DE102020129622B4

DE102020129622B4 - Objektiv fester Brennweite

Info

Publication number: DE102020129622B4
Application number: DE102020129622.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Roth
Original assignee: Leica Camera AG
Current assignee: Leica Camera AG
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: WO2022100786A1; CN116724263A; JP2023547733A; US20240012225A1; DE102020129622A1

Abstract

Objektiv fester Brennweite bestehend aus drei optischen Baugruppen mit in Lichtrichtung einer ortsfesten vorderen Linsengruppe (VG), einer ortsfesten Blende (BL) einstellbarer Öffnung, einer ortsfesten hinteren Linsengruppe (HG) und einer relativ zur Blende entlang der optischen Achse des Objektivs verschiebbaren Fokussiergruppe (MG) zur Abbildung unterschiedlich entfernter Objekte auf eine ortsfeste Bildebene (IM), dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) aus mindestens einem Linsenelement und einem in die Fokussiergruppe (MG) integrierten diffraktiven optischen Element (DOE) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Objektiv fester Brennweite mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Solche Objektive sind in vielfältiger Ausgestaltung und für unterschiedliche Brennweiten bekannt. Durch die Verschiebung der Fokussiergruppe wird die Baulänge des Objektivs nicht verändert. Diese Art der Fokussierung wird daher als Innenfokussierung bezeichnet, wobei die Fokusgruppe sowohl in Lichtrichtung vor der Blende als auch hinter der Blende angeordnet sein kann, d.h. relativ zur Blende verschiebbar ist.
Aus der Druckschrift US 9,201,213 B2 sind Abbildungs-Objektive mit Innenfokussierung und einer Einzellinse als Fokus-Element bekannt.
Aus der Druckschrift US 2006 / 0 082 882 A1 ist eine Einzellinse mit DOE zur achromatischen Abbildung mit erweiterter Fokus-Tiefe bekannt.
Aus der Druckschrift US 2012 / 003 660 A1 ist ein diffraktiv-refraktives Linsen-Duplett als achromatische Abbildungslinse bekannt.
Aus den Druckschriften US 2015 / 002 939 A1 und US 2013 / 0 194 487 A1 sind ein feststehendes Linsen-Element mit DOE in der Vordergruppe eines Objektivs bekannt. Zur Fokussierung ist ein Linsen-Kittglied vorgesehen.
Aus der Druckschrift US 2016/0178875 A1 sind Objektive bekannt die jeweils zwei Fokusgruppen zur Realisierung einer sogenannten Doppelfokusfunktion aufweisen. Zur Fokussierung der Objektive auf ein Objekt müssen dabei beide Fokusgruppen gemeinsam und relativ zueinander bewegt werden. Jede der Linsengruppen der Objektive kann ein diffraktives optisches Element enthalten.
Es ist ferner bekannt, dass Objektive mit unabhängig zueinander beweglichen Fokus-Elementen eine aufwändige und damit teure mechanische Ansteuerung, insbesondere elektro-mechanische Ansteuerung bei Autofokus-Objektiven, benötigen. Um für beide Fokus-Elemente eine Bewegung entlang der optischen Achse des Objektivs zu gewährleisten, bauen solche Objektive relativ groß.
Zur Verringerung der Baulänge des Objektivs wird daher die Zusammenfassung der Fokus-Elemente zu einer einzigen Fokusgruppe, bestehend aus möglichst nur einer Linse angestrebt. Um die Farbkorrektion bei Verwendung einer Linse annähernd zufrieden zu stellen, sind solche Fokus-Elemente meist aus einem Glas geringer Dispersion (Phosphatglas) gefertigt, womit sie besonders empfindlich beim Bearbeitungsprozess und gegenüber Umwelteinflüssen sind. Zur Verbesserung der Korrektion der monochromatischen und chromatischen Aberrationen ist daher häufig ein Kittglied vorzusehen. Insbesondere bei Objektiven für große Formate wie Kleinbild- oder Mittelformat ist ein Kittglied zur Fokussierung schwer und lässt sich nur langsam bewegen, womit insbesondere ein Autofokus langsam ist.
Die Abbildungsleistung solcher Objektive ist verursacht durch den Gang des chromatischen Längsfehlers über den Entfernungseinstellbereich nicht befriedigend.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den chromatischen Längsfehler besser korrigieren zu können, um den Gang dieses Abbildungsfehlers über den Entfernungseinstellbereich minimieren zu können. Außerdem sollte das Gewicht des Fokus-Elementes sehr verringert werden, um eine schnelle Bewegung für AutofokusAnwendungen erreichen zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Objektiv der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die zur Entfernungseinstellung bewegliche Fokussiergruppe ist dabei aus mindestens einem jedoch maximal zwei gemeinsam bewegten Linsenelementen mit jeweils positiver oder negativer Brechkraft und wahlweise einseitig diffraktiver Eigenschaft und einseitig refraktiver, durch eine sphärische oder asphärische Oberfläche erzeugte Eigenschaft hergestellt, wobei die Fokussiergruppe insgesamt eine positive Brechkraft aufweist und das Verhältnis der Brechkraft f'_DOE des diffraktiven optischen Elements zur Gesamtbrechkraft f'_ges des Objektivs mindestens 14.9 und höchstens 45.4 beträgt.
Die zur Entfernungseinstellung bewegliche Fokussiergruppe ist in einem Blendennahbereich angeordnet und wird zur Fokussierung von einer Unendlicheinstellung, d.h. das Objektiv ist auf einen unendlich entfernten Objektpunkt fokussiert, auf eine Fokussierung im Nahbereich entgegen der Lichtrichtung verschoben. Die Fokussiergruppe bewegt sich dabei von der hinteren Linsengruppe weg auf die vordere Linsengruppe zu. Der Blendennahbereich ist als der Bereich definiert, der sich unmittelbar vor oder hinter der Blende befindet, wobei zwischen Blende und Fokussierglied kein, bzw. höchstens ein weiteres optisches Element angeordnet ist.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ferner aus den Merkmalen der Beschreibung zur Zeichnung.
Zu den in den Ansprüchen angegebenen Lösungsmerkmalen ist zu beachten, dass beim modernen Optik-Design üblicherweise automatische Korrektionsprogramme, wie z.B. „Code V“ der Firma Synopsys und „Zemax“ der Firma ZEMAX LLC., eingesetzt werden, die in der Lage sind, aus vorgegebenen Linsenfolgen und Brechkraftverteilungen Vorschläge für funktionsfähige Objektivsysteme mit einem für eine bestimmte Aufgabe optimierten Korrektionszustand zu berechnen. Aufgrund gezielter Veränderungen der angegebenen Parameter durch den Optikdesigner wird der automatisch erreichte Korrektionszustand jeweils weiter verbessert.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 1 lassen sich auf diese Weise bereits die Konstruktionsdaten für Radien, Linsendicken, Linsenabstände, Brechzahlen und Abbezahlen der einzusetzenden optischen Gläser gewinnen. Bei Berücksichtigung der in den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung angegebenen Merkmale lassen sich die Konstruktionsparameter schrittweise gezielt verbessern.
Die Gestaltung und Berechnung asphärischer Flächen an optischen Linsen-Elementen sowie die Gestaltung und Berechnung diffraktiver Elemente hinsichtlich ihres Einflusses auf den Abbildungsstrahlengang in optischen Systemen sind dem Optik-Fachmann an sich bekannt.
So werden zum Beispiel asphärische Flächen anhand einer Kegelschnittdarstellung der asphärischen Linse mit der Formel $z (h) = \frac{h^{2} / r}{1 + \sqrt{1 - (1 + k) \cdot {(h / r)}^{2}}} + a 2 \cdot h^{4} + a 4 \cdot h^{6} + \dots + a 6 \cdot h^{12}$
beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass die optische Achse in z-Richtung liegt und z(h) die Pfeilhöhe parallel im Abstand h senkrecht zur optischen Achse angibt. Die Asphärenkoeffizienten a2, a4, .... an beschreiben die Abweichung der Oberfläche von der axialsymmetrischen quadratischen Oberfläche, die durch r, den Krümmungsradius der sphärischen Oberfläche und k, die konische Konstante vorgegeben ist.
Die Gestaltung und Berechnung eines diffraktiven Elements wird durch das Phasenprofil und die Brennweite der diffraktiven Fläche bezüglich der Spektrallinie mit der Wellenlänge 546.0740 nm, d.h. der Fraunhoferlinie e beschrieben.
Die Formel für das Phasenprofil der diffraktiven Fläche lautet: $ψ_{d o e} (h) = (C 1 \cdot h^{2} + C 2 \cdot h^{4} + \dots + C 6 \cdot h^{12})$
Dabei entspricht _Ψdoe dem Phasenprofil im Abstand h senkrecht zur optischen Achse und C1, C2, C3,...Cn den Phasenkoeffizienten.
Die Formel für die Brennweite f'_doe der diffraktiven Fläche bezüglich der e-Linie lautet $f'_{d o e} = - \frac{λ_{c o n s t r}}{2 \cdot λ_{e} \cdot C 1 \cdot m}$
λ_constr entspricht dabei der Konstruktions-Wellenlänge, die bei den nachfolgenden Beispielen mit 546.074nm gleich der Spektrallinie e gewählt wurde. Die Beugungsordnung m beträgt bei den Beispielen 1.
Der paraxiale Abbildungsmaßstab β' ist mit $β' = \frac{n \cdot u}{n' \cdot u'}$
definiert, wobei n der Brechzahl vor und n' der Brechzahl nach dem optischen Element entspricht. Definitionsgemäß entspricht u dem paraxialen Randstrahl vor und u' dem paraxialen Randstrahl nach dem optischen Element.
Die Abbe-Zahl v_e bezüglich der e-Linie ist mit $v_{e} = \frac{n_{g} - 1}{n_{F'} - n_{C'}}$
für Spektrallinie C' = 643.8469 nm, e = 546.0740 nm und F' = 479.9914 nm definiert.
Der Einsatz diffraktiver optischer Elemente (DOE) bei fotografischen Objektiven ist ebenfalls an sich bekannt, wobei die diffraktiven optischen Elemente z.B. als fotolithografisch erzeugte Mikrostrukturen (Beugungsstrukturen) auf einem Linsen-Element aufgebracht werden. Ziel ist allgemein die Minimierung chromatischer Aberrationen bei gleichzeitig leichterer Konstruktion des Objektivs. Die Konzentration auf die Konstruktion eines Fokussierelementes in einem Objektiv ist nicht bekannt. Diese Erkenntnis ist aber eine Schlüsselfunktion für die Konstruktion insgesamt leichter Objektive.
Ein bei erfindungsgemäß gestalteten Objektivvarianten gegebenenfalls auftretender, unerwünschte stärkere chromatische Farbvergrößerungsdifferenz kann bei erfindungsgemäßen Objektiv-Digitalkameraanordnungen mithilfe von Softwarealgorithmen nach der Bildaufnahme in der Kamera korrigiert werden. Eine Korrektur im Post-Processing der Bilddaten am Computer ist ebenfalls möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung als Linsenschnitte schematisch dargestellt und werden anhand der Figuren genauer beschrieben.
