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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein fotografisches Objektiv, das insbesondere für hochaufgelöste Videoaufnahmen geeignet ist. Ein solches Objektiv sollte einen großen Öffnungswinkel, kompakte Maße und eine hohe Auflösung aufweisen.
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Stand der Technik
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Ein Objektiv, das einige dieser Kriterien erfüllt, ist beispielsweise aus der
US 5 724 191 A bekannt. Dieses Objektiv weist bei einer Brennweite von etwa 45 Millimetern eine Blendenzahl von 4,2, einen Öffnungswinkel von etwa 34 Grad und eine Gesamtlänge von etwa 30 Millimetern bei relativ geringen Abbildungsfehlern auf. Es ist aus insgesamt sieben Linsen aufgebaut, die in einer ersten Gruppe negativer Brechkraft, einer zweiten Gruppe positiver Brechkraft und einer dritten Gruppe ebenfalls positiver Brechkraft angeordnet sind. Zwischen der zweiten und der dritten Gruppe ist eine Aperturblende angeordnet. Sowohl die zweite als auch die dritte Gruppe weisen jeweils drei Einzellinsen auf, von denen jeweils zwei zu einem Kittglied zusammengefügt sind. Bei diesem Objektiv sind der Öffnungswinkel sowie die Blendenzahl Parameter, die verbesserungswürdig erscheinen.
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Ein weiteres Objektiv ist aus der
US 2002/0097994 A1 bekannt. Das bekannte Objektiv mit Innenfokussierung weist insgesamt acht Linsen auf, die in einer ersten Gruppe positiver Brechkraft, einer zweiten Gruppe negativer Brechkraft und einer dritten Gruppe positiver Brechkraft angeordnet sind. Die aus zwei zu einem Kittglied verbundenen Linsen bestehende zweite Gruppe ist axial beweglich und fungiert als Fokussiergruppe. Die dritte Gruppe besteht aus drei Linsen, von denen die beiden objektseitig gelegenen Linsen ebenfalls zu einem Kittglied verbunden sind. Zwischen der zweiten Gruppe und der dritten Gruppe befindet sich eine Aperturblende. Das bekannte Objektiv weist eine relativ große Brennweite von 117 Millimeter, eine Blendenzahl von 2,6, einen Öffnungswinkel von etwa 22 Grad und eine Gesamtlänge von über 60 Millimeter bei geringen Abbildungsfehlern auf. Für den oben angesprochenen Einsatzzweck wäre es wünschenswert, ein Objektiv mit größerem Öffnungswinkel, kompakteren Abmessungen und kleinerer Brennweite zur Verfügung zu haben.
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Ein ebenfalls achtlinsiges Objektiv ist aus der
US 2015/0098134 A1 bekannt.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objektiv bereitzustellen, das einen simplen und somit kostengünstigen Aufbau aufweist, kompakt ist und eine hohe Auflösung, insbesondere für Videos mit 6 K-Auflösung oder noch höherer Auflösung sowie einen möglichst großen Öffnungswinkel aufweist.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Objektiv gelöst, das in einer Reihenfolge von einem objektseitigem Ende zu einem bildseitigem Ende hin eine erste Linse negativer Brechkraft, eine zweite Linse positiver Brechkraft, eine dritte Linse positiver Brechkraft, eine vierte Linse, die als Bikonkavlinse ausgestaltet ist und mit der dritten Linse zu einem ersten Kittglied verbunden ist, eine Aperturblende, eine fünfte Linse negativer Brechkraft, eine sechste Linse, die als positive Meniskuslinse ausgestaltet ist und mit der fünften Linse zu einem zweiten Kittglied verbunden ist, und eine siebte Linse positiver Brechkraft als Abschlusslinse umfasst und keine weitere Linse aufweist.
