DE602004000758T2

DE602004000758T2 - Kompaktes Objektiv

Info

Publication number: DE602004000758T2
Application number: DE602004000758T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Fuchuu-shi Tokyo Do; Yoshiyuki Fuchuu-shi Tokyo Hashimoto
Original assignee: Do Satoshi Asaka; Milestone Co Ltd
Current assignee: Do Satoshi Asaka; Milestone Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: JP2004177976A; KR20050075680A; JP3737095B2; US20050157408A1; US7110190B2; CN1333281C; DE602004000758D1; KR100567841B1; CN1641396A; EP1555559B1; EP1555559A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abbildungsobjektiv bzw. eine Abbildungslinse.
In einem Abbildungsobjektiv ist es notwendig, daß die optische Länge, die als der Abstand von der Einfallsebene auf der Objektseite des Abbildungsobjektivs zu der Bildebene (bildgebende Oberfläche der CCD oder ähnlichem) kurz ist. D.h. bei der Konstruktion des Abbildungsobjektivs müssen Maßnahmen getroffen werden, um das Verhältnis der optischen Länge zu der kombinierten Brennweite des Abbildungsobjektivs so weit wie möglich zu reduzieren. Im folgenden wird ein Abbildungsobjektiv mit einer kurzen optischen Länge, d.h. dessen Verhältnis der optischen Länge zu der Brennweite kurz ist, als ein „kompaktes" objektiv bezeichnet.
Betrachtet man zum Beispiel ein tragbares Telefon, so sollte die optische Länge kürzer gemacht werden als die Dicke der tragbaren Telefoneinheit. Auf der anderen Seite ist es vorteilhaft, wenn der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite, der als der Abstand von der Emissionsebene auf der Bildseite des Abbildungsobjektivs zu der Bildebene definiert ist, so lang wie möglich ist. D.h. bei der Konstruktion des Abbildungsobjektivs müssen Maßnahmen getroffen werden, um das Verhältnis des Brennpunktabstands von der Objektivrückseite zu der kombinierten Brennweite des Abbildungsobjektivs so weit wie möglich zu vergrößern. Dies liegt an der Notwendigkeit, Filter, ein Deckglas und andere Komponenten zwischen dem Abbildungsobjektiv und der Bildebene einzufügen.
Zusätzlich zu dem oben genannten ist es natürlich notwendig, daß die verschiedenen Aberrationen eines Abbildungsobjektivs auf Beträge korrigiert werden, die ausreichend klein sind, so daß eine Verzeichnung des durch dieses Abbildungsobjektiv gebildeten Bildes nicht durch visuelle Erfassung erkannt werden kann und die ausreichend klein sind, so daß sie die Anforderungen der Integrationsdichte der bildgebenden Komponenten (auch „Pixel" genannt) erfüllen. D.h. die verschiedenen Aberrationen müssen zufriedenstellen korrigiert sein; nachfolgend wird ein Bild, für welches verschiedene Aberrationen zufriedenstellend korrigiert sind, ein „zufriedenstellendes Bild" genannt.
Wie unten dargestellt, wurden Abbildungsobjektive mit einer Zweikomponentenanordnung offenbart, die passend sind für die Verwendung in einer Bildausrüstung, die eine CCD-, eine CMOS-Vorrichtung oder eine andere Festkörper-Bildaufnahmekomponente verwendet, für die tragbare Computer und Videotelefone beispielhaft sind. Zusätzlich zum Erhalt zufriedenstellender Bilder sind solche Objektive alle für geringe Größe und leichtes Gewicht konstruiert.
Von diesen wurde als erstes Objektiv ein Infrarotobjektiv mit einer Zweikomponentenanordnung offenbart, die zwei meniskusförmige Linsen (eine erste Linse und eine zweite Linse) aufweist, das für niedrige Kosten und für ein reduziertes Gewicht konstruiert ist, welches kompakt ist und eine angemessene bildgebende Leistungsfähigkeit für eine praktische Verwendung aufweist (siehe zum Beispiel nicht geprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-75203).
Jedoch hat ein solches Infrarotobjektiv einen breiten Abstand D zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse, so daß als Folge die optische Länge notwendigerweise lang ist und die Kon struktion eines ausreichend kompakten Linsensystems schwierig ist. Das Verhältnis D/f des Abstands D zwischen den ersten und zweiten Linsen zu der Brennweite f des gesamten Systems (die kombinierte Brennweite des Zweikomponentenlinsensystems) beträgt mindestens 0,8. Infolgedessen ist das Verhältnis der optischen Länge zu der Brennweite des Gesamtsystems groß mit ungefähr 1,5 (der Wert für das Objektiv der Ausführungsform 6 mit dem kleinsten Wert beträgt 1,4236), so daß die optische Länge solcher Objektive lang ist.
Als ein zweites Zweikomponentenobjektiv wurde ein Vorsatz-Anamorphot-Objektiv offenbart (siehe zum Beispiel die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-81568), in welchem ein Bild des Objekts mit verschiedenen vertikalen und horizontalen Vergrößerungen durch eine afokale Linse fokussiert wird, die zylindrische Oberflächen aufweist, von denen beide eine Brechkraft nur in der gleichen Richtung aufweisen und die Krümmungsradien mit dem gleichen Vorzeichen aufweisen und die Bilder dünner oder dicker projizieren können als das eigentliche Objekt. Solch ein anamorphotisches Vorsatzobjektiv ist insbesondere auf der Objektseite eines Standbildkameraobjektivsystems angeordnet und wird dort verwendet.
Jedoch sind, während das anamorphotische Vorsatzobjektiv ein Linsensystem ist, das als ein Zweikomponentenobjektiv konfiguriert ist, die Oberflächenformen der Linsenkomponenten der anamorphotischen Vorsatzlinse nicht sphärisch, wie in dem Fall gewöhnlicher Linsen, sondern sie sind zylindrische Oberflächen. Daher unterscheidet sich die Basiskonfiguration von der des Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung.
Ein drittes Zweikomponentenobjekt wird eine Objektivlinse zum Aufnehmen und zur Reproduktion von Information auf optische Informationen speichernden Medien, für welche ein großer Arbeitsabstand sichergestellt wird, offenbart, in der eine Linsengruppe, die zwei Komponenten mit positiver Brechkraft aufweist, eine große NA (numerischer Apertur) von 0,85 hat und die passend für den Einbau in optische Aufnahmevorrichtungen mit Lichtquellenwellenlängen von 500 nm oder darunter ist, wobei die chromatische Aberration zufriedenstellen korrigiert ist (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-167187). Und als vierte bis sechste Zweikomponentenobjektive wurden Objektivlinsen für optische Hochleistungsaufnahmevorrichtungen mit kleiner Größe offenbart, die eine große numerische Apertur und einen langen Arbeitsabstand aufweisen (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-5026, ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-5027, ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-5055).
Jedoch wurden diese Objektivlinsen mit einer kleinen NA für den Zweck konstruiert, die Objektivlinse zu verwenden, um Parallelstrahlen auf eine so klein wie mögliche Fläche auf der informationsaufnehmenden Oberfläche zu fokussieren, wobei das Konzept der Abbildungsobjektive der vorliegenden Erfindung inhärent von diesen verschieden sind. Folglich sind die Werte der Brennweiten, der Brennpunktabstände von den Linsenrückseiten und die optischen Längen jeder dieser zwei Linsen, die das Linsensystem bilden, und der Abstand zwischen den Linsen verschieden von den Abbildungsobjektiven der vorliegenden Erfindung. Während eine numerische Apertur von 0,85 oder höher, umgerechnet in eine F-Zahl, einen Wert von 1 oder darunter erreicht, liegt die F-Zahl eines Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung (F_no) in dem Bereich von 2,0 < F_no < 4,0 für eine sehr helle Linse.
