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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der angewandten Optik und insbesondere betrifft sie ein fotografisches Objektiv.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein fotografisches Objektiv, das Fischaugen simuliert, welches auch als fotografisches „Fischauge“-Objektiv bezeichnet wird, ist ein fotografisches Objektiv mit einem großen Öffnungsverhältnis. In Übereinstimmung mit der Theorie der Optik kann das Sichtfeld des fotografischen Objektivs 180° betragen, d.h. alle Szenen vor dem fotografischen Objektiv werden in dem Sichtfeld des Objektivs aufgenommen.
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Unter der Annahme, dass die Szenen vor der halbkugelförmigen Oberfläche des Objektivs vollständig aufgenommen und auf der Bildebene abgebildet werden, kann hergeleitet werden, dass der Objektraum vor dem Objektiv ein halbkugelförmiger Raum ist, während die Bildoberfläche eine kreisförmige Oberfläche ist. An dieser Stelle kann die Formel η = ftgα in der geometrischen Optik nicht mehr anwendbar, weil dann, wenn α in tgα 90° ist, tgα → ∞, d.h. η → ∞, was in der Praxis unmöglich ist. Dann ist der Verzerrungswert des praktischen optischen Systems der optischen Theorie des Objektivs 100 %, wobei η ≈ f, so dass die Brennweite f des optischen Systems bestimmt, dass ein Durchmesser des Bilds der Objektoberfläche 2f sein soll, und ein derartiges fotografisches Objektiv weist für gewöhnlich ein großes Volumen auf.
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Die Druckschrift
US 5 754 345 A zeigt ein Weitwinkelobjektiv, welches insgesamt acht Linsen in drei Gruppen umfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Daher ist es notwendig, ein fotografisches Objektiv mit einem großen Öffnungsverhältnis und einem kleinen Volumen bereitzustellen.
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Ein fotografisches Objektiv umfasst eine erste Linse, eine zweite Linse, eine dritte Linse, eine vierte Linse, eine fünfte Linse, eine sechste Linse und eine siebte Linse, welche entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht koaxial konfiguriert sind, wobei die erste Linse eine Meniskuslinse ist, die zweite Linse eine Meniskuslinse ist, die dritte Linse eine Meniskuslinse ist, die vierte Linse eine bikonkave Linse ist, die fünfte Linse eine bikonvexe Linse ist, die sechste Linse eine bikonvexe Linse ist und die siebte Linse eine Meniskuslinse ist; wobei die erste Linse eine erste gekrümmte Oberfläche und eine zweite gekrümmte Oberfläche aufweist, die zweite Linse eine dritte gekrümmte Oberfläche und eine vierte gekrümmte Oberfläche aufweist, die dritte Linse eine fünfte gekrümmte Oberfläche und eine sechste gekrümmte Oberfläche aufweist, die vierte Linse eine siebte gekrümmte Oberfläche und eine achte gekrümmte Oberfläche aufweist, die fünfte Linse eine neunte gekrümmte Oberfläche und eine zehnte gekrümmte Oberfläche aufweist, die sechste Linse eine elfte gekrümmte Oberfläche und eine zwölfte gekrümmte Oberfläche aufweist und die siebte Linse eine dreizehnte gekrümmte Oberfläche und eine vierzehnte gekrümmte Oberfläche aufweist; wobei die erste gekrümmte Oberfläche bis zu der vierzehnten gekrümmten Oberfläche entlang der Übertragungsrichtung des einfallenden Lichts nacheinander angeordnet sind; wobei Krümmungsradien der ersten gekrümmten Oberfläche bis zu der vierzehnten gekrümmten Oberfläche 200 mm, 15 mm, 16 mm, 10 mm, 17 mm, 70 mm, -190 mm, 30 mm, 22 mm, -26 mm, -60 mm, -15 mm, -10 mm und -60 mm betragen; wobei Dicken in der Mitte der ersten Linse bis zu der siebten Linse 4 mm, 2 mm, 5 mm, 2 mm, 5 mm, 5 mm und 2 mm betragen.
