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Patent Searching and Data


Title:
COMPACT LENS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197528
Kind Code:
A1
Abstract:
A lens, in particular for a mirrorless system camera, is provided, wherein the lens (1) comprises a first lens element (7) having positive refractive power, a second lens element (8) having negative refractive power, a third lens element (9) having positive refractive power and a fourth lens element (10) having negative refractive power, wherein the lens elements (7-10) are arranged one after another in the stated order proceeding from the object side along an optical axis (OA) of the lens (1), wherein the first and second lens elements (7, 8) form a first optical unit group (11) having positive refractive power and the third and fourth lens elements (9, 10) form a second optical unit group (12) having positive refractive power, wherein a first stop (13) is arranged between the second and third lens elements (8, 9), and the optical unit groups (11, 12) are displaceable independently of one another, at least one of the lens elements (7-10) is displaceable independently of the other lens elements (7-10) and/or the first stop (13) is displaceable independently of the other lens elements (7-10) along the optical axis (OA) in order to change the focus position and/or the imaging performance.

Inventors:
MEHNERT, Henning (Langertstrasse 45, Oberkochen, 73447, DE)
STEINICH, Thomas (Herbststrasse 29, Heilbronn, 74072, DE)
Application Number:
EP2019/059243
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 11, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CARL ZEISS AG (Carl-Zeiss-Straße 22, Oberkochen, 73447, DE)
International Classes:
G02B9/34; G02B13/00
Foreign References:
US6031669A2000-02-29
US4568151A1986-02-04
US5862000A1999-01-19
US4606607A1986-08-19
US5499142A1996-03-12
US4359271A1982-11-16
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE GEYER, FEHNERS & PARTNER MBB (Perhamerstraße 31, München, 80687, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Objektiv, insbesondere für eine spiegellose Systemkamera, mit

einer ersten Linse (7) mit positiver Brechkraft,

einer zweiten Linse (8) mit negativer Brechkraft,

einer dritten Linse (9) mit positiver Brechkraft und

einer vierten Linse (10) mit negativer Brechkraft,

wobei die Linsen (7-10) in der genannten Reihenfolge ausgehend von der Objektseite entlang einer optischen Achse (OA) des Objektivs (1 ) hintereinander angeordnet sind, wobei die erste und zweite Linse (7, 8) eine erste Optikgruppe (11 ) mit positiver Brechkraft sowie die dritte und vierte Linse (9, 10) eine zweite Optikgruppe (12) mit positiver Brechkraft bilden,

wobei zwischen der zweiten und dritten Linse (8, 9) eine erste Blende (13) angeordnet ist und

die Optikgruppen (11 , 12) unabhängig voneinander, mindestens eine der Linsen (7-10) unabhängig von den anderen Linsen (7-10) und/oder die erste Blende (13) unabhängig von den anderen Linsen (7-10) entlang der optischen Achse (OA) verschiebbar ist/sind, um die Fokusposition und/oder die Abbildungsleistung zu ändern.

Objektiv nach Anspruch 1 , wobei

die Verschiebbarkeit von mindestens zwei Elementen einer Objektivgruppe, die die Linsen (7-10), die Optikgruppen (11 , 12) und die erste Blende (13) umfasst, so vorgegeben ist, dass sie stets nur in derselben Richtung um unterschiedliche

Wegstrecken verschiebbar sind.

Objektiv nach Anspruch 2, wobei

die Verschiebbarkeit der beiden Optikgruppen (1 1 , 12) so vorgegeben ist, dass die Wegstrecke, um die die erste Optikgruppe (11 ) zur Änderung von einer ersten zu einer zweiten Fokusposition verschoben wird, größer ist als die Wegstrecke, um die die zweite Optikgruppe (12) zur Änderung von der ersten zur zweiten Fokusposition verschoben wird.

4. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, bei dem mindestens eine der Grenzflächen der Linsen (7, 8) der ersten Optikgruppe (1 1 ) und/oder mindestens eine der Grenzflächen der Linsen (9, 10) der zweiten Optikgruppe (12) jeweils asphärisch gekrümmt ist.

5. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Linse (7, 8) mit einem nicht änderbaren Abstand voneinander beabstandet sind und dritte und vierte Linse (9, 10) mit einem nicht änderbaren Abstand voneinander beabstandet sind.

6. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei die erste Blende (13) Bestandteil der zweiten Optikgruppe (12) und mit dieser entlang der optischen Achse (OA) verschiebbar ist.

7. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine zweite Blende (14) angeordnet ist und die in ihrem Durchmesser änderbar ist und/oder die entlang der optischen Achse (OA) verschiebbar ist.

8. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei der Durchmesser der ersten Blende (13) änderbar ist.

9. Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Durchmesser der ersten Blende (13) nicht änderbar ist und somit einen festen Wert aufweist.

10. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Objektiv (1 ) mit fester Brennweite ausgebildet und die Brennweite so gewählt ist, dass bei einem an der Systemkamera (3), die einen Bildsensor (6) aufweist, montierten Zustand des Objektivs (1 ) das Verhältnis von Schnittweite, die der Abstand der dem Bildsensor (6) zugewandten Grenzfläche (G8) der vierten Linse (10) zum Bildsensor (6) der Systemkamera (3) ist, folgende

Ungleichung erfüllt:

0,2 < Schnittweite/Brennweite < 0,55.

11 . Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Objektiv (1 ) so ausgelegt ist, dass der halbe diagonale Bildwinkel (w) folgende Ungleichung erfüllt:

20° < w < 30°.

12. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Objektiv (1 ) so ausgelegt ist, dass die F-Zahl folgende Ungleichung erfüllt: 2,0 < F-Zahl < 4,0.

13. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, wobei das Objektiv (1 ) so ausgelegt ist, dass sowohl die Bildfeldwölbung als die sphärische Aberration in einem Bereich mit einer Breite von nicht mehr als 0,26 mm für einen Bildkreisdurchmesser von 43 mm liegen und sie sich jeweils direkt proportional zur Skalierung des Gesamtsystems ändern.

14. Objektiv nach einem der obigen Ansprüche, bei dem

für jedes zu bewegende Element einer Objektivgruppe, die die Linsen (7-10), die Optikgruppen (11 , 12) und die erste und zweite Blende (13) umfasst, ein Aktuator (15,

16) zur Bewegung des entsprechenden Elementes der Objektivgruppe vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit (17) den bzw. die Aktuatoren (15, 16) zur Änderung der

Fokuslage und/oder der Abbildungsleistung ansteuert.

15. Kamera mit

einem Objektiv (1 ) nach einem der obigen Ansprüche und einem Bildsensor (6).

16. Kamera nach Anspruch 15, wobei

zwischen dem Objektiv (1 ) und dem Bildsensor (6) kein wegklappbarer Spiegel angeordnet ist.

17. Optisches System mit

einem Objektiv (1 ) nach einem der Ansprüche 1 -14 und mindestens einem der

Zubehörelemente aus der folgenden Gruppe:

a. Makrolinse

b. USB Dock

c. Blende insbesondere Gegenlichtblende und Sonnenblende,

d. Extender

e. Zoom Adapter

f. Telekonverter

g. Autofokus-Einheit

18. Verwendung des Objektives nach einem der Ansprüche 1 -14 auf mindestens einem der folgenden Gebiete:

a. Industrielle Fotographie

b. Kinematographie

c. Kraftfahrzeuge

d. Automation, insbesondere Positionierung,

e. Werkzeugmaschinen

f. Luft- & Raumfahrt g. Medizinische Sensorik h. Elektrofotografie

Description:
Kompaktes Objektiv

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektiv, insbesondere für eine spiegellose

Systemkamera. Weiter betrifft die Erfindung eine Kamera und ein optisches System, welches das Objektiv umfasst, als auch eine Verwendung des Objektivs auf unterschiedlichen Gebieten.

Da im Vergleich zu Spiegelreflexkameras bei einer spiegellosen Systemkamera kein

Klappspiegel mehr vorhanden ist, ist bei spiegellosen Systemkameras die Schnittweite (der Abstand zwischen der Linse des Objektivs, die am nächsten zum Bildsensor ist, und dem Bildsensor) geringer als bei Spiegelreflexkameras.

Es soll daher ein Objektiv, insbesondere für eine spiegellose Systemkamera, bereitgestellt werden, dass diese geringere Schnittweite berücksichtigt, möglichst kompakt ist und gleichzeitig gute Abbildungseigenschaften bereitstellt. Ferner soll eine spiegellose Systemkamera mit einem solchen Objektiv bereitgestellt werden.

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 , 15, 17 und 18 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Objektiv, insbesondere für eine spiegellose Systemkamera, weist eine erste Linse mit positiver Brechkraft, eine zweite Linse mit negativer Brechkraft, eine dritte Linse mit positiver Brechkraft und eine vierte Linse mit negativer Brechkraft auf, wobei die Linsen in der genannten Reihenfolge ausgehend von der Objektseite entlang einer optischen Achse des Objektivs hintereinander angeordnet sind. Die erste und zweite Linse bilden eine erste

Optikgruppe mit positiver Brechkraft. Die dritte und vierte Linse bilden eine zweite Optikgruppe mit ebenfalls positiver Brechkraft. Zwischen der zweiten und dritten Linse ist eine erste Blende angeordnet, wobei die Optikgruppen unabhängig voneinander, mindestens eine der Linsen unabhängig von den anderen Linsen und/oder die erste Blende unabhängig von den anderen Linsen entlang der optischen Achse verschiebbar ist/sind, um die Fokusposition und/oder die Abbildungsleistung zu ändern.

Mit diesem Aufbau kann ein sehr kompaktes Objektiv mit guten Abbildungseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Objektiv wenig Linsen (z.B. genau die vier Linsen) aufweisen, wodurch das Objektiv kompakt und mit geringem Gewicht bereitgestellt werden kann. Die Linsen können einen kleinen Linsendurchmesser aufweisen, was wiederum zu einer reduzierender Große und Gewicht führen kann.

Die Änderung der Abbildungsleistung kann insbesondere ein Verbessern der

Abbildungsleistung sein. Unter der Abbildungsleistung des Objektivs wird hier insbesondere das allgemeine Vermögen des Objektivs verstanden, ein Abbild (bzw. eine Abbildung) bestimmter Güte oder Qualität zu liefern. Die Abbildungsleistung ist z.B. höher je geringer ein oder mehrere Abbildungsfehler, wie z.B. sphärische Aberration, Astigmatismus, Koma, Bildfeldwölbung, Verzeichnung, Farbquerfehler, Farblängsfehler und/oder Gaußfehler, sind.

Die Verschiebbarkeit von mindestens zwei Elementen einer Objektivgruppe, die die Linsen, die Optikgruppen und die erste Blende umfasst, kann insbesondere so vorgegeben sein, dass sie (z.B. die beiden Optikgruppen) stets nur in derselben Richtung um unterschiedliche

Wegstrecken verschiebbar sind.

