DE102020129982B3

DE102020129982B3 - Wide-angle lens with liquid lens, endoscope tip or capsule endoscope and endoscope

Info

Publication number: DE102020129982B3
Application number: DE102020129982.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Zischke
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2040-11-14

Abstract

Objektiv, das von einer Objektseite zur Bildseite besteht aus:einer Meniskuslinse aus einem Festkörper mit einem ersten Brechungsindex;einem Medium aus einem verformbaren Material;einer zweiten Linse aus einem Festkörper mit einem zweiten Brechungsindex; undeinem oder mehreren optischen Elementen; wobeidie Meniskuslinse eine objektseitige erste Oberfläche und eine bildseitige zweite Oberfläche hat, die konvex zur Objektseite hin sind;die zweite Linse eine objektseitige dritte Oberfläche hat, die konvex zur Objektseite hin ist;ein Brechungsindex des verformbaren Materials größer als 1 und kleiner als der erste Brechungsindex und der zweite Brechungsindex ist;das Objektiv eine Objektfläche in einem Blickwinkel des Objektivs auf eine Bildfläche abbildet;das Medium einen Zwischenraum zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche vollständig ausfüllt, wobei der Zwischenraum alle Strahlen enthält, die von der Objektseite in die Meniskuslinse eintreten können und durch die zweite Linse die Bildfläche erreichen.An objective composed of, from an object side to an image side:a meniscus lens made of a solid having a first refractive index;a medium made of a deformable material;a second lens made of a solid having a second refractive index; andone or more optical elements; whereinthe meniscus lens has an object-side first surface and an image-side second surface convex toward the object side;the second lens has an object-side third surface convex toward the object side;a refractive index of the deformable material greater than 1 and less than the first refractive index and is the second index of refraction;the objective images an object surface at an angle of view of the objective onto an image surface;the medium completely fills a gap between the second surface and the third surface, the gap containing all rays entering the meniscus lens from the object side and can reach the image surface through the second lens.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die Erfindung behandelt Weitwinkelobjektive mit einem Blickwinkel von 180° oder mehr.The invention deals with wide-angle lenses with an angle of view of 180° or more.

Hintergrundbackground

Weitwinkelobjektive mit einem Blickwinkel (FOV) von 180° oder mehr sind bekannt. Solche Weitwinkelobjektive werden z.B. auch in Endoskopen eingesetzt. Beispiele für solche Weitwinkelobjektive, die teilweise sogar Blickwinkel von mehr als 220° oder sogar bis zu 235° haben, sind in EP 3 767 363 A1 angegeben. Solche Weitwinkelobjektive haben eine meniskusförmige Frontlinse, die zur Seite des Objektraums konvex ist. Auch die Seite der zweiten Linse von der Objektseite aus, die zum Objektraum hin zeigt, ist zur Seite des Objektraums konvex.Wide angle lenses with a field of view (FOV) of 180° or more are known. Such wide-angle lenses are also used in endoscopes, for example. Examples of such wide-angle lenses, some of which even have a viewing angle of more than 220° or even up to 235°, are in EP 3 767 363 A1 specified. Such wide-angle lenses have a meniscus-shaped front lens that is convex to the side of the object space. Also, the side of the second lens from the object side that faces the object space is convex to the object space side.

In der vorliegenden Anmeldung wird unter einem verformbaren Material beispielsweise eine Flüssigkeit oder eine verformbare Folie, wie z.B. eine Kunststofffolie, verstanden. Demgemäß ist ein Material im Sinne dieser Anmeldung verformbar, dessen Viskosität in einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 50°C bei Normaldruck (1013 hPa) in einem Bereich zwischen 1*10^-1 mPa*s und 1*10¹⁰ mPa*s, insbesondere aber im Bereich zwischen 1*10^-1 mPa*s und 1*10⁵ mPa*s, liegt. Auch ein Gel, das ein disperses System, das aus mindestens zwei Komponenten besteht, darstellt, kann unter den Begriff verformbares Material fallen. Wasser ist ein Beispiel für eine Flüssigkeit. Wasser hat bei 10°C eine Viskosität von 1.297 mPa*s, bei 25°C eine Viskosität von 0,891 mPa*s, und am Siedepunkt (100°C) eine Viskosität von 0.283 mPa*s. Flüssigkeiten haben theoretisch einen Schermodul von 0.In the present application, a deformable material is understood to mean, for example, a liquid or a deformable film, such as a plastic film. Accordingly, within the meaning of this application, a material is deformable whose viscosity in a temperature range between 10° C. and 50° C. at normal pressure (1013 hPa) in a range between 1*10 ^-1 mPa*s and 1*10 ¹⁰ mPa*s, but in particular in the range between 1*10 ^-1 mPa*s and 1*10 ⁵ mPa*s. A gel, which is a disperse system consisting of at least two components, can also come under the term deformable material. Water is an example of a liquid. Water has a viscosity of 1,297 mPa*s at 10°C, a viscosity of 0.891 mPa*s at 25°C and a viscosity of 0.283 mPa*s at the boiling point (100°C). Theoretically, liquids have a shear modulus of 0.

Im Gegensatz dazu haben Festkörper eine höhere Viskosität und bei 20°C bei Normaldruck einen Bulk-Modul, der größer als 10 GPa ist. Ein Festkörper kann kristallin oder glasartig sein. Wasser hat bei Normaldruck und 20°C einen Bulk-Modul von ca. 2.2 GPa.In contrast, solids have a higher viscosity and a bulk modulus greater than 10 GPa at 20°C at atmospheric pressure. A solid can be crystalline or glassy. At normal pressure and 20°C, water has a bulk modulus of approx. 2.2 GPa.

Deswegen können verformbare Materialien im Sinne dieser Anmeldung insbesondere solche sein, die zusätzlich zu der oben definierten niedrigen Viskosität in einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 50°C bei Normaldruck (1013 hPa) einen Bulkmodul, der kleiner als 30 GPa ist, haben. Beispielsweise hat Quecksilber einen Bulkmodul von 28.5 GPa.For this reason, deformable materials within the meaning of this application can in particular be those which, in addition to the low viscosity defined above, have a bulk modulus of less than 30 GPa in a temperature range between 10° C. and 50° C. at normal pressure (1013 hPa). For example, mercury has a bulk modulus of 28.5 GPa.

Insbesondere können verformbare Materialien im Sinne dieser Anmeldung solche sein, die zusätzlich zu der oben definierten niedrigen Viskosität in einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 50°C bei Normaldruck (1013 hPa) einen Schermodul, der kleiner als 0,2 GPa ist, haben. Polyethylen hat z.B. einen Schermodul von 0,117 GPa. Flüssigkeiten haben beispielsweise (theoretisch) einen Schermodul von 0. Zusätzlich kann der Bulkmodul der verformbaren Materialien kleiner als 30 GPa sein.In particular, deformable materials within the meaning of this application can be those which, in addition to the low viscosity defined above, have a shear modulus of less than 0.2 GPa in a temperature range between 10° C. and 50° C. at normal pressure (1013 hPa). For example, polyethylene has a shear modulus of 0.117 GPa. For example, liquids (theoretically) have a shear modulus of 0. In addition, the bulk modulus of deformable materials can be less than 30 GPa.

Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2008 052 328 B4 aufgefunden werden, welche ein Superweitwinkel-Optiksystem offenbart. Darüber hinaus offenbart die Druckschrift WO 2005/ 073 762 A1 ein variables Linsensystem.Relevant prior art can be found, for example, in the publication DE 10 2008 052 328 B4 can be found which discloses a super wide-angle optical system. In addition, the reference discloses WO 2005/073762 A1 a variable lens system.

