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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf fotografische Objektive mit Innenfokussierung.
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Stand der Technik
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Fotografische Objektive mit Innenfokussierung, d. h. fotografische Objektive, bei denen zur Fokussierung eine zwischen einer objektseitigen Frontlinse und einer bildseitigen Abschlusslinse angeordnete, innere Linse oder Linsengruppe axial verschoben wird, wobei der Abstand zwischen Frontlinse und Abschlusslinse sowie der Abstand der Frontlinse zur Bildebene konstant bleiben, sind dem Fachmann in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Je nach speziellem Einsatzgebiet und Qualitätsanforderungen können Linsenzahlen, Linsenformen und Linsendimensionen in vielfältiger Weise variiert werden. Dabei ist es ein allgemeines Anliegen, durch möglichst weitgehende Reduktion der Linsenzahl ein geringes Gewicht und einen geringen Bauraum zu realisieren. Gleichzeitig sollen aber eine große Lichtstärke und eine möglichst weitgehende Korrektion von Abbildungsfehlern erzielt werden. Auch auf eine möglichst hohe Geschwindigkeit der Fokussierung, die von der zu bewegenden Masse der Fokussiergruppe und dem Verstellweg abhängt, wird häufig großer Wert gelegt. Bezüglich all dieser Aspekte besteht ein erheblicher Zielkonflikt, sodass eine Verbesserung von Objektiven trotz moderner Optikdesign-Software äußerst schwierig ist, insbesondere wenn enge wirtschaftliche Rahmenbedingungen eingehalten werden müssen.
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Aus der
US 2013/0021513 A1 ist ein Fotografisches Objektiv bekannt, umfassend drei Linsengruppen, nämlich
- – eine objektseitige, in sich starre und axial fest angeordnete Frontgruppe positiver Brechkraft,
- – eine bildseitige, in sich starre und axial fest angeordnete Abschlussgruppe positiver Brechkraft, die wenigstens ein Kittglied umfasst, wobei das Kittglied aus einer objektseitig angeordneten, negativen Meniskuslinse, und aus einer bildseitig angeordneten, positiven Linse besteht, und
- – eine zwischen der Frontgruppe und der Abschlussgruppe angeordnete und axial bewegbare Fokussiergruppe,
sowie eine axial fest angeordnete und der Fokussiergruppe unmittelbar benachbarte Aperturblende. Allerdings weist dieses Objektiv in seiner Abschlussgruppe außer dem Kittglied eine Vielzahl weiterer Linsen und Kittglieder auf, sodass dieses Objektiv äußerst schwer und unhandlich ist.
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Vergleichbare Objektive sind aus der
US 2013/0194487 A1 bekannt.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein fotografisches Objektiv mit Innenfokussierung zur Verfügung zu stellen, welches bei großer Lichtstärke und guter Fehlerkorrektion die Voraussetzungen für eine vorzugsweise automatisierte Hochgeschwindigkeits-Fokussierung bietet und mit einer geringeren Anzahl von Linsen auskommt.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die objektseitige Fläche der negativen Meniskuslinse des Kittgliedes eine stärkere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche und die positive Linse des Kittgliedes als eine positive Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Fläche eine schwächere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche.
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Das erfindungsgemäße Objektiv ist überraschend einfach ausgebildet und kommt mit einer geringen Anzahl von Linsen aus, insbesondere je nach Ausführungsform mit 5 oder 6 Linsen. Dazu kann die Fokussiergruppe besonders leicht und mit kleinem Stellweg ausgebildet werden, sodass eine Hochgeschwindigkeitsfokussierung möglich wird.
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Das erfindungsgemäße Objektiv lässt sich in zwei Grundformen bauen, nämlich einer ersten Grundform bei der die Aperturblende bildseitig der Fokussiergruppe angeordnet ist, und einer zweiten Grundform, bei der die Aperturblende objektseitig der Fokussiergruppe angeordnet ist.
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Für die Ausgestaltung der einzelnen Linsengruppen können unterschiedliche Ansätze gewählt werden. Allgemein sei darauf hingewiesen, dass der Begriff der Linsengruppe im Rahmen der vorliegenden Beschreibung weit zu verstehen ist und sowohl Einzellinsen als auch Anordnungen aus mehreren Linsen umfassen können, wobei in letzterem Fall auch mehrere Einzellinsen zu einem oder mehreren Kittgliedern zusammengefasst sein können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Frontgruppe eine erste Linse negativer Brechkraft und eine zweite Linse positiver Brechkraft umfasst. Besonders günstig ist es, wenn die Frontgruppe aus der ersten Linse negativer Brechkraft und der zweiten Linse positiver Brechkraft besteht und keine weiteren Elemente aufweist. Die einzelnen Brechkräfte der beteiligten Linsen sind selbstverständlich so zu dimensionieren, dass die Frontgruppe als solche eine positive Brechkraft aufweist.
