Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fotoobjektivs, ein Verfahren zum Herstellen eines Bildaufnahmegeräts, ein Fotoobjektiv sowie ein Bildaufnahmegerät. Ein Fotoobjektiv ist ein fokussierbares Objektiv, wobei die Fokussierung, also die Entfernungseinstellung oder auch Scharfstellung, beispielsweise durch Verschieben von optischen Elementen im Objektiv erfolgen kann. Neben Fotoobjektiven mit fester Brennweite sind Fotoobjektive mit einer variabel einstellbaren Brennweite bekannt. Des Weiteren sind auch sogenannte Zoomobjektive bekannt, bei denen die Brennweite kontinuierlich in einem Bereich eingestellt werden kann. Ferner gibt es Fotoobjektive, in denen die Brennweite diskret nur bestimmte Werte, z. B. drei verschiedene Brennweiten, annehmen kann. Zum Begrenzen des Querschnitts von Strahlenbündeln, also zum Abblenden, kann das Fotoobjektiv eine Blende aufweisen.

Die oben genannten Eigenschaften sind in heute gängigen Fotoobjektiven realisiert. Diese Fotoobjektive sind zumeist dioptrische Fotoobjektive, also Fotoobjektive, die nur refraktive Elemente als abbildende optische Elemente aufweisen. Fotoobjektive, die refraktive und reflektive Elemente als abbildende optische Elemente aufweisen, werden als katadioptrische Fotoobjektive bezeichnet. Aufgrund der Verwendung von reflektiven Elementen ist in katadioptrischen Fotoobjektiven eine Faltung des Strahlengangs möglich, was kleinere Abmessung eines katadioptrischen Fotoobjektivs im Vergleich zu einem dioptrischen Fotoobjektiv gleicher Brennweite ermöglicht. Ein dioptrisches optisches Bildaufnahmesystem, das als Objektiv einer kompakten flachen Kamera Verwendung finden kann, ist beispielsweise in der DE 697 15 198 T2 offenbart. Das optische Bildaufnahmesystem weist eine vordere Linsengruppe und eine hintere Linsengruppe sowie eine gefaltete optische Achse auf. Zwei plane reflektierende Elemente falten dabei die optische Achse jeweils im Winkel von ca. 90°, wobei die planen reflektierenden Elemente zur Abbildung nichts beitragen. Die bildformenden optischen Elemente sind daher alle dioptrische Elemente, d. h. refraktive Elemente.

Ein Kamerasystem zum Aufnehmen stereoskopischer Bilder, in dem jeder Abbildungsstrahlengang eine dreidimensional gefaltete optische Achse aufweist, ist in US 7 856 181 B2 beschrieben. Als die optische Achse faltende Elemente kommen plane reflektive Flächen zum Einsatz, als bildformende optische Elemente dioptrische Elemente, d. h. refraktive Elemente.

Dioptrische Systeme weisen aufgrund von Dispersion beim Durchtritt durch die Linsen Farbfehler auf. Zwar können diese Farbfehler durch die Verwendung mehrerer Linsen mit unterschiedlichen Dispersions eigenschaften weitgehend minimiert werden, jedoch führt die Erhöhung der Linsenzahl zu einer Gewichtszunahme und somit zu relativ schweren Objektiven.

In der US 4,690,516 ist ein katadioptrisches Fotoobjektiv offenbart, das eine um 180 Grad gefaltete optische Achse aufweist. Mittels eines Hauptspiegels wird der von der Objektivöffnung kommende Abbildungsstrahlengang in Richtung der Objektivöffnung zurückgeworfen. Im Bereich der Objektivöffnung befindet sich ein Sekundärspiegel, welcher den Strahlengang wieder in seine ursprüngliche Richtung ablenkt. Dieser Sekundärspiegel führt zu einer Obskuration im Strahlengang, zuweilen auch Obstruktion genannt, die zu einem Verlust an Öffnungsfläche und aufgrund von Beugungseffekten zu einer Kontrastminderung führt.

Ein katoptrisches optisches Element ist aus der DE 696 18 689 T2 bekannt, das z. B. für Fotokameras, Videokameras oder Kopiergeräte geeignet ist. Die Verwendung von vielen Reflexionsflächen und deren spezielle Anordnung ermöglicht eine kompakte Ausbildung des optischen Elements. Das Innere des optischen Elements ist mit einem lichtdurchlässigen Material, z. B. Glas, gefüllt, so dass ein lichtdurchlässiger Körper gebildet ist. Dies ermöglicht die Verwendung von Formgebungsverfahren, so dass die Produktivität erhöht und Herstellungskosten gesenkt werden können. Alternativ zu dem lichtdurchlässigen Körper kann das optische Element einen Hohlkernblock umfassen.

Auch die US 5 078 502 A beschreibt ein katoptrisches System, das eine Fertigung mit kompakter Größe ermöglicht.

Die DE 697 28 804 T2 offenbart ein optisches Vergrößerungssystem mit zumindest zwei optischen Elementen, wovon eines Reflexionsflächen und das andere Strahlbrechflächen aufweist. Die Reflexionsflächen können in einem steifen transparenten Körper ausgebildet sein. Um eine Vergrößerung zu bewirken, können sich die optischen Elemente zueinander bewegen.

Die JP 2004 - 258 541 A beschreibt ein reflektives optisches System, bei dem die reflektierenden Oberflächen keine gemeinsame optische Achse aufweisen.

Um ein kompaktes Fotoobjektiv zur Verfügung zu stellen, welches weder einen Farbfehler (z. B. Farbquerfehler oder Farblängsfehler) noch eine Obskuration aufweist, wurde außerdem ein verbessertes Fotoobjektiv entwickelt, dass unter dem PCT-Aktenzeichen PCT/EP2019/061863, Anmeldedatum 8. Mai 2019 von der Mitanmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zum Patent angemeldet wurde.

Dieses Fotoobjektiv umfasst bildformende optische Elemente, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind. Die optische Achse ist in mindestens zwei Abschnitte unterteilt. Der Winkel zwischen den Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung beträgt weniger als 180°. Die bildformenden optischen Elemente umfassen reflektive Elemente. Dabei weist wenigstens ein bildformendes optisches reflektives Element eine nicht rotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche auf. Als nicht rotationssymmetrisch gekrümmte Flächen sollen dabei sowohl solche Flächen angesehen werden, die Ausschnitte aus rotationssymmetrischen Flächen sind, d. h., die zu einer rotationssymmetrischen Fläche ergänzt werden können, als auch solche Flächen, die nicht zu einer rotationssymmetrischen Fläche ergänzt werden können.

Wenn das Fotoobjektiv ausschließlich reflektive Elemente als bildformende optische Elemente aufweist, treten keine chromatischen Aberrationen auf, was insbesondere bei Fotoobjektiven mit langer Brennweite günstig ist. Gleichzeitig ermöglicht das Fotoobjektiv ein obskurationsfreies Abbildungssystem. Ferner kann ein katoptrisches Fotoobjektiv mit weniger optischen Elementen als ein dioptrisches oder ein katadioptrisches Fotoobjektiv aufgebaut werden, da kein durch ein dioptrisches Element induzierter Farbfehler durch ein weiteres dioptrisches Element ausgeglichen werden muss.

Wenigstens eine der nicht rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Flächen kann als Freiformfläche ausgebildet sein. Unter Zuhilfenahme von Freiformflächen können monochromatische Abbildungsfehler wie etwa sphärische Aberration, Astigmatismus, Koma, etc. korrigiert werden. Unter einer Freiformfläche kann im weiteren Sinn eine komplexe Fläche verstanden werden, die sich insbesondere mittels gebietsweise definierter Funktionen, insbesondere zweimal stetig differenzierbarer gebietsweise definierter Funktionen darstellen lässt. Beispiele für geeignete gebietsweise definierte Funktionen sind (insbesondere stückweise) polynomiale Funktionen (insbesondere polynomiale Splines, wie z. B. bikubische Splines, höhergradige Splines vierten Grades oder höher, oder polynomiale non uniform rational B-Splines (NURBS)). Fliervon zu unterscheiden sind einfache Flächen, wie z. B. sphärische Flächen, asphärische Flächen, zylindrische Flächen, torische Flächen, die zumindest längs eines Hauptmeridians als Kreis beschrieben sind. Eine Freiformfläche braucht insbesondere keine Achsensymmetrie und keine Punktsymmetrie aufzuweisen und kann in unterschiedlichen Bereichen der Fläche unterschiedliche Werte für den mittleren Flächenbrechwert aufweisen. Die Herstellung einer Freiformfläche auf einem optischen Element erfolgt in der Regel durch spanendes Bearbeiten des optischen Elements, also beispielsweise durch Fräsen, im Rahmen eines CNC-Verfahrens, in dem die Freiformfläche numerisch gesteuert auf der Basis einer mathematischen Beschreibung der Fläche hergestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Freiform blank zu pressen. Hierfür muss die negative Pressform mit entsprechenden Zugaben für temperaturabhängigen Schrumpf, mit CNC- Verfahren bearbeitet werden.