Technisches ProblemTechnical problem

Bei Objektiven, und insbesondere bei Weitwinkelobjektiven (z.B. mit mehr als 180° FOV) kann folgendes Problem auftreten:

Wird das Objektiv statt in Luft in Wasser als Umgebungsmedium verwendet, treten Totalreflektionen von Strahlen aus einem Blickwinkel von mehr als 90° (bezogen auf die optische Achse) an der Innenseite der meniskusförmigen Frontlinse auf, die zu ringförmigen Geisterbildern führen können.

With lenses, and especially with wide-angle lenses (e.g. with more than 180° FOV), the following problem can occur:

If the lens is used in water as the surrounding medium instead of in air, total reflections of rays from a viewing angle of more than 90° (relative to the optical axis) occur on the inside of the meniscus-shaped front lens, which can lead to ring-shaped ghost images.

Totalreflektionen lassen sich nicht durch eine Verbesserung der Linsenbeschichtung beseitigen, sondern müssen durch eine entsprechende (in diesem Fall: unterwassertaugliche) Konstruktion des Objektivs vermieden werden.Total reflections cannot be eliminated by improving the lens coating, but must be avoided by a corresponding (in this case: underwater-suitable) design of the lens.

8 illustriert das Problem am Beispiel eines Weitwinkelobjektivs, bei dem die Frontlinse 1 und die zweite Linse 2 die gleichen Parameter haben, wie sie weiter unten in Tabelle 2 für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben sind, wobei aber der Zwischenraum 110 mit Luft statt mit Wasser gefüllt ist. 8th illustrates the problem using the example of a wide-angle lens, in which the front lens 1 and the second lens 2 have the same parameters as given below in Table 2 for an embodiment of the invention, but with the gap 110 being filled with air instead of water .

Der Strahl mit dem Einfallswinkel von 90,9° relativ zur optischen Achse wird an Oberfläche 1 (der objektseitigen Oberfläche der ersten Linse 2) gebrochen und fällt dann mit einem Einfallswinkel von 32,076° (gegenüber dem Lot auf die Oberfläche 2) auf die Oberfläche 2 (der bildseitigen Oberfläche der ersten Linse 1). Dies ist aber gerade der Grenzwinkel der Totalreflektion bei einem Brechungsindexverhältnis von 1,88306: arcsin(1/1,88306) = 32,076°. Die Totalreflexion an Oberfläche 2 kann nicht durch eine Beschichtung der Oberfläche 2 verhindert werden. Der an Oberfläche 2 totalreflektierte Strahl wird an Oberfläche 1 wieder (teilweise) reflektiert und kann so zur Bildfläche gelangen. Weil der totalreflektierte Strahl gegenüber dem ursprünglichen Strahl ein wenig versetzt ist, entsteht ein Geisterbild in der Bildfläche.The ray with the incident angle of 90.9° relative to the optical axis is refracted at surface 1 (the object-side surface of the first lens 2) and then falls on surface 2 with an incident angle of 32.076° (compared to the normal on surface 2). (the image-side surface of the first lens 1). However, this is precisely the critical angle of total reflection with a refractive index ratio of 1.88306: arcsin(1/1.88306) = 32.076°. Total reflection at surface 2 cannot be prevented by coating surface 2. The beam that is totally reflected at surface 2 is (partially) reflected at surface 1 and can thus reach the image surface. Because the totally reflected ray is slightly offset from the original ray, a ghost image is created in the image plane.

Das Gleiche gilt natürlich entsprechend auch für einen Strahl mit einem größeren Einfallswinkel, wie z.B. dem Strahl mit dem größtmöglichen Einfallswinkel von 135°.Of course, the same also applies to a ray with a larger angle of incidence, such as the ray with the greatest possible angle of incidence of 135°.

Kurze ZusammenfassungShort Summary

Zur Vermeidung der Totalreflektion an der Innenseite (Bildseite) der Frontlinse bei Verwendung des Objektivs in einer Flüssigkeit (wie z.B. Wasser) wird der Zwischenraum zwischen den Linsen der 2-linsigen Frontlinsengruppe des Weitwinkelobjektivs mit einem leicht verformbaren Medium wie z.B. einer Flüssigkeit (wie z.B. Wasser) gefüllt, dessen Brechungsindex größer als der von Luft und kleiner als der der ersten und zweiten Linsen ist.To avoid total reflection on the inside (image side) of the front lens when using the lens in a liquid (such as water), the space between the lenses of the 2-lens front lens group of the wide-angle lens is filled with an easily deformable medium such as a liquid (such as water ) whose refractive index is greater than that of air and less than that of the first and second lenses.

Es wird also bereitgestellt: ein Objektiv, das in einer Reihenfolge von einer Objektseite zu einer Bildseite besteht aus:

einer ersten Meniskuslinse aus einem ersten Material, das ein erster Festkörper ist und einen ersten Brechungsindex hat;
einem Medium aus einem oder mehreren verformbaren Materialien;
einer zweiten Linse aus einem zweiten Material, das ein zweiter Festkörper ist und einen zweiten Brechungsindex hat; und
einem oder mehreren weiteren optischen Elementen; wobei
die erste Meniskuslinse eine erste Oberfläche auf der Objektseite und eine zweite Oberfläche auf der Bildseite hat, die jeweils konvex zur Objektseite hin sind;
die zweite Linse eine dritte Oberfläche auf der Objektseite hat, die konvex zur Objektseite hin ist;
ein Brechungsindex eines jeden der einen oder mehreren verformbaren Materialien größer als 1 und kleiner als sowohl der Brechungsindex des ersten Materials als auch der Brechungsindex des zweiten Materials ist;
das Objektiv eine Objektfläche in einem Blickwinkel des Objektivs auf eine Bildfläche abbildet;
das Medium einen Zwischenraum, der sich von der zweiten Oberfläche zu der dritten Oberfläche erstreckt, vollständig ausfüllt, wobei der Zwischenraum alle Strahlen enthält, die von der Objektseite in die erste Meniskuslinse eintreten können und durch die zweite Linse die Bildfläche erreichen.

Thus, there is provided: a lens consisting of, in order from an object side to an image side:

a first meniscus lens made of a first material that is a first solid and has a first index of refraction;
a medium of one or more deformable materials;
a second lens of a second material that is a second solid and has a second index of refraction; and
one or more further optical elements; whereby
the first meniscus lens has a first surface on the object side and a second surface on the image side, each convex toward the object side;
the second lens has a third surface on the object side that is convex toward the object side;
an index of refraction of each of the one or more deformable materials is greater than 1 and less than both the index of refraction of the first material and the index of refraction of the second material;
the lens images an object surface onto an image surface at a viewing angle of the lens;
the medium completely fills a gap extending from the second surface to the third surface, the gap containing all rays that can enter the first meniscus lens from the object side and reach the image plane through the second lens.

Ein solches Weitwinkelobjektiv vermeidet (oder zumindest verringert) Totalreflektionen an der Innenseite der Frontlinse. Es ist relativ einfach herzustellen, da die Flüssigkeitslinse (allgemeiner: die Linse aus dem verformbaren Material), die sich in dem Zwischenraum ergibt, nicht separat geformt werden muss, sondern sich aus der bildseitigen Oberfläche der Frontlinse und der objektseitigen Oberfläche der zweiten Linse ergibt.Such a wide-angle lens avoids (or at least reduces) total reflections on the inside of the front lens. It is relatively easy to manufacture because the liquid lens (more generally: the lens made of the deformable material) that results in the gap does not have to be molded separately, but results from the image-side surface of the front lens and the object-side surface of the second lens.