Allgemein sind bei den Linsenschnitten die mit einem * gekennzeichneten Linsenfläche asphärisch gekrümmt ausgeführt. Die mit # gekennzeichneten Flächen weisen eine diffraktive Brechkraft auf.
Die Möglichkeiten, die Aufgabe gemäß der Erfindung zu lösen, sind dabei nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen sind daher lediglich exemplarisch und in den Abbildungen schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen die gleichen oder funktional identischen oder in ihren Funktionen entsprechenden Elemente.
Die dargestellten Objektivbeispiele konstanter Baulänge mit Innenfokussierung bestehen entsprechend der Definition in der Beschreibung, offenbarter weiterer Linsenparameter und den Patentansprüchen aus einer vorderen Linsengruppe VG, einer ortsfesten Blende BL einstellbarer Öffnung, einer ortsfesten hinteren Linsengruppe HG und einer relativ zur Blende entlang der optischen Achse des Objektivs verschiebbaren Mittelgruppe MG als Fokussiergruppe. Die Fokussiergruppe MG ist bei allen Figuren der Zeichnung in der Entfernungseinstellung unendlich angeordnet und zur Fokussierung auf einen nahen Objektpunkt entgegen der Lichtrichtung, in angegebener Pfeilrichtung verschiebbar gelagert. Definitionsgemäß erfolgt die Nummerierung einzelner Linsen L1, L2, L3,... in Lichtrichtung. Einzelne Linsen können dabei zu Gruppen G1, G2, G3,...zusammengefasst sein.
Die in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Objektivs fester Brennweite und konstanter Baulänge besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG, einer Mittelgruppe MG und einer Hintergruppe HG mit je positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 7.0 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 25.7$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 1.6 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 3.0$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im Bereich $+ 3.1 \leq f'_{HG} / f'_{ges} \leq + 5.0.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus zwei Untergruppe G1 und G2, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element G3 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G4 und G5 auf. Zwischen der Vordergruppe VG und der Mittelgruppe MG ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich angeordneten, das heißt, zwischen Aperturblende BL und der Mittelgruppe MG ist kein weiteres optisches Element vorgesehen. Die Mittelgruppe MG besteht aus einem optischen Element G3 und ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Aperturblende BL bewegbar gelagert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würde dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG im Bereich $+ 1.6 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 3.0$
zu wählen.
In besonders vorteilhafter Weise ist zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, das optische Element G3 der Mittelgruppe MG als Linse L5 mit einer Fläche diffraktiver Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 33.6 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 45.4$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird die einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest nur schwach gekrümmten Fläche ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher der Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche der Linse L5 der Mittelgruppe (MG) plan innerhalb der Grenzen: $- 0.1255 \leq f'_{MG} / r_{DOE} \leq + 0.1388.$
In vorteilhafter Weise wird ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereichs, gewährleistet, wenn die der Aperturblende BL zugewandte andere Fläche der Linse L5 eine positive Brechkraft aufweist und weiter vorteilhaft asphärisch ausgebildet ist.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Gliedern L1 und L2 und weist insgesamt negative Brechkraft auf. Die Brennweite f'_G1 der Untergruppe G1 ist durch den Bereich $f'_{G1} / f'_{ges} \leq - 3.7$
definiert.
Die mindestens eine konvex-konkave erste Linse L1 mit negativer Brechkraft ist meniskus-förmig ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite zu einer konvexen Seite der mindestens einen Linse L2 mit positiver Brechkraft hin angeordnet.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG weist zwei Gliedern L3 und L4 mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Die mindestens eine erste Linse L3 mit negativer Brechkraft ist bikonkav ausgebildet und mit ihrer konkaven ersten Seite zur Linse L2 der Untergruppe G2 hin angeordnet. Das zweite Element der Untergruppe G2 weist mindestens eine Linse L4 positiver Brechkraft auf. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L3 und L4 als Einzellinsen ausgeführt und als Duplett zusammengefasst.
Mit den Merkmalen der Untergruppen G1 und G2 erfolgt in vorteilhafter Weise ein Ausgleich der monochromatischen Abberationen zwischen Bildmitte und Bildfeld.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist zwei Gliedern L6 und L7 mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Sie besteht aus mindestens einer bikonvexen Linse L6 mit positiver Brechkraft und mindestens einer bikonkaven Linse L7 negativer Brechkraft. L6 ist mit ihrer konvexen ersten Seite zur Mittelgruppe MG hin angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L6 und L7 als Einzellinsen ausgeführt und als Duplett zusammengefasst.
Die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG weist negative oder positive Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer letzten Linse L8 deren erste Fläche konkav ausgebildet und zur Untergruppe G4 angeordnet ist. Die Brennweite f'_G5 der Untergruppe G5 ist dabei durch den Bereich -0.1 ≤ f'_ges/f'_G5 ≤ +0.1 definiert.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G4 und G5 eine Minimierung der Koma, der astigmatischen Differenz und der Verzeichnung im Bildfeld realisieren.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) auf, auf diese Weise erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Hintergruppe HG ebenfalls größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) gewählt, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Auch eine vorteilhaft gewählte Brechzahl n der ersten Linse negativer Brechkraft der Vordergruppe VG von kleiner oder gleich 1.60 (n ≤ 1.60) trägt zur Minimierung der Petzvalsumme bei.
Zum Ausgleich der monochromatischen Aberrationen im Bildfeld ist die erste Linse L1 der Vordergruppe VG einseitig oder beidseitig mit asphärischen Flächen ausgebildet.
Vorteilhaft ist die letzte Linse L8 der Hintergruppe (HG) einseitig oder beidseitig mit asphärischen Flächen ausgebildet um einen weiteren Ausgleich der monochromatischen Aberrationen im Bildfeld zu erreichen.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0,1 (V / Bd³ < 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 2.0 (SO' / Bd ≤ 2.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition IM definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w von größer oder gleich 31 ° auf (w ≥ 31 °).
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf, vorteilhaft liegt es im Bereich zwischen 1.7 und 2.5 (1.7 ≤ F/# ≤ 2.5).
Das in 1 dargestellte Objektiv weist eine kompakte Bauform auf, wobei das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73
(SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 42° (w = 42°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G5 aus Linsen L1 bis L8, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge - + - + + + - - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 7.7,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 2.8$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{HG} / f'_{ges} = + 3.4$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
Die Linse L5 des hinter der Blende BL angeordneten optischen Elements G3 der Mittelgruppe MG ist als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und planer zweiten Fläche ausgebildet. Die plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 38.9$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Linsen L1 und L2 und weist insgesamt eine Brennweite f'_G1 von $f'_{G1} / f'_{ges} = - 485.6$
auf.
Die erste Linse L1 weist dabei eine konvex-konkave Form mit negativer Brechkraft auf und ist meniskus-förmig mit sphärisch gekrümmter konvexer und asphärisch gekrümmter konkaver Seite ausgeführt.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG hat vorteilhaft eine Brennweite f'_G2 von insgesamt $f'_{G2} / f'_{ges} = + 9.5.$
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G1 und G2 ist ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld gewährleistet.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG besteht aus einer bikonvexen Linse L6 und einer bikonkaven Linse L7, beide sind als Duplett, mit insgesamt einer Brennweite f'_G4 von $f'_{G4} / f'_{ges} = + 3.6$
zusammengefasst.
In vorteilhafter Weise hat die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG eine Brennweite f'_G5 von insgesamt $f'_{ges} / f'_{G5} = + 0.01$
und ist als Einzellinse L8 mit konkav konvexer und beidseitig asphärisch ausgeformter Oberfläche ausgebildet.
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G4 und G5 werden die Koma, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung im Bildfeld weiter minimiert.
Vorteilhaft weist die Linse L2 der Vordergruppe VG eine Brechzahl n von 2.01 (n = 2.01) auf, die Linse L6 der Hintergruppe HG eine Brechzahl von 2.01 (n = 2.01) und die Linse L1 der Vordergruppe VG eine Brechzahl von 1.49 (n = 1.49) auf, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.01 erwiesen
(V / Bd³ = 0.01).
Für das Ausführungsbeispiel in 1 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 24mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 15 den Glas-Luft-Übergang an Linse 8. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 8 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K02 ist beispielweise die zweite Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H10 die zehnte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Die Zuordnung der durchnummerierten Flächen zu den jeweiligen Linsen L1 - L8, den Untergruppen G1 -G5 und den Gruppen VG, MG und HG ist in den letzten drei Spalten angegeben:

Fläche	r [mm]		d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	2,755		0,04		1,489	70	L1	G1	VG
2	0,674	K02	0,44				L1
3	3,841		0,13		2,009	29	L2
4	-5,767		0,10				L2
5	-1,208		0,21		1,734	28	1 L3/4	G2
6	2,465		0,16		1,888	41
7	-1,543		0,17
8	Plan	Blende	0,30	V01
9	1,463	K09	0,13		1,489	70	L5	G3	MG
10	Plan	H10	0,15	V02			L5	G3	MG
11	1,333		0,25		2,009	29	1 L6/7	G4	HG
12	-1,148		0,04		1,816	23
13	1,144		0,19
14	-17,292	K14	0,13		1,605	65	L8	G5
15	-12,300	K15	0,71				L8	G5

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a6 und für die mit H gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

	k	a2	a3	a4
K02	0,000000E+00	4,110307E-02	1,348000E-02	-8,416139E-01
K09	0,000000E+00	1,637468E-01	2,273866E-02	3,578858E-01
K14	0,000000E+00	-1,623462E+00	-1,515010E+00	7,071063E+00
K15	0,000000E+00	-8,010530E-01	1,747392E-01	5,955908E+00

		a5	a6
K02		4,158298E+00	-9,074513E+00
K09
K14		1,280264E+00	-2,239893E+01
K15		1,235468E+01	-4,160263E+01

	C1
H10	-1,284465E-02

Das in 2 dargestellte Objektiv kompakter Bauart, weist ein Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM von 1.73 (SO' / Bd = 1.73) auf, der halbe Objektwinkel w beträgt 38° (w = 38°) und das Öffnungsverhältnis beträgt F/# 2.0 (F/# = 2.0).
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G5 aus Linsen L1 bis L8, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge - + - + + + - - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 19.4,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 2.2$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{HG} / f'_{ges} = + 3.8$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
Die Linse L5 des hinter der Blende BL angeordneten optischen Elements G3 der Mittelgruppe MG ist als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und planer zweiten Fläche ausgebildet. Die plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 40.3$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Linsen L1 und L2 und weist insgesamt eine Brennweite f'_G1 von $f'_{G1} / f'_{ges} = - 7.2$
auf.
Die erste Linse L1 weist dabei eine konvex-konkave Form mit negativer Brechkraft auf und ist meniskus-förmig mit asphärisch gekrümmter konvexer und asphärisch gekrümmter konkaver Seite ausgeführt.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG hat vorteilhaft eine Brennweite f'_G2 von insgesamt $f'_{G2} / f'_{ges} = + 6.7.$
Mit den so definierten Brennweiten für die Untergruppen G1 und G2 ist ein Ausgleich der monochromatischen Abberationen zwischen Bildmitte und Bildfeld gewährleistet.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG besteht aus einer bikonvexen Linse L6 und einer bikonkaven Linse L7, beide sind als Duplett, mit insgesamt einer Brennweite f'_G4 von $f'_{G4} / f'_{ges} = + 3.0$
zusammengefasst.
In vorteilhafter Weise hat die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG eine Brennweite f'_G5 von insgesamt $f'_{ges} / f'_{G5} = - 0.09$
und ist als Einzellinse L8 mit asphärisch konkaver und sphärisch konvex ausgeformter Oberfläche ausgebildet.
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G4 und G5 werden die Koma, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung im Bildfeld weiter minimiert.
Vorteilhaft weist die Linse L2 der Vordergruppe VG eine Brechzahl n von 2.01 (n = 2.01) auf, die Linse L6 der Hintergruppe HG eine Brechzahl von 2.01 (n = 2.01) und die Linse L1 der Vordergruppe VG eine Brechzahl von 1.49 (n = 1.49) auf, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.02 erwiesen
(V / Bd³ = 0.02).
Für das Ausführungsbeispiel in 2 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 28mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 15 den Glas-Luft-Übergang an Linse 8. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 8 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H10 die zehnte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Fläche	r [mm]		dM [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	1,370	K01	0,04		1,489	70	L1	G1	VG
2	0,542	K02	0,24				L1
3	2,501		0,10		2,009	29	L2
4	21,684		0,15				L2
5	-0,835		0,04		1,704	30	L3/4	G2
6	2,556		0,29		1,888	41
7	-1,101		0,09
8	Plan	Blende	0,19	V01
9	1,139	K09	0,18		1,489	70	L5	G3	MG
10	Plan	H10	0,07	V02			L5	G3	MG
11	1,828		0,24		2,009	29	L6/7	G4	HG
12	-0,856		0,04		1,816	23
13	1,765		0,23
14	-1,780	K14	0,04		1,605	65	L8	G5
15	-2,318		0,74				L8	G5

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-1,182192E-01
K02	0,000000E+00	-1,010348E-01	-4,142801E-02	-2,996270E+00
K10	0,000000E+00	1,620087E-01	2,928861E-01	-7,015415E-01
K14	0,000000E+00	-1,010069E+00	-4,913396E-01	-1,333052E+01

		a5	a6
K01
K02		1,143157E+01	-2,860168E+01
K10
K14		4,304875E+01	-1,675027E+02
	C1
H10	-1,239939E-02

Das in 3 dargestellte Objektiv weist eine kompakte Bauform auf, wobei das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73 (SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 32° (w = 32°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.

Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G5 aus Linsen L1 bis L8, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge - + - + + + - - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 23.3,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 1.8$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{HG} / f'_{ges} = + 45.5$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
Die Linse L5 des hinter der Blende BL angeordneten optischen Elements G3 der Mittelgruppe MG ist als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und planer zweiten Fläche ausgebildet. Die plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 40.9$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Linsen L1 und L2 und weist insgesamt eine Brennweite f'_G1 von $f'_{G1} / f'_{ges} = - 4.1$
auf.
Die erste Linse L1 weist dabei eine konvex-konkave Form mit negativer Brechkraft auf und ist meniskus-förmig mit asphärisch gekrümmter konvexer und sphärisch gekrümmter konkaver Seite ausgeführt.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG hat vorteilhaft eine Brennweite f'_G2 von insgesamt $f'_{G2} / f'_{ges} = + 4.2.$
Mit den so definierten Brennweiten für die Untergruppen G1 und G2 ist ein Ausgleich der monochromatischen Abberationen zwischen Bildmitte und Bildfeld gewährleistet.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG besteht aus einer bikonvexen Linse L6 und einer bikonkaven Linse L7, beide sind als Duplett, mit insgesamt einer Brennweite f'_G4 von $f'_{G4} / f'_{ges} = + 3.8$
zusammengefasst.
In vorteilhafter Weise hat die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG eine Brennweite f'_G5 von insgesamt $f'_{G5} / f'_{ges} = - 0.04$
und ist als Einzellinse L8 mit konkav konvexer und beidseitig asphärisch ausgeformter Oberfläche ausgebildet.
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G4 und G5 werden die Koma, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung im Bildfeld weiter minimiert.
Vorteilhaft weist die Linse L2 der Vordergruppe VG eine Brechzahl n von 2.06 (n = 2.06) auf, die Linse L6 der Hintergruppe HG eine Brechzahl von 1.91 (n = 1.91) und die Linse L1 der Vordergruppe VG eine Brechzahl von 1.49 (n = 1.49) auf, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.02 erwiesen
(V / Bd³ = 0.02).
Für das Ausführungsbeispiel in 3 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 35mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 15 den Glas-Luft-Übergang an Linse 8. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 8 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H10 die zehnte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

r Fläche	r [mm]		d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	1,212	K01	0,03		1,489	70	L1	G1	VG
2	0,523		0,11				L1
3	1,116		0,07		2,060	27	L2
4	1,524		0,14				L2
5	-0,676		0,03		1,855	24	1 L3/4	G2
6	1,778		0,16		2,009	29
7	-0,795		0,03
8	Plan	Blende	0,20	V01
9	0,924	K09	0,11		1,489	70	L5	G3	MG
10	Plan	H10	0,06	V02			L5	G3	MG
11	1,678		0,16		1,906	37	L6/7	G4	HG
12	-0,716		0,09		1,727	29
13	1,287		0,20
14	-0,858	K14	0,03		1,605	65	L8	G5
15	-0,922	K15	0,70				L8	G5

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-4,430040E-01	-1,130978E+00	2,571421E+00
K09	0,000000E+00	1,543454E-01	8,154078E-01	-1,947892E+00
K14	0,000000E+00	4,784400E-01	-9,154765E+00	-7,196693E+00
K15	0,000000E+00	1,764385E+00	-5,506932E+00	2,727185E+00

