DE102005009238A1

DE102005009238A1 - Linsensystem, insbesondere für tragbare Telefone

Info

Publication number: DE102005009238A1
Application number: DE200510009238
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen DOBSCHAL; Dietmar Gängler
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG; Jenoptik AG
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Also published as: JP2006235637A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem (7) zur Abbildung eines Objekts auf eine Bilderfassungseinheit, mit einer ersten Linse (9) und einer zweiten Linse (10). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem (7) anzugeben, das nur einen geringen Bauplatz benötigt, preiswert ist und zudem eine hohe optische Leistungsfähigkeit besitzt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die erste Linse (9) eine zu einem Objekt gerichtete erste Seite (11) und eine zu der zweiten Linse (10) gerichtete zweite Seite (12) aufweist. Die zweite Linse (10) weist eine zu der zweiten Seite (12) der ersten Linse (9) gerichtete erste Seite (13) und eine zu einer Bilderfassungseinheit (16, 17) gerichtete zweite Seite (14) auf, wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) und die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) asphärisch ausgebildet sind und wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) in einem ersten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der ersten Seite (13) der zweiten Linse (10) entspricht, konkav ausgebildet ist und wobei die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) in einem zweiten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) entspricht, plan ausgebildet ist. Ferner weist das Linsensystem ein diffraktives optisches Element (18) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linsensystem, das insbesondere für digitale Kameramodule geeignet ist, die in tragbaren Telefonen (Handys) angeordnet sind.
Ein digitales Kameramodul, das in einer tragbaren Vorrichtung (beispielsweise eine digitale Kamera, ein Handheld-Computer etc.) angeordnet wird, verwendet ein Objektiv, das mittels einer oder mehrerer Linsen Bilder auf eine Bilderfassungseinheit wie ein CCD oder ein CMOS abbildet. Ein derartiges digitales Kameramodul wird in letzter Zeit insbesondere auch in einem tragbaren Telefon (Handy) angeordnet. Das digitale Kameramodul muß bzw. dessen Linsen müssen zahlreiche Bedingungen erfüllen. Es ist beispielsweise besonders wichtig, daß das digitale Kameramodul nur sehr geringen Bauraum benötigt und dementsprechend klein ausgebildet sein muß. Somit soll die Anzahl der für das Objektiv verwendeten Linsen möglichst gering sein. Da es sich hierbei auch um Massenartikel handelt, ist es auch wichtig, daß das digitale Kameramodul äußerst preiswert hergestellt werden kann. Insofern sollte ein digitales Kameramodul mit wenigen Elementen gebildet werden können, wobei die wenigen Elemente zudem noch preiswert sein sollten. Auch sollte das digitale Kameramodul Linsen aufweisen, die eine hohe optische Leistungsfähigkeit gewährleisten.
Ein digitales Kameramodul, das insbesondere in einem tragbaren Telefon (Handy) eingesetzt wird, ist aus der US 2004/0223235 A1 bekannt. Das bekannte digitale Kameramodul weist ein aus zwei Linsen bestehendes Linsensystem auf. Eine aus Kunststoff bestehende erste Linse weist eine zu einem Objekt gerichtete erste Seite und eine zu einer aus Kunststoff bestehenden zweiten Linse gerichtete zweite Seite auf. Die zweite Linse weist wiederum eine erste Seite, die zur zweiten Seite der ersten Linse gerichtet ist, sowie eine zweite Seite auf, die zu einer Bilderfassungseinheit gerichtet ist. Die beiden Seiten der zweiten Linse sind asphärisch ausgebildet, wobei die zweite Seite der zweiten Linse zudem noch plan (flach) ausgebildet ist. Das bekannte digitale Kameramodul benötigt zwar einen geringen Bauraum, weist aber den Nachteil auf, daß es aufgrund der Kunststofflinsen nur eine eingeschränkte optische Leistungsfähigkeit besitzt.
Auch aus der US 5,978,159 ist ein digitales Kameramodul bekannt, das ein Linsensystem mit zwei Linsen aufweist. Eine der Linsen ist mit einem diffraktiven optischen Element (DOE) versehen, das die optische Leistungsfähigkeit des Linsensystems durch Korrektur der sphärischen und chromatischen Abberation verbessert. Allerdings ist es auch mittels des Einsatzes eines DOE noch nicht gelungen, sämtliche Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, die oben genannt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem insbesondere für ein digitales Kameramodul eines tragbaren Telefons anzugeben, das nur einen geringen Bauplatz benötigt, preiswert ist und zudem eine hohe optische Leistungsfähigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Linsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes digitales Kameramodul ist durch die Merkmale des Anspruchs 25 gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Linsensystem weist eine erste Linse und eine zweite Linse auf. Die erste Linse ist mit einer zu einem Objekt gerichteten ersten Seite und mit einer zu der zweiten Linse gerichteten zweiten Seite versehen. Die