemen sind auch unterschiedlichste makroskopische Ansätze für deformierbare Spiegel und deren Aktuation bekannt. In der US 683163 A beispielsweise werden Membranspiegel fluidisch oder in der US 3972600 A pneumatisch verkrümmt.In addition to the multitude of systems already described, a wide variety of macroscopic approaches for deformable mirrors and their actuation are also known. In the US 683163 A for example Membrane mirror fluidic or in the US 3972600 A pneumatically curved.

In der DE 3012830 C2 wird eine piezoelektrisch, variabel verkrümmbare Bimorphplatte beschrieben. In der DE 4236355 C2 wird ebenfalls ein mittels Piezoaktoren verformbarer Spiegel beschrieben. Er besteht aus einer zwischen zwei Ringschneiden eingespannten dünnen Platte, deren Verformung durch Aktuatoren aus Piezostapeln herbeigeführt wird.In the DE 3012830 C2 a piezoelectric, variably bendable bimorph plate is described. In the DE 4236355 C2 Also described is a deformable by means of piezo actuators mirror. It consists of a thin plate clamped between two annular cutting edges, the deformation of which is brought about by actuators made of piezo stacks.

Schließlich findet man in „W. Greger u. a., Low-cost deformable mirror for laser focusing, Proc. of SPIE Bd. 6.374, 2006” eine Beschreibung von elektromagnetisch aktuierbaren Polymerspiegeln.Finally finds one in "W. Greger u. a., Low-cost deformable mirror for laser focusing, Proc. of SPIE vol. 6.374, 2006 "one Description of Electromagnetically Actuatable Polymer Levels.

Weitere Beispiele sind in den Patentschriften EP 152268 B1 , US 5170284 A , US 2004227838 A1 , US 2007109667 A1 , US 7265911 B2 , WO 2005069054 A2 , DE 10 2005 030 001 A1 und WO 2006103290 A1 , sowie in „David V. Wick, Ty Marinez, Don M. Payne, William C. Sweatt und Sergio R. Restaino, Active optical zoom Systems Spaceborne Sensors II, Proc. of SPIE Bd. 5.798” und in „J. Michael Rodgers, Unobscured mirror designs, International Optical Design Conference, 2002, Proc. of SPIE Bd. 4.832” zu finden.Further examples are in the patents EP 152268 B1 . US 5170284 A . US 2004227838 A1 . US 2007109667 A1 . US 7265911 B2 . WO 2005069054 A2 . DE 10 2005 030 001 A1 and WO 2006103290 A1 David B. Wick, Ty Marinez, Don M. Payne, William C. Sweatt and Sergio R. Restaino, Spaceborne Sensors II Active Proximity Systems, Proc. of SPIE vol. 5.798 "and in" J. Michael Rodgers, Unobscured mirror designs, International Optical Design Conference, 2002, Proc. of SPIE vol. 4.832 ".

Die US 2008/0088811 A1 zeigt eine Abbildungs- oder Belichtungsvorrichtung, die u. a. ein optisches Projektionssystem mit einer Serie von Spiegeln aufweist, wovon zumindest zwei deformierbar sind. Das optische Projektionssystem besitzt eine gemeinsame optische Achse und die beiden deformierbaren Spiegel sind hintereinander als die beiden letzten Spiegel im Strahlengang angeordnet.The US 2008/0088811 A1 Fig. 10 shows an imaging or exposure apparatus which includes, inter alia, an optical projection system having a series of mirrors, at least two of which are deformable. The optical projection system has a common optical axis and the two deformable mirrors are arranged behind one another as the last two mirrors in the beam path.

Die deformierbaren Spiegel haben in diesem Lithographiesystem die Aufgabe, Abbildungsfehler möglichst gut zu kompensieren.The deformable mirrors have the task in this lithography system Aberrations possible good to compensate.

Des Weitern zeigt die US 6 721 510 B2 ein atmosphärisches optisches Datenübertragungssystem, das mehrere Sende-/Empfangsgeräte aufweist. Jedes dieser Sende-/Empfangsgeräte umfasst dabei genau einen deformierbaren Spiegel.The further shows the US Pat. No. 6,721,510 B2 an atmospheric optical communication system comprising a plurality of transceivers. Each of these transceivers includes exactly one deformable mirror.

Zusätzlich zeigt die DE 197 31 964 A1 ein Spektrometer mit einem asphärischen Spiegel mit großer Fläche und hoher Genauigkeit. Das Spektrometer umfasst eine Lichtquelle, ein spektroskopisches Element und einen reflektierenden Spiegel. Der reflektierende Spiegel wird durch Aufbringen einer äußeren Kraft auf eine vorgegebene Platte in seine asphärische Form gebracht.In addition, the shows DE 197 31 964 A1 a spectrometer with an aspherical mirror with large area and high accuracy. The spectrometer comprises a light source, a spectroscopic element and a reflecting mirror. The reflecting mirror is brought into its aspherical form by applying an external force to a given plate.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontrastreiches Zoomobjektiv mit hoher Bildqualität zu schaffen, das für einen großen Wellenlängenbereich ausgelegt ist und dabei kompakt und/oder kostengünstig herstellbar ist.The The object of the present invention is a high-contrast zoom lens with high picture quality too create that for a big Wavelength range is designed and thereby compact and / or inexpensive to produce.

Diese Aufgabe wird durch ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß Anspruch 1 gelöst.These The task is performed by a mirror shadow lens free of shading solved with a variable angle of view according to claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schafft ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel, das einen ersten Spiegel, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, einen zweiten Spiegel, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, einen dritten Spiegel, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, und einen vierten Spiegel, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, umfasst. Dabei ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet, dass zumindest zwei Spiegel der ersten bis vierten Spiegel eine unterschiedliche opti sche Achse aufweisen, und dass sich ein gefalteter Strahlengang von dem ersten Spiegel über den zweiten Spiegel und über den dritten Spiegel zu dem vierten Spiegel erstreckt. Des Weiteren ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet und geformt, dass sich in dem Strahlengang zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel keine Zwischenbildebene befindet. Zusätzlich ist der erste und der vierte Spiegel so deformierbar, dass durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels der Bildwinkel des Objektivs verändert wird und dabei eine Position einer Bildebene des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs in einem Bereich einer Schärfentiefe unverändert bleibt.One embodiment according to the invention creates a central shading-free mirror lens with a variable angle of view, which is a first mirror that is considered deformable Mirror is designed, a second mirror whose mirror surface a aspherical Form, a third mirror whose mirror surface a aspherical Form, and a fourth mirror, as deformable Mirror is designed includes. It is the first to fourth mirror arranged so that at least two mirrors the first to fourth Mirror have a different optical cal axis, and that a folded beam path from the first mirror over the second mirror and over extending the third mirror to the fourth mirror. Furthermore the first to fourth mirrors are arranged and shaped so that in the beam path between the first mirror and the fourth Mirror is not an intermediate image plane. In addition, the first and the fourth mirror so deformable that by deformation of the mirror surface of the first mirror combined with a deformation of the mirror surface of the mirror fourth mirror the angle of view of the lens is changed and thereby a position of an image plane of the central shading-free Mirror lens in an area of a depth of field remains unchanged.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung basieren auf dem Kerngedanken, ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel unter Verwendung von vier Spiegeln zu schaffen, wobei zur Veränderung des Bildwinkels zwei der vier Spiegel als deformierbare Spiegel ausgebildet sind. Die Spiegel sind dabei so angeordnet, dass zumindest zwei der vier Spiegel des Spiegelobjektivs eine unterschiedliche optische Achse aufweisen, was einem Schiefspiegleraufbau entspricht. Dadurch können der erste bis vierte Spiegel so angeordnet werden, dass das Spiegelobjektiv zentralabschattungsfrei und somit viel kontrastreicher als Systeme mit Zentralabschattung ist.Embodiments according to the invention are based on the core idea of providing a central shading-free mirror objective with a variable image angle using four mirrors, two of the four mirrors being designed as deformable mirrors for changing the angle of view. The mirrors are arranged so that at least two of the four mirrors of the mirror objective have a different optical axis, which corresponds to a Schiefspiegleraufbau. As a result, the first to fourth mirror can be arranged so that the mirror lens central shading free and thus much kon richer in quality than systems with Zentralabschattung.

Die Verwendung von reflektiven optischen Elementen ermöglicht es wellenabhängige Abbildungsfehler bzw. eine chromatische Aberration zu verhindern. Das Spiegelobjektiv ist daher in einem großen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.The Use of reflective optical elements allows it wave dependent To prevent aberrations or a chromatic aberration. The mirror objective is therefore in a wide wavelength range of the electromagnetic Spectrum applicable.

Eine Reduktion des Bauvolumens kann dadurch erreicht werden, dass der erste bis vierte Spiegel so angeordnet und geformt ist, dass sich in dem Strahlengang zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel keine Zwischenbild ebene befindet. Eine Zwischenbildebene würde den optischen Weg zwischen dem ersten Spiegel und dem vierten Spiegel vergrößern und die Spiegel müssten somit in einem größeren Abstand voneinander angeordnet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des ersten bis vierten Spiegels, die keine Zwischenbildebene aufweist, kann somit ein kompaktes Spiegelobjektiv geschaffen werden.A Reduction of the construction volume can be achieved by the first to fourth mirror is arranged and shaped so that in the beam path between the first mirror and the fourth mirror no intermediate image level is located. An intermediate image plane would be the optical path between the first mirror and the fourth mirror enlarge and the mirrors would have to thus at a greater distance from each other to be ordered. The inventive arrangement of the first to fourth mirror, which has no intermediate image plane, thus can a compact mirror lens can be created.

Durch die Verwendung eines asphärischen zweiten Spiegels und eines asphärischen dritten Spiegels können Abbildungsfehler, wie beispielsweise der Astigmatismus, über den gesamten Brennweitenbereich bzw. über den Variationsbereich des Bildwinkels ausreichend korrigiert werden und somit eine für die Kameratechnik übliche Bildqualität geliefert werden.By the use of an aspherical second mirror and an aspherical third mirror can Aberrations, such as astigmatism, over the entire focal length range or over the variation range of Corrected angle of view sufficient and thus delivered a usual image quality for camera technology become.

Auf Reflexion basierende optische Systeme haben im Vergleich zu Systemen, die brechende optische Funktionselemente, wie z. B. Linsen, aufweisen, den Vorteil keine chromatischen Bildfehler zu erzeugen. Deshalb sind sie in der Regel für einen sehr viel breiteren Spektralbereich, der sich von dem Ultravioletten (UV) über das Sichtbare (VIS) bis ins Infrarote (IR) erstrecken kann, einsetzbar. Für viele Anwendungen, insbesondere solche mit multispektralen und spektral breitbandigen Anforderungen, sind Spiegeloptiken refraktiven Systemen deshalb überlegen.On Reflection-based optical systems have, compared to systems, the refractive optical functional elements, such. B. lenses, the advantage of producing no chromatic aberrations. Therefore they are usually for a much wider spectral range, different from the ultraviolet (UV) over the visible (VIS) can extend to the infrared (IR) can be used. For many Applications, especially those with multispectral and spectral broadband requirements, mirror optics are refractive systems therefore superior.

Weiterhin haben Spiegelobjektive oft eine geringere Masse als Linsenobjektive und sind zudem auch kostengünstiger zu fertigen.Farther mirror lenses often have less mass than lens lenses and are also cheaper to manufacture.

Des Weiteren sind bei Spiegelobjektiven keine aufwändigen Entspiegelungsschichten notwendig.Of Further, mirror lenses do not require complex antireflection coatings necessary.

In Verbindung mit wenigen optischen Flächen und einem Schiefspiegleransatz können störende Reflexe, wie sie häufig in refraktiven Systemen auftreten, vollständig vermieden werden. Damit eignet sich das Spiegelzoomobjektiv beispielsweise zur Bildaufnahme in Verbindung mit hochdynamischen, logarithmisch arbeitenden Bildsensoren.In Connection with few optical surfaces and a Schiefspiegler approach can disturbing Reflexes, as they often do to be completely avoided in refractive systems. In order to For example, the mirror zoom lens is suitable for taking pictures in connection with highly dynamic, logarithmic image sensors.

Des Weiteren wird mit diesem Ansatz beispielsweise der so genannte Narcissus Effekt beseitigt. Der Narcissus Effekt tritt hauptsächlich bei Infrarotobjektiven auf und wird durch vom Bildwinkel abhängige störende Rückreflexe verursacht, wobei dadurch Geisterbilder auf dem Detektor entstehen können.Of Further, with this approach, for example, the so-called Narcissus Effect eliminated. The narcissus effect mainly occurs Infrared lenses on and is dependent on the angle of the image disturbing back-reflexes causing ghosting on the detector can.

Das Schiefspiegelzoomobjektiv vereint somit unter anderem die oben genannten Vorteile einer Spiegeloptik gegenüber refraktiven Systemen mit der Verwendung deformierbarer Spiegel zur gezielten Einstellung des Bildwinkels.The Schiefspiegelzoomobjektiv thus combines, among others, the above Advantages of mirror optics over refractive systems with the use of deformable mirrors for the targeted adjustment of the Picture angle.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung weisen die deformierbaren Spiegel rotationssymmetrische Spiegelflächen auf. Trotz der Verwendung von rotationssymmetrischen deformierbaren Spiegel weist das Spiegelobjektiv im Gegensatz zu einer Vielzahl bestehender Systemansätze einen außerordentlich hohen optischen Korrektionsgrad und damit eine hohe Bildgüte über den gesamten Brennweitenbereich bzw. Bildwinkelbereich auf. Der Einsatz von rotationssymmetrisch deformierbaren Spiegeln hat zusätzlich den Vorteil, dass diese Spiegel mit wenigen Aktuatoren auskommen und somit einen einfachen Aufbau und eine einfache Ansteuerung aufweisen. Dadurch kann das Bauvolumen verringert und die Kosten gesenkt werden.at some embodiments according to the invention the deformable mirrors have rotationally symmetric mirror surfaces. Despite the use of rotationally symmetric deformable mirror points the mirror lens in contrast to a variety of existing system approaches one extraordinarily high optical degree of correction and thus a high image quality over the entire focal length range or image angle range. The use of rotationally symmetrical deformable mirrors additionally has the Advantage that these mirrors with few actuators and get along thus have a simple structure and a simple control. This can reduce the volume of construction and reduce costs.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein abschattungsfreies Spiegelzoomobjektiv, welches mit insgesamt vier Spiegeln, zwei davon deformierbar, eine über den gesamten Brennweitenbereich für die Kameratechnik übliche Bildqualität liefert.Some embodiments according to the invention refer to a shading-free mirror zoom lens, which with a total of four mirrors, two of them deformable, one over the entire focal length range for the camera technology usual picture quality supplies.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird durch die Verwendung von deformierbaren Spiegeln als ersten Spiegel und als vierten Spiegel ein veränderbarer Bildwin kel und somit eine einstellbare Systembrennweite ermöglicht. Diese Veränderung des Bildwinkels erfolgt durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels. Die Position der Bildebene des Spiegelobjektivs bleibt dabei in einem Bereich der Schärfentiefe unverändert. Die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur gezielten Einstellung des Bildwinkels hat den Vorteil, dass aufwändig zu konstruierende makroskopische Präzisionslager und Präzisionsstellelemente, die für ein Objektiv, bei dem der Bildwinkel durch Verschiebung eines Teils seiner optischen Komponenten eingestellt wird, entfallen können. Deshalb weist das Objektiv gegenüber Lösungen mit verschiebbaren Spiegeln eine deutlich größere Stabilität und Robustheit beispielsweise gegenüber Vibrationen und äußeren Einflüssen auf. Zusätzlich beanspruchen Aufbauten mit verschiebbaren Spiegeln meist viel Bauraum, da die Verfahrwege oftmals beträchtlich sind. Die Verwendung von deformierbaren Spiegeln gestattet somit eine deutliche Reduktion des Bauvolumens, da hier die Bewegung der Spiegelflächen als nahezu vernachlässigbar gegenüber den Abmessungen des Systems bestimmenden Komponenten betrachtet werden kann. Da beispielsweise keine makroskopische Mechanik notwendig ist und das Bauvolumen geringer ist, können auch die Kosten bei der Herstellung des Objektivs gesenkt werden.In some embodiments according to the invention, the use of deformable mirrors as the first mirror and as the fourth mirror enables a variable image angle and thus an adjustable system focal length. This change in the angle of view is achieved by a deformation of the mirror surface of the first mirror combined with a deformation of the mirror surface of the fourth mirror. The position of the image plane of the mirror objective remains unchanged in a region of the depth of field. The use of deformable mirrors for the purpose of setting the angle of view has the advantage that complex macroscopic precision bearings and precision positioning elements which can be constructed costly and which are set for an objective in which the image angle is adjusted by displacing part of its optical components. Therefore, the lens compared to solutions with sliding mirrors a much greater stability and robustness, for example, to vibration and external influences. In addition, superstructures with displaceable mirrors usually require a large amount of installation space, since the travel paths are often considerable. The use of deformable mirrors thus allows a significant reduction in the volume of construction, since here the movement of the mirror surfaces can be considered as almost negligible relative to the dimensions of the system determining components. For example, since no macroscopic mechanics is necessary and the volume of construction is lower, the cost of producing the lens can be reduced.

Einige weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein einfaches, kompaktes, in der Herstellung kostengünstiges und optisch hoch qualitatives Spiegelzoomobjektiv zur Bildaufnahme, dessen Zoomwirkung auf einer Brennweitenänderung eines Teils seiner optischen Komponenten beruht. Das System weist dabei einen beispielsweise dreifachen Variationsbereich der Gesamtbrennweite auf. Es weist einen zentralabschattungsfreien Strahlengang auf, der beispielsweise das Erreichen einer hohen Bildgüte ermöglicht. Verschiedene Bildwinkelbereiche, z. B. einem Kleinbild äquivalenten Brennweitenbereich von 35 mm bis 105 mm, werden dabei von unterschiedlichen Ausführungsvarianten des Spiegelzoomobjektivs abgedeckt. Das Spiegelzoomobjektiv hat dabei eine für Schiefspiegler große Anfangsöffnung von beispielsweise 4,5 für das oben erwähnte Beispiel bzw. den oben erwähnten Brennweitenbereich. Unter Ausnutzung eines ausschließlich auf Reflexion basierenden Aufbaus und zum Beispiel der daraus resultierenden Freiheit von wellenlängenabhängigen Abbildungsfehlern ist das Spiegelzoomobjektiv in einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.Some further embodiments according to the invention refer to a simple, compact, inexpensive to manufacture and optically high quality mirror zoom lens for image acquisition, the Zoom effect on a focal length change of a part of his based on optical components. The system has an example three times the variation range of the total focal length. It points a central shading-free beam path, for example the achievement of a high image quality allows. Different image angle ranges, z. B. equivalent to a small picture Focal length range from 35 mm to 105 mm, thereby being different variants covered by the mirror zoom lens. The mirror zoom lens has doing one for Schiefspiegler big maximum aperture for example 4.5 for that mentioned above Example or the above Zoom range. Taking advantage of an exclusively on Reflection-based structure and, for example, the resulting Freedom from wavelength-dependent aberrations The mirror zoom lens is in a wide range of electromagnetic Spectrum applicable.