		a5	a6
K01		-2,611056E+01	5,085493E+01
K09
K14		5,922664E+01	-8,976027E+02
K15		6,413188E+01	-2,424672E+02

	C1
H10	-1,221032E-02

Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Objektivs fester Brennweite besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG positiver Gesamtbrechkraft, einer Mittelgruppe MG positiver Gesamtbrechkraft und einer Hintergruppe HG negativer oder positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Das Objektiv weist eine normierte Gesamtbrennweite f'_ges = 1mmauf und kann in bekannter Weise z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 50mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 3.4 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 4.9$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 0.9 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 1.2$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im Bereich $- 0.0949 \leq f'_{ges} / f'_{HG} \leq + 0.0299.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus einer Untergruppe G1, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element G2 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G3 und G4 auf. Zwischen einer ersten Linse L4 und einer zweiten Linse L5 der Untergruppe G3 ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich angeordneten, das heißt, zwischen Aperturblende BL und der Mittelgruppe MG ist nur ein weiteres optisches Element, nämlich Linse L4 vorgesehen. Die Mittelgruppe MG besteht aus einem optischen Element G2 und ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Vordergruppe VG bewegbar gelagert.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G4 aus Linsen L1 bis L9, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge + - + - - + - + - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 4.4,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 1.0$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{ges} / f'_{HG} = + 0.0271$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würden dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG, wie bereits erwähnt mit $f'_{MG} / f'_{ges} = + 1.0$
zu wählen.
Zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, ist das optische Element G2 der Mittelgruppe MG als Linse L3 mit einer Fläche diffraktiver Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 25.5 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 33.2$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird die einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest nur schwach gekrümmten Fläche ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher der Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche der Linse L3 der Mittelgruppe (MG) plan innerhalb der Grenzen: $- 0.1020 \leq f'_{MG} / r_{DOE} \leq + 0.1127.$
In besonders vorteilhafter Weise ist die Linse L3 des im Nahbereich der Blende BL angeordneten optischen Elements G2 der Mittelgruppe MG als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und planer zweiten Fläche ausgebildet. Die plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 27.4$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Bei einer Entfernungseinstellung von Unendlich in den Fokusnahbereich liegt der paraxiale Abbildungsmaßstab β'_MG der Mittelgruppe MG vorteilhaft innerhalb der Grenzen $+ 0.090 \leq β'_{MG} \leq + 0.275.$
Im Bereich von $+ 0.103 \leq β'_{MG} \leq + 0.223$
lässt sich eine gute Korrektion der Abberationen über den gesamten Einstellbereich erzielen.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Gliedern L1 und L2 und weist insgesamt positive Brechkraft auf. Die Brennweite f'_G1 der Untergruppe G1 ist mit $f'_{G1} / f'_{ges} = + 4.4$
definiert.
Die mindestens eine erste Linse L1 mit positiver Brechkraft kann konvex-plan oder bi-konvex ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausführung der Linse L1 ist konvex-konkav ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite zu der konvexen Seite der meniskusförmig ausgebildeten konvex-konkaven Linse L2 mit negativer Brechkraft angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist die konvexe Fläche der Linse L1 asphärisch gekrümmt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Korrektion der monochromatischen Aberrationen in der Bildmitte erreicht.
Die Untergruppe G3 der Hintergruppe HG weist drei Glieder L4, L5 und L6 mit mindestens einer Linse positiver und mindestens einer Linse negativer Brechkraft und mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Sie besteht vorteilhaft aus einer konvex-konkaven Linse L4 negativer Brechkraft, einer bikonkaven Linse L5 negativer Brechkraft und einer bikonvexen Linse L6 mit positiver Brechkraft. L4 ist mit ihrer konvexen ersten Seite zur Mittelgruppe MG hin angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L5 und L6 als Einzellinsen ausgeführt und als Duplett zusammengefasst.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist negative Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer Linse positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft deren erste Fläche konkav zur Untergruppe G3 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel besteht G4 aus einer bikonkaven Linse L7, die mit einer bikonvexen Linse L8 zu einem Duplett zusammengefasst ist. Eine meniskusförmig ausgebildete letzte Linse L9 negativer Brechkraft ist mit ihrer konvexen Fläche zur Bildposition IM angeordnet.
Die Brennweite f'_G3 der Untergruppe G3 ist vorteilhaft mit $f'_{G3} / f'_{ges} = + 3.5$
definiert, während die Brennweite f'_G4 der Untergruppe G4 vorteilhaft mit $f'_{G4} / f'_{ges} = - 4.1$
gewählt ist.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G3 und G4 ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld erreichen.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.80 (n ≥ 1.80) auf, mit n = 1.91 erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Hintergruppe HG größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) gewählt, mit n = 1.96 wird die Petzvalsumme weiter minimiert.
Eine vorteilhaft gewählte Abbe-Zahl v bei mindestens einer der Linsen negativer Brechkraft der Vordergruppe VG von kleiner oder gleich 25 (v ≤ 25) und insbesondere von gleich 17 (v ≤ 17) dient dem Ausgleich von Farbfehlern.
Vorteilhaft ist mindestens eine Linse der Vordergruppe VG einseitig oder beidseitig asphärisch ausgebildet, wobei bei einer Linse positiver Brechkraft vorzugsweise die Fläche zur Objektseite und bei einer Linse negativer Brechkraft vorzugsweise die Fläche zur Bildseite die asphärische Oberfläche aufweist.
Im Ausführungsbeispiel weist die in Lichtrichtung erste Fläche der Linse L1 eine asphärisch geformte Oberfläche auf. Auf diese Weise werden monochromatische Aberrationen in der Bildmitte minimiert.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0.1 (V / Bd³ ≤ 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 2.0 (SO' / Bd ≤ 2.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition in der Abbildungsebene IM definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w im Bereich zwischen 21° und 26° (21° ≤ w ≤ 26°).
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf (1.7 ≤ F/# ≤ 2.5°).
Das in 4 dargestellte Objektiv weist eine besonders kompakte Bauform auf, indem das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73 (SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 23° (w = 23°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.02 erwiesen
(V / Bd³ = 0.02).
Für das Ausführungsbeispiel in 4 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 50mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 17 den Glas-Luft-Übergang an Linse L9. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 9 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H06 die sechste Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausgeführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Die Zuordnung der durchnummerierten Flächen zu den jeweiligen Linsen L1 - L9, den Untergruppen G1 -G4 und den Gruppen VG, MG und HG ist in den letzten drei Spalten angegeben:

Fläche	r [mm]		d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	0,532	K01	0,08		1,910	31 L1		G1	VG
2	0,948		0,04
3	0,560		0,02		1,972	17	L2
4	0,396		0,17	V01			L2
5	0,546	K05	0,08		1,518	64	L3	G2	MG
6	Plan	H06	0,01	V02			L3	G2	MG
7	3,795		0,02		1,551	46	L4	G3	HG
8	0,516		0,05
9	Plan	Blende	0,03
10	-1,245		0,06		1,597	35	L5/6
11	0,478		0,12		1,961	32
12	-1,285		0,02
13	-1,360		0,05		1,652	34	L7/8	G4
14	0,997		0,18		1,888	41
15	-1,269		0,14
16	-0,400		0,02		1,933	21	L9
17	-0,605		0,37				L9

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a6 und für die mit H06 gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-3,015862E-01	-9,283949E-01	-1,282139E+01
K05	0,000000E+00	1,963632E-01	2,444841E+00	3,582799E+01

		a5	a6
K01		6,111922E+01	-3,499943E+02
K05

	C1	C2	C3	C4
H06	-1,826613E-02

Ein in 5 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Objektivs fester Brennweite besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG positiver Gesamtbrechkraft, einer Mittelgruppe MG positiver Gesamtbrechkraft und einer Hintergruppe HG negativer oder positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Das Objektiv weist eine normierte Gesamtbrennweite f'_ges = 1mmauf und kann in bekannter Weise z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 50mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 3.4 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 4.9$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 0.9 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 1.2$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im Bereich $- 0.949 \leq f'_{ges} / f'_{HG} \leq + 0.0299.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus einer Untergruppe G1, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element G2 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G3 und G4 auf. Vor einer ersten Linse L4 der Untergruppe G3 ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich in Lichtrichtung gesehen vor der Aperturblende BL vorgesehen. Die Mittelgruppe MG besteht aus einem optischen Element G2 und ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Vordergruppe VG bewegbar gelagert.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G4 aus Linsen L1 bis L7, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge + - + - + + - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 3.8,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 1.1$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{ges} / f'_{HG} = - 0.0858$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würden dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG, wie bereits erwähnt mit $f'_{MG} / f'_{ges} = + 1.1$
zu wählen.
Zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, ist das optische Element G2 der Mittelgruppe MG als Linse L3 mit einer Fläche diffraktiver Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 25.5 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 33.2$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird die einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest nur schwach gekrümmten Fläche ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher der Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche der Linse L3 der Mittelgruppe (MG) plan innerhalb der Grenzen: $- 0.1020 \leq f'_{MG} / r_{DOE} \leq + 0.1127.$
In besonders vorteilhafter Weise ist die Linse L3 des im Nahbereich der Blende BL angeordneten optischen Elements G2 der Mittelgruppe MG als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und planer zweiten Fläche ausgebildet. Die plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 29.2$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Bei einer Entfernungseinstellung von Unendlich in den Fokusnahbereich liegt der paraxiale Abbildungsmaßstab β'_MG der Mittelgruppe MG vorteilhaft innerhalb der Grenzen $+ 0.090 \leq β'_{MG} \leq + 0.275.$
Im Bereich von $+ 0.139 \leq β'_{MG} \leq + 0.254$
lässt sich eine gute Korrektion der Abberationen über den gesamten Einstellbereich erzielen.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Gliedern L1 und L2 und weist insgesamt positive Brechkraft auf. Die Brennweite f'_G1 der Untergruppe G1 ist mit $f'_{G1} / f'_{ges} = 3.8$
definiert.
Die mindestens eine erste Linse L1 mit positiver Brechkraft kann konvex-plan oder bi-konvex ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausführung der Linse L1 ist konvex-konkav ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite zu der konvexen Seite der meniskusförmig ausgebildeten konvex-konkaven Linse L2 mit negativer Brechkraft angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist die konvexe Fläche der Linse L1 asphärisch gekrümmt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Korrektion der monochromatischen Aberrationen in der Bildmitte erreicht.
Die Untergruppe G3 der Hintergruppe HG weist zwei Glieder L4 und L5 mit mindestens einer Linse positiver und mindestens einer Linse negativer Brechkraft und mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Sie besteht vorteilhaft aus einer bikonkaven Linse L4 negativer Brechkraft und einer bikonvexen Linse L5 mit positiver Brechkraft. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L4 und L5 als Einzellinsen ausgeführt.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist negative Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer Linse positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft deren erste Fläche konkav zur Untergruppe G3 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel besteht G4 aus einer konkav-konvexen Linse L6 und einer meniskusförmig ausgebildete letzte Linse L7 negativer Brechkraft die mit ihrer konvexen Fläche zu Bildposition IM angeordnet.
Die Brennweite f'_G3 der Untergruppe G3 ist vorteilhaft mit $f'_{G3} / f'_{ges} = + 4.1$
definiert, während die Brennweite f'_G4 der Untergruppe G4 vorteilhaft mit $f'_{G4} / f'_{ges} = - 3.21$
gewählt ist.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G3 und G4 ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld erreichen.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.80 (n ≥ 1.80) auf, mit n = 1.96 erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Hintergruppe HG größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) gewählt, mit n = 1.89 wird die Petzvalsumme weiter minimiert.
Eine vorteilhaft gewählte Abbe-Zahl v bei mindestens einer der Linsen negativer Brechkraft der Vordergruppe VG von kleiner oder gleich 25 (v ≤ 25) und insbesondere von gleich 23 (v ≤ 23) dient dem Ausgleich von Farbfehlern.
Vorteilhaft ist mindestens eine Linse der Vordergruppe VG einseitig oder beidseitig asphärisch ausgebildet, wobei bei einer Linse positiver Brechkraft vorzugsweise die Fläche zur Objektseite und bei einer Linse negativer Brechkraft vorzugsweise die Fläche zur Bildseite die asphärische Oberfläche aufweist.
Im Ausführungsbeispiel weist die in Lichtrichtung erste Fläche der Linse L1 eine asphärisch geformte Oberfläche auf. Auf diese Weise werden monochromatische Aberrationen in der Bildmitte minimiert.
Für einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen im Bildfeld ist die letzte Linse der Hintergruppe HG vorteilhaft einseitig oder beidseitig mit einer asphärischen Fläche ausgeformt.
Im Ausführungsbeispiel weist die in Lichtrichtung erste, konkav geformte Linsenfläche der Linse L7 eine asphärische Form auf.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0.1 (V / Bd³ ≤ 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird nachfolgend anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 2.0 (SO' / Bd ≤ 2.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition IM definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w im Bereich zwischen 21° und 26° (21° ≤ w ≤ 26°) auf.
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf (1.7 ≤ F/# ≤ 2.5°).
Das in 5 dargestellte Objektiv weist eine besonders kompakte Bauform auf, indem das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73 (SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 23° (w = 23°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.01 erwiesen
(V / Bd³ = 0.01).
Für das Ausführungsbeispiel in 5 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 50mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 15 den Glas-Luft-Übergang an Linse L7. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 7 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H06 die sechste Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausgeführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Fläche	r [mm]		dM [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
	0.520	K1	0.09		1.959	30	L1	G1	VGMG
1 2	2,797		0,02				L1
3	1,594		0,02		1,816	23	L2
4	0,413		0,15	V01			L2
5	0,538	K05	0,08 ,		1,498	81	L3	G2
6	Plan	H06	0,02	V02			L3	G2
7	Plan	Blende	0,03					G3	HG
8	-2,083		0,02		1,520	52	L4
9	0,532		0,05				L4
10	1,790		0,31		1,758	52	L5
11	-0,885		0,12				L5
12	-4,476		0,08		1,888	41	L6	G4
13	-0,793		0,10				L6
14	-0,352	K14	0,02		1,624	36	L7
15	-1,558		0,29				L7