zweite Linse ist mit einer zu der zweiten Seite der ersten Linse gerichteten ersten Seite und mit einer zu einer Bilderfassungseinheit gerichteten zweiten Seite versehen. Die beiden Seiten der zweiten Linse sind asphärisch ausgebildet. Die erste Seite der zweiten Linse ist zudem in einem ersten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der ersten Seite der zweiten Linse entspricht, konkav ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die erste Seite der zweiten Linse in einem Bereich konkav ausgebildet, der eine Ausdehnung von bis zu zwei Dritteln (oder geringfügig hiervon abweichend) des Durchmessers der ersten Seite der zweiten Linse aufweist. Hingegen ist die zweite Seite der zweiten Linse in einem zweiten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der zweiten Seite der zweiten Linse entspricht, plan ausgebildet. In anderen Worten ausgedrückt, ist die zweite Seite der zweiten Linse in einem Bereich plan ausgebildet, der eine Ausdehnung von bis zu zwei Dritteln (oder geringfügig hiervon abweichend) des Durchmessers der zweiten Seite der zweiten Linse aufweist. Ferner weist das erfindungsgemäße Linsensystem ein diffraktives optisches Element (nachfolgend stets DOE genannt) auf.
Vorstehend und nachfolgend wird unter dem Begriff „Seite" stets eine Fläche verstanden.
Das erfindungsgemäße Linsensystem weist den Vorteil auf, daß es nur einen geringen Bauplatz benötigt und gleichzeitig eine hohe optische Leistungsfähigkeit zur Verfügung stellt. Zudem ist es möglich, die einzelnen Linsen aus preiswerten Materialien, insbesondere aus Kunststoff, zu fertigen. Das erfindungsgemäße Linsensystem eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem digitalen Kameramodul, das in einem tragbaren Telefon (Handy) angeordnet ist.
Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Seite der zweiten Linse in dem ersten Bereich im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der erste Bereich, in dem die erste Seite der zweiten Linse konkav bzw. im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist, eine Ausdehnung von im wesentlichen bis zur Hälfte des Durchmessers (Radius) der ersten Seite der zweiten Linse auf. Besonders bevorzugt ist die Ausführungsform, bei denen der erste Bereich im wesentlichen bis zu zwei Fünftel des Durchmessers der ersten Seite der zweiten Linse entspricht. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entspricht der erste Bereich im wesentlichen bis zu einem Drittel des Durchmessers der ersten Seite der zweiten Linse.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Bereich, in dem die zweite Seite der zweiten Linse plan ausgebildet ist, eine Ausdehnung von im wesentlichen bis zur Hälfte des Durchmessers (Radius) der zweiten Seite der zweiten Linse auf. Bevorzugt ist es, daß der zweite Bereich im wesentlichen bis zu zwei Fünftel des Durchmessers der zweiten Seite der zweiten Linse entspricht. Besonders bevorzugt ist es, daß der zweite Bereich im wesentlichen bis zu ein Drittel des Durchmessers der zweiten Seite der zweiten Linse entspricht.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß der erste Bereich, in dem die erste Seite der zweiten Linse konkav bzw. im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist, eine Ausdehnung im wesentlichen von 2,55 mm aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, daß der zweite Bereich, in dem die zweite Seite der zweiten Linse plan ausgebildet ist, eine Ausdehnung im wesentlichen von 2,3 mm aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat sich als Vorteil erwiesen, daß der erste Bereich, in dem die erste Seite der zweiten Linse konkav bzw. im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist, und der zweite Bereich, in dem die zweite Seite der zweiten Linse plan ausgebildet ist, symmetrisch um die optische Achse des Linsensystems angeordnet sind.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die zweite Seite der zweiten Linse ebenfalls konvex auszubilden. Somit geht die zweite Seite von einer planen Form in eine konvexe Form über. Ferner ist vorzugsweise die erste Seite der ersten Linse konvex ausgebildet. Hingegen ist die zweite Seite der ersten Linse vorzugsweise konkav ausgebildet.
Sowohl die erste Linse als auch die zweite Linse können aus Glas gebildet sein. Vorzugsweise ist es aber vorgesehen, mindestens eine der beiden Linsen aus einem Kunststoff herzustellen. Diese Materialen sind besonders leicht sowie preiswert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist als Kunststoff Polycarbonat und/oder Zeonex^® vorgesehen. Beispielsweise ist die erste Linse aus Zeonex^® gebildet, während die zweite Linse aus Polycarbonat gebildet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auch die erste Seite oder die zweite Seite der ersten Linse asphärisch ausgebildet. Alternativ dazu ist vorgesehen, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sowohl die erste Seite als auch die zweite Seite der ersten Linse asphärisch auszubilden. Die asphärische Ausbildung der Seiten der ersten und der zweiten Linse einer besonderen Ausführungsform ergibt sich durch die folgende Gleichung:
wobei

