DE102010035034B3

DE102010035034B3 - Hoch geöffnetes Weitwinkelobjektiv

Info

Publication number: DE102010035034B3
Application number: DE102010035034A
Authority: DE
Inventors: Hildegard Ebbesmeier; Thomas Steinich
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: WO2012022673A1; EP2606392A1; CA2808950A1; KR20130047745A; CN103097934A; US20130188265A1; JP2013536467A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hoch geöffnetes Weitwinkelobjektiv für die digitale Bildaufnahme, welches fünf Linsen hat, nämlich, von der Objektseite, also von links aus betrachtet, eine erste negative Meniskuslinse (112), eine zweite positive Linse (118), eine dritte positive Linse (126), eine vierte negative Linse (130) und eine fünfte positive Meniskuslinse. Zwischen der zweite Linse (118) und der dritten Linse 126) ist eine Blende (122) angeordnet. Mindestens drei Flächen vor der Blende und drei Flächen hinter der Blende sind als asphärische Oberfläche ausgebildet. Es können aber auch weitere Oberflächen asphärisch gestaltet sein. Auf Grund seiner extrem kompakten Bauweise und seiner hervorragenden optischen Eigenschaften ist das vorgeschlagene hoch geöffnete Weitwinkelobjektiv geeignet als Wechselobjektiv für sogenannte ”Hybrid-Kameras”.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hoch geöffnetes Weitwinkelobjektiv für die digitale Bildaufnahme für fotografische und industrielle Anwendungen.
Stand der Technik
Neben digitalen Spiegelreflex-Kameras wachst zunehmend das Interesse an Digitalkameras ohne Spiegel, jedoch mit annähernd vergleichbaren Eigenschaften hinsichtlich der Abbildungsqualität und des Zubehörs, insbesondere hinsichtlich der Möglichkeit, Wechselobjektive für spezielle Aufgaben einsetzen zu können.
Der Verzicht auf den Spiegel bringt den Systemen vor allem einen Größenvorteil gegenüber Spiegelreflexkameras. Die Modellgrößen der spiegellosen Kameras nähern sich bereits denen großer Kompaktkameras.
Digitalkameras mit Wechselobjektiven, aber ohne Spiegel werden vielfach als ”Hybridkamera” bezeichnet. Zur Realisierung verschiedener spezieller Verwendungen derartiger Kameras werden u. a. auch Wechselobjektive in möglichst kompakter Bauweise benötigt.
Ein Weitwinkelobjektiv zur digitalen Bildaufnahme wird beispielsweise in der US 7,239,457 B2 beschrieben. Dieses Weitwinkelobjektiv ist geeignet für die Aufnahme mit einem Halbbild-Winkel im Bereich zwischen 40° und 50°. Es hat fünf bzw. sechs Linsen, wobei die dritte und vierte Linse miteinander verkittet sind. Eine der Anwendung gemäße Eigenschaft des beschriebenen Objektivs ist beispielsweise der mittels eines Prismas um 90° umgelenkte Strahlengang hinter der Frontlinse. Dadurch ist es als Wechselobjektiv für Hybridkameras nicht geeignet. Ferner hat es eine sehr große gesamte Baulänge.
Klassische Weitwinkel-Retrofokus-Objektive, wie z. B. US 5,631,780 A , bestehen aus einer Vielzahl von sphärischen Linsen, hier z. B. 10 Linsen, und haben eine Baulänge von ca. 70 bis 100 mm. Asphärische Oberflächen werden nur in sehr geringem Maße eingesetzt, hier beispielsweise nur zwei Oberflächen.
Die Druckschrift US 2009/0009887 A1 beschreibt beispielsweise ein Weitwinkelobjektiv mit nur fünf Linsen, wobei, von der Objektseite aus betrachtet, die dritte und vierte Linse eine Dublette bilden. Hierbei hat mindestens eine der fünf Linsen objektseitig eine asphärische Oberfläche und mindestens eine der fünf Linsen hat bildseitig eine asphärische Oberfläche. Außerdem sind insgesamt mindestens drei der Oberflächen der fünf Linsen asphärisch ausgebildet.
Eine andere Schrift ( US 2003/0174410 A1 ) offenbart ein Weitwinkelobjektiv (mit Festbrennweite), welches ebenfalls fünf Linsen umfasst, die vier Linsengruppen darstellen. Auch hier bilden die dritte und vierte Linse, von der Objektseite aus betrachtet, eine Dublette. Alle Linsengruppen, mit Ausnahme der Dublette, sind Einzellinsen, wobei jede der Einzellinsen eine asphärische Oberfläche aufweist.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hoch geöffnetes Weitwinkelobjektiv anzugeben, welches sich durch eine sehr kompakte Bauweise und durch eine sehr gute Abbildungsqualität auszeichnet.
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Weitwinkelobjektiv für die digitale Bildaufnahme, welches in der angegebenen Reihenfolge, von der Objektseite aus betrachtet, folgende Elemente aufweist:

a) eine erste negative Meniskuslinse, wobei die konvexe Oberfläche der Meniskuslinse der Objektseite zugewandt ist;
b) eine zweite positive Linse, wobei die starker gekrümmte konvexe Oberfläche der Linse der Objektseite zugewandt ist;
c) eine Blende;
d) eine dritte positive Linse, wobei die stärker gekrümmte konvexe Oberfläche der Linse von der Objektseite abgewandt ist;
e) eine vierte negative Linse;
f) wobei die dritte positive Linse und die vierte negative Linse miteinander verkittet sind; und
g) eine fünfte positive Meniskuslinse, wobei die konvexe Oberfläche der Meniskuslinse von der Objektseite abgewandt ist;
h) wobei das Weitwinkelobjektiv keine weiteren Linsen hat;
i) wobei die dem Objekt zugewandte Oberfläche der zweiten Linse eine asphärische Oberfläche aufweist;
j) wobei mindestens drei Linsen-Oberflächen objektseitig vor der Blende und mindestens drei Linsen-Oberflächen bildseitig hinter der Blende als asphärische Oberfläche ausgebildet sind; und
k) wobei die Brechzahlen n_d und Abbé-Zahlen ν_d der Linsenmaterialien die Bedingungen gemäß nachstehender Tabelle erfüllen, wobei alle diese Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein müssen:

	n_d	ν_d
1. Linse	≥ 1,8	≥ 40
2. Linse	≥ 1,8	≤ 30
3. Linse	≥ 1,8	≥ 45
4. Linse	≥ 1,8	≤ 30
5. Linse	≥ 1,5	≥ 55

l) wobei die Brennweite der ersten Linse einen Wert im Bereich des –1,0fachen bis –1,2fachen der Gesamtbrennweite des Weitwinkelobjektivs hat.