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a7 und für die mit H06 gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-4,225511E-01	-1,580440E+00	-1,592637E+01
K05	0,000000E+00	1,525217E-01	5,243852E+00	1,002054E+01 1
K14	0,000000E+00	3,648403E+00	1,892784E+01	-9,952660E+01

	1	a5	a6	a7
K01		1,155127E+02	-6,377694E+02
K05
K14		2,754833E+03	-2,466843E+04	1,643722E+05

	\| C1	C2	C3	C4
H06	-1,712233E-02

Das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Objektivs fester Brennweite besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG positiver Gesamtbrechkraft, einer Mittelgruppe MG positiver Gesamtbrechkraft und einer Hintergruppe HG positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Das Objektiv weist eine normierte Gesamtbrennweite f'_ges = 1mmauf und kann in bekannter Weise z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 75mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 1.4 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 2.2$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 0.5 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 1.0$
und die positive oder negativer Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im betragsmäßigen Bereich $2.3 \leq | f'_{HG} / f'_{ges} | \leq + 3.8.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus drei Linsenelementen L1, L2 und L3, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element L4 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G3 und G4 auf. Zwischen der Mittelgruppe MG und der Hintergruppe HG ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich, das heißt, zwischen Aperturblende BL und der Mittelgruppe MG ist höchsten ein, im Ausführungsbeispiel kein weiteres optisches Element angeordnet.
Die Mittelgruppe MG ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Vordergruppe VG bewegbar gelagert.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Gruppen VG, MG und HG aus Linsen L1 bis L9, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge + + - + - + - + - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 2.0,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 0.9$
und die positive oder negative Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $| f'_{HG} / f'_{ges} | = + 3.4$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würden dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG, wie bereits erwähnt mit $f'_{MG} / f'_{ges} = + 0.9$
zu wählen.
Zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, ist das optische Element der Mittelgruppe MG als Linse L4 mit einer Fläche diffraktiver Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 14 .9 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 24.9$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird die einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest nur schwach gekrümmten Fläche ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher der Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche der Linse L4 der Mittelgruppe MG mit Brennweite f'_MG in diesem Ausführungsbeispiel mit $f'_{MG} / r_{DOE} = 0.2849$
bzw. $r_{DOE} \geq 3.159 mm$
als für die erfinderischen Zwecke nahezu plan definiert.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Linse L4 der im Nahbereich der Blende BL angeordneten Mittelgruppe MG als konvexe Linse positiver Brechkraft mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und nahezu planer zweiten Fläche ausgebildet. Die nahezu plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 22.5$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die nahezu plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Bei einer Entfernungseinstellung von Unendlich in den Fokusnahbereich liegt der paraxiale Abbildungsmaßstab β'_MG der Mittelgruppe MG vorteilhaft innerhalb der Grenzen $+ 0.254 \leq β'_{MG} \leq + 0.415.$
Im Bereich von $+ 0.266 \leq β'_{MG} \leq + 0.396$
lässt sich eine gute Korrektion der Abberationen über den gesamten Einstellbereich erzielen.
Die Vordergruppe VG besteht aus mindestens einer erste Linse L1 mit positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft mit in Lichtrichtung erster konkaver Seite.
Im Ausführungsbeispiel ist die Vordergruppe VG aus drei Linsen L1, L2 und L3 gebildet und weist insgesamt positive Brechkraft auf. Die Linsen L1 und L2 sind als konvex-konkave oder konvex-plane Linsen jeweils positiver Brechkraft und die Linse L3 meniskusförmig als konvex-konkave Linse negativer Brechkraft ausgebildet. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Korrektion der monochromatischen Aberrationen in der Bildmitte erreicht.
Die Untergruppe G3 der Hintergruppe HG weist negative Brechkraft auf, besteht aus mindestens einer ersten Linse negativer Brechkraft und einer letzten Linse positiver Brechkraft. Im Ausführungsbeispiel besteht sie aus den Linsengliedern L5 und L6. Die Linse L5 ist in vorteilhafter Weise als plan-konkave Linse negativer Brechkraft mit zur Aperturblende BL, bzw. der Mittelgruppe MG angeordneter Planfläche ausgebildet und die Linse L6 ist als bikonvexe Linse positiver Brechkraft ausgeführt.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist positive Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer vorletzten Linse positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft deren erste Fläche konkav zur Untergruppe G3 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel besteht die Untergruppe G4 aus einer bikonkaven Linse L7 negativer Brechkraft, einer bikonvexen Linse L8 positiver Brechkraft und einer meniskusförmig ausgebildeten letzten Linse L9 negativer Brechkraft, die mit ihrer konvexen Fläche zur Bildposition IM angeordnet ist.
Die Brennweite f'_G3 der Untergruppe G3 ist vorteilhaft mit $f'_{G3} / f'_{ges} = - 2.8$
definiert, während die Brennweite f'_G4 der Untergruppe G4 vorteilhaft mit $f'_{G4} / f'_{ges} = + 9.7$
gewählt ist.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G3 und G4 ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld erreichen.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) auf, mit n = 1.92 erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Eine vorteilhaft gewählte Abbe-Zahl v bei mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG von größer oder gleich 60 (v ≥ 60) und insbesondere von gleich 71 (v = 71) dient dem Ausgleich bzw. der Minimierung von Farbfehlern.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen negativer Brechkraft der Vordergruppe VG kleiner oder gleich 1.75 (n ≤ 1.75) gewählt, mit n = 1.70 wird die Petzvalsumme minimiert.
Vorteilhaft ist die letzte Linse der Hintergruppe HG einseitig oder beidseitig asphärisch ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist die letzte Linse L9 einseitig asphärisch ausgeführt, wobei die in Lichtrichtung erste, konkave Fläche der Linse L9 eine asphärisch geformte Oberfläche aufweist. Auf diese Weise werden monochromatische Aberrationen im Bildfeld minimierrt.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0.1 (V / Bd³ < 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird nachfolgend anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 3.0 (SO' / Bd ≤ 3.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition IM in der Abbildungsebene definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w im Bereich zwischen 10° und 18° (10° ≤ w ≤ 18°) auf.
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf (1.7 ≤ F/# ≤ 2.5°).
Das in 6 dargestellte Objektiv weist eine besonders kompakte Bauform auf, indem das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 2.08 (SO' / Bd = 2.08) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 16° (w = 16°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.02 erwiesen
(V / Bd³ = 0.02).
Für das Ausführungsbeispiel in 6 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweitef'_ges = 75mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 19 den Glas-Luft-Übergang an Linse L9. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 9 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K07 ist beispielweise die siebte Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H08 die achte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausgeführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Fläche	r [mm]		d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	0,708		0,07		1,923	32	L1	G1	VG
2	3,729		0,01	1			L1
3	0,370		0,07	1	1,571	71	L2
4	0,863		0,03				L2
5	1,790		0,01		1,704	30	L3
6	0,299		0,17	V01			L3
7	0,478	K07	0,05		, 1,519	64	L4	G2	MG
8	3,159	H08	0,02	V02			L4	G2	MG
9	Plan	Blende	0,01
10	63,491		0,01		1,816	23	L5	G3	HG
11	0,560		0,11				L5
12	1,818		0,04		1,910	31	L6
13	-2,123		0,05				L6
14	-0,705		0,01		1,498	81	L7	G4
15	3,266		0,01				L7
16	1,021		0,12		1.658	39	L8
17	-0,543		0,20				L8
18	-0,255	K18	0,01		1,697	53	L9
19	-0,442		0,20				L9

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a6 und für die mit H08 gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

	k	a2	a3	a4
K07	0,000000E+00	4,994023E-01	3,453017E+00	5,331842E+01
K18	0,000000E+00	4,922770E+00	3,920850E+01	1,683780E+03