Die optische Achse des Fotoobjektivs kann mindestens zweifach gefaltet sein. Dabei können bei jeder Faltung die Winkel zwischen den Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung weniger als 180° betragen. Die zweite Faltung der optischen Achse kann in derselben Ebene wie die erste Faltung erfolgen, oder sie kann in einer anderen Ebene als die erste Faltung liegen, wodurch eine dreidimensionale Variante realisiert werden kann, insbesondere dann, wenn wenigstens eines der reflektiven Elemente weder eine rotationssymmetrisch noch eine achsensymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist. Bei dem Fotoobjektiv mit mindestens zweifach gefalteter optischer Achse ist die Lage der Objektachse relativ zur Bildachse frei wählbar, d. h. parallel zueinander oder mit beliebigem Winkel zwischen Objektachse und Bildachse. Diese Ausgestaltung ermöglicht daher eine sehr variable Anpassung des Objektivs an einen gegebenen Bauraum.

Die reflektiven Elemente können wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass in zwei zueinander und zur optischen Achse senkrechten Richtungen im geformten Bild unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe vorliegen. Hierdurch kann eine sogenannte anamorphotische Abbildung realisiert werden, d. h. eine Abbildung mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben entlang der Achsen eines zweidimensionalen Koordinatensystems in der Bildebene.

Zusätzlich oder alternativ dazu können die reflektiven Elemente wenigstens zwei reflektive Elemente umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass für zwei zueinander senkrechte Bildausdehnungsrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenbildern entsteht. Eine derartige Abbildung wird choristikonale Abbildung genannt. Mindestens eines der bildformenden optischen Elemente des Fotoobjektives kann einen Ausschnitt einer rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche aufweisen, wobei die optische Achse der rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Fläche das bildformende optische Element nicht durchstößt. Flierdurch kann das Fotoobjektiv um einen Skalierungsfaktor von 0,1 verkleinert werden, so dass das Fotoobjektiv verbessert für Handykameras oder andere miniaturisierte Bildaufnahmegeräte genutzt werden kann.

Das Fotoobjektiv kann einen Telefaktor von mehr als 3 aufweisen.

Das Fotoobjektiv kann so dimensioniert sein, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm ² , eine maximale Sensorfläche von 60 mm ² oder eine maximale Sensorfläche von 30 mm ² eines Bildsensors ausleuchtet, wobei jeweils ein ausreichend lichtstarkes Abbild des aufgenommenen Objekts erzeugt wird.

Für einen Schwerpunkt des Fotoobjektivs kann gelten, dass ein Abstand zwischen Bildebene und Schwerpunkt geringer als ein Viertel, bevorzugt geringer als ein Sechstel, einer Brennweite des Fotoobjektivs ist.

Die gefaltete optische Achse des Fotoobjektivs kann eine dreidimensionale Faltung aufweisen.

Das beschriebene Fotoobjektiv eignet sich für den Einbau in ein kompaktes Bildaufnahmegerät, z. B. eine Fotokamera, oder ein anderes elektronisches Gerät, das ein solch kompaktes Bildaufnahmegerät umfasst. Das kompakte Bildaufnahmegerät kann beispielsweise einen Bildsensor, der eine Sensorfläche von maximal 120 mm ² , maximal 60 mm ² oder maximal 30 mm ² aufweist, umfassen.

Beispielsweise kann das Fotoobjektiv in einem mobilen Endgerät, wie z. B. einem Mobiltelefon mit einer Kamerafunktion, Smartphone, Tablet etc., oder einem anderen Gerät ähnlicher Baugröße mit einer Kamerafunktion, wie z. B. einer Rückfahrtkamera oder anderen Bordkamera eines Fahrzeugs, einer Kamera oder einem Kameraaufsatz (Adapter) mit mehreren Fotoobjektiven, aber beispielsweise auch einer Kamera an Bord einer Drohne oder eines anderen leichten Flugobjekts oder einer Kamera eines Überwachungssystems oder (eines Teils) eines 360° Kamerasystems verwendet und in dieses eingebaut werden.

Das Bildaufnahmegerät kann auch zur Aufnahme von Bildsequenzen ausgelegt sein, d. h. es kann auch eine Filmkamera sein.

Aufgrund der kompakten Bauweise dieses Fotoobjektivs der Mitanmelderin können klassische Fierstellungsverfahren für Fotoobjektive zu seiner Fierstellung nur bedingt eingesetzt werden. Zudem erfordert die Miniaturisierung eine solche Ausgestaltung des Fotoobjektivs, dass eine Flandhabung, z. B. ein Einbau in ein Grundgerät, möglich ist.

Vor diesem Flintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren zur Fierstellung eines Fotoobjektivs sowie eines Bildaufnahmegeräts bereitzustellen. Zudem sollen ein Fotoobjektiv mit verbesserter Flandhabbarkeit sowie ein Bildaufnahmegerät angegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche enthalten Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fierstellen eines Fotoobjektivs, umfassend einen lichtdurchlässigen Grundkörper und bildformende optische Elemente, die entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet sind, wobei der Winkel zwischen Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung weniger als 180 Grad beträgt und wobei die bildformenden optischen Elemente reflektive Elemente umfassen, von denen wenigstens eines eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist. Das Verfahren weist ein Fertigen eines lichtdurchlässigen Grundkörpers und ein Ausbilden von bildformenden optischen Elementen in dem Grundkörper auf.

Zu Ausführungsmöglichkeiten des Fotoobjektivs, insbesondere der Ausgestaltung und Anordnung der bildformenden optischen Elemente, wird auf die vorstehenden Erläuterungen bezugnehmend auf die Patentanmeldung mit dem PCT-Aktenzeichen PCT/EP2019/061863, Anmeldedatum 8. Mai 2019, verwiesen.

Bevorzugt weisen die bildformenden optischen Elemente des Fotoobjektivs Freiformflächen auf. Weiter bevorzugt kann das Fotoobjektiv ausschließlich reflektive Elemente als abbildende optische Elemente aufweisen. Besonders bevorzugt kann das Fotoobjektiv derart dimensioniert sein, dass es eine maximale Sensorfläche von 120 mm ² , insbesondere von maximal 60 mm ² und vorzugsweise von maximal 30 mm ² , eines Bildsensors ausleuchtet.

Zur Fierstellung des Fotoobjektivs wird also ein lichtdurchlässiger Grundkörper ausgebildet, in den während oder nach seiner Fertigung bildformende optische Elemente an vorgebbaren Positionen eingebracht werden.

Lichtdurchlässig bezieht sich auf die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, für die das Fotoobjektiv genutzt werden soll, also z. B. sichtbares Licht. Für dieses muss der Grundkörper zumindest derart durchlässig, d. h. transparent, sein, dass nach dem Strahlendurchgang durch das Fotoobjektiv ein Bild eines mit dem Fotoobjektiv betrachteten Objekts aufgezeichnet werden kann.

Der Grundkörper kann aus einem thermoplastischen und/oder duroplastischen Polymermaterial oder Glasmaterial gefertigt werden.

