DE102011114834A1

DE102011114834A1 - Ultraweitwinkelobjektiv

Info

Publication number: DE102011114834A1
Application number: DE102011114834A
Authority: DE
Inventors: Thomas Steinich
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-06
Also published as: WO2013050097A1; DE102011114834B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraweitwinkelobjektiv mit einer in ihrer Reihenfolge von der Objekt- zur Bildebene geordneten Abfolge von Linsenelementen, umfassend: – eine Frontgruppe mit • einer ersten Linse, die als Frontlinse angeordnet und als positive Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist, • einer der Frontlinse (1) bildseitig benachbarten zweiten Linse (2), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (21) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (22) aufweist, und • einer der zweiten Linse (2) bildseitig benachbarten dritten Linse (3), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (31) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (32) aufweist, – eine der Frontgruppe (I) bildseitig benachbarte Aperturgruppe (II), mit • einer objektseitig angeordneten vierten Linse (4) mit positiver Brechkraft, und • einem der vierten Linse (4) bildseitig benachbarten ersten Kittglied (56) mit – einer objektseitig angeordneten fünften Linse (5), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (51) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (52) aufweist, und – einer bildseitig angeordneten sechsten Linse (6), die als Bikonvexlinse ausgebildet ist, • einer dem ersten Kittglied (56) bildseitig benachbarten Aperturblende (STO), – eine der Aperturgruppe (II) bildseitig benachbarte Fokussiergruppe (III) mit • einem objektseitig angeordneten zweiten Kittglied (78) mit – einer objektseitig angeordneten siebten Linse (7) mit positiver Brechkraft und – einer bildseitig angeordneten achten Linse (8) mit negativer Brechkraft, • einer dem zweiten Kittglied (78) bildseitig benachbarten neunten Linse (9) mit positiver Brechkraft und • einer der neunten Linse (9) bildseitig benachbarten zehnten Linse (10). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, die zehnte Linse (10) als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (101) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (102) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraweitwinkelobjektiv mit einer in ihrer Reihenfolge von der Objekt- zur Bildebene geordneten Abfolge von Linsenelementen, umfassend:

– eine Frontgruppe mit • einer ersten Linse, die als Frontlinse angeordnet und als positive Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist, • einer der Frontlinse bildseitig benachbarten zweiten Linse, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist, und • einer der zweiten Linse bildseitig benachbarten dritten Linse, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist, – eine der Frontgruppe bildseitig benachbarte Aperturgruppe, mit • einer objektseitig angeordneten vierten Linse mit positiver Brechkraft, und • einem der vierten Linse bildseitig benachbarten ersten Kittglied mit – einer objektseitig angeordneten fünften Linse, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist, und – einer bildseitig angeordneten sechsten Linse, die als Bikonvexlinse ausgebildet ist, • einer dem ersten Kittglied bildseitig benachbarten Aperturblende, – eine der Aperturgruppe bildseitig benachbarte Fokussiergruppe mit • einem objektseitig angeordneten zweiten Kittglied mit – einer objektseitig angeordneten siebten Linse mit positiver Brechkraft und – einer bildseitig angeordneten achten Linse mit negativer Brechkraft, • einer dem zweiten Kittglied bildseitig benachbarten neunten Linse mit positiver Brechkraft und • einer der neunten Linse bildseitig benachbarten zehnten Linse.