Die Verschiebbarkeit der beiden Optikgruppen kann insbesondere so vorgesehen sein, dass die Wegstrecke, um die die erste Optikgruppe zur Änderung von einer ersten zu einer zweiten Fokusposition verschoben wird, größer ist als die Wegstrecke, um die die zweite Optikgruppe zur Änderung von der ersten zur zweiten Fokusposition verschoben wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Objektiv kann mindestens eine der Grenzflächen der Linsen der ersten Optikgruppe und/oder mindestens eine der Grenzflächen der Linsen der zweiten Optikgruppe asphärisch gekrümmt sein. Es können natürlich auch mehrere Grenzflächen der Linsen der ersten Optikgruppe sowie mehrere Grenzflächen der Linsen der zweiten

Optikgruppe asphärisch gekrümmt sein. Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn eine

Grenzfläche der Linsen der ersten Optikgruppe sowie zwei Grenzflächen der Linsen der zweiten Optikgruppe asphärisch gekrümmt sind. Eine asphärisch gekrümmte Grenzfläche ist bevorzugt eine rotationssymmetrische asphärische Grenzfläche.

Die restlichen Grenzflächen der Linsen sind bevorzugt sphärisch gekrümmt.

Die beiden Optikgruppen sind insbesondere so ausgebildet, dass die jeweiligen beiden Linsen voneinander beabstandet angeordnet sind und ihr Abstand nicht änderbar ist. Man kann auch sagen, dass die beiden Optikgruppen frei von verkitteten Grenzflächen sein können.

Die erste Blende (die z.B. eine Aperturblende ist) kann Bestandteil der ersten oder der zweiten Optikgruppe und mit dieser entlang der optischen Achse verschiebbar sein. Insbesondere ist der Abstand der ersten Blende zur dritten Linse nicht änderbar. Ferner kann in dem Objektiv eine zweite Blende für eine Optimierung der Abbildungsleistung angeordnet sein. In der vorzuweisenden Ausführungsform ist die zweite Blende als eine Komablende ausgebildet und sie ist der Bestandteil der zweiten Optikgruppe und mit dieser entlang der optischen Achse verschiebbar. Der Abstand der Komablende zur dritten Linse kann veränderbar oder nicht veränderbar sein. Die Komablende kann auch zur ersten Optikgruppe gehören. Ferner kann neben mindestens einer der Linsen, neben mindestens einer der Optikgruppen und/oder neben der ersten Blende eine zweite oder weitere Blende angeordnet sein.

Die Aperturblende kann so ausgebildet sein, dass ihr Durchmesser änderbar ist. Die

Komablende ist bevorzugt so ausgebildet, dass ihr Durchmesser nicht änderbar ist. Natürlich kann die erste Blende, die zweite Blende und jede weitere Blende entweder mit änderbarem Durchmesser oder mit nicht änderbarem Durchmesser ausgebildet sein.

Ferner kann das erfindungsgemäße Objektiv mit fester Brennweite ausgebildet und die Brennweite so gewählt sein, dass bei einem an der Systemkamera, die einen Bildsensor aufweist, montierten Zustand des Objektivs das Verhältnis von Schnittweite, die der Abstand der dem Bildsensor zugewandten Grenzfläche der vierten Linse zum Bildsensor der

Systemkamera ist, folgende Ungleichung erfüllt: 0,2 < Schnittweite/Brennweite < 0,55.

Insbesondere kann folgende Ungleichung erfüllt sein : 0,2 < Schnittweite/Brennweite < 0,4.

Das Objektiv kann so ausgelegt sein, dass der halbe diagonale Bildwinkel größer oder gleich als 20° und kleiner oder gleich als 30° ist.

Das Objektiv kann einen ersten Aktuator zur Bewegung der ersten Optikgruppe und einen zweiten Aktuator zur Bewegung der zweiten Optikgruppe sowie eine Steuereinheit zur

Steuerung der Aktuatoren aufweisen, wobei die Steuereinheit die Aktuatoren zur Änderung der Fokuslage stets so ansteuert, dass beide Optikgruppen nur in derselben Richtung aber um unterschiedliche Wegstrecken verschoben werden. Somit werden beide Optikgruppen entweder zum Bildsensor oder weg vom Bildsensor bewegt.

Das Objektiv kann für jedes zu bewegende Element einer Objektivgruppe, die die Linsen, die Optikgruppen und die erste Blende umfasst, einen Aktuator zur Bewegung des entsprechenden Elementes der Objektivgruppe aufweisen, wobei die Steuereinheit den bzw. die Aktuatoren zur Änderung der Fokuslage und/oder der Abbildungsleistung ansteuert. Das Objektiv kann so ausgebildet sein, dass in einem Speicher (beispielsweise in einem Speicher der Steuereinheit) die möglichen Positionen der beiden Optikgruppen abgelegt sind und die Steuereinheit basierend darauf die entsprechende Verschiebung zur Änderung der Fokuslage durchführt.

Die Linsen des erfindungsgemäßen Objektives können als Glas-Linsen oder Kunststoff-Linsen ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Objektiv kann so ausgebildet sein, dass es genau vier Linsen aufweist.

Es wird ferner eine Kamera (insbesondere eine spiegellose Systemkamera) mit einem erfindungsgemäßen Objektiv (einschließlich aller Weiterbildungen) und einem Bildsensor bereitgestellt.

