DE102020115494B3

DE102020115494B3 - Objektiv, Verwendung eınes Objektivs, Messsystem mit einem Objektiv sowie Verwendung einer biasphärischen Kunststofflinse in einem Objektiv

Info

Publication number: DE102020115494B3
Application number: DE102020115494.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Hönle; Sebastian Wendel
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: CN115917390A; WO2021233737A1; JP2023518123A; CN115917390B; KR20230006924A; KR102557338B1; US20230185057A1; US11789233B2

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Hybrid-Objektiv mit fester Brennweite, welches fünf Linsen umfasst. Das Objektiv ist zur Verwendung in einem LIDAR- Messsystem geeignet. Außerdem wird die Verwendung einer biasphärischen Kunststofflinse zum Korrigieren von Bildfeldwölbung und/oder Astigmatismus und/oder Verzeichnung eines Abbildungsobjektivs vorgeschlagen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein kostengünstiges Objektiv mit einer festen Brennweite, welches als Abbildungsobjektiv geeignet ist. Ein solches Objektiv ist insbesondere zur Verwendung in einem Messsystem zu einer Laufzeitdetektion eines Lichtstrahls (LIDAR) geeignet. LIDAR ist die Abkürzung für englisch light detection and ranging. Außerdem betrifft die Erfindung die Korrektur der Bildfeldwölbung. LIDAR Objektive arbeiten meist in einem sehr kleinen Wellenlängenbereich im nahen Infrarot, typischerweise 800-2000nm Wellenlänge. Zur Beleuchtung werden oft Laser verwendet. Die Objektive müssen in diesem Fall die geringe Bandbreite der Laserquelle sowie eine eventuell auftretende Drift der Wellenlänge mit der Temperatur ausgleichen können. Außerdem ist eine hohe Abbildungsqualität erforderlich.
Stand der Technik
Aus DE102015115460A1 ist ein Abbildungsobjektiv mit sieben Linsen bekannt. Nachteilig ist die große Zahl der Linsen. Aus DE 102006057995A1 ist ein Ultraweitwinkelobjektiv bekannt. Nachteilig ist die große Anzahl der Linsen. Aus DE112013006823B4 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig ist die begrenzte Abbildungsqualität. Aus WO2016/110883A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität aufgrund der Wölbung der Bildebene. Aus EP3220179 A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität. Aus US7940478 B2 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität. Aus JP 2015 - 018 086 A ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig ist die begrenzte Abbildungsqualität. Aus US9915803 B2 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig ist die große Anzahl der Linsen. Aus EP2725405 A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig ist, dass eine Blende schwer zu integrieren ist und außerdem ein Abfall der Lichtstärke am Bildfeldrand. Aus EP2725404 A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig ist, dass eine Blende schwer zu integrieren ist. Aus EP2657742 A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität. Aus WO2012/086194 A1 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität. Aus US6707621 B2 ist ein weiteres Abbildungsobjektiv bekannt. Nachteilig sind der geringe Öffnungswinkel und die begrenzte Abbildungsqualität.
Aus WO2017180277 A1 ist ein Sensor mit einem SPAD Array bekannt. Das SPAD Array kann velance Photodioden (APD) umfassen sowie Bipolar- oder Feldeffekttransistoren, um zeilenweise eine Vorspannung (Bias) zu aktivieren.
Aus CN205829628U ist ein LIDAR- System mit einem VCSEL Array und einem SPAD Array bekannt.
Aus WO2017164989 A1 ist ein integriertes Beleuchtungs-und Detektionssystem für eine LIDAR sierte dreidimensionale Bildaufnahme bekannt. Es wird ein Objektiv mit vier Linsen vorgeschlagen. Zur Beleuchtung wird eine gepulste Laser- Lichtquelle vorgeschlagen. In einer Ausführungsform wird ein Array von mehreren LIDAR Messgeräten, bestehend aus Laseremittern und Detektoren, verwendet. Ein solches Vorgehen ist jedoch sehr aufwendig.
Aus WO2016204844 A1 ist ein LIDAR System mit elektrisch verstellbaren Lichtdirektionselementen bekannt.
Aus US2016161600 A1 ist ein LIDAR-System mit einem SPAD-Array als Detektor bekannt. Zur Beleuchtung werden Laserstrahlen verwendet, die mittels integrierter photonischer Schaltkreise unter Verwendung optischer Phasenarrays gesteuert werden.
Aus WO2015189024 A1 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem Festkörperlaser und einem auslenkbaren Spiegel.
Aus WO2015189025 A1 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem Impulslaser und einem auslenkbaren Spiegel und einem CMOS- Bildsensor.
Aus WO2015126471 A2 ist eine LIDAR Vorrichtung bekannt mit einem Array von Emitter/Detektor-Einheiten.
Aus US2007181810 A1 ist ein Fahrzeug- LIDAR System bekannt mit einem VCSEL Array zur Beleuchtung.
Aus US8654457B2 ist ein Weitwinkelobjektiv mit fünf Linsen bekannt. Nachteilig ist, dass vier der fünf Linsen wirtschaflich aus Kunststoff zu fertigen sein werden. Dadurch ist eine Athermalisierung des Objektivs schwer zu realisieren.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines lichtstarken kostengünstigen über einen weiten Temperaturbereich betreibbaren Objektivs mit möglichst guter bildseitiger Telezentrie und geringer F-Theta Verzeichnung bzw. das Erreichen einer bestimmten gewünschten Verzeichnung. Eine Bildfeldwölbung soll möglichst vermieden werden.
Insbesondere soll das Objektiv für LIDAR- Systeme mit Detektorarrays, beispielsweise SPAD-Arrays, geeignet sein. Insbesondere soll das Objektiv für LIDAR-Systeme ohne bewegliche Teile geeignet sein. Außerdem kann das Objektiv ebenso für andere Anwendungen als Abbildungsobjektiv oder als Projektionsobjektiv geeignet sein. Das Objektiv soll sowohl für den Fernbereich als auch für den Nahbereich ausgelegt werden können.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Objektiv nach Anspruch 1, eine Verwendung nach Anspruch 15 und ein Messsystem nach Anspruch 13.
Vorteile der Erfindung
Das Objektiv ist kostengünstig herzustellen und besonders geeignet für LIDAR- Anwendungen. Es zeichnet sich durch eine passive Athermalisierung, gute bildseitige Telezentrie und geringe F-Theta Verzeichnung bzw. die Möglichkeit, eine gewünschte Verzeichnung zu erreichen, aus. Es kann als Abbildungsobjektiv oder als Projektionsobjektiv auch für andere Anwendungen geeignet sein.
Beschreibung
Ein erfindungsgemäßes Objektiv weist eine feste Brennweite Fauf. Es hat ein Sichtfeld von mehr als 45° zur optischen Achse. Das kann bedeuten, dass das Sichtfeld mehr als 90°, gemessen als Vollwinkel, betragen kann. Die Designwellenlänge des Objektivs kann beispielsweise zwischen 700nm und 1100nm oder zwischen 1400nm und 1600nm liegen, beispielsweise bei 905, 915nm, 940nm, 1064nm oder 1550nm. Vorteilhaft kann das Objektiv als F-Theta Objektiv ausgebildet sein.
Im Strahlengang des Objektive sind nacheinander wenigstens eine erste Fläche, eine zweite Fläche, eine dritte Fläche eine vierte Fläche, eine fünfte Fläche, eine sechste Fläche, eine siebente Fläche, eine achte Fläche, eine neunte Fläche und eine zehnte Fläche angeordnet. Als Flächen kann man Grenzflächen mit optischer Funktion verstehen, d.h. welche im Strahlengang liegen. Wenn das Objektiv als Abbildungsobjektiv vorgesehen ist, kann die erste Fläche die objektseitige Fläche sein, die zehnte Fläche die bildseitige Fläche des Objektivs. Wenn das Objektiv als Projektionsobjektiv vorgesehen ist, kann die zehnte Fläche die der Lichtquelle zugewandte Fläche des Objektivs sein.
Die erste Fläche und die zweite Fläche gehören zu einer ersten Linse mit einer ersten Brennweite f₁. Die erste Fläche kann eine Grenzfläche Luft/Material sein, die zweite Fläche eine Grenzfläche Material/Luft, wobei Material, das Material (z.B. Glas oder Kunststoff) bezeichnen kann, aus dem die Linse hergestellt ist.
Die dritte Fläche und die vierte Fläche gehören zu einer zweiten Linse mit einer zweiten Brennweite f₂.
Die fünfte Fläche und die sechste Fläche gehören zu einer dritten Linse mit einer dritten Brennweite f₃. Die Dritte Linse weist eine Brechzahl von mehr als 1,7 auf. Dadurch kann eine hohe Abbildungsqualität des Objektivs erreicht werden. Besonders vorteilhaft kann die dritte Linse eine Brechzahl von mehr als 1,8 aufweisen.
Die siebente Fläche und die achte Fläche gehören zu einer vierten Linse mit einer vierten Brennweite f₄. Die neunte Fläche und die zehnte Fläche gehören zu einer fünften Linse mit einer fünften Brennweite f₅.
Als Brennweite einer Linse kann die Brennweite bezüglich paraxialer (im Sinne von achsennaher) Strahlen in einem äußeren Medium der Brechzahl 1 verstanden werden.
Die erste Linse ist als ein Meniskus mit negativer Brechkraft D₁=1/f₁ <0 ausgebildet. Unter einer Meniskuslinse kann man eine konvex-konkave Linse verstehen. Dabei kann die erste Fläche konvex und die zweite Fläche konkav ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die konkave Seite der ersten Linse stärker gekrümmt sein als die konvexe. Es kann sich um einen Meniskus mit negativer Brechkraft handeln, der auch als negativer Meniskus bezeichnet werden kann. Vorteilhaft kann die erste Linse nach außen, d.h. in eine negative z Richtung, gewölbt sein. Das kann bedeuten, dass die erste Linse eine außenliegende Linse bezüglich des Objektivs sein kann und dass deren konvexe Fläche bezüglich des Objektivs außen angeordnet sein kann.
Zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse ist eine Blende angeordnet. Die Blende kann eine Öffnung in einem Blendenbauteil sein. Das Blendenbauteil kann ringförmig ausgebildet sein. Durch die Anordnung der Blende in einer Blendenebene können der Telezentriefehler und/ oder die Fehler der Verzeichnung verringert werden und/oder die Vignettierung minimiert oder vermieden werden. Die Blendenebene kann sich zwischen der zweiten und der dritten Linse befinden, besonders vorteilhaft auf der fünften Fläche.
Die dritte Linse weist eine positive Brechkraft D₃=1/f₃>0 auf. Die Summe D₃+D₄+D₅ aus der Brechkraft D₃=1/f₃ der dritten Linse und der Brechkraft D₄=1/f₄ der vierten Linse und der Brechkraft D₅=1/f₅ der fünften Linse ist positiv.
Die neunte Fläche ist asphärisch ausgebildet und weist einen achsennahen konvexen Bereich und einen peripheren konkaven Bereich auf. Unter einem peripheren Bereich kann man einen Bereich verstehen, der die Punkte außerhalb eines bestimmten Radius um die optische Achse enthält. Dieser Bereich kann ringförmig ausgebildet sein. Die neunte Fläche kann wenigstens einen Wendepunkt aufweisen.
Unter einem Wendepunkt kann man einen im mathematischen Sinne definierten Wendepunkt einer mathematischen Funktion z(y) der jeweiligen Linsenfläche zwischen der optischen Achse und dem Rand der Linsenfläche verstehen. Die Funktion z(y) kann die z-Koordinate der Linsenfläche sein in Abhängigkeit einer radialen Koordinate y, welche senkrecht zur Richtung z ist. Im Falle einer rotationssymmetrischen Fläche kann man in einem zylindrischen Koordinatensystem die Funktion auch als z(r) angeben. Die Koordinate y=0 bzw. r=0 kann dabei der optischen Achse entsprechen. Ein Wendepunkt einer Linsenfläche kann den Übergang zwischen einem konvexen und einem konkaven Bereich der jeweiligen Linsenfläche beschreiben.
Wenigstens eine der siebenten Fläche, achten Fläche und zehnten Fläche ist asphärisch ausgebildet.
Außerdem gilt $| \frac{1}{_{2}} + \frac{1}{_{4}} + \frac{1}{_{5}} | \leq \frac{0,15}{F} .$
Das kann durch eine entsprechende Auswahl der Brennweiten der Linsen bewerkstelligt werden.
Die Indices i der Brennweiten können entsprechend der Nummer der jeweiligen Linse angegeben werden. Der Kehrwert einer jeden Brennweite ist bekanntermaßen deren Brechkraft D_i=1/f₁. Somit kann jeder der Linsen eine Brechkraft D_i zugeordnet werden.
Besonders vorteilhaft kann das Objektiv sein, wenn die Brennweiten so gewählt werden, dass $| \frac{1}{_{2}} + \frac{1}{_{4}} + \frac{1}{_{5}} | \leq \frac{0,12}{F}$
sind. Dann kann eine besonders gute passive Athermalisierung des Objektivs erreicht werden.
Das Objektiv kann vorteilhaft eine Brennweite Fzwischen 2mm und 5mm aufweisen. Die Brennweite f₁ der ersten Linse kann vorteilhaft zwischen dem 0,7 fachen und dem 1,3 fachen der Brennweite f₂ der zweiten Linse betragen, besonders vorteilhaft zwischen dem 0,8 fachen und 1,2 fachen.
Es können Glaslinsen und Kunststofflinsen für das Objektiv verwendet werden. Die Summe der Mittendicken der Glaslinsen kann vorteilhaft größer sein als die Summe der Mittendicken der Kunststofflinsen.
Das Objektiv kann eine Gesamtlänge und einen Bildkreisdurchmesser aufweisen, wobei die Gesamtlänge vorteilhaft zwischen dem Doppelten und dem Fünffachen des Bildkreisdurchmessers beträgt.
Vorteilhaft kann die erste Linse aus einem ersten Glas bestehen. Vorteilhaft kann die zweite Linse aus einem ersten Kunststoff bestehen. Vorteilhaft kann die dritte Linse aus einem zweiten Glas bestehen. Vorteilhaft kann die vierte Linse aus einem zweiten Kunststoff bestehen. Vorteilhaft kann die fünfte Linse aus einem dritten Kunststoff bestehen. Die in diesem Absatz vorgenannten Merkmale können einzeln oder in Kombination mehrerer vorliegen. Besonders vorteilhaft können alle dieser Merkmale gleichzeitig vorliegen.
Das erste Glas und das zweite Glas können verschiedene Gläser sein. Das erste und das zweite Glas können sich in der thermischen Ausdehnung und/oder im Brechungsindex und/oder in der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex unterscheiden. Alternativ ist es aber auch möglich, die gleiche Glassorte als erstes und als zweites Glas zu verwenden. Dafür können optische Gläser wie BK7 oder Borsilikatglas verwendet werden. Besonders geeignet können hochbrechende Gläser, beispielsweise dichte Flintgläser (SF-Gläser), Lathanum-haltige Flint- oder Krongläser (beispielsweise LaF, LaSF oder LaK Gläser) oder Barium-haltige Flint- oder Krongläser sein (beispielsweise BaF oder BaSF oder BaK Gläser). Vorteilhaft kann das zweite Glas einen höheren Brechungsindex aufweisen, als das erste Glas. Beispielsweise kann das erste Glas einen Brechungsindex zwischen 1,50 und 1,55 aufweisen. Als zweites Glas kann ein Glas mit einem Brechungsindex von mehr als 1,7, besonders vorteilhaft von mehr als 1,8 verwendet werden. Das zweite Glas kann ein hochbrechendes Lathanium- Flintglas sein.
Der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff und der dritte Kunststoff können verschiedene Kunststoffe sein. Die Kunststoffe können sich in der thermischen Ausdehnung und/oder im Brechungsindex und/oder in der Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex unterscheiden. Alternativ ist es aber auch möglich und u.U. sogar vorteilhaft, die gleiche Kunststoffsorte mehrfach zu verwenden. Besonders vorteilhaft kann es sein, alle Kunststofflinsen aus ein und demselben Kunststoff herzustellen. Unter einem Kunststoff kann man ein Polymer verstehen. Besonders vorteilhaft kann ein transparentes, d.h. ein durchsichtiges Polymer sein. Besonders geeignet können Polycarbonat, COP, COC (Topas) oder OKP sein. Ebenfalls geeignet kann PMMA sein.
Die Abbezahl der dritten Linse kann vorteilhaft kleiner als 35 sein. Die Abbezahlen der zweiten, vierten und fünften Linse können vorteilhaft allesamt entweder zwischen 50 und 65 oder zwischen 18 und 32 liegen. Durch diese Auswahl lassen sich die gewünscten Abbildungseigenschaften des Objektivs über einen großen Temperaturbereich sicherstellen.
Das Objektiv kann eine optische Achse aufweisen. Die optische Achse kann als z-Achse eines rechtwinkligen kartesischen Koordinatensystems xyz betrachtet werden. Im rotationssymmetrischen Fall können die x- und y Koordinaten durch eine radiale Koordinate r senkrecht zur optischen Achse ersetzt werden.
Außerdem kann das Objektiv weitere Elemente, beispielweise Ringblende, Filter, Polarisator etc. umfassen. Gegenüber Objektiven mit mehr als fünf Linsen ist das erfindungsgemäße Objektiv billiger herzustellen. Vorteilhaft können die weiteren Elemente ohne Brechkraft, d.h. ohne Krümmung der optischen Grenzflächen ausgeführt sein.
Vorteilhaft können die erste Linse und/oder die zweite Linse wenigstens eine asphärische Fläche aufweisen. Besonders vorteilhaft kann die dritte Fläche asphärisch ausgebildet sein, ganz besonders vorteilhaft die dritte und die vierte Fläche.
Vorteilhaft können die siebente Fläche, achte Fläche, neunte Fläche und zehnte Fläche allesamt asphärisch ausgebildet sein.
Vorteilhaft können die achte Fläche und/oder die zehnten Fläche jeweils wenigstens einen Wendepunkt zwischen der optischen Achse und dem Rand der jeweiligen Fläche aufweisen.
Vorteilhaft können wenigstens drei der dritten Fläche, siebenten Fläche, achten Fläche und zehnten Fläche jeweils wenigstens einen Wendepunkt aufweisen. Mittels der Wendepunkte können Bildfeldwölbung und/oder Astigmatismus und/oder Verzeichnung des Objektivs korrigiert werden.
Vorteilhaft kann die zehnte Fläche konkav ausgebildet sein. Darunter kann man verstehen, dass in bestimmten Bereichen der Fläche oder überall eine positive Krümmung hinsichtlich der Richtung +z vorhanden ist. Vorteilhaft kann die zehnte Fläche frei von Wendepunkten ausgebildet sein. Das kann bedeuten, dass zwar auch Stellen mit einer Krümmung von Null vorhanden sein können, jedoch keine konvex gekrümmten Stellen. Besonders vorteilhaft kann zudem eine erste Ableitung dz/dyder z-Koordinate der zehnten Fläche nach einer Richtung y in einer Ebene x=0 zwischen der optischen Achse und dem Rand der Fläche wenigstens einen Wendepunkt aufweisen. Im Falle einer rotationssymmetrischen Fläche kann man in einem zylindrischen Koordinatensystem auch dz(r)/dr verwenden. Die Koordinate y=0 bzw. r=0 kann dabei der optischen Achse entsprechen. Es können auch mehrere, beispielsweise zwei oder drei Wendepunkte der ersten Ableitung vorhanden sein. Durch diese Maßnahmen können Bildfeldwölbung und/oder Astigmatismus und/oder Verzeichnung besonders gut korrigiert werden.