Stand der Technik
Ein derartiges Ultraweitwinkelobjektiv ist bekannt aus der US 3976,365 . Das bekannte Objektiv umfasst drei Linsengruppen. Eine objektseitige Frontgruppe, eine Zentralgruppe und eine bildseitig angeordnete, rückwärtige Linsengruppe. Im Hinblick auf ihre Funktion innerhalb des erfindungsgemäßen Objektivs werden diese drei Linsengruppen als Frontgruppe, Aperturgruppe und Fokussiergruppe angesprochen, obgleich die funktionale Bezeichnung im Rahmen des bekannten Objektivs nicht vollständig zutreffend ist.
Die Frontgruppe des bekannten Objektivs ist als Retrofokus-Gruppe mit insgesamt negativer Brechkraft ausgestaltet. Das Konzept des Retrofokus, welches der Vergrößerung der hinteren Schnittweite des Objektivs dient, ist dem Fachmann geläufig. Es findet insbesondere Einsatz bei kurzbrennweitigen Objektiven, deren Länge größer als ihre nominelle Brennweite ist.
Die Frontgruppe des bekannten Objektivs stimmt sowohl funktional als auch im Hinblick auf ihre Linsenformabfolge mit der Frontgruppe der vorliegenden Erfindung überein. Die übrigen Linsen des bekannten Objektivs, die hier mit Blick auf die Erfindung in eine zentrale Aperturgruppe und eine rückwärtige Fokussiergruppe eingeteilt sind, lassen sich bei dem bekannten Objektiv funktional besser einteilen in eine zentrale Korrekturgruppe und eine rückwärtige Abschlussgruppe.
Die Korrekturgruppe besteht aus der vierten Linse und zwei Kittgliedern, die um eine Aperturblende herum angeordnet sind. Die vierte Linse ist dabei als dicke, positive Meniskuslinse ausgebildet. Das erste Kittglied ist aus einer negativen Meniskuslinse (fünfte Linse) und einer dicken Bikonvexlinse (sechste Linse) gebildet. Das zweite Kittglied ist aus einer positiven Meniskuslinse (siebte Linse) und einer Bikonkavlinse (achte Linse) gebildet. Gemäß den Erläuterungen in der genannten Druckschrift ist diese Anordnung besonders günstig für eine effiziente Korrektion von Aberrationen. Hierzu werden fünf Bedingungen angegeben, die sich auf Eigenschaften der einzelnen Linsen der Korrekturgruppe beziehen.
Die Ausgestaltung der Abschlussgruppe, die zwei positive Linsen, insbesondere eine positive Meniskuslinse und eine Bikonvexlinse aufweist, wird in der genannten Druckschrift nicht thematisiert. Diese Art der Abschlussgruppe entspricht aber einer gängigen Ausgestaltung, wie sie beispielsweise auch in der US 3,830,559 und der US 4,145,116 offenbart ist.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Objektiv weiterzubilden, indem die Möglichkeit für eine Innenfokussierung mit sehr guter und stabiler Abbildungsleistung über den Fokussierungsbereich geschaffen wird.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die zehnte Linse als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist.
Zunächst liegt der Erfindung rein gedanklich eine Änderung der Einteilung der Linsen in Linsengruppen zugrunde. Insbesondere wird das zweite Kittglied, welches im Stand der Technik funktional der Korrekturgruppe zugerechnet war, zusammen mit der Abschlussgruppe als Fokussiergruppe betrachtet. Innerhalb der Fokussiergruppe wird die letzte Linse, die bislang stets als positive Linse und insbesondere als Bikonvexlinse ausgebildet war, als negative Linse und zwar insbesondere als negative Meniskuslinse ausgestaltet. Hieraus ergeben sich zwei vorteilhafte Wirkungen.
Zum einen kann eine Innenfokussierung realisiert werden, indem die gesamte Fokussiergruppe als Einheit axial verschieblich angeordnet wird, wie dies bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist. Front- und Aperturgruppe sind von dieser Verschieblichkeit nicht betroffen.
Zum anderen bietet die hier als zehnte Linse bezeichnete Abschlusslinse, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, eine besonders günstige Ansatzfläche für eine weitergehende Korrektion mittels Asphärisierung. Die Korrektion von Aberrationen, insbesondere von sphärischen Aberrationen durch Einführung asphärischer Flächen ist seit langem bekannt. Dabei werden typischerweise Flächen negativer Meniskuslinsen für die Asphärisierung gewählt. Diese befinden sich bei den Objektiven gem. Stand der Technik im Bereich der Frontgruppe. Als weit objektseitig angeordnete Linsen weisen sie einen großen Durchmesser auf. Die Asphärisierung von Linsenflächen großen Durchmessers ist technisch aufwendig und kostenintensiv. Durch Verwendung einer negativen Meniskuslinse als Abschlusslinse wird ein neuer, weit bildseitig angeordneter Ansatzpunkt für eine Korrektion mittels Asphärisierung geschaffen. Durch die weit bildseitige Anordnung ist der Durchmesser der betroffenen Flächen vergleichsweise klein, sodass der Aufwand der Asphärisierung reduziert wird. Insbesondere können moderne Fertigungsverfahren, wie z. B. das Blankpressen mit Multiwerkzeugen eingesetzt werden. Hierdurch werden die Herstellungskosten für das Objektiv reduziert, ohne dass Einbußen hinsichtlich der Korrektionsqualität hingenommen werden müssten. So ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen, dass wenigstens eine der Oberflächen der zehnten Linse asphärisch geformt ist. Bevorzugt sind beide Oberflächen der zehnten Linse asphärisch geformt.
Hieraus ergeben zwei zusätzliche Vorteile der Erfindung. Zum einen wird die Stabilität der Innenfokussierung durch die Aspärisierung der letzten Linse, die bei der Fokussierung bevorzugt mitbewegt wird, unterstützt. Bei herkömmlichen Systemen, d. h. bei typischen Frontlinsen-Aspären, ist die Asphäre von der Innenfokussierung entkoppelt und steht fest, was sich negativ auf die Stabilität der Innenfokussierung auswirkt. Zum anderen ermöglicht die die Asphärisierung der letzten Linse eine weitgehende Berücksichtigung feldabhäniger Aberrationen.
In diesem Zusammenhang sei das hier zugrundeliegende Verständnis der einander scheinbar widersprechenden Begriffe „Krümmungsradius” und „Asphäre” erläutert. Eine asphärische Fläche lässt sich durch eine Polynomentwicklung der folgenden Form beschreiben:
wo z die Axialkoordinate und r die Radialkoordinate, R den „Krümmungsradius”, k eine konische Konstante und die α₁ die asphärischen Koeffizienten bezeichnen. In diesem Sinn ist der für sphärische Flächen klare Begriff „Krümmungsradius” im Rahmen der vorliegenden Beschreibung im Zusammenhang mit asphärischen Flächen zu verstehen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass

– die Gesamtbrechkraft der Frontgruppe negativ,
– die Gesamtbrechkraft der Aperturgruppe positiv und
– die Gesamtbrechkraft der Fokussiergruppe positiv ist.

Insbesondere für die Fokussiergruppe bedeutet dies, dass die Brechkraft der neunten Linse und des zweiten Kittgliedes gemeinsam die negative Brechkraft der Abschlusslinse überkompensieren müssen, wobei bevorzugt das zweite Kittglied für sich gesehen selbst eine positive Brechkraft aufweist.
Bzgl. des Verhältnisses der Brennweiten der Apertur- und der Frontgruppe ist bevorzugt vorgesehen, dass für den Quotienten des Betrags der Brennweite f₁' der Frontgruppe zum Betrag der Brennweite f₂' der Aperturgruppe die Bedingung gilt:
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Betrag der Brennweite der Frontgruppe etwa gleich, oder vorzugsweise geringfügig kleiner als die Hälfte des Betrages der Brennweite der Aperturgruppe ist.
Bzgl. des Brennweitenverhältnisses der Aperturgruppe und der Fokussiergruppe ist bevorzugt vorgesehen, dass für den Quotienten des Betrags der Brennweite f₂' der Aperturgruppe zum Betrag der Brennweite f₃' der Fokussiergruppe die Bedingung gilt:
Dies bedeutet mit anderen Warten, dass die Brennweiten von Fokussiergruppe und Aperturgruppe in etwa gleich groß sind.
Für die Brechzahlen n_d und die Abbe-Zahlen ν_d der zweiten, dritten und zehnten Linse gilt bevorzugt die Bedingung: n_d ≥ 1,73 und ν_d ≥ 42.
Als n_d wird hier der Brechungsindex des jeweiligen Linsenmaterials für Licht der d-Frauenhoferlinie bezeichnet. Als ν_d wird die Abbezahl
bezeichnet, wobei n_F und n_C die Brechungsindizes des jeweiligen Linsenmaterials für Licht der F- bzw. der C-Fraunhoferlinie bezeichnen. Die bevorzugten Gläser für die zweite, dritte und zehnte Linse liegen somit bevorzugt im Bereich der Lanthan-Flintgläser.
Anders die bevorzugte Materialwahl für die siebte Linse. Hier ist bevorzugt vorgesehen, dass für die Brechzahl n_d und die Abbe-Zahl ν 7 / d der siebten Linse die Bedingung gilt: n 7 / d ≤ 1,55 und ν 7 / d ≥ 80.
Bei dem Material der siebten Linse handelt es sich somit bevorzugt um ein Fluor- oder Phospatkronglas.
Da die siebte Linse im Rahmen des zweiten Kittgliedes in besonderer Weise mit der achten Linse zusammenwirkt, ist das Verhältnis beider Elemente zueinander von besonderer Bedeutung. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass für den Quotienten der Abbe-Zahl ν 7 / d der siebten Linse zur Abbe-Zahl ν 8 / d der achten Linse die Bedingung gilt:
Mit anderen Worten wird das zweite Kittglied aus zwei Elementen mit extrem unterschiedlichen Materialeigenschaften gebildet. Insbesondere ist das Material der achten Linse bevorzugt ein Schwerflintglas.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, ist die vierte Linse bevorzugt als eine Bikonvexlinse ausgebildet. Dieses bietet einen weiteren, günstigen Ansatzpunkt für die Korrektion sphärischer Aberrationen durch Asphärisierung wenigstens einer der Oberflächen der vierten Linse. Bevorzugt sind beide Oberflächen der vierten Linse asphärisch geformt. Auch bei der vierten Linse handelt es sich um eine Linse vergleichsweise geringen Durchmessers, sodass die asphärische Ausgestaltung gerade dieser Linse im Hinblick auf Kosten und technischen Aufwand besonders günstig ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die im Stand der Technik als positive Meniskuslinse ausgebildete neunte Linse als Bikonvexlinse ausgebildet. Insbesondere weist die objektseitige Oberfläche der neunten Linse einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche auf. Die bikonvexe Gestaltung hat u. a. herstellungstechnische Vorteile.
Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist die im Stand der Technik als positive Meniskuslinse ausgestaltete siebte Linse als Binkonvexlinse ausgebildet. Insbesondere weist die objektseitige Oberfläche der siebten Linse bevorzugt einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche auf.