		a5	a6
K07
K18		-3,900157E+04	6,874722E+05

	C1	C2	C3	C4
H08	-2,219642E-02

Das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Objektivs fester Brennweite besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG positiver Gesamtbrechkraft, einer Mittelgruppe MG positiver Gesamtbrechkraft und einer Hintergruppe HG positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Das Objektiv weist eine normierte Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm auf und kann in bekannter Weise z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 100mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 1.4 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 2.2$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 0.5 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 1.0$
und die positive oder negative Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im betragsmäßigen Bereich $+ 2.3 \leq | f'_{HG} / f'_{ges} | \leq + 3.8.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus drei Linsenelementen L1, L2 und L3, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element L4 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G3 und G4 auf. Zwischen der Mittelgruppe MG und der Hintergruppe HG ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich, das heißt, zwischen Aperturblende BL und der Mittelgruppe MG ist höchsten ein, im Ausführungsbeispiel kein weiteres optisches Element angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Vordergruppe VG bewegbar gelagert.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Gruppen VG, MG und HG aus Linsen L1 bis L10, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge + + - + - - + - + - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 1.5,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 0.6$
und die positive oder negative Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $| f'_{HG} / f'_{ges} | = + 2.5$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würden dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG, wie bereits erwähnt mit $f'_{MG} / f'_{ges} = + 0.6$
zu wählen.
Zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, ist das optische Element der Mittelgruppe MG als Linse L4 mit einer Fläche diffraktiver Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 14.9 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 24.9$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird eine einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest jedoch nur schwach gekrümmten Fläche ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher im Ausführungsbeispiel ein Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche der Linse L4 der Mittelgruppe (MG) mit Brennweite f'_MG in diesem Ausführungsbeispiel mit $f'_{MG} / r_{DOE} = 0.5923$
bzw. $r_{DOE} \geq + 1.013 mm$
als für die erfinderischen Zwecke nahezu plan definiert.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Linse L4 der im Nahbereich der Blende BL angeordneten Mittelgruppe MG als konvexe Linse positiver Brechkraft mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten und nahezu planer zweiten Fläche ausgebildet. Die definitionsgemäß nahezu plane zweite Fläche weist eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 16.7$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Die nahezu plane zweite Fläche ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet und die asphärische erste Fläche bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Bei einer Entfernungseinstellung von Unendlich in den Fokusnahbereich liegt der paraxiale Abbildungsmaßstab β'_MG der Mittelgruppe MG vorteilhaft innerhalb der Grenzen $+ 0.254 \leq β'_{MG} \leq + 0.415.$
Im Bereich von $+ 0.281 \leq β'_{MG} \leq + 0.395$
lässt sich eine gute Korrektion der Abberationen über den gesamten Einstellbereich erzielen.
Die Vordergruppe VG besteht aus mindestens einer erste Linse L1 mit positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft mit in Lichtrichtung erster konkaver Seite.
Im Ausführungsbeispiel ist die Vordergruppe VG aus drei Linsen L1, L2 und L3 gebildet und weist insgesamt positive Brechkraft auf. Die Linsen L1 und L2 können dabei konvex-plan oder bikonvex ausgeführt sein und sind im Ausführungsbeispiel als konvex-konkave Linsen jeweils positiver Brechkraft und die Linse L3 meniskusförmig als konvex-konkave Linse negativer Brechkraft ausgebildet. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Korrektion der monochromatischen Aberrationen in der Bildmitte erreicht.
Die Untergruppe G3 der Hintergruppe HG weist negative Gesamtbrechkraft auf, besteht aus mindestens einer ersten Linse negativer Brechkraft und einer letzten Linse positiver oder negativer Brechkraft. Im Ausführungsbeispiel besteht sie aus den Linsengliedern L5, L6 und L7. Die Linse L5 ist in vorteilhafter Weise als bikonkave Linse negativer Brechkraft ausgebildet. Die Linse L6 ist als bikonkave Linse negativer Brechkraft mit der bikonvexen Linse L7 positiver Brechkraft als Linsen-Duplett ausgeführt.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist positive Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer vorletzten Linse positiver Brechkraft und einer letzten Linse negativer Brechkraft deren erste Fläche konkav zur Untergruppe G3 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel besteht die Untergruppe G4 aus einer meniskusförmigen konvex-konkaven Linse L8 negativer Brechkraft, einer bikonvexen Linse L9 positiver Brechkraft und einer meniskusförmig konkav-konvexen Linse L10 negativer Brechkraft, die zu einem Linsen-Triplett zusammengefasst sind.
Die Brennweite f'_G3 der Untergruppe G3 ist vorteilhaft mit $f'_{G3} / f'_{ges} = - 0.5$
definiert, während die Brennweite f'_G4 der Untergruppe G4 vorteilhaft mit $f'_{G4} / f'_{ges} = + 0.5$
gewählt ist.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G3 und G4 ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld erreichen.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) auf, mit n = 1.96 erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Eine vorteilhaft gewählte Abbe-Zahl v bei mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG von größer oder gleich 60 (v ≥ 60) und insbesondere von gleich 68 (v = 68) dient dem Ausgleich bzw. der Minimierung von Farbfehlern.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen negativer Brechkraft der Vordergruppe VG kleiner oder gleich 1.75 (n ≤ 1.75) gewählt, mit n = 1.73 wird die Petzvalsumme minimiert.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0.1 (V / Bd³ < 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird nachfolgend anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 3.0 (SO' / Bd ≤ 3.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition IM in der Abbildungsebene definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w im Bereich zwischen 10° und 18° (10° ≤ w ≤ 18°) auf.
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf (1.7 ≤ F/# ≤ 2.5°).
Das in 7 dargestellte Objektiv weist eine besonders kompakte Bauform auf, indem das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 2.77 (SO' / Bd = 2.77) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 12° (w = 12°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.02 erwiesen
(V / Bd³ = 0.02).
Für das Ausführungsbeispiel in 7 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 100mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 18 den Glas-Luft-Übergang an Linse L10. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 9 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K07 ist beispielweise die siebte Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H08 die achte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausgeführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Die Zuordnung der durchnummerierten Flächen zu den jeweiligen Linsen L1 - L10, den Untergruppen G1 -G4 und den Gruppen VG, MG und HG ist in den letzten drei Spalten angegeben:

Fläche	r [mm]	1	d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	0,666		0,05		1,961	32	L1	G1	VG
2	2,125		0,01				L1
3	0,316		0,09		1,595	68	L2
4	0,752		0,04				L2
5	0,794		0,01		1,734	28	L3
6	0,231		0,16	V01			L3
7	0,450	K07	0,03		1,747	49	L4	G2	MG
8	1,013	H08	0,02	V02			L4	G2	MG
9	Plan	Blende	0,02
10	-1,173		0,01		1,855	24	L5	G3	HG
11	0,407		0,07				L5
12	-2,117		0,01		1,662	51	L6/7
13	0,281		0,07		1,767	40
14	-1,367		0,01
15	0,747		0,01		1,816	23	L8/9/10	G4
16	0,271		0,12		1,704	30
17	-0,360		0,01		1,489	70
18	-1,106		0,47

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a4 und für die mit H08 gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