Als thermoplastisches Material kann z. B. PMMA (Polymethylmethacrylat), PA (Polyamid, z. B. Trogamid CX), COP (Cycloolefincopolymere, z. B. Zeonex ^® und Topas ^® ), PC (Polycarbonat, Poly(bisphenol-A-carbonat), z. B. Makroion ^® ), LSR (Liquid Silicone Rubber, z. B. Silopren ^® , Elastosil ^® ), PSU (Polysulfon, z. B. Ultrason ^® ), PES (Polyethersulfon) und/oder PAS (Polyarylensulfon) verwendet werden. Als duroplastisches Material kann z. B. ADC (Allyl-Diglykolcarbonat, z. B. CR-39), Polyacrylat, PUR (Polyurethan, z. B. Trivex ^® ), PTU (Polythiourethane, z. B. MR-8, MR-7) und/oder Polymere auf Episulfid/Polythiol-Basis (z. B. MR-174). Auch eine Kombination von Polymermaterial und Glasmaterial, sowie verschiedenen Polymer- und/oder Glasmaterialien kann möglich sein. Eine Fertigung aus Glas kann z. B. mittels Formpressen erfolgen.

Zum Fertigen des Grundkörpers kann ein Urformverfahren (wie z. B. Spritzguss, RIM, Abgießen), ein Umformverfahren (wie z. B. Thermoforming, Hot Embossing) und/oder ein abtragendes und/oder trennendes Verfahren (wie z. B. Diamantzerspanung, lonenbeschuss, Ätzen) eingesetzt werden.

Für die Fertigung des Grundkörpers können vorzugsweise solche Werkzeuge eingesetzt werden, die die Schaffung des Grundkörpers mit einer akzeptablen Oberflächenqualität ohne Nachbearbeitung ermöglichen. Bei der Fertigung sollte außerdem ein etwaiger Materialschwund berücksichtigt werden.

In dem Grundkörper werden die bildformenden optischen Elemente, z. B. Reflexionsflächen, ausgebildet, d. h. sie werden in den Grundkörper integriert. Beispielsweise kann der Grundkörper an vorgebbaren Positionen mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden oder es können reflektierende Elemente in den Grundkörper eingearbeitet werden. Unter einer Anordnung in dem Grundkörper ist gleichwohl eine Anordnung an dem Grundkörper, also an seiner äußeren Begrenzung zu verstehen.

Das Aufbringen der reflektierenden Beschichtung kann beispielsweise durch Aufdampfen, Sputtern, CVD (engl. Chemical vapour deposition, dt. chemisches Abscheiden aus der Gasphase), Nassbeschichtung, etc. erfolgen. Die Beschichtung kann eine Einzelschicht sein. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Schichten aufzubringen. Ferner kann zusätzlich zumindest eine Schicht zur Flaftvermittlung, eine Schicht zum mechanischen Ausgleich, eine Schutzschicht (Diffusion/Migration, thermischer Schutz, chemischer Schutz, UV-Schutz etc.) aufgebracht werden. Die optisch wirksame Beschichtung kann für spezielle Wellenlängen bzw. Spektralbereiche ausgelegt sein.

Für die reflektierende Beschichtung kann zumindest ein Metall, zumindest ein Metalloxid und/oder zumindest ein Metallnitrid verwendet werden. Auch ein organisches Material und/oder ein Polymermaterial kann verwendet werden. Ferner können sogenannte Hybridmaterialien, wie z. B. organisch anorganische Hybridsysteme, organisch-modifizierte Silane/Polysiloxane verwendet werden.

Vorzugsweise wird das Fotoobjektiv als ein Bauteil ausgebildet, so dass es als ein Bauteil in ein Bildaufnahmegerät eingebaut werden kann.

Nach dem Ausbilden der bildformenden optischen Elemente kann das Fotoobjektiv fertig gestellt sein. Es ist jedoch auch möglich, noch zumindest einen materialabtragenden Bearbeitungsschritt durchzuführen, um beispielsweise eine gewünschte äußere Form herzustellen. Optional kann auch noch zumindest ein oberflächenvergütender Verfahrensschritt durchgeführt werden, wie z. B. das Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung, einer Hartschicht, etc.

Ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Fotoobjektiv zeichnet sich durch eine kostengünstige Fertigung aus, da nur wenige Teile, z. B. < 3 Teile, gefertigt werden müssen. Die Integration der bildformenden optischen Elemente in den Grundkörper ergibt ein einteiliges Fotoobjektiv, so dass Montage und Justage mit geringerem Aufwand erfolgen können.

Ein- und Austrittsflächen in den Grundkörper können plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgeführt sein. Vorteilhaft kann mit jeder zusätzlichen Freiformfläche die Wellenfront besser korrigiert werden.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der Grundkörper aus mehreren Teilkörpern gefertigt werden. Die Teilkörper werden nach ihrer Fertigung zusammengesetzt und miteinander verbunden, um den Grundkörper zu erhalten. Auf die Fertigung der Teilkörper treffen die obigen und nachfolgenden Ausführungen zur Fertigung des Grundkörpers, z. B. bezüglich Material und Herstellungsverfahren, entsprechend zu.

Beispielsweise können die Teilkörper derart miteinander verbunden werden, dass ein kompakter monolithischer Grundkörper entsteht. Ein solcher Vollkörper verhindert Partikelablagerungen und anderweitige Verschmutzungen der optischen Elemente. Die Verbindung der Teilkörper kann stoffschlüssig erfolgen, z. B. mittels Verkleben, Verkitten, Vergießen. Auch eine formschlüssige Verbindung oder eine Kombination der genannten Techniken ist möglich.

Als Klebstoff können z. B. Acrylat-, Polyurethan-, Epoxythiol-, Epoxyamin- oder Silikon-Klebstoffe genutzt werden. Die Härtung des Klebstoffs kann z. B. thermisch oder durch UV-Strahlung erfolgen. Bevorzugt können Klebstoffe genutzt werden, deren Brechzahl an die Brechzahl eines der zu verbindenden Teilkörper angepasst ist.

Das Verkleben der Teilkörper kann beispielsweise in Anlehnung an das in der DE 10 2015 102 032 A1 oder in der DE 10 2015 114 990 A1 beschriebene Verfahren erfolgen.

Gemäß dem Verfahren der DE 10 2015 114 990 A1 kann eine langgestreckte Ausnehmung vorgesehen sein, die mindestens eine der zu verklebenden Oberflächen zumindest teilweise umgibt. Der Klebstoff kann dann vollflächig auf eine der beiden oder beide zu verklebenden Oberflächen aufgebracht werden, wobei überschüssiger Klebstoff von der Ausnehmung aufgenommen werden kann. Anschließend wird der Klebstoff ausgehärtet.

Die langgestreckte Ausnehmung ermöglicht die Verwendung einer überschießenden Menge an Klebstoff. Es kann also gezielt etwas zu viel Klebstoff aufgetragen werden, um in jedem Fall das Aufträgen von zu wenig Klebstoff, was u. a. zu einer zu geringen Festigkeit der Klebverbindung vor allem im Randbereich der zu verklebenden Oberfläche führen kann, zu verhindern. Die langgestreckte Ausnehmung kann als Klebstoffreservoir angesehen werden, wodurch verhindert wird, dass im Falle eines Zurückziehens des Klebstoffs, z. B. infolge von Schrumpfung, Luft in den Fügespalt, also zwischen die beiden zu verklebenden Oberflächen eindringt.

Für weitere Details eines solchen Verfahrens wird auf den Inhalt der DE 10 2015 114990 A1 verwiesen.

Eine Verbindung der Teilkörper kann auch in Anlehnung an das in der DE 10 2014 207 494 A1 beschriebene Verfahren erfolgen. Demnach können die Teilkörper separat, z. B. mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt werden, wobei ein Teilkörper als Hauptteil und ein weiterer Teilkörper als Einsatzelement zum Einsetzen in eine entsprechende Ausnehmung des Hauptteils gefertigt werden kann. Die beiden Teilkörper können nach dem Zusammensetzen verklebt werden, wobei bevorzugt nur die Flächen verklebt werden, die bei der Abbildung des virtuellen Bilds nicht von dem Lichtbündel durchlaufen werden.

Die Teilkörper können auch zumindest abschnittsweise mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden, so dass mit der Verbindung der Teilkörper ein bildformendes optisches Element gebildet und positioniert wird.