Vorteilhaft kann die fünfte Fläche als eine Planfläche ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft kann die Blende auf der fünften Fläche angeordnet sein. Dann kann die Blende sehr dünn ausgeführt sein oder die Anschlagfläche der Linse gleichzeitig als Blende genutzt werden. Auch kann die Blende beispielsweise als eine absorbierende Schicht auf der fünften Fläche ausgeführt sein.
Unter einer sphärischen Linse kann man eine Linse verstehen, die zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen ausweist. Eine sphärische Linse kann man auch als bisphärische Linse bezeichnen. Eine der sphärischen Flächen kann eine Planfläche sein. Eine Planfläche kann man als sphärische Fläche mit einem unendlichen Krümmungsradius auffassen.
Unter einer asphärischen Linse kann man eine Linse mit wenigstens einer asphärischen optischen Fläche bezeichnen. Die zweite Linse kann auch als biasphärische Linse ausgebildet sein. Unter einer biasphärischen Linse kann man eine Linse verstehen, die zwei gegenüberliegende asphärische optische Flächen ausweist. Die zweite Linse kann wenigstens eine Freiformfläche aufweisen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die erste Linse und die dritte Linse als sphärische Linsen ausgebildet sind, die zweite, die vierte und die fünfte Linse als asphärische Linsen, d.h. mit wenigstens jeweils einer asphärischen Fläche ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft können die zweite Linse und die fünfte Linse als biasphärische Linse ausgebildet sein. Ganz besonders vorteilhaft können sowohl die zweite Linse, die vierte Linse und die fünfte Linse als biasphärische Linsen ausgebildet sein.
In der z Richtung nach der letzten Linse kann eine Bildebene des Objektivs angeordnet sein. Vor der ersten Linse kann eine Objektebene angeordnet sein. Dann kann das Objektiv ein Abbildungsobjektiv sein. Ein Bildsensor zur Aufnahme eines Bildes oder ein Matrixsensor zur Laufzeitdetektion von Lichtstrahlen kann im Strahlengang nach der letzten Linse, vorteilhaft in der Bildebene des Objektivs, angeordnet sein. Die Lichtstrahlen können sich vom Objekt zur Bildebene mit einer Komponente in z Richtung ausbreiten.
Ebenfalls vorteilhaft kann ein Strahlengang in einer-z Richtung vorgesehen sein. Dazu können eine Lichtquelle, die fünfte Linse, die vierte Linse, die dritte Linse, die zweite Linse und in die erste Linse angeordnet sein. Dann kann das Objektiv zum Beleuchten von Objekten oder Szenen verwendet werden, die in der -z Richtung von der ersten Linse angeordnet sind. Die Lichtstrahlen können sich von der Lichtquelle mit einer Komponente in -z Richtung zu dem zu beleuchtenden Objekt bzw. der Szene ausbreiten. Unter einer Szene kann man eine Anzahl von Objekten verstehen, die in einem bestimmten Raumwinkelbereich detektiert und/oder beleuchtet werden sollen.
Vorteilhaft kann das Objektiv bildseitig annähernd telezentrisch ausgebildet sein. Darunter kann man verstehen, dass der bildseitige Telezentriefehler weniger als 10° beträgt. Diese Ausbildung des Objektivs kann besonders vorteilhaft sein, wenn zwischen der vierten Linse und der Bildebene ein Filter, beispielsweise ein Bandpassfilter, angeordnet ist. Eine derartige vorteilhafte Anordnung kann außerdem einen Bildsensor zur Bildaufnahme oder ein Matrixsensor zur Laufzeitdetektion eines Lichtstrahls umfassen, der in der der Bildebene angeordnet sein kann. Bei einer solchen Anordnung von dem Objektiv und dem Filter kann eine Inhomogenität der Ausleuchtung der Bildebene infolge unterschiedlicher Einfallswinkel auf das Filter vermieden werden. Die Anforderungen an den Winkelakzeptanzbereich des Filters können im Vergleich zu einem nicht telezentrischen Objektiv reduziert sein. Dadurch kann das Filter kostengünstiger sein. Unter einem bildseitigen Telezentriefehler kann man die Winkelabweichung zwischen der optischen Achse und den Hauptstrahlen zwischen der letzten Linse und dem Bildsensor verstehen. Als Hauptstrahlen können dabei die Strahlen bezeichnet werden, die in der Blendenebene einen Schnittpunkt mit der optischen Achse haben. Falls keine Blende vorhanden ist, können als Hauptstrahlen die Strahlen mit dem mittleren Winkel bezüglich der jeweils an einem bestimmten Punkt auf die Bildebene treffenden Strahlenbündel angenommen werden. Vorteilhaft kann die vierte Linse bikonvex ausgebildet sein. Ebenfalls vorteilhaft kann die achte Fläche der vierten Linse in einem achsnahen Bereich konkav und in einem peripheren Bereich konvex ausgebildet sein.
Das Objektiv kann vorteilhaft eine fotografische Lichtstärke von wenigstens 1:1,3 aufweisen. Die fotografische Lichtstärke kann als maximales Öffnungsverhältnis des Objektivs bezeichnet werden. Der Kehrwert der fotografischen Lichtstärke kann als Blendenzahl bezeichnet werden. Man kann die Bedingung auch derart ausdrücken, dass die Blendenzahl kleiner als 1,3 sein soll.
Das Objektiv kann vorteilhaft ein Bandpassfilter zur Trennung des Signallichtes der Lichtquelle vom Umgebungslicht, insbesondere vom Tageslicht, umfassen. Ein Bandpassfilter kann aber auch außerhalb des Objektivs im Strahlengang angeordnet sein.
Das Objektiv kann als Projektionsobjektiv betreibbar sein. Es kann aber auch als Abbildungsobjektiv betreibbar sein.
Vorteilhaft kann eine Verwendung des Objektivs für ein Messsystem zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls sein. Das Messsystem kann vorteilhaft wenigstens ein Objektiv, wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Matrixsensor umfassen. Die Lichtquelle kann eine Laserstrahlquelle oder eine LED sein. Die Lichtquelle kann gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann zwischen 1ns und 1 ms betragen.
Das Messsystem kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Matrixsensor ein SPAD Array ist und/oder dass die Lichtquelle ein VCSEL Array oder ein LED Array ist.
Das Objektiv kann einen oder mehrere jeweils zwischen zwei Linsen angeordnete Abstandshalter umfassen. Die Abstandshalter können vorteilhaft aus Polycarbonat oder aus einem glasfaserverstärken Kunststoff hergestellt sein. Er kann alternativ aus einem Metall wie z.B. Aluminium oder Strahl hergestellt sein.
Das Objektiv kann eine Brennweite, eine Bildpunktgröße, eine Modulations-Transfer-Funktion und eine Verzeichnung in der Bildebene aufweisen. Die Brennweite des Objektivs und/oder wenigstens eine der optischen Eigenschaften Bildpunktgröße, Modulations-Transfer- Funktion, Bildgröße, Verzeichnung in der Bildebene können bei einer ersten Wellenlänge über einen Temperaturbereich ohne den Einsatz von aktiven Komponenten unabhängig von der Temperatur sein. Das kann als passive Athermalisierung bezeichnet werden.
Die passive Athermalisierung kann durch die o.g. Auswahl der Linsenmaterialien in Verbindung mit den o.g. Einschränkungen der Brennweitenverhältnisse erreicht werden.
Das Objektiv kann für eine einzelne Wellenlänge (Designwellenlänge), beispielsweise die einer bestimmten Laserstrahlung ausgelegt sein, beispielsweise 780nm, 808nm, 880nm, 905nm, 915nm, 940nm, 980nm, 1064 oder 1550nm. Das Objektiv kann aber auch für eine bestimmte Bandbreite, beispielsweise für den sichtbaren Wellenlängenbereich oder den nahen Infrarotbereich, oder für mehrere diskrete Wellenlängen ausgelegt sein. Die vorgesehene Bandbreite kann auch beispielsweise 20nm bis 50nm betragen, um beispielsweise eine thermische Wellenlängendrift eines zur Beleuchtung vorgesehenen Diodenlasers ausgleichen zu können.
Das Objektiv kann als Projektionsobjektiv betrieben werden. Beispielsweise kann damit ein Laserstrahl linienförmig oder flächig in einen Raumausschnitt projiziert werden.
Das Objektiv kann als Abbildungsobjektiv betrieben werden. Ein von einem Objekt zurückgeworfener Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl, der von einem Punkt des Objekts reflektiert worden ist, kann auf einen Punkt des Detektors projiziert werden. Mit dem Detektor kann die Laufzeit dieses Lichtstrahls detektiert werden.
Das Objektiv kann in einer bevorzugten Ausführung gleichzeitig als Projektionsobjektiv und als Abbildungsobjektiv verwendet werden. Mittels eines im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Detektor angeordneten Strahlteilers kann der zu projizierende Laserstrahl in den Strahlengang eingekoppelt werden.
Das Objektiv kann als Weitwinkelobjektiv mit einem Öffnungswinkel (Vollwinkel) von mehr als 90°, besonders vorteilhaft mehr als 120° und ganz besonders vorteilhaft mehr als 135° ausgeführt sein.
Vorteilhaft kann das Objektiv eine Gesamtlänge aufweisen, die zwischen dem sechsfachen und dem Zehnfachen der Brennweite F beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Verkörperung der Erfindung ist eine Verwendung einer biasphärischen Kunststofflinse zum Korrigieren von Bildfeldwölbung und/oder Astigmatismus und/oder Verzeichnung eines Abbildungsobjektivs. Unter einer Korrektur der Verzeichnung kann verstanden werden, dass die Abweichung von einer gewünschten Verzeichnung gering sein soll. Es kann sich beispielsweise um das Vermeiden einer Verzeichnung oder das Vermeiden von Abweichungen von einer gewünschten Verzeichnung (Sollverzeichnung) handeln. Vorteilhaft kann das Abbildungsobjektiv als F-Theta Objektiv ausgebildet sein. Das Abbildungsobjektiv umfasst wenigstens vier Linsen, vorteilhaft wenigstens fünf Linsen und ebenfalls vorteilhaft genau vier Linsen oder besonders vorteilhaft genau fünf Linsen. Die biasphärische Kunststofflinse weist eine Lichteintrittsfläche mit einem achsennahen konvexen Bereich und einem peripheren konkaven Bereich auf. Zwischen der optischen Achse und dem Rand der Lichteintrittsfläche kann wenigstens ein Wendepunkt vorhanden sein. Die Kunststofflinse weist außerdem eine Lichtaustrittsfläche auf. Die Lichtaustrittsfläche der Kunststofflinse ist konkav ausgebildet. Darunter kann man verstehen, dass bezüglich einer Lichtausbreitungsrichtung +z der Mittelwert der Krümmung positiv ist. Außerdem ist die Lichtaustrittsfläche frei von Wendepunkten ausgebildet. Das kann bedeuten, dass der Wert der Krümmung keinen Vorzeichenwechsel aufweist. Insbesondere kann die Krümmung auf der gesamten Fläche größer oder gleich null sein, was bedeutet, dass die Krümmung keinen negativen Wert annimmt. Erfindungsgemäß weist eine erste Ableitung dz(y)/dyder z-Koordinate der Lichtaustrittsfläche dieser Kunststofflinse nach einer Richtung y in einer Ebene x=0 zwischen der optischen Achse und dem Rand der Lichtaustrittsfläche wenigstens einen Wendepunkt auf. Durch diese Gestaltung der Linsenflächen ist eine besonders effektive Korrektur der Bildfeldwölbung möglich. Außerdem ist eine derart ausgeführte Korrekturlinse weniger toleranzempfindlich im Vergleich zu bekannten Linsen, welche auch auf der Lichtaustrittsseite einen oder mehrere Wendepunkte aufweisen. Es können auch mehrere, beispielsweise zwei oder drei Wendepunkte der ersten Ableitung vorhanden sein. Besonders vorteilhaft können genau ein, genau zwei oder genau drei Wendepunkte der ersten Ableitung dz(y)/dyzwischen der optischen Achse und dem Rand der Lichtaustrittsfläche vorhanden sein.
Die erste Ableitung dz(y)/dyder z-Koordinate der Lichtaustrittsfläche dieser Kunststofflinse nach der Richtung y kann ein weiteres Mal differenzierbar sein. Die zweite Ableitung d²z(y)/dy² kann die Krümmung der Linse darstellen. Ein lokaler Extremwert (lokales Minimum oder lokales Maximum) der Krümmung kann als eine notwendige -allerdings nicht hinreichende- Bedingung für ein Vorliegen eines Wendepunktes der ersten Ableitung an der entsprechenden Stelle angesehen werden.
Die Krümmung der Lichtaustrittsfläche der biasphärischen Kunststofflinse kann zwischen der optischen Achse und dem Rand der Fläche wenigstens ein lokales Maximum und wenigstens ein lokales Minimum aufweisen. Am Linsenrand kann, muß aber nicht, ein globales Maximum der Krümmung vorhanden sein. Alternativ kann das größte der lokalen Maxima gleichzeitig globales Maximum sein und beabstandet vom Linsenrand liegen. Die lokalen Minima können allesamt nichtnegativ, d.h. ≥0, sein.
Vorteilhaft kann es sein, in einer ersten Ausführung am Rand der Lichtaustrittsfläche ein globales Maximum der Krümmung vorzusehen und beabstandet vom Rand wenigstens ein lokales Maximum der Krümmung und wenigstens ein lokales Minimum der Krümmung, welches zwischen dem lokalen Maximum und dem am Rand befindlichen globalen Maximum angeordnet sein kann. Besonders vorteilhaft kann diese Ausführung sein, wenn das lokale Maximum oder das größte der lokalen Maxima größer als 0,04/mm ist und das lokale Minimum oder das kleinste der lokalen Minima kleiner als ein Drittel dieses Wertes. Das globale Maximum kann vorteilhaft mehr als 0,4/mm betragen.
Alternativ ebenfalls vorteilhaft kann es in einer zweiten Ausführung der Lichtaustrittsfläche der biasphärischen Kunststofflinse sein, wenigstens ein lokales Maximum der Krümmung vorzusehen, welches gleichzeitig globales Maximum ist und dieses vorteilhaft wenigstens 5% des Radius der Lichtaustrittsfläche vom Rand der Lichtaustrittsfläche beabstandet anzuordnen. Dabei kann am Linsenrand eine geringere Krümmung im Vergleich zu diesem globalen Maximum vorhanden sein. Besonders vorteilhaft kann es bei dieser zweiten Ausführung sein, näher an der optischen Achse ein zweites lokales Maximum der Krümmung vorzusehen. Das zweite Maximum kann auf der optischen Achse liegen, dabei können wenigstens zwei Wendepunkte der ersten Ableitung dz(y)/dyzwischen der optischen Achse und dem Rand vorhanden sein. Das zweite Maximum kann alternativ besonders vorteilhaft von der optischen Achse beabstandet sein, dabei können wenigstens drei Wendepunkte der ersten Ableitung dz(y)/dyzwischen der optischen Achse und dem Rand vorhanden sein. Zwischen dem globalen Maximum der Krümmung und dem nächstgelegenen lokalen Maximum kann ein lokales Minimum vorhanden sein.
Insgesamt können mehrere lokale Minima der Krümmung vorhanden sein. Die lokalen Minima können allesamt nichtnegativ, d.h. ≥0, sein. Vorteilhaft kann es sein, das lokale Minimum oder das kleinste der lokalen Minima kleiner als 0,02/mm zu wählen. Als Radius der Lichtaustrittsfläche kann man die y-Koordinate des Randes der Lichtaustrittsfläche verstehen.
Der Rand der Lichtaustrittsfläche kann der am weitesten von der optischen Achse entfernte Strahl des vorgesehenen Strahlengangs sein. Der Rand kann also die optisch funktionale Linsenfläche begrenzen. Die genannte Linse kann rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse z ausgeführt sein. Dann kann man die erste Ableitung ausdrücken als dz(r)/dr. Die Koordinate y=0 bzw. r=0 kann dabei der optischen Achse entsprechen.
Vorteilhaft kann die in hier beschriebene biasphärische Kunststofflinse, insbesondere in der zuvor beschriebenen ersten oder zweiten Ausführung, am weitesten bildseitig angeordnet sein. So kann sie besonders vorteilhaft als die fünfte Linse in dem weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Objektiv verwendet werden.
Vorteilhaft kann die Verwendung eines Objektivs mit einer festen Brennweite F für ein Messsystem zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls sein. Der Lichtstrahl kann ein Laserstrahl sein. Der Lichtstrahl kann von einer Lichtquelle ausgesendet werden. Die Lichtquelle kann ein optisch gepumpter Festkörperlaser oder ein elektrisch gepumpter Diodenlaser sein. Die Lichtquelle kann zusammen mit dem erfindungsgemäßen Objektiv und einem Detektor an einem Fahrzeug angeordnet sein. Die Lichtquelle kann so ausgeführt sein, dass einzelne Lichtimpulse emittierbar sind. Zur Laufzeitdetektion des Lichtstrahls kann ein Photoelektrischer Detektor vorgesehen sein. Der Detektor kann als Avalanche-Photodiode, beispielsweise als Einzelphoton-Avalanche-Diode (abgekürzt SPAD; englisch single-photon avalanche diode) ausgeführt sein. Der Detektor kann mehrere Avalanche Photodioden umfassen. Diese können als SPAD-Array ausgeführt sein.
Ein erfindungsgemäßes Messsystem umfasst wenigstens ein erfindungsgemäßes Objektiv, wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens einen Matrixsensor. Die Lichtquelle kann wenigstens ein Signallicht emittieren. Dieses kann sich in der Wellenlänge vom Umgebungslicht unterscheiden. Die Lichtquelle kann vorteilhaft eine Laserlichtquelle sein. Es kann sich um einen Infrarotlaser handeln. Alternativ kann die Lichtquelle eine LED sein.
Die Lichtquelle kann gepulst betrieben werden. Die Pulslänge kann zwischen 1ns und 1 ms betragen.
Die Lichtquelle kann in einer weiteren Ausführungsform mehrere lichtemittierende Elemente umfassen, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Die Lichtquelle kann als ein VCSEL Array oder ein LED Array ausgebildet sein. Es kann ein Betrieb der Lichtquelle vorgesehen sein, bei welchem wenigstens zwei der lichtemittierenden Elemente zu verschiedenen Zeitpunkten Lichtpulse aussenden.
Der Matrixsensor kann ein SPAD Array sein.
Die Figuren zeigen Folgendes:

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
2 zeigt den Strahlengang des ersten Ausführungsbeispiels.
3 zeigt den Astigmatismus des ersten Ausführungsbeispiels.
4 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des ersten Ausführungsbeispiels.
5 zeigt die F - Theta Verzeichnung des ersten Ausführungsbeispiels.
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
7 zeigt den Astigmatismus des zweiten Ausführungsbeispiels.
8 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des zweiten Ausführungsbeispiels.
9 zeigt die F - Theta Verzeichnung des zweiten Ausführungsbeispiels.
10 zeigt eine erfindungsgemäße biasphärische Kunststofflinse.
11 zeigt die Lichtaustrittsfläche der biasphärischen Kunststofflinse.
12 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
13 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
14 zeigt die dritte Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
15 zeigt die Lichtaustrittsfläche einer weiteren Kunststofflinse.
16 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
17 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
18 zeigt die Lichtaustrittsfläche einer weiteren Kunststofflinse.
19 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
20 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
21 zeigt die Lichtaustrittsfläche einer weiteren Kunststofflinse.
22 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
23 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche.
24 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
25 zeigt den Astigmatismus des dritten Ausführungsbeispiels.
26 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des dritten Ausführungsbeispiels.
27 zeigt die F - Theta Verzeichnung des dritten Ausführungsbeispiels.
28 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.
29 zeigt den Astigmatismus des vierten Ausführungsbeispiels.
30 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des vierten Ausführungsbeispiels.
31 zeigt die F - Theta Verzeichnung des vierten Ausführungsbeispiels.
32 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem.

Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist ein Objektiv 1 mit einer festen Brennweite F, wobei im Strahlengang nacheinander eine erste Fläche 6, eine zweite Fläche 7, eine dritte Fläche 9 eine vierte Fläche 10, eine fünfte Fläche 12, eine sechste Fläche 13, eine siebente Fläche 17, eine achte Fläche 18, eine neunte Fläche 20 und eine zehnte Fläche 21 angeordnet sind. Das Objektiv weist eine optische Achse 3 auf. Die optische Achse liegt in z Richtung. In den Figuren ist die Bildebene rechts, d.h. in z Richtung angeordnet, während sich die Gegenstandsebene links vom Objektiv befindet. Das Objektiv umfasst eine erste Linse 5 eine zweite Linse 8, eine dritte Linse 11, eine vierte Linse 16 und eine fünfte Linse 19. Die Linsen sind in z Richtung aufeinanderfolgend in der genannten Reihenfolge angeordnet.
Die erste Linse ist eine sphärische Meniskuslinse mit negativer Brechkraft, d.h. sie weist zwei gegenüberliegende sphärische optische Flächen auf.
Die dritte Linse 11 weist eine positive Brechkraft auf.
Die zweite Linse 8 ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt. Die zweite Linse 8 ist als biasphärische Zerstreuungslinse ausgebildet. Die dritte Linse 11 ist aus einem zweiten Glas hergestellt. Die dritte Linse 11 ist eine sphärische Sammellinse.
Die vierte Linse 16 ist als biasphärische Sammellinse ausgebildet. Sie ist aus einem zweiten Kunststoff hergestellt. Der zweite Kunststoff ist hier der gleiche wie der erste Kunststoff.
Die fünfte Linse 19 ist ausgeführt wie in 10, 11, 12, 13 und 14 dargestellt und weiter unten erläutert.
Außerdem kann vor dem Matrixsensor 33 optional ein Filter 30 vorgesehen werden, der das Signallicht vom Umgebungslicht trennt.
2 zeigt den Strahlengang des ersten Ausführungsbeispiels. In dieser Figur und den weiteren Figuren sind die Schraffuren der Linsen weggelassen, um die Lichtstrahlen 4 besser darstellen zu können, welche den Strahlengang 2 repräsentieren. Zwischen der zweiten Linse 8 und der dritten Linse 11 ist eine Blende 15 angeordnet. Die Blendenebene 14 befindet sich auf der als Planfläche ausgebildeten fünften Fläche 12. In der Bildebene 33 ist ein Bildsensor zur Bildaufnahme oder ein Matrixsensor zur Laufzeitdetektion eines Lichtstrahls angeordnet.