In Kombination mit modernen Bildsensoren, wie z. B. CCD-Sensoren („CCD”: „charge coupled device”, ladungsgekoppelter Sensor) oder CMOS-Sensoren („CMOS”: „complementary metal-Oxide-semiconductor”, komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Sensoren), stellt das Spiegelobjektiv ein Kamerasystem mit variablem Bildwinkel und hoher Bildgüte über dem gesamten Zoombereich dar.In Combination with modern image sensors, such. B. CCD sensors ("CCD": "charge coupled device ", charge-coupled sensor) or CMOS sensors ("CMOS": complementary metal-oxide-semiconductor, complementary metal oxide semiconductor sensors), The mirror lens provides a camera system with variable angle of view and high picture quality over that entire zoom range.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung handelt es sich um ein System zur optischen Bilderzeugung und Bildaufnahme mit veränderbarem bzw. einstellbarem Bildwinkel, einem so genannten Zoomobjektiv, welches als Spiegeloptik ausgeführt ist.at some embodiments according to the invention it is a system for optical imaging and image acquisition with changeable or adjustable angle of view, a so-called zoom lens, which is designed as a mirror look is.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung haben den Vorteil, dass sie sich aufgrund der Ausführung als Spiegeloptik für den gesamten Spektralbereich von UV bis IR eignen. Rein auf Reflexion basierende Systeme haben keine wellenlängenabhängigen Abbildungsfehler und erreichen damit eine hohe Bildgüte. Ein solcher wellenlängenabhängiger Abbildungsfelder (chromatische Aberration) ist im Gegensatz dazu in allen auf Brechung beruhenden Objektiven (Linsenobjektive), wenn auch mehr oder weniger korrigiert, stets vorhanden. Unter anderem deshalb sind Linsenobjektive im Gegensatz zur Spiegeloptik nur innerhalb eines eingeschränkten Spektralbereichs einsetzbar.Some embodiments according to the invention have the advantage that they are due to the execution as Mirror optics for the entire spectral range from UV to IR are suitable. Pure on reflection based systems have no wavelength dependent aberrations and achieve a high image quality. One such wavelength-dependent imaging fields (chromatic aberration) is in contrast to refraction in all based lenses (lens lenses), though more or less corrected, always available. Among other things, lens lenses in contrast to the mirror optics only within a limited spectral range used.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann durch den Schiefspiegelansatz eine Zentralabschattung vermieden werden, wodurch keine dadurch verursachten kontrastmindernden Beugungseffekte auftreten.at some embodiments according to the invention can be avoided by the Schiefspiegelansatz a central shading whereby no contrast reducing diffraction effects caused thereby occur.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung verwenden deformierbare Spiegel zur Einstellung des Bildwinkels. Die Deformation wird genutzt, um eine Änderung des Krümmungsradius der Spiegel und somit der Brennweite herbeizuführen. Die Zoomwirkung wird mit einer geeigneten Kombination mehrerer solcher Spiegel erreicht.Further embodiments according to the invention use deformable mirrors to adjust the angle of view. The deformation is used to change the radius of curvature the mirror and thus bring the focal length. The zoom effect is achieved with a suitable combination of several such mirrors.

Das Erreichen einer hohen Bildgüte über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums wird durch die Verwendung reflektiver optischer Funktionselemente ermöglicht. Dementsprechend weisen einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ausschließlich Spiegel als optisch abbildende oder ablenkende Funktionselemente auf. Weiterhin ermöglicht der zentralabschattungsfreie Designansatz bzw. Aufbau eine Steigerung der Bildauflösung über dem gesamten Zoombereich des Objektivs.The Achieving a high image quality over a wide range of the electromagnetic spectrum is due to the Use of reflective optical functional elements allows. Accordingly, some embodiments according to the invention exclusively Mirror as optically imaging or distracting functional elements on. Furthermore possible the central shading-free design approach or construction an increase the image resolution above the entire zoom range of the lens.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird ein hoher Korrektionsgrad (der Abbildungsfehler) des optischen Systems durch die Verwendung nichtsphärischer Spiegelflächen erreicht. Hier spielen beispielsweise konische und bikonische Flächen eine Rolle. Damit die Komplexität des Systems einfach gehalten werden kann, können zum Beispiel die deformierbaren Spiegel als rotationssymmetrische Elemente ausgeführt werden.In further embodiments according to the invention, a high degree of correction (aberration) of the optical system is achieved through the use of non-spherical mirror surfaces. For example, conical and biconical surfaces play a role here. So that the complexity of the system For example, the deformable mirrors can be designed as rotationally symmetrical elements.

Eine große mechanische Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems in Kombination mit einem kleinen Bauvolumen kann durch den Einsatz deformierbarer Spiegel anstelle verschiebbarer Funktionselemente zur Einstellung des Bildwinkels erreicht werden. Die Fertigbarkeit des Systems und seiner Komponenten wird durch den Einsatz heute üblicher Präzisionsbearbeitungsmaschinen sichergestellt.A size mechanical stability and reliability of the system in combination with a small volume of construction can through the use of deformable mirrors instead of sliding functional elements to adjust the angle of view. The manufacturability The system and its components are becoming more common today Precision machinery ensured.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:embodiments according to the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs mit einem variablen Bildwinkel; 1 a schematic representation of a central shading-free mirror lens with a variable angle of view;

2 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Spiegelzoomobjektivs; 2 a schematic representation of an optical arrangement of a mirror zoom lens;

3 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 5,3 mm; 3 a schematic representation of the in 2 shown mirror zoom lens with a focal length of 5.3 mm;

4 ein Spotdiagramm des in 3 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 5,3 mm; 4 a spot diagram of the in 3 shown mirror zoom lens with a focal length of 5.3 mm;

5 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 7,9 mm; 5 a schematic representation of the in 2 shown mirror zoom lens with a focal length of 7.9 mm;

6 ein Spotdiagramm des in 5 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 7,9 mm; 6 a spot diagram of the in 5 shown mirror zoom lens with a focal length of 7.9 mm;

7 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm; 7 a schematic representation of the in 2 shown mirror zoom lens with a focal length of 15.8 mm;

8 ein Spotdiagramm des in 7 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm; 8th a spot diagram of the in 7 shown mirror zoom lens with a focal length of 15.8 mm;

9 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Tele-Spiegelzoomobjektivs; 9 a schematic representation of an optical arrangement of a telephoto zoom lens;

10 eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 10,5 mm; 10 a schematic representation of the in 9 telephoto zoom lens with a focal length of 10.5 mm;

11 ein Spotdiagramm des in 10 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 10,5 mm; 11 a spot diagram of the in 10 telephoto zoom lens with a focal length of 10.5 mm;

12 eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm; 12 a schematic representation of the in 9 shown telephoto zoom lens with a focal length of 15.8 mm;

13 ein Spotdiagramm des in 12 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm; 13 a spot diagram of the in 12 shown telephoto zoom lens with a focal length of 15.8 mm;

14 eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 31,5 mm; 14 a schematic representation of the in 9 shown telephoto zoom lens with a focal length of 31.5 mm;

15 ein Spotdiagramm des in 14 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 31,5 mm; 15 a spot diagram of the in 14 shown telephoto zoom lens with a focal length of 31.5 mm;

16 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Supertele-Spiegelzoomobjektivs; 16 a schematic representation of an optical arrangement of a super telephoto mirror zoom lens;

17 eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 30 mm; 17 a schematic representation of the in 16 shown super telephoto mirror zoom lens with a focal length of 30 mm;

18 ein Spotdiagramm des in 17 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 30 mm; 18 a spot diagram of the in 17 shown super telephoto mirror zoom lens with a focal length of 30 mm;

19 eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 60 mm; 19 a schematic representation of the in 16 shown super-telephoto zoom lens with a focal length of 60 mm;

20 ein Spotdiagramm des in 19 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 60 mm; 20 a spot diagram of the in 19 shown super-telephoto zoom lens with a focal length of 60 mm;

21 eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 90 mm; 21 a schematic representation of the in 16 shown super-telephoto mirror zoom lens with a focal length of 90 mm;

22 ein Spotdiagramm des in 21 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 90 mm; 22 a spot diagram of the in 21 shown super-telephoto mirror zoom lens with a focal length of 90 mm;

23 eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems mit einem Spiegelzoomobjektiv und zwei Bildsensoren; 23 a schematic representation of an image pickup system with a mirror zoom lens and two image sensors;

24 eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems mit einem Spiegelzoomobjektiv mit kombiniertem Deckglas; 24 a schematic representation of an image pickup system with a mirror zoom lens with combined cover glass;

25 eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems mit einem Spiegelzoomobjektiv und einer zusätzlichen Offner-Relay-Anordnung; 25 a schematic representation of an image pickup system with a mirror zoom lens and an additional Offner-Relay arrangement;

26a, 26b eine schematische Darstellung eines optischen Funktionselements zur Festlegung eines Bezugspunkts und eines Richtungsvektors für eine optisch aktive Fläche; 26a . 26b a schematic representation of an optical functional element for defining a reference point and a direction vector for an optically active surface;

27 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung zur Definition von Bezugsgrößen; und 27 a schematic representation of an optical arrangement for defining reference quantities; and

28 eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung mit Bezugsgrößen. 28 a schematic representation of an optical arrangement with reference variables.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs 100 mit variablen Bild winkel entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Spiegelobjektiv 100 umfasst einen ersten Spiegel 110, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, einen zweiten Spiegel 120, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, einen dritten Spiegel 130, dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist, und einen vierten Spiegel 140, der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist. Dabei ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet, dass zumindest zwei Spiegel der ersten bis vierten Spiegel eine unterschiedliche optische Achse aufweisen. In anderen Worten, maximal drei der vier optischen Achsen 112, 122, 132, 142 bzw. der vier mechanischen Mittenachsen des ersten bis vierten Spiegels liegen auf einer Geraden und bilden dadurch eine gemeinsame optische Achse. Daher handelt es sich um einen Schiefspiegleraufbau, wodurch beispielsweise eine zentralabschattungsfreie Anordnung des ersten bis vierten Spiegels ermöglicht wird. 1 shows a schematic representation of a central shading-free mirror objective 100 variable angle picture according to an embodiment of the invention. The mirror lens 100 includes a first mirror 110 which is designed as a deformable mirror, a second mirror 120 whose mirror surface has an aspherical shape, a third mirror 130 whose mirror surface has an aspherical shape and a fourth mirror 140 which is designed as a deformable mirror. In this case, the first to fourth mirrors are arranged so that at least two mirrors of the first to fourth mirrors have a different optical axis. In other words, a maximum of three of the four optical axes 112 . 122 . 132 . 142 or the four mechanical center axes of the first to fourth mirror lie on a straight line and thereby form a common optical axis. Therefore, it is a Schiefspiegleraufbau, which, for example, a central shading free arrangement of the first to fourth mirror is made possible.

Des Weiteren ist der erste bis vierte Spiegel so angeordnet, dass sich ein gefalteter Strahlengang 102 von dem ersten Spiegel 110 über den zweiten Spiegel 120 und über den dritten Spiegel 130 zu dem vierten Spiegel 140 erstreckt. Die Anordnung des ersten bis vierten Spiegels ist zusätzlich so ausgeführt, dass sich in dem Strahlengang 102 zwischen dem ersten Spiegel 110 und dem vierten Spiegel 140 keine Zwischenbildebene befindet. Dadurch kann das Spiegelobjektiv kompakter hergestellt werden als bei Objektiven mit Zwischenbildebene, da eine Zwischenbildebene den Strahlengang 102 verlängern würde.Furthermore, the first to fourth mirror is arranged so that a folded beam path 102 from the first mirror 110 over the second mirror 120 and about the third mirror 130 to the fourth mirror 140 extends. The arrangement of the first to fourth mirror is additionally designed so that in the beam path 102 between the first mirror 110 and the fourth mirror 140 no intermediate image plane is located. As a result, the mirror objective can be made more compact than in the case of lenses with an intermediate image plane, since an intermediate image plane forms the beam path 102 would extend.

Des Weiteren sind der erste Spiegel 110 und der vierte Spiegel 140 so deformierbar, dass durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels 110 kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels 140 der Bildwinkel des Objektivs 100 verändert wird und dabei eine Position einer Bildebene 160 des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs 100 im Bereich der Schärfentiefe unverändert bleibt. Dadurch ist gewährleistet, dass beispielsweise ein Sensor oder Detektor, der sich am Ort der Bildebene befindet, trotz unterschiedlicher Bildwinkel bzw. unterschiedlicher Zoomzustände des Objektivs ein scharfes Bild aufnehmen kann.Furthermore, the first mirror 110 and the fourth mirror 140 so deformable that by a deformation of the mirror surface of the first mirror 110 combined with a deformation of the mirror surface of the fourth mirror 140 the angle of view of the lens 100 is changed while keeping a position of an image plane 160 of the central shading-free mirror objective 100 remains unchanged in the depth of field. This ensures that, for example, a sensor or detector which is located at the location of the image plane can record a clear image despite different image angles or different zoom states of the objective.

Zusätzlich ist vor dem ersten Spiegel 110 strichliert eine Eintrittsöffnung 170 angedeutet. Die Eintrittsöffnung kann optional angeordnet werden, um Strahlung nur aus einem bestimmten Bereich in das Objektiv zu lassen. Dabei kann die Eintrittsöffnung beispielsweise ein Teil eines Gehäuses des Spiegelobjektivs oder ein eigenes optisches Funktionselement sein.In addition, in front of the first mirror 110 dotted an entrance opening 170 indicated. The entrance Opening can optionally be arranged to let radiation only from a certain area in the lens. In this case, the inlet opening may for example be part of a housing of the mirror objective or a separate optical functional element.

Die Verwendung von reflektiven optischen Elementen ermöglicht es wellenabhängige Abbildungsfehler bzw. eine chromatische Aberration zu verhindern. Das Spiegelobjektiv ist daher in einem großen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums einsetzbar.The Use of reflective optical elements allows it wave dependent To prevent aberrations or a chromatic aberration. The mirror objective is therefore in a wide wavelength range of the electromagnetic Spectrum applicable.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Spiegelzoomobjektivs 200 entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Spiegelzoomobjektiv 200 ist so aufgebaut, dass der Strahlengang 102 entlang einer ersten Konstruktionsachse e0 von einem Objekt 202 auf den ersten Spiegel 110 so auftrifft, dass die erste Konstruktionsachse e0 und die optische Achse 112 des ersten Spiegels einen Winkel α1 einschließen, wobei ein Einfallslot in dem Auftreffpunkt der ersten Konstruktionsachse e0 auf den ersten Spiegel 110 der optischen Achse 112 des ersten Spiegels 110 entspricht. 2 shows a schematic representation of an optical arrangement of a mirror zoom lens 200 according to an embodiment according to the invention. The mirror zoom lens 200 is constructed so that the beam path 102 along a first construction axis e 0 of an object 202 at the first mirror 110 so striking that the first construction axis e 0 and the optical axis 112 of the first mirror include an angle α 1 , wherein an incidence slot at the point of impact of the first axis of construction e 0 on the first mirror 110 the optical axis 112 the first mirror 110 equivalent.

Entsprechend dem Reflexionsgesetz führt der Strahlengang 102 entlang einer zweiten Konstruktionsachse e1, die mit der ersten Konstruktionsachse e0 den zweifachen Winkel α1 einschließt, zu dem zweiten Spiegel 120. Die zweite Konstruktionsachse e1 und ein Einfallslot 224 des zweiten Spiegels 120, das zu der optischen Achse 122 des zweiten Spiegels 120 parallel ist, in einem Auftreffpunkt 225 der zweiten Konstruktionsachse e1 auf die Spiegelfläche des zweiten Spiegels 120 schließen einen Winkel α2 ein. Das Einfallslot in dem Auftreffpunkt 225 der zweiten Konstruktionsachse e1 auf den zweiten Spiegel 120 weist einen Abstand d2 von der optischen Achse 122 des zweiten Spiegels 120 auf.According to the law of reflection, the beam path leads 102 along a second construction axis e 1 , which includes twice the angle α 1 with the first construction axis e 0 , to the second mirror 120 , The second construction axis e 1 and an incidence solder 224 of the second mirror 120 leading to the optical axis 122 of the second mirror 120 is parallel, in a point of impact 225 the second construction axis e 1 on the mirror surface of the second mirror 120 include an angle α 2 . The incidence slot in the impact point 225 the second construction axis e 1 on the second mirror 120 has a distance d 2 from the optical axis 122 of the second mirror 120 on.

Nach der Reflexion an dem zweiten Spiegel 120 führt der Strahlengang 102 wiederum entsprechenden dem Reflexionsgesetz entlang einer dritten Konstruktionsachse e2, die mit der zweiten Konstruktionsachse e1 den zweifachen Winkel α2 einschließt, zu dem dritten Spiegel 130. Wie bei dem ersten Spiegel 110 trifft die dritte Konstruktionsachse e2 den dritten Spiegel 130 in dem Schnittpunkt der optischen Achse 132 des dritten Spiegels 130 mit der Spiegelfläche des dritten Spiegels 130. Das Einfallslot im Auftreffpunkt der dritten Konstruktionsachse e2 auf den dritten Spiegel 130 entspricht somit der optischen Achse 132 des dritten Spiegels 130. Das Einfallslot sowie die optische Achse 132 des dritten Spiegels 130 schließen mit der dritten Konstruktionsachse e2 einen Winkel α3 ein.After reflection on the second mirror 120 leads the beam path 102 in turn corresponding to the law of reflection along a third axis of construction e 2 , which includes with the second axis of construction e 1 twice the angle α 2 , to the third mirror 130 , As with the first mirror 110 the third construction axis e 2 hits the third mirror 130 at the intersection of the optical axis 132 the third mirror 130 with the mirror surface of the third mirror 130 , The incident slot at the point of impact of the third construction axis e 2 on the third mirror 130 thus corresponds to the optical axis 132 the third mirror 130 , The incidence solder as well as the optical axis 132 the third mirror 130 enclose an angle α 3 with the third construction axis e 2 .

Nach einer Umlenkung um den zweifachen Einfallswinkel α3 führt der Strahlengang 102 entlang einer vierten Konstruktionsachse e3 zu dem vierten Spiegel 140. Die vierte Konstruktionsachse e3 und ein Einfallslot 244 des vierten Spiegels 140, das zu der optischen Achse 142 des vierten Spiegels 140 parallel ist, in einem Auftreffpunkt 245 der vierte Konstruktionsachse e3 auf die Spiegelfläche des vierten Spiegels 140 schließen dabei einen Winkel α4 ein. Die optische Achse 142 des vierten Spiegels 140 und das Einfallslot 244 des vierten Spiegels 140 weisen dabei zueinander einen Abstand d4 auf.After a deflection by twice the angle of incidence α 3 leads the beam path 102 along a fourth construction axis e 3 to the fourth mirror 140 , The fourth construction axis e 3 and an incidence solder 244 the fourth mirror 140 leading to the optical axis 142 the fourth mirror 140 is parallel, in a point of impact 245 the fourth construction axis e 3 on the mirror surface of the fourth mirror 140 include an angle α 4 . The optical axis 142 the fourth mirror 140 and the incident slot 244 the fourth mirror 140 have a distance d 4 to each other.

Entlang einer fünften Konstruktionsachse e4, die mit der vierten Konstruktionsachse e3 den zweifachen Winkel α4 einschließt, führt der Strahlengang 102 weiter zu einem Deckglas 250 und zu einem hinter dem Deckglas 250 befindli chen Sensor bzw. Bildebene 160. Die fünfte Konstruktionsachse e4 und ein Einfallslot 264 des Deckglases 250 schließen einen Winkel α5 ein. Das Einfallslot 264 ist parallel zu einer Mittenachse 262 der Bildebene 160 bzw. des Sensors und weist einen Abstand d5 von der Mittenachse 262 der Bildebene 160 bzw. des Sensors auf.Along a fifth construction axis e 4 , which includes twice the angle α 4 with the fourth construction axis e 3 , the beam path leads 102 continue to a cover glass 250 and to one behind the cover glass 250 befindli chen sensor or image plane 160 , The fifth construction axis e 4 and an incidence solder 264 of the cover glass 250 include an angle α 5 . The incidence solder 264 is parallel to a center axis 262 the picture plane 160 or the sensor and has a distance d 5 from the center axis 262 the picture plane 160 or the sensor.