Wie auch beim Stand der Technik ist die achte Linse bevorzugt als Bikonkavlinse ausgebildet, deren objektseitige Oberfläche einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung der Linsenformabfolge eines erfindungsgemäßen Objektivs
2: eine schematische Darstellung des Objektivs von 1 zur Illustration der Innenfokussierung,
3: ein Diagramm der Bildfeldwölbung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
4: ein Diagramm der prozentualen Verzeichnung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
5: ein Diagramm der longitudinalen Aberration als Funktion der Pupilleneinfallshöhe für verschiedene Wellenlängen bei einem Objektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6: ein Diagramm der Bildfeldwölbung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7: ein Diagramm der prozentualen Verzeichnung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
8: ein Diagramm der longitudinalen Aberration als Funktion der Pupilleneinfallshöhe für verschiedene Wellenlängen bei einem Objektiv gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
9: ein Diagramm der Bildfeldwölbung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
10: ein Diagramm der prozentualen Verzeichnung als Funktion des Feldwinkels bei einem Objektiv gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
11: ein Diagramm der longitudinalen Aberration als Funktion der Pupilleneinfallshöhe für verschiedene Wellenlängen bei einem Objektiv gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung der Linsenformabfolge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivs 1000 in seiner bestimmungsgemäßen Orientierung zwischen einer Objektebene OBJ und einer Bildebene IMA. Die Bildebene IMA repräsentiert die Lage des Sensors einer Kamera, bei der das Objektiv 1000 bestimmungsgemäß montiert ist.
Das Objektiv 1000 umfasst eine als Retrofokusgruppe ausgebildete Frontgruppe I, eine bildseitige oder rückwärtige Fokussiergruppe III und eine zentral zwischen der Frontgruppe I und der Fokussiergruppe III angeordnete Aperturgruppe II. Weiter weist das gezeigte Objektiv 1000 zwischen seiner Fokussiergruppe III und der Bildebene IMA eine planparallele Abschlussscheibe A auf, die vorwiegend Schutzfunktionen erfüllt und optisch von untergeordneter Bedeutung ist. Die Frontgruppe I umfasst eine objektseitig angeordnete Frontlinse 1, die als positive Meniskuslinse ausgebildet ist und deren objektseitige Oberfläche 11 einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 12 aufweist. Die Frontlinse 1 wird hier auch als erste Linse 1 bezeichnet. Bildseitig der ersten Linse 1 ist eine zweite Linse 2 angeordnet, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist und deren objektseitige Oberfläche 21 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 22 aufweist. Bildseitig der zweiten Linse ist eine dritte Linse angeordnet, die ebenfalls als negative Meniskuslinse ausgebildet ist und deren objektseitige Oberfläche 31 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 32 aufweist.
Die Aperturgruppe II weist eine objektseitig angeordnete, vorzugsweise asphärisch, besonders bevorzugt beidseitig asphärisch ausgebildete vierte Linse auf, die als Bikonvexlinse ausgebildet ist auf und deren objektseitige Oberfläche 41 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 42 aufweist. Bildseitig der vierten Linse 4 ist ein Kittglied 56 angeordnet, bestehend aus einer objektseitigen fünften Linse 5 und einer bildseitigen sechsten Linse 6. Die fünfte Linse 5 ist als negative Meniskuslinse ausgebildet, deren objektseitige Oberfläche 51 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 52 aufweist. Die bildseitige sechste Linse 6 ist als Bikonvexlinse ausgebildet, deren objektseitige Oberfläche 61, die mit der bildseitigen Oberfläche 52 der fünften Linse zusammenfällt, einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 52 aufweist. Bildseitig des Kittgliedes 56 ist eine Aperturblende STO angeordnet, die hier mit zur Aperturgruppe II gezählt wird.
