DE19644493A1 - Varioobjektiv - Google Patents
VarioobjektivInfo
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- DE19644493A1 DE19644493A1 DE19644493A DE19644493A DE19644493A1 DE 19644493 A1 DE19644493 A1 DE 19644493A1 DE 19644493 A DE19644493 A DE 19644493A DE 19644493 A DE19644493 A DE 19644493A DE 19644493 A1 DE19644493 A1 DE 19644493A1
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- G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
- G02B15/143—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
- G02B15/1431—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive
- G02B15/143103—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive arranged ++-
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Description
Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv mit hohem Variover
hältnis, das sich besonders für eine Kompaktkamera mit kurzer
hinterer Bildweite eignet. Die Erfindung betrifft insbeson
dere ein kleines Varioobjektiv, dessen Varioverhältnis etwa 4
ist und bei dem chromatische Aberrationen angemessen korri
giert sind.
Bei einem Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis für eine
Kompaktkamera, wie es in der US-A-4 978 204 beschrieben ist,
ist ein Varioverhältnis größer als 3 ungewöhnlich. Es ist je
doch ein zunehmender Bedarf für ein Varioobjektiv mit einem
Varioverhältnis größer als 3 und von 4 entstanden. Wird aber
versucht, ein solches Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis
zu verkleinern, um die Gesamtlänge bei längster Brennweite zu
verkürzen, so werden chromatische Aberrationen in entgegenge
setzter Richtung im Bereich kurzer Brennweiten und langer
Brennweiten erzeugt. Eine Korrektion dieser chromatischen
Aberrationen innerhalb des gesamten Brennweitenbereichs ist
schwierig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kleines Varioobjektiv für
eine Kompaktkamera anzugeben, dessen Varioverhältnis etwa 4
oder mehr beträgt und bei dem die chromatischen Aberrationen
im gesamten Brennweitenbereich korrigiert werden können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa
tentanspruchs 1, 7 oder 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.
Die Erfindung ermöglicht in der jeweiligen Lösungsvariante
den Aufbau eines kleinen Varioobjektivs, dessen Varioverhält
nis etwa 4 oder mehr beträgt und bei dem die chromatischen
Aberrationen korrigiert sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher
erläutert, in denen übereinstimmende Elemente gleiche Bezugs
zeichen haben. Es zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivsystems mit hohem Varioverhältnis als erstes
Ausführungsbeispiel,
Fig. 2A
bis 2D Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 3A
bis 3D Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,
Fig. 4A
bis 4D Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten
Objektivs bei längster Brennweite,
Fig. 5 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivsystems mit hohem Varioverhältnis als zwei
tes Ausführungsbeispiel,
Fig. 6A
bis 6D Aberrationsdiagramme, des in Fig. 5 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 7A
bis 7D Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,
Fig. 8A
bis 8D Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten
Objektivs bei längster Brennweite,
Fig. 9 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivssystems mit hohem Varioverhältnis als
drittes Ausführungsbeispiel,
Fig. 10A
bis 10D Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 11A
bis 11D Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,
Fig. 12A
bis 12D Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten
Objektivs bei längster Brennweite,
Fig. 13 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivssystems mit hohem Varioverhältnis als
viertes Ausführungsbeispiel,
Fig. 14A
bis 14D Aberrationsdiagramme des in Fig. 13 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 15A
bis 15D Aberrationsdiagramme des in Fig. 13 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,
Fig. 16A
bis 16D Aberrationsdiagramme des in Fig. 13 Objektivs
bei längster Brennweite,
Fig. 17 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivsystems mit hohem Varioverhältnis als fünf
tes Ausführungsbeispiel,
Fig. 18A
bis 18D Aberrationsdiagramme des in Fig. 17 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 19A
bis 19D Aberrationsdiagramme des in Fig. 17 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,
Fig. 20A
bis 20D Aberrationsdiagramme des in Fig. 17 gezeigten
Objektivs bei längster Brennweite,
Fig. 21 die schematische Darstellung eines Varioobjek
tivssystems mit hohem Varioverhältnis als
sechstes Ausführungsbeispiels,
Fig. 22A
bis 22D Aberrationsdiagramme des in Fig. 21 gezeigten
Objektivs bei kürzester Brennweite,
Fig. 23A
bis 23D Aberrationsdiagramme des in Fig. 21 gezeigten
Objektivs bei einer Zwischenbrennweite und
Fig. 24A
bis 24D Aberrationsdiagramme des in Fig. 21 gezeigten
Objektivs bei längster Brennweite.