Das optische Design in der Variante ohne Filter ist gemäß der nachfolgenden Tabelle 1 ausgeführt: Tabelle 1

Nr.	Typ	Kommentar	Krümmungsradius KR in mm	Dicke /Abstand in mm	Material	Radius in mm

1	STANDARD	Objekt	∞	∞	Luft
2	STANDARD	Fläche 1	19,770000	1,132000	Glas 1(n = 1,5168)	8,970777
3	STANDARD	Fläche 2	4,982000	4,616000	Luft	4,900000
4	ASPHÄRE	Fläche 3	-322,400000	1,061000	Polymer 1 (n= 1,5300)	4,185478
5	ASPHÄRE	Fläche 4	7,544000	2,200000	Luft	3,282936
6	STANDARD	Blende	∞	0,000000	Luft	2,701642
7	STANDARD	Fläche 5	∞	7,268000	Glas 2 (n=1,9037)	2,901642
8	STANDARD	Fläche 6	-7,848000	0,228900	Luft	5,319136
9	ASPHÄRE	Fläche 7	7,989000	5,179000	Polymer 2(n= 1,5300)	5,963481
10	ASPHÄRE	Fläche 8	15,860000	1,308000	Luft	5,715791
11	ASPHÄRE	Fläche 9	6,849000	1,508000	Polymer 3 (n= 1.5300)	4,921023
12	ASPHÄRE	Fläche 10	40,000000	3,300000	Luft	4,662680
13	STANDARD	Bild	∞	0,000000		5,000000

Die erste Spalte gibt eine laufende Nummer an und ist von der Objektseite aus durchnummeriert. Der Typ „Standard“ bezeichnet eine ebene oder sphärisch gekrümmte Fläche. Der Typ „ASPHÄRE“ bezeichnet eine asphärische Fläche. Als Fläche kann eine Grenzfläche oder Linsenoberfläche verstanden werden. Es sei darauf hingewiesen, dass außerdem auch die Gegenstandsebene (Nr. 1), eine Blende (Nr.6) sowie die Bildebene (Nr. 13) in der ersten Spalte nummeriert sind. Als Kommentar sind die in der Beschreibung und im Anspruchssatz aufgeführten Linsenflächen angegeben.
Die Spalte Krümmungsradius KR gibt den Krümmungsradius der jeweiligen Fläche an. Im Falle einer asphärischen Fläche ist darunter der paraxiale Krümmungsradius zu verstehen. In der Tabelle ist das Vorzeichen eines Krümmungsradius positiv angegeben falls die Form einer Oberfläche zur Objektseite hin konvex ist und das Vorzeichen ist negativ falls die Form einer Oberfläche zur Bildseite hin konvex ist. Die Angabe ∞ in der Spalte Krümmungsradius bedeutet, dass es sich um eine ebene Fläche handelt. In der Spalte „Dicke/Abstand“ ist der Abstand der i-ten Fläche zur (i+1)-ten Fläche auf der optischen Achse angegeben. Die Angabe ∞ in dieser Spalte in Nr.1 bedeutet, dass es sich um eine unendliche Gegenstandsweite handelt, d.h. ein auf Unendlich fokussiertes Objektiv. Für die Zeilen 2, 4, 7, 9 und 11 ist in dieser Spalte die Mittendicke der ersten, zweiten dritten, vierten bzw. fünften Linse angegeben. In der Spalte Material ist das Material zwischen den jeweiligen Flächen angegeben mit dem jeweiligen Brechungsindex n. Der angegebene Brechungsindex n bezieht sich dabei auf üblicherweise verwendete Natrium-D-linie. Die Spalte Radius gibt den Außenradius der jeweiligen Fläche an. Im Falle der Blende (Nr. 6) ist das die Blendenöffnung. Bei den Linsenflächen ist das der nutzbare maximale Abstand der Lichtstrahlen von der optischen Achse, in der nachfolgenden Gleichung entspricht das dem maximalen Wert h für die jeweilige Fläche.

Nachfolgend sind in den zwei nachfolgenden Tabellen Tabelle 2, Tabelle 3 die Koeffizienten der asphärischen Flächen zu der jeweiligen laufenden Nr. aus Spalte 1 der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 2

Nr.	C₂ in mm^-1	C₄ in mm^-3	C₆ in mm^-5	C₈ in mm^-7
4	0	1,8929E-03	-1,3862E-04	5,6479E-06
5	0	3,8511 E-03	-1,1177E-07	0,0000E+00
9	0	-1,9215E-04	1,1981E-05	-9,0353E-07
10	0	-1,4834E-03	2,1040E-05	2,4410E-06
11	0	-1,9231 E-03	-7,9651 E-05	1,8942E-06
12	0	1,9405E-03	-4,5728E-04	4,7035E-05

Tabelle 3

Nr.	C₁₀ in mm^-9	C₁₂ in mm^-11	C₁₄ in mm^-13	C₁₆ in mm^-15
4	-2,9882E-07	7,5065E-09	0,0000E+00	0,0000E+00
5	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00
9	4,9619E-08	-2,1430E-09	5,1996E-11	-5,9086E-13
10	-1,8093E-07	3,5743E-09	-1,2977E-11	-1,5515E-13
11	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00
12	-2,4843E-06	4,3636E-08	1,4519E-09	-4,8891 E-11