Die Längen der ersten bis fünften Konstruktionsachse (e0 bis e4) legen den Abstand zwischen den optischen Funktionselementen fest.The lengths of the first to fifth construction axis (e 0 to e 4 ) determine the distance between the optical functional elements.

Des Weiteren zeigen die gestrichelten Linien 218 bei dem ersten Spiegel 110 und die gestrichelte Linie 248 bei dem vierten Spiegel 140 verschiedene Deformationszustände der Spiegelflächen der beiden deformierbaren Spiegel an.Furthermore, the dashed lines show 218 at the first mirror 110 and the dashed line 248 at the fourth mirror 140 different deformation states of the mirror surfaces of the two deformable mirrors.

Der zweite Spiegel 120 stellt nur ein Segment eines Spiegels dar, der durch den gestrichelten Bereich 228 in seiner Gesamtheit dargestellt ist. Der gestrichelte Bereich 228 muss jedoch nicht vorhanden sein, da der Bereich 228 keine optisch aktiven Flächen enthält. Die Verwendung des Spiegelsegments 120 anstelle des gesamten Spiegels ermöglicht die abschattungsfreie Anordnung der Spiegel des Objektivs.The second mirror 120 represents only a segment of a mirror through the dashed area 228 is shown in its entirety. The dashed area 228 however, it does not have to exist because of the area 228 contains no optically active surfaces. The use of the mirror segment 120 instead of the entire mirror allows the shading arrangement of the mirror of the lens.

Die Durchmesser des ersten bis vierten Spiegels sind entsprechend der Spiegelnummern mit D1, D2, D3 und D4 gekennzeichnet.The diameters of the first to fourth mirrors are labeled with D 1 , D 2 , D 3 and D 4 according to the mirror numbers.

Das Spiegelobjektiv 200 und auch dessen globales Koordinatensystem wird durch die Konstruktionsachsen e0 bis e4 definiert. Zur Definition der Konstruktionsachsen wird der erste bis vierte Spiegel 110, 120, 130, 140 als Planspiegel angenommen. Die Auftreffpunkte der Konstruktionsachsen auf die (angenommenen) Planspiegel werden als Flächenschwerpunkte der (angenommenen) Planspiegel mit dessen Umrandung definiert. Drehungen erfolgen mit dem angegebenen Winkel α1, α2, α3, α4 um das Einfallslot durch den Flächenschwerpunkt des jeweiligen (angenommenen) Planspiegels. Es gilt somit das Reflexionsgesetz. Verschiebungen erfolgen senkrecht zum Einfallslot ausgehend vom Auftreffpunkt, wobei der dadurch entstehende Punkt als neuer Schwerpunkt der (angenommenen) Planspiegelfläche angesehen wird und Ausgangspunkt einer zum Einfallslot parallel liegenden optischen Achse ist.The mirror lens 200 and also its global coordinate system is defined by the design axes e 0 to e 4 . For defining the construction axes, the first to fourth mirrors are used 110 . 120 . 130 . 140 assumed as plane mirror. The impact points of the design axes on the (assumed) plane mirrors are defined as centroid areas of the (assumed) plane mirror with its border. Rotations are made with the specified angle α 1 , α 2 , α 3 , α 4 to the incident slot through the centroid of the respective (assumed) plane mirror. Thus, the law of reflection applies. Displacements are made perpendicular to the incidence slot starting from the point of impact, the point resulting from this being regarded as a new center of gravity of the (assumed) plane mirror surface and starting point of an optical axis parallel to the incidence slot.

Die gewölbten Flächen bei dem ersten und vierten Spiegel 110, 140, die als deformierbare Spiegel ausgeführt sind, entstehen, wenn beispielsweise eine Membran am Rand des (angenommenen) Planspiegels befestigt wird. Bei den restlichen, gekrümmten Flächen sind die jeweiligen Schwerpunkte die Scheitelpunkte der optischen Elemente. Die optischen Achsen 112, 122, 132, 142 der Elemente liegen parallel zu den Einfallsloten der (angenommenen) Planspiegel und gehen durch den Scheitelpunkt. Speziell beim zweiten Spiegel 120 wird danach nur ein Ausschnitt aus diesem verschobenen Spiegelgebilde verwendet. Als Abstände zwischen den einzelnen optischen Elementen gelten die Längen der Konstruktionsachsen e0 bis e4.The domed areas in the first and fourth mirrors 110 . 140 , which are designed as deformable mirror arise when, for example, a membrane is attached to the edge of the (assumed) plane mirror. For the remaining, curved surfaces, the respective centroids are the vertices of the optical elements. The optical axes 112 . 122 . 132 . 142 The elements are parallel to the incidence solders of the (assumed) plane mirror and go through the vertex. Especially at the second mirror 120 then only a section of this shifted mirror image is used. The distances between the individual optical elements are the lengths of the design axes e 0 to e 4 .

Der Begriff Einfallslot bezieht sich entsprechend dem Reflexionsgesetz auf die winkelhalbierende Symmetrieachse zwischen den beiden Konstruktionsachsen die entlang des Strahlengangs auf einen Spiegel treffen. Im Fall eines dezentrierten Spiegels, wie beispielsweise dem zweiten Spiegel 120 und dem vierten Spiegel 140, ist das Einfallslot keine Flächennormale der Spiegelfläche des jeweiligen Spiegels, da der zur Konstruktion angenommene Planspiegel durch einen gekrümmten Spiegel ersetzt wurde. Das Einfallslot ist nur parallel zu der optischen Achse des jeweiligen Spiegels, die ihrerseits jedoch eine Flächennormale der Spiegelfläche des entsprechenden Spiegels darstellt.According to the law of reflection, the term incidence slot refers to the bisecting axis of symmetry between the two construction axes which strike a mirror along the beam path. In the case of a decentered mirror, such as the second mirror 120 and the fourth mirror 140 , the incident slot is not a surface normal of the mirror surface of the respective mirror, since the plane mirror assumed to be a design has been replaced by a curved mirror. The incidence solder is only parallel to the optical axis of the respective mirror, which in turn, however, represents a surface normal of the mirror surface of the corresponding mirror.

Durch eine dezentrierte Nutzung von Spiegelflächen, wie es in 2 für den zweiten Spiegel 120 und den vierten Spiegel 140 gezeigt ist, kann beispielsweise ein zentralabschattungsfreier und kompakter Aufbau unterstützt werden.Through a decentered use of mirror surfaces, as in 2 for the second mirror 120 and the fourth mirror 140 For example, a central shading-free and compact structure can be supported.

Da ein großer Abstand von dem vierten Spiegel 140 zu der Bildebene 160 bzw. dem Sensor, bezeichnet als hintere Schnittweite, erforderlich ist, ist das Objektiv 200 als Retrofokustyp mit einem konvexen ersten Spiegel 110 ausgeführt. Der zweite Spiegel 120 und der vierte Spiegel 140 haben eine konkave Krümmung. Der dritte Spiegel 130 fungiert als Systemblende und weist eine leicht konvexe Krümmung auf.Because a big distance from the fourth mirror 140 to the picture plane 160 or the sensor, referred to as rear focal length, is required, is the lens 200 as retrofocus type with a convex first mirror 110 executed. The second mirror 120 and the fourth mirror 140 have a concave curvature. The third mirror 130 acts as a system shutter and has a slightly convex curvature.

Die Hauptsymmetrierichtung der Winkelverkippung der einzelnen Spiegel wird durch die eingezeichneten Achsen e0, e1, e2, e3 und e4 festgelegt. Die Verkippungswinkel α1, α2, α3 und α4 sind dem jeweils entsprechenden Spiegel zugeordnet und bestimmen die Verkippung relativ zu den Achsen e0 bis e4. α5 bezeichnet den Verkippungswinkel der Bildebene 160 bzw. des Sensordeckglases 250.The main symmetry direction of the angle tilt of the individual mirrors is determined by the axes e 0 , e 1 , e 2 , e 3 and e 4 . The tilt angles α 1 , α 2 , α 3 and α 4 are assigned to the respectively corresponding mirror and determine the tilt relative to the axes e 0 to e 4 . α 5 denotes the tilt angle of the image plane 160 or the sensor cover glass 250 ,

Die in der Anordnung zusätzlich auftretenden Lateralverschiebungen zwischen dem Auftreffpunkt der Achsen e1 bis e4 auf den zweiten Spiegel 120 und den vierten Spiegel 140 und der mechanischen Mittenachse bzw. der optischen Achse der einzelnen Spiegel sind mit d2 und d4 bezeichnet. Die Lateralverschiebung des Sensordeckglases 250 bzw. der Bildebene 160 sowie des Bildsensors erhält die Bezeichnung d5. Die Durchmesser des ersten bis vierten Spiegels sind entsprechend der Spiegelnummern mit D1, D2, D3 und D4 bezeichnet.The additional lateral displacements occurring in the arrangement between the point of impact of the axes e 1 to e 4 on the second mirror 120 and the fourth mirror 140 and the mechanical center axis or the optical axis of the individual mirrors are denoted by d 2 and d 4 . The lateral displacement of the sensor cover glass 250 or the picture plane 160 as well as the image sensor receives the name d 5 . The diameters of the first to fourth mirrors are designated according to the mirror numbers with D 1 , D 2 , D 3 and D 4 .

Die abschattungsfreie Anordnung wird durch einen Kompromiss von Verdrehungswinkel α1 bis α5 und den Abständen zwischen den optischen Komponenten, gemessen als Länge der Achsen e1 bis e4, erreicht. Die Drehungen erfolgen für den ersten Spiegel 110 und den dritten Spiegel 130 und die Bildebene 160 bzw. den Sensor inklusive Deckglas 250 einerseits, sowie für den zweiten Spiegel 120 und den vierten Spiegel 140 andererseits, in entgegengesetzter Richtung. Je größer die Drehwinkel der Spiegel sind, desto schwieriger ist es beispielsweise den dadurch verursachten Astigmatismus zu korrigieren. Mit kleiner werdendem Drehwinkel muss jedoch in den meisten Fällen der Abstand zwischen den jeweiligen Spiegeln vergrößert werden, was wiederum den benötigten effektiven Durchmesser der Spiegel beeinflusst. Weiterhin sind die Drehwinkel und Abstände beispielsweise vom Platzbedarf des Sensors 160 und Deckglas 250 abhängig.The shading-free arrangement is achieved by a compromise of twist angles α 1 to α 5 and the distances between the optical components, measured as the length of the axes e 1 to e 4 . The twists are made for the first mirror 110 and the third mirror 130 and the picture plane 160 or the sensor including cover glass 250 on the one hand, as well as for the second mirror 120 and the fourth mirror 140 on the other hand, in the opposite direction. For example, the larger the rotation angles of the mirrors, the more difficult it is to correct the astigmatism caused thereby. However, as the angle of rotation decreases, in most cases the distance between the respective mirrors must be increased, which in turn affects the required effective diameter of the mirrors. Furthermore, the rotation angle and distances, for example, from the space requirement of the sensor 160 and cover glass 250 dependent.

Der zweite Spiegel 120 ist so angeordnet, dass er außerhalb eines Strahlenbündels des ersten Spiegels 110 liegt. In anderen Worten, Strahlung, die von dem Objekt 202 auf den ersten Spiegel 110 trifft wird nicht durch den zweiten Spiegel 120 abgeschattet. Dabei liegt der Kippwinkel α1 des ersten Spiegels 110 bei 22,3°. Der zweite Spiegel ist entgegengesetzt zu dem ersten Spiegel um α2 = –20,2° gedreht und gleichzeitig um d2 = 2,2 mm dezentriert.The second mirror 120 is arranged so that it is outside a beam of the first mirror 110 lies. In other words, radiation coming from the object 202 at the first mirror 110 does not hit by the second mirror 120 shadowed. In this case, the tilt angle α 1 of the first mirror 110 at 22.3 °. The second mirror is opposite to the first mirror rotated by α 2 = -20.2 ° and decentered simultaneously by d 2 = 2.2 mm.

Da der vierte Spiegel 140 ebenso im Uhrzeigersinn mit α4 = –12,6° gedreht ist, aber die Abstände nicht ausreichen, um abschattungsfrei den Bildsensor 160 anzuordnen, ist in der Blendenebene der dritte Spiegel 130 angeordnet und mit dem Winkel α3 = 27,8° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.Because the fourth mirror 140 also rotated clockwise with α 4 = -12.6 °, but the distances are not sufficient to shading the image sensor 160 to arrange, is in the aperture plane of the third mirror 130 arranged and rotated at the angle α 3 = 27.8 ° counterclockwise.

Die Änderung der Brennweite wird beispielsweise durch eine definierte Änderung der Krümmungsradien des ersten Spiegels 110, bezeichnet als R1, und des vierten Spiegels 140, bezeichnet als R4, erreicht. Der erste Spiegel 110 vergrößert bzw. verkleinert den Feldwinkel bzw. Bildwinkel, der vierte Spiegel 140 korrigiert die Position der optischen Fokalebene bzw. der Bildebene 160 und dient zusätzlich zur Fokussierung. Zur Korrektur der optischen Abbildungsfehler sind beispielsweise der rotationssymmetrische erste Spiegel 110 und der rotationssymmetrische vierte Spiegel 140 als konische Asphären ausgebildet. Die konische Konstante kann jedoch für den gesamten Brennweitenbereich als während des Zoomens unveränderliche Größe implementiert werden. Die asphärischen Funktionsflächen können jedoch mathematisch auch als vollständige Polynome, polynomiale Erweiterung der sphärischen oder konischen Flächen oder als so genannte Freiformflächen beschrieben werden.The change in the focal length, for example, by a defined change in the radii of curvature of the first mirror 110 , designated R 1 , and the fourth mirror 140 Achieved as R 4 . The first mirror 110 increases or decreases the field angle or angle of view, the fourth mirror 140 corrects the position of the optical focal plane or the image plane 160 and additionally serves to focus. To correct the optical aberrations are, for example, the rotationally symmetric first mirror 110 and the rotationally symmetric fourth mirror 140 designed as conical aspheres. However, the conic constant can be implemented for the entire focal length range as fixed size during zooming. However, the aspheric functional surfaces can also be mathematically described as complete polynomials, polynomial expansion of the spherical or conical surfaces or as so-called free-form surfaces.

Zusätzliche Abbildungsfehler, hauptsächlich prinzipbedingter Astigmatismus und Bildfeldwölbung, können mit dem zweiten Spiegel 120 und dem dritten Spiegel 130 korrigiert werden. Um die Komplexität des Systems so gering wie möglich zu halten, kann der vornehmlich auftretende Astigmatismus beispielsweise mit konischen oder bikonischen Oberflächen korrigiert werden. Das heißt, zwei senkrecht zueinander stehende Ebenen besitzen unterschiedliche Krümmungsradien und/oder unterschiedliche konische Konstanten.Additional aberrations, mainly principled astigmatism and field curvature, may occur with the second mirror 120 and the third mirror 130 Getting corrected. To minimize the complexity of the system, the predominant astigmatism may be corrected, for example, with conical or biconical surfaces. That is, two mutually perpendicular planes have different radii of curvature and / or different conical constants.

In der Berechnung des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist zusätzlich die Bewegung des Scheitelpunkts der Spiegelfläche bei einer Änderung des Krümmungsradius für den Fall einer am Rand fest eingespannten Membran als Spiegelfläche berücksichtigt. In diesem Fall vergrößert bzw. verkleinert sich bei einer Krümmungsradiusänderung der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der optisch aktiven Fläche und der Randebene. Bei einer asphärischen Fläche lässt sich der Abstand z zwischen dem Scheitelpunkt der optisch aktiven Fläche und der Ebene durch den Rand mit folgender Formel bestimmen:

Figure 00280001
In the calculation of in 2 In the embodiment shown, the movement of the vertex of the mirror surface is additionally taken into account when the radius of curvature changes in the case of a diaphragm firmly clamped on the edge as a mirror surface. In this case, the distance between the vertex of the optically active surface and the edge plane increases or decreases with a radius of curvature change. For an aspheric surface, the distance z between the vertex of the optically active surface and the plane through the edge can be determined using the formula:
Figure 00280001

Dabei bezeichnet D den Durchmesser des Rands, R den Krümmungsradius und κ die konische Konstante.there D denotes the diameter of the rim, R the radius of curvature and κ the conical Constant.

Das zentralabschattungsfreie Spiegelzoomobjektiv 200 hat beispielsweise eine dem Kleinbild äquivalente Brennweite von 35 mm bis 105 mm bei einer Anfangsöffnung von 4,5 und umfasst vier Spiegel 110, 120, 130, 140. Weiterhin ist eine Bildebene 160 bzw. ein Bildsensor mit zugehörigem Sensor deckglas 250 dargestellt. Das Objektiv entwirft ein Bild eines Objekts 202 an dem Ort der Bildebene 160 bzw. des Bildsensors.The central shading-free mirror zoom lens 200 has, for example, a 35mm to 105mm focal length equivalent to 35mm at an initial aperture of 4.5 and includes four mirrors 110 . 120 . 130 . 140 , Furthermore, an image plane 160 or an image sensor with associated sensor cover glass 250 shown. The lens designs an image of an object 202 at the place of the picture plane 160 or the image sensor.

Die vollständige optische Charakterisierung des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist in nachfolgenden Tabellen zu finden. Tabelle 1 beinhaltet die Werte der Verdrehungswinkel und der Abstände zwischen den Elementen. Tabelle 2 listet mögliche Parameter für drei Zoomzustände auf. Dabei sind negative Krümmungsradien als konvexe und positive Krümmungsradien als konkave Formen zu verstehen. Eine konische Konstante größer Null ergibt nach der oben stehenden Formel einen abgeflachten Ellipsoiden. Die Angabe von zwei Werten für den Krümmungsradius und/oder die konische Konstante bedeutet, dass ein optisches Element einen unterschiedlichen Krümmungsradius und/oder eine unterschiedliche konische Konstante in zwei zueinander orthogonalen Richtungen aufweist. Tabelle 1

Figure 00290001
The complete optical characterization of the in 2 shown embodiment can be found in the following tables. Table 1 contains the values of the twist angles and the distances between the elements. Table 2 lists possible parameters for three zoom states. Here, negative radii of curvature are to be understood as convex and positive radii of curvature as concave forms. A conic constant greater than zero results in a flattened ellipsoid according to the formula above. The indication of two values for the radius of curvature and / or the conical constant means that an optical element has a different radius of curvature and / or a different conical constant in two mutually orthogonal directions. Table 1
Figure 00290001

Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 1 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deck glases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The Data in the last field of the line with the specified intervals in Table 1 gives 0.6 mm the thickness of the deck glass and 0.7 mm the distance between the coverslip and the image sensor or the image plane at.

Die Länge der Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung d5 und der Winkel α5 beziehen sich auf die Lage des Deckglases 250. Da der Winkel α5 und die Dezentrierung d5 für die Bildebene 160 bzw. den Bildsensor die gleichen wie für das Deckglas 250 sind und die Dicke des Deckglases 250 und der Abstand des Deckglases 250 zur Bildebene 160 bzw. zum Bildsensor bekannt sind, können die Bezugsgrößen (e4, d5 und α5) des Deckglases 250 leicht auf Bezugsgrößen der Bildebene 160 umgerechnet werden.The length of the construction axis e 4 , the decentering d 5 and the angle α 5 refer to the position of the cover glass 250 , Since the angle α 5 and the decentering d 5 for the image plane 160 or the image sensor the same as for the cover glass 250 are and the thickness of the coverslip 250 and the distance of the cover glass 250 to the picture plane 160 or the image sensor are known, the reference quantities (e 4 , d 5 and α 5 ) of the cover glass 250 easy on reference quantities of the image plane 160 be converted.