Eine formschlüssige Verbindung von Teilkörpern kann beispielsweise herbeigeführt werden, indem einer der Teilkörper mit einer Ausnehmung und der andere Teilkörper mit einem zu der Ausnehmung komplementär vorstehenden Abschnitt gebildet wird und beide Teilkörper anschließend ineinander gesetzt werden. Optional können die einander zugewandten Kontaktflächen verklebt werden. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2014 114 238 B3 für Brillengläser offenbart und kann entsprechend auf die Teilkörper des Fotoobjektivs übertragen werden.

Außerdem besteht die Möglichkeit, Teilkörper zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet miteinander zu verbinden, so dass sich zwischen den Teilkörpern ein Hohlraum ergibt, der optional mit Gas, z. B. Luft, gefüllt werden kann. Die Verbindung der Teilkörper kann hierfür z. B. mittels Ineinanderstecken, Kleben oder umschließenden Eingießen erfolgen. Ein solcher Hohlraum weist vorteilhaft keine Dispersion auf und verursacht folglich keinen chromatischen Fehler. Durch die Anordnung von Hohlräumen kann das Gewicht des Fotoobjektivs im Vergleich zum einem Fotoobjektiv gleicher Abmessungen mit einem Vollkörper ohne Hohlraum reduziert werden.

Vorzugsweise können die geometrischen Formen der Teilkörper derart festgelegt werden, dass Hinterschneidungen bei ihrer Fertigung vermieden werden können und, in Abhängigkeit des Fertigungsverfahrens, ein einfaches Entformen ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften möglich ist. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Teilkörper verschiedene Materialien, z. B. Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, aufweisen. Es können auch mehrere Gruppen von Teilkörpern gebildet werden, wobei die Teilkörper einer Gruppe jeweils gleiche Eigenschaften aufweisen, also z. B. aus dem gleichen Material gefertigt werden.

Verschiedene Materialien können beispielsweise zur chromatischen Korrektur genutzt werden.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann eine Grenzfläche zumindest eines Teilkörper, also z. B. eine Grenzfläche an der Grenze zwischen zwei direkt aneinander grenzenden Teilkörpern oder eine Grenzfläche zwischen einem Teilkörper und einem Hohlraum plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgebildet werden. Zur Definition des Begriffs „Freiformfläche“ wird auf die Ausführungen in der einleitenden Beschreibung verwiesen.

Plane Grenzflächen sind weniger empfindlich gegen Translation und eignen sich für größere Fertigungstoleranzen. Freiformflächen sind diesbezüglich deutlich empfindlicher, ermöglichen im Gegenzug jedoch eine gute Wellenfrontkorrektur. Sphärische Grenzflächen ermöglichen einen Kompromiss zwischen den Eigenschaften von planen Grenzflächen und Freiformflächen. Die Möglichkeit der Fertigung des Grundkörpers aus mehreren Teilkörpern sowie die beschriebenen verschiedenen Ausführungsvarianten der Teilkörper und ihrer Verbindung zum Grundkörper ermöglichen vorteilhaft eine vielfältige Variation der optischen Eigenschaften des Fotoobjektivs, so dass dieses an unterschiedliche Verwendungszwecke und Einbau- sowie Umgebungsbedingungen angepasst werden kann.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann zumindest ein Teilkörper aktuierbar ausgebildet werden.

Beispielsweise besteht die Möglichkeit, einzelne Teilkörper mit den darin ausgebildeten bildformenden optischen Elementen in Abhängigkeit eines Sensorsignals, z. B. eines Beschleunigungssensors, zu bewegen. Dadurch kann eine Bildstabilisierung erreicht werden. Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Grundkörper unter Anwendung eines Spritzgussverfahrens und/oder eines RIM-Verfahrens gefertigt werden. Dies bezieht sich auch auf die Möglichkeit der Fertigung des Grundkörpers aus mehreren Teilkörpern, d. h. auch ein oder mehrere Teilkörper können mittels Spritzgießens gefertigt werden. Bevorzugt erfolgt das Spritzgießen im Zusammenhang mit der Verwendung eines Polymermaterials, d. h. als Kunststoffspritzgießen.

Spritzguss ermöglicht ein einfaches und kostengünstiges Fertigen der Teilkörper bzw. des Grundkörpers. Es eignet sich bevorzugt für eine Massenfertigung, so dass Fotoobjektive für Massenanwendungen, z. B. in mobilen Endgeräten, hergestellt werden können.

Das Spritzgießen kann beispielsweise wie in der DE 10 2015 116 A1 beschrieben erfolgen. Demnach kann der Grundkörper oder auch ein Teilkörper als ein Körper, der einen kleinvolumigen Abschnitt und einen großvolumigen Abschnitt umfasst, geschaffen werden.

In einem ersten Schritt eines solchen Verfahrens wird ein vorläufiger Körper mittels Spritzgießens hergestellt, wobei in diesem vorläufigen Körper gegenüber dem fertigen Körper ein Bereich weggelassen ist, wobei sich der weggelassene Bereich in demjenigen Abschnitt des vorläufigen Körpers befindet, der im fertigen Körper dem großvolumigen Abschnitt entspricht. In einem zweiten Schritt wird der Körper fertiggestellt, indem der vorläufige Körper um den beim Spritzgießen weggelassenen Bereich ergänzt wird, nachdem der spritzgegossene vorläufige Körper erstarrt ist.

Die Begriffe großvolumig und kleinvolumig beziehen sich nicht auf das absolute Volumen der Abschnitte. Stattdessen soll im kleinvolumigen Abschnitt der Abstand des am weitesten von einer Oberfläche des entsprechenden Abschnitts entfernten Volumenelements von der nächstgelegenen Oberfläche höchstens der Hälfte desjenigen Abstandes betragen, den im großvolumigen Abschnitt das am weitesten von einer Oberfläche dieses Abschnitts entfernte Volumenelement zur nächstgelegenen Oberfläche besitzt. In diesem Sinne kann ein kleinvolumiger Abschnitt sogar ein größeres absolutes Volumen aufweisen als ein großvolumiger Abschnitt, wenn der kleinvolumige Abschnitt im Vergleich zum großvolumigen Abschnitt eine deutlich flachere Geometrie besitzt.

Mit einem solchen Verfahren ist der Vorteil verbunden, dass auch Körper, z. B. Grundkörper oder Teilkörper im Sinne dieser Anmeldung, die Bereiche mit stark unterschiedlichen Volumina oder stark unterschiedlichen Geometrien - und dadurch einen großvolumigen Bereich und einen kleinvolumigen Bereich - aufweisen, unter Verwendung eines Spritzgussprozess hergestellt werden können. Die Unterschiede in den Volumina bzw. Geometrien werden dabei durch Weglassen des Bereiches in dem mit dem Spritzgussprozess herzustellenden vorläufigen Körper verringert, wodurch die beim Spritzgießen aufgrund großer Volumenunterschiede oder stark unterschiedlicher Geometrien auftretenden Schwierigkeiten verringert werden. Insbesondere können durch die Aussparung die Volumina der einzelnen Bereiche des vorläufigen Körpers derart aneinander angeglichen werden, dass die Wärme des Spritzgussmaterials beim Abkühlen und Erstarren weitgehend gleich schnell aus den einzelnen Bereichen abgeführt werden kann, so dass die Ausbildung von heißen Zonen innerhalb des Spritzgussmaterials zuverlässig vermieden werden kann. Dadurch wird es möglich, dass das Spritzgussmaterial im vorläufigen Körper gleichmäßiger erstarrt, wodurch sich Spannungen im erkalteten Material, welche die optischen Eigenschaften beinträchtigen können, weitgehend vermeiden lassen, und der Volumenschrumpf gleichmäßiger wird. Durch die Vergleichmäßigung des Volumenschrumpfes lässt sich die Entstehung von Spannungen, welche die optischen Eigenschaften beinträchtigen können, ebenfalls reduzieren. Insgesamt kann so die Ausbildung von zu Doppelbrechung führenden mechanischen Spannungen im spritzgegossenen Körper weitgehend vermieden werden.

Für weitere Details eines solchen Verfahrens wird auf den Inhalt der DE 10 2015 116402 A1 verwiesen.