Als Kennzahlen, welche die Helligkeit einer Linse (oder eines Linsensystems) darstellen, wird, um zwischen der numerischen Apertur (NA), die durch das Produkt n·sin(u) des objektseitigen Brechungsindex n und des Winkels u, der durch den Radius der Einganspupille aufgespannt wird, und der F-Zahl, die als das Verhältnis f/D_in der Brennweite f der Linse zu dem Durchmesser der Eingangspupille D_in dargestellt ist, zu unterscheiden in dieser Spezifikation ein Wert, der die numerische Apertur darstellt mit NA bezeichnet und ein Wert, der die F-Zahl darstellt, wird mit F_no bezeichnet. Diese beiden Variablen sind näherungsweise reziprok zueinander.
Als siebtes Zweikomponentenobjektiv ist ein kompaktes Infrarotobjektiv offenbart (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-295052), in welchem vergleichsweise billiges Material verwendet wird, Kosten reduziert werden und die Effekte unerwünschter Ordnungen von gebeugtem Licht, welche ein Nachteil von Beugungsgittern sind, eliminiert sind. Von den beiden Linsenkomponenten dieses Infrarotobjektivs wird ein Beugungsgitter auf der konkaven Oberfläche einer meniskusförmigen Linse gebildet, die auf der Objektseite angeordnet ist. Daher sind die Komponenten völlig verschieden und das Linsensystem ist völlig verschieden vom Abbildungsobjektiv der vorliegenden Erfindung, welches kein Beugungsgitter als Komponente verwendet.
Als das achte Zweikomponentenobjektiv ist ein bildgebendes Objektiv offenbart, das eine vordere Linsengruppe aufweist, die eine positive Brechkraft hat, eine Apertur und eine hintere Linsengruppe mit F_no = 4, einen Halbbildwinkel von ungefähr 24°, wobei Aberrationen zufriedenstellend korrigiert sind und welche zur Bildaufnahme in Faxausrüstungen und ähnlichem geeignet ist (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 7-181379).
Jedoch hat dieses bildgebende Objektiv einen kurzen Brennpunktabstand von der Objektivrückseite, so daß das Einfügen eines Filters oder ähnlichem zwischen den Linsen und der Bildebene, um infrarotes Licht zu blockieren, schwierig ist. Das Verhältnis b_f/f des Brennpunktabstands von der Objektivrückseite b_f zu der Brennweite f des gesamten Systems (die kombinierte Länge des Zweikomponentenlinsensystems) beträgt höchstens 0,38 (Ausführungsform 5).
Als neunte bis elfte Zweikomponentenobjektive sind Abbildungsobjektive mit einer bildgebenden Linse (erste Linse) und einer Korrekturlinse (zweite Linse) offenbart (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-66094, ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-66095 und ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-66096).
Jedoch haben diese Abbildungsobjektive eine Konfiguration, in der die Dicke der bildgebenden Linse auf der optischen Achse groß ist. Daher neigt der Brechungsindex dazu, ungleich verteilt zu sein, wenn das Objektiv eingerichtet wird und Bildverzeichnung und ähnliches tritt aufgrund einer solchen ungleichen Verteilung des Brechungsindex auf, so daß in einigen Fällen die Bildqualität, welche aus der Linsenkonstruktion resultieren sollte, nicht erhalten werden kann.
Als das zwölfte Zweikomponentenobjektiv ist ein Abbildungsobjektiv mit vergleichsweise kleinen Bilddimensionen und welches insbesondere eine Leistungsfähigkeit ermöglicht, die für den Einbau in Bildaufnahmeeinrichtungen mit kleiner Größe angemessen ist, offenbart (siehe zum Beispiel ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 23004-4620). Dieses Abbildungsobjektiv ist durch Anordnen einer Aperturblende, einer ersten Linse und einer zweiten Linse in einer Reihenfolge von der Objektseite her, eingerichtet.
D.h. es wird eine Anordnung verwendet, in der keine Blende zwischen der ersten und der zweiten Linse bereitgestellt wird. Daher kann ein Flackern bzw. Streulicht nicht angemessen unterdrückt werden und folglich gibt es Grenzen bei der Fähigkeit, den Kontrast des Bildes zu erhöhen und scharfe Bilder zu erhalten.
Darüber hinaus übersteigt das Verhältnis d/f der optischen Länge d zu der Brennweite f des gesamten Systems (die kombinierte Brennweite des Zweikomponentenlinsensystems) 1,3, außer für das Abbildungsobjektiv, welches als Ausführungsform 9 offenbart ist. D.h. in dieser Konstruktion ist die optische Länge lang, und die Kompaktheit kann nicht vollständig erreicht werden. Auf der anderen Seite beträgt das Verhältnis d/f der optischen Länge d zu der Brennweite f des Gesamtsystems des als Ausführungsform 9 offenbarten Abbildungsobjektivs 1,137; Aber das Verhältnis D₂/f des Abstands D₂ zwischen den ersten und zweiten Linsen zu der Brennweite f des Gesamtsystems für dieses Abbildungsobjektiv ist mit 0,11 extrem klein. Folglich kann bei dieser Konstruktion eine Blende nicht einfach als eine zweite Blende zwischen den ersten und zweiten Linsen eingefügt werden.
Um jedoch in die kompakteren Konstruktionen tragbarer Telefoneinheiten, Bildeingabeeinrichtungen für Personalcomputer und andere Ausrüstungen eingepaßt zu werden, ist es wünschenswert, daß die optische Länge des Abbildungsobjektivs, das in solchen Ausrüstungen eingebaut ist, kurz ist und zusätzlich ist es erforderlich, daß zufriedenstellende Bilder aufgenommen werden können.
Verschiedene entsprechende Aspekte und Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Merkmale der abhängigen Ansprüche können mit Merkmalen der unabhängigen Ansprüche wenn erforderlich kombiniert werden und nicht nur wie explizit in den Ansprüchen dargelegt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Abbildungsobjektiv bereit, dessen F-Zahl in dem Bereich 2,0 bis 4,0 liegt, das nur mit zwei Linsenkomponenten mit einer kurzen optischen Länge eingerichtet ist und welches in der Lage ist, zufriedenstellende Bilder zu erzielen. Zusätzlich ist es eine weitere Aufgabe, ein Abbildungsobjektiv bereitzustellen, in welchem durch Vorsehen einer Blende zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse, das Streulicht so unterdrückt wird, daß der Bildkostrast ausreichend erhöht werden kann, so daß scharfe Bilder erhalten werden können.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Abbildungsobjektiv zur Verfügung, welches geringe Kosten und ein niedriges Gewicht durch Verwenden von Kunststoffmaterial für alle Linsen erzielt (zwei Linsen), die das Abbildungsobjektiv bilden. Hier ist ein „Kunststoffmaterial" ein Polymermaterial, welches gegossen werden kann, um durch Kunststoffdeformation eine Linse zu bilden, wobei Hitze oder Druck oder beides verwendet wird und welches für sichtbares Licht transparent ist.