k a2 a3 a4

K07 0,000000E+00 2,314697E-01 2,394191E-01 1,779782E+02

C1 C2 C3 C4

H08 -2,996823E-02
Die in den 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Objektivs fester Brennweite besteht aus drei optischen Baugruppen, einer Vordergruppe VG, einer Mittelgruppe MG und einer Hintergruppe HG mit je positiver Gesamtbrechkraft, die in Lichtrichtung gesehen vor einer Bildposition IM angeordnet sind.
Das Objektiv weist eine normierte Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm auf und kann in bekannter Weise z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 28mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Zur normierten Darstellung werden die nachfolgenden Zahlenwerte durch Brennweitenverhältnisse angegeben.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch den Bereich $+ 7.0 \leq f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 25.7$
definiert, die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe liegt im Bereich $+ 1.6 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 3.0$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG liegt im Bereich $+ 3.1 \leq f'_{HG} / f'_{ges} \leq + 5.0.$
Die Vordergruppe VG, besteht aus zwei Untergruppen G1 und G2, die Mittelgruppe MG aus einem optischen Element G3 und die Hintergruppe HG weist zwei Untergruppen G4 und G5 auf. Zwischen der Vordergruppe VG und der Mittelgruppe MG ist eine Aperturblende BL mit veränderbarem Öffnungsdurchmesser angeordnet. Die Mittelgruppe MG ist definitionsgemäß im Blendennahbereich angeordnet, das heißt, zwischen Aperturblende BL und der Mittelgruppe MG ist kein weiteres optisches Element vorgesehen. Die Mittelgruppe MG besteht aus einer optischen Untergruppe G3 und ist von der dargestellten Unendlichposition zu Fokussierungszwecken auf einen Fokusnahbereich, entgegen der Lichtrichtung (d.h. in Richtung des dargestellten Pfeils) in Richtung der Aperturblende BL bewegbar gelagert.
In vorteilhafter Weise ist die Brechkraft f'_MG der Mittelgruppe MG einerseits nicht zu klein zu wählen, weil ansonsten der Fokushub, von Unendlichfokussierung auf Nahfokussierung länger wird, andererseits darf die Brechkraft auch nicht zu groß gewählt werden, da sonst das Volumen der Linse ansteigt. Beide Effekte wirken sich nachteilig aus und würden dazu führen, dass die Fokussierung des Objektivs zu langsam und für Autofokusanwendungen nicht mehr geeignet wäre.
Erfindungsgemäß ist daher die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG im Bereich $+ 1.6 \leq f'_{MG} / f'_{ges} \leq + 3.0$
zu wählen.
In besonders vorteilhafter Weise ist zur Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs, das optische Element G3 der Mittelgruppe MG als Linse L5 mit positiver Brechkraft und als Linse L6 mit einseitig diffraktiver Fläche mit einer Brechkraft f'_DOE innerhalb der Grenzen $+ 33.6 \leq f'_{DOE} / f'_{ges} \leq + 45.4$
ausgebildet.
Erfindungsgemäß wird die einfache Herstellung der für die diffraktive Brechkraft erforderlichen diffraktiven Struktur auf einer ebenen, zumindest nur schwach gekrümmten Fläche einer der Linsen der Mittelgruppe MG ermöglicht. In vorteilhafter Weise ist daher der Scheitelradius r_DOE der diffraktiven Fläche dieser Linse der Mittelgruppe MG plan innerhalb der Grenzen: $- 0.1255 \leq f'_{MG} / r_{DOE} \leq + 0.1388.$
In vorteilhafter Weise wird ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich, gewährleistet, wenn die der Aperturblende BL zugewandte Fläche der Linse der Mittelgruppe MG eine positive Brechkraft aufweist und weiter vorteilhaft asphärisch ausgebildet ist.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Gliedern L1 und L2 und weist insgesamt negative Brechkraft auf. Die Brennweite f'_G1 der Untergruppe G1 ist durch den Bereich $f'_{G1} / f'_{ges} \leq - 3.7$
definiert.
Die mindestens eine konvex-konkave erste Linse L1 mit negativer Brechkraft ist meniskus-förmig ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite zu einer konvexen Seite der mindestens einen Linse L2 mit positiver Brechkraft hin angeordnet.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG weist zwei Gliedern L3 und L4 mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Die mindestens eine erste Linse L3 mit negativer Brechkraft ist bikonkav ausgebildet und mit ihrer konkaven ersten Seite zur Linse L2 der Untergruppe G1 angeordnet. Das zweite Element der Untergruppe G2 weist mindestens eine Linse L4 positiver Brechkraft auf. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L3 und L4 als Einzellinsen ausgeführt und als Duplett zusammengefasst.
Mit den Merkmalen der Untergruppen G1 und G2 erfolgt in vorteilhafter Weise ein Ausgleich der monochromatischen Abberationen zwischen Bildmitte und Bildfeld.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG weist zwei Glieder L7 und L8 mit insgesamt positiver Brechkraft auf. Sie besteht aus mindestens einer bikonvexen Linse L7 mit positiver Brechkraft und mindestens einer bikonkaven Linse L8 negativer Brechkraft. L7 ist mit ihrer konvexen ersten Seite zur Mittelgruppe MG hin angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind die Glieder L7 und L8 als Einzellinsen ausgeführt und als Duplett zusammengefasst.
Die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG weist negative oder positive Gesamtbrechkraft auf und besteht aus mindestens einer letzten Linse L9 deren erste Fläche konkav ausgebildet und zur Untergruppe G4 angeordnet ist. Die Brennweite f'_G5 der Untergruppe G5 ist dabei durch den Bereich -0.1 ≤ f'_ges/f'_G5 ≤ +0.1 definiert.
In vorteilhafter Weise lassen sich mit den Merkmalen der Untergruppen G4 und G5 eine Minimierung der Koma, der astigmatischen Differenz und der Verzeichnung im Bildfeld realisieren.
Vorteilhaft weist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Vordergruppe VG einen Wert größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) auf, auf diese Weise erfolgt eine Minimierung der Petzvalsumme.
Weiter vorteilhaft ist die Brechzahl n mindestens einer der Linsen positiver Brechkraft der Hintergruppe HG ebenfalls größer oder gleich 1.85 (n ≥ 1.85) gewählt, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Auch eine vorteilhaft gewählte Brechzahl n der ersten Linse negativer Brechkraft der Vordergruppe VG von kleiner oder gleich 1.60 (n ≤ 1.60) trägt zur Minimierung der Petzvalsumme bei.
Zum Ausgleich der monochromatischen Aberrationen im Bildfeld ist die erste Linse L1 der Vordergruppe VG einseitig oder beidseitig mit asphärischen Flächen ausgebildet.
Vorteilhaft ist die letzte Linse L9 der Hintergruppe HG einseitig oder beidseitig mit asphärischen Flächen ausgebildet um einen weiteren Ausgleich der monochromatischen Aberrationen im Bildfeld zu erreichen.
Vorteilhaft für eine hohe Fokussiergeschwindigkeit ist eine leichte Fokussiergruppe MG. Dabei hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz kleiner als 0,1 (V / Bd³ < 0.1) als besonders vorteilhaft erwiesen. Auf diese Weise ist die Fokussiergruppe leicht und ermöglicht eine schnelle Fokussierung. Eine leichte Fokussiergruppe hat gleichzeitig den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs bei Autofokusanwendungen und ermöglicht eine leise Fokussierung. Der Bildkreisdurchmesser Bd ist dem Fachmann auch als Bilddiagonale eines digitalen Bildaufnahmesensors Bs bekannt und wird nachfolgend anhand der 10 genauer beschrieben.
Weiter vorteilhaft, ist für eine kompakte Bauform das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM kleiner oder gleich 2.0 (SO' / Bd ≤ 2.0), wobei die optische Baulänge SO' als der Abstand vom Linsenscheitel der in Lichtrichtung ersten Linsenfläche der Linse L1 auf der optischen Achse bis zur Bildposition IM in der Abbildungsebene definiert ist.
Ein mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konstruiertes Objektiv weist in vorteilhafter Weise einen halben Objektwinkel w von größer oder gleich 31 ° auf (w ≥ 31 °).
Das Objektiv weist ein Öffnungsverhältnis F/# von mindestens 1.7 und höchstens 2.5 auf, vorteilhaft liegt es im Bereich zwischen 1.7 und 2.5 (1.7 ≤ F/# <_ 2.5).
Das in 8 dargestellte Objektiv weist eine kompakte Bauform auf, wobei das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73 (SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 42° (w = 42°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G5 aus Linsen L1 bis L9, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge - + - + + 0 + - - aufweisen (0 = neutral, plan, keine refraktive Brechkraft).
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} \leq + 8.7,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 2.6$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{HG} / f'_{ges} = + 3.5$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
Die Linse L5 des hinter der Blende BL angeordneten optischen Elements G3 der Mittelgruppe MG ist als konvexe Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten Fläche ausgebildet. Die zweite Fläche kann plan oder konkav ausgeführt sein.
Die im Ausführungsbeispiel als optisch transparente Planplatte ausgeführte Linse L6 weist auf ihrer der Bildposition IM zugewandten Seite eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 36.5$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Eine optisch transparente Planplatte ist besonders für die einfache Herstellung einer diffraktiven Struktur geeignet. Die asphärische erste Fläche der Linse L5 bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Linsen L1 und L2 und weist insgesamt eine Brennweite f'_G1 von $f'_{G1} / f'_{ges} = - 10.0$
auf.
Die erste Linse L1 weist dabei eine konvex-konkave Form mit negativer Brechkraft auf und ist meniskus-förmig mit asphärisch gekrümmter konvexer und asphärisch gekrümmter konkaver Seite ausgeführt.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG hat vorteilhaft eine Brennweite f'_G2 von insgesamt $f'_{G2} / f'_{ges} = + 5.6.$
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G1 und G2 ist ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld gewährleistet.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG besteht aus einer bikonvexen Linse L7 und einer bikonkaven Linse L8, beide sind als Duplett, mit insgesamt einer Brennweite f'_G4 von $f'_{G4} / f'_{ges} = + 2.9$
zusammengefasst.
In vorteilhafter Weise hat die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG eine Brennweite f'_G5 von insgesamt $f'_{G5} / f'_{ges} = + 0.056$
und ist als Einzellinse L9 mit konkav-konvexer Linsenform ausgeführt. Die in Lichtrichtung erste konkave Seite der Linse L9 ist asphärisch ausgeformt.
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G4 und G5 werden die Koma, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung im Bildfeld weiter minimiert.
Vorteilhaft weisen die Linse L2 der Vordergruppe VG und die Linse L7 der Hintergruppe HG dieselbe Brechzahl auf. In dieser Ausführung bietet es sich an, für beide Linsen dasselbe Glasmaterial zu verwenden, um auf diese Weise die Fertigung zu erleichtern und Lagerkosten zu reduzieren. Besonders bevorzugt weisen L2 und L7 eine Brechzahl von 2.01 (n = 2.01) und die Linse L1 der Vordergruppe VG eine Brechzahl von 1.49 (n = 1.49) auf, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.04 erwiesen
(V / Bd³ = 0.04).
Für das Ausführungsbeispiel in 8 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 28mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 17 den Glas-Luft-Übergang an Linse L9. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 8 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H12 die zwölfte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Die Zuordnung der durchnummerierten Flächen zu den jeweiligen Linsen L1 - L9, den Untergruppen G1 -G5 und den Gruppen VG, MG und HG ist in den letzten drei Spalten angegeben:

Fläche	r [mm]		1 d_M [mm]		1 ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	1,454	K01	0,04		1,489	70	L1	G1	VG
2	0,558	K02	0,21				L1
3	2,156		0,10		2,009	29	L2
4	13,237		0,12				L2
5	-0,850		0,04		1,704	30	L3/4	G2
6	2,451		0,34		1,888	41
7	-1,100		0,05
8	Plan	Blende	0,19	V01
9	1,088	K09	0,11		1,489	70	L5	G3	MG
10	7,668		0,04				L5
11	Plan		0,07		1,694	31	L6
12	Plan	H12	0,07	V02			L6
13	1,881		0,24		2,009	29	L7/8	G4	HG
14	-0,776		0,09		1,816	23
15	1,719		0,20			1
16	-1,527	K16	0,09		1,697	53	L9	G5
17	-1,785		0,66				L9	G5

In der folgenden Tabelle sind für die oben beim Flächentyp mit K gekennzeichneten asphärischen Flächen die konische Konstante k und die Asphärenkoeffizienten a2 bis a6 und für die mit H12 gekennzeichnete diffraktive Fläche der Phasenkoeffizient C1 in Exponentialdarstellung angegeben:

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-1,084902E-01
K02	0,000000E+00	-7,014032E-02	-4,914109E-02	1,770390E+00
K09	0,000000E+00	1,337399E-01	3,345997E-01	-8,064074E-01
K16	0,000000E+00	-1,122549E+00	8,788157E-01	-3,332940E+01