Frontgruppe I und Aperturgruppe II, deren einzelne Elemente innerhalb ihrer jeweiligen Gruppe zueinander fixiert angeordnet sind, sind auch untereinander sowie in ihrem räumlichen Verhältnis zur Bildebene IMA fixiert. Dies bedeutet, dass sie an einer Fokussierung, bei der einzelne Linsen der Linsengruppen axial verschoben werden, nicht „teilnehmen”.
Die Fokussierung, die bei dem dargestellten Objektiv 1000 als reine Innenfokussierung ausgebildet ist, ist der Fokussiergruppe III vorbehalten. Diese umfasst ein objektseitiges Kittglied 78, bestehend aus einer objektseitigen siebten Linse 7 und einer bildseitigen achten Linse 8. Die siebte Linse 7 ist als Bikonvexlinse ausgebildet, deren objektseitige Oberfläche 71 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 72 aufweist. Die achte Linse 8 ist als Bikonkavlinse ausgebildet, deren objektseitige Oberfläche 81, welche mit der bildseitigen Oberfläche 72 der siebten Linse zusammenfällt, einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 82 aufweist. Bildseitig des Kittgliedes 78 ist eine neunte Linse 9 angeordnet, deren objektseitige Oberfläche 91 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 92 aufweist. Bildseitig der neunten Linse 9 ist eine zehnte Linse 10 angeordnet, die als vorzugsweise asphärische, besonders bevorzugt beidseitig asphärische, negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche 101 einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche 102 aufweist. Die einzelnen Elemente der Fokussiergruppe III sind zueinander fixiert angeordnet, wobei jedoch die Fokussiergruppe III als ganzes relativ zu der Frontgruppe I, der Aperturgruppe II und der Bildebene IMA axial verschieblich angeordnet ist. Durch axiale Verschiebung der Fokussiergruppe können Objekte in unterschiedlichen Objektebenen OBJ in der Bildebene IMA scharf abgebildet werden.
Die nachfolgenden Tabellen, welche konkrete Werte für die in 1 gezeigten Elemente und deren Oberflächen enthalten, repräsentieren drei bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Objektivs 1000. Die Tabellen 1.1, 2.1 und 3.1 geben dabei jeweils die bevorzugten Werte für Oberflächentyp, Krümmungsradius, Durchmesser und konische Konstante k der mit den Bezugszeichen von 1 bezeichneten, einzelnen Oberflächen sowie den Brechungsindex n_d und die Abbe-Zahl ν_d der einzelnen Linsen wieder. Die Tabellen 1.2, 2.2 und 3.2 geben jeweils die bevorzugte Wahl der asphärischen Koeffizienten der Oberflächen 41 und 42 der vierten Linse bzw. der Oberflächen 101 und 102 der zehnten Linse wieder. Die Tabellen 1.3, 2.3 und 3.3. veranschaulichen jeweils die realisierte Innenfokussierung durch Wiedergabe der Abstände zwischen Objektebene OBJ, Aperturblende STO, bildseitiger Oberfläche 112 der Abschlussscheibe A und der Bildebene IMA. In allen Tabellen sind Längenangaben in Millimetern und dimensionslose Größen als dimensionslose Zahl wiedergegeben. INF ist als Hinweis auf eine „unendliche” Entfernung zu verstehen. Materialangaben für ein Element sind jeweils dessen objektseitiger Oberfläche zugeordnet. Ein einer Oberfläche zugeordneter Abstand ist als bildseitiger Abstand dieser Oberfläche zu der in der Tabelle nächstgenannten Oberfläche zu verstehen. Alle Zahlenangaben sind aufgrund von Rundungsfehlern mit einer Toleranz von ca. 0,5% zu verstehen.
Das erste Ausführungsbeispiel, welches in den Tabellen 1.1, 1.2 und 1.3 konkretisiert ist, stellt ein Ultraweitwinkelobjektiv mit einer Brennweite f' = 14,0 mm, einer Anfangsöffnung F# = 2,8 und einem objektseitigen Bildwinkel von 2 × 50° = 100° dar, dessen Abbildungsmaßstab β' mittels Innenfokussierung zwischen 0 und –0,094 variierbar ist.
Das zweite Ausführungsbeispiel, dessen Auslegung in den Tabellen 2.1, 2.2 und 2.3 konkretisiert ist, stellt ein Ultraweitwinkelobjektiv mit einer Brennweite f' = 14,0 mm, einer Anfangsöffnung F# = 2,05 und einem bildseitigen Öffnungswinkel von 2 × 45° = 90° dar, wobei der Abbildungsmaßstab β' mittels Innenfokussierung zwischen 0 und –0,094 variierbar ist.