Figurenlistecharacter list

1 shows schematically a wide-angle lens according to an embodiment of the invention;
2 12 shows a specific wide-angle lens according to an embodiment of the invention;
3 shows the wide-angle lens of the 2 , in which the space is filled with air;
4 illustrates that total internal reflection does not occur in the wide-angle lens according to an embodiment of the invention;
5 Fig. 12 shows a schematic diagram of a thermal compensator that can be used in an embodiment of the invention;
6 Fig. 12 shows a wide-angle lens including a thermal compensator according to an embodiment of the invention;
7 Figure 12 shows a thermal compensator that may be used in an embodiment of the invention; and
8th illustrates the occurrence of ghosting in conventional wide-angle lenses.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments

Im Weiteren werden spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Diese beschränken jedoch nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung.Specific embodiments of the present invention are described below with reference to the drawings. However, these do not limit the scope of the present invention.

Ein Querschnitt eines Weitwinkelobjektivs gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist schematisch in 1 gezeigt. Das Weitwinkelobjektiv hat einen Blickwinkel (FOV) von mindestens 180°, bevorzugt mindestens 220° oder sogar mindestens 230°. Es weist von der Objektseite (links) zur Bildseite (rechts) eine erste Meniskuslinse 1, einen Zwischenraum 10, eine zweite Linse 2 und weitere optische Elemente 200 (z.B. Linsen oder Spiegel und mindestens eine Blende) auf. Die Oberflächen der ersten Meniskuslinse 1 sind zu der Objektseite hin konvex. Die objektseitige Oberfläche der zweiten Linse 2 ist zu der Objektseite hin konvex. Die bildseitige Oberfläche der zweiten Linse 2 kann zu der Objektseite hin konvex, plan oder konkav sein. Dies wird durch die gestrichelte Linie in 1 angedeutet. Die weiteren optischen Elemente 200 sind so beschaffen, dass sie zusammen mit der ersten Meniskuslinse 1, dem Zwischenraum 10 und der zweiten Linse 2 eine Objektfläche (z.B. Objektebene) im Objektraum auf eine Bildfläche (typischerweise eine Bildebene) abbilden. Typischerweise befindet sich ein Bildsensor oder eine Mattscheibe an der Bildfläche, wenn das Weitwinkelobjektiv verwendet wird.A cross section of a wide-angle lens according to some embodiments of the invention is shown schematically in 1 shown. The wide-angle lens has an angle of view (FOV) of at least 180°, preferably at least 220° or even at least 230°. From the object side (left) to the image side (right), it has a first meniscus lens 1, an intermediate space 10, a second lens 2 and other optical elements 200 (eg lenses or mirrors and at least one diaphragm). The surfaces of the first meniscus lens 1 are convex toward the object side. The object-side surface of the second lens 2 is convex toward the object side. The image-side surface of the second lens 2 may be convex, planar, or concave toward the object side. This is indicated by the dashed line in 1 implied. The further optical elements 200 are designed such that together with the first meniscus lens 1, the intermediate space 10 and the second lens 2 they image an object surface (eg object plane) in the object space onto an image surface (typically an image plane). Typically, an image sensor or ground glass is located at the image surface when the wide-angle lens is used.

Der Zwischenraum 10 ist mit einer Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, gefüllt. Die erste Meniskuslinse 1 und die zweite Linse 2 halten zusammen mit einer entsprechenden Wand 20 die Flüssigkeit. Dazu sind die erste Meniskuslinse 1 und die zweite Linse 2 aus einem Festkörper, wie z.B. einem Glas oder einem durchsichtigen Kunststoff, gemacht. Jede der Linsen kann eine Beschichtung, z.B. zur Verringerung von Reflexionen, aufweisen. Die Dicke der Beschichtung ist höchstens 10% der Dicke der Linse entlang der optischen Achse.The space 10 is filled with a liquid such as water. The first meniscus lens 1 and the second lens 2 together with a respective wall 20 hold the liquid. To this end, the first meniscus lens 1 and the second lens 2 are made of a solid such as glass or transparent plastic. Each of the lenses can have a coating, e.g. to reduce reflections. The thickness of the coating is at most 10% of the thickness of the lens along the optical axis.

Der Zwischenraum 10 enthält alle Strahlen, die von der Objektseite in die erste Meniskuslinse 1 eintreten können und durch die zweite Linse 2 die Bildfläche erreichen. Das heißt, alle Strahlen aus dem Objektraum, die durch das Weitwinkelobjektiv die Bildfläche erreichen, gehen durch den Zwischenraum 10.The space 10 contains all the rays that can enter the first meniscus lens 1 from the object side and reach the image surface through the second lens 2 . This means that all rays from the object space that reach the image surface through the wide-angle lens go through the gap 10.

Auch die Wand ist aus einem Festkörper, wie z.B. einem Metall oder einem nicht durchsichtigen Kunststoff gemacht. Die Wand kann ein Teil einer Linsenhalterung sein. Zwischen der ersten Meniskuslinse 1 und der zweiten Linse 2 sind keine weiteren Linsen aus einem Festkörper angeordnet, allerdings kann die erste Meniskuslinse 1 und/oder die zweite Linse 2 eine zementierte Linse sein.The wall is also made of a solid such as a metal or opaque plastic. The wall can be part of a lens mount. No further lenses made of a solid body are arranged between the first meniscus lens 1 and the second lens 2, although the first meniscus lens 1 and/or the second lens 2 can be a cemented lens.

Somit bilden die erste Meniskuslinse 1, der mit der Flüssigkeit vollständig gefüllte Zwischenraum 10 und die zweite Linse 2 ein Linsentriplett, bei dem der mit Flüssigkeit gefüllte Zwischenraum 10 eine „Flüssigkeitslinse“ bildet. Die Flüssigkeitslinse ist eine Meniskuslinse, die zur Objektseite hin konvex ist.Thus, the first meniscus lens 1, the space 10 completely filled with the liquid and the second lens 2 form a lens triplet, in which the space 10 filled with liquid forms a “liquid lens”. The liquid lens is a meniscus lens that is convex toward the object side.

Der Zwischenraum ist vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt. So trifft kein Lichtstrahl, der in die erste Meniskuslinse eintreten kann, an der zweiten (bildseitigen) Oberfläche der ersten Meniskuslinse auf Luft. Dadurch wird im Vergleich zu dem Fall, dass der Zwischenraum mit Luft oder einem Vakuum gefüllt ist, der Winkel der Totalreflektion am Übergang an der Bildseite der Frontlinse hin zu größeren Winkeln verschoben, ohne dass ein niedriger brechendes Frontlinsenglas zu verwenden wäre. Mit einem niedriger brechenden Frontlinsenglas wäre der FOV bei gleichbleibender Baugröße des Objektivs kleiner, was in der Regel unerwünscht ist.The gap is completely filled with the liquid. Thus, no ray of light that can enter the first meniscus lens strikes air on the second (image side) surface of the first meniscus lens. As a result, the angle of total reflection at the transition on the image side of the front lens is shifted towards larger angles compared to the case in which the intermediate space is filled with air or a vacuum, without having to use a front lens glass with a lower refractive index. With a lower refractive front lens glass, the FOV would be smaller with the same size of the lens, which is usually undesirable.

Die Flüssigkeitslinse hat ferner den Vorteil, dass keine zusätzliche Linse hergestellt werden muss, sondern nur der Zwischenraum 10 zwischen der ersten Meniskuslinse 1 und der zweiten Linse mit einer Flüssigkeit gefüllt wird.The liquid lens also has the advantage that no additional lens has to be produced, but only the gap 10 between the first meniscus lens 1 and the second lens is filled with a liquid.