Das Spritzgießverfahren kann unter Verwendung eines Abformwerkzeugs durchgeführt werden, wie es z. B. in der DE 10 2016 119 636 B3 beschrieben wird. Das in der DE 10 2016 119 636 B3 beschriebene Abformwerkzeug weist mindestens ein steuerbares Einstellelement auf, mit dem die Lage eines Abformkerns des Abformwerkzeugs festgelegt werden kann. Die Steuerung kann Abmessungen des Einstellelements verändern und/oder einen Druck auf andere Elemente ausüben, um so eine Justage vorzunehmen. Dies ermöglicht eine Justage des Abformwerkzeugs ohne Demontage. Insgesamt kann die Genauigkeit des Spritzgussverfahrens erhöht werden, so dass Spritzgussteile mit Toleranzen im Bereich weniger Mikrometer erhalten werden können.

Bei einem RIM-Verfahren (RIM, engl. Reaction Injection Moulding) werden zwei oder mehr miteinander vermischte Komponenten als Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt und ausgehärtet, d. h. vernetzt. Die Vernetzung des Polymers nicht nur durch Mischen der Komponenten induziert werden, sondern beispielsweise auch thermisch und/oder durch UV-Belichtung. Aufgrund ihrer niedrigen Viskosität weisen die RIM- Reaktionsmassen ein günstigeres Fließverhalten im Vergleich zu thermoplastischen Schmelzen, wie sie in Spritzgießverfahren genutzt werden, auf. Ein RIM-Verfahren kann auch dazu genutzt werden, Körper mit einer aus der Reaktionsmasse gebildeten Komponente zu umschließen.

Ein RIM-Verfahren kann beispielsweise in Anlehnung an das in der DE 10 2014 113 966 A1 beschriebene Verfahren durchgeführt werden. So besteht die Möglichkeit, eine Schutzschicht aus einem duroplastischen Material durch Gießen aufzubringen. Hierbei kann das RIM-Verfahren auch in aufeinanderfolgenden Teilschritte durchgeführt werden, so dass ein mit der Herstellung verbundener Schwund verringert werden kann.

Beispielsweise können zwei Komponenten, wie z. B. ein Polyol und ein Isocyanat miteinander vermischt und dann unter Druck in eine Form injiziert werden. Die zwei Komponenten reagieren miteinander, so dass das gewünschte chemisch vernetzte Polymer (hier z. B. Polyurethan) gebildet wird. Mit dem RIM-Verfahren kann der Grundkörper als solcher ausgebildet werden oder es kann der Grundkörper mit einer Beschichtung, z. B. einer Schutzschicht versehen werden. Hierfür kann der Grundkörper in der Form derart positioniert werden, dass die gewünschte Ausbildung einer Schutzschicht erfolgt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bildaufnahmegeräts. Das Verfahren weist ein Einbauen eines mittels eines Verfahrens nach gemäß vorstehender Beschreibung hergestellten Fotoobjektivs in ein Grundgerät auf.

Der Begriff Grundgerät bezeichnet übrige Bauteile des herzustellenden Bildaufnahmegeräts, so dass durch Hinzufügen des Fotoobjektivs und ggf. weiterer Bauteile das Bildaufnahmegerät entsteht.

Das Bildaufnahmegerät kann einen Bildsensor umfassen, wobei die Sensorfläche eine Fläche von bevorzugt maximal 120 mm ² , weiter bevorzugt von maximal 60 mm ² und besonders bevorzugt von maximal 30 mm ² aufweist.

Das Bildaufnahmegerät kann als Fotokamera oder als mobiles Endgerät mit einer Kamerafunktion, wie z. B. als Mobiltelefon, Smartphone, Tablet etc. mit einer Kamerafunktion, oder als ein anderes Gerät ähnlicher Baugröße mit einer Kamerafunktion ausgebildet werden. Das Bildaufnahmegerät kann auch zur Aufnahme von Bildsequenzen ausgelegt sein, d. h. es kann auch eine Filmkamera sein.

Mit dem Verfahren zum Herstellen des Bildaufnahmegeräts sind die mit Bezug auf das Verfahren zum Herstellen des Fotoobjektivs genannten Vorteile entsprechend verbunden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fotoobjektiv, das einen mehrere Teilkörper aufweisenden Grundkörper und bildformende optische Elemente umfasst. Die optischen Elemente sind entlang einer gefalteten optischen Achse angeordnet, wobei der Winkel zwischen Abschnitten der optischen Achse vor und nach der Faltung weniger als 180 Grad beträgt und wobei die bildformenden optischen Elemente reflektive Elemente umfassen, von denen wenigstens eines eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche aufweist.

Ein solches Fotoobjektiv kann beispielsweise mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Fotoobjektivs hergestellt werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Fotoobjektiv übertragen.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten können die Teilkörper zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet miteinander verbunden sein.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Teilkörper verschiedene Materialien aufweisen.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann eine Grenzfläche zumindest eines Teilkörpers plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgebildet sein.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann zumindest ein Teilkörper aktuierbar ausgebildet sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bildaufnahmegerät mit einem Fotoobjektiv gemäß vorstehender Beschreibung.

Ein solches Bildaufnahmegerät kann beispielsweise mittels eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Fierstellen eines Bildaufnahmegeräts hergestellt werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Bildaufnahmegerät übertragen.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einer zweidimensionalen Faltung der optischen Achse und einer Brennweite von 800 mm sowie einer Blendenöffnung von 4,0.

Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einer dreidimensionalen Faltung der optischen Achse und einer Brennweite von 300 mm sowie einer Blendenöffnung von 4,0.

Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes Bildaufnahmegerät mit einem katoptrischen Objektiv. Fig. 4a zeigt ein beispielhaftes kompaktes Fotoobjektiv. Fig. 4b zeigt ein Bildaufnahmegerät mit dem Fotoobjektiv der Figur 4a in einer Seitenansicht.

Fig. 4c zeigt das Bildaufnahmegerät der Fig. 4b in Frontalansicht. Fig. 4d zeigt die bildformenden optischen Elemente und den Strahlengang des Fotoobjektivs der Figur 4a in vergrößerter Darstellung in Frontalansicht.

Fig. 4e zeigt die bildformenden optischen Elemente und den Strahlengang des Fotoobjektivs der Figur 4a in vergrößerter Darstellung in Seitenansicht.

Fig. 5a zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einteiligem Grundkörper.

Fig. 5b zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper.

Fig. 5c zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper.

Fig. 5d zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper.

Fig. 5e zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper. Fig. 5f zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper.

Fig. 5g zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus drei Teilkörpern aufgebauten monolithischen Grundkörper.

Fig. 6a zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern gleichen Materials aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind. Fig. 6b zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern unterschiedlichen Materials aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind.

Fig. 6c zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern unterschiedlichen Materials aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind.

Fig. 6d zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern unterschiedlichen Materials aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind.

Fig. 6e zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus drei Teilkörpern aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind. Fig. 6f zeigt ein weiteres beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus drei Teilkörpern aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper zueinander beabstandet miteinander verbunden sind.

Fig. 6g zeigt ein beispielhaftes Fotoobjektiv mit einem aus zwei Teilkörpern aufgebauten Grundkörper, bei dem die Teilkörper abschnittsweise zueinander beabstandet miteinander verbunden sind.

Fig. 7 zeigt ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens zum Fierstellen eines Fotoobjektivs.

Nachfolgend wird zunächst anhand der Figuren 1 und 2 der Strahlengang eines beispielhaften Fotoobjektivs 11 beschrieben. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind lediglich die bildformenden optischen Elemente, die Objektebene, die optische Achse und der Bildsensor zusammen mit dem Strahlengang dargestellt. Für konkrete Ausgestaltungen des Fotoobjektivs 11 wird auf die Erläuterungen zu den Figuren 4, 5a-g und 6a-g verwiesen.