Das Deckglas 250 und der Bildsensor am Ort der Bildebene 160 sind optionale Komponenten und nicht zwingender Bestandteil des beschriebenen Spiegelobjektivs. Tabelle 2 Bildwinkel 38° × 49° 26° × 34° 13° × 17° Brennweite fmin = 5,3 mm fmitte = 7,9 mm fmax = 15,8 mm Blendenzahl 4,5 4,8 5,7 Krümmungsradius R Spiegel 110 R1 = –17,8 mm R1 = –26,7 mm R1 = –51,7 mm Spiegel 120 y: R2y = 65,8 mm x: R2x = 66,4 mm Spiegel 130 y: R3y = –113,6 mm x: R3x = –128,1 mm Spiegel 140 R4 = 41,9 mm R4 = 44,1 mm R4 = 51,7 mm Konische Konstante κ Spiegel 110 κ1 = 1,0 Spiegel 120 y: κ2y = 1,5 x: κ2x = 1,0 Spiegel 130 y: κ3y = 48,0 x: κ3x = 62,3 Spiegel 140 κ4 = 0,6 The cover glass 250 and the image sensor at the location of the image plane 160 are optional components and not an integral part of the described mirror lens. Table 2 angle of view 38 ° × 49 ° 26 ° × 34 ° 13 ° × 17 ° focal length f min = 5.3 mm f center = 7.9 mm f max = 15.8 mm f-number 4.5 4.8 5.7 Radius of curvature R mirror 110 R 1 = -17.8 mm R 1 = -26.7 mm R 1 = -51.7 mm mirror 120 y: R 2y = 65.8 mm x: R 2x = 66.4 mm mirror 130 y: R 3y = -113.6 mm x: R 3x = -128.1 mm mirror 140 R 4 = 41.9 mm R 4 = 44.1 mm R 4 = 51.7 mm Conic constant κ mirror 110 κ 1 = 1.0 mirror 120 y: κ 2y = 1.5 x: κ 2x = 1.0 mirror 130 y: κ 3y = 48.0 x: κ 3x = 62.3 mirror 140 κ 4 = 0.6

3 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 5,3 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Der Aufbau des Spiegelzoomobjektivs 300 entspricht dabei der optischen Anordnung, die in 2 gezeigt ist. Als Beispiel sind die Strahlenbündel 302, 304, 306 für drei unterschiedliche Feldpunkte bzw. Objektpunkte eingezeichnet. Es ist der Weg der drei verschiedenen Strahlenbündel 302, 304, 306 durch das Objektiv 300 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 3 shows a schematic representation of the in 2 shown mirror zoom lens with a Focal length of 5.3 mm according to an embodiment of the invention. The construction of the mirror zoom lens 300 corresponds to the optical arrangement in 2 is shown. As an example, the ray bundles 302 . 304 . 306 drawn for three different field points or object points. It is the path of the three different bundles of rays 302 . 304 . 306 through the lens 300 to the picture level 160 or the image sensor shown.

4 zeigt ein Spotdiagramm 400 des in 3 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 5,3 mm (auch als Weitwinkel bezeichnet). Ein Spotdiagramm veranschaulicht die geometrische Abbildung eines punktförmigen Objekts und ist dadurch ein Hinweis auf die Qualität eines Objektivs. Die Konstruktion eines Spotdiagramms startet mit einem einzelnen Objektpunkt, der eine Vielzahl von monochromatischen Strahlen bzw. ein Strahlenbündel emittiert. Diese Strahlung trifft gleichförmig eine Eintrittspupille des Objektivs. Dieses Strahlenbündel wird dann durch Anwendung von Trigonometrie durch das Objektiv bis zur Bildebene verfolgt. Die Summe von Punkten, an denen die einzelnen Strahlen des Strahlenbündels die Bildebene treffen, stellt das Spotdiagramm dar. 4 shows a spot diagram 400 of in 3 shown zoom lens with a focal length of 5.3 mm (also known as wide angle). A spot diagram illustrates the geometric image of a point-like object and is therefore an indication of the quality of a lens. The construction of a spot diagram starts with a single object point that emits a plurality of monochromatic beams or a beam. This radiation uniformly hits an entrance pupil of the objective. This beam is then tracked by applying trigonometry through the lens to the image plane. The sum of points at which the individual rays of the beam meet the image plane represents the spot diagram.

In 4 sind dazu drei Beispiele für drei unterschiedliche Objektwinkel 412, 422, 432 dargestellt. Dabei ist in Feld 1 (bei Bezugszeichen 410 gezeigt) ein Strahlenbündel, das unter einem Objektwinkel von 0° einfällt, gezeigt, was einer Abbildung eines punktförmigen Objekts in der Bildfeldmitte entspricht. In Feld 2 (wie bei Bezugszeichen 420 gezeigt) ist ein Strahlenbündel dargestellt, das unter einem Objektwinkel von –12,3° und –9,5° einfällt, was einer Abbildung eines punktförmigen Objekts im mittleren Bildfeld entspricht. Durch eine Verwendung eines rechteckigen Bild formats wird die Angabe von zwei zueinander orthogonalen Winkeln notwendig. Des Weiteren ist in Feld 3 (wie bei Bezugszeichen 430 gezeigt) ein Strahlenbündel, das unter einem Objektwinkel von –24,6° und –19° einfällt, dargestellt, was einer Abbildung eines punktförmigen Objekts in einer Ecke des Bildfelds entspricht.In 4 These are three examples of three different object angles 412 . 422 . 432 shown. It is in box 1 (at reference numerals 410 shown) a beam incident at an object angle of 0 °, which corresponds to an image of a point-like object in the image field center. In box 2 (as with reference numerals 420 a beam is shown which is incident at an object angle of -12.3 ° and -9.5 °, which corresponds to an image of a point-like object in the central image field. By using a rectangular image format, the specification of two mutually orthogonal angles is necessary. Furthermore, in box 3 (as with reference numerals 430 shown) a beam incident at an object angle of -24.6 ° and -19 °, which corresponds to an image of a point-like object in a corner of the image field.

Zusätzlich ist in jedem der drei Felder ein Kreis 440 mit einem Radius, der dem Airy-Radius 470 entspricht, eingezeichnet. Dieser Kreis 440, auch Airy-Scheibe genannt, stellt die kleinstmögliche Abbildung eines punktförmigen Objekts durch das Objektiv dar. Das heißt, umso höher die Anzahl der Punkte des Spotdiagramms innerhalb des Kreises 440 ist, umso besser ist die Qualität des Objektivs.In addition, in each of the three fields is a circle 440 with a radius equal to the Airy radius 470 corresponds, drawn. This circle 440 , also called Airy disc, represents the smallest possible representation of a point-like object through the lens. That is, the higher the number of points of the spot diagram within the circle 440 is, the better the quality of the lens.

Des Weiteren ist in jedem der drei Felder ein IMA Parameter 414, 424, 434 angegeben. Der IMA Parameter gibt einen Wert für die Distanz zwischen dem Zentrum der Bildebene bzw. dem Zentrum der Airy-Scheibe und dem Ort der Spots in der Bildebene an.Furthermore, in each of the three fields is an IMA parameter 414 . 424 . 434 specified. The IMA parameter gives a value for the distance between the center of the image plane or the center of the Airy disk and the location of the spots in the image plane.

Zusätzlich sind für die drei Felder Werte für einen RMS Radius 450 (RMS: „route means square”, quadratischer Mittelwert) und einen GEO Radius 460 (GEO: geometrischer Maximalwert) angegeben.Additionally, for the three fields, values are for an RMS radius 450 (RMS: "route means square") and a GEO radius 460 (GEO: geometric maximum value).

Das Spotdiagramm 400 zeigt für das in 3 gezeigte Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 5,3 mm eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram 400 shows for the in 3 A zoom lens with a focal length of 5.3 mm, a typical image quality for commercial photo lenses.

5 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 7,9 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 502, 504, 506 durch das Objektiv 500 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 5 shows a schematic representation of the in 2 shown zoom lens with a focal length of 7.9 mm according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 502 . 504 . 506 through the lens 500 to the picture level 160 or the image sensor shown.

6 zeigt passend zu dem in 5 dargestellten Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 7,9 mm (auch als Normal-Winkel bezeichnet) ein Spotdiagramm 600 für drei unterschiedliche Objektwinkel 612, 622, 632. 6 shows matching the in 5 shown zoom lens with a focal length of 7.9 mm (also referred to as normal angle) a spot diagram 600 for three different object angles 612 . 622 . 632 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 5 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 5 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

7 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 702, 704, 706 durch das Objektiv 700 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 7 shows a schematic representation of the in 2 shown 15.8 mm focal length zoom lens according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 702 . 704 . 706 through the lens 700 to the picture level 160 or the image sensor shown.

8 zeigt passend zu dem in 7 dargestellten Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 15,8 mm (auch als Tele bezeichnet) ein Spotdiagramm 800 für drei unterschiedliche Objektwinkel 812, 822, 832. 8th shows matching the in 7 15.8 mm focal length zoom lens (also referred to as telephoto) is a spot diagram 800 for three different object angles 812 . 822 . 832 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 7 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 7 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

Die 2, 3, 5 und 7 zeigen das Spiegelzoomobjektiv bzw. das optische System mit den Daten der Tabellen 1 und 2.The 2 . 3 . 5 and 7 show the mirror zoom lens and the optical system with the data of Tables 1 and 2.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Tele-Spiegelzoomobjektivs 900 entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die optische Anordnung 900 ist ähnlich der Anordnung, wie sie in 2 gezeigt ist. 9 shows a schematic representation of an optical arrangement of a telephoto zoom lens 900 according to an embodiment according to the invention. The optical arrangement 900 is similar to the arrangement as in 2 is shown.

Das Spiegelzoomobjektiv umfasst wiederum vier Spiegel, wobei der erste Spiegel 110 und der vierte Spiegel 140 rotationssymmetrisch und deformierbar sind. Das gezeigte zentralabschattungsfreie Spiegelzoomobjektiv 900 hat eine dem Kleinbild äquivalente Brennweite von 70 mm bis 210 mm bei einer Anfangsöffnung von 4,5. Ebenso wie das in 2 gezeigte Objektiv ist das Spiegelzoomobjektiv 900 als Retrofokustyp mit einem konvexen ersten Spiegel 110 ausgeführt. Der zweite Spiegel 120 und der vierte Spiegel 140 haben eine konkave Krümmung. Der dritte Spiegel 130 fungiert als Systemblende und weist eine leicht konvexe Krümmung auf. Der zweite Spiegel 120 weist eine dezentrierte konische Form auf.The mirror zoom lens again comprises four mirrors, the first mirror 110 and the fourth mirror 140 are rotationally symmetric and deformable. The shown central shading-free mirror zoom lens 900 has an equivalent focal length of 70 mm to 210 mm with an initial aperture of 4.5. As well as in 2 Lens shown is the mirror zoom lens 900 as retrofocus type with a convex first mirror 110 executed. The second mirror 120 and the fourth mirror 140 have a concave curvature. The third mirror 130 acts as a system shutter and has a slightly convex curvature. The second mirror 120 has a decentered conical shape.

Des Weiteren unterscheidet sich das Spiegelzoomobjektiv 900 von dem in 2 gezeigten Objektiv durch die Abstände der optischen Elemente zueinander (e1 bis e4), durch die Verdrehung der optischen Elemente zueinander (α1 bis α5), durch die Dezentrierung der optischen Elemente von ihren optischen Achsen bzw. mechanischen Mittenachsen (d2 bis d5) sowie durch die Form des ersten bis vierten Spiegels, da die Parameter an den gewählten Brennweitenbereich (70 mm bis 210 mm) angepasst sind, um Bildfehler zu minimieren.Furthermore, the mirror zoom lens differs 900 from the in 2 shown lens by the distances of the optical elements to each other (e 1 to e 4 ), by the rotation of the optical elements to each other (α 1 to α 5 ), by the decentering of the optical elements from their optical axes or mechanical center axes (d 2 to d 5 ) as well as the shape of the first to fourth mirror, since the parameters are adapted to the selected focal length range (70 mm to 210 mm) in order to minimize image errors.

Die vollständige optische Charakterisierung des Spiegelzoomobjektivs 900 ist in nachfolgenden Tabellen zu finden. Tabelle 3 beinhaltet die Werte der Verdrehungswinkel und der Abstände zwischen den Elementen, wie sie in 9 durch die Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Tabelle 4 listet die notwendigen Parameter für drei Zoomzustände auf. Dabei sind negative Krümmungsradien als konvexe und positive Krümmungsradien als konkave Formen zu verstehen. Eine konische Konstante größer Null ergibt nach der oben stehenden Formel einen abgeflachten Ellipsoiden. Tabelle 3

Figure 00350001
The complete optical characterization of the mirror zoom lens 900 can be found in the following tables. Table 3 contains the values of the twist angles and the distances between the elements as shown in 9 are identified by the reference numerals. Table 4 lists the necessary parameters for three zoom states. Here, negative radii of curvature are to be understood as convex and positive radii of curvature as concave forms. A conic constant greater than zero results in a flattened ellipsoid according to the formula above. Table 3
Figure 00350001

Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 3 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deckglases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The data in the last field of the line with the specified distances in Table 3 gives the thickness of the cover glass at 0.6 mm and the distance between the cover glass and the image sensor at 0.7 mm Image plane.

Die Länge der Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung d5 und der Winkel α5 beziehen sich auf die Lage des Deckglases 250. Da der Winkel α5 und die Dezentrierung d5 für die Bildebene 160 bzw. den Bildsensor die gleichen wie für das Deckglas 250 sind und die Dicke des Deckglases 250 und der Abstand des Deckglases 250 zur Bildebene 160 bzw. zum Bildsensor bekannt sind, können die Bezugsgrößen (e4, d5 und α5) des Deckglases 250 leicht auf Bezugsgrößen der Bildebene 160 umgerechnet werden.The length of the construction axis e 4 , the decentering d 5 and the angle α 5 refer to the position of the cover glass 250 , Since the angle α 5 and the decentering d 5 for the image plane 160 or the image sensor the same as for the cover glass 250 are and the thickness of the coverslip 250 and the distance of the cover glass 250 to the picture plane 160 or the image sensor are known, the reference quantities (e 4 , d 5 and α 5 ) of the cover glass 250 easy on reference quantities of the image plane 160 be converted.

Das Deckglas 250 und der Bildsensor am Ort der Bildebene 160 sind optionale Komponenten und nicht zwingender Bestandteil des beschriebenen Spiegelobjektivs. Tabelle 4 Bildwinkel 9,5° × 12,3° 6,5° × 8,8° 3,2° × 4,3° Brennweite fmin = 10,5 mm fmitte = 15,8 mm fmax = 31,5 mm Blendenzahl 4,5 4,9 6,0 Krümmungsradius R Spiegel 110 R1 = –38,4 mm R1 = –56,7 mm R1 = –109,1 mm Spiegel 120 R2 = 92,0 mm Spiegel 130 y: R3y = –132,7 mm x: R3x = –137,8 mm Spiegel 140 R4 = 60,4 mm R4 = 64,5 mm R4 = 80,7 mm Konische Konstante κ Spiegel 110 κ1 = 1,2 Spiegel 120 κ2 = 0,5 Spiegel 130 y: κ3y = 19,3 x: κ3x = 19,2 Spiegel 140 κ4 = 0,6 The cover glass 250 and the image sensor at the location of the image plane 160 are optional components and not an integral part of the described mirror lens. Table 4 angle of view 9.5 ° × 12.3 ° 6.5 ° × 8.8 ° 3.2 ° × 4.3 ° focal length f min = 10.5 mm center = 15.8 mm f max = 31.5 mm f-number 4.5 4.9 6.0 Radius of curvature R mirror 110 R 1 = -38.4 mm R 1 = -56.7 mm R 1 = -109.1 mm mirror 120 R 2 = 92.0 mm mirror 130 y: R 3y = -132.7 mm x: R 3x = -137.8 mm mirror 140 R 4 = 60.4 mm R 4 = 64.5 mm R 4 = 80.7 mm Conic constant κ mirror 110 κ 1 = 1.2 mirror 120 κ 2 = 0.5 mirror 130 y: κ 3y = 19.3 x: κ 3x = 19.2 mirror 140 κ 4 = 0.6

10 zeigt eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 10,5 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 1002, 1004, 1006 durch das Objektiv 1000 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 10 shows a schematic representation of the in 9 10.5 mm focal length zoom telephoto zoom lens according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 1002 . 1004 . 1006 through the lens 1000 to the picture level 160 or the image sensor shown.

11 zeigt passend zu dem in 10 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 10,5 mm ein Spotdiagramm 1100 für drei unterschiedliche Objektwinkel 1112, 1122, 1132. 11 shows matching the in 10 The telephoto zoom lens with a focal length of 10.5 mm is a spot diagram 1100 for three different object angles 1112 . 1122 . 1132 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 10 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 10 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

12 zeigt eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 15,8 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 1202, 1204, 1206 durch das Objektiv 1200 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 12 shows a schematic representation of the in 9 shown 15.8 mm focal length telephoto zoom lens according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 1202 . 1204 . 1206 through the lens 1200 to the picture level 160 or the image sensor shown.

13 zeigt passend zu dem in 12 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 15,8 mm ein Spotdiagramm 1300 für drei unterschiedliche Objektwinkel 1312, 1322, 1332. 13 shows matching the in 12 shown telephoto zoom lens with a focal length of 15.8 mm a spot diagram 1300 for three different object angles 1312 . 1322 . 1332 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 12 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 12 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

14 zeigt eine schematische Darstellung des in 9 gezeigten Tele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 31,5 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 1402, 1404, 1406 durch das Objektiv 1400 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 14 shows a schematic representation of the in 9 shown telephoto zoom lens with a focal length of 31.5 mm according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 1402 . 1404 . 1406 through the lens 1400 to the picture level 160 or the image sensor shown.

15 zeigt passend zu dem in 14 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 31,5 mm ein Spotdiagramm 1500 für drei unterschiedliche Objektwinkel 1512, 1522, 1532. 15 shows matching the in 14 shown telephoto zoom lens with a focal length of 31.5 mm a spot diagram 1500 for three different object angles 1512 . 1522 . 1532 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 14 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 14 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

Die 9, 10, 12 und 14 zeigen das Spiegelzoomobjektiv bzw. das optische System mit den Daten der Tabellen 3 und 4.The 9 . 10 . 12 and 14 show the mirror zoom lens or the optical system with the data of Tables 3 and 4.

16 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung eines Supertele-Spiegelzoomobjektivs 1600 entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Supertele-Spiegelzoomobjektiv 1600 ist ähnlich dem in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektiv und umfasst wiederum vier Spiegel. Das Objektiv 1600 weist eine dem Kleinbild äquivalente Brennweite von 200 mm bis 600 mm und eine Anfangsöffnung von 6,5 auf. Der erste Spiegel 110 und der vierte Spiegel 140 sind wieder als rotationssymmetrische, deformierbare Spiegel ausgeführt. 16 shows a schematic representation of an optical arrangement of a super telephoto mirror zoom lens 1600 according to an embodiment according to the invention. The super telephoto mirror zoom lens 1600 is similar to the one in 2 shown mirror zoom lens and in turn includes four mirrors. The objective 1600 has an equivalent focal length of 200 mm to 600 mm and an initial aperture of 6.5 on the small picture. The first mirror 110 and the fourth mirror 140 are again designed as rotationally symmetric, deformable mirrors.

Im Unterschied zu den in 2 und in 9 gezeigten Ausführungsbeispielen weist bei dem hier gezeigten Objektiv 1600 der erste Spiegel 110 eine konkave Krümmung und der zweite Spiegel 120 eine konvexe Krümmung auf. Der dritte Spiegel fungiert wieder als Systemblende und weist eine leicht konkave Krümmung auf.Unlike the in 2 and in 9 shown embodiments, in the lens shown here 1600 the first mirror 110 a concave curvature and the second mirror 120 a convex curvature. The third mirror again acts as a system shutter and has a slightly concave curvature.