Ein Abbildungsobjektiv gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Anordnung einer Aperturblende S₁, einer ersten Linse L₁, einer zweiten Blende S₂ und einer zweiten Linse L₂ in der Reihenfolge von einer Objektseite zu einer Bildseite gebildet. Die erste Linse L₁ ist eine meniskusförmige Linse, die eine positive Brechkraft aufweist, wobei die konvexe Oberfläche zu der Objektseite hin zeigt, Die zweite Linse L₂ ist eine meniskusförmige Linse, die eine positive Brechkraft aufweist, wobei die konvexe Oberfläche zu der Objektseite hin zeigt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfüllt das Abbildungsobjektiv die folgenden Bedingungen. 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0 (5)
Hier ist f die kombinierte Brennweite des Abbildungsobjektivs, f₁ ist die Brennweite der ersten Linse L₁, f₂ ist die Brennweite der zweiten Linse L₂, b_f ist der Abstand (in Luft) von der bildseitigen Oberfläche der zweiten Linse L₂ zu der Bildebene, d ist der Abstand (in Luft) von der objektseitigen Oberfläche der ersten Linse L₁ zu der Bildebene, D₂ ist der Abstand zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ und F_no ist die F-Zahl.
Es ist bevorzugt, daß die erste Linse L₁ und die zweite Linse L₂, welche ein Abbildungsobjektiv der vorliegenden Erfindung bilden, aus Material mit einer Abbe-Zahl von 30 bis 60 hergestellt sind. Auch können die erste Linse L₁ und die zweite Linse L₂, welche ein Abbildungsobjektiv der vorliegenden Erfindung bilden, aus Cycloolefin-Kunststoff- oder Polycarbonatmaterialien hergestellt sein.
Die oben angegebene Bedingungsgleichung (1) ist eine Bedingung, die das Verhältnis f₁/f₂ der Brennweite f₁ der ersten Linse L₁ zu der Brennweite f₂ der zweiten Linse L₂ festlegt. Wenn dieses Verhältnis f₁/f₂ größer als eine bestimmte untere Grenze ist, können verschiedene Aberrationen, die in der ersten Linse L₁ auftreten, korrigiert werden. Insbesondere kann durch Korrektur der Verzeichnung eine extreme Deformation des Bildes, die aus dem Vorhandensein dieser Verzeichnung resultiert, vermieden werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der ein Gießen schwierig ist, weil der Krümmungsradius der ersten Linse L₁ zu klein ist.
Auf der anderen Seite kann das Objektiv, wenn das Verhältnis f₁/f₂ kleiner ist als die obere durch die Bedingungsgleichung (1) gegebene Grenze, ausreichend kompakt gemacht werden, um eine Verwendung als ein Abbildungsobjektiv zum Einbau in ein tragbares Telefon, eine Bildeingabevorrichtung eines Personalcomputers, eine Digitalkamera, eine Überwachungs-CCD-Kamera, eine Prüfeinrichtung und ähnliches zu ermöglichen. D.h. der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite kann ausreichend kurz gemacht werden und infolgedessen ist die optische Länge nicht zu lang.
Darüber hinaus können verschiedene Aberrationen, die in der zweiten Linse L₂ auftreten, angemessen korrigiert werden.
Die oben genannte Bedingungsgleichung (2) ist eine Bedingung, um eine angemessene Länge des Abstands b_f von der bildseitigen Oberfläche der zweiten Linse L₂ zu der Bildebene (der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite) sicherzustellen und um Raum zum Einfügen eines Deckglases, eines Filters oder ähnlichem zu gewährleisten. D.h. diese Bedingungsgleichung legt eine Bedingung fest, die von dem Verhältnis b_f/f des Brennpunktabstands von der Objektivrückseite b_f zu der kombinierten Brennweite feines Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung erfüllt werden muß, um das Einfügen eines Deckglases, eines Filters oder ähnlichem zu ermöglichen.
Wenn das Verhältnis b_f/f größer ist als die untere Grenze, die durch die Bedingungsgleichung (2) gegeben ist, kann ein angemessener Brennpunktabstand von der Objektivrückseite gewährleistet werden und es ist eine Konstruktion, die ein einfaches Einfügen eines Deckglases, eines Filter oder ähnlichem ermöglicht.
Auf der anderen Seite ist, wenn das Verhältnis b_f/f kleiner ist als die obere durch die Bedingungsgleichung (2) gegebene Grenze, der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite nicht zu lang und es kann ein Abbildungsobjektiv realisiert werden, in dem eine optische Länge erhalten wird, die für den Einbau in eine tragbare Telefoneinheit, eine Bildeingabevorrichtung eines Personalcomputers oder ähnlichem geeignet ist. Sogar, wenn das Verhältnis b_f/f die obere durch die Bedingungsgleichung (2) gegebene Grenze übersteigt, kann die Möglichkeit untersucht werden, den Abstand zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ kurz zu machen, um die optische Länge zu verkürzen; aber zur Zeit ist es schwierig, ein Abbildungsobjektiv zu bilden, welches die Aufnahme von zufriedenstellenden Bildern ermöglicht, in denen verschiedene Aberrationen angemessen korrigiert wurden. D.h. wenn der Abstand zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ auf einen kleinen Wert eingestellt ist, wird bei dem Verfahren des Spritzgießens der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ in Gießformen, die eine angemessene Korrektur von Aberrationen ermöglicht, die Linsenformen so, daß es schwierig ist, das Linsenmaterial in Gießformen zu gießen, so daß eine Form gebildet wird, die genau die Form der Gießform wiedergibt.
Die oben genannte Bedingungsgleichung (3) ist eine Bedingungsgleichung, die das Verhältnis d/f des Abstands d von der objektseitigen Oberfläche der ersten Linse L₁ zu der Bildebene (die optische Länge) zu der kombinierten Brennweite f eines Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung festlegt. Wenn das Verhältnis b/f größer ist als die untere durch die Bedingungsgleichung (3) gegebene Grenze, dann können die Dicken der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ so eingestellt werden, daß ein Spritzgießen dieser Linsen möglich ist. Auch kann der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f ausreichend lang sein, so daß der effektive Durchmesser der zweiten Linse nicht so groß ist, daß er die Kompaktheit des Abbildungsobjektivs verhindert.
Auf der anderen Seite ist, wenn das Verhältnis d/f kleiner ist als die obere durch die Bedingungsgleichung (3) gegebene Grenze, die optische Länge nicht so lang, daß die Kompaktheit des Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung verhindert wird, und ein zufriedenstellendes Bild kann erhalten werden, bei dem die Helligkeit gleichmäßig über das gesamte hinweg Bild ist, ohne das Verhältnis der Lichtmenge in der Peripherie zu der Lichtmenge im Zentrum des Bildes zu klein zu machen.
Die oben angegebene Bedingungsgleichung (4) ist eine Bedingungsgleichung, welche den Bereich für Werte des Verhältnisses D₂/f des Abstands D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ und der kombinierten Brennweite feines Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung spezifiziert. Wenn das Verhältnis D₂/f größer ist als die untere Grenze, die durch die Bedingungsgleichung (4) gegeben ist, dann ist der Abstand zwischen der bildseitigen Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der objektseitigen Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ nicht zu klein, und eine zweite Blende S₂ kann in den Raum zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ eingefügt werden. Eine zweite Blende S₂ spielt eine wichtige Rolle beim Erhalten scharfer Bilder mit ausreichend hohem Kontrast, durch ausreichendes Unterdrücken von Stahlen, die nicht zur Bildgebung beitragen, und die an der äußeren Peripherie der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ und in der zylindrischen Trommel, welche das Abbildungsobjektiv hält, auftreten.