Das Fotoobjektiv 11 in Fig. 1 umfasst reflektive bildformende optische Elemente 3a-h, die entlang einer zweidimensional gefalteten optischen Achse OA angeordnet sind und die am Ort eines Bildsensors 2 ein Bild eines in der Objektebene 1 befindlichen Objekts erzeugen. Um die Farbreinheit des Fotoobjektivs 11 zu gewährleisten sind ausschließlich reflektive Elemente als abbildende optische Elemente 3a-h vorhanden. Die optische Achse OA weist mehrere Abschnitte OA1 bis OA9 auf, wobei nebeneinander liegende Abschnitte jeweils um weniger als 180° gefaltet sind. Die zweidimensionale Faltung bedeutet hierbei, dass alle Abschnitte OA1 bis OA9 der optischen Achse OA in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dadurch wird erreicht, dass der Bildsensor 2 innerhalb dieser gemeinsamen Ebene beliebig zur Objektebene 1 verschoben werden kann. Außerdem kann der Bildsensor 2 relativ zur Objektebene 1 um eine aus der Ebene hinaus weisende Drehachse verdreht werden.

Die Flächen der reflektiven Elemente 3a-h sind nicht rotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Flächen, wodurch die Faltung des Strahlengangs möglich wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass eine oder mehrere der Flächen der reflektiven Elemente 3a-h als Freiformflächen ausgebildet ist bzw. sind, wodurch sich monochromatische Abbildungsfehler korrigieren lassen.

Indem Ausschnitte von rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Flächen für die bildformenden optischen Elemente 3a-h verwendet werden, wobei die optische Achse OA der rotationssymmetrisch gekrümmten reflektiven Flächen nicht durch die Ausschnitte verläuft, kann der optische Aufbau des Fotoobjektivs 11 klein gehalten werden.

Das in Fig. 1 dargestellte Fotoobjektiv 11 kann auch wenigstens zwei reflektive Elemente 3a-h umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass in zwei zueinander und zur optischen Achse OA senkrechten Richtungen im geformten Bild unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe vorliegen. Flierdurch sind anamorphotische Abbildungen möglich. Zusätzlich oder alternativ kann das in Fig. 1 dargestellte Fotoobjektiv 11 wenigstens zwei reflektive Elemente 3a-h umfassen, deren reflektive Flächen derart geformt sind, dass für zwei zueinander senkrechte Bildausdehnungsrichtungen eine unterschiedliche Anzahl von Zwischenbildern entsteht. Hierdurch ist eine choristikonale Abbildung möglich.

In dem Fotoobjektiv 11 ist zudem eine Irisblende 5 an einer zugänglichen Stelle vorhanden, so dass ein Abblenden des Fotoobjektivs 11 möglich ist.

Während in Fig. 1 ein Fotoobjektiv 11 mit einer zweidimensional gefalteten optische Achse OA gezeigt ist, zeigt Fig. 2 ein Fotoobjektiv 11 mit einer dreidimensional gefalteten optischen Achse OA, d. h. ein Fotoobjektiv 11 , in dem nicht alle Abschnitte OA1 bis OA9 der optischen Achse OA in einer gemeinsamen Ebene liegen. So weist der Abschnitt OA8 eine Richtungskomponente auf, die in die Zeichenebene der Figur 2 hineinweist. Dadurch kann der Bildsensor 2 zu den reflektiven Elementen 3a bis 3f senkrecht zur Zeichenebene verschoben angeordnet werden. Durch geeignete Form und Orientierung der reflektiven Elemente 3a-h kann zudem auch erreicht werden, dass die Orientierung des Bildsensors 2 gegenüber der Orientierung der Bildebene 1 einen beliebigen Winkel aufweist, d. h. die Flächennormale des Bildsensors 2 kann beliebig relativ zur Flächennormalen der Bildebene 1 orientiert sein.

Im Übrigen wird auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen.

Figur 3 zeigt ein als Fotokamera ausgebildetes Bildaufnahmegerät 10 mit einem Bildsensor 2 und einem Fotoobjektiv 11. Das Fotoobjektiv 11 kann dabei insbesondere ein Fotoobjektiv 11 sein, wie es mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben worden ist oder nachstehend mit Bezug auf die Figuren 4a-e, 5a-g und 6a-g beschrieben werden wird.

Das Fotoobjektiv 11 kann für Kleinformatbildsensoren genutzt werden. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es keine Obskuration aufweist und abblendbar ist. Durch eine Skalierung des Fotoobjektivs 11 um einen Faktor von 0,1 kann das Fotoobjektiv 11 auch mit Brennweiten im Bereich von 15 bis 20 mm realisiert werden, so dass es als Fotoobjektiv 11 für eine Kamera für Mobiltelefone Verwendung finden kann. Das Bildaufnahmegerät 10 kann daher auch als Mobiltelefon, Tablet oder ein ähnliches Gerät mit Kamera realisiert sein. Das Fotoobjektiv 11 hat mehrere Vorteile. Es weist als katoptrisches Objektiv keine chromatischen Aberrationen auf, was besonders günstig bei Objektiven mit langer Brennweite ist. Des Weiteren ist das Fotoobjektiv 11 ein obskurationsfreies Abbildungssystem. Zudem kann das katoptrische Fotoobjektiv 11 mit weniger optischen Elementen als ein dioptrisches oder katadioptrisches Objektiv realisiert werden, so dass das Fotoobjektiv 11 leichter als ein dioptrisches oder ein katadioptrisches Fotoobjektiv sein kann. Zudem sind die Spiegelflächen in der Regel dünner als vergleichbare Linsen, was zu einer zusätzlichen Gewichtseinsparung führt. Weiterhin ermöglicht das Fotoobjektiv 11, die Lage und Orientierung der Bildebene relativ zur Lage und Orientierung der Objektebene 1 zu verschieben und zu verdrehen. Die vorhandenen Beschichtungen erlauben zudem eine hohe Reflektivität auch bei großen Reflexionswinkeln, so dass im Fotoobjektiv 11 auch große Reflektionswinkel Verwendung finden können.

Die Figuren 4a-4e zeigen ein Bildaufnahmegerät 10, bei dem es sich um ein Smartphone handelt, mit einem kompakten Fotoobjektiv 11.

Das Fotoobjektiv 11 weist einen lichtdurchlässigen Grundkörper 12 aus einem Polymermaterial und mehrere bildformende optische Elemente 3a-3h auf, bei denen es sich um reflektive Elemente handelt und die als reflektierende Freiformflächen in dem Grundkörper 12 ausgebildet sind. Die Strahlen werden durch die Eintrittsfläche 17 in den Grundkörper geleitet und verlassen diesen durch die Austrittsfläche 4 wieder. Nach dem Verlassen des Grundkörpers 12 durch die Austrittsfläche 4 werden die Strahlen auf den Bildsensor 2 geleitet. Die Eintrittsfläche 17 und/oder die Austrittsfläche 4 können plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgeführt sein. Vorteilhaft kann mit jeder zusätzlichen Freiformfläche die Wellenfront besser korrigiert werden.

Der Grundkörper 12 ist monolithisch aus einem Körper gebildet und wurde mittels eines RIM-Verfahrens gefertigt. Alternativ wäre auch ein Spritzgussverfahren möglich. Die bildformenden optischen Elemente 3a-3h wurden auf den Grundkörper 12 mittels eines Beschichtungsverfahrens, z. B. eines Sputterverfahrens oder Aufdampfverfahrens, ausgebildet. Das Fotoobjektiv 11 zeichnet sich durch seine kompakte Größe aus. Mögliche Abmessungen sind z. B. 28 mm x 7 mm x 6 mm. Der Bildsensor 2 kann eine Größe von 4,8 mm x 3,6 mm aufweisen, d. h. dass Fotoobjektiv 11 kann als 1/3“ Objektiv ausgebildet sein. Bei einem solchen Fotoobjektiv 11 korrespondiert eine Brennweite von 20 mm bei einer maximalen einstellbaren Blendenzahl von 2,8 mit einer Brennweite von 150 mm bei einer maximalen einstellbaren Blendenzahl von 2,8 im Kleinbildformat (24 mm x 36 mm).

Figur 4a zeigt ein monochromatisches Fotoobjektiv 11. Eine achromatische Ausführung ist jedoch ebenfalls möglich.