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Der Erfinder hat erkannt, dass durch geschickte Ausgestaltung insbesondere der zweiten, dritten und vierten Linse im Vergleich zu bekannten Objektiven deutlich verbesserte Eigenschaften für die gewünschten Anwendungen erreicht werden können. Ausgehend von einem Objektiv des Typs „asymmetrisches gaußsches Doppelobjektiv” werden die vorteilhaften Effekte im Wesentlichen durch eine Modifikation der beiden Kittglieder erzielt, wobei die bildseitige Linse des ersten Kittglieds als eine Bikonkavlinse und die bildseitige Linse des zweiten Kittglieds als eine positive Meniskuslinse ausgestaltet ist. Durch die erste Linse, die als negative Meniskuslinse ausgebildet ist, wird zusätzlich der Fokus nach hinten versetzt, so dass eine kompaktere Bauform bei relativ kurzer Brennweite möglich wird.
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Vorteilhafterweise ist die erste Linse als eine negative Meniskuslinse ausgestaltet, deren objektseitige Oberfläche einen größeren Krümmungsradius aufweist als ihre bildseitige Oberfläche. Es lässt sich so ein besonders großer Öffnungswinkel erreichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Linse als Bikonvexlinse ausgestaltet. Dabei kann die objektseitige Fläche einen kleineren Krümmungsradius aufweisen als die bildseitige Fläche der zweiten Linse.
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Um Abbildungsfehler zu korrigieren, kann die siebte Linse zumindest eine asphärische Oberfläche aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dies die einzige asphärische Oberfläche aller verwendeten optischen Elemente. Es hat sich herausgestellt, dass mit Hilfe einer einzigen asphärischen Oberfläche ein Großteil der Abbildungsfehler zufriedenstellend korrigiert werden kann. Da der Herstellungsprozess asphärischer Oberflächen kostenintensiv ist, kann ein mit nur einer asphärischen Oberfläche konstruiertes Objektiv kostengünstiger hergestellt werden.
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Dabei ist die siebte Linse vorzugsweise als Bikonvexlinse oder als Plankonvexlinse ausgestaltet. Unter einer planen Oberfläche wird dabei insbesondere eine Oberfläche verstanden, die einen beitragsmäßigen Krümmungsradius von größer als 500 Millimeter aufweist. Wenn die siebte Linse eine Plankonvexlinse ist und eine asphärische Oberfläche aufweist, ist es günstig, die plane Fläche asphärisch auszugestalten. Die plane Oberfläche ist vorzugsweise die objektseitige Oberfläche der siebten Linse.
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Vorteilhafterweise ist die dritte Linse als positive Meniskuslinse ausgestaltet. Die fünfte Linse ist bevorzugt als negative Meniskuslinse ausgestaltet. Zusammen mit den bereits oben beschriebenen vierten und sechsten Linsen ergeben sich so besonders vorteilhafte Eigenschaften jedes der beiden Kittglieder.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die bildseitige Oberfläche der zweiten Linse und die objektseitige Oberfläche der dritten Linse Krümmungsradien gleichen Vorzeichens auf. Der axiale Abstand zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse beträgt vorzugsweise zumindest drei Millimeter.
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Ein besonders kompaktes Objektiv ergibt sich, wenn der Quotient aus der Gesamtlänge des Objektivs und der Gesamtbrennweite des Objektivs kleiner als 1,35 ist. Ebenso ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Quotient aus der hinteren Schnittweite des Objektivs und der Gesamtbrennweite des Objektivs größer als 1,07. Unter der hinteren Schnittweite wird dabei der Abstand zwischen der bildseitig letzten optischen Fläche und der Bildebene verstanden.