Die spiegellose Systemkamera ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor frei von einem Klappspiegel (bzw. einem wegklappbaren Spiegel), wie er beispielsweise bei Spiegelreflexkameras vorgesehen ist, ist. Somit ist zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor kein Klappspiegel vorgesehen. Alternativ kann, falls Bedarf besteht, das Objektiv an eine Spiegelreflexkamera mittels eines passenden Adapters gekoppelt werden. In diesem Fall kann der Adapter eine optische Anordnung mit zusätzlichen optischen Elementen, wie z.B. Linsen, Spiegeln (auch dichroitischen), Prismen, Blenden und/oder diffraktiven optischen Elementen, umfassen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines

Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen spiegellosen Systemkamera 3 mit einem erfindungsgemäßen Objektiv 1 ;

Fig. 2 einen schematischen Linsenschnitt des erfindungsgemäßen Objektivs 1 , wobei das Objektiv 1 nach unendlich fokussiert ist;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 in gleicher Weise wie in Fig. 2, wobei das Objektiv 1 in den Nahbereich fokussiert ist; Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Bildfeldwölbung des erfindungsgemäßen

Objektivsl für die in Fig. 2 gezeigte Fokusstellung;

Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Verzeichnung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 für die in Fig. 2 gezeigte Fokusstellung;

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der sphärischen Aberration des erfindungsgemäßen Objektivs 1 für die in Fig. 2 gezeigte Fokusstellung;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Bildwölbung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 für die in Fig. 3 gezeigte Fokusstellung;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Verzeichnung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 für die in Fig. 3 gezeigte Fokusstellung; Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der sphärischen Aberration des erfindungsgemäßen Objektivs 1 für die in Fig. 3 gezeigte Fokusstellung;

Fig. 10 einen schematischen Linsenschnitt des erfindungsgemäßen Objektivs 1 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei das Objektiv 1 nach unendlich fokussiert ist; Fig. 11 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen spiegellosen Systemkamera 3 mit einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 ; Fig. 12 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen spiegellosen Systemkamera 3 mit einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 ;

Fig. 13 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen spiegellosen Systemkamera 3 mit einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 ;

Fig. 14 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivs 1 in gleicher Art wie in der Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 15 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivs 1 in gleicher Art wie in der Darstellung gemäß Fig. 2;

Fig. 16 ein Diagramm zur Erläuterung der Bildfeldwölbung des erfindungsgemäßen

Objektivs 1 von Fig. 15;

Fig. 17 ein Diagramm zur Erläuterung der Verzeichnung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 gemäß Fig. 15, und

Fig. 18 ein Diagramm zur Erläuterung der sphärischen Aberration des erfindungsgemäßen Objektivs 1 gemäß Fig. 15.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein erfindungsgemäßes Objektiv 1 an einem Gehäuse 2 einer spiegellosen Systemkamera 3 montiert. Auf der Oberseite des Gehäuses 2 ist ein Auslöser 4 und an der Rückseite ein Bildschirm 5 angeordnet. Im Gehäuse 2 ist ein schematisch angedeuteter Bildsensor 6 angeordnet.

Bei der spiegellosen Systemkamera 3 ist zwischen dem Objektiv 1 und dem Bildsensor 6 kein Klappspiegel mehr vorgesehen, wie dies bei Spiegelreflexkameras der Fall ist, so dass die spiegellose Systemkamera 3 keinen optischen Sucher mehr aufweist. Die Funktion des Suchers wird über den Bildschirm 5 realisiert, der das Bild des Bildsensors 6 darstellt. Aufgrund des Wegfalls des Klappspiegels ist die Bautiefe der spiegellosen Systemkamera 3 kleiner als bei einer Spiegelreflexkamera, so dass dies beim Design von Objektiven für spiegellose Systemkameras 3 berücksichtigt werden kann.

In Fig. 2 ist ein schematischer Linsenschnitt des Objektivs 1 für eine Fokuseinstellung unendlich gezeigt. Wie der Darstellung in Fig. 2 entnommen werden kann, weist das Objektiv 1 eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Linse 7, 8, 9, 10 auf, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der Objektseite entlang einer optischen Achse OA des Objektivs 1 hintereinander angeordnet sind.

Die erste und dritte Linse 7, 9 weisen jeweils positive Brechkraft und die zweite und vierte Linse

8, 10 weisen jeweils negative Brechkraft auf.

Die erste und zweite Linse 7, 8 sind voneinander beabstandet angeordnet und bilden eine erste Optikgruppe 1 1 , die entlang der optischen Achse OA verschiebbar ist, wobei der Abstand der beiden Linsen 7, 8 dabei konstant bleibt. Die dritte und vierte Linse 9, 10 bilden eine zweite Optikgruppe 12 und sind voneinander beabstandet. Die zweite Optikgruppe 12 ist entlang der optischen Achse OA verschiebbar angeordnet, wobei der Abstand der dritten und vierten Linse

9, 10 dabei konstant bleibt. Zwischen der zweiten und dritten Linse 8 und 9 ist eine

Aperturblende 13 mit verstellbarem Durchmesser sowie eine Komablende 14 mit konstantem Durchmesser angeordnet.

Die Aperturblende 13 ist von der Komablende 14 beabstandet und die Komablende 14 ist von der dritten Linse 9 beabstandet. Sowohl die Aperturblende 13 als auch die Komablende 14 sind Teil der zweiten Optikgruppe 12 und werden bei der Bewegung der zweiten Optikgruppe 12 ebenfalls bewegt, wobei die Abstände der Aperturblende 13 und der Komablende 14 von der dritten Linse 9 konstant bleiben.