Der Brechungsindex der Flüssigkeit sollte klein genug sein, um den FOV des Weitwinkelobjektivs im Vergleich zu einer Füllung des Zwischenraums 10 mit Luft nicht stark zu verringern. Andererseits sollte er hoch genug sein, um den Grenzwinkel der Totalreflexion weit genug aus dem kritischen Bereich zu schieben. Bevorzugt sollte der Grenzwinkel der Totalreflexion so weit verschoben werden, dass für keinen Lichtstrahl, der von der Objektseite in die erste Meniskuslinse eintreten kann und die Bildfläche erreicht, an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und der ersten Meniskuslinse 1 eine Totalreflexion auftritt, jedoch ist es auch schon ausreichend, wenn für einige dieser Lichtstrahlen die Totalreflektion nicht auftritt. Deswegen ist der Brechungsindex der Flüssigkeit größer als 1 und kleiner als sowohl der Brechungsindex des ersten Materials als auch der Brechungsindex des zweiten Materials.The refractive index of the liquid should be small enough so as not to greatly reduce the FOV of the wide angle lens compared to filling the gap 10 with air. On the other hand, it should be high enough to push the critical angle of total internal reflection far enough out of the critical range. The critical angle of total reflection should preferably be shifted so far that for no light ray which can enter the first meniscus lens from the object side and reach the image surface, total reflection occurs at the interface between the liquid and the first meniscus lens 1, but it is sufficient if total reflection does not occur for some of these light rays. Therefore, the refractive index of the liquid is greater than 1 and less than both the refractive index of the first material and the refractive index of the second material.

Bevorzugt ist der Brechungsindex der Flüssigkeit größer als 1,1, damit der Effekt der Unterdrückung der Totalreflektion ausreichend groß ist. Bevorzugt ist der Brechungsindex um mindestens 0,1 (oder sogar um mindestens 0,2) kleiner als der kleinere der beiden Brechungsindizes der ersten Meniskuslinse 1 und der zweiten Linse 2, damit an den beiden Übergängen eine ausreichende Brechung auftritt und - bei unveränderter Baugröße des Objektivs - der FOV nicht zu sehr verringert wird. Ein Beispiel für eine Flüssigkeit, die diese bevorzugten Anforderungen in der Regel erfüllt, ist Wasser (n=1,33). Ein anderes Beispiel ist Diiodmethan (n=1,74).The refractive index of the liquid is preferably greater than 1.1 in order that the effect of suppressing the total reflection is sufficiently large. The refractive index is preferably at least 0.1 (or even at least 0.2) smaller than the smaller of the two refractive indices of the first meniscus lens 1 and the second lens 2, so that sufficient refraction occurs at the two transitions and - with the size of the lens - the FOV is not reduced too much. An example of a liquid that typically meets these preferred requirements is water (n=1.33). Another example is diiodomethane (n=1.74).

2 zeigt ein Beispiel eines Weitwinkelobjektivs mit einer Flüssigkeitslinse (Wasserlinse, d.h., die Flüssigkeit ist Wasser) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Tabelle 1 gibt die technischen Daten dieses Weitwinkelobjektivs an. Tabelle 2 gibt die Linsenparameter dieses Weitwinkelobjektivs an. Tabelle 3 gibt die Brechungsindizes bei 587,6 nm und Abbe-Zahlen der verwendeten Glassorten an. Die Abbe-Zahl ist definiert als vd = (n_d-1)/(n_F - n_C), wobei n_d, n_F and n_C die Brechungsindizes des Materials bei den Wellenlängen der Fraunhofer d-, F- and C- Spektralllinien (587,6 nm, 486,1 nm, bzw. 656,3 nm) sind. Tabelle 1: Technische Daten des Weitwinkelobjektivs Field of View: 230° (Fischaugenobjektiv) 7 Linsen in 4 Gruppen, incl. Wasserlinse Brennweite: 0,559 mm Blende: 4,0 Total Track: 6,72 mm Bildkreisdurchmesser: 2,14 mm Arbeitsabstand 8mm Tabelle 2: Linsenparameter des Weitwinkelobjektivs Oberfl. Typ Radius Dicke Material/Glassorte Lichte Weite OBJ STANDARD 10 8 19,15905 1 STANDARD 4,15 0,55 N-LASF31A 6,555543 2 STANDARD 2,043494 1,093 WATER 3,784876 3 STANDARD 5,701953 0,2 LASF35 3,013089 4 STANDARD 0,8 0,52 1,515667 5 STANDARD 7,399367 1,536939 S-NPH3 1,495884 6 STANDARD -2,644021 0,02 1,495884 ST0 STANDARD Infinity 0,2841242 0,3296112 8 STANDARD -12,20124 0,4253077 P-LASF51 1,495884 9 STANDARD -1,071732 0,02 1,495884 10 STANDARD 3,419611 0,6255776 S-LAH55VS 1,333056 11 STANDARD -0,795623 0,805127 S-NPH3 1,361388 12 STANDARD 10,17911 0,2 1,752341 13 STANDARD Infinity 0,4 N-ZK7 2,8 14 STANDARD Infinity 0,04 2,8 IMA STANDARD Infinity 2,1423 Tabelle 3: Materialparameter der verwendeten Glassorten Glassorte Brechungsindex Abbe-Zahl N-LASF31A 1,883 40,76 LASF35 2,02204 29,06 S-NPH3 1,95906 17,47 P-LASF51 1,81 40,93 S-LAH55VS 1,83481 42,74 N-ZK7 1,50847 61,19 2 12 shows an example of a wide-angle lens with a liquid lens (duckweed lens, ie the liquid is water) according to an embodiment of the invention. Table 1 gives the specifications of this wide-angle lens. Table 2 gives the lens parameters of this wide-angle lens. Table 3 gives the refractive indices at 587.6 nm and Abbe numbers of the types of glass used. The Abbe number is defined as vd = (n _d -1)/(n _F - n _C ), where n _d , n _F and n _C are the refractive indices of the material at Fraunhofer d, F and C wavelengths spectral lines (587.6 nm, 486.1 nm, and 656.3 nm, respectively). Table 1: Technical data of the wide-angle lens Field of View: 230° (Fisheye lens) 7 lenses in 4 groups, including duckweed Focal Length: 0.559mm Aperture: 4.0 Total track: 6.72mm Image circle diameter: 2.14 mm Working distance 8mm Table 2: Lens parameters of wide-angle lens surface Type radius thickness Material/Type of glass Clear expanse OBJ DEFAULT 10 8th 19.15905 1 DEFAULT 4:15 0.55 N-LASF31A 6.555543 2 DEFAULT 2.043494 1,093 WATER 3.784876 3 DEFAULT 5.701953 0.2 LASF35 3.013089 4 DEFAULT 0.8 0.52 1.515667 5 DEFAULT 7.399367 1.536939 S-NPH3 1.495884 6 DEFAULT -2.644021 0.02 1.495884 ST0 DEFAULT infinity 0.2841242 0.3296112 8th DEFAULT -12.20124 0.4253077 P-LASF51 1.495884 9 DEFAULT -1.071732 0.02 1.495884 10 DEFAULT 3.419611 0.6255776 S-LAH55VS 1.333056 11 DEFAULT -0.795623 0.805127 S-NPH3 1.361388 12 DEFAULT 10.17911 0.2 1.752341 13 DEFAULT infinity 0.4 N-ZK7 2.8 14 DEFAULT infinity 0.04 2.8 IMA DEFAULT infinity 2.1423 Table 3: Material parameters of the glass types used type of glass refractive index Abbe number N-LASF31A 1,883 40.76 LASF35 2.02204 29.06 S-NPH3 1.95906 17.47 P-LASF51 1.81 40.93 S-LAH55VS 1.83481 42.74 N-ZK7 1.50847 61:19