Das vorgeschlagene Weitwinkelobjektiv ist geeignet für die Anwendung in Verbindung mit Bildsensoren bis zu einem Bildkreisdurchmesser von 30 mm. Im Besonderen können sie im fotografischen Bereich für APS-C („Advanced Photo System Classic”) Sensoren und Micro-Four-Third-Sensoren eingesetzt werden. Die Sensorgröße bei APS-C beträgt etwa 23,6 × 15,8 mm (was etwa einem Seitenverhältnis von 3:2 entspricht).
Das vorgeschlagene Objektiv mit einer Brennweite von 16 mm und Blendenzahlen von 2,8 und 2,2 ist geeignet für Bildkreisdurchmesser bis 30 mm. Das Objektiv mit einer Brennweite von 12 mm und einer Blendenzahl von 2,4 ist für Bildkreisdurchmesser bis 21,7 mm vorgesehen.
Der objektseitige Bildwinkel der vorgestellten Objektive ist größer als 80°, insbesondere beträgt er 85°. Der deutlich kleinere bildseitige Winkel (Hauptstahlwinkel, der auf die Chip-Ebene fällt) beträgt maximal 20° und ist erforderlich beim Einsatz von Sensoren mit Mikrolinsen zur Vermeidung von Helligkeitsverlust.
Die Auswahl von Glassorten mit höheren Brechzahlen (n_d ≥ 1,8) für die ersten vier Linsen begünstigt das Erreichen eines extrem kompakten Gesamtsystems bei gleichzeitiger Erhaltung des sehr guten Korrekturzustandes (was einer hohen Abbildungsleistung entspricht).
Auf Grund seiner extrem kompakten Bauweise und seiner hervorragenden optischen Eigenschaften ist das vorgeschlagene hoch geöffnete Weitwinkelobjektiv insbesondere auch geeignet als Wechselobjektiv für die sogenannten „Hybrid-Kameras”.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Objektivs ist die zweite positive Linse und/oder die dritte positive Linse und/oder die vierte negative Linse des Objektivs als Meniskuslinse ausgebildet.
Von Vorteil ist es auch, dass eine Fokussierung des Bildes durch ein Verschieben des gesamten Objektivs entlang der optischen Achse erfolgen kann, wobei die Luftabstände zwischen den Linsen des Objektivs konstant bleiben, und nur der Abstand zwischen der letzten Oberfläche der fünften Linse und dem Bildsensor verändert wird.
Die Fokussierung auf unterschiedliche Entfernungen kann außer durch die genannte Gesamtverschiebung des Objektivs zusätzlich durch Veränderung des ersten Luftabstandes nach der Blende erfolgen, also des Abstandes zwischen der Blende und der dritten positiven Linse. Letzteres ermöglicht eine optimale Abbildungsleistung über einen groben Abbildungsmaßstabsbereich.
Der Luftabstand hinter der ersten Linse sollte mindestens ein 0,6-faches der Brennweite des Objektivs betragen, während die Schnittweite hinter der letzten Linsenoberfläche in bildseitiger Richtung mindestens ein 1,25-faches der Brennweite des Objektivs betragen soll.
Günstig ist es auch, wenn die vierte Linse eine negative Meniskuslinse ist, wobei die konkave Oberfläche der Linse der Objektseite zugewandt ist.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die erste Linse zwei asphärische Oberflächen aufweist. Dies dient zur Korrektion von Verzeichnung, Astigmatismus und Bildfeldwölbung.
Ebenfalls günstig ist es, wenn die fünfte Linse zwei asphärische Oberflächen aufweist. Dies dient der Korrektion von feldabhängigen Bildfehlern und verringert den bildseitigen Bildwinkel im Vergleich zum objektseitigen Bildwinkel.
Vorteilhafterweise sollte die objektseitige Oberfläche der zweiten Linse als Asphäre ausgebildet sein, um die Korrektur der sphärischen Aberration zu gewährleisten. Eine zusätzliche asphärische Oberfläche auf der bildseitigen Oberfläche ist sinnvoll, um höhere Anfangsöffnungen als k = 2,8 (z. B. k = 2,2) zu erzielen.
Auch ist es von Vorteil, wenn die objektseitige Oberfläche der dritten Linse eine asphärische Oberfläche aufweist. Dies dient der Korrektur von pupillenabhängigen Bildfehlern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist es günstig, dass das Verhältnis der Abbé-Zahl der dritten Linse zur Abbé-Zahl der vierten Linse einen Wert größer oder gleich 1,5 beträgt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems mit einem Ausführungsbeispiel der Linsenanordnung des hoch geöffneten Weitwinkelobjektivs;
2 eine graphische Darstellung der Bildfeldwölbung eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
3 eine graphische Darstellung der Verzeichnung eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
4 eine graphische Darstellung des Farbquerfehlers eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
5 eine graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
6 eine graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,2;
7 eine graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 12 mm und einer Blendenzahl von k = 2,4;
Die technischen Daten von drei Ausführungsbeispielen des in 1 dargestellten Weitwinkelobjektivs sind in den Tabellen 1 bis 6 aufgelistet. Im Einzelnen zeigt:
Tab. 1 eine Liste der Radien, der Dicken bzw. Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
Tab. 1A eine Liste der Asphärenkoeffizienten eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8;
Tab. 2 eine Liste der Radien, der Dicken bzw. Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,2;
Tab. 2A eine Liste der Asphärenkoeffizienten eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,2;
Tab. 3 eine Liste der Radien, der Dicken bzw. Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 12 mm und einer Blendenzahl von k = 2,4;
Tab. 3A eine Liste der Asphärenkoeffizienten eines Weitwinkelobjektivs gemäß 1 mit einer Brennweite von 12 mm und einer Blendenzahl von k = 2,4;
Das Ausführungsbeispiel, dessen Linsenanordnung in der 1 dargestellt ist, zeigt schematisch den grundlegenden Aufbau des vorgeschlagenen kompakten hochgeöffneten Weitwinkelobjektivs. Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele haben den gleichen grundlegenden Aufbau, unterscheiden sich jedoch bezüglich ihrer Brennweite und der Blendenzahl.
Bei dem in 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel des optischen Systems 100 handelt es sich bei dem Objektiv um ein hoch geöffnetes Weitwinkelobjektiv 102 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8. In der Darstellung der 1 befindet sich jeweils die Objektseite 104 links und die Bildseite 106 mit dem digitalen Aufnahmesensor 108 rechts.
Das in 1 gezeigte Weitwinkelobjektiv 102 besteht, in der Reihenfolge von der Objektseite 104 zur Bildseite 106 bzw. zum Bildsaufnahmesensor 108 betrachtet, also von links nach rechts, aus folgenden Elementen:

a) einer ersten negative Meniskuslinse 112, wobei die konvexe Oberfläche 110 der Meniskuslinse 112 der Objektseite 104 zugewandt ist;
b) einer zweiten positiven Linse 118, wobei die starker gekrümmte konvexe Oberfläche 116 der Linse 118 der Objektseite 104 zugewandt ist
c) einer Blende 122d
d) einer dritten positiven Linse 126, wobei die stärker gekrümmte konvexe Oberfläche 128 der Linse 126 von der Objektseite 104 abgewandt ist;
f) einer vierten negativen Linse 130;
g) einer fünften positiven Meniskuslinse 136, wobei die konvexe Oberfläche 138 der Meniskuslinse 136 der Objektseite 104 zugewandt ist.

Die dritte Linse 126 und die vierte Linse 130 sind miteinander verkittet und bilden eine Dublette.
Bildseitig ist hinter der letzten Linse 136 des Weitwinkelobjektivs 102 ein Glasweg 142 eingerechnet. In der Regel werden Infrarot-Cut-Filter und/oder optische Low-Pass-Filter sowie ein Sensor-Coverglass eingesetzt. Die Gesamtdicke ist je nach Hersteller zwischen 0,6 mm und 3 mm.
Als Ausführungsbeispiele gemäß dem grundlegenden Aufbau von 1 werden drei Weitwinkelobjektive 102 mit folgenden optischen Kenndaten angeführt:
Ausführungsbeispiel 1:

Brennweite 16 mm
Blendenzahl k = 2,8

Ausführungsbeispiel 2:

Brennweite 16 mm
Blendenzahl k = 2,2

Ausführungsbeispiel 3:

Brennweite 12 mm
Blendenzahl k = 2,4

Die genauen Angaben zu den einzelnen Oberflächen der optischen Elemente der drei Ausführungsbeispiele finden sich in Tab. 1 bis Tab. 3 zusammen mit den jeweils zugehörigen Bezugsziffern.
In den Tabellen 1, 2 und 3 finden sich die Listen der Radien, der Dicken bzw. Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbé-Zahlen der drei Ausführungsbeispiele.
In den Tab. 1A, 2A und 3A sind die Asphärendaten der asphärisch ausgeführten Linsenoberflächen der drei als Ausführungsbeispiele vorgestellten Weitwinkel-Objektive aufgelistet.
Die Oberfläche einer asphärischen Linse kann allgemein mit der folgenden Formel beschrieben werden:
wobei