Sowohl die erste Optikgruppe 1 1 als auch die zweite Optikgruppe 12 weist jeweils positive Brechkraft auf.

Die vier Linsen 7-10 weisen jeweils zwei Grenzflächen auf, die ausgehend von der Objektseite entlang der optischen Achse OA zum Bildsensor 6 hin mit dem Bezugszeichen G1 , G2, ...G8 bezeichnet sind. Die Grenzfläche G4 der zweiten Linse 8 sowie beide Grenzflächen G7 und G8 der vierten Linse 10 sind jeweils asphärisch gekrümmt. Die restlichen Grenzflächen G1 , G2,

G3, G5 und G6 sind jeweils sphärisch gekrümmt.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Abstände der Grenzflächen G1 -G8, der Blenden 13, 14 bezogen auf den Sensor 6 entlang der optischen Achse OA sowie die Krümmungsradien und die Brechungsindizes und die Abbe-Zahlen angegeben. Alternativ können die Linsen beispielweise aus folgenden Materialien: Polystyrol, Polyvinylacetat, Polypropylen,

Polycarbonat, Polymethylmethacrylat oder Cycloolefin-Copolymer hergestellt werden. Tabelle 1 :

In den nachfolgenden Tabellen für die asphärisch gekrümmten Grenzflächen G4, G7 und G8 sind die Werte der Koeffizienten a\ der Asphärengleichung angegeben, wobei z die Flöhe der Asphäre, c die Krümmung (am Scheitel), r der radiale Abstand und ai Asphärenkoeffizienten sind. Alle Koeffizienten ai, die nicht in den Tabellen angegeben sind, sind Null.

Fläche G4:

Fläche G7:

Fläche G8:

Das Objektiv 1 weist eine feste Brennweite auf, die insbesondere so gewählt ist, dass der halbe diagonale Bildwinkel kleiner oder gleich als 30° und größer oder gleich als 20° ist.

Der beschriebene optische Aufbau ist so gewählt, dass das Verhältnis von Schnittweite S (Abstand der Grenzfläche G8 vom Bildsensor 6 entlang der optischen Achse OA) zur

Brennweite folgende Bedingung erfüllt:

0,2 < Schnittweite/Brennweite < 0,55.

Insbesondere kann die folgende Bedingung erfüllt sein:

0,2 < Schnittweite/Brennweite < 0,4.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Position der beiden Optikgruppen 1 1 und 12 ist das

erfindungsgemäße Objektiv 1 nach Unendlich fokussiert. Um eine Fokussierung für geringere Abstände zu ermöglichen, werden die beiden Optikgruppen 11 und 12 entlang der optischen Achse OA in der gleichen Richtung bewegt. Jedoch werden die beiden Optikgruppen 11 und 12 nicht um die gleiche Wegstrecke bewegt, sondern um unterschiedliche Wegstrecken.

Zur Bewegung der Optikgruppen 11 , 12 sind zwei Aktuatoren 15, 16 im Objektiv 1 vorgesehen, wobei der erste Aktuator 15 die erste Optikgruppe 1 1 und der zweite Aktuator 16 die zweite Optikgruppe 12 bewegt. Die beiden Aktuatoren 15, 16 werden mittels einer Steuereinheit 17 angesteuert. Die Steuereinheit 17 kann im Objektiv 1 oder im Kameragehäuse 2 angeordnet sein.

Um nun von der in Fig. 2 gezeigten Fokussierung nach Unendlich in den Nahbereich (hier der Abstand vom Objektiv 1 , der am geringsten ist, in dem noch scharf abgebildet werden kann, z.B. bis 1 : 8) umzufokussieren, werden beide Optikgruppen 11 und 12 entlang der optischen Achse OA vom Bildsensor 6 weg bewegt. Die erste Optikgruppe wird bei dem hier

beschriebenen Ausführungsbeispiel um 7,05 mm und die zweite Optikgruppe 12 wird hierbei um 5,69 mm verschoben. Der Bildsensor 6 ist hier als Kleinbildsensor mit einer

Halbendiagonalen von 21 ,63 mm ausgebildet.

Die maximale Baulänge von der ersten Grenzfläche G1 bis zum Bildsensor 6 liegt bei der Fokusstellung nach Unendlich gemäß Fig. 2 vor und beträgt bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel 49,8 mm. Die minimale Schnittweite S liegt bei der in Fig. 3 gezeigten Fokusstellung vor und beträgt 18,2 mm.

Die Performance bzw. die Abbildungsleistung des erfindungsgemäßen Objektivs ist ausgezeichnet, wie sich dem Diagramm für Bildfeldwölbung (Fig. 4), Verzeichnung (Fig. 5) und sphärische Aberration (Fig. 6) für die in Fig. 2 gezeigte Fokusstellung nach Unendlich ergibt.

Die Diagramme sind dem Fachmann bekannte Darstellungen.

Die Bildfeldwölbung in Fig. 4 ist in Millimeter für die Wellenlängen 436 nm, 546 nm, sowie 656 nm für sagittale und tangentiale Strahlen für die Fokusstellung aus Figur 2 dargestellt. Es kommt hier im Wesentlichen darauf an, dass alle Kurven in einem Bereich von - 0,05 bis + 0,21 mm liegen. Die Bildfeldwölbung liegt in einem Bereich mit einer Breite von nicht mehr als 0,26 mm für einen Bildkreisdurchmesser von 43 mm und ändert sich näherungswiese direkt proportional zur Skalierung des Gesamtsystems (Objektiv mit Sensordiagonale). Zusätzlich ändert sich die Bildfeldwölbung abhängig von der Sensordiagonale entsprechend des Verlaufs der Kurven in Figur 4.