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In einer Ausführungsform weisen die erste Linse bis zu der siebten Linse Verhältnisse des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl von 1,62/60, 1,62/60, 1,64/35, 1,75/30, 1,62/60, 1,62/60 und 1,75/30 auf.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der zweiten gekrümmten Oberfläche und der dritten gekrümmten Oberfläche 30 mm, ein Abstand zwischen der vierten gekrümmten Oberfläche und der fünften gekrümmten Oberfläche beträgt 2 mm, ein Abstand zwischen der sechsten gekrümmten Oberfläche und der siebten gekrümmten Oberfläche beträgt 6 mm, ein Abstand zwischen der achten gekrümmten Oberfläche und der neunten gekrümmten Oberfläche beträgt 2 mm, ein Abstand zwischen der zehnten gekrümmten Oberfläche und der elften gekrümmten Oberfläche beträgt 1 mm, und ein Abstand zwischen der zwölften gekrümmten Oberfläche und der dreizehnten gekrümmten Oberfläche beträgt 1,5 mm.
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In einer Ausführungsform betragen Toleranzbereiche des Krümmungsradius, der Dicke in der Mitte, der Verhältnisse des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl und der Abstände 5 %.
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Das vorstehende fotografische Objektiv besteht aus sieben Linsen, und weist ein großes Öffnungsverhältnis und ein kleines Volumen auf, wobei die Vielfalt von optischen Materialien zur Herstellung eines fotografischen Objektivs in großem Maß vereinfacht wurde.
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Figurenliste
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Die vorstehenden Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die Beschreibung in genauen Ausführungsformen derselben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser offensichtlich werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet, da der Schwerpunkt stattdessen auf einer klaren Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung platziert ist. Darüber hinaus bezeichnen in den Zeichnungen über die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines fotografischen Objektivs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
- 2 zeigt Abstände zwischen allen Komponenten des in 1 gezeigten fotografischen Objektivs;
- 3 ist eine Darstellung der Feinstrahlaberration [engl.: fine beam aberration] des fotografischen Objektivs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
- 4 ist eine grafische Darstellung, die eine Modulationstransferfunktion M.T.F des fotografischen Objektivs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt; und
- 5 ist eine grafische Darstellung, die eine geometrische Aberration des fotografischen Objektivs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Um zu bewirken, dass die vorstehenden Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung besser offensichtlich werden, werden die spezifischen Ausführungsformen in Kombination mit den beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Hier im Nachstehenden werden zahlreiche spezifische Details beschrieben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung können jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sie sollen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die hier nachstehend offengelegten speziellen Ausführungsformen begrenzt sind, und der Fachmann auf dem Gebiet kann ähnliche Modifikationen vornehmen, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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1 ist eine schematische Darstellung des fotografischen Objektivs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform und zu Darstellungszwecken sind nur Teile gezeigt, die mit der Implementierung der Offenbarung in Beziehung stehen.
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Wie in 1 gezeigt ist umfasst ein fotografisches Objektiv in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eine erste Linse L1, eine zweite Linse L2, eine dritte Linse L3, eine vierte Linse L4, eine fünfte Linse L5, eine sechste Linse L6 und eine siebte Linse L7, welche in entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht koaxial konfiguriert sind.
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In dem fotografischen Objektiv verläuft die Ausbreitungsrichtung des Lichts von der linken Seite zu der rechten Seite der Zeichnung. Der positive oder negative Krümmungsradius der Linse wird durch Verwendung einer relativen Positionsbeziehung zwischen einem Schnittpunkt der gekrümmten Oberfläche und der optischen Hauptachse und einem Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der gekrümmten Oberfläche bestimmt. Wenn der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche links vom Schnittpunkt liegt, weist der Krümmungsradius einen negativen Wert auf, wenn der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche hingegen rechts vom Schnittpunkt liegt, weist der Krümmungsradius einen positiven Wert auf.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist die erste Linse L1 eine Meniskuslinse, die eine erste gekrümmte Oberfläche S1 und eine zweite gekrümmte Oberfläche S2 aufweist. Die erste gekrümmte Oberfläche S1 ist zu der Objektseite hin eine konvexe Oberfläche, und der Krümmungsradius derselben beträgt 200 mm. Die zweite gekrümmte Oberfläche S2 ist ebenfalls eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 15 mm. Die erste Linse L1 weist eine Dicke d1 in der Mitte (d.h. eine Dicke der ersten Linse L1 auf einer optischen Achse) von 4 mm auf. Die erste Linse L1 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd1 zu der Abbe-Zahl Vd1 von 1,62/60 auf. Die erste Linse L1 weist einen Außendurchmesser Φ von 60 mm auf. Die vorstehenden Parameter der ersten Linse L1 sind nicht konstant und es gibt einen Toleranzbereich von 5 %, d.h. diese Parameter können innerhalb eines Bereichs von ± 5% schwanken.