Ein Varioobjektiv nach der Erfindung besteht aus mindestens
drei Linsengruppen, d. h. einer positiven ersten Linsengruppe,
einer positiven zweiten Linsengruppe und einer negativen
dritten Linsengruppe, die in dieser Reihenfolge von der Ob
jektseite her angeordnet sind (in Fig. 1, 5, 9, 13, 17 und 21
die linke Seite). Mit dieser Anordnung ist es möglich, nicht
nur ein hohes Varioverhältnis zu erzielen, sondern das
Varioobjektiv auch zu miniaturisieren, wobei gleichzeitig die
Bewegungslängen der Linsengruppen verkürzt sind.
Die erste Linsengruppe besteht aus drei Linsenelementen, näm
lich einem negativen Linsenelement und zwei positiven Linsen
elementen, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her
angeordnet sind. Durch die Anordnung dieser drei Lin
senelemente können nicht nur verschiedene Aberrationen korri
giert werden, sondern es ist auch möglich, eine erste Linsen
gruppe mit relativ großer positiver Brechkraft (verglichen
mit einem bisherigen Varioobjektiv ähnlicher Art) vorzusehen,
um die Bewegungslänge der Linsengruppe bei der Brennweitenän
derung zu verkürzen, wodurch sich ein kurzes Varioobjektiv
ergibt.
Die in Anspruch 1 genannte Beziehung (1) gibt die laterale
Vergrößerung der negativen dritten Linsengruppe bei längster
Brennweite an, damit ein hohes Varioverhältnis von etwa 4
oder größer erreicht wird. Ist die laterale Vergrößerung
kleiner als der untere Grenzwert der Beziehung (1), so muß
die Bewegungslänge der zweiten und der dritten Linsengruppe
vergrößert werden, um ein Varioverhältnis von etwa 4 zu er
reichen, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entge
gensteht. Ist die laterale Vergrößerung größer als der obere,
durch die Beziehung (1) definierte Grenzwert, so ist die
Brechkraft der negativen dritten Linsengruppe zu groß, um die
Schwankung der Aberrationen zu begrenzen. Ferner ist der Auf
bau der dritten Linsengruppe kompliziert. Außerdem muß die
Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe erhöht werden,
was zum komplizierten Aufbau der zweiten Linsengruppe bei
trägt. Dieser begünstigt die Verschlechterung der optischen
Leistung bei Herstellungsfehlern.
Die Beziehung (2) in Anspruch 1 betrifft die Brennweite der
ersten Linsengruppe. Ist das durch diese Beziehung definierte
Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert, so ist die
Brechkraft der ersten Linsengruppe so klein, daß die Be
wegungslänge der Linsengruppen zu groß wird. Ist das Ver
hältnis größer als der obere Grenzwert, so ist die Brechkraft
der ersten Linsengruppe zu groß, um die durch sie erzeugten
Aberrationen zu korrigieren. Die Verzeichnung tritt in posi
tiver Richtung auf der Seite kurzer Brennweiten auf, und die
sphärische Aberration tritt in negativer Richtung auf der
Seite langer Brennweiten auf. Ferner wird eine Verschlechte
rung der optischen Leistung bei Montagefehlern begünstigt.