Darüber hinaus kann durch Einstellen des Auflösungsvermögens in dem Zentrum des Bildes, damit ein zufriedenstellendes Bild erhalten wird, eine Feldkrümmung in der Bildebene, die in der negativen Richtung auftritt, ausreichend klein gemacht werden. D.h. durch Einstellen des Auflösungsvermögens in dem Zentrum des Bildes in einer Weise, daß ein befriedigendes Bild erhalten wird, kann der Effekt einer Bewegung der zufriedenstellenden Bildposition in der Peripherie des Bildes von der Bildebenenposition hin zu der Objektseite, ausreichend reduziert werden.
Wenn das Verhältnis D₂/f größer ist als die untere durch die Bedingungsgleichung (4) gegebene Grenze, kann ein Abstand zwischen der bildseitigen Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der objektseitigen Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ sichergestellt werden, der ausreichend groß ist, so daß ein Einfügen einer zweiten Blende S₂ ermöglicht wird. Darüber hinaus ist die Krümmung des Feldes, die in der negativen Richtung auftritt, nicht so groß, daß keine ausreichende Auflösung in der Peripherie des Bildes erzielt würde. D.h. durch Anpassen des Auflösungsvermögens in der Mitte des Bildes in ausreichender Weise, so daß ein zufriedenstellendes Bild erzeugt werden kann, kann die Feldkrümmung in der Bildebene, die in der negativen Richtung auftritt, ausreichend klein gemacht werden. Mit anderen Worten kann durch Anpassen des Auflösungsvermögens in der Mitte des Bildes in ausreichender Weise, so daß ein zufriedenstellendes Bild erhalten wird, der Effekt der Vorwärtsbewegung von der Bildebenenposition der zufriedenstellenden Auflösungsposition aus in der Peripherie des Bildes ausreichend reduziert werden.
Wenn auf der anderen Seite das Verhältnis D₂/f kleiner ist als die obere durch die Bedingungsgleichung (4) gegebene Grenze, kann eine Situation, in welcher der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite zu kurz und der effektive Durchmesser der zweiten Linse L₂ zu groß ist, so daß das Abbildungsobjektiv nicht kompakt gemacht werden kann, vermieden werden. Darüber hinaus ist die Krümmung des Feldes, die in der positiven Richtung auftritt, nicht so groß, daß eine geeignete Auflösung in der Peripherie des Bildes nicht möglich ist. D.h. durch Anpassen des Auflösungsvermögens in dem Zentrum bzw. der Mitte des Bildes, so daß ein zufriedenstellendes Bild erhalten wird, kann die Feldkrümmung in der Bildebene, die in der positiven Richtung auftritt, ausrei chend klein gemacht werden. Mit anderen Worten kann durch Anpassen des Auflösungsvermögens im Zentrum des Bildes in ausreichender Weise, so daß ein zufriedenstellendes Bild erhalten wird, der Effekt des Zurückbewegens von der Bildebenenposition der zufriedenstellenden Auflösungsposition in der Peripherie des Bildes ausreichend reduziert werden.
Die oben angegebene Bedingungsgleichung (5) ist eine Bedingungsgleichung, welche Bereiche von Werten der F-Zahl eines Abbildungsobjektivs der vorliegenden Erfindung festlegt. Wenn die F-Zahl größer ist als die untere durch die Bedingungsgleichung (5) gegebene Grenze, dann wird eine Feldtiefe sichergestellt, die ausreichend ist, um eine Verwendung als ein Abbildungsobjektiv sicherzustellen, das in ein tragbares Telefon, eine Bildeingabevorrichtung für einen Personalcomputer, eine Digitalkamera, eine Überwachungs-CCD-Kamera, eine Prüfeinrichtung oder ähnliches eingebaut werden kann. Wenn die Feldtiefe zu flach ist, d.h. wenn die F-Zahl zu klein ist, ist es schwierig, gleichzeitig über einen breiten Bereich des Bildes zu fokussieren und eine Verwendung wird verhindert.
Wenn auf der anderen Seit die F-Zahl kleiner ist als die obere durch die Bedingungsgleichung (5) gegebene Grenze, dann kann ein Bild mit zufriedenstellender Helligkeit erhalten werden, ohne übermäßig dunkle Bilder und ohne daß eine unzureichende Lichtmenge in der Bildebene des tragbaren Telefons, der Bildeingabevorrichtung für einen Personalcomputer, der Digitalkamera, der Überwachungs-CCD-Kamera, der Prüfeinrichtung oder ähnlichem ankommt.
Wie oben erklärt, versuchen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, durch Anpassen einer Linsenanordnung, welche die fünf Bedingungen der oben angegebenen Bedingungsgleichungen (1) bis (5) erfüllt, ein Abbildungsobjektiv mit einer F-Zahl in dem Bereich von 2,0 bis 4,0 bereitzustellen, das aus nur zwei Linsen aufgebaut ist, mit einer kurzen optischen Objektivlänge und von dem zufriedenstellende Bilder erhalten werden. Zusätzlich kann durch Vorsehen einer Blende zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse, um Streulicht ausreichend zu unterdrücken, ein Abbildungsobjektiv bereitgestellt werden, mit ausreichend erhöhtem Bildkontrast und von welchem scharte Bilder erhalten werden.
Mit Mitteln eines Abbildungsobjektivs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Linsen (zwei Linsen), welche das Abbildungsobjektiv der vorliegenden Erfindung bilden, aus Kunststoffmaterial herzustellen, so daß Abbildungsobjektive mit niedrigen Kosten bereitgestellt werden können und die ein leichtes Gewicht aufweisen.
Die Erfindung wird nun in Form eines Beispiels gemäß den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und in denen:
1 eine Querschnittsansicht eines Abbildungsobjektivs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 1 ist,
3 ein Diagramm der Verzeichnungsaberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 1 ist,
4 ein Diagramm der astigmatischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 1 ist,
5 ein Diagramm der chromatischen/sphärischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 1 ist,
6 eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 2 ist,
7 ein Diagramm der Verzeichnungsaberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 2 ist,
8 ein Diagramm der astigmatischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 2 ist,
9 ein Diagramm der chromatischen/sphärischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 2 ist.
10 eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 3 ist,
11 ein Diagramm der Verzeichnungsaberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 3 ist,
12 ein Diagramm der astigmatischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 3 ist,
13 ein Diagramm der chromatischen/sphärischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 3 ist,
14 eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 4 ist,
15 ein Diagramm der Verzeichnungsaberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 4 ist,
16 ein Diagramm der astigmatischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 4 ist und
17 ein Diagramm der chromatischen/sphärischen Aberration des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 4.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß den Zeichnungen erklärt. Diese Zeichnungen zeigen nur zusammenfassend die Formen, Größen und räumlichen Verhältnisse der Komponenten in einem Umfang, der ausreichend ist, ein Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, und die numerischen Werte oder anderen Bedingungen in den folgenden Erklärungen sind nur entsprechend Beispiele. Die vorliegende Erfindung ist in keiner Weise auf diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschränkt.
1 ist eine Zeichnung der Anordnung eines Abbildungsobjektivs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Oberflächenzahlen, Abstände zwischen Oberflächen und andere in 1 definierten Symbole werden genauso in 2, 6, 10 und 14 verwendet.