Selbstverständlich müssen ausgehend von einem Weitwinkelobjektiv, bei dem der Zwischenraum 10 mit Luft gefüllt ist, die Parameter des Weitwinkelobjektivs für die Befüllung des Zwischenraums 10 mit einer Flüssigkeit angepasst werden. Umgekehrt kann das Weitwinkelobjektiv, das für die Flüssigkeitslinse angepasst ist, nicht ohne weiteres mit Luft in dem Zwischenraum 10 verwendet werden. Dies ist in 3 gezeigt. 3 zeigt das gleiche Weitwinkelobjektiv wie 2, außer dass der Zwischenraum 10 mit Luft gefüllt ist. Wie man an dem Strahlengang erkennen kann, ist das Bild auf der Bildfläche unscharf.Of course, based on a wide-angle lens in which the intermediate space 10 is filled with air, the parameters of the wide-angle lens must be adapted for the filling of the intermediate space 10 with a liquid. Conversely, the wide-angle lens adapted for the liquid lens cannot be used with air in the gap 10 easily. this is in 3 shown. 3 shows the same wide-angle lens as 2 , except that the gap 10 is filled with air. As can be seen from the beam path, the image on the screen is blurred.

4 zeigt für das Beispiel des Weitwinkelobjektivs der 2, dass durch die Füllung des Zwischenraums 10 mit Wasser das Auftreten von Totalreflexion an der Oberfläche 2 verhindert wird, wenn das Weitwinkelobjektiv in Wasser verwendet wird. Der Strahl mit dem maximalen Einfallswinkel von 135° wird zwar wieder an Oberfläche 1 gebrochen. Er trifft auf die Oberfläche 2 mit einem Einfallswinkel von 42,85° (gegenüber dem Lot auf die Oberfläche 2). Der Grenzwinkel der Totalreflexion ist für die Oberfläche 2 (Glas LASF31A mit Brechungsindex 1,88306 zu Wasser mit Brechungsindex 1,33306) arcsin(1,33306/1,88306) = 45,066°. Also ist selbst für den Strahl mit maximalem Einfallswinkel der Grenzwinkel der Totalreflexion nicht überschritten, sodass keine Geisterbilder durch Totalreflexion entstehen. 4 shows for the example of the wide-angle lens 2 that by filling the intermediate space 10 with water, the occurrence of total reflection at the surface 2 is prevented when the wide-angle lens is used in water. The ray with the maximum angle of incidence of 135° is refracted on surface 1 again. It hits the surface 2 with an incidence angle of 42.85° (relative to the normal on the surface 2). The critical angle of total reflection is for surface 2 (LASF31A glass with refractive index 1.88306 to water with refractive index 1.33306) arcsin(1.33306/1.88306) = 45.066°. So even for the ray with the maximum angle of incidence, the critical angle of total internal reflection is not exceeded, so that ghost images due to total internal reflection do not arise.

Die in 4 gezeigten reflektierten Strahlen entstehen durch teilweise Reflexion an den jeweiligen Grenzflächen. Diese lässt sich durch entsprechende Beschichtung der Linsenoberflächen reduzieren.In the 4 The reflected beams shown are caused by partial reflection at the respective boundary surfaces. This can be reduced by appropriate coating of the lens surfaces.

Je nach Wahl des Glases der ersten Linse 1 und der Flüssigkeit in dem Zwischenraum 10 kann gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung die Totalreflexion völlig unterdrückt werden (wie in dem Beispiel der 4) oder nur für einen gewissen Winkelbereich unterdrückt werden, wobei für einen Winkelbereich, der den maximalen Einfallswinkel enthält, weiterhin Totalreflexion auftritt. Dabei können die Medien im Objektraum und in dem Zwischenraum 10 gleich sein (wie Wasser in dem Beispiel der 4) oder verschieden sein. Z.B. kann das Medium im Objektraum auch ein Gas wie z.B. Luft sein. Wenn die Medien im Objektraum und im Zwischenraum 10 gleich sind, kann der Zwischenraum 10 zum Objektraum hin offen sein, d.h., auf die Wände 20 und 21 kann verzichtet werden.Depending on the choice of the glass of the first lens 1 and the liquid in the intermediate space 10, the total reflection can be completely suppressed according to exemplary embodiments of the invention (as in the example in 4 ) or only suppressed for a certain angular range, with total reflection continuing to occur for an angular range that contains the maximum angle of incidence. The media in the object space and in the intermediate space 10 can be the same (like water in the example in Fig 4 ) or be different. For example, the medium in the object space can also be a gas such as air. If the media in the object space and in the intermediate space 10 are the same, the intermediate space 10 can be open to the object space, ie the walls 20 and 21 can be dispensed with.

In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung füllt die Flüssigkeit den Zwischenraum 10 vollständig. In solchen Ausführungsbeispielen sollte es eine Ausgleichseinrichtung für den Fall geben, dass das Weitwinkelobjektiv Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Wenn jedoch sichergestellt werden kann, dass das Objektiv stets bei im Wesentlichen der gleichen Temperatur aufbewahrt und verwendet wird, so dass durch die thermische Ausdehnung aufgrund von Temperaturschwankungen keine Schäden verursacht werden, kann auf eine Ausgleichsvorrichtung verzichtet werden.In some embodiments of the invention, the liquid fills the gap 10 completely. In such embodiments, there should be some means of compensating in the event that the wide-angle lens is subject to temperature variations. However, if it can be ensured that the lens is always stored and used at substantially the same temperature, so that no damage is caused by thermal expansion due to temperature fluctuations, a compensating device can be dispensed with.

Eine Prinzipzeichnung einer Ausgleichsvorrichtung ist in 5 schematisch im Querschnitt gezeigt.A principle drawing of a compensating device is in 5 shown schematically in cross section.

Die Wasserlinse wird durch die konkave bildseitige Oberfläche der ersten Meniskuslinse 1, die konvexe objektseitige Oberfläche der zweiten Linse 2 und die Wände 20 und 21 abgeschlossen. In der Wand 20 befindet sich eine verschließbare Einfüllöffnung (nicht gezeigt). In der Wand 21 befindet sich eine Öffnung mit einem Rohr 22, 24. Das Rohr ist mit einem beweglichen Stopfen (dicht schließender Schwimmer) 25 dicht verschlossen. Zwischen dem Zwischenraum 10 und dem beweglichen Stopfen kann sich auch noch ein optionaler Ausgleichsbehälter 23 befinden. Das Rohr 24 ist so ausgelegt, dass der Stopfen im Betriebsbereich des Weitwinkelobjektivs das Rohr stets dicht verschließt.The duckweed is closed by the concave image-side surface of the first meniscus lens 1, the convex object-side surface of the second lens 2 and the walls 20 and 21. In the wall 20 there is a closable filling opening (not shown). In the wall 21 there is an opening with a tube 22, 24. The tube is sealed with a movable plug (sealing float) 25. A optional expansion tank 23 are located. The tube 24 is designed in such a way that the plug always seals the tube tightly in the operating range of the wide-angle lens.