In den numerischen Werten der asphärischen Daten, bedeutet „E-n“ (n: ganzzahlig) „x10^-n“ und „E+n“ bedeutet „x10ⁿ“. Weiterhin sind die asphärischen Oberflächenkoeffizienten die Koeffizienten C_m mit m = 2..16 in einem asphärischen Ausdruck, der durch die folgende Gleichung dargestellt wird: $Z d = \frac{h^{2}}{K R + \sqrt{K R^{2} - (1 + k) h^{2}}} + \sum_{m = 2}^{16} C_{m} \cdot h^{m}, wobei$
Zddie Tiefe einer asphärischen Oberfläche ist (d.h. die Länge einer Senkrechten von einem Punkt auf der asphärischen Oberfläche mit einer Höhe h zu einer den Scheitel der asphärischen Oberfläche berührenden und zu einer optischen Achse senkrechten Ebene), h die Höhe (d.h. eine Länge von der optischen Achse zu dem Punkt auf der der asphärischen Fläche), KR der paraxiale Krümmungsradius, und C_m die unten angegebenen asphärischen Oberflächenkoeffizienten (m = 2.. 16) sind. Nicht angegebene asphärischen Oberflächenkoeffizienten, hier alle mit ungeradzahligem Index, sind Null anzunehmen. Die Koordinate h ist in Millimeter einzusetzen, ebenso der Krümmungsradius, das Ergebnis Zdwird in Millimetern erhalten. Der Koeffizient k ist der Konizitätskoeffizient, Die in diesem Absatz stehenden Ausführungen gelten auch für alle weiteren folgenden Ausführungsbeispiele.
Der Konizitätskoeffizient k ist im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel für alle Flächen Null.
Die Brennweite der ersten Linse beträgt f₁=-13.45 mm, die der zweiten Linse beträgt f₂=-14.08 mm. Die Brennweite der dritten Linse beträgt f₃=8.94 mm, die der vierten Linse beträgt f₄=25.11 mm und die der fünften Linse beträgt f₅=15.56 mm Das Objektiv hat eine Brennweite Fvon 3.46 mm.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist das Objektiv auf eine endliche Gegenstandsweite fokussiert. Das kann durch eine Veränderung der Bildweite erfolgen. Dazu kann der Abstand in Zeile Nr. 12 entsprechend erhöht werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung kann das Objektiv als Projektionsobjektiv verwendet werden. Dazu wird anstelle des Sensors in der Ebene 33 eine Lichtquelle angeordnet. Dann kann eine in negativer z Richtung, die in 1 als -z Richtung gekennzeichnet ist, vor dem Objektiv befindliche Szene beleuchtet werden.
3 zeigt den Astigmatismus des ersten Ausführungsbeispiels. Dargestellt ist bei allen Astigmatismusdiagrammen auf der horizontalen Achse die Fokuslage und auf der vertikalen Achse der Einfallswinkel. Die Bezeichnung „sagittal“ bezeichnet das Sagittalbild und die Bezeichnung „tangential“ das Tangentialbild, welches auch als Meridionalbild bezeichnet werden kann.
4 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des ersten Ausführungsbeispiels. Dargestellt sind bei allen Verzeichnungsdiagrammen auf der horizontalen Achse die Verzeichnung in % und auf der vertikalen Achse der Einfallswinkel.
5 zeigt die F - Theta Verzeichnung des ersten Ausführungsbeispiels.

6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Dieses wird in den folgenden Absätzen beschrieben. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist eine biasphärische Linse aus 15, 16 und 17 als fünfte Linse 19 verwendet. Entsprechend der unter dem ersten Ausführungsbeispiel genannten Ausführungen ist das optische Design des zweiten Ausführungsbeispiels nach der nachfolgenden Tabelle 4 ausgeführt: Tabelle 4

Nr.	Typ	Kommentar	Krümmungsradius KR in mm	Dicke /Abstand in mm	Material	Radius in mm

1	STANDARD	Objekt	∞	∞	Luft
2	STANDARD	Fläche 1	20,924016	1,570690	Glas 1(n = 1,5168)	9,504763
3	STANDARD	Fläche 2	4,904248	4,490025	Luft	4,808687
4	ASPHÄRE	Fläche 3	26,365451	1,040302	Polymer 1 (n= 1,5300)	3,986409
5	ASPHÄRE	Fläche 4	6,865847	2,271235	Luft	3,075385
6	STANDARD	Blende	∞	0,068453	Luft	2,615000
7	STANDARD	Fläche 5	493,296366	6,836047	Glas 2 (n=1,9037)	2,709185
8	STANDARD	Fläche 6	-7,808490	0,200000	Luft	4,982316
9	ASPHÄRE	Fläche 7	8,080616	5,129109	Polymer 2(n= 1,5300)	5,681749
10	ASPHÄRE	Fläche 8	18,165906	1,396368	Luft	5,451244
11	ASPHÄRE	Fläche 9	6,328728	1,794420	Polymer 3 (n= 1.5300)	4,654312
12	ASPHÄRE	Fläche 10	26,365451	2,680000	Luft	4,297779
13	STANDARD	Bild	∞	0,000000		5,000000
			∞

Die in den folgenden Tabellen Tabelle 5, Tabelle 6 angegebenen Koeffizienten der asphärischen Flächen (Flächen vom Typ Asphäre mit der in der obigen Tabelle 4 jeweils angegebenen laufenden Nummer in Spalte 1) wurden verwendet: Tabelle 5

Nr.	C₂ in mm^-1	C₄ in mm^-3	C₆ in mm^-5	C₈ in mm^-7
4	0	2,0640E-03	-1,8390E-04	7,5156E-06
5	0	4,1140E-03	-6,2569E-05	0,0000E+00
9	0	-3,240E-04	2,8561 E-05	-2,8433E-06
10	0	-2,2771E-03	1,2112E-04	-7,6327E-06
11	0	-2,4015E-03	-8,7228E-05	2,5882E-06
12	0	1,3413E-03	-3,0440E-04	3,2103E-05

Tabelle 6

Nr.	C₁₀ in mm^-9	C₁₂ in mm^-11	C₁₄ in mm^-13	C₁₆ in mm^-15
4	-3,2934E-07	7,6917E-09	0,0000E+00	0,0000E+00
5	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00
9	1,7810E-07	-7,0211E-09	1,5061E-10	-1,3976E-12
10	4,4701E-07	-1,8247E-08	4,0458E-10	-3,7038E-12
11	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00	0,0000E+00
12	-2,6772E-06	1,8024E-07	-7,1280E-09	1,2002E-10

Nicht angegebene asphärischen Oberflächenkoeffizienten, hier alle mit ungeradzahligem Index, sind Null anzunehmen. Die Konizitätskoeffizienten k aller Flächen sind in diesem Beispiel ebenfalls gleich Null.
Die Brennweite der ersten Linse beträgt f₁=-13.03 mm, die der zweiten Linse beträgt f₂=-18.08 mm. Die Brennweite der dritten Linse beträgt f₃=8.81 mm, die der vierten Linse beträgt f₄=23.69 mm und die der fünften Linse beträgt f₅=15,45 mm Das Objektiv hat eine Brennweite Fvon 3.51 mm.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist das Objektiv auf eine endliche Gegenstandsweite fokussiert. Das kann durch eine Veränderung der Bildweite erfolgen. Dazu kann der Abstand in Zeile Nr. 12 entsprechend erhöht werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung kann das Objektiv als Projektionsobjektiv verwendet werden. Dazu wird anstelle des Sensors in der Ebene 33 eine Lichtquelle angeordnet. Dann kann eine in negativer z Richtung vor dem Objektiv befindliche Szene beleuchtet werden.
Die Designwellenlänge des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels ist 940nm. Abwandlungen der Ausführungsbeispiele können auch bei anderen in der Beschreibung aufgeführten Wellenlängen verwendet werden.
7 zeigt den Astigmatismus des zweiten Ausführungsbeispiels. 8 zeigt die F-tan Theta Verzeichnung des zweiten Ausführungsbeispiels. Hier ist eine hohe Verzeichnung zum Bildrand hin beabsichtigt. 9 zeigt die F - Theta Verzeichnung des zweiten Ausführungsbeispiels.
10 zeigt eine erfindungsgemäße biasphärische Kunststofflinse. Dabei ist eine Lichteintrittsfläche 20 der biasphärischen Kunststofflinse 19 mit einem achsennahen konvexen Bereich 22 und einem peripheren konkaven Bereich 23 ausgestattet. Die Lichtaustrittsfläche 21 der Kunststofflinse ist konkav und frei von Wendepunkten ausgebildet. Die optische Achse 3 verläuft in z-Richtung. Diese hier gezeigte Linse ist als fünfte Linse 19 des ersten Ausführungsbeispiels verwendet und mit den in Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3 angegebenen Parametern ausgeführt.
11 zeigt die Lichtaustrittsfläche der biasphärischen Kunststofflinse. Dargestellt ist die Lichtaustrittsfläche der in 10 dargestellten Linse als Funktion z(y), in der Darstellung in 10 die rechte Linsenfläche 21. Die Werte z und y sind jeweils in mm angegeben. Der Wert y=0 entspricht der optischen Achse. Die Funktion ist in einer Schnittebene x=0, welche durch die optische Achse verläuft, dargestellt.
12 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche. Dargestellt ist die erste Ableitung z'(y)=dz(y)/dy der in der in 11 dargestellten Funktion z(y). y ist hier ebenfalls in mm angegeben. Die erste Ableitung weist einen ersten Wendepunkt 24, einen zweiten Wendepunkt 25 und einen dritten Wendepunkt 26 Wendepunkt auf. Diese Wendepunkte sind in der Darstellung jeweils zweimal sichtbar, weil die Ableitung vom negativen zum positiven Linsenrand dargestellt ist. Betrachtet man nur den Bereich y≥0, ist jeder Wendepunkt nur einmal präsent. Das entspricht der Aussage, dass zwischen der optischen Achse bei y=0 und dem Linsenrand, hier bei y=4,6mm, drei Wendepunkte vorhanden sind.
13 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche. Dargestellt ist die Krümmung als z''(y)=d²z(y)/dy² der in der in 11 dargestellten Funktion z(y). Die Koordinate y ist hier ebenfalls in mm angegeben, z" in 1/mm.
In diesem Beispiel ist ein lokales Maximum als erster Extremwert 27 der Krümmung vorhanden, welches gleichzeitig globales Maximum ist. Dieses lokale Maximum ist vom Rand der Lichtaustrittsfläche beabstandet angeordnet. Am Linsenrand ist eine geringere Krümmung vorhanden im Vergleich zu diesem globalen Maximum.
Zwischen dem globalen Maximum 27 der Krümmung und dem nächstgelegenen lokalen Maximum als ein dritter Extremwert 29 ist ein lokales Minimum als zweiter Extremwert 28 vorhanden. Das zweite Maximum 29 ist von der optischen Achse beabstandet angeordnet. Dadurch sind drei Wendepunkte der ersten Ableitung dz(y)/dyzwischen der optischen Achse und dem Rand vorhanden. Die Krümmung ist überall nichtnegativ, d.h. ≥0. Auf der optischen Achse, d.h. an der Stelle y=0 ist ein weiteres lokales Minimum der Krümmung zu sehen, wobei an dieser Stelle kein Wendepunkt der ersten Ableitung z' vorhanden ist.
14 zeigt die dritte Ableitung der Lichtaustrittsfläche. Die dritte Ableitung z'''(y) der in 11 dargestellten Funktion weist an den Wendepunkten der in 12 dargestellten ersten Ableitung z' jeweils einen Nulldurchgang auf, was ein hinreichendes Kriterium für das Vorliegen der genannten Wendepunkte 24, 25 und 26 der ersten Ableitung ist.
15, 16 und 17 zeigen eine weitere biasphärische Kunststofflinse, welche zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist. Diese hier gezeigte Linse ist als fünfte Linse des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet und mit den in Tabelle 4, Tabelle 5 und Tabelle 6 angegebenen Parametern ausgeführt. 15 zeigt die Lichtaustrittsfläche 16 zeigt die erste Ableitung der Lichtaustrittsfläche. Hier sind zwei Wendepunkte 24, 25 zwischen der optischen Achse und dem Linsenrand vorhanden. 17 zeigt die zweite Ableitung der Lichtaustrittsfläche. Am Rand der Lichtaustrittsfläche ist ein globales Maximum 27 der Krümmung vorgesehen und beabstandet vom Rand ein lokales Maximum 29 der Krümmung. Ein lokales Minimum der 28 der Krümmung ist zwischen dem lokalen Maximum und dem am Rand befindlichen globalen Maximum angeordnet.
18, 19 und 20 zeigen eine weitere biasphärische Kunststofflinse, welche zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist. Diese hier gezeigte Linse ist zum Korrigieren der Bildfeldwölbung im dritten Ausführungsbeispiel verwendet und mit den in Tabelle 7, Tabelle 8 und Tabelle 9 in der Zeile Nr. 10 als Fläche 10 angegebenen Parametern ausgeführt. Hier sind zwei Wendepunkte 24, 25 der ersten Ableitung z' zwischen der optischen Achse und dem Linsenrand vorhanden.
21, 22 und 23 zeigen eine weitere biasphärische Kunststofflinse, welche zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignet ist. Diese hier gezeigte Linse ist zum Korrigieren der Bildfeldwölbung im dritten Ausführungsbeispiel verwendet und mit den in Tabelle 10, Tabelle 11 und Tabelle 12 in der Zeile Nr. 10 als Fläche 10 angegebenen Parametern ausgeführt. Hier sind zwei Wendepunkte 24, 25 der ersten Ableitung z' zwischen der optischen Achse und dem Linsenrand vorhanden.