In der Reihenfolge von der Objektseite her sind die ersten und zweiten Linsen mit L₁ bzw. L₂ bezeichnet. Die Bildkomponente, welche die Bildebene aufweist, ist mit 10 bezeichnet, das Deckglas, das die Bildebene und das Linsensystems trennt, ist mit 12 bezeichnet und die Aperturblende und die zweite Blende sind mit S₁ bzw. S₂ bezeichnet. Die Aperturteile der Aperturblende S₁ und der zweiten Blende S₂ sind durch Liniensegmente dargestellt.
Die r_i(i = 1, 2, 3, ..., 9) und d_i(i = 1, 2, 3, ..., 8) und die anderen Parameter sind als konkrete numerische Werte in Tabelle 1 bis Tabelle 4 nachfolgend angegeben. Der Index i bezeichnet die Nummern der Reihenfolge in einer Richtung von der Objektseite zur Bildseite hin, und die Werte sind entsprechend den Linsenoberflächen, der Linsendicke, dem Linsenabstand und ähnlichem zugeordnet.
D.h. r_i ist der Krümmungsradius der i-ten Oberfläche auf der Achse, d_i ist der Abstand von der i-ten Oberfläche zu der i + 1-ten Oberfläche, N_i ist das Brechungsvermögen des Materials der Linse, welche die i-te Oberfläche und die i + 1-te Oberfläche aufweist und v_i ist die Abbe-Zahl des Materials der Linse von der i-ten Oberfläche zu der i + 1-ten Oberfläche. In dieser Spezifikation bezeichnet r_i den Krümmungsradius der i-ten Oberfläche auf der Achse und kann, solange keine Verwechslungsgefahr besteht, auch die i-te Oberfläche selbst bezeichnen.
Die optische Länge d ist das Ergebnis des Hinzuaddierens von d₁ zu d₅ und darüber hinaus addieren des Brennpunktabstands von der Objektivrückseite b_f. Der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f ist der Abstand von der bildseitigen Oberfläche der zweiten Linse L₂ zu der Bildebene auf der optischen Achse. Jedoch ist der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f gemessen, wobei das Deckglas, das zwischen der zweiten Linse L₂ und der Bildebene eingefügt ist, entfernt ist, d.h. in dem Zustand, in welchem das Deckglas eingefügt ist, ist der geometrische Abstand von der bildseitigen Oberfläche der zweiten Linse L₂ zu der Bildebene größer als wenn das Deckglas entfernt ist, aufgrund der Tatsache, daß die Brechkraft des Deckglases größer als 1 ist. Das Maß, um das der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite länger ist, wird durch die Brechkraft und die Dicke des eingefügten Deckglases bestimmt. Um einen Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f als einen für das Abbildungsobjektiv charakteristischen Wert zu bestimmen und der nicht davon abhängt, ob das Deckglas vorhanden ist, wird ein Wert angenommen, der durch Messen erhalten wurde, wobei das Deckglas entfernt war. Auch beträgt der Abstand D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ D₂ = d₃ + da.
Asphärische Daten sind in den Spalten ganz rechts in Tabelle 1 bis Tabelle 4 zusammen mit den Nummern der Oberflächen gezeigt. Die Oberfläche r₁ der Aperturblende S₁ und die Oberfläche r₄ der zweiten Blende S₂ sowie r₇ und r₈ des Deckglases und die Bildebene r₉ sind Ebenen, so daß ∞ als der Krümmungsradius gegeben ist.
Die verwendeten asphärischen Oberflächen sind durch die Gleichung Z = ch2/[1 + [1 – (1 + k) c2h2] + 1/2] + A0h4 + B0h6 + D9h10,gegeben, wobei Z die Tiefe von der Tangentenebene am Scheitelpunkt der Oberfläche ist, c die Krümmung der Oberfläche in der Nähe der optischen Achse ist, h die Höhe von der optischen Achse ist, k die konische Konstante ist, A₀ der asphärische Koeffizient vierter Ordnung ist, B₀ der asphärische Koeffizient sechster Ordnung ist, C₀ der asphärischer Koeffizient achter Ordnung ist und D₀ der asphärische Koeffizient zehnter Ordnung ist.
In jeder der Tabelle 1 bis Tabelle 4 in dieser Spezifikation verwenden die numerischen Werte der asphärischen Koeffizienten eine Exponentennotation, in der zum Beispiel „e-1" bedeutet „10 hoch –1". Auch sind die als Brennweiten f angegebenen Werte kombinierte Brennweiten des Linsensystems, bestehend aus den ersten und den zweiten Linsen.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen 1 bis 4 gemäß 2 bis 17 erklärt.
2, 6, 10 und 14 sind zusammenfassende Ansichten der Linsenanordnungen. Verzeichnungsaberrationskurven sind in 3, 7, 11 und 15 gezeigt, astigmatische Aberrationskurven erscheinen in 4, 8, 12 und 16, und chromatische/sphärische Aberrationskurven erscheinen in 5, 9, 13 und 17.
Eine Verzeichnungsaberrationskurve zeigt den Betrag an Aberration (der Betrag, um den die Tangentenbedingung nicht erfüllt ist, ausgedrückt als ein Prozentsatz entlang der horizontalen Achse) gegen den Abstand von der optischen Achse (ausgedrückt als ein Prozentsatz entlang der vertikalen Achse, wobei der maximale Abstand von der optischen Achse innerhalb der Bildebene gleich 100 ist). Eine astigmatische Aberrationskurve zeigt den Betrag an Aberration entlang der horizontalen Achse (in mm Einheiten) für einen Abstand von der optischen Achse, ähnlich einer Verzeichnungsaberrationskurve. Der Astigmatismus ist als Aberrationsbeträge (in mm Einheiten) in der Meridionalebene und in der Sagittalebene dargestellt. Eine chromatische/sphärische Aberrationskurve zeigt den Betrag an Aberration entlang der horizontalen Achse (in mm Einheiten) für einen Einfallsabstand h (F-Zahl). In einer chromatischen/sphärischen Aberrationskurve sind die Aberrationsbeträge für die C-Linie (Licht der Wellenlänge 656,3 nm), die d-Linie (Licht der Wellenlänge 587,6 nm), die e-Linie (Licht der Wellenlänge 546,1 nm), der F-Linie (Licht der Wellenlänge 486,1 nm) und die g-Linie (Licht der Wellenlänge 435,8 nm) gezeigt. Das Brechungsvermögen ist das Brechungsvermögen für die d-Linie (Licht der Wellenlänge 587,6 nm).
Nachfolgend sind die Krümmungsradien der Linsenkomponenten (in mm Einheiten), die Abstände zwischen den Linsen (in mm Einheiten), das Brechungsvermögen des Linsenmaterials, die Abbe-Zahl des Linsenmaterials, die numerische Apertur und die asphärischen Koeffizienten für die Ausführungsform 1 bis 4 aufgelistet. In Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 4 ist die zusammengesetzte Brennweite f auf 1,0 mm eingestellt.
Nachfolgend sind die Charakteristiken jeder der Ausführungsformen beschrieben. In jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 wurde ZEONEX E48R (ZEONEX ist eine eingetragene Marke und E48R ist eine Produktnummer von Nippon Zeon Co., Ltd., nachfolgend einfach „Zeonex" genannt), das ein Cycloolefin-Kunststoff ist, die für die erste Linse L₁ und der zweite Linse L₂ verwendet wurde.