In Fig. 5 ist die F-tan(Theta)-Verzeichnung in Prozent dargestellt.

In Fig. 6 ist die sphärische Aberration für die gleichen Wellenlängen wie in Fig. 4 in Millimeter dargestellt. Wesentlich ist, dass die longitudinale Aberration für Strahlen (z.B. für einen Pupillenradius von 8,7 mm) im Bereich von - 0,06 bis + 0,2 mm liegen.

Die sphärische Aberration liegt in einem Bereich mit einer Breite von nicht mehr als 0,26 mm für einen Bildkreisdurchmesser von 43 mm und ändert sich näherungswiese direkt proportional zur Skalierung des Gesamtsystems (Objektiv mit Sensordiagonale).

Die entsprechenden Diagramme für Bildfeldwölbung, Verzeichnung und sphärische Aberration für die Fokusstellung des Nahbereichs gemäß Fig. 3 sind in Fig. 7 bis 9 dargestellt.

Die Bildfeldwölbung in Fig. 7 ist in Millimeter für die Wellenlängen 436 nm, 546 nm, sowie 656 nm für sagittale und tangentiale Strahlen dargestellt. Es kommt hier im Wesentlichen darauf an, dass alle Kurven in einem Bereich von - 0,03 bis + 0,30 mm liegen. Diese Werte gelten für einen Bildkreisdurchmesser von 43 mm und ändern sich bei anderen Sensordiagonalen. In Fig. 8 ist die F-tan(Theta)-Verzeichnung in Prozent dargestellt.

In Fig. 9 ist die sphärische Aberration für die gleichen Wellenlängen wie in Fig. 7 in Millimeter dargestellt. Wesentlich ist, dass die longitudinale Aberration für Strahlen (z.B. für einen Pupillenradius von 8,7 mm) im Bereich von - 0,07 bis + 0,22 mm liegen. Diese Werte gelten für einen Bildkreisdurchmesser von 43 mm und ändern sich bei anderen Sensordiagonalen.

Aus den Darstellungen von Fig. 4 bis 9 kann klar entnommen werden, dass eine sehr hohe Abbildungsleistung für beide Fokusstellungen erzielt werden kann.

Für die Positionen der beiden Optikgruppen 11 , 12 für Fokusstellungen die zwischen Unendlich und dem Nahbereich liegen, sind entsprechende Werte in Steuereinheit 17 hinterlegt. Nachdem in der Regel keine analytische Funktion für die Positionen der Optikgruppen 11 , 12 in

Abhängigkeit des Fokusabstandes aufstellbar ist, können für verschiedene Fokusabstände Werte als Stützstellen simuliert werden und dann durch diese Werte in bekannter Art und Weise z.B. eine Polynomfunktion gefittet werden, die dann zur Einstellung der entsprechenden Position der beiden Optikgruppen 11 , 12 in der Steuereinheit 17 hinterlegt und von dieser zur Ansteuerung der Aktuatoren 15 und 16 genutzt wird.

Da das erfindungsgemäße Objektiv 1 genau vier Linsen 7-10 aufweist, kann es mit geringem Gewicht und niedrigen Kosten bereitgestellt werden, obwohl die beschriebenen hohen

Abbildungsleistungen vorliegen.

Das Objektiv 1 kann fest mit dem Kameragehäuse 2 verbunden sein, so dass ein Auswechseln nicht möglich ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Objektiv 1 als auswechselbares Objektiv 1 ausgebildet ist, das mit dem Kameragehäuse 2 verbunden und von diesem gelöst werden kann. Dazu können bekannte Schraub- oder Bajonett-Verbindungen eingesetzt werden.

Das Objektiv 1 zusammen mit der spiegellosen Systemkamera 3 stellt eine erfindungsgemäße Kamera dar. Die spiegellose Systemkamera 3 kann weitere, dem Fachmann bekannte

Merkmale aufweisen, die zum Betrieb der Systemkamera 3 notwendig sind.

In Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektives 1 gezeigt, dass den gleichen optischen Aufbau wie das in Verbindung mit Figuren 1 -9 beschriebene Objektiv 1 aufweist. Das Objektiv 1 gemäß Fig. 10 ist nach unendlich fokussiert und weist im Unterschied zum bisher beschriebenen Objektiv 1 nicht zwei sondern sechs Aktuatoren 15, 16, 18, 19, 20 und 21 auf. Jeder Aktuator 15, 16 und 18-21 kann eine der Linsen 7-10 sowie eine der Blenden 13, 14 bewegen, so dass die jede Linse 7-10 und jede Blende 13, 14 für sich alleine und unabhängig von den anderen Linsen 7-10 bzw. Blende(n) 13, 14 entlang der optischen Achse OA verschoben werden kann, um z.B. die Fokusposition und/oder die Abbildungsleistung des Objektives 1 zu verstellen bzw. zu ändern.