Des Weiteren unterscheidet sich das Spiegelzoomobjektiv 1600 von dem in 2 gezeigten Objektiv durch die Abstände der optischen Elemente zueinander (e1 bis e4), durch die Verdrehung optischen Elemente zueinander (α1 bis α5), durch die Dezentrierung der optischen Elemente von ihren optischen Achsen bzw. mechanischen Mittenachsen (d2 bis d5) sowie durch die Form des ersten bis vierten Spiegels, da die Parameter an den gewählten Brennweitenbereich (200 mm bis 600 mm) angepasst sind, um Bildfehler zu minimieren.Furthermore, the mirror zoom lens differs 1600 from the in 2 shown lens by the distances of the optical elements to each other (e 1 to e 4 ), by the rotation of optical elements to each other (α 1 to α 5 ), by the decentering of the optical elements of their optical axes or mechanical center axes (d 2 to d 5 ) as well as the shape of the first to fourth mirrors, since the parameters are adapted to the selected focal length range (200 mm to 600 mm) to minimize image errors.

Die vollständige optische Charakterisierung des Supertele-Spiegelzoomobjektivs 1600 ist in nachfolgenden Tabellen zu finden. Tabelle 5 beinhaltet die Werte der Verdrehungswinkel und der Abstände zwischen den Elementen. Tabelle 6 listet die notwendigen Parameter für drei Zoomzustände auf. Dabei sind negative Krümmungsradien als konvexe und positi ve Krümmungsradien als konkave Formen zu verstehen. Eine konische Konstante größer Null ergibt nach der oben stehenden Formel einen abgeflachten Ellipsoiden.The complete optical characterization of the super telephoto mirror zoom lens 1600 can be found in the following tables. Table 5 contains the values of the twist angles and the distances between the elements. Table 6 lists the necessary parameters for three zoom states. Negative radii of curvature are to be understood as convex and positive radii of curvature as concave forms. A conic constant greater than zero results in a flattened ellipsoid according to the formula above.

Der zweite Spiegel 120 ist in entgegengesetzter Richtung (in Vergleich mit den in 2 und 9 gezeigten Objektiven) dezentriert. Damit erhält die Dezentierung d2 ein negatives Vorzeichen. Tabelle 5

Figure 00390001
The second mirror 120 is in the opposite direction (in comparison with the in 2 and 9 decentered lenses) decentered. Thus, the d2 decimation receives a negative sign. Table 5
Figure 00390001

Die Angaben im letzten Feld der Zeile mit den angegebenen Abständen in Tabelle 5 gibt mit 0,6 mm die Dicke des Deckglases und mit 0,7 mm den Abstand zwischen dem Deckglas und dem Bildsensor bzw. der Bildebene an.The Data in the last field of the line with the specified intervals in Table 5 gives 0.6 mm the thickness of the cover glass and 0.7 mm the distance between the coverslip and the image sensor or the image plane at.

Die Länge der Konstruktionsachse e4, die Dezentrierung d5 und der Winkel α5 beziehen sich auf die Lage des Deckglases 250. Da der Winkel α5 und die Dezentrierung d5 für die Bildebene 160 bzw. den Bildsensor die gleichen wie für das Deckglas 250 sind und die Dicke des Deckglases 250 und der Abstand des Deckglases 250 zur Bildebene 160 bzw. zum Bildsensor bekannt sind, können die Bezugsgrößen (e4, d5 und α5) des Deckglases 250 leicht auf Bezugsgrößen der Bildebene 160 umgerechnet werden.The length of the construction axis e 4 , the decentering d 5 and the angle α 5 refer to the position of the cover glass 250 , Since the angle α 5 and the decentering d 5 for the image plane 160 or the image sensor the same as for the cover glass 250 are and the thickness of the coverslip 250 and the distance of the cover glass 250 to the picture plane 160 or the image sensor are known, the reference quantities (e 4 , d 5 and α 5 ) of the cover glass 250 easy on reference quantities of the image plane 160 be converted.

Das Deckglas 250 und der Bildsensor am Ort der Bildebene 160 sind optionale Komponenten und nicht zwingender Bestandteil des beschriebenen Spiegelobjektivs. Tabelle 6 Bildwinkel 3,4° × 4,6° 1,7° × 2,3° 1,1° × 1,5° Brennweite fmin = 30 mm fmitte = 60 mm fmax = 90 mm Blendenzahl 6,5 8,2 10,0 Krümmungsradius R Spiegel 110 R1 = ∞ R1 = 316,0 mm R1 = 236,8 mm Spiegel 120 y: R2y = –236,9 mm x: R2x = –233,7 mm Spiegel 130 y: R3y = 407,3 mm x: R3x = 406,8 mm Spiegel 140 R4 = 72,5 mm R4 = 99,0 mm R4 = 157,2 mm Konische Konstante κ Spiegel 110 κ1 = 0,4 Spiegel 120 y: κ2y = 19,3 x: κ2x = 39,7 Spiegel 130 y: κ3y = 932,6 x: κ3x = –890,0 Spiegel 140 κ4 = 0,6 The cover glass 250 and the image sensor at the location of the image plane 160 are optional components and not an integral part of the described mirror lens. Table 6 angle of view 3.4 ° × 4.6 ° 1.7 ° x 2.3 ° 1,1 ° × 1,5 ° focal length f min = 30 mm center = 60 mm f max = 90 mm f-number 6.5 8.2 10.0 Radius of curvature R mirror 110 R 1 = ∞ R 1 = 316.0 mm R 1 = 236.8 mm mirror 120 y: R 2y = -236.9 mm x: R 2x = -233.7 mm mirror 130 y: R 3y = 407.3 mm x: R 3x = 406.8 mm mirror 140 R 4 = 72.5 mm R 4 = 99.0 mm R 4 = 157.2 mm Conic constant κ mirror 110 κ 1 = 0.4 mirror 120 y: κ 2y = 19.3 x: κ 2x = 39.7 mirror 130 y: κ 3y = 932.6 x: κ 3x = -890.0 mirror 140 κ 4 = 0.6

17 zeigt eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 30 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 1702, 1704, 1706 durch das Objektiv 1700 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 17 shows a schematic representation of the in 16 shown super-telephoto zoom lens with a focal length of 30 mm according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 1702 . 1704 . 1706 through the lens 1700 to the picture level 160 or the image sensor shown.

18 zeigt passend zu dem in 17 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 30 mm ein Spotdiagramm 1800 für drei unterschiedliche Objektwinkel 1812, 1822, 1832. 18 shows matching the in 17 shown telephoto zoom lens with a focal length of 30 mm a spot diagram 1800 for three different object angles 1812 . 1822 . 1832 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 17 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 17 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

19 zeigt eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 60 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 1902, 1904, 1906 durch das Objektiv 1900 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 19 shows a schematic representation of the in 16 shown supertele mirror zoom lens with a focal length of 60 mm according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 1902 . 1904 . 1906 through the lens 1900 to the picture level 160 or the image sensor shown.

20 zeigt passend zu dem in 19 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 60 mm ein Spotdiagramm 2000 für drei unterschiedliche Objektwinkel 2012, 2022, 2032. 20 shows matching the in 19 shown telephoto zoom lens with a focal length of 60 mm a spot diagram 2000 for three different object angles 2012 . 2022 . 2032 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 19 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 19 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

21 zeigt eine schematische Darstellung des in 16 gezeigten Supertele-Spiegelzoomobjektivs mit einer Brennweite von 90 mm entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Wie in 3 ist der Weg von drei verschiedenen Strahlbündeln 2102, 2104, 2106 durch das Objektiv 2100 bis zur Bildebene 160 bzw. dem Bildsensor gezeigt. 21 shows a schematic representation of the in 16 shown super-telephoto mirror zoom lens with a focal length of 90 mm according to an embodiment of the invention. As in 3 is the way of three different beams 2102 . 2104 . 2106 through the lens 2100 to the picture level 160 or the image sensor shown.

22 zeigt passend zu dem in 21 dargestellten Tele-Spiegelzoomobjektiv mit einer Brennweite von 90 mm ein Spotdiagramm 2200 für drei unterschiedliche Objektwinkel 2212, 2222, 2232. 22 shows matching the in 21 shown telephoto zoom lens with a focal length of 90 mm a spot diagram 2200 for three different object angles 2212 . 2222 . 2232 ,

Das Spotdiagramm zeigt für das in 21 gezeigte Spiegelzoomobjektiv eine für kommerzielle Fotoobjektive übliche Abbildungsleistung.The spot diagram shows for the in 21 Mirror zoom lens shown a common for commercial photo lenses imaging performance.

Die 16, 17, 19 und 21 zeigen das optische System bzw. das Supertele-Spiegelzoomobjektiv mit den Daten der Tabellen 5 und 6.The 16 . 17 . 19 and 21 show the optical system and the supertele mirror zoom lens with the data of Tables 5 and 6, respectively.

23 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems 2300 mit einem Spiegelzoomobjektiv und zwei Bildsensoren entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Objektiv des Bildaufnahmesystems 2300 basiert auf der Rechnung bzw. der optischen Anordnung des in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektivs. 23 shows a schematic representation of an image recording system 2300 with a mirror zoom lens and two image sensors according to an embodiment of the invention. The lens of the image acquisition system 2300 is based on the calculation or the optical arrangement of in 2 shown mirror zoom lens.

Die beiden Bildsensoren 2361, 2362 weisen eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit auf. Dadurch kann beispielsweise eine Multispektralkamera mit zwei Bildsensoren 2361, 2362 realisiert werden. Wie bereits beschrieben, hat das in 2 gezeigte Spiegelobjektiv keine chromatischen Abbildungsfehler. Deshalb kann dieses Objektivdesign bzw. dieser Objektivaufbau für einen sehr breiten Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Dazu sind beispielsweise die spektrale Empfindlichkeit der verwendeten Aufnahmesensoren bzw. Bildsensoren und die Reflektivität der Spiegelschichten bzw. Spiegelflächen auf die spektralen Anforderungen der im Vordergrund stehenden Anwendung abgestimmt. Unter Verwendung von beispielsweise breitbandig spiegelnden Metallschichten (z. B. Aluminium, Silber oder ähnliches) oder dielektrischen Schichten können Bilder in unterschiedlichen Spektralbereichen mit nahezu gleicher Güte aufgenommen werden.The two image sensors 2361 . 2362 have a different spectral sensitivity. As a result, for example, a multi-spectral camera with two image sensors 2361 . 2362 will be realized. As already described, this has in 2 Mirror lens shown no chromatic aberrations. Therefore, this lens design or lens assembly can be used for a very broad wavelength range. For this purpose, for example, the spectral sensitivity of the recording sensors or image sensors used and the reflectivity of the mirror layers or mirror surfaces are matched to the spectral requirements of the application in the foreground. Using, for example, broadband-reflecting metal layers (eg aluminum, silver or the like) or dielectric layers, images in different spectral ranges can be recorded with almost the same quality.

Dazu wird der Strahlengang nach dem vierten Spiegel 140 mit einer Strahlteilerplatte 2370, die mit einer spektral selektiven Schicht versehen ist, aufgeteilt und auf die zwei Detektoren 2361, 2362 geführt. Es entstehen somit zwei Bilder in unterschiedlichen spektralen Bereichen auf den zwei Bildsensoren 2361, 2362. So kann beispielsweise ein Detektor 2361 im sichtbaren Spektralbereich (VIS) empfindlich sein, während der zweite Sensor bzw. Detektor 2362 für den infraroten Spektralbereich (IR) ausgelegt ist.This is the beam path to the fourth mirror 140 with a beam splitter plate 2370 , which is provided with a spectrally selective layer, divided and the two detectors 2361 . 2362 guided. This results in two images in different spectral ranges on the two image sensors 2361 . 2362 , For example, a detector 2361 be sensitive in the visible spectral range (VIS), while the second sensor or detector 2362 is designed for the infrared spectral range (IR).

Eine Anwendung für das Bildaufnahmesystem bzw. das Spiegelzoomobjektiv mit zwei Bildsensoren ist beispielsweise im Bereich der multispektralen Feldüberwachung möglich. Konventionelle Feldüberwachungssysteme arbeiten oft entweder im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich, da die dort zum Einsatz kommenden Optiken häufig refraktive Komponenten mit chromatischen Abbildungsfehlern besitzen und somit auf eingeschränkte Spektralbereiche begrenzt sind. Hier bietet das beschriebene Spiegelobjektiv bzw. das Bildaufnahmesystem 2300 deutliche Vorteile. Die Möglichkeit aufgrund der nicht vorhandenen wellenlängenabhängigen Abbildungsfehler innerhalb eines breiten Spektralbereichs mit nahezu gleich bleibend hoher Qualität Bilder aufnehmen zu können schafft in Verbindung mit einer Zoomfunktion und dem Einsatz von mehr als einem Bildsensor für unterschiedliche Spektralbereiche zusätzliche Funktionalität. Aufgrund des Einsatzes von deformierbaren Spiegeln zur Brennweiteneinstellung und der daraus resultierenden großen Stabilität und geringen Baugröße ist das beschriebene Objektiv bzw. Bildaufnahmesystem 2300 beispielsweise für Feldüberwachungsaufgaben in einem rauen Umfeld geeignet.An application for the image recording system or the mirror zoom objective with two image sensors is possible, for example, in the field of multispectral field monitoring. Conventional field monitoring systems often operate either in the visible or in the infrared spectral range, since the optics used there often have refractive components with chromatic aberrations and are therefore limited to limited spectral ranges. Here the described mirror lens or the image acquisition system offers 2300 clear advantages. Being able to take pictures with almost consistently high quality within a broad spectral range due to the non-existent wavelength-dependent aberrations creates additional functionality in combination with a zoom function and the use of more than one image sensor for different spectral ranges. Due to the use of deformable mirrors for focal length adjustment and the resulting high stability and small size is the described lens or image recording system 2300 For example, suitable for field monitoring tasks in a harsh environment.

24 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems 2400 mit einem Spiegelzoomobjektiv mit kombiniertem Deckglas 2480 entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Bildaufnahmesystem 2400 bzw. Kamerasystem basiert wiederum auf der in 2 gezeigten optischen Anordnung eines Spiegelzoomobjektivs. 24 shows a schematic representation of an image recording system 2400 with a mirror zoom lens with combined cover glass 2480 according to an embodiment according to the invention. The image acquisition system 2400 or camera system is in turn based on the in 2 shown optical arrangement of a mirror zoom lens.

Hier wird jedoch der Aperturspiegel bzw. der dritte Spiegel 130 mit dem Sensordeckglas 250 zu einem neuen optischen Funktionselement 2480 kombiniert. Dazu müssen, im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Spiegelzoomobjektiv, die optische Achse 132 des Spiegels 130 und die optische Achse 2452 des Deckglases 250 parallel sein. Das kombinierte Deckglas 2480 weist dann beispielsweise auf einem Teil seiner Fläche nicht nur eine torische Krümmung auf, es ist weiterhin lateral partiell verspiegelt und muss in den meisten Fällen mit hoher Montagegenauigkeit zusammen mit dem Sensor 160 positioniert werden. Es ist auch möglich, die Kombination durch eine Montage des dritten Spiegels 130 auf einem geeigneten Deckglas 250 zu erreichen.Here, however, the aperture mirror or the third mirror 130 with the sensor cover glass 250 to a new optical functional element 2480 combined. This, in contrast to the in 2 shown mirror zoom lens, the optical axis 132 of the mirror 130 and the optical axis 2452 of the cover glass 250 be parallel. The combined cover glass 2480 For example, not only does it have a toric curvature on a part of its surface, it is also laterally partially mirrored and, in most cases, has to be mounted with high mounting accuracy together with the sensor 160 be positioned. It is also possible to combine by mounting the third mirror 130 on a suitable coverslip 250 to reach.

Durch die Kombination des dritten Spiegels 130 mit dem Deckglas 250 kann beispielsweise die Anzahl der notwendigen Komponenten für das Bildaufnahmesystem 2400 bzw. Kamerasystem reduziert und ein kompakterer Aufbau ermöglicht werden.By combining the third mirror 130 with the cover glass 250 may, for example, be the number of components necessary for the image acquisition system 2400 or reduced camera system and a more compact design are possible.

25 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildaufnahmesystems 2500 mit einem Spiegelzoomobjektiv und einer zusätzlichen Offner-Relay-Anordnung entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Bildaufnahmesystem 2500 bzw. Kamerasystem basiert ebenfalls auf der in 2 gezeigten optischen Anordnung für ein Spiegelzoomobjektiv. 25 shows a schematic representation of an image recording system 2500 with a mirror zoom lens and an additional offner relay arrangement according to an embodiment according to the invention. The image acquisition system 2500 or camera system is also based on the in 2 shown optical arrangement for a mirror zoom lens.

Bei einer Anwendung beispielsweise im infraroten Spektralbereich ist zur Unterdrückung von Streulicht häufig eine so genannte kalte Blende („cold stop”) vorzusehen. Diese wird gewöhnlich in einer Austrittspupille des Systems angeordnet. Da das oben beschriebene System eine nahezu telezentrische Anordnung ist und sich damit seine Austrittspupille im Unendlichen befindet, wird bei diesem Bildaufnahmesystem 2500 eine Zwischenabbildung 2509 notwendig. Diese wird mit Hilfe einer als Relay-Optik bezeichneten Anordnung realisiert, die neben einer reellen Pupillenabbildung auch die Abbildung des Zwischenbilds 2509 auf dem Bildsensor 160 sicherstellt. Dabei ist festzuhalten, dass es sich bei der Zwischenabbildung 2509 nicht um eine Zwischenabbildung des Spiegelzoomobjektivs, sondern um eine Zwischenabbildung des Bildaufnahmesystems, das das Spiegelzoomobjektiv und die zusätzliche Offner-Relay-Anordnung, umfasst.For example, in an application in the infrared spectral range, a so-called cold stop is often required to suppress stray light. This is usually placed in an exit pupil of the system. Since the system described above is a nearly telecentric arrangement and thus has its exit pupil at infinity, this imaging system will 2500 an intermediate picture 2509 necessary. This is rea with the help of an arrangement called Relay opt which, in addition to a real image of the pupil, also depicts the image of the intermediate image 2509 on the image sensor 160 ensures. It should be noted that it is the intermediate image 2509 not an intermediate image of the mirror zoom lens, but an intermediate image of the image pickup system that includes the mirror zoom lens and the additional offner relay array.