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Die zweite Linse L2 ist eine Meniskuslinse, die eine dritte gekrümmte Oberfläche S3 und eine vierte gekrümmte Oberfläche S4 aufweist. Die dritte gekrümmte Oberfläche S3 ist eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und der Krümmungsradius derselben beträgt 16 mm. Die vierte gekrümmte Oberfläche S4 ist ebenfalls eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 10 mm. Die zweit Linse L2 weist eine Dicke d3 in der Mitte von 2 mm auf. Die zweite Linse weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd2 zu der Abbe-Zahl Vd2 der L2 von 1,62/60 auf. Die zweite Linse L2 weist einen Außendurchmesser Φ von 16 mm auf. Die vorstehenden Parameter der zweiten Linse L2 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die dritte Linse L3 ist eine Meniskuslinse, die eine fünfte gekrümmte Oberfläche S5 und eine sechste gekrümmte Oberfläche S6 aufweist. Die fünfte gekrümmte Oberfläche S5 ist eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 17 mm. Die sechste gekrümmte Oberfläche S6 ist ebenfalls eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 70 mm. Die dritte Linse L3 weist eine Dicke d5 in der Mitte von 5 mm auf. Die dritte Linse L3 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd3 zu der Abbe-Zahl Vd3 von 1,64/35 auf. Die dritte Linse L3 weist einen Außendurchmesser Φ von 14 mm auf. Die vorstehenden Parameter der dritten Linse L3 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die vierte Linse L4 ist eine bikonkave Linse, welche eine siebte gekrümmte Oberfläche S7 und eine achte gekrümmte Oberfläche S8 aufweist. Die siebte gekrümmte Oberfläche S7 ist zu der Bildseite hin eine konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt -190 mm. Die achte gekrümmte Oberfläche S8 ist eine zu der siebten gekrümmten Oberfläche S7 hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 30 mm. Die vierte Linse L4 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd4 zu der Abbe-Zahl Vd4 von 1,75/30 auf. Die vierte Linse L4 weist eine Dicke d7 in der Mitte von 2 mm auf. Die vierte Linse L4 weist einen Außendurchmesser Φ von 9 mm auf. Die vorstehenden Parameter der vierten Linse L3 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die fünfte Linse L5 ist eine bikonvexe Linse, die eine neunte gekrümmte Oberfläche S9 und eine zehnte gekrümmte Oberfläche S10 aufweist. Die neunte gekrümmte Oberfläche S9 ist eine zu der Objektseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt 22 mm. Die zehnte gekrümmte Oberfläche S10 ist eine entgegengesetzt zu der neunten gekrümmten Oberfläche S9 konvexe Oberfläche, und deren Krümmungsradius beträgt -26 mm. Die fünfte Linse L5 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd5 zu der Abbe-Zahl Vd5 von 1,62/60 auf. Die fünfte Linse L5 weist eine Dicke d9 in der Mitte von 5 mm auf. Die fünfte Linse L5 weist einen Außendurchmesser Φ von 12 mm auf. Die vorstehenden Parameter der fünften Linse L5 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die sechste Linse L6 ist eine bikonvexe Linse, welche die elfte gekrümmte Oberfläche S11 und eine zwölfte gekrümmte Oberfläche S12 aufweist. Die elfte gekrümmte Oberfläche S11 ist eine zu der Bildseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt -60 mm. Die zwölfte gekrümmte Oberfläche S12 ist eine zu der elften gekrümmten Oberfläche S11 entgegengesetzte konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt -15 mm. Die sechste Linse L6 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd6 zu der Abbe-Zahl Vd6 von 1,62/60 auf. Die sechste Linse L6 weist einen Außendurchmesser Φ von 13 mm auf. Die vorstehenden Parameter der sechsten Linse L6 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die siebte Linse L7 ist eine Meniskuslinse, die eine dreizehnte gekrümmte Oberfläche S13 und eine vierzehnte gekrümmte Oberfläche S14 aufweist. Die dreizehnte gekrümmte Oberfläche S13 ist eine zu der Bildseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt -10 mm. Die vierzehnte gekrümmte Oberfläche S14 ist ebenfalls eine zu der Bildseite hin konvexe Oberfläche und deren Krümmungsradius beträgt -60 mm. Die siebte Linse L7 weist ein Verhältnis des Brechungsindex Nd7 zu der Abbe-Zahl Vd7 von 1,75/30 auf. Die siebte Linse L7 weist einen Außendurchmesser Φ von 14 mm auf. Die vorstehenden Parameter der siebten Linse L7 weisen einen Toleranzbereich von 5 % auf.