– z die Pfeilhöhe (in mm) in Richtung der optischen Achse ist.
– c die sogenannte Scheitelkrümmung angibt. Sie dient zur Beschreibung der Krümmung einer konvexen oder konkaven Linsenoberfläche und errechnet sich aus dem Kehrwert des Radius.
– r den Abstand von der optischen Achse (in mm) angibt und r eine Radialkoordinate ist.
– k die sogenannte Konuskonstante angibt.
– a₁, a₂, a₃, a₄, a₅ und a₆ die sogenannten Asphärenkoeffizienten darstellen, die die Koeffizienten einer Polynomentwicklung der Funktion zur Beschreibung der Oberfläche der Asphäre sind.

Bei der Fokussierung ist es vorteilhaft, wenn neben der Verschiebung des Objektivs als ganzes zusätzlich eine Floating-Fokussierung vorgenommen wird. Bei der Floating-Fokussierung wird der erste Luftraum hinter der Blende verkleinert. Bei der Floating-Fokussierung für die nächste Naheinstellung (β' = –0,1, Abstand zum Objekt = 170 mm) ergeben sich dann die folgenden Werte:

Bezugszeichen	Luftabstand zum nächsten Element/mm	Erklärung
104	170,000	Der Abstand zwischen Objekt 104 und erster Linsenoberfläche 114 beträgt minimal 170 mm.
122	4,86	Der Luftabstand hinter der Blende wird um 0,3 mm verkleinert. D. h. die hinteren drei Linsen werden gemeinsam in Richtung der vorderen zwei Linsen verschoben. Für Abstände des Objekts zwischen Unendlich und 170 mm ergeben sich für den Luftabstand hinter der Blende entsprechende Zwischenwerte zwischen 4,86 und 5,16 mm (siehe Tabelle 1).
138	21,54	Die bildseitige Schnittweite des Objektivs verlängert sich um 1,54 mm (siehe Tabelle 1).

In den 2 bis 7 sind einige charakteristische Kenngrößen der drei beispielhaften Weitwinkelobjektive 102 gemäß dem grundlegenden Aufbau entsprechend 1 graphisch dargestellt.
2 zeigt graphisch die Bildfeldwölbung 200 eines Weitwinkelobjektivs 102 gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8. Die Kurve 202 zeigt den Verlauf der tangentialen Bildschale, während die Kurve 204 den Verlauf der sagittalen Bildschale darstellt. Dabei gibt die waagerechte Achse (x-Achse) die longitudinale Defokussierung entlang der optischen Achse an. Die senkrechten Achse (y-Achse) beinhaltet die Feldkoordinate von 0° Feldwinkel bis zum maximalem Feldwinkel.
Eine graphische Darstellung der Verzeichnung 300 eines Weitwinkelobjektivs 102 gemäß 1 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8 wird in 3 gezeigt. Dabei gibt die waagerechte Achse (x-Achse) die prozentuale Verzeichnung im Bereich von –5% bis +5% an, während die Werte der senkrechten Achse (y-Achse) den Feldkoordinaten von 0° Feldwinkel bis zum maximalen Feldwinkel entsprechen. Die Kurve 302 stellt den Verlauf der Verzeichnung über den Feldwinkel bis zum maximalen Feldwinkel dar. Die Verzeichnung ist stets kleiner als 3%.
In 4 wird graphisch der Farbquerfehlers eines Weitwinkelobjektivs 102 gemäß 1 mit der Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8 wiedergegeben. Dabei gibt die waagerechte Achse (X-Achse) die Abweichung des Schwerstrahls vom Referenzschwerstrahl bei λ = 546,074 nm in Mikrometer an. Die senkrechte Achse (y-Achse) gibt die Feldkoordinate von 0° Feldwinkel bis zum maximalem Feldwinkel an. Die Kurve 402 zeigt den Verlauf der Abweichung des Schwerstrahls vom Referenzschwerstrahl für λ = 643,8469 nm über die Feldkoordinate, während die Kurve 404 den Verlauf der Abweichung des Schwerstrahls vom Referenzschwerstrahl für λ = 486,1327 nm über die Feldkoordinate darstellt.
Die graphische Darstellung der sphärischen Aberration 500 eines Weitwinkelobjektivs 102 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,8 wird in 5 gezeigt, während in 6 eine graphische Darstellung der sphärischen Aberration 600 eines Weitwinkelobjektivs 102 mit einer Brennweite von 16 mm und einer Blendenzahl von k = 2,2 bzw. in 7 die sphärische Aberration 700 eines Weitwinkelobjektivs 102 mit einer Brennweite von 12 mm und einer Blendenzahl von k = 2,4 dargestellt ist. Die waagerechte Achse (x-Achse) der Diagramme gibt jeweils die longitudinale Defokussierung entlang der optischen Achse an und die senkrechte Achse (y-Achse) den Halbmesser der Eintrittspupille des Objektivs. Die Diagramme zeigen jeweils die longitudinale Abweichung eines axialen Aperturstrahls für verschiedene Einfallshöhen in der Eintrittspupille, wobei die Verlaufskurven 502, 602, 702 jeweils für die Wellenlänge λ = 546,074 nm (Hauptfarbe) berechnet wurden.
Es sind für andere als die bereits genannten Brennweiten bzw. Blendenzahlen alle dazu gehörigen Maßangaben, z. B. Radien und Luftabstände, grundsätzlich skalierbar. Dies ermöglicht die Realisierung nicht nur der drei beschriebenen Beispiele, sondern einer ganze Serie von Objektiven gleicher Art, aber mit unterschiedlichen Brennweiten. Das Weitwinkelobjektiv ist damit für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar.
Bezugszeichenliste