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Bei einer Weiterbildung der zuvor beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Linse als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, deren objektseitige Fläche eine schwächere Krümmung als ihre bildseitige Fläche aufweist. Die zweite Linse ist hingegen bevorzugt als Bikonvex- oder Plankonvexlinse ausgebildet, deren objektseitige Fläche eine stärkere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche. Dadurch lassen sich die Radien der einander innerhalb der Frontgruppe gegenüberliegenden Flächen weitgehend ähnlich gestalten, was im Hinblick auf die Vermeidung von Abbildungsfehlern besonders günstig ist.
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Grundsätzlich unabhängig von der Gestaltung der übrigen Gruppen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fokussiergruppe eine dritte Linse aufweist, die als Bikonkavlinse ausgebildet ist, insbesondere als eine solche, deren objektseitige Fläche eine schwächere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser Variante besteht die Fokussiergruppe aus dieser dritten Linse und weist keine weiteren Elemente auf. Hierdurch kann das Gesamtgewicht der Fokussiergruppe minimiert werden, was gerade im Hinblick auf die Fokussiergeschwindigkeit von erheblicher Bedeutung ist. Insbesondere im üblichen Fall einer Fokussierung mittels Elektromotors sind bei gegebener Motorleistung das Gewicht der Fokussiergruppe und die erreichbare Fokussiergeschwindigkeit reziprok miteinander korreliert.
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Bzgl. der Abschlussgruppe werden zwei Ansätze als besonders bevorzugt angesehen. Bei einem ersten Ansatz besteht die Abschlussgruppe ausschließlich aus dem oben bereits erwähnten Kittglied. Bei einem zweiten Ansatz umfasst die Abschlussgruppe zusätzlich noch eine weitere Linse, auf die weiter unten näher eingegangen werden soll. In jedem Fall ist das Kittglied aus einer objektseitig angeordneten, vierten Linse negativer Brechkraft und einer bildseitig angeordneten, fünften Linse positiver Brechkraft gebildet. Dabei ist die vierte Linse als negative Meniskuslinse ausgebildet, deren objektseitige Fläche eine stärkere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche. Die fünfte Linse ist dabei als positive Meniskuslinse ausgebildet, deren objektseitige Fläche eine schwächere Krümmung aufweist, als ihre bildseitige Fläche.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die Abschlussgruppe aus einem Kittglied der vorgenannten Form bestehen oder ein solches zusätzlich zu einer oder mehreren weiteren Linsen enthalten. Bei einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Abschlussgruppe weiter eine sechste Linse positiver Brechkraft aufweist und bevorzugt ansonsten keine weiteren Elemente enthält. Besonders bevorzugt ist diese sechste Linse als Bikonvexlinse ausgebildet, deren objektseitige Fläche eine schwächere Krümmung aufweist als ihre bildseitige Fläche.
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Obgleich sich ein erfindungsgemäßes Objektiv mit rein sphärischen Linsen bereits mit guter Korrektion von Abbildungsfehlern konstruieren lässt, können durchaus eine oder mehrere asphärische Flächen zur Verbesserung der Korrektion vorgesehen sein. In einem solchen Fall hat es sich insbesondere als günstig erwiesen, wenn die objektseitige Fläche der sechsten Linse asphärisch ausgebildet ist. Diese Fläche eignet sich hierfür besonders, da sie einer entgegengesetzt gekrümmten Fläche, nämlich der konvexen, bildseitigen Abschlussfläche des Kittgliedes gegenüberliegt.