Weiter kann das Objektiv ein Element eines optischen Systems sein, wobei das System zusätzlich mindestens ein Zubehörelement wie z. B. Makrolinse, USB Dock, Gegenlichtblende, Sonnenblende, Extender, Zoom Adapter, Telekonverter und Autofokus-Einheit umfasst. Die Autofokus-Einheit kann in das Objektiv eingebaut werden oder ein Teil einer Kamera sein oder als ein externes Element (z.B. HRLV-MaxSonar-EZ Ultraschall-Sensor) funktionieren. Ein Extender kann z.B. in der Form eines Adapters zum Koppeln des Objektivs an unterschiedliche Kameras mit unterschiedlichen Kamera-Mounts ausgebildet sein. Alternativ kann der Extender ein Adapter mit einer optischen Einordnung mit zusätzlichen optischen Elementen z.B. Linsen, Spiegeln (auch dichroitischen), Prismen, Blenden und diffraktiven optischen Elementen umfassen. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung des Objektives auf mindestens einem der Gebiete von Industrielle Fotographie, Kinematographie, Kraftfahrzeuge, Automation, Positionierung der Objekte für Bearbeitung, Werkzeugmaschinen, Luft- & Raumfahrt,

Medizinische Sensorik und Elektrofotografie.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Objektivs 1 , das am Gehäuse 2 der spiegellosen Systemkamera 3 montiert ist. Zusätzlich ist eine Vorsatzoptik 22 vorgesehen, die mit dem Objektiv 1 an der dem Bildsensor 6 abgewandten Seite des

Objektivs 1 gekoppelt ist.

In Fig. 12 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der zwischen dem Gehäuse 2 und dem Objektiv 1 eine Relay-Optik 23 angeordnet ist.

In Fig. 13 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der sowohl die Vorsatzoptik 22 als auch die Relay- Optik 23 vorgesehen sind. Das Objektiv 1 mit der Vorsatzoptik 22 und/oder der Relay-Optik 23 bildet/bilden ein abgewandeltes erfindungsgemäßes Objektiv 1. Damit kann z.B. ein Tele- und/oder Weitwinkelobjektiv bereitgestellt werden.

Das erfindungsgemäße Objektiv kann einen einstellbaren De-Click-Mechanismus aufweisen. Wenn der De-Click-Mechanismus eingestellt ist, kann eine stufenlose Drehung und/oder eine stufenlose axiale Bewegung der Aperturblende 13, der Komablende 14 und/oder mindestens einer der Linsen 7 - 10 durchgeführt werden. Es ist somit eine stufenlose Bewegung ohne Rastungen möglich. Wenn der De-Click-Mechanismus ausgeschaltet wird, kann wiederum eine stufenartige Verstellung bzw. Einstellung durchgeführt werden. Die Steuereinheit 17 kann neben der bereits beschriebenen Ansteuerung der Aktuatoren 15, 16 und 18 - 21 auch für eine Kommunikation und/oder einen Datenaustausch mit einer (nicht gezeigten) Steuereinheit im Kameragehäuse 2 und/oder einem externen Gerät eingesetzt werden. Die dafür notwendige Verbindung kann eine kabellose Verbindung oder eine kabelbasierte Verbindung sein. Das externe Gerät kann ein Mobiltelefon, ein tragbarer Computer, ein sonstiger Rechner, ein Tabletcomputer oder eine Fernbedienung sein.

Die Steuereinheit 17 kann Metadaten erzeugen, die bei der Nachbearbeitung der Aufnahmen benutzt werden können. Als Metadaten kann man z.B. Verzeichnung, Blende, Entfernung, Randlichtabfall, Farbquerfehler, Brennweite, Transmission und/oder Baulänge übertragen. Die Metadaten können in üblichen Datenformaten übertragen werden. Beispielsweise kann das Datenformat für die XD-Schnittstelle der Firma Carl Zeiss AG (z.B. der ZEISS CP.3

Objektfamilie) geeignet sein. Man kann dann auch von einer XD-geeigneten Schnittstelle sprechen.

In Fig. 14 ist eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Objektivs 1 gezeigt. Dabei weist das Objektiv 1 einen Temperatursensor 24 auf, der mit der Steuereinheit 17 verbunden ist. Die Daten des Temperatursensors 24 können beispielsweise dazu genutzt werden, um eine Bildstabilisierung und/oder eine Fokuskorrektur durchzuführen.

Ferner kann das Objektiv 1 einen Fokussensor 25 aufweisen, der mit der Steuereinheit 17 verbunden ist. Dabei ist jeder bekannte Fokussensor 25 im Prinzip geeignet. Es kann sich beispielsweise um einen Laser-basierten Entfernungssensor oder einen Time-of-Flight-Sensor handeln.

Die Fokussierung kann wie folgt durchgeführt werden. In einem ersten Schritt wird die

Unschärfe durch einen Bildsensor erfasst. Darauf folgt die Erfassung der Entfernung mittels des Fokussensors 25, der ein Laser-basierter Entfernungssensor sein kann. Basierend auf den Messdaten des Sensors 25 führt die Steuereinheit 17 eine Einstellung der Linsen 7 - 10 und/oder der Blenden 13, 14 so durch, dass eine scharfe Abbildung erzielt wird. Diese

Informationen über die Positionen der optischen Elemente werden dann von der

Steuereinheit 17 zu einer Steuereinheit der Kamera 3 übertragen.

Die Fokussierung kann mittels eines oder zwei oder drei Entfernungssensoren 25 erfolgen. Die Entfernungssensoren 25 können in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen Licht emittieren. Wie bereits erwähnt, kann auch ein Time-of-Flight-Sensor im Objektiv 1 eingebaut sein, um die Entfernung zu messen. Alternativ können die Entfernungsinformationen mittels in der Steuereinheit 17 implementierter Algorithmen ermittelt werden. Insbesondere können

Algorithmen der künstlichen Intelligenz emuliert werden. Die Entfernungsinformationen können dann zur Einstellung der Schärfeebene genutzt werden.