		a5	a6
K01
K02		-2,229924E+01	9,405315E+01
K09
K16		1,561304E+02	-4,509463E+02

	C1	1 C2	C3	C4
H12	-1,369910E-02

Das in 9 dargestellte Objektiv weist eine kompakte Bauform auf, wobei das Verhältnis der optischen Baulänge SO' des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene IM 1.73 (SO' / Bd = 1.73) beträgt, der halbe Objektwinkel w gleich 42° (w = 42°) ist und das Öffnungsverhältnis F/# 2.0 (F/# = 2.0) beträgt.
Bei diesem Objektiv bestehen die zuvor beschriebenen Untergruppen G1 bis G5 aus Linsen L1 bis L9, die in Lichtrichtung gesehen die Brechkraftabfolge - + - + + + + - - aufweisen.
Die Brennweite f'_VG der Vordergruppe VG ist durch $f'_{VG} / f'_{ges} = + 7.5,$
die Brennweite f'_MG der Mittelgruppe MG durch $f'_{MG} / f'_{ges} = + 2.8$
und die Brennweite f'_HG der Hintergruppe HG durch $f'_{HG} / f'_{ges} = + 3.0$
jeweils bezogen auf eine gegebene Gesamtbrennweite f'_ges des Objektivs besonders vorteilhaft definiert.
Die Linse L5 des hinter der Blende BL angeordneten optischen Elements G3 der Mittelgruppe MG ist als konvex-konkave Linse mit in Lichtrichtung gesehen asphärischer ersten Fläche ausgebildet.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte konvex geformte Linse L6 weist auf ihrer der Bildposition IM zugewandten Seite eine diffraktive Brechkraft f'_DOE von $f'_{DOE} / f'_{ges} = + 35.9$
auf, die in besonders vorteilhafter Weise die Minimierung des Farbfehlers über den gesamten Entfernungseinstellungsbereich des Objektivs bewirkt. Zur besonders einfachen Herstellung einer diffraktiven Struktur ist die in Lichtrichtung zweite Fläche der Linse L6 als Planfläche ausgebildet. Die asphärische erste Fläche der Linse L5 bewirkt einen Ausgleich der monochromatischen Aberrationen über den Entfernungseinstellbereich.
Die Untergruppe G1 der Vordergruppe VG besteht aus zwei Linsen L1 und L2 und weist insgesamt eine Brennweite f'_G1 von $f'_{G1} / f'_{ges} = - 9.7$
auf.
Die erste Linse L1 weist dabei eine konvex-konkave Form mit negativer Brechkraft auf und ist meniskus-förmig mit asphärisch gekrümmter konvexer und asphärisch gekrümmter konkaver Seite ausgeführt.
Die Untergruppe G2 der Vordergruppe VG hat vorteilhaft eine Brennweite f'_G2 von insgesamt $f'_{G2} / f'_{ges} = + 5.3.$
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G1 und G2 ist ein Ausgleich der monochromatischen Aberrationen zwischen Bildmitte und Bildfeld gewährleistet.
Die Untergruppe G4 der Hintergruppe HG besteht aus einer bikonvexen Linse L7 und einer bikonkaven Linse L8, die als Duplett, mit insgesamt einer Brennweite f'_G4 von $f'_{G4} / f'_{ges} = + 2.5$
zusammengefasst sind.
In vorteilhafter Weise hat die Untergruppe G5 der Hintergruppe HG eine Brennweite f'_G5 von insgesamt $f'_{G5} / f'_{ges} = + 0.086$
und ist als Einzellinse L9 mit konkav-konvexer Linsenform ausgeführt. Die in Lichtrichtung erste konkave Seite der Linse L9 ist asphärisch ausgeformt.
Mit den auf diese Weise definierten Brennweiten für die Untergruppen G4 und G5 werden die Koma, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung im Bildfeld weiter minimiert.
Vorteilhaft weisen die Linse L2 der Vordergruppe VG und die Linse L7 der Hintergruppe HG dieselbe Brechzahl auf. In dieser Ausführung bietet es sich an, für beide Linsen dasselbe Glasmaterial zu verwenden, um auf diese Weise die Fertigung zu erleichtern und Lagerkosten zu reduzieren. Bevorzugt weisen L2 und L7 eine Brechzahl von 2.01
(n = 2.01) und die Linse L1 der Vordergruppe VG eine Brechzahl von 1.49 (n = 1.49) auf, um die Petzvalsumme weiter zu minimieren.
Als besonders vorteilhaft für hohe Fokussiergeschwindigkeiten in Autofokusanwendungen hat sich ein Verhältnis des Volumens V der Fokussiergruppe MG zum Bildkreisdurchmesser Bd in der Abbildungsebene in der dritten Potenz von 0.05 erwiesen (V / Bd³ = 0.05).
Für das Ausführungsbeispiel in 9 sind in den nachfolgenden Tabellen mechanische Konstruktionsdaten und optische Parameter für die jeweiligen Linsenelemente angegeben.
Die Konstruktionsdaten sind auf eine Gesamtbrennweite f'_ges = 1mm normiert und können in bekannter Weise, z.B. auf die Gesamtbrennweite f'_ges = 28mm für den Kleinbildbereich skaliert werden.
Dabei beziehen sich die Daten auf die in Lichtrichtung aufsteigend nummerierten Flächen der Linsenelemente. Die erste Fläche 1 beschreibt den Luft-Glas-Übergang an Linse L1 und die letzte Fläche 17 den Glas-Luft-Übergang an Linse L9. Die Aperturblende BL ist als plane Fläche 8 angegeben.
Für jede Fläche ist der Scheitelradius r, d.h. der Radius auf der optischen Achse angegeben. In der dritten Spalte ist der Flächentyp angegeben. Mit K01 ist beispielweise die erste Fläche als asphärisch gekrümmte Fläche und mit H12 die zwölfte Fläche als diffraktive Fläche gekennzeichnet. dM bezeichnet die Mittendicke der jeweiligen Linse oder den Abstand zu einer benachbarten Fläche im Scheitelpunkt. Für die zu Fokussierzwecken verschiebbar ausgeführte Mittelgruppe MG ist der Wert dM als Abstand in der Fokussierstellung auf unendlich angegeben und mit V01 und V02 sind die mit der Fokussierung variablen Abstände gekennzeichnet.
ne bezeichnet die Brechzahl für die Fraunhoferlinie e (Wellenlänge 546,0740 nm) und ve die Abbe-Zahl für die Fraunhofer-Linie e.

Fläche	r [mm]		d_M [mm]		ne	ve	Linse	Untergruppe	Gruppe
1	2,108	K01	0,04		1,489	70	L1	G1	VG
2	0,661	K02	0,32				L1
3	3,600		0,10		2,009	29	L2
4	-14,938		0,12				L2
5	-0,810		0,03		1,704	30	L3/4	G2
6	2,325		0,17		1,888	41
7	-0,986		0,14
8	Plan	Blende	0,22	V01
9	0,963	K09	0,11		1,489	70	L5	G3	MG
10	1,381		0,08				L5
11	3,577		0,07		1,694	31	L6
12	Plan	H12	0,09	V02			L6
13	1,468		0,25		2,009	29	L7/8	G4	HG
14	-0,738		0,04		1,816	23
15	1,401		0,16
16	-2,842	K16	0,09		1,697	53	L9	G5
17	-4,428		0,67				L9	G5

	k	a2	a3	a4
K01	0,000000E+00	-4,432677E-02
K02	0,000000E+00	1,097938E-01	-2,915075E-01	6,657444E+00
K09	0,000000E+00	7,816568E-02	3,717280E-02	-1,842303E-01
K16	0,000000E+00	-1,043570E+00	2,017455E-01	-2,088531E+01

		a5	a6
K01
K02		-3,354089E+01	8,543317E+01
K09
K16		8,095942E+01	-2,228453E+02

	C1	C2	C3	C4
H12	-1,393289E-02

In 10 ist in der Bildposition eine kreisrunde Abbildungsebene IM schematisch dargestellt. Mit einem Doppelpfeil ist der Bildkreisdurchmesser Bd dargestellt, der mit dem Durchmesser eines rechteckig dargestellten Bildsensors Bs übereinstimmt.
Bezugszeichenliste

BL: Aperturblende
L1 - L10: erste bis zehnte Linse
G1 - G5: erste bis fünfte Untergruppe
VG: Vordergruppe
MG: Mittelgruppe
HG: Hintergruppe
Bd: Bildkreisdurchmesser
IM: Abbildungsebene/Bildposition
*: asphärisch gekrümmt Linsenfläche
#: Fläche diffraktiver Brechkraft

Claims

Objektiv fester Brennweite bestehend aus drei optischen Baugruppen mit in Lichtrichtung einer ortsfesten vorderen Linsengruppe (VG), einer ortsfesten Blende (BL) einstellbarer Öffnung, einer ortsfesten hinteren Linsengruppe (HG) und einer relativ zur Blende entlang der optischen Achse des Objektivs verschiebbaren Fokussiergruppe (MG) zur Abbildung unterschiedlich entfernter Objekte auf eine ortsfeste Bildebene (IM), dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) aus mindestens einem Linsenelement und einem in die Fokussiergruppe (MG) integrierten diffraktiven optischen Element (DOE) besteht.
Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Linsengruppe (VG) positive Brechkraft aufweist, die Fokussiergruppe (MG) aus maximal zwei Linsenelementen besteht und insgesamt eine positive Brechkraft f'_MG aufweist.
Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Brechkraft f'_DOE des diffraktiven optischen Elements (DOE) zur Gesamtbrechkraft f'_ges des Objektivs mindestens 14.9 und höchstens 45.4 beträgt.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamtbrechkraft f'_MG der Fokussiergruppe (MG) zur Gesamtbrechkraft f'_ges des Objektivs mindestens 0.9 und höchstens 3.0 beträgt, wobei die Fokussiergruppe (MG) aus einem einzigen Linsenelement mit in Lichtrichtung asphärisch konvexer Frontfläche besteht und die Rückfläche nahezu eben einen Scheitelradius r_DOE aufweist, wobei das Verhältnis der Gesamtbrechkraft f'_MG der Fokussiergruppe (MG) zum Scheitelradius r_DOE mindestens -0.1255 und höchstens 0.1388 beträgt und auf die nahezu ebene Rückfläche das diffraktive optische Element (DOE) aufgebracht ist.
Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) aus einem einzigen Linsenelement mit in Lichtrichtung asphärisch konvexer Frontfläche und planer Rückfläche besteht, auf die das diffraktive optische Element (DOE) aufgebracht ist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gesamtbrechkraft f'_MG der Fokussiergruppe (MG) zur Gesamtbrechkraft f'_ges des Objektivs mindestens 0.5 und höchstens 1.0 beträgt, wobei die Fokussiergruppe (MG) aus einem einzigen Linsenelement mit in Lichtrichtung asphärisch konvexer Frontfläche besteht und die Rückfläche einen schwach gekrümmten Scheitelradius r_DOE aufweist, der bei einer auf 1mm normierten Gesamtbrechkraft f'ges mindestens größer oder gleich 3.159 mm, mindestens jedoch größer oder gleich 1.013 mm beträgt und auf die auf diese Weise schwach gekrümmte Rückfläche das diffraktive optische Element (DOE) aufgebracht ist.
Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) aus zwei in Lichtrichtung nach der Blende (BL) aufeinander folgenden Linsenelementen (L5, L6) besteht, von denen das erste (L5) eine asphärisch konvexe Frontfläche aufweist und auf der planen Rückfläche des zweiten Linsenelements (L6) das diffraktive optische Element (DOE) aufgebracht ist.
Objektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsenelement (L5) eine konkave Rückfläche und das zweite Linsenelement (L6) eine konvexe Frontfläche aufweist.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) aus einer Position mit Fokussierung auf einen unendlich entfernten Objektpunkt auf eine Nahbereichsfokussierung entgegen der Lichtrichtung, von der hinteren Linsengruppe (HG) weg auf die vordere Linsengruppe (VG) hin bewegbar ist.
Objektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiergruppe (MG) in einem Blendennahbereich, vor oder hinter der Blende (BL) angeordnet ist, wobei zwischen Fokussiergruppe (MG) und Blende (BL) kein, höchstens ein weiteres optisches Element angeordnet ist.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (L1) der Vordergruppe (VG) einseitige oder beidseitig mit asphärischen Flächen ausgebildet ist.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Linse (L7, L8, L9) der Hintergruppe (HG) einseitig oder beidseitige mit asphärischen Flächen ausgebildet ist.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V des Volumens der Fokussiergruppe (MG) zum Bildkreisdurchmesser (Bd) in der Abbildungsebene (IM) in der dritten Potenz unter 0.1 (V / Bd³ < 0.1) liegt.
Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der optischen Baulänge (SO') des Objektivs zum Bildkreisdurchmesser (Bd) in der Abbildungsebene (IM) kleiner oder gleich 3.0 (SO' / Bd <= 3.0) ist.