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Zur weiteren Verfeinerung der Korrektion kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die objektseitige Fläche der zweiten Linse asphärisch ausgebildet ist. Die Aufnahme weiterer asphärischer Flächen ist zwar möglich, in der Regel jedoch nicht erforderlich, da mit den beschriebenen Maßnahmen bereits hinreichende Korrektionen für die meisten Anwendungen erzielt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: einen Linsenschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Objektivs,
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2: sphärische Aberration (a), Astigmatismus (b) und Verzeichnung (c) eines Objektivs gemäß 1 mit Linsendimensionierung gemäß Tabelle 1 in Einstellung „∞”,
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3: sphärische Aberration (a), Astigmatismus (b) und Verzeichnung (c) eines Objektivs gemäß 1 mit Linsendimensionierung gemäß Tabelle 1 in Einstellung auf minimalen Objektabstand,
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4: sphärische Aberration (a), Astigmatismus (b) und Verzeichnung (c) eines Objektivs gemäß 1 mit Linsendimensionierung gemäß Tabelle 2 in Einstellung „∞”,
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5: sphärische Aberration (a), Astigmatismus (b) und Verzeichnung (c) eines Objektivs gemäß 1 mit Linsendimensionierung gemäß Tabelle 2 in Einstellung auf minimalen Objektabstand,
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt einen Linsenschnitt eines erfindungsgemäßen Objektivs. Die übrigen Figuren zeigen Diagramme zugehöriger Abbildungsfehler in üblicher Darstellung, gemessen an Objektiven spezieller Dimensionierung, wie nachfolgend in den Tabellen 1 und 2 angegeben. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt den Linsenschnitt eines Objektivs 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Objektiv 100 umfasst insgesamt 6 Linsen, nämlich (in Aufzählung vom objektseitigen zum bildseitigen Ende) eine erste Linse 1 mit einer objektseitigen Fläche 11 und einer bildseitigen Fläche 12, eine zweite Linse 2 mit einer objektseitigen Fläche 21 und einer bildseitigen Fläche 22, eine dritte Linse 3 mit einer objektseitigen Fläche 31 und einer bildseitigen Fläche 32, eine vierte Linse 4 mit einer objektseitigen Fläche 41 und einer bildseitigen Fläche 42, eine fünfte Linse 5 mit einer objektseitigen Fläche 51 und einer bildseitigen Fläche 52, eine sechste Linse 6 mit einer objektseitigen Fläche 61 und einer bildseitigen Fläche 62 sowie eine Aperturblende A. Die Bildebene, auf die das Objektiv 100 ein objektseitig positioniertes Objekt scharf abbildet, ist mit dem Bezugszeichen B versehen.
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Die genannten Linsen des Objektivs 100 lassen sich in funktionale und konstruktive Gruppen zusammenfassen. Eine Frontgruppe I wird aus der ersten Linse 1 und der zweiten Linse 2 gebildet. Die Frontgruppe I ist innerhalb des Objektivs fixiert und insbesondere nicht axial beweglich.
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Die dritte Linse 3 bildet die Fokussiergruppe II. Die Fokussiergruppe II besteht bei dieser Ausführungsform also lediglich aus einer Einzellinse, nämlich der dritten Linse 3. Die dritte Linse 3 ist innerhalb des Objektivs axial verschieblich angeordnet.
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Bildseitig der Fokussiergruppe II, d. h. hier der dritten Linse 3, ist die Aperturblende A angeordnet. Sie ist innerhalb des Objektivs axial fixiert, lässt sich jedoch bevorzugt in üblicher Weise hinsichtlich ihres Durchmessers variieren.
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Bildseitig der Aperturblende A ist die Abschlussgruppe III angeordnet. Sie umfasst die vierte Linse 4, die fünfte Linse 5 und die sechste Linse 6. Die vierte Linse 4 und die fünfte Linse 5 sind dabei als ein Kittglied ausgebildet. Dies bedeutet, dass die bildseitige Fläche 42 der vierten Linse 4 und die objektseitige Fläche 51 der fünften Linse 5 betragsmäßig denselben Krümmungsradius aufweisen und miteinander verklebt sind. Die Abschlussgruppe III ist innerhalb des Objektivs 100 fixiert und insbesondere nicht axial verschieblich.
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Zur Fokussierung, d. h. zur Einstellung des Objektivs 100, sodass ein objektseitig zwischen einem Mindestabstand und in einer Entfernung ∞ angeordnetes Objekt auf die Bildebene B scharf abgebildet wird, muss allein die Fokussiergruppe II, d. h. insbesondere nur die dritte Linse 3 axial geeignet verschoben werden. Entsprechende Verschiebmechanismen, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, sind im Linsenschnitt von 1 nicht dargestellt. Bei der Verschiebung der dritten Linse 3 ändern sich die Abstände zwischen deren objektseitiger Fläche 31 und der bildseitigen Fläche 22 der zweiten Linse 2 einerseits und ihrer bildseitigen Fläche 32 und der Aperturblende A andererseits in einander korrespondierender Weise. Die übrigen Elemente des Objektivs 100 bleiben während der Fokussierung in ihrer Position.