z: ist der Abstand von der Fläche parallel zur Z-Achse,
c: ist die Krümmung an dem Pol der Fläche (CUY),
k: ist der konische Koeffizient (K) mit k= 0 für eine Sphäre, –1 < k < 0 für ein Ellipsoid mit Hauptachse auf der optischen Achse (gestrecktes Umdrehungsellipsoid), k = –1 für ein Paraboloid, k < –1 für ein Hyperboloid, k = –e² wobei e die Exzentrizität ist, k > 0 für ein abgeplattetes Umdrehungsellipsoid (kein konischer Bereich), die Fläche wird durch Rotieren einer Ellipse um die Nebenachse erzeugt, k = e²/(1 – e²) wobei e die Exzentrizität der erzeugenden Ellipse ist,
A, B, C, D, E, F, G, H, J: sind die Asphärenkoeffizienten der vierten, sechsten, achten, zehnten, 12ten, 14ten, 16ten, 18ten und 20ten Ordnung, wobei A = B = C = D = E = F = G = H = J = 0 für eine reine konische Fläche
h²: = x² + y².

Die Seiten der ersten und der zweiten Linse der bevorzugten Ausführungsform weisen die folgenden Radien und Asphärenkoeffzienten auf: Tabelle 1
Asphärenkoeffizienten erste Seite der ersten Linse:

K: 0,138142
A: –0,362941E – 02 B: 0,141070E – 03 C: –0,500044E – 03 D: 0,000000E + 00

Asphärenkoeffizienten zweite Seite der ersten Linse:

K: 14,805015
A: –0,430389E – 01 B: 0,761216E – 01 C: –0,258166E + 00 D: 0,363395E + 00
E: –0,231421E + 00

Asphärenkoeffizienten erste Seite der zweiten Linse:

K: 12,532823
A: –0,255452E – 01 B: –0,129167E – 01 C:0,315051E – 01 D :–0,497153E – 01
E: 0,345714E – 01 F:-0,101087E – 01

Asphärenkoeffizienten zweite Seite der zweiten Linse:

K: –0,238656E57
A: –0,128992E – 01 B: 0,257544E – 02 C: –0,116486E – 02 D: 0,176791E – 03
E: –0,381907E – 06 F: –0,294503E – 05 G: 0,250155E – 06 H:0,303670E – 08
J: -0,768736E – 09

Die oben in der Tabelle 1 angegebenen Distanzen entsprechen den Entfernungen der einzelnen Seiten zueinander in Bezug auf die optische Achse. So sind die erste Seite der ersten Linse und die zweite Seite der ersten Linse 1,59 mm auf der optischen Achse zueinander entfernt. Ferner beträgt die Distanz der zweiten Seite der ersten Linse zur ersten Seite der zweiten Linse 1,233 mm auf der optischen Achse. Die Distanz der ersten Seite der zweiten Linse zur zweiten Seite der zweiten Linse beträgt in Bezug auf die optische Achse 2,977 mm. In anderen Worten ausgedrückt, weist die erste Linse auf der optischen Achse eine Dicke von 1,59 mm auf. Hingegen weist die zweite Linse auf der optischen Achse eine Dicke von 2,977 mm auf.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das DOE an der ersten Linse angeordnet. Eine andere Ausführungsform sieht die Anordnung des DOE an der zweiten Linse vor. Es hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt, daß das DOE an der zweiten Seite der ersten Linse angeordnet wird. Alternativ dazu ist das DOE an der ersten Seite der zweiten Linse angeordnet. Das DOE weist vorzugsweise eine Form auf, die durch die folgende Formel der Phasenverschiebung bestimmt wird:
wobei ϕ(x) der Phasenfunktion, a_i dem Phasenkoeffizienten der i-ten Ordnung, x der Höhe senkrecht zur optischen Achse und λ der Designwellenlänge von 457,9 nm entspricht und wobei die Koeffizienten wie folgt gegeben sind:

a1: –1,1005E – 02 a2: 8,6289E – 03 a3: –5,1338E – 03
a4: 1,0897E – 03.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein digitales Kameramodul mit einem Linsensystem, das mindestens eines der vorgenannten Merkmale oder eine Kombination von mindestens zweien dieser Merkmale aufweist. Das digitale Kameramodul ist ferner mit einer Bilderfassungseinheit versehen, wobei die zweite Seite der zweiten Linse in Richtung der Bilderfassungseinheit gerichtet ist. Ein derartiges erfindungsgemäßes digitales Kameramodul ist insbesondere für ein tragbares Telefon (Handy) vorgesehen. Vorzugsweise ist die Bilderfassungseinheit als CCD oder CMOS ausgebildet. Desweiteren ist bei einer Ausführungsform des digitalen Kameramoduls vorgesehen, zwischen der Bilderfassungseinheit und der zweiten Seite der zweiten Linse einen Filter anzuordnen. Dieser Filter ist vorzugsweise als Infrarotfilter ausgebildet.
Die Erfindung betrifft auch eine Linse, die in einem oben beschriebenen Linsensystem als zweite Linse eingesetzt werden kann. Diese Linse weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf, die asphärisch ausgebildet sind. Zudem ist die erste Seite in einem ersten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der ersten Seite entspricht, konkav, vorzugsweise im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet. Ferner ist die zweite Seite in einem zweiten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der zweiten Seite entspricht, plan ausgebildet. Die asphärische Ausbildung der beiden Seiten wird durch die folgende Gleichung und Tabelle bestimmt:
Asphärenkoeffizienten erste Seite:

K: 12,532823
A: –0,255452E – 01 B: –0,129167E – 01 C: 0,315051E – 01 D: –0,497153E – 01
E: 0,345714E – 01 F: –0,101087E – 01

Asphärenkoeffizienten zweite Seite:

K: –0,238656E57
A: –0,128992E – 01 B: 0,257544E – 02 C: –0,116486E – 02 D: 0,176791E – 03
E: –0,381907E – 06 F: –0,294503E – 05 G: 0,250155E – 06 H: 0,303670E – 08
J: –0,768736E – 09