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In bevorzugten Ausführungsformen entsprechen die Brennweiten der einzelnen Linsen – einzeln, gemeinsam oder in unterschiedlicher Kombination – folgenden Relationen: die Brennweite der ersten Linse liegt zwischen –35 Millimeter und –40 Millimeter, die Brennweite der zweiten Linse liegt zwischen 25 Millimeter und 27 Millimeter, die Brennweite des ersten Kittglieds liegt zwischen –140 Millimeter und –100 Millimeter, die Brennweite des zweiten Kittglieds liegt zwischen –100 Millimeter und –80 Millimeter und/oder die Brennweite der siebten Linse liegt zwischen 35 Millimeter und 40 Millimeter. 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: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Objektivs,
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2: sphärische Aberration (a), Astigmatismus (b) und Verzeichnung (c) eines Objektivs gemäß 1 für einen unendlich weit entfernten Gegenstand.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Objektivs 100. Das Objektiv 100 dient der Abbildung eines nicht dargestellten Objektes auf eine Bildebene 200. Das Objektiv 100 weist insgesamt sieben Einzellinsen und eine Aperturblende A auf. Die erste Linse 1 mit der objektseitigen Fläche 11 und der bildseitigen Fläche 12 ist als negative Meniskuslinse ausgebildet, wie sie für eine Vielzahl von Objektiven mit Retrofokus bekannt ist. Ihre objektseitige Fläche 11 weist dementsprechend einen größeren Krümmungsradius auf als ihre bildseitige Fläche 12. Die zweite Linse 2 ist eine Bikonvexlinse mit objektseitiger Fläche 21 und bildseitiger Fläche 22. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die objektseitige Fläche 21 einen kleineren Krümmungsradius auf als die bildseitige Fläche 22.
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Die dritte Linse 3 ist als positive Meniskuslinse ausgestaltet. Sowohl ihre objektseitige Fläche 31 als auch ihre bildseitige Fläche 32 haben einen negativen Krümmungsradius, was bei der hier verwendeten Nomenklatur bedeutet, dass die Flächen 31 und 32 von der Objektseite aus gesehen konkav sind. Die vierte Linse 4 ist als Bikonkavlinse ausgeführt, wobei ihre objektseitige Fläche 41 einen deutlich kleineren Krümmungsradius aufweist als ihre bildseitige Fläche 42. Die dritte Linse 3 und die vierte Linse 4 sind zu einem Kittglied 34 verbunden, welches eine positive Brechkraft aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Material, aus dem die vierte Linse 4 hergestellt ist, einen kleineren Brechungsindex als das Material, aus dem die dritte Linse 3 hergestellt ist. In einem geringen axialen Abstand von der bildseitigen Fache 42 der vierten Linse 4 ist eine Aperturblende angeordnet.
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Die fünfte Linse 5 ist als negative Meniskuslinse ausgebildet und bildseitig der Aperturblende A angeordnet. Sie weist eine objektseitige Fläche 51 und eine bildseitige Fläche 52 auf, wobei die objektseitige Fläche 51 einen kleineren Krümmungsradius besitzt als die bildseitige Fläche 52. Unter Ausbildung eines Kittglieds 56 schließt die sechste Linse 6, die als positive Meniskuslinse ausgebildet ist, mit ihrer objektseitigen Fläche 61 direkt an die bildseitige Fläche 52 der fünften Linse 5 an. Die beiden genannten Flächen 52 und 61 weisen daher einen betragsmäßig identischen Krümmungsradius auf. Der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche 62 der sechsten Linse 6 ist deutlich kleiner als der Krümmungsradius der objektseitigen Fläche 61.
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Als Abschlusslinse und somit bildnächste Linse weist das Objektiv 100 eine siebte Linse 7 mit einer objektseitigen Fläche 71 und einer bildseitigen Fläche 72 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bikonvexlinse ausgestaltet ist. Dabei ist die objektseitige Fläche 71 nahezu plan, so dass die siebte Linse 7 auch als Plankonvexlinse angesehen werden kann.
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Die fünfte Linse 5, die sechste Linse 6 und die siebte Linse 7 lassen sich begrifflich und funktional zu einer Linsengruppe zusammenfassen. Dabei bilden die fünfte Linse 5 und die sechste Linse 6 ein Kittglied mit negativer Brechkraft. Die siebte Linse 7 befindet sich in einem sehr kleinen axialen Abstand von 0,2 Millimeter von der bildseitigen Fläche 62 der sechsten Linse 6. Die objektseitige Fläche 71 der siebten Linse 7 ist asphärisch ausgestaltet. Bemerkenswert ist hier, dass das gesamte Objektiv mit einer einzigen asphärischen Fläche auskommt, wohingegen üblicherweise zumindest zwei asphärische Oberflächen in einem Objektiv verwendet werden. Die asphärische Oberfläche 71 kann lokal sowohl konvexe als auch konkave Bereiche aufweisen. Eine durch die Oberfläche 71 gelegte sphärische Ausgleichsfläche weist jedoch gemäß einer Ausführungsform einen Krümmungsradius von zumindest 500 Millimetern auf.