Um den Zwischenraum 10 mit der Flüssigkeit zu füllen, kann folgendes Verfahren durchgeführt werden. Das Weitwinkelobjektiv wird so gehalten, dass sich die Ausgleichseinrichtung 22-25 oben befindet. In der unteren Wand 20 befindet sich eine dicht verschließbare Einfüllöffnung (nicht gezeigt). Zunächst befindet sich der bewegliche Stopfen 25 nicht in Rohr 24. Dann werden der Zwischenraum 10 und das Rohr 22, 24 (evtl. mit Ausgleichsbehälter 23) mit einer Spritze durch eine Hohlnadel von unten durch die Einfüllöffnung der Wand 20 mit der Flüssigkeit gefüllt, bis sowohl der Zwischenraum 10 als auch das Rohr 22, 24 vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt sind. Dann wird das Weitwinkelobjektiv so gedreht, dass die Einfüllöffnung und das obere Ende des Rohrs 24 auf gleicher Höhe oberhalb des Wasserspiegels sind, die Hohlnadel wird langsam aus der Öffnung gezogen (wobei ständig Flüssigkeit nachgefüllt wird, um das rausgezogene Volumen der Hohlnadel auszugleichen), und die Einfüllöffnung wird dicht verschlossen. So befindet sich keine Luft im Zwischenraum 10, d.h. der Zwischenraum 10 ist vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt. Dann wird der bewegliche Stopfen 25 soweit wie möglich in das Rohr 24 gedrückt.In order to fill the gap 10 with the liquid, the following procedure can be carried out. The wide-angle lens is held with the compensator 22-25 on top. In the bottom wall 20 there is a sealable filling opening (not shown). First, the movable stopper 25 is not in the tube 24. Then the intermediate space 10 and the tube 22, 24 (possibly with an expansion tank 23) are filled with the liquid from below through a hollow needle through the filling opening of the wall 20 with a syringe until both the gap 10 and the tube 22, 24 are completely filled with the liquid. Then the wide-angle lens is turned so that the filling opening and the upper end of the tube 24 are at the same level above the water level, the hollow needle is slowly withdrawn from the opening (while constantly adding liquid to compensate for the volume of the hollow needle drawn out), and the filling opening is sealed tightly. Thus there is no air in the space 10, i.e. the space 10 is completely filled with the liquid. Then the movable plug 25 is pushed into the tube 24 as far as possible.

Diese Verfahren wird möglichst durchgeführt, wenn die Flüssigkeit eine Temperatur am oberen Ende des Betriebsbereichs (z.B. 50°C) hat. Wenn die Temperatur sinkt, wird der bewegliche Stopfen 25 weiter in das Rohr 24 hineingezogen.This procedure is best performed when the liquid is at a temperature at the high end of the operating range (e.g. 50°C). As the temperature drops, the movable plug 25 is drawn further into the tube 24.

Die Ausgleichsvorrichtung 21-25 und die Wand 20 können mit der Linsenhalterung integriert sein.The compensating device 21-25 and the wall 20 can be integrated with the lens mount.

6 zeigt ein Weitwinkelobjektiv mit einer Ausgleichsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bedeutung der Symbole ist in Tabelle 4 dargestellt. 6 shows a wide-angle lens with a compensation device according to an embodiment of the invention. The meaning of the symbols is shown in Table 4.

Tabelle 4: Erklärung der Symbole in Fig. 6 Beschreibung Bohrungen a1 Wasser-Austrittsbohrung a2 Ausgleichsbehälter a3 Wasser-Eintrittsbohrung Durchmesser d1 Außendurchmesser Gehäuse d2 Durchmesser Frontlinse d3 Außendurchmesser „Wasserring“ d4 Innendurchmesser der Auflagefläche der Frontlinse = Außendurchmesser „Wasserlinse“ d5 Durchmesser 2. Glaslinse = Innendurchmesser „Wasserring“ Längen L1 Bohrungstiefe für Ausgleichsbehälter L2 Höhe Schwimmerkolben L3 Abstand Bohrung für Schwimmerkolben L4 Abstand Bohrung Wassereintritt/-Austritt L5 Tiefe des „Wasserrings“ Bauteile A Linsenträger mit Außengewinde für Objektivhalterung B Frontlinse (Glas) C 2. Glaslinse D Schwimmerkolben mit Dichtring für Ausgleichsbehälter E Verschluss-Schraube F Dichtringe Table 4: Explanation of the symbols in Fig. 6 description drilling a1 water outlet hole a2 surge tank a3 water entry hole diameter d1 Outer diameter housing d2 Front lens diameter d3 Outer diameter "water ring" d4 Inner diameter of the contact surface of the front lens = outer diameter "duckweed" d5 Diameter 2nd glass lens = inner diameter "water ring" lengths L1 Bore depth for expansion tank L2 Floating piston height L3 Distance bore for floating piston L4 Distance hole water inlet/outlet L5 Depth of the "water ring" components A Lens carrier with external thread for lens mount B front lens (glass) C 2. Glass lens D Floating piston with sealing ring for expansion tank E Screw f sealing rings

Zwei Bohrungen gehen durch den vorderen zylindrischen Teil des Gehäuses neben der Aufnahme für die 2. Glaslinse hinter die Auflagefläche für die Frontlinse. Diese dienen dem Zu- und Ablauf von Wasser. Der Winkelabstand beträgt 180° und sie markieren gleichzeitig oben (Auslassbohrung) und unten (Einlassbohrung) in der Konstruktion. Die Einlassbohrung beisitzt ein Gewinde und kann mit einer Schraube verschlossen werden.Two holes go through the front cylindrical part of the housing next to the mount for the 2nd glass lens behind the support surface for the front lens. These are used for the inflow and outflow of water. The angular distance is 180° and they simultaneously mark the top (outlet hole) and bottom (inlet hole) in the construction. The inlet bore has a thread and can be closed with a screw.

Eine Fräsung in die Aufnahme rund um die 2. Glaslinse verringert die Auflagefläche für die Frontlinse, so dass ein ringförmiges Volumen entsteht („Wasserring“), welches die beiden o.g. Bohrungen verbindet und dass gleichzeitig ein Spalt zwischen Frontlinse und 2. Glaslinse entsteht, über den das Volumen der „Wasserlinse“ an die Einlass- und Auslassbohrung angeschlossen ist. Die Auflagefläche an der Frontlinse und die Umfangsfläche der 2. Glaslinse sollten geschwärzt werden, damit kein über die Ränder einfallendes Streulicht zur Blende gelangt.Milling in the mount around the 2nd glass lens reduces the contact surface for the front lens, so that a ring-shaped volume is created ("water ring"), which connects the two above-mentioned holes and at the same time creates a gap between the front lens and the 2nd glass lens which the volume of the "duckweed" is connected to the inlet and outlet bore. The contact surface on the front lens and the peripheral surface of the 2nd glass lens should be blackened so that no stray light falling over the edges reaches the aperture.

Eine mit der Auslassbohrung überlappende Bohrung mit größerem Durchmesser als die Auslassbohrung dient als Ausgleichsbehälter. In diese Bohrung wird ein zylindrischer Schwimmer mit Dichtring als beweglicher Verschluss eingesetzt. Statt des Schwimmers kann auch eine dichtende und trotzdem gleitende Kunststoffkugel oder eine elastische Membran eingebaut werden.A hole overlapping the outlet hole with a larger diameter than the outlet hole serves as an expansion tank. A cylindrical float with a sealing ring is inserted into this hole as a movable closure. Instead of the float, a sealing yet sliding plastic ball or an elastic membrane can also be installed.

Optional können in die Auflageflächen für die Frontlinse und die 2. Glaslinse Nuten zur Aufnahme von Dichtringen eingefräst werden. Anderenfalls wird ein Dichtkleber für die Befestigung der Frontlinse und der 2. Glaslinse benutzt.As an option, grooves for sealing rings can be milled into the contact surfaces for the front lens and the 2nd glass lens. Otherwise, a sealing adhesive is used to attach the front lens and the 2nd glass lens.