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Tabelle 1 listet die Werte einer besonders bevorzugten Dimensionierung des Objektivs
100 auf. In Spalte 1 sind dabei die Flächen der einzelnen Elemente mit den oben genannten Bezugszeichen aufgelistet. Spalte 2 zeigt den Krümmungsradius der jeweiligen Fläche an, wobei ein positives Vorzeichen auf eine zur Objektseite hin gekrümmte Fläche und ein negatives Vorzeichen auf eine zur Bildseite hin gekrümmte Fläche hinweist. Im Fall einer mit „asp” gekennzeichneten, asphärischen Fläche (beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind die objektseitige Fläche
21 der zweiten Linse
2 sowie die objektseitige Fläche
61 der sechsten Linse
6 asphärisch gestaltet) bezeichnet die Radienangabe in Spalte 2 der Tabelle den Krümmungsradius in nullter Näherung, wobei die Asphären-Koeffizienten a, b und c am Ende von Tabelle 1 gelistet sind. Die dritte Spalte der Tabelle gibt den Abstand der jeweiligen Fläche zur bildseitig nächstbenachbarten Fläche wieder. Die vierte Spalte der Tabelle gibt den Brechungsindex des Materials jeweils bildseitig der entsprechenden Fläche wieder, wobei ein fehlender Eintrag auf einen luftgefüllten Zwischenraum hindeutet. Die fünfte Spalte der Tabelle gibt die Abbe-Zahl des Materials bildseitig der entsprechenden Fläche wieder, wobei auch hier ein fehlender Eintrag auf einen luftgefüllten Zwischenraum hindeutet.
Tabelle 1
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Ein derart dimensioniertes Objektiv kann für Objekte zwischen einem Objektmindestabstand von 400 mm und einer Entfernung ∞ scharf gestellt werden. Bei einer Einstellung auf ∞ beträgt die Brennweite des so dimensionierte Objektivs 100 30,46 mm bei einer F-Zahl von 1,8 und einem Bildwinkel von 50,4 Grad. Die Abbildung erfolgt mit einem Abbildungsmaßstab β von Null. Bei Einstellung auf den Objektmindestabstand beträgt die Brennweite 32,34 mm bei einer F-Zahl von 1,72 und einem Bildwinkel von 45,7 Grad. Der Abbildungsmaßstab β beträgt –0,08. Einstellungsunabhängig beträgt die Bildhöhe 14,4 mm und die Gesamtlänge des Objektivs 44,64 mm.
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Die
2 und
3 zeigen die Fehlergraphen eines so dimensionierten Objektivs
100, wobei sich
2 auf die Einstellung ∞ und
3 auf die Einstellung auf den Objektmindestabstand bezieht. Die Teilfiguren a zeigen jeweils die sphärische Aberration für Licht der d-, C- und g-Frauenhofer-Linie. Die Teilfiguren b zeigen den Astigmatismus jeweils in der Sagittal- und der Meridionalebene. Die Teilfiguren c zeigen jeweils die Verzeichnung.
Tabelle 2
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In Tabelle 2 sind die Werte einer alternativen Dimensionierung des Objektivs 100 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform aufgelistet. Zur Erläuterung der Tabelle wird auf das oben zu Tabelle 1 Gesagte verwiesen. Ein derart dimensioniertes Objektiv ist geeignet, ein Objekt zwischen einem Objektmindestabstand von 500 mm bis hin zu scharf abzubilden. Bei einer Einstellung ∞ beträgt seine Brennweite 30,46 mm bei einer F-Zahl von 2,4 und einem Bildwinkel von 50,4 Grad. Der Abbildungsmaßstab β beträgt Null. Bei Einstellung auf den Objektmindestabstand beträgt die Brennweite 31,99 mm bei einer F-Zahl von 2,31 mm und einem Bildwinkel von 46,6 Grad. Der Abbildungsmaßstab β beträgt hier –0,063 mm. Einstellungsunabhängig hat ein derartiges Objektiv eine Bildhöhe von 14,4 mm und hat eine Gesamtlänge von 41 mm.
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Die 4 und 5 zeigen die Fehlergraphen für ein derart dimensioniertes Objektiv 100, wobei zur Erläuterung der Darstellungen auf das oben zu den 2 und 3 Gesagte verwiesen wird.
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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 ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Linse
- 11
- objektseitige Fläche von 1
- 12
- bildseitige Fläche von 1
- 2
- zweite Linse
- 21
- objektseitige Fläche von 2
- 22
- bildseitige Fläche von 2
- 3
- dritte Linse
- 31
- objektseitige Fläche von 3
- 32
- bildseitige Fläche von 3
- 4
- vierte Linse
- 41
- objektseitige Fläche von 4
- 42
- bildseitige Fläche von 4
- 5
- fünfte Linse
- 51
- objektseitige Fläche von 5
- 52
- bildseitige Fläche von 5
- 6
- sechste Linse
- 61
- objektseitige Fläche von 6
- 62
- bildseitige Fläche von 6
- 100
- Objektiv
- I
- Frontgruppe
- II
- Fokussiergruppe
- III
- Abschlussgruppe
- A
- Aperturblende
- B
- Bildebene