Um die Abbildungsqualität des Systems nicht unnötig zu verschlechtern, sind für diese Relay-Optik im Vergleich zum oben beschriebenen System lange Brennweiten notwendig. Einige Relay-Optik-Ansätze sind beispielsweise in „J. Michael Rodgers, Unobscured mirror designs, International Optical Design Conference 2002, Proc. of SPIE Bd. 4.832” zu finden. Bei Verwendung beispielsweise eines klassischen Offner-Aufbaus, wie z. B. in der US 3748015 A gezeigt, mit den zusätzlichen Spiegeln 2510 und 2511 liegt aufgrund der Brennweitenverhältnisse und Abstände die Austrittspupille des abbildenden Systems in der Ebene des konvexen Spiegels 2511 des Offner-Relay-Systems.In order not to unnecessarily degrade the imaging quality of the system, this relay optics requires long focal lengths compared to the system described above. Some relay optics approaches are exemplified in "J. Michael Rodgers, Unobscured mirror designs, International Optical Design Conference 2002, Proc. of SPIE vol. 4.832 ". When using, for example, a classic Offner structure, such. B. in the US 3748015 A shown with the additional mirrors 2510 and 2511 Due to the focal length ratios and distances, the exit pupil of the imaging system lies in the plane of the convex mirror 2511 the offner relay system.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Tele-Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Supertele-Spiegelzoomobjektiv mit zwei deformierbaren Spiegeln, ein Bildaufnahmesystem bzw. eine Multispektralkamera mit zwei Bildsensoren, ein Spiegelzoomobjektiv und zwei Bildsensoren unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeiten, ein Bildaufnahmesystem bzw. ein Kamerasystem mit Kombination von dem dritten Spiegel und dem Sensordeckglas, ein Spiegelzoomobjektiv mit kombiniertem Deckglas, ein Spiegelzoomobjektiv mit zusätzlicher Offner-Relay-Anordnung oder ein Bildaufnahmesystem bzw. ein Kamerasystem mit einem Spiegelzoomobjektiv mit zusätzlicher Zwischenabbildung für den infraroten Spektralbereich.Some embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens with two deformable ones Mirror, a telephoto zoom lens with two deformable mirrors, a super-telephoto zoom lens with two deformable mirrors, an image recording system or a multi-spectral camera with two image sensors, a mirror zoom lens and two image sensors different spectral sensitivities, an image acquisition system or a camera system with combination of the third mirror and the sensor cover glass, a mirror zoom lens with combined cover glass, a mirror zoom lens with additional Offner relay arrangement or an image acquisition system or a camera system with a mirror zoom lens with additional Interim picture for the infrared spectral range.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Spiegelzoomobjektiv zur Verwendung in einem Kamerasystem, das als Helmkamera für Rettungskräfte ausgelegt ist. Auch hier bietet die Möglichkeit der hoch quali tativen multispektralen Abbildung mit einem Objektiv in Verbindung mit mehreren Bildsensoren für unterschiedliche Spektralbereiche deutliche Vorteile. Die Zoomfunktionalität ermöglicht es beispielsweise der Rettungskraft durch visuelle Prüfung mittels Kamera verrauchte oder mit Wasserdampf gefüllte Innenräume nach Verunglückten abzusuchen, ohne dass sich der Retter tastend durch das Gebäude vorarbeiten muss. Damit können z. B. Verunfallte leichter gefunden werden, ohne den Retter unnötig Gefahren auszusetzen. Diese Anwendung setzt robuste Systeme mit geringem Bauvolumen voraus. Durch die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur Brennweiteneinstellung können diese Anforderungen von dem beschriebenen Spiegelzoomobjektiv erfüllt werden.Further embodiments according to the invention refer to a mirror zoom lens for use in one Camera system designed as a helmet camera for rescue workers is. Again, the opportunity offers High-quality multispectral imaging with a lens in conjunction with several image sensors for different spectral ranges clear advantages. The zoom functionality allows, for example, the Rescue force through visual examination smoked by camera or filled with water vapor inside rooms crashed scan without the rescuer groping groping through the building got to. With that you can z. For example, accident victims can be found more easily without exposing the rescuer to unnecessary dangers. This application requires robust, low volume systems. Through the use of deformable mirrors for focal length adjustment can these requirements are met by the described mirror zoom lens.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelzoomobjektivs im Bereich von Fahrerassistenzsystemen. Autofahrten im Nebel stellen heute immer noch ein erhöhtes Unfallrisiko dar. Die behinderte Sicht lässt Hindernisse oft zu spät erscheinen. Eine Möglichkeit der Fahrerassistenz ist eine Kamera, die in dem Teil des infraroten Spektralbereichs arbeitet, in dem Nebel transparent ist und somit eine erhöhte Sichtweite ermöglicht. Die Zoomfunktion erlaubt zusätzlich eine Anpassung des Bildwinkels an Gegebenheiten in der Umgebung, wie z. B. die Straßenbreite. Hier bietet die Verwendung von deformierbaren Spiegeln zur Brennweiteneinstellung deutliche Vorteile für den Einsatz im Automobil. Beispielsweise die größere Stabilität und das kleine Bauvolumen wirken sich hier positiv aus.Some embodiments according to the invention refer to an application of a mirror zoom lens in the area of driver assistance systems. Car rides in the fog pose today still an elevated one Accident risk. The obstructed view often makes obstacles appear too late. A possibility the driver assistance is a camera that is in the part of the infrared Spectral range works in which fog is transparent and thus an increased Visibility allows. The zoom function also allows an adaptation of the image angle to circumstances in the environment, such as B. the street width. Here offers the use of deformable mirrors for focal length adjustment significant benefits for the use in the automobile. For example, the greater stability and the Small construction volumes have a positive effect here.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelzoomobjektivs im Bereich der Fernerkundung, wie beispielsweise die visuelle und multispektrale Luftbildaufnahme. Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung werden zunehmend unbemannte Kleinflugzeuge eingesetzt. Auch dabei werden sehr hohe Anforderungen an die Kamera und das Objektiv hinsichtlich der optischen Auflösung und der mechanischen Stabilität gestellt. Daher ist es von Vorteil, anstatt der bisherigen verschiebbaren optischen Komponenten zur Realisierung der Zoomfunktionalität, deformierbare Elemente mit erhöhter Robustheit einzusetzen.Further embodiments according to the invention refer to an application of a mirror zoom lens in the area remote sensing, such as the visual and multispectral Aerial photograph. In the course of progressive miniaturization increasingly unmanned small aircraft are used. Also here Very high demands are made on the camera and the lens the optical resolution and mechanical stability. Therefore, it is beneficial instead of the previous relocatable optical components to realize the zoom functionality, deformable Elements with elevated To use robustness.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Anwendung eines Spiegelobjektivs in ortsauflösenden Spektrometern, Hyper- oder Multispektral-Abbildungssystemen (Hyper- oder Multispectral Imaging System). Diese Systeme bestehen aus einem Objektiv und zum Beispiel einem System zur aktiven oder passiven spektralen Modulation des Bildes, der als abbildender Spektrograph oder abbildendes Spektrometer bezeichnet wird. Die örtliche spektrale Zusammensetzung des Bildes kann durch aktive Modulation (z. B. Fourier-Transformations-Spektrometer; Hadamard-Transformations-Spektrometer), durch passive Modulation (z. B. passives Hadamard-Transformations-Spektrometer), spektrale Aufspaltung (z. B. Gitter-Spektrometer) und/oder örtlichen und/oder spektralen Filterung (z. B. Filterrad-Spektrometer, Akusto-Optisches-Transformations-Spektrometer, Spektrometer mit Fabry-Perot-Interferonmeter) realisiert werden. Das Spiegelzoomobjektiv bietet dabei den Vorteil einer guten spektralbreitbandigen Abbildungsqualität, einem sehr guten Streulichtverhalten (Eliminierung von Geisterbildern), eines möglichen Einsatzes in verschiedenen Wellenlängenbereichen (z. B. ultraviolettem, sichtbaren und/oder infrarotem Spektralbereich) und einer Eliminierung von aufwändigen Breitband-Entspiegelungen. Zusätzlich bietet die Funktionalität des Spiegelobjektivs die Möglichkeit die im Vergleich zu normalen Kameras geringere örtliche Auflösung der Systeme optimal an den zu erfassenden Bildbereich anzupassen.Further embodiments according to the invention relate to an application of a mirror objective in spatially resolving spectrometers, hyper or multi-spectral imaging systems (hyper or multispectral imaging system). These systems consist of a lens and, for example, a system for active or passive spectral modulation of the image, referred to as an imaging spectrograph or imaging spectrometer. The spatial spectral composition of the image may be determined by active modulation (eg, Fourier transform spectrometer, Hadamard transform spectrometer), passive modulation (eg, passive Hadamard transform spectrometer), spectral splitting (e.g. Grating spectrometer) and / or local and / or spectral filtering (eg filter wheel spectrometer, acousto-optical-transformation spectrometer, spectrometer with Fabry-Perot interferon meter). The mirror zoom lens offers the advantage of a good spectral broadband imaging quality, a very good scattered light behavior (elimination of ghosting), possible use in different wavelength ranges (eg ultraviolet, visible and / or infrared spectral range) and the elimination of expensive broadband antireflective coatings. In addition, the functionality of the mirror lens offers the possibility to optimally adapt the lower spatial resolution of the systems compared to normal cameras to the image area to be acquired.

Als Geisterbilder bezeichnet man unscharfe oder geisterhafte Bilder heller Lichtquellen, die beispielsweise durch Reflexionen von Linsenoberflächen verursacht werden.When Ghost pictures are called blurred or ghostly pictures bright light sources caused, for example, by reflections from lens surfaces become.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Verwendung eines Spiegelzoomobjektivs in mobilen Geräten. Durch die beschriebenen Vorteile werden Applikationen adressierbar, wie beispielsweise in mobilen Geräten, die mit dem Stand der Technik nicht erreichbar sind.Further embodiments according to the invention refer to using a mirror zoom lens in mobile devices. The advantages described make applications addressable, such as for example in mobile devices, which are not achievable with the prior art.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird zum Einstellen der gewünschten Systembrennweite zunächst der erste Spiegel entsprechend der gewünschten Systembrennweite voreingestellt und danach mit dem vierten Spiegel das gewünschte Objekt fokussiert. Dabei kann der deformierbare erste Spiegel mit einem Sensor versehen werden, der eine Kontrolle des Krümmungszustands zulässt. Dieser Sensor kann z. B. als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein. Mittels einer Nachschlagetabelle (Look-Up-Tabelle) kann damit die gewünschte Krümmung entsprechend der geforderten Systembrennweite voreingestellt werden. Der zweite deformierbare Spiegel wird so eingestellt, dass das Objekt scharf auf dem Sensor bzw. Detektor abgebildet wird. Dazu kann beispielsweise ein Kontrastverfahren oder ein zusätzlicher Autofokussensor verwendet werden.at some embodiments according to the invention is used to set the desired System focal length first the first mirror preset according to the desired system focal length and then focus the desired object with the fourth mirror. there the deformable first mirror can be provided with a sensor, a control of the curvature state allows. This sensor can, for. B. be designed as strain gauges. By means of a look-up table (look-up table) can thus the desired curvature be pre-set according to the required system focal length. The second deformable mirror is adjusted so that the object sharp imaged on the sensor or detector. This can for example a contrast method or an additional autofocus sensor used become.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann eine vorhandene, brennweitenabhängige Verzeichnung (geometrischer Abbildungsfehler) des abschattungsfreien Spiegelzoomobjektivs bei ihrer Kenntnis mit einer Software nachträglich im Bild korrigiert werden.at some embodiments according to the invention can an existing, focal length dependent distortion (geometric Aberration) of the shadow-free mirror zoom lens their knowledge with a software subsequently be corrected in the image.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung weisen Konstruktionen für die deformierbaren Spiegel auf, die bei einer Krümmungsänderung die Lage des Scheitels verändern, was in Verbindung mit einem Schiefspiegler eine laterale Verschiebung des Bildes auf dem Detektor zur Folge hat, die jedoch in den beschriebenen Spiegelobjektiven ausreichend klein bleibt.Further embodiments according to the invention show constructions for the deformable mirrors, which at a change in curvature, the position of the apex change, which in connection with a Schiefspiegler a lateral shift the image on the detector result, but in the described Mirror lenses remains sufficiently small.

Einige der Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen zur Reduktion von Falschlicht im Strahlengang geeignete Abschirmungen, wie beispielsweise Blenden und/oder Strahlfallen.Some the embodiments according to the invention include suitable for the reduction of stray light in the beam path Shields, such as screens and / or beam traps.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen einen deformierbaren Spiegel, der nur einen Aktuator zur Veränderung des Krümmungsradius aufweist. Solche deformierbaren Spiegel weisen einen kompakten Aufbau und eine einfache Ansteuerung auf.Further embodiments according to the invention comprise a deformable mirror which only has one actuator for change the radius of curvature having. Such deformable mirrors have a compact construction and a simple control on.

Eine Beschreibung einer Positionierung von asphärischen und unter Umständen nicht symmetrischen Spiegelflächen im Strahlengang eines Schiefspieglers erweist sich im Vergleich zu rotationssymmetrischen Systemen als aufwändig. Da hier letztendlich keine optische Achse bzw. keine gemeinsame optische Achse für das gesamte Objektiv definiert werden kann und zusätzlich ein als Spiegel wirkendes Flächenstück selbst nicht unbedingt Symmetrien oder Vorzugsrichtungen besitzen muss, ist es schwierig, Abstände und Verkippungen unterschiedlicher optischer Elemente eindeutig bzw. koordinatenunabhängig anzugeben. Für eine teilweise Festlegung der Lage der optischen Flächen zueinander werden im Folgenden, wie in 26a und 26b gezeigt, jeweils ein Bezugspunkt 2610 auf einer Fläche und ein der Fläche zugeordneter Richtungsvektor 2620 definiert.A description of a positioning of aspherical and possibly not symmetrical mirror surfaces in the beam path of a Schiefspiegler proves to be complicated compared to rotationally symmetric systems. Since in the end no optical axis or no common optical axis can be defined for the entire objective and, in addition, a surface element acting as a mirror itself does not necessarily have to have symmetries or preferred directions, it is difficult to specify distances and tiltings of different optical elements unambiguously or independently of the coordinates , For a partial determination of the position of the optical surfaces to each other in the following, as in 26a and 26b shown, one reference point each 2610 on a surface and a directional vector associated with the surface 2620 Are defined.

Von jedem Objektpunkt geht ein beispielsweise durch eine Aperturblende des optischen Systems begrenztes Strahlenbündel aus, welches auf den unterschiedlichen optischen Flächen jeweils eine bestimmte Fläche entsprechend dem Bündelquerschnitt einnimmt. Dieser Querschnitt ist im Allgemeinen für unterschiedliche Objektpunkte nach Lage und Größe auf einer Spiegelfläche verschieden. Die Gesamtheit aller Bündelquerschnitte auf einer Fläche bildet den optisch aktiven Anteil 2630 der Funktionsfläche. Die optisch aktive Fläche 2630 wird nun derart in eine Ebene, die den Schwerpunkt 2650 der Fläche enthält, projiziert, dass die Fläche der Projektion ein Maximum einnimmt. Die so gebildete ebene Projektionsfläche wird dann entlang der Richtung ihres Normalenvektors 2620 so verschoben, dass der Flächenschwerpunkt 2650 gerade in der ursprünglichen optisch aktiven Fläche 2630 liegt. Auf diese Weise wird dem optisch aktiven Teil 2630 der Fläche und somit auch der Spiegelfläche selbst ein Referenzpunkt 2610 und über den Normalenvektor 2620 der Projektionsfläche eine Orientierung, d. h. ein Richtungsvektor 2620 im Raum, zugeordnet. Die 26a und 26b zeigen somit eine Festlegung eines Bezugspunkts 2610 und eines Richtungsvektors 2620 für die optisch aktive Fläche 2630 eines optischen Funktionselements.From each object point, a beam bundle delimited, for example, by an aperture stop of the optical system emerges, which occupies a specific area corresponding to the bundle cross section on the different optical surfaces. This cross-section is generally different for different object points according to location and size on a mirror surface. The totality of all bundle cross-sections on one surface forms the optically active component 2630 the functional area. The optically active surface 2630 is now in such a way that the focus 2650 Contains the area projected that the area of the projection occupies a maximum. The plane projection surface thus formed then becomes along the direction of its normal vector 2620 shifted so that the centroid 2650 just in the original optically active area 2630 lies. In this way, the optically active part 2630 the surface and thus also the mirror surface itself a reference point 2610 and via the normal vector 2620 the projection surface an orientation, ie a direction vector 2620 in the room, assigned. The 26a and 26b thus show a definition of a reference point 2610 and a directional vector 2620 for the optically active surface 2630 an optical functional element.

Mit Hilfe der Referenzpunkte kann, wie in 27 und 28 gezeigt, eine Referenzebene 2710, welche die Referenzpunkte 2730, 2740, 2750 von mindestens drei Spiegeln enthält, zur Festlegung einer Vorzugsrichtung bezogen auf das Bildfeld konstruiert werden. Mit einem Winkel zwischen dem Richtungsvektor eines Spiegels und einer Flächennormalen 2720 der gemeinsamen Referenzebene 2710 wird dann die Verkippung gegenüber der Referenzebene 2710 festgelegt. Dies ist in den 27 und 28 für den ersten bis vierten Spiegel 110, 120, 130, 140 durch die Winkel β1, β2, β3, β4 und die Richtungsvektoren r →1, r →2, r →3, r →4 dargestellt.With the help of reference points, as in 27 and 28 shown a reference plane 2710 which are the reference points 2730 . 2740 . 2750 contains at least three mirrors, are constructed to establish a preferred direction with respect to the image field. With an angle between the direction vector of a mirror and a surface normal 2720 the common reference plane 2710 then becomes the tilt relative to the reference plane 2710 established. This is in the 27 and 28 for the first to fourth mirror 110 . 120 . 130 . 140 through the angles β 1 , β 2 , β 3 , β 4 and the direction vectors r → 1 , r → 2 , r → 3 , r → 4 shown.

27 zeigt als Beispiel eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung zur Definition von Bezugsgrößen, bei der die Winkel β1 bis β4 alle 90° aufweisen. Die Richtungsvektoren r →1 bis r →4 liegen somit in der Referenzebene 2710, die durch den Referenzpunkt 2730 des ersten Spiegels 110, den Referenzpunkt 2740 des dritten Spiegels 130 und den Referenzpunkt 2750 des vierten Spiegels 140 aufgespannt wird. Neben dem ersten bis vierten Spiegel zeigt 27 eine Anordnung eines Sensordeckglases 250. 27 shows as an example a schematic representation of an optical arrangement for the definition of reference quantities, in which the angles β 1 to β 4 have every 90 °. The direction vectors r → 1 to r → 4 are thus in the reference plane 2710 passing through the reference point 2730 the first mirror 110 , the reference point 2740 the third mirror 130 and the reference point 2750 the fourth mirror 140 is spanned. Next to the first to fourth mirror shows 27 an arrangement of a sensor cover glass 250 ,

Im Unterschied zu 27 zeigt 28 als Beispiel eine Anordnung des ersten bis vierten Spiegels 110, 120, 130, 140, bei der die Winkle β1 bis β4 ungleich 90° sind und somit nicht in der Referenzebene 2710 liegen. Die Referenzebene wird wiederum durch die Referenzpunkte 2730, 2740, 2750 des ersten, dritten und vierten Spiegels aufgespannt. Zusätzlich ist die Anordnung eines Sensordeckglases 250 und eines Bildsensors 160 dargestellt.In contrast to 27 shows 28 as an example, an arrangement of the first to fourth mirror 110 . 120 . 130 . 140 in which the angles β 1 to β 4 are not equal to 90 ° and thus not in the reference plane 2710 lie. The reference plane, in turn, passes through the reference points 2730 . 2740 . 2750 of the first, third and fourth mirror spanned. In addition, the arrangement of a sensor cover glass 250 and an image sensor 160 shown.

Die Verdrehung innerhalb der gemeinsamen Referenzebene 2710 kann durch jeweils einen zusätzlichen Winkel zwischen einer Hauptsymmetrierichtung in der Ebene und dem Richtungsvektor festgelegt werden.The rotation within the common reference plane 2710 can be determined by an additional angle between a main symmetry direction in the plane and the direction vector.

Zu Gunsten einer Implementierung für eine Optikrechnung können leicht modifizierte Größen zur Lagebeschreibung der Komponenten des Spiegelobjektivs herangezogen werden. Dieser Sachverhalt beeinträchtigt jedoch die oben gegebenen Definitionen nicht, da ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den entsprechenden Größen besteht.To Favoring an implementation for an optics bill can slightly modified sizes for Location description of the components of the mirror lens used become. However, this fact affects the above Definitions are not, since a clear relationship between the corresponding sizes.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung entsprechen in ihrer Anordnung der in 27 gezeigten Anordnung. In 27 ist räumlich dargestellt, dass die Winkel β1 bis β4 zwischen der Normalen 2720 der durch die Bezugspunkte 2730, 2740, 2750 aufgespannten Referenzebene 2710 und den Richtungsvektoren r →1 bis r →4 einen Wert von 90° aufweisen. Somit liegen die Richtungsvektoren r →1 bis r →4 in einer Ebene bzw. in der Bezugsebene 2710. Die in 1 bis 25 dargestellten Ausführungsbeispiele entsprechen in ihrer Anordnung den in 27 gezeigten Verhältnissen mit Winkeln β1 bis β4 von 90°.Some embodiments according to the invention correspond in their arrangement of in 27 shown arrangement. In 27 is spatially shown that the angles β 1 to β 4 between the normal 2720 the through the reference points 2730 . 2740 . 2750 spanned reference plane 2710 and the direction vectors r → 1 to r → 4 have a value of 90 °. Thus lie the directional vectors r → 1 to r → 4 in a plane or in the reference plane 2710 , In the 1 to 25 illustrated embodiments correspond in their arrangement in 27 shown ratios with angles β 1 to β 4 of 90 °.

Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung weisen die Winkel β1 bis β4, wie in 28 gezeigt, zwischen der Normalen 2720 der durch die Bezugspunkte 2730, 2740, 2750 aufgespannten Referenzebene 2710 und den Richtungsvektoren r →1 bis r →4 einen Wert ungleich 90° auf. Damit liegen die Richtungsvektoren r →1 bis r →4 nicht in einer Ebene bzw. in der Bezugsebene 2710. Eine solche Anordnung kann beispielsweise einen kompakteren Aufbau ermöglichen, andererseits können sich durch diese Anordnung größere Bildfehler ergeben.In some embodiments according to the invention, the angles β 1 to β 4 , as in FIG 28 shown between the normal 2720 the through the reference points 2730 . 2740 . 2750 spanned reference plane 2710 and the direction vectors r → 1 to r → 4 a value not equal to 90 °. This is the direction vectors r → 1 to r → 4 not in a plane or in the reference plane 2710 , Such an arrangement may, for example, allow a more compact structure, on the other hand, this arrangement may result in larger aberrations.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit variablem Bildwinkel bestehend aus einem ersten Spiegel bzw. einem ersten deformierbaren Spiegel, einem zweiten Spiegel bzw. einem zweiten entweder deformierbaren oder starren Spiegel, einem dritten Spiegel bzw. einem dritten entweder deformierbaren oder starren Spiegel, und einem vierten Spiegel bzw. einem vierten deformierbaren Spiegel, wobei die Winkel β1 bis β4 zwischen einer Normalen 2720 der durch drei der vier Bezugspunkte aufgespannten Bezugsebene 2710 und den Richtungsvektoren r →1 bis r →4 einen Betrag zwischen 60° und 120° einschließen.Some embodiments according to the invention comprise a central shading-free mirror lens with variable angle of view consisting of a first mirror or a first deformable mirror, a second mirror or a second deformable or rigid mirror, a third mirror or a third either deformable or rigid mirror, and a fourth mirror or a fourth deformable mirror, wherein the angles β 1 to β 4 between a normal 2720 the reference plane spanned by three of the four reference points 2710 and the direction vectors r → 1 to r → 4 include an amount between 60 ° and 120 °.

Entsprechend einem Aspekt umfassen manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ein zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit variablem Bildwinkel bestehend aus einem ersten Spiegel bzw. einem ersten deformierbaren Spiegel 110, einem zweiten Spiegel bzw. einem zweiten starren Spiegel 120, dessen Fläche asphärisch ist, einem dritten Spiegel bzw. einem dritten starren Spiegel 130, dessen Fläche asphärisch ist, und einem vierten Spiegel bzw. einem vierten deformierbaren Spiegel 140, wobei die Winkel β1 bis β4 zwischen der Normalen 2720 der durch drei der vier Bezugspunkte aufgespannten Bezugsebene 2710 und den Richtungsvektoren r →1 bis r →4 einen Betrag zwischen 60° und 120° einschließen.According to one aspect, some embodiments according to the invention include a central shading-free mirror lens having a variable angle of view consisting of a first mirror or a first deformable mirror 110 , a second mirror or a second rigid mirror 120 whose surface is aspheric, a third mirror or a third rigid mirror 130 , whose surface is aspheric, and a fourth mirror or a fourth deformable mirror 140 , wherein the angles β 1 to β 4 between the normal 2720 the reference plane spanned by three of the four reference points 2710 and the directional vectors r → 1 to r → 4 include an amount between 60 ° and 120 °.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv die Deformation der deformierbar ausgeführten Spiegel aus einer Änderung des Krümmungsradius und/oder der konischen Konstante und/oder höheren Ordnungen bestehen.According to one Another aspect may be in the mirror lens, the deformation of the deformed executed Mirror from a change the radius of curvature and / or the conical constant and / or higher orders.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der deformierbare vierte Spiegel für alle Deformationszustände konkav gekrümmt sein.Corresponding In another aspect, the deformable mirror may be the mirror lens fourth mirror for all deformation states concave curved be.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der dritte Spiegel die Funktion einer Aperturblende aufweisen.According to one Another aspect may be in the mirror lens of the third mirror have the function of an aperture stop.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der dritte Spiegel eine torische oder bikonische Fläche aufweisen.Corresponding In another aspect, the mirror may be the third mirror a toric or biconical area exhibit.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der erste Spiegel bzw. der erste deformierbare Spiegel plan oder konvex sein und der Betrag seines Krümmungsradius größer als das 0,9-fache der minimalen Systembrennweite sein und eine konische Konstante aufweisen, die größer oder gleich 0 ist, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel und dem zweiten Spiegel zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Zusätzlich ist der zweite Spiegel bzw. der asphärische zweite Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite und der Betrag der Lateralverschiebung (d2) seiner mechanischen Mittenachse vom Auftreffpunkt der Konstruktionsachse (e1) ist kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel und dem dritten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und wobei die Länge der Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel und dem vierten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Des Weiteren ist der vierte Spiegel bzw. deformierbare vierte Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite und weist eine konische Konstante, die größer oder gleich 0 ist, auf, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel und dem Sensordeckglas zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.In another aspect, in the mirror objective, the first mirror or first deformable mirror may be planar or convex and the amount of its radius of curvature greater than 0.9 times the minimum system focal length and having a conic constant greater than or equal to zero wherein the length of the design axis (e 1 ) between the first mirror and the second mirror is between 1 and 10 times the minimum system focal length. In addition, the second mirror or aspheric second mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 2 times and 20 times the minimum system focal length and the amount of lateral displacement (d 2 ) of its mechanical center axis from the point of impact of the design axis (e 1 ) is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the design axis (e 2 ) between the second mirror and the third mirror being between 0.5 and 6 times the minimum system focal length, and the length of the Design axis (e 3 ) between the third mirror and the fourth mirror is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length. Furthermore, the fourth mirror or deformable fourth mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and has a conic constant greater than or equal to 0, the length of the Design axis (e 4 ) between the fourth mirror and the sensor cover glass between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv der erste Spiegel bzw. der erste deformierbare Spiegel plan oder konkav sein und der Betrag seines Krümmungsradius größer als das 0,9-fache der minimalen Systembrennweite sein und eine konische Konstante aufweisen, die größer oder gleich 0 ist, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel und dem zweiten Spiegel zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Zusätzlich ist der zweite Spiegel bzw. der asphärische zweite Spiegel konvex und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite und der Betrag der Lateralverschiebung (d2) seiner mechanischen Mittenachse vom Auftreffpunkt der Konstruktionsachse (e1) ist kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel und dem dritten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und wobei die Länge der Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel und dem vierten Spiegel zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt. Des Weiteren ist der vierte Spiegel bzw. der deformierbare vierte Spiegel konkav und der Betrag seines Krümmungsradius liegt zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite und weist eine konische Konstante, die größer oder gleich 0 ist, auf, wobei die Länge der Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel und dem Sensordeckglas zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.According to another aspect, in the mirror objective, the first mirror or the first deformable mirror may be planar or concave and the amount of its radius of curvature may be greater than 0.9 times the minimum system focal length and have a conic constant greater than or equal to zero wherein the length of the design axis (e 1 ) between the first mirror and the second mirror is between 1 and 10 times the minimum system focal length. In addition, the second mirror or aspheric second mirror is convex and the amount of its radius of curvature is between 2 times and 20 times the minimum system focal length and the amount of lateral displacement (d 2 ) of its mechanical center axis from the point of impact of the design axis (e 1 ) is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the design axis (e 2 ) between the second mirror and the third mirror being between 0.5 and 6 times the minimum system focal length, and the length of the Design axis (e 3 ) between the third mirror and the fourth mirror is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length. Further, the fourth mirror or deformable fourth mirror is concave and the amount of its radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and has a conic constant greater than or equal to 0, the length being the design axis (e 4 ) between the fourth mirror and the sensor cover glass is between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv zum Fokussieren die Änderung der Krümmung des vierten Spiegels verwendet werden.According to one Another aspect may be the change in the mirror objective for focusing the curvature of the fourth mirror.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv unmittelbar vor dem dritten Spiegel bzw. asphäri schen dritten Spiegel eine in ihrer Öffnung variable Aperturblende angeordnet sein.Corresponding Another aspect may be in the mirror lens immediately before the third mirror or aspherical rule third mirror one in her mouth be arranged variable aperture.

Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die Verspiegelungsschichten des ersten bis vierten Spiegels metallische Schichten, dielektrische Schichten oder dielektrische Schichtstapel oder eine Kombination aus metallischen und dielektrischen Schichten aufweisen.According to one another aspect in the mirror objective, the mirroring layers of the first to fourth mirror metallic layers, dielectric layers or dielectric layer stacks or a combination of metallic ones and dielectric layers.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv die spektrale Reflektivität der Verspiegelungsschichten an einen Wellenlängenbereich angepasst sein.According to another aspect, in the mirror objective, the spectral reflectivity of the Ver mirror layers to be adapted to a wavelength range.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv mindestens ein deformierbarer Spiegel mindestens einen Sensor aufweisen, der eine Aussage über seinen Deformationszustand liefert.According to one Another aspect may be at least one deformable in the mirror lens Mirror have at least one sensor that provides information about his Deformation state supplies.

Entsprechend einem anderen Aspekt kann bei dem Spiegelobjektiv im Strahlengang mindestens eine weitere Blende, die nicht als Aperturblende wirkt, so geformt und angeordnet sein, dass Streulicht reduziert wird. Die weitere Blende kann dabei als separates optisches Bauelement ausgelegt sein oder beispielsweise durch innen liegende Flächen eines Gehäuses des Spiegelobjektivs realisiert sein. Die Blende kann dabei Streulicht absorbierende Flächen aufweisen. Es ist jedoch auch beispielsweise möglich, Flächen der Blende oder des Gehäuses mit reflektierenden Schichten auszubilden, um Streulicht auf andere Flächen abzulenken, die dann ihrerseits Streulicht absorbierende Schichten aufweisen.Corresponding Another aspect may be in the mirror lens in the beam path at least one further diaphragm, which does not act as an aperture diaphragm, be shaped and arranged so that stray light is reduced. The additional aperture can be used as a separate optical component be designed or for example by internal surfaces of a housing be realized the mirror lens. The aperture can be stray light absorbing surfaces exhibit. However, it is also possible, for example, surfaces of the panel or the housing with form reflective layers to scatter light on others surfaces divert the then stray light absorbing layers exhibit.

Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv vor dem ersten Spiegel und/oder nach dem vierten Spiegel weitere optische Funktionselemente angeordnet sein.According to one another aspect in the mirror lens in front of the first mirror and / or after the Fourth mirror further optical functional elements may be arranged.

Entsprechend einem anderen Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die optischen Funktionselemente reflektive und/oder refraktive und/oder diffraktive Eigenschaften aufweisen und/oder die Intensität und/oder die Polarisation und/oder die spektralen Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung beeinflussen, also beispielsweise Spiegel, Fenster, Filter, Polarisatoren und/oder Linsen, prismatische Körper und/oder Beugungsgitter und/oder photonische Kristalle umfassen.Corresponding another aspect in the case of the mirror objective, the optical functional elements are reflective and / or have refractive and / or diffractive properties and / or the intensity and / or the polarization and / or the spectral properties influence the electromagnetic radiation, so for example Mirrors, windows, filters, polarizers and / or lenses, prismatic body and / or diffraction gratings and / or photonic crystals.

Gemäß einem weiteren Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv zwischen dem ersten bis vierten Spiegel weitere planoptische Funktionselemente angeordnet sein.According to one another aspect in the mirror lens between the first to fourth mirror be arranged further plane optical functional elements.

Entsprechend einem anderen Aspekt können bei dem Spiegelobjektiv die planoptischen Funktionselemente Spiegel und/oder Fenster und/oder Filter und/oder Polarisatoren und/oder prismatische Körper sein.Corresponding another aspect in the case of the mirror objective, the plane-optical functional elements mirror and / or windows and / or filters and / or polarizers and / or prismatic body be.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Bildaufnahmesystem bestehend aus einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit variablem Bildwinkel und mindestens einem Sensor oder Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einem Element und einer Ausleseelektronik für den Sensor oder Detektor.Some embodiments according to the invention refer to an image acquisition system consisting of a central shading free Mirror lens with variable angle of view and at least one sensor or detector for detecting electromagnetic radiation with at least an element and readout electronics for the sensor or detector.

Entsprechend einem Aspekt umfassen manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ein Bildaufnahmesystem, bei dem der Strahlengang vor dem Bildsensor mit einem Strahlteiler spektral selektiv auf mindestens einen weiteren Bildsensor gelenkt wird.Corresponding In one aspect, some embodiments include embodiments of the invention an image pickup system in which the beam path in front of the image sensor with a beam splitter spectrally selective to at least one other Image sensor is steered.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Bildaufnahmesystem der dritte Spiegel und das Deckglas zu einem optischen Bauteil kombiniert sein.According to one another aspect may be the third mirror in the image pickup system and the coverslip combined to form an optical component.

Entsprechend einem weiteren Aspekt kann das Bildaufnahmesystem einen Autofokussensor aufweisen.Corresponding In another aspect, the image capture system may include an autofocus sensor exhibit.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein ortsauflösendes Spektrometer oder ein Hyper-Spektral-Abbildungssystem (Hyper-Spectral-Imaging-System) oder ein Multi-Spektral-Abbildungssystem (Multi-Spectral-Imaging-System), bestehend aus einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit variablem Bildfeld und mindestens einem System und/oder Bauelement und/oder Baugruppe zur aktiven Modulation und/oder passiven Modulation und/oder Filterung der spektralen und/oder örtlichen Strahlungsverteilung und einem Detektor für elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Element zur Bildaufnahme.Some embodiments according to the invention refer to a spatially resolving Spectrometer or a hyper-spectral imaging system (Hyper-Spectral Imaging System) or a multi-spectral imaging system (Multi-spectral imaging system) consisting of a central shading-free mirror lens with variable field of view and at least one system and / or component and / or module for active modulation and / or passive modulation and / or filtering the spectral and / or local radiation distribution and a detector for electromagnetic radiation with at least one element for image acquisition.

Bei einigen Ausführungsbeispielen werden der Bildsensor bzw. Detektor und der Begriff Bildebene für das gleiche Element verwendet, da ein Bildsensor normalerweise an dem Ort der Bildebene angeordnet wird. Der Bildsensor ist aber kein zwingender Bestandteil des Spiegelzoomobjektivs. Wird das Spiegelzoomobjektiv beispielsweise in einem Bildaufnahmesystem verwendet, kann ein Bildsensor auch erst an einer nach der Bildebene des Spiegelzoomobjektivs befindlichen weiteren Bildebene des Bildaufnahmesystems angeordnet sein. Die Bildebene des Spiegelzoomobjektivs stellt dann eine Zwischenbildebene des Bildaufnahmesystems dar.at some embodiments become the image sensor or detector and the term image plane for the same Element used as an image sensor normally at the location of Image plane is arranged. The image sensor is not mandatory Part of the mirror zoom lens. For example, if the mirror zoom lens becomes used in an image capture system, an image sensor can also only at one located after the image plane of the mirror zoom lens be arranged further image plane of the image recording system. The Image plane of the mirror zoom lens then provides an intermediate image plane of the image recording system.

Schließlich sei noch erwähnt, dass unter dem oben verwendeten Begriff der Systembrennweite bzw. Gesamtbrennweite eines Objektivs beispielsweise der Abstand der bildseitigen Hauptebene zum bildseitigen Brennpunkt verstanden werden kann.Finally, it should be mentioned that under the term used above the system focal length or Total focal length of a lens, for example, the distance of the image-side main plane to the image-side focal point can be understood.

Des Weiteren ist die optische Achse einer rotationssymmetrischen Fläche gleich einer Symmetrieachse, die durch den Scheitelpunkt und den Krümmungsmittelpunkt der Fläche verläuft. Bei Flächen, die keine Symmetrieachse aufweisen, kann die optische Achse durch einen Richtungsvektor, wie in 26 gezeigt, definiert sein. Die optische Achse wird hier auch mechanische Mittenachse bezeichnet.Furthermore, the optical axis of a rotationally symmetric surface is equal to an axis of symmetry that passes through the vertex and the center of curvature of the surface. For areas that do not have an axis of symmetry, the optical axis may be defined by a direction vector, as in FIG 26 shown to be defined. The optical axis is also referred to as mechanical center axis.

Der Begriff Bildfeld bezeichnet einen Teil der Bildebene, der vom Bildkreis begrenzt wird, nämlich den Teil der Bildebene, auf den das Objektiv mit ausreichender Bildqualität abbildet. Das Bildfeld muss dabei nicht notwendigerweise kreisförmig sein.Of the Term Image field refers to a part of the image plane, that of the image circle is limited, namely the part of the image plane onto which the lens images with sufficient image quality. The image field does not necessarily have to be circular.

Unter Schärfentiefe versteht man den Bereich im Objektraum vor und hinter einem fokussierten Objekt, in dem ein Bild scharf dargestellt wird. Beispielsweise ist das der Fall, so lange ein punktförmiges Objekt auf eine Fläche abgebildet wird die kleiner als ein Pixel oder Pixelcluster eines Bildsensors ist.Under depth of field one understands the area in the object space in front of and behind a focused one Object in which an image is sharply displayed. For example this is the case as long as a point-like object is imaged onto a surface becomes smaller than a pixel or pixel cluster of an image sensor is.

Unter dem Begriff „wellenlängenunabhängig” ist in Zusammenhang mit dem beschriebenen Spiegelzoomobjektiv zu verstehen, dass sich in einem ausgedehnten Bereich des elektromagnetischen Wellenspektrums, der beispielsweise den ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich umfasst, keine erkennbaren wellenlängenabhängigen Abbildungsfehler ergeben.Under the term "wavelength independent" is in To understand the relationship with the described mirror zoom lens, that is in a wide range of electromagnetic Wave spectrum, for example, the ultraviolet, visible and infrared spectral range, no detectable wavelength-dependent aberrations result.

Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten, das erfindungsgemäße Schema bzw. Teile der Bildkorrektur auch in Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.Especially It should be noted that, depending on the circumstances, the scheme of the invention or parts of the image correction can also be implemented in software can. The implementation can be done on a digital storage medium, in particular a floppy disk or a CD with electronically readable control signals done so interact with a programmable computer system can that the corresponding procedure is carried out. Generally exists The invention thus also in a computer program product on a machine readable carrier stored program code for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer. In in other words, Thus, the invention can be considered as a computer program with a program code to carry out of the method realized when the computer program product runs on a computer.