100: optisches System
102: Weitwinkelobjektiv
104: Objektseite
106: Bildseite
108: Bildsensor
110: erste Oberfläche der Linse 112
112: erste Linse
114: zweite Oberfläche der Linse 112
116: erste Oberfläche der Linse 118
118: zweite Linse
120: zweite Oberfläche der Linse 118
122: Blende
124: erste Oberfläche der Linse 126
126: dritte Linse
128: zweite Oberfläche der Linse 126/erste Oberfläche der Linse 130
130: vierte Linse
132: zweite Oberfläche der Linse 130
134: erste Oberfläche der Linse 136
136: fünfte Linse
138: zweite Oberfläche der Linse 136
140: erste Oberfläche der transparenten Platte 142
142: transparente Platte
144: zweite Oberfläche der transparenten Platte 142
200: graphische Darstellung der Bildfeldwölbung eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 16 mm; Blendenzahl k = 2,8)
202: Kurvenverlauf der tangentialen Bildschale
204: Kurvenverlauf der sagittalen Bildschale
300: graphische Darstellung der Verzeichnung eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 16 mm; Blendenzahl k = 2,8)
302: Kurvenverlauf der Verzeichnung über den Feldwinkel
400: graphische Darstellung des Farbquerfehlers eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 16 mm; Blendenzahl k = 2,8)
402: Kurvenverlauf für den Farbquerfehler (Abweichung des Schwerstrahls vom Referenzschwerstrahl für λ = 643,8469 nm über die Feldkoordinate)
404: Kurvenverlauf für den Farbquerfehler (Abweichung des Schwerstrahls zum Referenzschwerstrahl für λ = 486,1327 nm über die Feldkoordinate)
500: graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 16 mm; Blendenzahl k = 2,8)
502: Kurvenverlauf der longitudinalen Abweichung eines axialen Aperturstrahls für verschiedene Einfallshöhen in der Eintrittspupille
600: graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 16 mm; Blendenzahl k = 2,2)
602: Kurvenverlauf der longitudinalen Abweichung eines axialen Aperturstrahls für verschiedene Einfallshöhen in der Eintrittspupille
700: graphische Darstellung der sphärischen Aberration eines Weitwinkelobjektivs (Brennweite 12 mm; Blendenzahl k = 2,4)
702: Kurvenverlauf der longitudinalen Abweichung eines axialen Aperturstrahls für verschiedene Einfallshöhen in der Eintrittspupille