Die Wasserlinse wird in diesem Ausführungsbeispiel wie folgt gefüllt:

Durch eine Hohlnadel an einer Injektionsspritze wird Wasser in die Einlassbohrung gedrückt, bis Wasser aus der oberen Auslassbohrung herausläuft. Dann wird das Objektiv mit der Frontlinse nach unten gedreht und solange weiter gefüllt, bis beide Bohrungen incl. Ausgleichsbehälter randvoll sind und keine Luftblasen hinter der Frontlinse zu sehen sind.

In this exemplary embodiment, the duckweed is filled as follows:

Water is pressed into the inlet hole through a hollow needle on a hypodermic syringe until water runs out of the upper outlet hole. Then the lens with the front lens is turned downwards and continues to be filled until both bores including the reservoir are full to the brim and no air bubbles can be seen behind the front lens.

Danach wird der Schwimmer so weit wie möglich in den Ausgleichsbehälter gedrückt. Verdrängtes Wasser läuft dabei aus der Einlassbohrung. Schließlich wird die Verschluss-Schraube, mit Gewindekleber versehen, in die Einlassbohrung gedreht. Der Schwimmer wird dabei vom verdrängten Wasser etwas angehoben. Die Verschlussschraube sollte nur soweit eingedreht werden, bis der Schwimmer knapp unterhalb der Gehäuse-Kante steht (Der Schwimmer hebt sich bei Erwärmung noch weiter und sollte dann nicht über das Objektivgehäuse herausragen). Ein evtl. überstehendes Schraubenende kann abgeschnitten werden.After that, the float is pushed as far as possible into the expansion tank. Displaced water runs out of the inlet hole. Finally, the locking screw, provided with thread adhesive, is screwed into the inlet hole. The float is lifted slightly by the displaced water. The locking screw should only be screwed in until the float is just below the edge of the housing (the float rises even further when it heats up and should then not protrude over the lens housing). Any protruding end of the screw can be cut off.

Eine andere Ausgleichsvorrichtung zeigt 7 in einer Draufsicht von der Objektraumseite aus. In 7 ist ein von Wänden umschlossener Raum, der den Zwischenraum 10 vollständig enthält, in der Draufsicht im Wesentlichen ein Kreis mit einigen Ausbuchtungen. In diesem Weitwinkelobjektiv ist die Flüssigkeit (z.B. Wasser) in einem Plastiksäckchen (z.B. aus Polyethylen) eingeschweißt. Das Plastiksäckchen und die Flüssigkeit bilden also zusammen ein verformbares Medium, das der Flüssigkeit aus dem ersten Beispiel entspricht.Another compensating device is shown 7 in a plan view from the object space side. In 7 is a walled space that completely contains the gap 10, essentially a circle in plan view with some bulges. In this wide-angle lens, the liquid (eg water) is sealed in a plastic bag (eg made of polyethylene). The plastic bag and the liquid together form a deformable medium that corresponds to the liquid from the first example.

Das Plastiksäckchen füllt bei der tiefsten Betriebstemperatur (z.B. 10°C) zumindest den in der Draufsicht kreisförmigen Raum vollständig aus. Außerhalb des Zwischenraums 10, durch den alle Strahlen gehen, die in die erste Meniskuslinse von der Objektseite eintreten können und durch die zweite Linse die Bildfläche erreichen, hat die Wand des Raums einige Ausbuchtungen 32. Wenn sich die Flüssigkeit beim Erwärmen ausdehnt, dehnt sich auch das Plastiksäckchen etwas aus, so dass es die Ausbuchtungen 32 mit zunehmender Temperatur immer mehr ausfüllt. Dazu muss das Material des Plastiksäckchens eine ausreichende Dehnbarkeit haben. Anderseits muss es auch steif genug sein, damit es selbst bei der niedrigsten Temperatur des Betriebsbereichs den in der Draufsicht kreisförmigen Zwischenraum 10 vollständig ausfüllt und nicht teilweise in einer Ausbuchtung 32 verschwindet. Dazu ist es hilfreich, wenn die Ausbuchtungen nur jeweils einen kurzen Abschnitt der Wand des Zwischenraums 10 einnehmen. Weil die Oberflächenenergie des Mediums geringer ist, wenn es sich in dem in der Draufsicht kreisförmigen Raum mit dem relativ großen Krümmungsradius befindet, als wenn es sich teilweise in einer Ausbuchtung mit relativ kleinem Krümmungsradius befindet, befindet sich das Plastiksäckchen in dem in der Draufsicht kreisförmigen Raum.At the lowest operating temperature (eg 10°C), the plastic bag completely fills at least the circular space seen from above. Outside the space 10, through which all rays that can enter the first meniscus lens from the object side and reach the image surface through the second lens pass, the wall of the space has some bulges 32. When the liquid expands when heated, it also expands the plastic bag slightly so that it fills the bulges 32 more and more as the temperature increases. For this purpose, the material of the plastic bag must have sufficient elasticity. On the other hand, it must also be stiff enough so that it completely fills the intermediate space 10 , which is circular in plan view, even at the lowest temperature of the operating range, and does not partially disappear in a bulge 32 . For this it is helpful if the bulges only each occupy a short section of the wall of the gap 10. Because the surface energy of the medium is lower when it is in the plan circular space with the relatively large radius of curvature than when it is partially in a bulge with a relatively small radius of curvature, the plastic sachet is in the plan circular space .

Bevorzugt hat das Material des Plastiksäckchens denselben Brechungsindex wie die Flüssigkeit. Wenn das nicht möglich ist, kann der Brechungsindex in dem Bereich zwischen dem Brechungsindex der Flüssigkeit und dem niedrigeren Brechungsindex der ersten Meniskuslinse 1 und der zweiten Linse 2 liegen. Das Material des Plastiksäckchens sollte, insbesondere wenn es nicht den gleichen Brechungsindex wie die Flüssigkeit hat, möglichst dünn sein. Beispielsweise sollte es entlang der optischen Achse nicht mehr als 1/10 der Dicke der Flüssigkeit haben.The material of the plastic sachet preferably has the same refractive index as the liquid. If this is not possible, the refractive index can be in the range between the refractive index of the liquid and the lower refractive index of the first meniscus lens 1 and the second lens 2. The material of the plastic bag should be as thin as possible, especially if it does not have the same refractive index as the liquid. For example, it should be no more than 1/10 the thickness of the liquid along the optical axis.

Bei dieser Ausgleichseinrichtung kann das Plastiksäckchen außerhalb des Objektivs mit der Flüssigkeit gefüllt und verschweißt werden und muss dann nur noch in den umschlossenen Raum, der den Zwischenraum 10 enthält, eingelegt werden.With this compensating device, the plastic bag can be filled with the liquid outside the lens and sealed and then only has to be inserted into the enclosed space that contains the intermediate space 10 .

Auf die Ausbuchtungen 32 kann verzichtet werden, wenn sichergestellt werden kann, dass das Objektiv stets bei im Wesentlichen der gleichen Temperatur aufbewahrt und verwendet wird, sodass keine Schäden durch Temperaturschwankungen zu erwarten sind.The bulges 32 can be dispensed with if it can be ensured that the objective is always stored and used at essentially the same temperature, so that no damage is to be expected as a result of temperature fluctuations.