Das dritte Ausführungsbeispiel, dessen Auslegung in den Tabellen 3.1, 3.2 und 3.3 konkretisiert ist, stellt ein Ultraweitwinkelobjektiv mit einer Brennweite f' = 10,0 mm, einer Anfangsöffnung F# = 2,05 und einem bildseitigen Öffnungswinkel von 2 × 45° = 90° dar, wobei der Abbildungsmaßstab β' mittels Innenfokussierung zwischen 0 und –0,094 variierbar ist. Erstes Ausführungsbeispiel:

Fläche	Typ	Radius [mm]	Durchmesser [mm]	n_d	ν_d	K
OBJ	STANDARD	INF	INF			0
11	STANDARD	42,07	5,06	1,623	58,2	0
12	STANDARD	79,05	2,98			0
21	STANDARD	28,21	1,50	1,744	44,8	0
22	STANDARD	12,60	5,68			0
31	STANDARD	69,80	1,50	1,755	52,3	0
32	STANDARD	12,43	13,53			0
41	EVENASPH	55,36	7,41	1,683	31,4	5,8777
42	EVENASPH	–35,18	0,10			1,0260
51	STANDARD	208,41	1,50	1,806	40,6	0
52,61	STANDARD	39,52	1,86	1,517	64,2	0
62	STANDARD	–68,29	0,10			0
STO	STANDARD	INF	7,469			0
71	STANDARD	25,95	10,01	1,487	84,5	0
172,81	STANDARD	–13,00	1,64	1,722	29,2	0
82	STANDARD	163,28	1,02			0
91	STANDARD	35,80	4,86	1,755	52,3	0
92	STANDARD	–23,81	0,14			0
101	EVENASPH	23,96	1,61	1,739	49,0	–6,5815
102	EVENASPH	14,52	15,00			–0,8730
111	STANDARD	INF	4,00	1,517	64,2	0
112	STANDARD	INF	5,02			0
IMA	STANDARD	INF				0

Tabelle 1.1

Linse 4 Fläche 41		Fläche 42
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–4,7056·10^–6	α₂:	–9,9978·10^–6
α₃:	–1,7902·10^–9	α₃:	6,8393·10^–8
α₄:	1,9620·10^–9	α₄:	8,4145·10^–10

Linse 10 Fläche 101		Fläche 102
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–5,4748·10^–5	α₂:	–3,8941·10^–5
α₃:	–5,4046·10^–7	α₃:	–2,5165·10^–7
α₄:	1,3436·10^–9	α₄:	1,9713·10^–9

Tabelle 1.2

Fläche	β' = 0 Abstand [mm]	β' = –0,043 Abstand [mm]	β' = –0,094 Abstand [mm]
OBJ	INF	305,00	130,00
STO	7,47	6,86	6,15
112	5,02	5,62	6,34
IMA

Tabelle 1.3 Zweites Ausführungsbeispiel:

Fläche	Typ	Radius [mm]	Durchmesser [mm]	n_d	ν_d	K
OBJ	STANDARD	INF	INF	0
11	STANDARD	48,77	4,59	1,623	58,16	0
12	STANDARD	106,31	2,62			0
21	STANDARD	29,35	2,12	1,744	44,78	0
22	STANDARD	13,26	6,27			0
31	STANDARD	60,87	1,49	1,755	52,32	0
32	STANDARD	11,98	13,50			0
41	EVENASPH	51,92	7,49	1,683	31,38	0,1690
42	EVENASPH	–37,44	0,21			2,3918
51	STANDARD	184,75	1,50	1,806	40,61	0
52,61	STANDARD	39,61	2,44	1,517,	64,16	0
62	STANDARD	–58,84	0,45			0
STO	STANDARD	INF	7,475			0
71	STANDARD	29,20	8,65	1,487	84,46	0
72,81	STANDARD	–13,28	1,50	1,722	29,23	0
82	STANDARD	152,05	1,56			0
91	STANDARD	35,85	4,49	1,755	52,32	0
92	STANDARD	–24,27	0,12			0
101	EVENASPH	24,34	2,06	1,739	49,01	–7,5345
102	EVENASPH	14,81	15,00			–1,0921
111	STANDARD	INF	4,00	1,517	64,16	0
112	STANDARD	INF	4,995			0
IMA	STANDARD	INF				0

Tabelle 2.1

Linse 4 Fläche 41		Fläche 42
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–6,9225·10^–6	α₂:	–1,1454·10^–5
α₃:	2,6304·10^–8	α₃:	1,9344·10^–8
α₄:	1,3323·10^–9	α₄:	1,0300·10^–9

Linse 10 Fläche 101		Fläche 102
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–5,1722·10^–5	α₂:	–4,8060·10^–5
α₃:	–6,0016·10^–7	α₃:	–4,8060·10^–7
α₄:	1,8357·10^–9	α₄:	2,1133·10^–9

Tabelle 2.2

Fläche	β' = 0 Abstand [mm]	β' = –0,043 Abstand [mm]	β' = –0,094 Abstand [mm]
OBJ	INF	305,00	130,00
STO	7,48	6,86	6,15
112	5,00	5,61	6,32
IMA

Tabelle 2.3 Drittes Ausführungsbeispiel:

Fläche	Typ D	Radius [mm]	Durchmesser [mm]	n_d	ν_d	K
OBJ	STANDARD	INF	INF			0
11	STANDARD	31,39	3,81	1,623	58,16	0
12	STANDARD	63,49	1,92			0
21	STANDARD	19,69	1,66	1,744	44,78	0
22	STANDARD	9,09	4,66			0
31	STANDARD	60,17	1,04	1,755	52,32	0
32	STANDARD	8,87	9,78			0
41	EVENASPH	31,62	5,67	1,683	31,38	1,7236
42	EVENASPH	–29,64	0,07			1,3664
51	STANDARD	128,81	1,02	1,806	40,61	0
52,61	STANDARD	30,19	1,67	1,517	64,16	0
62	STANDARD	–42,59	0,37			0
STO	STANDARD	INF	5,329			0
71	STANDARD	19,88	5,51	1,487	84,46	0
72,81	STANDARD	–9,32	1,00	1,722	29,23	0
82	STANDARD	98,77	1,67			0
91	STANDARD	23,18	3,12	1,755	52,32	0
92	STANDARD	–18,58	0,38			0
101	EVENASPH	16,68	1,29	1,739	49,01	–6,2571
102	EVENASPH	10,17	10,00			–0,9535
111	STANDARD	INF	4,00	1,517	64,16	0
112	STANDARD	INF	3,048			0
IMA	STANDARD	INF				0