Figur 4b zeigt ein Bildaufnahmegerät 10, das einen Grundkörper 16 und das Fotoobjektiv 11 gemäß Figur 4a aufweist. Erkennbar ist, dass sich das Fotoobjektiv 11 trotz schmaler Ausführung des Grundkörpers 16 gut in diesen einbauen bzw. integrieren lässt.

In Figur 4c ist das Bildaufnahmegerät 10 der Figur 4b in Frontalansicht gezeigt. Das Fotoobjektiv 11 kann zusätzlich zu einem weiteren Fotoobjektiv im Bildaufnahmegerät 10 vorhanden sein oder das alleinige Fotoobjektiv darstellen.

Die Figuren 4d und 4e zeigen die bildformenden Elemente 3a-3h und den Strahlengang des Fotoobjektivs 11 in vergrößerter Darstellung in Frontal- und Seitenansicht.

Alternativ zu dem in den Figuren 4a-e gezeigten Fotoobjektiv 11 kann auch ein anderes Fotoobjektiv 11 , z. B. eines der in den Figuren 1 , 2, 5a-g oder 6a-g gezeigten Fotoobjektive 11 in das Grundgerät 16 eingebaut werden, um ein Bildaufnahmegerät 10 zu schaffen.

Die Figuren 5a-5g zeigen Fotoobjektive 11 mit monolithischem Grundkörper 12, wobei der Grundkörper 12 einteilig - wie in Figur 5a - oder mehrteilig aus Teilkörpern 13a-c - wie in den Figuren 5b-5g - aufgebaut ist. Unterschiedliche Materialien werden durch verschiedene Schraffuren dargestellt. Jedes der gezeigten beispielhaften Fotoobjektive 11 umfasst neben dem lichtdurchlässigen Grundkörper 12 mehrere bildformende optische Elemente 3a-h, bei denen es sich jeweils um reflektive Elemente handelt. Zur Erläuterung der Eintrittsfläche 17 sowie der Austrittsfläche 4 wird auf die Ausführungen zu Figur 4 verwiesen.

Allen Fotoobjektiven 11 der Figuren 5a-5g ist außerdem gemein, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-h entlang einer gefalteten optischen Achse OA angeordnet sind, wobei der Winkel a zwischen den Abschnitten der optischen Achse OA1-OA9 vor und nach der Faltung weniger als 180 Grad beträgt. Mindestens eines der bildformenden optischen Elemente 3a-h weist eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche auf.

Der Grundkörper 12 bzw. die Teilkörper 13a-c können beispielsweise aus einem Polymermaterial mittels eines Spritzgussverfahrens oder RIM- Verfahrens gefertigt sein. An dem Grundkörper 12 oder den Teilkörpern 13a- c werden die bildformenden optischen Elemente 3a-h ausgebildet, indem der Grundkörper 12 oder die Teilkörper 13a-c an vorgebbaren Positionen mit einer reflektiven Beschichtung versehen wird. Nähere Details des Fierstellungsverfahrens für Fotoobjektive 11 werden nachstehend mit Bezug auf Figur 7 erläutert.

Das Fotoobjektiv 11 der Figur 5a umfasst einen einteiligen lichtdurchlässigen Grundkörper 12.

Die Fotoobjektive 11 der Figuren 5b-g umfassen jeweils einen mehrteiligen lichtdurchlässigen Grundkörper 12, der aus zwei Teilkörpern 13a, 13b (Figuren 5b-f) oder drei Teilkörpern 13a-c (Figur 5g) aufgebaut ist, die ohne Abstand miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten grenzen die Teilkörper 13a-c direkt aneinander, wobei die jeweiligen Grenzflächen 14 plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgebildet sein können. Die Teilkörper 13a und 13b bestehen aus zwei unterschiedlichen Materialien. Vorzugsweise können Materialien mit unterschiedlicher Dispersion bzw. Abbe-Zahl miteinander kombiniert werden, um chromatische Fehler korrigieren zu können.

Der Teilkörper 13c der Figur 5g besteht aus dem gleichen Material wie der Teilkörper 13a. Die Teilkörper 13a-c können jeweils mittels Spritzgießens aus einem Polymermaterial gefertigt werden bzw. sein und miteinander verklebt oder verkittet werden bzw. sein. Optional besteht die Möglichkeit, das gesamte Fotoobjektiv 11 in ein weiteres Material einzugießen, um dadurch eine Verbindung der Teilkörper 13a-c herzustellen.

Die Fotoobjektive 11 der Figuren 5b-g unterscheiden sich aufgrund der Anordnung der Teilkörper 13a-c.

Figur 5b zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei annähernd gleich große Teilkörper 13a,b miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-h abwechselnd in oder an dem ersten Teilkörper 13a oder dem zweiten Teilkörper 13b angeordnet sind. Der Strahlengang verläuft demnach abwechselnd durch die beiden Teilkörper 13a,b.

Figur 5c zeigt eine Ausführungsform, bei der ein kleiner Teilkörper 13a und ein großer Teilkörper 13b miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-g im Teilkörper 13b ausgebildet sind, während das bildformende optische Element 3h im Teilkörper 13a ausgebildet ist. Der Strahlengang verläuft demnach zunächst durch den Teilkörper 13b und anschließend durch den Teilkörper 13a.

Figur 5d zeigt eine Ausführungsform, bei der ebenfalls ein kleiner Teilkörper 13a und ein großer Teilkörper 13b miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass das bildformende optische Element 3a im Teilkörper 13a ausgebildet ist, während die bildformenden optischen Elemente 3b-h im Teilkörper 13b ausgebildet sind. Der Strahlengang verläuft demnach zunächst durch den Teilkörper 13a und anschließend durch den Teilkörper 13b.

Figur 5e zeigt eine Ausführungsform, bei der ebenfalls ein kleiner Teilkörper 13a und ein großer Teilkörper 13b miteinander verbunden sind. Alle bildformenden optischen Elemente 3a-h sind im Teilkörper 13b ausgebildet. Der Strahlengang verläuft zunächst durch den Teilkörper 13a und anschließend durch den Teilkörper 13b. Figur 5f zeigt eine Ausführungsform, bei der ebenfalls ein kleiner Teilkörper 13a und ein großer Teilkörper 13b miteinander verbunden sind. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass das bildformende optische Element 3d im Teilkörper 13a ausgebildet ist, während die übrigen bildformenden optischen Elemente 3a-c und 3e-h im Teilkörper 13b ausgebildet sind. Der Strahlengang verläuft zunächst durch den Teilkörper 13b, anschließend durch den Teilkörper 13a und danach wieder durch den Teilkörper 13b.

Figur 5g zeigt eine Ausführungsform mit drei Teilkörpern 13a-c, wobei die Teilkörper 13a und 13c aus dem gleichen Material bestehen und Teilkörper 13b ein abweichendes Material aufweist. Die Anordnung der Teilkörper 13a-c erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a,3c,3e und 3g im Teilkörper 13a ausgebildet sind, während die bildformenden optischen Elemente 3b, 3d, 3f und 3h im Teilkörper 13c ausgebildet sind. Im Teilkörper 13b befinden sich keine bildformenden optischen Elemente. Der

Strahlengang verläuft vom Teilkörper 13a durch den Teilkörper 13b in den Teilkörper 13c und vom Teilkörper 13c zurück über den Teilkörper 13b in den Teilkörper 13a usw.

Die Figuren 6a-6g zeigen Fotoobjektive 11 mit einem mehrere Teilkörper 13a-c aufweisenden Grundkörper 12, wobei die Teilkörper 13a-c zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet mit einander verbunden sind, so dass ein Flohlraum 15 ausgebildet wird. Der Flohlraum 15 kann mit einem Gas, z. B. Luft, gefüllt sein. Unterschiedliche Materialien werden durch verschiedene Schraffuren dargestellt. Jedes der gezeigten beispielhaften Fotoobjektive 11 umfasst neben dem lichtdurchlässigen Grundkörper 12 mehrere bildformende optische Elemente 3a-h, bei denen es sich jeweils um reflektive Elemente handelt. Zur Erläuterung der Eintrittsfläche 17 sowie der Austrittsfläche 4 wird auf die Ausführungen zu Figur 4 verwiesen.