Claims (28)

Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv (100; 200; 300; 500; 700; 900; 1000; 1200; 1400; 1600; 1700; 1900; 2100) mit einem variablen Bildwinkel, mit folgenden Merkmalen: einem ersten Spiegel (110), der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist; einem zweiten Spiegel (120), dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist; einem dritten Spiegel (130), dessen Spiegelfläche eine asphärische Form aufweist; einem vierten Spiegel (140), der als deformierbarer Spiegel ausgelegt ist, wobei der erste bis vierte Spiegel so angeordnet sind, dass zumindest zwei Spiegel der ersten bis vierten Spiegel eine unterschiedliche optische Achse (112, 122, 132, 142) aufweisen, und dass sich ein gefalteter Strahlengang von dem ersten Spiegel (110), über den zweiten Spiegel (120) und über den dritten Spiegel (130) zu dem vierten Spiegel (140) erstreckt, wobei der erste bis vierte Spiegel so angeordnet und geformt sind, dass sich in dem Strahlengang (102) zwischen dem ersten Spiegel (110) und dem vierten Spiegel (140) keine Zwischenbildebene befindet, und wobei der erste Spiegel (110) und der vierte Spiegel (140) so deformierbar sind, dass durch eine Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels (110) kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels (140) der Bildwinkel des Objektivs verändert wird und dabei eine Position einer Bildebene (160) des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs in einem Bereich einer Schärfentiefe unverändert bleibt.Central shading-free mirror objective ( 100 ; 200 ; 300 ; 500 ; 700 ; 900 ; 1000 ; 1200 ; 1400 ; 1600 ; 1700 ; 1900 ; 2100 ) with a variable field of view, comprising: a first mirror ( 110 ) designed as a deformable mirror; a second mirror ( 120 ) whose mirror surface has an aspherical shape; a third mirror ( 130 ) whose mirror surface has an aspherical shape; a fourth mirror ( 140 ) arranged as a deformable mirror, wherein the first to fourth mirrors are arranged so that at least two mirrors of the first to fourth mirrors have a different optical axis (Fig. 112 . 122 . 132 . 142 ) and that a folded beam path from the first mirror ( 110 ), via the second mirror ( 120 ) and the third mirror ( 130 ) to the fourth mirror ( 140 ), wherein the first to fourth mirror are arranged and shaped so that in the beam path ( 102 ) between the first mirror ( 110 ) and the fourth mirror ( 140 ) is not an intermediate image plane, and wherein the first mirror ( 110 ) and the fourth mirror ( 140 ) are deformable so that by a deformation of the mirror surface of the first mirror ( 110 ) combined with a deformation of the mirror surface of the fourth mirror ( 140 ) the angle of view of the lens is changed while a position of an image plane ( 160 ) of the central shading-free mirror lens remains unchanged in a range of a depth of field. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß Anspruch 1, bei dem der erste Spiegel (110) und der vierte Spiegel (140) eine rotationssymmetrische Spiegelfläche aufweisen.A central shading-free mirror with a variable field of view according to claim 1, wherein the first mirror ( 110 ) and the fourth mirror ( 140 ) have a rotationally symmetric mirror surface. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß Anspruch 1 oder 2, das nur reflektive abbildende oder ablenkende Elemente umfasst.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to claim 1 or 2, the only reflective imaging or distracting elements includes. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ausschließlich der erste und der vierte Spiegel zur Veränderung des Bildwinkels des Objektivs durch die Deformation des ersten Spiegels (110) und die Deformation des vierten Spiegels (140) beitragen, wobei die Position der Bildebene (160) des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs im Rahmen der Schärfentiefe unverändert bleibt.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to any one of claims 1 to 3, wherein only the first and the fourth mirror for changing the image angle of the lens by the deformation of the first mirror ( 110 ) and the deformation of the fourth mirror ( 140 ), where the position of the image plane ( 160 ) of the central shading-free mirror lens remains unchanged within the depth of field. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der zweite Spiegel (120) oder der dritte Spiegel (130) eine bikonische oder torische Form aufweisen.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to one of claims 1 to 4, wherein the second mirror ( 120 ) or the third mirror ( 130 ) have a biconical or toric shape. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Spiegel (120) und der dritte Spiegel (130) starre Spiegel sind.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to one of claims 1 to 5, wherein the second mirror ( 120 ) and the third mirror ( 130 ) are rigid mirrors. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv (200; 900) mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgenden weiteren Merkmalen: dem ersten Spiegel (110), der eine plane oder konvexe Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius größer als das 0.9-fache der minimalen Systembrennweite ist und deren konische Konstante größer oder gleich Null ist; einer ersten Konstruktionsachse (e0), die entlang des Strahlengangs (102) auf den ersten Spiegel (110) trifft; einer zweiten Konstruktionsachse (e1), die entlang des Strahlengangs von dem ersten Spiegel (110) in einem Auftreffpunkt auf den zweiten Spiegel (120) trifft; dem zweiten Spiegel (120), der eine konkave Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite liegt und deren Betrag einer Lateralverschiebung (d2) ihrer optischen Achse (122) von dem Auftreffpunkt der zweiten Konstruktionsachse (e1) auf den zweiten Spiegel (120), gemessen orthogonal zur optischen Achse (122) des zweiten Spiegels (120), kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite ist, wobei die Länge der zweiten Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel (110) und dem zweiten Spiegel (120) zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und einer dritten Konstruktionsachse (e3), die entlang des Strahlengangs (102) von dem zweiten Spiegel (120) auf den dritten Spiegel (130) trifft, wobei die Länge der dritten Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel (120) und dem dritten Spiegel (130) zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt; einer vierten Konstruktionsachse (e3), die entlang des Strahlengangs (102) von dem dritten Spiegel (130) in einem Auftreffpunkt auf den vierten Spiegel (140) trifft; dem vierten Spiegel (140), der eine konkave Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite liegt und deren konische Konstante größer oder gleich Null ist, wobei die Länge der vierten Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel (130) und dem vierten Spiegel (140) zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt; und einer fünften Konstruktionsachse (e4), die entlang des Strahlengangs (102) von dem vierten Spiegel (140) auf die Bildebene trifft, wobei die Länge der fünften Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel (140) und der Bildebene (160) zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.Central shading-free mirror objective ( 200 ; 900 ) with a variable field of view according to one of claims 1 to 6, having the following further features: the first mirror ( 110 ) having a plane or convex mirror surface whose magnitude of the radius of curvature is greater than 0.9 times the minimum system focal length and whose conical constant is greater than or equal to zero; a first construction axis (e 0 ), which along the beam path (e 102 ) on the first mirror ( 110 ) meets; a second construction axis (e 1 ) along the beam path of the first mirror (e) 110 ) at a point of impact on the second mirror ( 120 ) meets; the second mirror ( 120 ) having a concave mirror surface whose magnitude of the radius of curvature is between 2 and 20 times the minimum system focal length and the magnitude of which is a lateral displacement (d2) of its optical axis (FIG. 122 ) from the point of impact of the second construction axis (e 1 ) on the second mirror ( 120 ), measured orthogonal to the optical axis ( 122 ) of the second mirror ( 120 ), is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the second construction axis (e 1 ) between the first mirror ( 110 ) and the second mirror ( 120 ) is between 1 and 10 times the minimum system focal length, and a third design axis (e 3 ) that is along the beam path (FIG. 102 ) of the second mirror ( 120 ) on the third mirror ( 130 ), wherein the length of the third construction axis (e 2 ) between the second mirror ( 120 ) and the third mirror ( 130 ) is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length; a fourth construction axis (e 3 ), which along the beam path ( 102 ) of the third mirror ( 130 ) at a point of impact on the fourth mirror ( 140 ) meets; the fourth mirror ( 140 ) having a concave mirror surface whose magnitude of the radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and whose conical constant is greater than or equal to zero, the length of the fourth axis of construction (e 3 ) between the third mirror ( 130 ) and the fourth mirror ( 140 ) is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length; and a fifth construction axis (e 4 ), which along the beam path ( 102 ) of the fourth mirror ( 140 ) meets the image plane, the length of the fifth construction axis (e 4 ) between the fourth mirror ( 140 ) and the image plane ( 160 ) is between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv (1600) mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit folgenden weiteren Merkmalen: dem ersten Spiegel (110), der eine plane oder konkave Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius größer als das 0,9-fache der minimalen System brennweite ist und deren konische Konstante größer oder gleich Null ist; einer ersten Konstruktionsachse (e0), die entlang des Strahlengangs (102) auf den ersten Spiegel (110) trifft; einer zweiten Konstruktionsachse (e1), die entlang des Strahlengangs (102) von dem ersten Spiegel (110) in einem Auftreffpunkt auf den zweiten Spiegel (120) trifft; dem zweiten Spiegel (120), der eine konvexe Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius zwischen dem 2-fachen und dem 20-fachen der minimalen Systembrennweite liegt und deren Betrag einer Lateralverschiebung (d2) ihrer optischen Achse (122) von dem Auftreffpunkt der zweiten Konstruktionsachse (e1) auf den zweiten Spiegel (120), gemessen orthogonal zur optischen Achse (122) des zweiten Spiegels (120), kleiner als die 2-fache minimale Systembrennweite ist, wobei die Länge der zweiten Konstruktionsachse (e1) zwischen dem ersten Spiegel (110) und dem zweiten Spiegel (120) zwischen dem 1-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt, und einer dritten Konstruktionsachse (e2), die entlang des Strahlengangs (102) von dem zweiten Spiegel (120) auf den dritten Spiegel (130) trifft, wobei die Länge der dritten Konstruktionsachse (e2) zwischen dem zweiten Spiegel (120) und dem dritten Spiegel (130) zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt; einer vierten Konstruktionsachse (e3), die entlang des Strahlengangs (102) von dem dritten Spiegel (130) in einem Auftreffpunkt auf den vierten Spiegel (140) trifft; dem vierten Spiegel (140), der eine konkave Spiegelfläche aufweist, deren Betrag des Krümmungsradius zwischen dem 1-fachen und dem 15-fachen der minimalen Systembrennweite liegt und deren konische Konstante größer oder gleich Null ist, wobei die Länge der vierten Konstruktionsachse (e3) zwischen dem dritten Spiegel (130) und dem vierten Spiegel (140) zwischen dem 0,5-fachen und dem 6-fachen der minimalen Systembrennweite liegt; und einer fünften Konstruktionsachse (e4), die entlang des Strahlengangs (102) von dem vierten Spiegel (140) auf die Bildebene (160) trifft, wobei die Länge der fünften Konstruktionsachse (e4) zwischen dem vierten Spiegel (140) und der Bildebene (160) zwischen dem 0,5-fachen und dem 10-fachen der minimalen Systembrennweite liegt.Central shading-free mirror objective ( 1600 ) with a variable field of view according to one of claims 1 to 6, having the following further features: the first mirror ( 110 ), which has a plane or concave mirror surface whose amount of the radius of curvature is greater than 0.9 times the minimum focal length of the system and whose conical constant is greater than or equal to zero; a first construction axis (e 0 ), which along the beam path (e 102 ) on the first mirror ( 110 ) meets; a second construction axis (e 1 ) along the beam path ( 102 ) from the first mirror ( 110 ) at a point of impact on the second mirror ( 120 ) meets; the second mirror ( 120 ) having a convex mirror surface whose magnitude of the radius of curvature is between 2 and 20 times the minimum system focal length and the magnitude of which is a lateral displacement (d 2 ) of its optical axis (FIG. 122 ) from the point of impact of the second construction axis (e 1 ) on the second mirror ( 120 ), measured orthogonal to the optical axis ( 122 ) of the second mirror ( 120 ), is less than 2 times the minimum system focal length, the length of the second construction axis (e 1 ) between the first mirror ( 110 ) and the second mirror ( 120 ) is between 1 and 10 times the minimum system focal length, and a third construction axis (e 2 ) which is along the beam path (FIG. 102 ) of the second mirror ( 120 ) on the third mirror ( 130 ), wherein the length of the third construction axis (e 2 ) between the second mirror ( 120 ) and the third mirror ( 130 ) is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length; a fourth construction axis (e 3 ), which along the beam path ( 102 ) of the third mirror ( 130 ) at a point of impact on the fourth mirror ( 140 ) meets; the fourth mirror ( 140 ) having a concave mirror surface whose magnitude of the radius of curvature is between 1 and 15 times the minimum system focal length and whose conical constant is greater than or equal to zero, the length of the fourth axis of construction (e 3 ) between the third mirror ( 130 ) and the fourth mirror ( 140 ) is between 0.5 times and 6 times the minimum system focal length; and a fifth construction axis (e 4 ), which along the beam path ( 102 ) of the fourth mirror ( 140 ) on the image plane ( 160 ), wherein the length of the fifth construction axis (e 4 ) between the fourth mirror ( 140 ) and the image plane ( 160 ) is between 0.5 times and 10 times the minimum system focal length. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der vierte Spiegel (140) für alle Deformationszustände eine konkave Krümmung aufweist.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to one of claims 1 to 6, wherein the fourth mirror ( 140 ) has a concave curvature for all deformation states. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der dritte Spiegel (130) funktional als eine Aperturblende ausgebildet ist.A central shadowing mirror with a variable field of view according to any one of claims 1 to 9, wherein the third mirror ( 130 ) is functionally designed as an aperture stop. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Deformation des ersten Spiegels (110) und die Deformation des vierten Spiegels (140) durch eine Änderung des Krümmungsradius, der konischen Konstante oder von höheren Ordnungen erfolgt.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to one of claims 1 to 10, in which the deformation of the first mirror ( 110 ) and the deformation of the fourth mirror ( 140 ) by a change in the radius of curvature, the conical constant or higher orders. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das eine Aperturblende mit variabler Öffnung aufweist, die in dem Strahlengang vor dem dritten Spiegel (130) angeordnet ist.A central shading-free mirror lens with a variable field of view according to any one of claims 1 to 11, having a variable aperture aperture diaphragm, which is in the beam path in front of the third mirror ( 130 ) is arranged. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der vierte Spiegel (140) ausgelegt ist, um durch eine Änderung der Krümmung seiner Spiegelfläche eine Fokussierung zu ermöglichen.A central shading-free mirror mirror with a variable field of view according to one of claims 1 to 12, wherein the fourth mirror ( 140 ) is adapted to allow by changing the curvature of its mirror surface focusing. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Spiegelflächen des ersten bis vierten Spiegels eine metallische Schicht, eine dielektrische Schicht, einen dielektrischen Schichtstapel oder eine Kombination aus einer metallischen und einer dielektrischen Schicht aufweisen.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to a of claims 1 to 13, where the mirror surfaces of the first to fourth mirrors a metallic layer, a dielectric layer, a dielectric layer stack or a combination of a metallic and have a dielectric layer. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die spektrale Reflektivität einer Spiegelfläche an einen Wellenlängenbereich angepasst ist.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to a of claims 1 to 14, in which the spectral reflectivity of a mirror surface to a Wavelength range is adjusted. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem ein deformierbarer Spiegel einen Sensor aufweist, der ausgelegt ist, um den Deformationszustand des deformierbaren Spiegels zu detektieren.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to a of claims 1 17, in which a deformable mirror has a sensor, which is adapted to the deformation state of the deformable Mirror to detect. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, das eine Blende aufweist, die angeordnet ist, um Streulicht zu reduzieren.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to a of claims 1 to 16, which has a diaphragm arranged to be stray light to reduce. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, das ein weiteres optisches Funktionselement aufweist, das vor dem ersten Spiegel (110) oder nach dem vierten Spiegel (140) angeordnet ist.A central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to one of claims 1 to 17, which has a further optical functional element, which in front of the first mirror ( 110 ) or after the fourth mirror ( 140 ) is arranged. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, das ein weiteres planoptisches Funktionselement aufweist, das in dem Strahlengang (102) zwischen dem ersten Spiegel (110) und dem vierten Spiegel (140) angeordnet ist.Zentralabschattungsfreie mirror lens with a variable angle of view according to one of claims 1 to 18, which has a further plano-optical functional element in the beam path ( 102 ) between the first mirror ( 110 ) and the fourth mirror ( 140 ) is arranged. Zentralabschattungsfreies Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß Anspruch 19, bei dem das weitere planoptische Funktionselement ein Spiegel, ein Fenster, ein Filter, ein Element zur Beeinflussung der Polarisation von elektromagnetischer Strahlung oder ein prismatischer Körper ist.Central shading-free mirror lens with a variable angle of view according to claim 19, in which the further plane optical functional element is a mirror, a window, a filter, an element for influencing the polarization of electromagnetic radiation or a prismatic body. Bildaufnahmesystem (2300; 2400; 2500) mit folgenden Merkmalen: einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20; einem Sensor oder Detektor zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung mit mindestens einem Element; und einer Ausleseelektronik für den Sensor oder Detektor.Imaging system ( 2300 ; 2400 ; 2500 ) comprising: a central shading-free mirror lens having a variable field of view according to one of claims 1 to 20; a sensor or detector for detecting electromagnetic radiation with at least one element; and a readout electronics for the sensor or detector. Bildaufnahmesystem (2300) gemäß Anspruch 21, das einen spektral selektiven Strahlteiler (2370) aufweist, wobei der Strahlteiler nach dem vierten Spiegel (140) und vor dem Sensor oder Detektor angeordnet ist.Imaging system ( 2300 ) according to claim 21, comprising a spectrally selective beam splitter ( 2370 ), wherein the beam splitter after the fourth mirror ( 140 ) and in front of the sensor or detector. Bildaufnahmesystem (2300) gemäß Anspruch 22, das nach dem Strahlteiler (2370) mindestens zwei Detektoren (2361, 2362) zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei die Detektoren für die Erfassung von elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche ausgelegt sind.Imaging system ( 2300 ) according to claim 22, which is after the beam splitter ( 2370 ) at least two detectors ( 2361 . 2362 ) for detecting electromagnetic radiation, wherein the detectors are designed for the detection of electromagnetic radiation of different wavelength ranges. Bildaufnahmesystem (2400) gemäß Anspruch 21, das ein Deckglas (250) aufweist, wobei das Deckglas (250) und der dritte Spiegel (130) als ein gemeinsames optisches Bauteil (2480) ausgebildet sind.Imaging system ( 2400 ) according to claim 21, which is a cover glass ( 250 ), wherein the cover glass ( 250 ) and the third mirror ( 130 ) as a common optical component ( 2480 ) are formed. Bildaufnahmesystem gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, das einen Autofokussensor aufweist.Image recording system according to one of claims 21 to 24, which has an autofocus sensor. Ortsauflösendes Spektrometer mit folgenden Merkmalen: einem zentralabschattungsfreien Spiegelobjektiv mit einem variablen Bildwinkel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20; einem Element zur Modulation oder zur Filterung von elektromagnetischer Strahlung; und einem Detektor für elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Element zur Bildaufnahme.spatially resolving Spectrometer with the following features: a central shading free Mirror lens with a variable angle of view according to a of claims 1 until 20; an element for modulation or filtering of electromagnetic radiation; and a detector for electromagnetic Radiation with at least one element for image acquisition. Verfahren zum Betreiben eines zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 mit folgendem Schritt: Deformation der Spiegelfläche des ersten Spiegels (110) kombiniert mit einer Deformation der Spiegelfläche des vierten Spiegels (140), um den Bildwinkel des Objektivs zu verändern und dabei die Position der Bildebene (160) des zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs in dem Bereich der Schärfentiefe unverändert zu lassen.A method of operating a central shading-free mirror objective according to one of claims 1 to 20, comprising the following step: deformation of the mirror surface of the first mirror ( 110 ) combined with a deformation of the mirror surface of the fourth mirror ( 140 ) to change the angle of view of the lens while keeping the position of the image plane ( 160 ) of the central shading-free mirror lens in the range of the depth of field unchanged. Verfahren zum Betreiben eines zentralabschattungsfreien Spiegelobjektivs gemäß Anspruch 27 mit folgenden weiteren Schritten: Aufnahme einer Abbildung durch einen Bildsensor; und Korrektur eines Bildfehlers der Abbildung durch eine Bearbeitung der Aufnahme der Abbildung mit Hilfe eines Computerprogramms.Method for operating a central shading-free Mirror lens according to claim 27 with the following further steps: Recording a picture through an image sensor; and Correction of an image defect of Illustration by editing the picture with Help of a computer program.
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