24 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Verwendung der weiteren biasphärischen Kunststofflinse 19 aus 18, 19 und 20 zum Korrigieren der Bildfeldwölbung eines Abbildungsobjektivs mit vier Linsen. Die Linsen sind in der Figur angegeben als erste Linse 5, zweite Linse 8, dritte Linse 11 und Korrekturlinse 19 mit der Lichteintrittsfläche 20 und der Lichtaustrittsfläche 21 der Korrekturlinse. Entsprechend der unter dem ersten Ausführungsbeispiel genannten Ausführungen ist das optische Design dieses dritten Ausführungsbeispiels nach der nachfolgenden Tabelle 7 ausgeführt: Tabelle 7

Nr.	Typ	Kommentar	Krümmungsradius KR in mm	Dicke /Abstand in mm	Material	Radius in mm

1	Standard	Objekt	∞	∞	Luft
2	Asphäre	Fläche 1	-6,230944	5,701835	Polymer 1 (n= 1.5300)	12,416714
3	Asphäre	Fläche 2	-8,896737	1,577207	Luft	10,200998
4	Standard	Blende	∞	0,100000	Luft	8,835525
5	Asphäre	Fläche 3	9,246630	5,998586	Polymer 2 (n= 1.5300)	11,594786
6	Asphäre	Fläche 4	9,519479	7,127095	Luft	12,406077
7	Standard	Fläche 5	18,050311	8,511258	Glas 1 (n=1.8467)	12,744462
8	Standard	Fläche 6	∞	0,234272	Luft	11,478141
9	Asphäre	Fläche 9	9,856429	3,999862	Polymer 3 (n= 1.5300)	9,088801
10	Asphäre	Fläche 10	15,549429	6,050000	Luft	7,605896
11	Standard	Bild	∞	0,000000		7,500000

Die in den folgenden Tabellen Tabelle 8, Tabelle 9 angegebenen Koeffizienten der asphärischen Flächen (Flächen vom Typ Asphäre mit der in der obigen Tabelle 7 jeweils angegebenen laufenden Nummer in Spalte 1) wurden verwendet: Tabelle 8

Nr.	k	C₂ in mm^-1	C₄ in mm^-3	C₆ in mm^-5	C₈ in mm^-7
2	-2,560057	0	5,3091E-05	1,9890E-06	-3,0424E-08
3	-0,969566	0	2,7298E-04	3,4469E-06	-1,2549E-07
5	-1,104189	0	-2,6562E-04	3,4788E-06	-4,9384E-08
6	-4,302363	0	-3,0131E-04	5,9167E-06	-1,1209E-07
9	-1,608437	0	1,2814E-04	5,7453E-06	-4,7252E-07
10	-6,018323	0	6,8157E-04	-1,3795E-05	8,8297E-07

Tabelle 9

Nr.	C_lo in mm^-9	C₁₂ in mm^-11	C₁₄ in mm^-13	C₁₆ in mm^-15
2	2,4762E-10	-1,2391E-12	3,6987E-15	-5,1645E-18
3	2,5971E-09	-3,1175E-11	1,9796E-13	-5,0661E-16
5	4,8536E-10	-2,7529E-12	6,7391E-15	-4,4890E-18
6	1,3620E-09	-9,9515E-12	3,8787E-14	-6,2599E-17
9	1,5230E-08	-3,0286E-10	2,9497E-12	-1,0681E-14
10	-3,8027E-08	7,6878E-10	-7,8042E-12	3,4208E-14

Nicht angegebene asphärischen Oberflächenkoeffizienten, hier alle mit ungeradzahligem Index, sind Null anzunehmen.
Die Brennweite der ersten Linse beträgt f₁=-149,85 mm, die der zweiten Linse beträgt f₂=17,67 mm. Die Brennweite der dritten Linse beträgt f₃=22,08 mm, die der Korrekturlinse beträgt f₅=41,43 mm Das Objektiv hat eine Brennweite Fvon 13,01 mm.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist das Objektiv auf eine endliche Gegenstandsweite fokussiert. Das kann durch eine Veränderung der Bildweite erfolgen. Dazu kann der Abstand in Zeile Nr. 10 entsprechend erhöht werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung kann das Objektiv als Projektionsobjektiv verwendet werden. Dazu wird anstelle des Sensors in der Ebene 33 eine Lichtquelle angeordnet. Dann kann eine in negativer z Richtung vor dem Objektiv befindliche Szene beleuchtet werden.
Die Designwellenlänge dieses Ausführungsbeispiels ist 905nm. Abwandlungen der Ausführungsbeispiele können auch bei anderen in der Beschreibung aufgeführten Wellenlängen verwendet werden.
25 zeigt den Astigmatismus des dritten Ausführungsbeispiels. 26 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des dritten Ausführungsbeispiels. 27 zeigt die F - Theta Verzeichnung des dritten Ausführungsbeispiels.

28 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist die Verwendung einer weiteren biasphärischen Kunststofflinse aus 21, 22 und 23. Die Linsen sind in der Figur angegeben als erste Linse 5, zweite Linse 8, dritte Linse 11 und Korrekturlinse 19 mit der Lichteintrittsfläche 20 und der Lichtaustrittsfläche 21 der Korrekturlinse. Entsprechend der unter dem ersten Ausführungsbeispiel genannten Ausführungen ist das optische Design dieses vierten Ausführungsbeispiels nach der nachfolgenden Tabelle 10 ausgeführt: Tabelle 10

Nr.	Typ	Kommentar	Krümmungsradius KR in mm	Dicke /Abstand in mm	Material	Radius in mm

1	Standard	Objekt	∞	∞	Luft
2	Asphäre	Fläche 1	-6,188174	6,000000	Polymer 1 (n= 1.5300)	12,782538
3	Asphäre	Fläche 2	-8,350660	0,663085	Luft	10,534452
4	Standard	Blende	∞	0,100000	Luft	8,770000
5	Asphäre	Fläche 3	9,327281	6,000000	Polymer 2 (n= 1.5300)	11,954788
6	Asphäre	Fläche 4	10,451651	6,213997	Luft	12,610611
7	Standard	Fläche 5	97,655164	7,000000	Glas 1 (n=1.8467)	13,059946
8	Standard	Fläche 6	-33,034230	0,100000	Luft	12,981984
9	Asphäre	Fläche 9	10,465107	6,000000	Polymer 3 (n= 1.5300)	10,250292
10	Asphäre	Fläche 10	24,825405	5,643037	Luft	8,490759
11	Standard	Bild	∞	0,000000		8,000000

Die in den folgenden Tabelle 11Tabelle 12) angegebenen Koeffizienten der asphärischen Flächen (Flächen vom Typ Asphäre mit der in der obigen Tabelle 7 jeweils angegebenen laufenden Nummer in Spalte 1) wurden verwendet: Tabelle 11

Nr.	k	C₂ in mm^-1	C₄ in mm^-3	C₆ in mm^-5	C₈ in mm^-7
2	-2,753519	0	3,2627E-05	1,4596E-06	-1,3738E-08
3	-1,279765	0	3,1220E-04	-1,0671E-06	1,1099E-08
5	-1,242730	0	-1,9211E-04	1,5774E-06	-1,3278E-08
6	-8,448702	0	-1,5813E-04	4,9644E-07	1,9398E-09
9	-8,196975	0	7,5321E-04	-1,7029E-05	2,9885E-07
10	-20,000000	0	3,7068E-04	-6,5538E-06	1,8875E-07