zitierte Literatur

US 7,239,457 B2
US 5,631,780 A
US 2009/0009887 A1
US 2003/0174410 A1

Claims

Weitwinkelobjektiv (102) für die digitale Bildaufnahme, welches in der angegebenen Reihenfolge, von der Objektseite (104) aus betrachtet, folgende Elemente aufweist: a) eine erste negative Meniskuslinse (112), wobei die konvexe Oberfläche (110) der Meniskuslinse (112) der Objektseite (104) zugewandt ist; b) eine zweite positive Linse (118), wobei die stärker gekrümmte konvexe Oberfläche (116) der Linse (118) der Objektseite (104) zugewandt ist c) eine Blende (122); d) eine dritte positive Linse (126), wobei die starker gekrümmte konvexe Oberfläche (128) der Linse (126) von der Objektseite (104) abgewandt ist; e) eine vierte negative Linse (130); f) wobei die dritte positive Linse (126) und die vierte negative Linse (130) miteinander verkittet sind; und g) eine fünfte positive Meniskuslinse (136), wobei die konvexe Oberfläche (138) der Meniskuslinse (136) von der Objektseite (104) abgewandt ist; h) wobei das Weitwinkelobjektiv (102) keine weiteren Linsen hat; i) wobei die dem Objekt zugewandte Oberfläche (116) der zweiten Linse (118) eine asphärische Oberfläche aufweist; j) wobei mindestens drei Linsen-Oberflächen objektseitig vor der Blende und mindestens drei Linsen-Oberflächen bildseitig hinter der Blende als asphärische Oberfläche ausgebildet sind; und k) wobei die Brechzahlen n_d und Abbé-Zahlen ν_d der Linsenmaterialien die Bedingungen gemäß nachstehender Tabelle erfüllen, wobei alle diese Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein müssen: Bezugsziffer n_d ν_d 1. Linse 112 ≥ 1,8 ≥ 40 2. Linse 118 ≥ 1,8 ≤ 30 3. Linse 126 ≥ 1,8 ≥ 45 4. Linse 130 ≥ 1,8 ≤ 30 5. Linse 136 ≥ 1,5 ≥ 55

l) wobei die Brennweite der ersten Linse einen Wert im Bereich des –1,0fachen bis –1,2fachen der Gesamtbrennweite des Weitwinkelobjektivs (102) hat.
Weitwinkelobjektiv (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite positive Linse (118) und/oder die dritte positive Linse (126) und/oder die vierte negative Linse (130) eine Meniskuslinse ist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches derart ausgebildet ist, dass eine Fokussierung durch ein Verschieben des gesamten Objektivs (102) entlang der optischen Achse erfolgen kann; und/oder dass eine Fokussierung durch Veränderung des Abstandes zwischen der Blende (122) und der dritten positiven Linse (126) erfolgen kann.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftabstand bildseitig hinter der ersten Linse mindestens das 0,6-fache der Gesamtbrennweite des Weitwinkelobjektivs (102) beträgt; und dass die Schnittweite hinter der letzten Linsenoberfläche (138) in bildseitiger Richtung mindestens das 1,25-fache der Gesamtbrennweite des Weitwinkelobjektivs (102) beträgt.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Linse eine negative Meniskuslinse ist, wobei die konkave Oberfläche der Linse der Objektseite zugewandt ist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (112) zwei asphärische Oberflächen aufweist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Linse zwei asphärische Oberflächen aufweist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bildseitige Oberfläche der zweiten Linse eine asphärische Oberfläche aufweist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die objektseitige Oberfläche der dritten Linse eine asphärische Oberfläche aufweist.
Weitwinkelobjektiv (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Abbé-Zahlen der dritten Linse zur Abbé-Zahl der vierten Linse einen Wert gröber oder gleich 1,5 beträgt.