Tabelle 3.1

Linse 4 Fläche 41		Fläche 42
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–1,1422·10^–5	α₂:	–2,3222·10^–5
α₃:	7,2945·10^–7	α₃:	3,7388·10^–7
α₄:	2,3346·10^–9	α₄:	5,9477·10^–9

Linse 10 Fläche 101		Fläche 102
α₁:	0	α₁:	0
α₂:	–1,4824·10^–4	α₂:	–1,172210^–4
α₃:	–3,0908·10^–6	α₃:	–1,6558·10^–6
α₄:	1,5068·10^–8	α₄:	2,0068·10^–8

Tabelle 3.2

Fläche	β' = 0 Abstand [mm]	β' = –0,043 Abstand [mm]	β' = –0,094 Abstand [mm]
OBJ	INF	216,91	92,13
STO	5,33	4,89	4,39
112	3,05	3,49	3,99
IMA

Tabelle 3.3

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Objektiv 1000 in unterschiedlichen Fokussierstellungen, d. h. mit unterschiedlich eingestellten Abbildungsmaßstäben β'. Die gestrichelten Hilfslinien dienen der Veranschaulichung der Innenfokussierung. Man erkennt, dass nur die Fokussiergruppe III als Einheit axial verschoben wird. Die Frontgruppe I und die Aperturgruppe II bleiben zueinander sowie zur Bildebene IMA fixiert. Die strichpunktierten Linien dienen der Veranschaulichung der gleich bleibenden Gesamtlänge des Objektivs 1000.
Die 3 bis 11 zeigen, jeweils gruppiert für das erste, das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel gemäß den obigen Tabellen bestimmte optische Größen des jeweils resultierenden Objektivs 1000. Die 3 bis 5 beziehen sich dabei auf das oben konkretisierte erste Ausführungsbeispiel; die 6 bis 8 beziehen sich auf das oben konkretisierte zweite Ausführungsbeispiel; die 9 bis 11 beziehen sich auf das oben konkretisierte dritte Ausführungsbeispiel.
In den 3, 6 und 9 ist jeweils die Bildfeldwölbung bei einer Wellenlänge von 546 nm dargestellt. Die Abszisse repräsentiert dabei eine longitudinale Defokussierung in Millimetern entlang der optischen Achse. Die Ordinate repräsentiert die Feldkoordinate des Öffnungswinkels und zwar von 0° (auf der optischen Achse) bis zum maximalen Feldwinkel, d. h. bis 50° beim ersten Ausführungsbeispiel und bis 45° beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel. Der mit „T” bezeichnete Graph repräsentiert jeweils die tangentiale Bildschale; der mit „S” bezeichnete Graph repräsentiert jeweils die sagittale Bildschale.
Die 4, 7 und 10 zeigen jeweils Diagramme für die Verzeichnung bei einer Wellenlänge von 546 nm. Die Abszisse repräsentiert dabei die prozentuale Verzeichnung. Die Ordinate repräsentiert jeweils die Feldkoordinate und zwar von 0° (auf der optischen Achse) bis zum maximalen Feldwinkel, d. h. bis zu 50° beim ersten Ausführungsbeispiel und bis zu 45° beim zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
Die 5, 8 und 11 sind Diagramme für die longitudinale Aberration. Die Abszisse repräsentiert dabei die longitudinale Defokussierung entlang der optischen Achse in Millimetern. Die Ordinate repräsentiert jeweils die Radialkomponente der Eintrittspupille des Objektivs. Die Diagramme zeigen die longitudinale Abweichung eines axialen Aperturstrahls für verschiedene Wellenlängen und Einfallshöhen bei einem Abbildungsmaßstab von β' = 0. Die einzelnen Graphen für die verschiedenen Wellenlängen sind mit der jeweiligen Wellenlänge in Nanometer gekennzeichnet.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung an breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
Bezugszeichenliste