Tabelle 12

Nr.	C_lo in mm^-9	C₁₂ in mm^-11	C₁₄ in mm^-13	C₁₆ in mm^-15
2	5,7568E-11	-9,5057E-14	0,0000E+00	0,0000E+00
3	-7,0163E-11	2,9540E-13	0,0000E+00	0,0000E+00
5	7,5324E-11	-2,7316E-13	0,0000E+00	0,0000E+00
6	-5,6079E-11	3,3197E-13	-9,2673E-16	0,0000E+00
9	-3,3110E-09	1,3902E-11	0,0000E+00	0,0000E+00
10	-4,2876E-09	3,3680E-11	0,0000E+00	0,0000E+00

Nicht angegebene asphärischen Oberflächenkoeffizienten, hier alle mit ungeradzahligem Index, sind Null anzunehmen.
Die Brennweite der ersten Linse beträgt f₁=-966,18 mm, die der zweiten Linse beträgt f₂=17,84 mm. Die Brennweite der dritten Linse beträgt f₃=30,94 mm, die der Korrekturlinse beträgt f₅=30,26 mm Das Objektiv hat eine Brennweite Fvon 12,64 mm.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ist das Objektiv auf eine endliche Gegenstandsweite fokussiert. Das kann durch eine Veränderung der Bildweite erfolgen. Dazu kann der Abstand in Zeile Nr. 10 entsprechend erhöht werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Abwandlung kann das Objektiv als Projektionsobjektiv verwendet werden. Dazu wird anstelle des Sensors in der Ebene 33 eine Lichtquelle angeordnet. Dann kann eine in negativer z Richtung vor dem Objektiv befindliche Szene beleuchtet werden.
Die Designwellenlänge dieses Ausführungsbeispiels ist 905nm. Abwandlungen der Ausführungsbeispiele können auch bei anderen in der Beschreibung aufgeführten Wellenlängen verwendet werden.
29 zeigt den Astigmatismus des vierten Ausführungsbeispiels. 30 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des vierten Ausführungsbeispiels. 30 zeigt die F - tan Theta Verzeichnung des vierten Ausführungsbeispiels.
32 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem. Das Messsystem 31 umfasst ein Senderobjektiv 34, ein Empfängerobjektiv 35, eine Lichtquelle 32 und einen Matrixsensor 33. Die Lichtquelle beleuchtet ein oder mehrere Objekte 36 mit einem Senderlicht 37. Der Matrixsensor detektiert die Laufzeit des zurückgeworfenen Lichts 38.
Bezugszeichenliste

1.: Objektiv
2.: Linsenanordnung mit Strahlengang
3.: Optische Achse
4.: Lichtstrahl
5.: Erste Linse
6.: Erste Fläche
7.: Zweite Fläche
8.: Zweite Linse
9.: Dritte Fläche
10.: Vierte Fläche
11.: Dritte Linse
12.: Fünfte Fläche
13.: Sechste Fläche
14.: Blendenebene
15.: Blende
16.: Vierte Linse
17.: Siebente Fläche
18.: Achte Fläche
19.: Fünfte Linse, Korrekturlinse
20.: Neunte Fläche, Lichteintrittsfläche Korrekturlinse
21.: Zehnte Fläche, Lichtaustrittsfläche Korrekturlinse
22.: Konvexer Bereich
23.: Konkaver Bereich
24.: Erster Wendepunkt
25.: Zweiter Wendepunkt
26.: Dritter Wendepunkt
27.: Erster Extremwert
28.: Zweiter Extremwert
29.: Dritter Extremwert
30.: Filter
31.: Messsystem
32.: Lichtquelle
33.: Matrixsensor
34.: Senderobjektiv
35.: Empfängerobjektiv
36.: Objekt
37.: Senderlicht
38.: Zurückgeworfenes Licht

Claims

Objektiv (1) mit einer festen Brennweite F und einem Sichtfeld von mehr als 45° zur optischen Achse, wobei im Strahlengang nacheinander wenigstens eine erste Fläche (6), eine zweite Fläche (7), eine dritte Fläche (9) eine vierte Fläche (10), eine fünfte Fläche (12), eine sechste Fläche (13), eine siebente Fläche (17), eine achte Fläche (18), eine neunte Fläche (20) und eine zehnte Fläche (21) angeordnet sind, wobei • die erste Fläche (6) und die zweite Fläche (7) zu einer ersten Linse (5) mit einer ersten Brennweite f₁ gehören, • die dritte Fläche (9) und die vierte Fläche (10) zu einer zweiten Linse (8) mit einer zweiten Brennweite f₂ gehören, • die fünfte Fläche (12) und die sechste Fläche (13) zu einer dritten Linse (11) mit einer dritten Brennweite f₃ und einer Brechzahl von mehr als 1,7 gehören, • die siebente Fläche (17) und die achte Fläche (18) zu einer vierten Linse (16) mit einer vierten Brennweite f₄ gehören, • die neunte Fläche (20) und die zehnte Fläche (21) zu einer fünften Linse (19) mit einer fünften Brennweite f₅ gehören, • die erste Linse (5) als ein Meniskus mit negativer Brechkraft D₁=1/f₁<0 ausgebildet ist, • zwischen der zweiten Linse (8) und der dritten Linse (11) eine Blende (15) angeordnet ist, • die dritte Linse (11) eine positive Brechkraft D₃=1/f₃>0 aufweist, • die Summe D₃+D₄+D₅ aus der Brechkraft D₃=1/f₃ der dritten Linse (11) und der Brechkraft D₄=1/f₄ der vierten Linse (16) und der Brechkraft D₅=1/f₅ der fünften Linse (19) positiv ist, • die neunte Fläche (20) asphärisch ausgebildet ist und einen achsennahen konvexen Bereich (22) und einen peripheren konkaven Bereich (23) aufweist, • wenigstens eine der siebenten Fläche (17), achten Fläche (18) und zehnten Fläche (21) asphärisch ausgebildet ist, • und wobei $| \frac{1}{_{2}} + \frac{1}{_{4}} + \frac{1}{_{5}} | \leq \frac{0,15}{F}$
gilt.
Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • die erste Linse (5) aus einem ersten Glas besteht, und/oder • die zweite Linse (8) aus einem ersten Kunststoff besteht, und/oder • die dritte Linse (11) aus einem zweiten Glas besteht, und/oder • die vierte Linse (16) aus einem zweiten Kunststoff besteht, und/oder • die fünfte Linse (19) aus einem dritten Kunststoff besteht.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbezahl der dritten Linse kleiner 35 ist und die Abbezahlen der zweiten, vierten und fünften Linse allesamt entweder zwischen 50 und 65 oder zwischen 18 und 32 liegen.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (5) und/oder die zweite Linse (8) wenigstens eine asphärische Fläche aufweisen und/oder dass die siebente Fläche, achte Fläche (18), neunte Fläche (20) und zehnte Fläche (21) allesamt asphärisch ausgebildet sind.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der achten Fläche (18) und zehnten Fläche (21) und/oder wenigstens drei der dritten Fläche, siebenten Fläche, achten Fläche (18) und zehnten Fläche (21) jeweils wenigstens einen Wendepunkt aufweisen.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zehnte Fläche (21) konkav und frei von konvexen Bereichen ausgebildet ist und/oder dass eine erste Ableitung dz/dyder z-Koordinate der zehnten Fläche nach einer Richtung y in einer Ebene x=0 wenigstens einen Wendepunkt aufweist.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, fünfte Fläche (12) als eine Planfläche ausgebildet ist und/oder auf der fünften Fläche (12) eine Blende (18) angeordnet ist.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Brennweite Fzwischen 2mm und 5mm aufweist und/oder dass die Brennweite f₁ der ersten Linse zwischen dem 0,7 fachen und dem 1,3 fachen der Brennweite f₂ der zweiten Linse beträgt und/oder dass die Summe der Mittendicken der Glaslinsen größer ist als die Summe der Mittendicken der Kunststofflinsen. und/oder dass das Objektiv eine Gesamtlänge und einen Bildkreisdurchmesser aufweist, wobei die Gesamtlänge zwischen dem Doppelten und dem Fünffachen des Bildkreisdurchmessers beträgt.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bildseitig annähernd telezentrisch ausgebildet ist, wobei der bildseitige Telezentriefehler weniger als 10° beträgt.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv eine fotografische Lichtstärke von wenigstens 1:1,3 aufweist.
Objektiv nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv ein Bandpassfilter (30) zur Trennung des Signallichtes der Lichtquelle vom Umgebungslicht, insbesondere vom Tageslicht, umfasst oder zusammen mit einem außerhalb des Objektivs angeordneten Bandpassfilter betreibbar ist.
Verwendung eines Objektivs (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche für ein Messsystem (31) zu wenigstens einer Laufzeitdetektion wenigstens eines Lichtstrahls (4).
Messsystem (31), umfassend wenigstens ein Objektiv (34, 35) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wenigstens eine Lichtquelle (32) und wenigstens einen Matrixsensor (33)., wobei die Lichtquelle (32) eine Laserstrahlquelle oder eine LED ist und dass die Lichtquelle gepulst betrieben wird und dass die Pulslänge zwischen 1 ns und 1 ms beträgt.
Messsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixsensor (33) ein SPAD Array ist und/oder dass die Lichtquelle (32) ein VCSEL Array oder ein LED Array ist.
Verwendung einer biasphärischen Kunststofflinse (19) zum Korrigieren von Bildfeldwölbung und/oder Astigmatismus und/oder Verzeichnung als Bestandteil eines Objektivs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die biasphärische Kunststofflinse eine Lichteintrittsfläche (20) mit einem achsennahen konvexen Bereich (22) und einem peripheren konkaven Bereich (23) und eine Lichtaustrittsfläche (21) der Kunststofflinse konkav und frei von Wendepunkten ausgebildet ist und eine erste Ableitung dz/dyder z-Koordinate der Lichtaustrittsfläche nach einer Richtung y in einer Ebene x=0 zwischen der optischen Achse und dem Rand der Lichtaustrittsfläche wenigstens einen Wendepunkt aufweist.