Allen Fotoobjektiven 11 der Figuren 6a-6g ist außerdem gemein, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-h entlang einer gefalteten optischen Achse OA angeordnet sind, wobei der Winkel a zwischen den Abschnitten der optischen Achse OA1-OA9 vor und nach der Faltung weniger als 180 Grad beträgt. Mindestens eines der bildformenden optischen Elemente 3a-h weist eine nichtrotationssymmetrisch gekrümmte reflektive Fläche auf.

Die Teilkörper 13a-c können beispielsweise aus einem Polymermaterial mittels eines Spritzgussverfahrens oder RIM-Verfahrens gefertigt sein. An dem Grundkörper 12 oder den Teilkörpern 13a-c werden die bildformenden optischen Elemente 3a-h ausgebildet, indem der Grundkörper 12 oder die Teilkörper 13a-c an vorgebbaren Positionen mit einer reflektiven Beschichtung versehen werden. Nähere Details des Herstellungsverfahrens für Fotoobjektive 11 werden nachstehend mit Bezug auf Figur 7 erläutert.

Die Fotoobjektive 11 der Figuren 6a-d sowie der Figur 6g umfassen jeweils einen mehrteiligen lichtdurchlässigen Grundkörper 12, der aus zwei Teilkörpern 13a, 13b aufgebaut ist, während die Fotoobjektive 11 der Figuren 6e und 6f aus drei Teilkörpern 13a-c aufgebaut sind. Die jeweiligen Grenzflächen 14 der Teilkörper 13a-c können plan, sphärisch oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Teilkörper 13a und 13b bestehen aus zwei unterschiedlichen Materialien. Der Teilkörper 13c besteht aus dem gleichen Material wie der Teilkörper 13a. Die Teilkörper 13a-c können jeweils mittels Spritzgießens aus einem Polymermaterial gefertigt werden bzw. sein und miteinander verklebt oder verkittet werden bzw. sein. Optional besteht die Möglichkeit, das gesamte Fotoobjektiv 11 in ein weiteres Material einzugießen, um dadurch eine Verbindung der Teilkörper 13a-c herzustellen.

Die Fotoobjektive 11 der Figuren 6a-g unterscheiden sich aufgrund der Anzahl und der Anordnung der Teilkörper 13a-c.

Figur 6a zeigt eine Ausführungsform mit zwei Teilkörpern 13a und 13c aus dem gleichen Material. Die Anordnung der Teilkörper 13a,c erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-h abwechselnd in oder an dem ersten Teilkörper 13a oder dem zweiten Teilkörper 13c angeordnet sind. Der Strahlengang verläuft demnach abwechselnd durch die beiden Teilkörper 13a,c.

Figur 6b zeigt eine Ausführungsform mit zwei Teilkörpern 13a und 13b aus unterschiedlichem Material. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-h abwechselnd in oder an dem ersten Teilkörper 13a oder dem zweiten Teilkörper 13b angeordnet sind. Der Strahlengang verläuft demnach abwechselnd durch die beiden Teilkörper 13a,b.

Figur 6c zeigt eine Ausführungsform mit einem kleinen Teilkörper 13a und einem großen Teilkörper 13b aus unterschiedlichem Material. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass die bildformenden optischen Elemente 3a-g im Teilkörper 13b ausgebildet sind, während das bildformende optische Element 3h im Teilkörper 13a ausgebildet ist. Der Strahlengang verläuft demnach zunächst durch den Teilkörper 13b und anschließend durch den Teilkörper 13a.

Figur 6d zeigt ebenfalls eine Ausführungsform mit einem kleinen Teilkörper 13a und einem großen Teilkörper 13b aus unterschiedlichem Material. Die Anordnung der Teilkörper 13a,b erfolgt derart, dass das bildformende optische Element 3a im Teilkörper 13a ausgebildet ist, während die bildformenden optischen Elemente 3b-h im Teilkörper 13b ausgebildet sind. Der Strahlengang verläuft demnach zunächst durch den Teilkörper 13a und anschließend durch den Teilkörper 13b.

Figur 6e zeigt eine Ausführungsform mit zwei kleinen Teilkörpern 13a,b aus dem gleichen Material und einem großen Teilkörper 13c aus einem unterschiedlichen Material. Alle bildformenden optischen Elemente 3a-h sind im Teilkörper 13b ausgebildet. Der Strahlengang verläuft zunächst durch den Teilkörper 13c, anschließend durch den Teilkörper 13b und zuletzt durch den Teilkörper 13a.

Figur 6f zeigt ebenfalls eine Ausführungsform mit zwei kleinen Teilkörpern 13a,b aus dem gleichen Material und einem großen Teilkörper 13c aus einem unterschiedlichen Material. Die Anordnung der Teilkörper 13a-c erfolgt derart, dass das bildformende optische Element 3d im Teilkörper 13c ausgebildet ist, während die übrigen bildformenden optischen Elemente 3a-c und 3e-h im Teilkörper 13b ausgebildet sind. Der Strahlengang verläuft zunächst durch den Teilkörper 13b, anschließend durch den Teilkörper 13c, danach wieder durch den Teilkörper 13b und zuletzt durch den Teilkörper 13a.

Figur 6g zeigt eine Ausführungsform mit zwei Teilkörpern 13a,b unterschiedlichen Materials, die derart miteinander verbunden sind, dass ein großer Hohlraum 15 ausgebildet wird. Die bildformenden optischen Elemente 3a, 3c, 3e und 3g sind am Teilkörper 13a ausgebildet, während die bildformenden optischen Elemente 3b, 3d, 3f und 3h am Teilkörper 13b ausgebildet sind. Die bildformenden optischen Elemente 3a-h sind jeweils an der Grenzfläche 14a,b der Teilkörper 13a,b zum Hohlraum 15 angeordnet. Folglich verläuft der Strahlengang weitestgehend durch den Hohlraum 15.

Figur 7 zeigt ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Fotoobjektivs 11, dessen Grundkörper 12 mehrere Teilkörpern 13a-c aufweist.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Teilkörper 13a-c separat aus einem Polymermaterial gefertigt. Hierfür kann z. B. ein Spritzgießverfahren oder ein RIM-Verfahren genutzt werden.

Daran anschließend werden die Teilkörper 13a-c im Schritt S2 miteinander zum Grundkörper 12 verbunden, z. B. indem sie miteinander verklebt oder verkittet werden. Optional kann die Verbindung derart erfolgen, dass die Teilkörper 13a-c zumindest abschnittsweise zueinander beabstandet sind und ein Hohlraum 15 zwischen den Teilkörpern 13a-c ausgebildet wird.

Im letzten Schritt S3 werden die bildformenden optischen Elemente im Grundkörper 12 ausgebildet. Hierfür wird der Grundkörper 12 an vorgebbaren Positionen mit einer reflektiven Beschichtung versehen, die z. B. mittels eines Sputterverfahrens oder Aufdampfverfahrens aufgebracht werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Beispielen zu Erläuterungszwecken detailliert beschrieben. Ein Fachmann erkennt jedoch, dass Abweichungen von den Beispielen möglich sind. Beispielsweise kann das katoptrische Fotoobjektiv, wie es beispielhaft beschrieben worden ist, auch mit einigen wenigen dioptrischen Elementen kombiniert werden, so dass ein katadioptrisches Fotoobjektiv entsteht. Die Erfindung soll daher nicht ausschließlich auf die beschriebenen Beispiele beschränkt sein, sondern lediglich durch die beigefügten Ansprüche.

Bezuqszeichenliste

1 Objektebene

2 Bildsensor 3a-h bildformendes optisches Element

4 Austrittsfläche

5 Blende 10 Bildaufnahmegerät 11 Fotoobjektiv 12 Grundkörper 13a-c Teilkörper 14, 14a-b Grenzfläche

15 Hohlraum

16 Grundgerät 17 Eintrittsfläche

OA optische Achse

OA1-OA9 Abschnitt der optischen Achse a Winkel zwischen Abschnitten der optischen Achse

51 Fertigen von Teilkörpern

52 Verbinden der Teilkörper zum Grundkörper

53 Ausbilden der bildformenden optischen Elemente im

Grundkörper