1000: Objektiv
OBJ: Objektebene
I: Frontgruppe
1: erste Linse
11: objektseitige Oberfläche von 1
12: bildseitige Oberfläche von 1
2: zweite Linse
21: objektseitige Oberfläche von 2
22: bildseitige Oberfläche von 2
3: dritte Linse
31: objektseitige Oberfläche von 3
32: bildseitige Oberfläche von 3
II: Aperturgruppe
4: vierte Linse
41: objektseitige Oberfläche von 4
42: bildseitige Oberfläche von 4
5: fünfte Linse
51: objektseitige Oberfläche von 5
52: bildseitige Oberfläche von 5
6: sechste Linse
61: objektseitige Oberfläche von 6
62: bildseitige Oberfläche von 6
56: Kittglied aus 5 und 6
STO: Aperturblende
III: Fokussiergruppe
7: siebte Linse
71: objektseitige Oberfläche von 7
72: bildseitige Oberfläche von 7
8: achte Linse
81: objektseitige Oberfläche von 8
82: bildseitige Oberfläche von 8
78: Kittglied aus 7 und 8
9: neunte Linse
91: objektseitige Oberfläche von 9
92: bildseitige Oberfläche von 9
10: zehnte Linse
101: objektseitige Oberfläche von 10
102: bildseitige Oberfläche von 10
A: planparallele Abschlussscheibe
111: objektseitige Oberfläche von A
112: bildseitige Oberfläche von A
IMA: Bildebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3976365 [0002]
US 3830559 [0006]
US 4145116 [0006]

Claims

Ultraweitwinkelobjektiv mit einer in ihrer Reihenfolge von der Objektebene (OBJ) zur Bildebene (IMA) geordneten Abfolge von Linsenelementen, umfassend: – eine Frontgruppe (I) mit • einer ersten Linse (1), die als Frontlinse angeordnet und als positive Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (11) einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (12) aufweist, • einer der Frontlinse (1) bildseitig benachbarten zweiten Linse (2), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (21) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (22) aufweist, und • einer der zweiten Linse (2) bildseitig benachbarten dritten Linse (3), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (31) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (32) aufweist, – eine der Frontgruppe (I) bildseitig benachbarte Aperturgruppe (II), mit • einer objektseitig angeordneten vierten Linse (4) mit positiver Brechkraft, und • einem der vierten Linse (4) bildseitig benachbarten ersten Kittglied (56) mit – einer objektseitig angeordneten fünften Linse (5), die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (51) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (52) aufweist, und – einer bildseitig angeordneten sechsten Linse (6), die als Bikonvexlinse ausgebildet ist, • einer dem ersten Kittglied (56) bildseitig benachbarten Aperturblende (STO), – eine der Aperturgruppe (II) bildseitig benachbarte Fokussiergruppe (III) mit • einem objektseitig angeordneten zweiten Kittglied (78) mit – einer objektseitig angeordneten siebten Linse (7) mit positiver Brechkraft und – einer bildseitig angeordneten achten Linse (8) mit negativer Brechkraft, • einer dem zweiten Kittglied (78) bildseitig benachbarten neunten Linse (9) mit positiver Brechkraft und • einer der neunten Linse (9) bildseitig benachbarten zehnten Linse (10), dadurch gekennzeichnet, dass die zehnte Linse (10) als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (101) einen größeren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (102) aufweist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Oberflächen (101, 102) der zehnten Linse (10) asphärisch geformt ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gesamtbrechkraft der Frontgruppe (I) negativ, – die Gesamtbrechkraft der Aperturgruppe (II) positiv und – die Gesamtbrechkraft der Fokussiergruppe (III) positiv ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Quotienten des Betrags der Brennweite f₁' der Frontgruppe (I) zum Betrag der Brennweite f₂' der Aperturgruppe (II) die Bedingung gilt:
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Quotienten (II) des Betrags der Brennweite f₂ der Aperturgruppe zum Betrags der Brennweite f₃' der Fokussiergruppe (III) die Bedingung gilt:
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brechzahlen n_d und die Abbe-Zahlen ν_d der zweiten (2), dritten (3) und zehnten (10) Linse jeweils die Bedingung gilt: n_d ≥ 1,73 und ν_d ≥ 42
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brechzahl n 7 / d und die Abbe-Zahl ν 7 / d der siebten Linse (7) die Bedingung gilt: n 7 / d ≤ 1,55 und n 7 / d ≥ 80.
Ultraweitwinkelobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Quotienten der Abbe-Zahl ν 7 / d der siebten Linse (7) zur Abbe-Zahl ν 8 / d der achten Linse (8) die Bedingung gilt:
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Linse (4) als eine Bikonvexlinse ausgebildet ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Oberflächen (41, 42) der vierten Linse (4) asphärisch geformt ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die neunte Linse (9) als eine Bikonvexlinse ausgebildet ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die siebte Linse (7) als Bikonvexlinse ausgebildet ist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die achte Linse (8) als Bikonkavlinse ausgebildet ist, deren objektseitige Oberfläche (81) einen kleineren Krümmungsradius als ihre bildseitige Oberfläche (82) aufweist.
Ultraweitwinkelobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungsgruppe (III) als Einheit axial verschieblich ist.