Zusätzlich kann diese Linse noch mindestens eines der oben genannten weiteren Merkmale der zweiten Linse aufweisen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mittels Figuren näher erläutert. Es zeigen
1 eine Vorderansicht und eine Rückansicht eines tragbaren Telefons (Handy), das ein digitales Kameramodul aufweist;
2 eine schematische Darstellung des digitalen Kameramoduls mit einem Linsensystem;
3 eine weitere schematische Darstellung des digitalen Kameramoduls nach 2, allerdings nur mit einem eingezeichneten Strahlengang; und
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des digitalen Kameramoduls.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Linsensystems besprochen, das in einem digitalen Kameramodul eines tragbaren Telefons (Handy) angeordnet ist. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das Linsensystem sich für jedes digitale Kameramodul eignet, insbesondere auch für digitale Kameras oder sogenannte Handheld-Computer, die mit einem digitalen Kameramodul versehen sind.
1 zeigt ein tragbares Telefon 1, das einen Deckelteil 2 und ein Basisteil 3 aufweist. Das Deckelteil 2 ist auf das Basisteil 3 klappbar. Im Deckelteil 2 ist ein Display 5 und im Basisteil 3 ist ein Bedienungsfeld 4 angeordnet.
Im Deckelteil 3 ist ein digitales Kameramodul 6 angeordnet, das ein Objektiv 7 aufweist. Nachfolgend wird das digitale Kameramodul 6 sowie das Objektiv 7, das durch ein Linsensystem gebildet wird, anhand der 2 und 3 besprochen.
Die 2 und 3 zeigen schematische Darstellungen des digitalen Kameramoduls 6, wobei sich die beiden Figuren nur durch die Anzahl der eingezeichneten Strahlengänge unterscheiden. Das Linsensystem besteht aus zwei Linsen, nämlich einer ersten Linse 9 und einer zweiten Linse 10, die symmetrisch um die optische Achse 8 des Linsensystems angeordnet sind. Die erste Linse 9 weist eine in Richtung zu einem Objekt gewandte erste Seite 11 und eine in Richtung einer ersten Seite 13 der zweiten Linse 10 gerichtete Seite 12 auf. Zusätzlich zu der ersten Seite 13 weist die zweite Linse 10 noch eine zweite Seite 14 auf, die in Richtung eines Filters 16 gewandt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Filter 16 aus einem Material gebildet, das unter der Bezeichnung BK7 vertrieben wird. Es dient zum einen als Schutz (Deckglas) und zum anderen als Infrarotfilter für einen Sensor 17, der hinter dem Filter 16 angeordnet ist und in Form eines CCD oder CMOS ausgebildet ist, auf den das Objekt abgebildet wird. Der Filter 16 ist nicht auf die genannten Materialien oder Verwendung beschränkt. Vielmehr kann jeder Filter verwendet werden, der gewünscht wird. Der Sensor 17 ist mit einer Ausleseeinheit (nicht dargestellt) des Telefons 1 verbunden, der das Bild auf dem Display 5 des Telefons 1 darstellt.
Die erste Linse 9 und die zweite Linse 10 sind aus Kunststoff gebildet. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die erste Linse 9 aus Zeonex^® gebildet, und die zweite Linse 10 ist aus Polycarbonat gebildet. Die Erfindung ist nicht auf die beiden genannten Kunststoffe eingeschränkt. Vielmehr sind auch weitere Kunststoffe verwendbar, die sich zur Bildung von Linsen eignen.
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt Eigenschaften der einzelnen Elemente des digitalen Kameramoduls, dessen aus dem Linsensystem gebildetes Objektiv eine Brennweite von 6,41 mm und einen Bildwinkel von 2w = 62° aufweist.
Tabelle 2
In der Tabelle 2 bedeutet die Abkürzung „cx" konvex und die Abkürzung „cc" konkav. Nachfolgend werden die Eigenschaften des digitalen Kameramoduls 6 gemäß Tabelle 2 näher erläutert.
Die erste Seite 11 der ersten Linse 9 ist konvex mit einem Radius von 1,8501 ausgebildet, hingegen ist die zweite Seite 12 der ersten Linse 9 konkav mit einem Radius von 3,8205 ausgebildet. Zwischen der ersten Seite 11 und der zweiten Seite 12 der ersten Linse 9 ist ein Abstand von 1,59 mm, wobei dieser Abstand entlang der optischen Achse 8 bestimmt wurde. Die zweite Seite 12 der ersten Linse 9 weist auf der optischen Achse 8 einen Abstand von 1,233 mm zur ersten Seite 13 der zweiten Linse 10 auf, die konkav mit einem Radius von 4,885 ausgebildet ist. Die zweite Seite 14 der zweiten Linse 10 ist von der ersten Seite 13 auf der optischen Achse 8 2,977 mm beabstandet und ist zudem konvex mit einem Radius von 105,434 ausgebildet. Der Filter 16 ist mit seiner ersten Seite 19 in einem Abstand von 0,4 mm von der zweiten Seite 14 der zweiten Linse 10 auf der optischen Achse 8 angeordnet. Er weist eine Dicke von 0,4 mm auf. Die zweite Seite 20 des Filters 16 ist vom Sensor 17 0,4 mm entfernt angeordnet.
Die einzelnen Abstände addiert ergeben die Baulänge des digitalen Kameramoduls 6, nämlich 7 mm. Diese Baulänge eignet sich besonders zum Einsatz bei tragbaren Telefonen, wie das in 1 dargestellte tragbare Telefon 1.
Die in der Tabelle 2 aufgeführten Radien „oo" geben wieder, daß die zugehörige Seite (Fläche) plan ausgebildet ist.
Die erste Seite 11 der ersten Linse 9, die zweite Seite 12 der ersten Linse 9, die erste Seite 13 der zweiten Linse 10 und die zweiten Seite 14 der zweiten Linse 10 sind asphärisch ausgebildet. Die asphärische Ausbildung ergibt sich aus der bereits oben genannten Gleichung
deren Variablen bereits oben genannt wurden. Im einzelnen sind die Asphärenkoeffizienten der einzelnen Seiten wie folgt:
Asphärenkoeffizienten erste Seite 11 der ersten Linse 9:

Asphärenkoeffizienten zweite Seite 12 der ersten Linse 9:

Asphärenkoeffizienten erste Seite 13 der zweiten Linse 10:

Asphärenkoeffizienten zweite Seite 14 der zweiten Linse 10:

Somit weist die zweite Fläche 14 der zweiten Linse 10 um die optische Achse 8 herum eine plane Form 15 auf, die in der Nähe der Ränder der zweiten Linse 10 in eine konvexe Form übergeht.
An der zweiten Seite 12 der ersten Linse 9 ist auch ein DOE 18 angeordnet. Dieses DOE 18 bestimmt sich aus der folgenden Gleichung, die bereits oben genannt wurde:
Die Variablen wurden bereits oben erläutert. Die Designwellenlänge entspricht 457,9 nm, wobei die Koeffizienten wie folgt gegeben sind:

Mittels des DOE ist eine ausreichende Korrektur von sphärischen und chromatischen Abberationen möglich.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 4 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile wie bereits oben genannt darstellen. Diese Figur soll verdeutlichen, daß das DOE 18 auch an der ersten Seite 13 der zweiten Linse 10 angeordnet werden kann.
Das beschriebene erfindungsgemäße Linsensystem weist den Vorteil auf, daß es nur einen geringen Bauplatz benötigt und gleichzeitig eine hohe optische Leistungsfähigkeit zur Verfügung stellt. Zudem ist es möglich, die einzelnen Linsen aus preiswerten Materialien, insbesondere aus Kunststoff, zu fertigen.