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Alle Linsen und die Aperturblende sind nicht relativ zum Gehäuse und somit auch nicht relativ zueinander beweglich. Das Objektiv ist somit ein Fixfokus-Objektiv.
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Eine bevorzugte konkrete Ausgestaltung eines Objektivs
100 gemäß
1 ist in Tabelle 1 wiedergegeben. Alle hier und im Folgenden angegebenen Zahlenwerte sind als auf die letzte angegebene Nachkommastelle gerundet zu verstehen. Sie beziehen sich im Fall des Krümmungsradius auf die jeweils in der ersten Spalte angegebene Fläche und im Fall des Abstandes, des Brechungsindexes und der Abbe-Zahl auf den Bereich zwischen der jeweils in der ersten Spalte angegebenen und der bildseitig nächstgelegenen Fläche. Das Vorzeichen des Krümmungsradius ist jeweils positiv für objektseitig konvexe und negativ für bildseitig konvexe Krümmungen gewählt.
| Fläche | Krümmungsradius [mm] | Abstand [mm] | Brechungsindex | Abbe-Zahl |
| 11 | 87,58 | 1,5 | 1,5814 | 40,85 |
| 12 | 17,60 | 9,0 | | |
| 21 | 33,62 | 4,5 | 1,8830 | 40,76 |
| 22 | –71,89 | 4,0 | | |
| 31 | –54,58 | 3,6 | 1,8830 | 40,76 |
| 32 | –18,71 | 0 | | |
| 41 | –18,71 | 1,5 | 1,6129 | 37,04 |
| 42 | 106,4 | 13,42 | | |
| A | | 10,18 | | |
| 51 | –12,49 | 1,2 | 1,7363 | 32,15 |
| 52 | –120,8 | 0 | | |
| 61 | –120,8 | 4,5 | 1,5924 | 68,40 |
| 62 | –15,56 | 0,2 | | |
| 71
(asp) | 570,3 | 4,0 | 1,6074 | 56,65 |
| 72 | –23,81 | 37,95 | | |
Tabelle 1
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In der obigen Tabelle 1 ist die asphärisch ausgestalteten Fläche 71 mit „asp” gekennzeichnet. Es handelt sich dabei um die objektseitige Oberfläche der Abschlusslinse 7. Hier bezieht sich der angegebene Krümmungsradius der objektseitigen Fläche 71 auf deren Zentralbereich. Lokal kann die Fläche 71 sowohl konvexe als auch konkave Bereiche aufweisen. Die Asphärenkoeffizienten sind bevorzugt wie folgt ausgestaltet. 71: A = –1,315255 × 105, B = 4,483057 × 10–9, C = 3,99833 × 10–13
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Ein derartiges Objektiv weist eine Brennweite von 35,01 Millimeter, eine Blendenzahl von 2,0 und einen Bildwinkel von 49,1 Grad bei einer Bildhöhe von 16,0 Millimeter und einer Gesamtlänge von 47,4 Millimetern auf.
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Eine weitere bevorzugte konkrete Ausgestaltung eines Objektivs
100 gemäß
1 ist in Tabelle 2 wiedergegeben. Die Nomenklatur ist identisch zu der von Tabelle 1.