Allgemein ist der Zwischenraum 10 mit einem Medium aus einem oder mehreren verformbaren Materialien gefüllt. Für jedes der Materialien des Mediums ist der Brechungsindex des jeweiligen Materials größer als 1 und kleiner als sowohl der Brechungsindex des ersten Materials (d.h. dem Material der ersten Meniskuslinse 1) als auch der Brechungsindex des zweiten Materials (d.h. dem Material der zweiten Linse 2). Die Materialien können in dem Zwischenraum 10 beliebig zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kann in dem Zwischenraum auch eine Membran aus einem verformbaren Material angeordnet sein, die einen ersten Abschnitt des Zwischenraums 10, der mit einer ersten Flüssigkeit gefüllt ist, von einem zweiten Abschnitt des Zwischenraums 10, der mit einer zweiten Flüssigkeit, deren Brechzahl verschieden von der der ersten Flüssigkeit ist, gefüllt ist, trennt.In general, the gap 10 is filled with a medium made of one or more deformable materials. For each of the materials of the medium, the refractive index of the respective material is greater than 1 and less than both the refractive index of the first material (i.e. the material of the first meniscus lens 1) and the refractive index of the second material (i.e. the material of the second lens 2). The materials can be arranged in any way in relation to one another in the intermediate space 10 . For example, a membrane made of a deformable material can also be arranged in the intermediate space, which separates a first section of the intermediate space 10, which is filled with a first liquid, from a second section of the intermediate space 10, which is filled with a second liquid whose refractive index differs from that the first liquid is filled, separates.

Wenn die erste Meniskuslinse 1 und/oder die zweite Linse 2 beschichtet sind, wobei die Schichtdicke kleiner als 1/20 (bevorzugt: kleiner als oder gleich 1/50) der Dicke der jeweiligen Linse in der optischen Achse ist, kann für diese Betrachtungen die Beschichtung ignoriert werden, und nur das Material des Linsenkörpers ist relevant. Falls die Beschichtung jedoch dicker ist, ist für diese Betrachtungen das Material der Beschichtung das relevante Material der ersten Meniskuslinse bzw. der zweiten Linse.If the first meniscus lens 1 and/or the second lens 2 are coated, the layer thickness being less than 1/20 (preferably less than or equal to 1/50) of the thickness of the respective lens in the optical axis, the Coating are ignored and only the material of the lens body is relevant. However, if the coating is thicker, the material of the coating is the relevant material of the first meniscus lens and the second lens for these considerations.

Bezüglich Formänderungen verhält sich das Medium aus den einem oder mehreren verformbaren Materialien im Grunde ähnlich oder genauso wie eine Flüssigkeit. Das heißt, das Medium ist so verformbar, dass eine hypothetische Formänderung der zweiten Oberfläche (der ersten Meniskuslinse) und/oder der dritten Oberfläche (der zweiten Linse) ohne eine Änderung des Volumens des Zwischenraums eine entsprechende hypothetische Formänderung des Mediums bewirken würde. Hierbei wird unterstellt, dass sich der Strahlengang durch das Weitwinkelobjektiv durch die hypothetische Formänderung der Linsenoberflächen nicht verändern würde und der Zwischenraum alle Strahlen, die von der Objektseite in die erste Meniskuslinse eintreten können und durch die zweite Linse die Bildfläche erreichen, zwischen der zweiten Oberfläche nach der hypothetischen Formänderung und der dritten Oberfläche nach der hypothetischen Formänderung enthält.Basically, the medium made of the one or more deformable materials behaves in a similar or identical manner to a liquid in terms of shape changes. That is, the medium is deformable such that a hypothetical change in shape of the second surface (the first meniscus lens) and/or the third surface (the second lens) without a change in the volume of the gap would cause a corresponding hypothetical change in shape of the medium. It is assumed here that the beam path through the wide-angle lens would not change due to the hypothetical change in shape of the lens surfaces and that the gap between the second surface and all rays that can enter the first meniscus lens from the object side and reach the image surface through the second lens of the hypothetical shape change and the third surface after the hypothetical shape change.

Ein solches Weitwinkelobjektiv mit einem verformbaren Medium, wie z.B. einer Flüssigkeit, kann z.B. in einer Endoskopspitze oder einem Kapselendoskop zum Einführen in einen Hohlraum (beispielsweise einen Hohlraum des menschlichen Körpers) verwendet werden. Dabei befindet sich eine Abbildungsvorrichtung (z.B. CCD Chip oder CMOS Chip) in der Bildfläche (Bildebene) des Weitwinkelobjektivs. Die Endoskopspitze kann direkt oder indirekt (über ein Angulationselement) mit einem Schaft verbunden sein, um ein Endoskop zu bilden. Der Schaft kann starr (ein Rohr) oder flexibel (ein Schlauch) sein.Such a wide-angle lens with a deformable medium such as a liquid can be used, for example, in an endoscope tip or a capsule endoscope for insertion into a cavity (e.g. a cavity of the human body). There is an imaging device (e.g. CCD chip or CMOS chip) in the image area (image plane) of the wide-angle lens. The tip of the endoscope can be connected directly or indirectly (via an angulation element) to a shaft to form an endoscope. The shaft can be rigid (a tube) or flexible (a hose).

Ein solches Weitwinkelobjektiv kann aber auch außerhalb eines Endoskops, z.B. in einer Kamera, insbesondere in einer Unterwasserkamera, verwendet werden.However, such a wide-angle lens can also be used outside of an endoscope, e.g. in a camera, in particular in an underwater camera.

Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich Materialparameter wie Brechungsindizes, Viskosität, Schermodule, etc. auf 20°C und 1013 hPa.Unless otherwise stated, material parameters such as refractive indices, viscosity, shear moduli, etc. refer to 20°C and 1013 hPa.

Claims

A lens composed of, in order from an object side to an image side: a first meniscus lens (1) made of a first material which is a first solid and has a first refractive index; a medium of one or more deformable materials; a second lens (2) made of a second material which is a second solid and has a second refractive index; and one or more further optical elements (200); said first meniscus lens (1) having a first surface on the object side and a second surface on the image side, each convex toward the object side; the second lens (2) has a third surface on the object side which is convex toward the object side; an index of refraction of each of the one or more deformable materials is greater than 1 and less than both the index of refraction of the first material and the index of refraction of the second material; the lens images an object surface onto an image surface at a viewing angle of the lens; the medium completely fills a gap (10) extending from the second surface to the third surface, which gap contains all rays that can enter the first meniscus lens (1) from the object side and pass through the second lens (2 ) reach the image area, characterized in that a viscosity of the one or more deformable materials in a temperature range between 10 ° C and 50 ° C at normal pressure of 1013 hPa in a range between 1 * 10 ^-1 mPa * s and 1 * 10 ¹⁰ mPa*s lies.

The lens after claim 1 , wherein at least one of the one or more deformable materials is a liquid.

The lens after claim 2 , where the liquid is water.

The lens after one of the claims 2 and 3 , wherein the medium comprises at least two deformable materials; one of the deformable materials is a transparent film; and the liquid is surrounded by the transparent film.

The lens after one of the Claims 1 until 4 , further comprising a compensating device (22-25) configured to compensate for thermal expansion of the medium.

The lens after one of the Claims 1 until 5 , wherein at least one of the following conditions is met: the first material is a first glass or a first plastic; and the second material is a second glass or a second plastic.

The lens after one of the Claims 1 until 6 , wherein the viewing angle is at least 180°.

The lens after one of the Claims 1 until 7 , wherein no total reflection occurs for any light ray from the angle of view of the objective at an interface between the medium and the first meniscus lens (1).

Endoscope tip or capsule endoscope for insertion into a cavity that the lens after one of Claims 1 until 8th and houses an image pickup device, wherein the objective lens is located closer to a distal end of the endoscope tip or the capsule endoscope than the image pickup device, and the image pickup device is located in the image plane of the objective lens.

Endoscope that features: the endoscope tip after claim 9 ; an insertion shaft for insertion into the cavity; wherein a proximal end of the endoscope tip is directly or indirectly connected to a distal end of the insertion shaft.