Ferner kann das erfindungsgemäße Objektiv 1 eine Bildstabilisierungseinheit erfassen. Dazu kann beispielsweise ein Lagesensor 26, der als Gyroskop-Sensor ausgebildet sein kann, vorgesehen sein. Der Lagesensor 26 kann eine Verkippung des Objektivs 1 bestimmen und dann beispielsweise die Linse 9 entlang der y-Achse über den Aktuator 16 oder beispielsweise über den Aktuator 21 gemäß Fig. 10 so verfahren, dass die gewünschte Bildstabilisierung erreicht ist.

Das Verfahren zur Durchführung der Bildstabilisierung kann somit folgende Schritte umfassen.

Es wird eine Bewegung des Bildes erfasst. Dann wird eine Bewegung des optischen Systems (beispielsweise über den Lagesensor 26) erfasst. Es wird eine Soll-Position der Linsen 7 - 10 und der Blenden 13, 14 bestimmt. Dann wird eine Ist-Position der Linsen 7 - 10 und der Blenden 13 und 14 bestimmt. Aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Position wird dann die Position der Linse 9 über den Aktuator 16, 21 so ver- bzw. eingestellt, dass die Ist-Position mit der Soll-Position möglichst übereinstimmt. Die Schritte der Bestimmung von Soll- und Ist- Position, des Vergleichs von Soll- und Ist-Position und der Einstellung der Position zum Ausgleich der Ist- mit der Soll-Position werden solange durchgeführt, bis die gewünschte Bildstabilisierung erreicht ist. Natürlich ist es grundsätzlich auch möglich, die Position mindestens eines Elementes von der Gruppe der Linsen 7 - 10 und Blenden 13, 14 über die Aktuatoren 15, 16, 18 - 21 so zu verstellen bzw. einzustellen, dass die Ist-Position mit der Soll- Position möglichst übereinstimmt.

Das erfindungsgemäße Objektiv 1 kann z.B. als Objektiv bei Mobiltelefonen, Rückfahrkameras bei Fahrzeugen, On-Chip-Systemen eingesetzt werden. Auch kann das erfindungsgemäße Objektiv 1 als Makroobjektiv ausgebildet sein, wie schematisch in Fig. 15 dargestellt ist. Das Objektiv 1 ist von ß‘ = 0 bis ß‘ = -1 fokussierbar, wobei dies für den Fall gilt, wenn die Abbildung für ß‘ = 0 aus dem Unendlichen erfolgt.

In Figuren 16 - 18 sind in gleicher Weise wie in Figuren 4 - 6 Diagramme zur Erläuterung der Bildfeldwölbung, der Verzeichnung und der sphärischen Aberration des erfindungsgemäßen Objektivs 1 gemäß Fig. 14 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Objektiv 1 kann einen Einstellring zur Einstellung der Komablende 14 aufweisen, um eine Flexibilität der Bildgestaltung erreichen zu können. Damit können eine höhere Auflösung oder mehr Licht oder eine signifikante Tiefenschärfe und trotzdem dunkle Ecken erzielt werden. Dies kann dann bei der Nachbearbeitung der Aufnahme genutzt werden. So kann der Anwender sich beispielsweise zwischen einer hohen Auflösung und dafür dunklere Ecken oder hellere Ecken und weniger Auflösung für die Bildecken entscheiden. Zusätzlich kann er als Gestaltungsmittel das erfindungsgemäße Objektiv 1 mittels der Aperturblende 13 abblenden, um eine hohe Tiefenschärfe zu erzielen und dennoch mit dem Abblenden der Komablende für dunkle Ecken einen hohen Randlichtabfall einzustellen.

Neben dem Vorsehen von entsprechenden Einstellungsringen für die Blende 13, 14 können diese zusätzlich oder alternativ auch mittels der Steuereinheit 17 entsprechend angesteuert und eingestellt werden.

Ferner kann das Objektiv 1 weitere optische Elemente (bzw. optisch-aktive Elemente) aufweisen. Diese optische-aktive Elemente können vor oder hinter der ersten oder zweiten Optikgruppe 1 1 , 12 angeordnet sein. Spezifisch kann es sich um verstellbare Bildkorrektur-Elemente, die z.B. eine Freiform-Oberfläche aufweisen, beispielsweise Alvarez-Platten, oder Endlich-Systeme, die aus mehreren optischen Elementen bestehen können, handeln.

Die optische-aktiven Elemente können basierend auf entsprechenden Steuerbefehlen und der Korrekturfunktion eingestellt werden. Dadurch können Bildfehler, wie z.B. sphärische Aberrationen und/oder Unterschiede in den Brechungsindizes reduziert/auskorrigiert werden. In einem klassischen System mit einer Alvarez-Linsen wird eine Translationsbewegung von zwei komplementären Sub-Linsen relativ zueinander verwendet. Alternativ können die Sub-Linsen so angepasst werden, so dass die Fokussierungseinstellung durch Drehen wenigstens einer der Linsen erfolgt. Ferner kann die Fokuseinstellung durch Drehen eines Spiegels erreicht werden, der die Überlappung der beiden Sub-Linsen beeinflusst, die zusammen eine effektive Linse mit einer Brechkraft bilden, die vom Drehwinkel des Spiegels abhängt.

Es sind somit verstellbare Bildkorrektur-Elemente für eine dynamische Anpassung der Frequenz (Weichzeichner Effekt) bereitgestellt.