Darüber hinaus sind beide Oberflächen der ersten Linse L₁ und beide Oberflächen der zweiten Linse L₂ asphärisch. D.h. die Anzahl von asphärischen Oberflächen beträgt vier in jeder der Ausführungsformen.
Die Abbe-Zahl des Zeonex E48R-Materials der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ beträgt 56 (das Brechungsvermögen für die d-Linie ist 1,53). Aus Simulationsergebnissen wurde gefunden, daß wenn die Abbe-Zahl des Materials der Linsen in dem Bereich 30 bis 60 liegt, keine effektiven Unterschiede in der Aberration und anderen Linsenleistungsfähigkeitsparametern auftreten. D.h. es wurde gefunden, daß dann wenn die Abbe-Zahl innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegt, dann ein Abbildungsobjektiv gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, wobei verschiedene Aberrationen zufriedenstellend korrigiert sind, verglichen mit Abbildungsobjektiven aus dem Stand der Technik. Daher kann das Abbildungsobjektiv der vorliegenden Erfindung auch Polycarbonat als das Material der Linsenkomponenten verwenden.
Ein Filter ist zwischen das Linsensystem und die Bildebene eingefügt. Als Material dieses Filters wurde Glas (mit einer Brechkraft für die d-Linie von 1,5168) verwendet. Die verschiedenen nachfolgend erklärten Aberrationen wurden unter der Annahme des Vorhandenseins eines solchen Filters berechnet.
Ausführungsform 1

(A) Die Brennweite f₁ der ersten Linse L₁ beträgt 1,63 mm.
(B) Die Brennweite f₂ der zweiten Linse L₂ beträgt 1,74 mm.
(C) Die kombinierte Brennweite f aller Linsen beträgt 1,0 mm.
(D) Der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f beträgt 0,463 mm.
(E) Die optische Länge d beträgt 1,193 mm
(F) Der Abstand D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ beträgt 0,2738 mm.
(G) Die F-Zahl F_no beträgt 3,0.

Daher: f1/f2 = 1,63/1,74 = 0,9368 bf/f = 0,463/1,0 = 0,463 d/f = 1,193/1,0 = 1,193 D2/f = 0,2738/1,0 = 0,2738 Fno = 3,0
Daher erfüllt das Linsensystem aus Ausführungsform 1 alle der folgenden Bedingungsgleichungen (1) bis (5). 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0 (5)
Wie in Tabelle 1 dargestellt, ist die Aperturblende S₁ an dem Ort der ersten Oberfläche r₂ (die objektseitige Oberfläche) der ersten Linse L₁ vorgesehen. Die zweite Blende S₂ ist an dem Ort 0,1217 mm (d₃ = 0,1217 mm) hinter der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und 0,1521 mm (d₄ = 0,1521 mm) vor der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ vorgesehen, d.h. sie ist zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ eingefügt. Die F-Zahl beträgt 3,0 und die zusammengesetzte Brennweite f beträgt 1,0 mm.
2 ist eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 1. Die optische Länge beträgt 1,193 mm und der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite beträgt 0,463 mm, so daß eine angemessene Länge für die kombinierte Brennweite f sichergestellt werden kann. Der Wert von d₃ + d₄, welcher der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ ist, ist auf 0,2738 mm eingestellt, so daß ein ausreichender Abstand zum Einfügen der zweiten Blende S₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ verfügbar ist.
3 zeigt die Verzeichnungsaberrationskurve 20, 4 zeigt die astigmatischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 22 in der Meridionalebene und die Aberrationskurve 24 in der Sagittalebene) und 5 zeigt die chromatischen/sphärischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 26 für die C-Linie, die Aberrationskurve 28 für die d-Linie, die Aberrationskurve 30 für die e-Linie, die Aberrationskurve 32 für die F-Linie und die Aberrationskurve 34 für die g-Linie).
Die vertikalen Achsen der Aberrationskurven in 3 und 4 zeigen den Abstand der Bildhöhe von der optischen Achse als einen Prozentsatz. In 3 und 4 entsprechen 100%, 80%, 70% und 60% auf der vertikalen Achse 0,650 mm, 0,520 mm, 0,455 mm bzw. 0,390 mm. Die vertikale Achse in 5 bezeichnet den Einfallsabstand h (F-Zahl), dessen Maximum F 3,0 entspricht. Die horizontale Achse in 5 bezeichnet die Größe der Aberration.
Der absolute Wert der Verzeichnungsaberration ist maximal bei 3,78%, bei einer Bildhöhe von 80% (Bildhöhe 0,520 mm). Bei Bildhöhen von 0,650 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb 3,78%.
Der absolute Wert der astigmatischen Aberration ist maximal in der Sagittalebene bei 0,0292 mm, bei einer Bildhöhe von 80% (Bildhöhe 0,520 mm). Bei Bildhöhen von 0,650 mm oder wenier liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb con 0,0292 mm.
Der absolute Wert der chromatischen/sphärischen Aberration ist maximal bei 0,0355 mm, für die g-Linie bei einem Einfallsabstand h von 100% und der absolute Wert der Aberration ist überall innerhalb von 0,035 mm.
Ausführungsform 2

(A) Die Brennweite f₁ der ersten Linse L₁ beträgt 1,36 mm.
(B) Die Brennweite f₂ der zweiten Linse L₂ beträgt 2,48 mm.
(C) Die kombinierte Brennweite f aller Linsen beträgt 1,0 mm.
(D) Der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f beträgt 0,454 mm.
(E) Die optische Länge d beträgt 1,102 mm
(F) Der Abstand D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ beträgt 0,1727 mm.
(G) Die F-Zahl F_no beträgt 3,0.

Daher: f1/f2 = 1,36/2,48 = 0,5484 bf/f = 0,454/1,0 = 0,454 d/f = 1,102/1,0 = 1,102 D2/f = 0,1727/1,0 = 0,1727 Fno = 3,0
Daher erfüllt das Linsensystem aus Ausführungsform 2 alle der folgenden Bedingungsgleichungen (1) bis (5). 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0 (5)
Wie in Tabelle 2 dargestellt, ist die Apertur-Blende S₁ an der Position der ersten Oberfläche r₂ (die objektseitige Oberfläche) der ersten Linse L₁ vorgesehen. Die zweite Blende S₂ ist an dem Ort 0,1007 mm (d₃ = 0,1007 mm) hinter der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und 0,0720 mm (d₄ = 0,0720 mm) vor der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ vorgesehen, d.h. sie ist zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ eingefügt. Die F-Zahl beträgt 3,0 und die zusammengesetzte bzw. kombinierte Brennweite f beträgt 1,0 mm.
6 ist eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs der Ausführungsform 2. Die optische Länge beträgt 1,102 mm und der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite beträgt 0,454 mm, so daß eine angemessene Länge für die kombinierte Brennweite f sichergestellt ist. Der Wert von d₃ + d₄, welcher der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ ist, ist auf 0,1727 mm eingestellt, so daß ein ausreichender Abstand zum Einfügen der zweiten Blende S₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ gewährleistet ist.