1: Telefon
2: Deckelteil
3: Basisteil
4: Bedienfeld
5: Display
6: digitales Kameramodul
7: Objektiv (Linsensystem)
8: optische Achse
9: erste Linse
10: zweite Linse
11: erste Seite der ersten Linse
12: zweite Seite der ersten Linse
13: erste Seite der zweiten Linse
14: zweite Seite der zweiten Linse
15: planer Teil
16: Filter
17: Sensor
18: DOE
19: erste Seite des Filters
20: zweite Seite des Filters

Claims

Linsensystem (7) zur Abbildung eines Objekts auf eine Bilderfassungseinheit, mit einer ersten Linse (9) und einer zweiten Linse (10), wobei – die erste Linse (9) eine zu einem Objekt gerichtete erste Seite (11) und eine zu der zweiten Linse (10) gerichtete zweite Seite (12) aufweist; – die zweite Linse (10) eine zu der zweiten Seite (12) der ersten Linse (9) gerichtete erste Seite (13) und eine zu einer Bilderfassungseinheit (16, 17) gerichtete zweite Seite (14) aufweist, wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) und die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) asphärisch ausgebildet sind und wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) in einem ersten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der ersten Seite (13) der zweiten Linse (10) entspricht, konkav ausgebildet ist und wobei die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) in einem zweiten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) entspricht, plan ausgebildet ist; und – wobei das Linsensystem (7) ein diffraktives optisches Element (18) aufweist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 1, wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) in dem ersten Bereich im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Bereich eine Ausdehnung von im wesentlichen bis zur Hälfte des Durchmessers (Radius) der ersten Seite (13) der zweiten Linse (10) aufweist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 3, wobei der erste Bereich im wesentlichen bis zu zwei Fünftel des Durchmessers der ersten Seite (13) der zweiten Linse (10) entspricht.
Linsensystem (7) nach Anspruch 4, wobei der erste Bereich im wesentlichen bis zu ein Drittel des Durchmessers der ersten Seite (13) der zweiten Linse (10) entspricht.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich, in dem die zweite Seite (14) der zweite Linse (10) plan ausgebildet ist, eine Ausdehnung von im wesentlichen bis zur Hälfte des Durchmessers (Radius) der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) aufweist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 6, wobei der zweite Bereich, in dem die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) plan ausgebildet ist, im wesentlichen bis zu zwei Fünftel des Durchmessers der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) entspricht.
Linsensystem (7) nach Anspruch 7, wobei der zweite Bereich, in dem die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) plan ausgebildet ist, im wesentlichen bis zu ein Drittel des Durchmessers der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) entspricht.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich eine Ausdehnung im wesentlichen von 2,55 mm aufweist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich eine Ausdehnung im wesentlichen von 2,3 mm aufweist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich symmetrisch um die optische Achse (8) des Linsensystems (7) angeordnet sind.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Seite (11) der ersten Linse (9) konvex ausgebildet ist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Seite (12) der ersten Linse (9) konkav ausgebildet ist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) konvex ausgebildet ist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Linse (9) und/oder die zweite Linse (10) aus Glas oder einem Kunststoff gebildet sind.
Linsensystem (7) nach Anspruch 15, wobei als Kunststoff Polycarbonat oder Zeonex^® vorgesehen ist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste oder die zweite Seite (11, 12) der ersten Linse (9) asphärisch ausgebildet ist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 17, wobei die erste Seite (11) der ersten Linse (9) und die zweite Seite (12) der ersten Linse (9) asphärisch ausgebildet sind.
Linsensystem (7) nach Anspruch 17 oder 18, wobei sich die asphärische Ausbildung der ersten und zweiten Seiten (11, 12, 13, 14) der ersten Linse (9) und der zweiten Linse (10) nach der folgenden Gleichung und den folgenden Tabellen ergeben:

Asphärenkoeffizienten erste Seite (11) der ersten Linse (9): K: 0,138142 A: –0,362941E – 02 B: 0,141070E – 03 C: –0,500044E – 03 D: 0,000000E + 00 Asphärenkoeffizienten zweite Seite (12) der ersten Linse (9): K: 14,805015 A: –0,430389E – 01 B: 0,761216E – 01 C: –0,258166E + 00 D: 0,363395E + 00 E: –0,231421E + 00 Asphärenkoeffizienten erste Seite (13) der zweiten Linse (10): K: 12,532823 A: –0,255452E – 01 B: –0,129167E – 01 C: 0,315051E – 01 D: –0,497153E – 01 E: 0,345714E – 01 F: –0,101087E – 01 Asphärenkoeffizienten zweite Seite (14) der zweiten Linse (10): K: –0,238656E57 A: –0,128992E – 01 B: 0,257544E – 02 C: –0,116486E – 02 D: 0,176791E – 03 E: –0,381907E – 06 F: –0,294503E – 05 G: 0,250155E – 06 H: 0,303670E – 08 J: –0,768736E – 09
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der ersten Linse (9) das diffraktive optische Element angeordnet ist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der zweiten Linse (10) das diffraktive optische Element angeordnet ist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 20, wobei die zweite Seite (12) der ersten Linse (9) das diffraktive optische Element (18) aufweist.
Linsensystem (7) nach Anspruch 21, wobei die erste Seite (13) der zweiten Linse (10) das diffraktive optische Element (18) aufweist.
Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich das diffraktive optische Element (18) nach der folgenden Formel bestimmt:
wobei ϕ(x) der Phasenfunktion, a_i dem Phasenkoeffizienten der i-ten Ordnung, x der Höhe senkrecht zur optischen Achse und λ der Designwellenlänge von 457,9 nm entspricht und wobei die Koeffizienten wie folgt gegeben sind: a1: –1,1005E – 02 a2: 8,6289E – 03 a3: –5,1338E – 03 a4: 1,0897E – 03.
Digitales Kameramodul (6) mit einem Linsensystem (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche sowie mit einer Bilderfassungseinheit (16, 17), wobei die zweite Seite (14) der zweiten Linse (10) in Richtung der Bilderfassungseinheit (16, 17) gerichtet ist.
Digitales Kameramodul (6) nach Anspruch 25, wobei die Bilderfassungseinheit (17) ein CCD oder CMOS umfaßt.
Digitales Kameramodul (6) nach Anspruch 25 oder 26, wobei zwischen der Bilderfassungseinheit (17) und der zweiten Seite (14) der zweiten Linse (10) ein Filter (16) angeordnet ist.
Linse (10) für ein Linsensystem (7), insbesondere ein Linsensystem (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, mit einer ersten Seite (13) und mit einer zweiten Seite (14), wobei die erste Seite (13) und die zweite Seite (14) asphärisch ausgebildet sind und wobei die erste Seite (13) in einem ersten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der ersten Seite (13) entspricht, konkav ausgebildet ist und wobei die zweite Seite (14) in einem zweiten Bereich, der im wesentlichen bis zu zwei Drittel des Durchmessers der zweiten Seite (14) entspricht, plan ausgebildet ist, wobei sich asphärische Ausbildungen der ersten und der zweiten Seite (13, 14) durch die folgende Gleichung und Tabelle bestimmen:

Asphärenkoeffizienten erste Seite (13): K: 12,532823 A: –0,255452E – 01 B: –0,129167E – 01 C: 0,315051E – 01 D: –0,497153E – 01 E: 0,345714E – 01 F: –0,101087E – 01 Asphärenkoeffizienten zweite Seite (14): K: –0,238656E57 A: –0,128992E – 01 B: 0,257544E – 02 C: –0,116486E – 02 D: 0,176791E – 03 E: –0,381907E – 06 F: –0,294503E – 05 G: 0,250155E – 06 H: 0,303670E – 08 J: –0,768736E – 09
Linse (10) nach Anspruch 28, wobei die erste Seite (13) der Linse (10) in dem ersten Bereich im wesentlichen sphärisch konkav ausgebildet ist.