| Fläche | Krümmungsradius
[mm] | Abstand [mm] | Brechungsindex | Abbe-Zahl |
| 11 | 104,9 | 1,5 | 1,5564 | 39,70 |
| 12 | 17,45 | 9,0 | | |
| 21 | 31,45 | 4,5 | 1,8587 | 40,14 |
| 22 | –65,09 | 4,0 | | |
| 31 | –44,15 | 3,6 | 1,9345 | 44,02 |
| 32 | –19,04 | 0 | | |
| 41 | –19,04 | 1,5 | 1,6162 | 38,21 |
| 42 | 118,9 | 3,24 | | |
| A | ∞ | 10,18 | | |
| 51 | –12,02 | 1,0 | 1,7978 | 30,43 |
| 52 | –52,45 | 0 | | |
| 61 | –52,45 | 4,0 | 1,6213 | 61,03 |
| 62 | –14,26 | 0,2 | | |
| 71
(asp) | 264,8 | 4,0 | 1,6074 | 56,65 |
| 72 | –25,52 | 37,46 | | |
Tabelle 2
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In der obigen Tabelle 2 ist die asphärisch ausgestalteten Fläche 71 wiederum mit „asp” gekennzeichnet. Es handelt sich auch hier um die objektseitige Oberfläche der Abschlusslinse 7. Wiederum bezieht sich der angegebene Krümmungsradius der objektseitigen Fläche 71 auf deren Zentralbereich. Lokal kann die Fläche 71 sowohl konvexe als auch konkave Bereiche aufweisen. Die Asphärenkoeffizienten sind bevorzugt wie folgt ausgestaltet. 71: A = –1,284812 × 10–5, B = 6,695701 × 10, = 1,596622 × 10–11
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Ein derartiges Objektiv weist eine Brennweite von 34,95 Millimeter, eine Blendenzahl von 2,0 und einen Bildwinkel von 49,2 Grad bei einer Bildhöhe von 16 Millimetern und einer Gesamtlänge von 46,7 Millimetern auf. Die 2 zeigt die entsprechenden Abbildungsfehler eines Objektivs gemäß 1 in Verbindung mit Tabelle 1. Die Teilfigur a) zeigt dabei die sphärische Aberration in Prozent für die Fraunhofer-Linien d, c und g, die Teilfigur b) zeigt den Astigmatismus in der Sagittalebene (S) und der Meridionalebene (M) und die Teilfigur c) die Verzeichnung. Die Zahlenangaben auf der x-Achse sind Prozentangaben. Die y-Achse repräsentiert den halben Bildwinkel ausgehend von der optischen Achse. Man erkennt die verhältnismäßig geringen Abbildungsfehler, die das erfindungsgemäße Objektiv bekannten Objektiven in Kombination mit seiner Kompaktheit und der hohen Auflösung überlegen macht. Es ist für Aufnahmen mit einer Auflösung von 6000×4000 Pixel, 7680×4320 Pixeln oder mehr geeignet.
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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. Insbesondere steht dem Fachmann die Verwendung des erfindungsgemäßen Objektivs für unterschiedliche fotografische Apparate, wie Fotoapparate mit Wechsel- oder Festobjektiv, Videokameras, Camcorder etc. offen. Auch eine Beschränkung hinsichtlich irgendwelcher spezieller Ausführungsformen von Bildauffangelementen in der Bildebene, z. B. optoelektronische Bilddetektoren, Rollenfilme etc. liegt im Hinblick auf die breite Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht vor.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Linse
- 11
- objektseitige Fläche der ersten Linse
- 12
- bildseitige Fläche der ersten Linse
- 2
- zweite Linse
- 21
- objektseitige Fläche der zweiten Linse
- 22
- bildseitige Fläche der zweiten Linse
- 3
- dritte Linse
- 31
- objektseitige Fläche der dritten Linse
- 32
- bildseitige Fläche der dritten Linse
- 34
- erstes Kittglied
- 4
- vierte Linse
- 41
- objektseitige Fläche der vierten Linse
- 42
- bildseitige Fläche der vierten Linse
- 5
- fünfte Linse
- 51
- objektseitige Fläche der fünften Linse
- 52
- bildseitige Fläche der fünften Linse
- 56
- zweites Kittglied
- 6
- sechste Linse
- 61
- objektseitige Fläche der sechsten Linse
- 62
- bildseitige Fläche der sechsten Linse
- 7
- siebte Linse
- 71
- objektseitige Fläche der siebten Linse
- 72
- bildseitige Fläche der siebten Linse
- 100
- Objektiv
- 200
- Bild