7 zeigt die Verzeichnungsaberrationskurve 36, 8, die astigmatischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 38 in der Meridionalebene und die Aberrationskurve 40 in der Sagittalebene) und 9 zeigt die chromatischen/sphärischen Aberrationskurven (die Aberrations kurve 42 für die C-Linie, die Aberrationskurve 44 für die d-Linie, die Aberrationskurve 46 für die e-Linie, die Aberrationskurve 48 für die F-Linie und die Aberrationskurve 50 für die g-Linie).
Die vertikalen Achsen der Aberrationskurven in 7 und 8 bezeichnen den Abstand von der optischen Achse der Bildhöhe als einen Prozentsatz. In 7 und in 8 entsprechen 100%, 80%, 70% und 60% den vertikalen Achsen 0,650 mm, 0,520 mm, 0,455 m bzw. 0,390 mm. Die vertikale Achse in 9 bezeichnet den Einfallsabstand h (F-Zahl), das Maximum entspricht F 3,0. Die horizontale Achse in 9 bezeichnet die Stärke der Aberration.
Der absolute Wert der Verzeichnungsaberration ist maximal bei 3,63% bei einer Bildhöhe von 100% (Bildhöhe 0,650 mm). Bei Bildhöhen von 0,650 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 3,63%.
Der absolute Wert der astigmatischen Aberration ist maximal in der Meridionalebene bei 0,0399 mm, bei einer Bildhöhe von 100% (Bildhöhe 0,650 mm). Bei Bildhöhen von 0,650 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 0,0399 mm.
Der absolute Wert der chromatischen/sphärischen Aberration ist maximal bei 0,0300 mm für die g-Linie bei einem Einfallsabstand h von 100%, und der absolute Wert der Aberration liegt überall innerhalb von 0,0300 mm.
Ausführungsform 3

(A). Die Brennweite f₁ der ersten Linse L₁ beträgt 1,29 mm.
(B) Die Brennweite f₂ der zweiten Linse L₂ beträgt 2,89 mm.
(C) Die kombinierte Brennweite f aller Linsen beträgt 1,0 mm.
(D) Der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f beträgt 0,462 mm.
(E) Die optische Länge d beträgt 1,079 mm
(F) Der Abstand D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ beträgt 0,1435 mm.
(G) Die F-Zahl F_no beträgt 3,0.

Daher: f1/f2 = 1,29/2,89 = 0,4464 bf/f = 0,462/1,0 = 0,462 d/f = 1,079/1,0 = 1,079 D2/f = 0,11431,0 = 0,1435 Fno = 3,0
Daher erfüllt das Linsensystem aus Ausführungsform 3 alle der folgenden Bedingungsgleichungen (1) bis (5). 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0 (5)
Wie in Tabelle 3 angegeben, ist die Apertur-Blende S₁ an der Position der ersten Oberfläche r₂ (der objektseitige Oberfläche) der ersten Linse L₁ vorgesehen. Die zweite Blende S₂ ist an der Position 0,0861 mm (d₃ = 0,0861 mm) hinter der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und 0,0574 mm (d₄ = 0,0574 mm) vor der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ vorgesehen, d.h. sie ist zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ eingefügt. Die F-Zahl beträgt 3,0 und die kombinierte Brennweite f beträgt 1,0 mm.
10 ist eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs gemäß Ausführungsform 3. Die optische Länge beträgt 1,079 mm und der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite beträgt 0,462 mm, so daß eine angemessene Länge für die kombinierte Brennweite f sichergestellt ist. Der Wert von d₃ + d₄, welcher der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ ist, ist auf 0,1435 mm eingestellt, so daß ein ausreichender Abstand zum Einfügen der zweiten Blende S₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ gewährleistet ist.
11 zeigt die Verzeichnungsaberrationskurve 52, 12 die astigmatischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 54 in der Meridionalebene und die Aberrationskurve 56 in der Sagittalebene) und 13 zeigt die chromatischen/sphärischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 58 für die C-Linie, die Aberrationskurve 60 für die d-Linie, die Aberrationskurve 62 für die e-Linie, die Aberrationskurve 64 für die F-Linie und die Aberrationskurve 66 für die g-Linie).
Die vertikalen Achsen der Aberrationskurven in 11 und 12 bezeichnen den Abstand von der optischen Achse der Bildhöhe als einen Prozentsatz und jede vertikale Achse bezeichnet die Aberration in Prozentangaben und in mm Einheiten. In 11 und in 12 entsprechen 100%, 80%, 70% und 60% auf den vertikalen Achsen 0,645 mm, 0,516 mm, 0,451 m bzw. 0,387 mm. Die vertikale Achse in 13 bezeichnet den Einfallsabstand h (F-Zahl), das Maximum entspricht F3,0. Die horizontale Achse in 13 bezeichnet die Stärke der Aberration.
Der absolute Wert der Verzeichnungsaberration ist maximal bei 3,07% bei einer Bildhöhe von 100% (Bildhöhe 0,645 mm). Bei Bildhöhen von 0,645 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 3,07%.
Der absolute Wert der astigmatischen Aberration ist in der Sagittalebene maximal bei 0,0261 mm bei einer Bildhöhe von 60% (Bildhöhe 0,387 mm). Bei Bildhöhen von 0,645 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 0,0261 mm.
Der absolute Wert der chromatischen/sphärischen Aberration ist maximal bei 0,0258 mm für die g-Linie bei einem Einfallsabstand h von 50%, und der absolute Wert der Aberration liegt überall innerhalb von 0,0258 mm.
Ausführungsform 4

(A) Die Brennweite f₁ der ersten Linse L₁ beträgt 1,26 mm.
(B) Die Brennweite f₂ der zweiten Linse L₂ beträgt 3,19 mm.
(C) Die kombinierte Brennweite f aller Linsen beträgt 1,0 mm.
(D) Der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite b_f beträgt 0,459 mm.
(E) Die optische Länge d beträgt 1,076 mm.
(F) Der Abstand D₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ beträgt 0,1435 mm.
(G) Die F-Zahl F_no beträgt 3,0.

Daher: f1/f2 = 1,26/3,19 = 0,3950 bf/f = 0,459/1,0 = 0,459 d/f = 1,076/1,0 = 1,0762 D2/f = 0,1435/1,0 = 0,1435 Fno = 3,0
Daher erfüllt das Linsensystem aus Ausführungsform 3 alle der folgenden Bedingungsgleichungen (1) bis (5). 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0 (5)
Wie in Tabelle 4 dargestellt, ist die Apertur-Blende S₁ an der Position der ersten Oberfläche r₂ (der objektseitige Oberfläche) der ersten Linse L₁ vorgesehen. Die zweite Blende S₂ ist an dem Ort 0,0861 mm (d₃ = 0,0861 mm) hinter der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und 0,0574 mm (d₄ = 0,0574 mm) vor der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ vorgesehen, d.h. sie ist zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ eingefügt. Die F-Zahl beträgt 3,0 und die kombinierte Brennweite f beträgt 1,0 mm.
14 ist eine Querschnittsansicht des Abbildungsobjektivs aus Ausführungsform 4. Die optische Länge beträgt 1,076 mm und der Brennpunktabstand von der Objektivrückseite beträgt 0,459 mm, so daß eine angemessene Länge für die kombinierte Brennweite f sichergestellt ist. Der Wert von d₃ + d₄, welcher der Abstand zwischen der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ ist, ist auf 0,1435 mm eingestellt, so daß ein ausreichender Abstand zum Einfügen der zweiten Blende S₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ gewährleistet ist.