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Die erste gekrümmte Oberfläche S1 bis zu der vierzehnten gekrümmten Oberfläche S14 sind entlang der Übertragungsrichtung des einfallenden Lichts nacheinander angeordnet.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Abstand d2 zwischen einer Lichtaustrittsebene (der zweiten gekrümmten Oberfläche S2) der ersten Linse L1 und einer Einfallsoberfläche (der dritten gekrümmten Oberfläche S3) der zweiten Linse L2 auf der optischen Achse 30 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %. Ein Abstand d4 zwischen der Lichtaustrittsebene (der vierten gekrümmten Oberfläche S4) der zweiten Linse L2 und der Einfallsoberfläche (der fünften gekrümmten Oberfläche S5) der dritten Linse L3 auf der optischen Achse beträgt 2 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %. Ein Abstand d6 zwischen der Lichtaustrittsebene (der sechsten gekrümmten Oberfläche S6) der dritten Linse L3 und der Einfallsoberfläche (der siebten gekrümmten Oberfläche S7) der vierten Linse L4 auf der optischen Achse beträgt 6 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %. Ein Abstand d8 zwischen der Lichtaustrittsebene (der achten gekrümmten Oberfläche S8) der vierten Linse L4 und der Einfallsoberfläche (der neunten gekrümmten Oberfläche S9) der fünften Linse L5 auf der optischen Achse beträgt 2 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %. Ein Abstand d10 zwischen der Lichtaustrittsebene (der zehnten gekrümmten Oberfläche S10) der fünften Linse L5 und der Einfallsoberfläche (der elften gekrümmten Oberfläche S11) der sechsten Linse L6 auf der optischen Achse beträgt 1 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %. Ein Abstand d12 zwischen der Lichtaustrittsebene (der zwölften gekrümmten Oberfläche S12) der sechsten Linse L6 und der Einfallsoberfläche (der dreizehnten gekrümmten Oberfläche S13) der siebten Linse L7 auf der optischen Achse beträgt 1 mm und ein Toleranzbereich desselben beträgt 5 %.
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3 bis 5 zeigen eine Darstellung der Feinstrahlaberration, eine grafische Darstellung der Modulationstransferfunktion und eine Darstellung der geometrischen Aberration des vorstehenden fotografischen [engl.: geographic] Objektivs.
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Die Parameter des fotografischen [engl.: geographic] Objektivs sind wie folgt:
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Wie in 3A und 3B gezeigt ist, ist die Verzerrung des fotografischen [engl.: geographic] Objektivs vollständig mit der Theorie konsistent, und wenn das Sichtfeld α = 90°, Dist = 100 %, hat die Astigmatismuskurve den Idealzustand erreicht.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist MTF ≈ 0,5, wenn die MTF des fotografischen Objektivs am schlechtesten ist, d.h. wenn die Auflösung 20 Linienpaare pro Millimeter ist. Es sei angemerkt, dass, da α = 90°, die Eintrittspupille am Rand des fotografischen Objektivs viel kleiner als die Eintrittspupille in der Mitte des fotografischen Objektivs ist, und dies liegt daran, dass die MTF des Rands kleiner als die MTF der Mitte des Bilds ist, was in der Theorie möglich ist.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der Astigmatismuskreis des gesamten Sichtfelds etwa 0,01 mm, was den Idealwert erreicht hat.
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Das fotografische Objektiv besteht aus sieben Linsen, und es weist ein großes Öffnungsverhältnis und ein kleines Volumen auf.
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Die vorstehenden Implementierungen sind nur spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, sind aber nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Es sei angemerkt, dass jede Variation oder Ersetzung, die von Fachleuten auf dem Gebiet innerhalb des technischen Umfangs, welcher in der vorliegenden Offenbarung offenbart ist, leicht ausgedacht werden kann, in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen soll. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung dem Schutzumfang der Ansprüche unterworfen sein.