15 zeigt die Verzeichnungsaberrationskurve 68, 16 die astigmatischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 70 in der Meridionalebene und die Aberrationskurve 72 in der Sagittalebene) und 17 zeigt die chromatischen/sphärischen Aberrationskurven (die Aberrationskurve 74 für die C-Linie, die Aberrationskurve 76 für die d-Linie, die Aberrationskurve 78 für die e-Linie, die Aberrationskurve 80 für die F-Linie und die Aberrationskurve 82 für die g-Linie).
Die vertikalen Achsen der Aberrationskurven in 15 und 16 geben den Abstand von der optischen Achse der Bildhöhe als ein Prozentsatz an. In 15 und in 16 entsprechen 100%, 80%, 70% und 60% den vertikalen Achsen 0,645 mm, 0,516 mm, 0,451 m bzw. 0,387 mm. Die vertikale Achse in 17 bezeichnet den Einfallsabstand h (F-Zahl), das Maximum entspricht F 3,0. Die horizontale Achse in 17 bezeichnet die Stärke der Aberration.
Der absolute Wert der Verzeichnungsaberration ist maximal bei 2,53% bei einer Bildhöhe von 100% (Bildhöhe 0,645 mm). Bei Bildhöhen von 0,645 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 2,35%.
Der absolute Wert der astigmatischen Aberration ist maximal in der Meridionalebene bei 0,0461 mm, bei einer Bildhöhe von 100% (Bildhöhe 0,645 mm). Bei Bildhöhen von 0,645 mm oder weniger liegt der absolute Wert der Aberration innerhalb von 0,0461 mm.
Der absolute Wert der chromatischen/sphärischen Aberration ist maximal bei 0,0446 mm, für die g-Linie bei einem Einfallsabstand h von 100%, und der absolute Wert der Aberration liegt überall innerhalb von 0,0446 mm.
Daher ermöglicht, wie oben erklärt, die vorliegende Erfindung die Realisierung eines Abbildungsobjektivs, bei dem verschiedene Aberrationen zufriedenstellend korrigiert sind und wobei das Verhältnis der optischen Länge zu der kombinierten Brennweite des Abbildungsobjektivsystems höchstens ungefähr 1,2 beträgt (sogar nur 1,193 für das Abbildungsobjektiv gemäß Ausführungsform 1, für welches das Verhältnis am größten war) und das für die Verwendung in kleinen CCD-Kameras geeignet ist, die zum Einbau in tragbare Telefone oder ähnliches geeignet ist.
Auf der anderen Seite beträgt das Verhältnis des Brennpunktabstands von der Objektivrückseite zu der kombinierten Brennweite des Abbildungslinsensystems auch ungefähr 0,46 (0,454 sogar für das Abbildungsobjektiv gemäß Ausführungsform 2, für welches das Verhältnis am kleinsten war), so daß eine angemessene Länge gewährleistet werden konnte. D.h. mit Hilfe eines Abbildungsobjektivs gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein ausreichender Brennpunktabstand von der Objektivrückseite gewährleistet, so daß das Einfügen des Deckglases 12 oder anderer Komponenten zwischen der bildseitigen Oberfläche r₆ der zweiten Linse L₂ und der Bildebene möglich ist, so wie in jeder der oben genannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Auch ist der Wert von D₂/f, welcher das Verhältnis des Abstands zwischen der zweiten Oberfläche r₃ der ersten Linse L₁ und der ersten Oberfläche r₅ der zweiten Linse L₂ zu der Brennweite f für das gesamte Abbildungslinsensystem ist, auf ungefähr 0,14 bis 0,28 eingestellt und er ist in den Ausführungsformen 3 und 4 sogar auf 0,1435 eingestellt, in denen das Verhältnis auf seinen kleinsten Wert eingestellt ist. D.h. ein ausreichender Abstand zum Einfügen einer zweiten Blende S₂ zwischen der ersten Linse L₁ und der zweiten Linse L₂ ist sichergestellt.
Darüber hinaus kann ein Abbildungsobjektiv gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Linsen verwenden, die aus Material mit einer Abbe-Zahl von 30 bis 60 gebildet sind, so daß Cycloolefin-Kunststoff- oder Polycarbonatmaterial als Linsenmaterialien verwendet werden können. Folglich gibt es keine Notwendigkeit, teures asphärisch gegossenes Glas zu verwenden, so daß eine Herstellung mit niedrigen Kosten möglich wird und das Linsengewicht auch reduziert wird.
Es ist aus der vorangegangenen Erklärung klar, daß ein Abbildungsobjektiv gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als geeignet für Anwendungen, wie einem Kameraobjektiv zum Einbau nicht nur in tragbare Telefone, Personalcomputer und Digitalkameras, sondern auch als ein Kameraobjektiv zum Einbau in PDAs (Personal Digital Assistants), als ein Kameraobjektiv zum Einbau in Spielzeug, welches Bilderfassungsfunktionen aufweist und als ein Kameraobjektiv zum Einbau in Überwachungs-, Prüf- und Kriminalitätsvorbeugungseinrichtungen geeignet ist.

Claims

Abbildungsobjektiv mit einer Aperturblende (S₁), einer ersten Linse (L₁), einer zweiten Blende (S₂) und einer zweiten Linse (L₂) und wobei das Abbildungsobjektiv durch Anordnen der Aperturblende (S₁), der ersten Linse (L₁), der zweiten Blende (S₂) und der zweiten Linse (L₂) in der Reihenfolge von der Objektseite zu der Bildseite hin eingerichtet ist, die erste Linse (L₁) eine Meniskusform hat, wobei die konvexe Oberfläche zu der Objektseite hin zeigt, und eine positive Brechkraft hat, die zweite Linse (L₂) eine Meniskusform hat, wobei die konvexe Oberfläche zu der Objektseite hin zeigt, und eine positive Brechkraft hat und beide Oberflächen der ersten Linse (L₁) und beide Oberflächen der zweiten Linse (L₂) asphärisch sind und die folgenden Bedingungen erfüllen: 0,3 < f1/f2 < 1,0 (1) 0,4 < bf/f < 0,5 (2) 1,0 < d/f < 1,3 (3) 0,12 < D2/f < 0,30 (4) 2,0 < Fno < 4,0, (5)wobei f die kombinierte Brennweite des Abbildungsobjektivs ist, f₁ die Brennweite der ersten Linse (L₁) ist, f₂ die Brennweite der zweiten Linse (L₂) ist, b_f der Abstand (in Luft) von der bildseitigen Oberfläche der zweiten Linse (L₂) zu der Bildebene ist, d der Abstand (in Luft) von der objektseitigen Oberfläche der ersten Linse (L₁) zu der Bildebene ist, D₂ der Abstand zwischen der ersten Linse (L₁) und der zweiten Linse (L₂) ist und F_no die F-Zahl ist.
Abbildungsobjektiv gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (L₁) und die zweite Linse (L₂), welche das Abbildungsobjektiv bilden, aus einem Material mit einer Abbé-Zahl zwischen 30 und 60 gebildet sind.
Abbildungsobjektiv gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (L₁) und die zweite Linse (L₂), welche das Abbildungsobjektiv bilden, aus Cycloolefinplastik- oder Polycarbonatmaterialien gebildet sind.
Abbildungsobjektiv gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (L₁) und die zweite Linse (L₂), welche das Abbildungsobjektiv bilden, aus Cycloolefinkunststoff- oder Polycarbonatmaterialien gebildet sind.