Die Beziehungen (3) und (4) in Anspruch 1 definieren die An
forderungen zur Korrektion der chromatischen Aberrationen der
ersten Linsengruppe. Diese hat eine insgesamt positive Brech
kraft. Allgemein besteht bei bisheriger Technik das negative
Linsenelement aus einem hochdispergierenden Glas, dessen Ab
be-Zahl kleiner als der mit der Beziehung (3) definierte un
tere Grenzwert ist, und die positive Linse besteht aus einem
Glas geringer Dispersion. Wurde bisher versucht, ein Vario
verhältnis von etwa 4 oder mehr zu realisieren, so konnte die
chromatische Aberration auf der Seite kurzer Brennweiten
nicht wirksam korrigiert werden und es trat eine Überkorrek
tion der chromatischen Aberration auf der Seite langer Brenn
weiten auf. Im Gegensatz dazu befindet sich bei der Erfindung
zur Verringerung des Durchmessers der dem Objekt am nächsten
liegenden Linse ein negatives Linsenelement großer Brechkraft
auf der Objektseite, wie aus der Beziehung (2) in Anspruch 1
zu entnehmen ist und zusätzlich besteht das negative Linsen
element der ersten Linsengruppe aus einem Glas mit einer
mittleren Dispersion (geringer als diejenige beim Stand der
Technik), d. h., der Wert v ist etwas größer als der des Stan
des der Technik, wie aus der Beziehung (3) in Anspruch 1
hervorgeht.
Vorzugsweise bestehen das negative erste Linsenelement und
das positive zweite Linsenelement aus einem Glas mit hohem
Brechungsindex bzw. niedrigem Brechungsindex, um die sphäri
sche und die komatische Aberration in der ersten Linsengruppe
effektiver zu korrigieren, so daß die Bedingungen der Bezie
hungen (13) und (14) des Anspruchs 11 erfüllt werden, in de
nen n₁ der Brechungsindex des negativen ersten Linsenelements
der ersten Linsengruppe und n₂ der Brechungsindex des positi
ven zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
Ist das Verhältnis kleiner als der in der Beziehung (3) defi
nierte untere Grenzwert oder größer als der in der Beziehung
(4) definierte obere Grenzwert, so kann die mit der ersten
Linsengruppe erzeugte chromatische Aberration nicht zufrie
denstellend auf der Seite kurzer Brennweiten korrigiert wer
den, und auf der Seite langer Brennweiten tritt eine Überkor
rektion auf, was zu einer Zunahme der Aberrationen insgesamt
führt.
Ist das Verhältnis andererseits kleiner als der obere Grenz
wert der Beziehung (3) oder kleiner als der untere Grenzwert
der Beziehung (4), so kann die mit der ersten Linsengruppe
erzeugte chromatische Aberration nicht zufriedenstellend kor
rigiert werden.
Da bei der Erfindung die erste Linsengruppe insgesamt positi
ve Brechkraft hat, ist es hinsichtlich der Korrektion der
Aberrationen vorzuziehen, daß mehrere Linsenelemente die po
sitive Brechkraft erzeugen. Theoretisch ist es im Zusammen
hang mit der Aberrationskorrektion vorzuziehen, daß die re
sultierende Brennweite f₁₂ des ersten und des zweiten Lin
senelements der ersten Linsengruppe einen "positiven" Wert
hat. Wenn aber die resultierende Brennweite positiv ist, kön
nen paraxiale Strahlen auf die zweite Linsengruppe an niedri
gen Einfallspunkten bei einer Brennweite zwischen der Zwi
schenbrennweite und der längsten Brennweite treffen, wodurch
sich eine kurze hintere Bildweite ergibt. Dies erhöht den
Linsendurchmesser der dritten Linsengruppe. Deshalb ist es
empfehlenswert, wenn die resultierende Brennweite f₁₂ des er
sten und des zweiten Linsenelements einer leicht negativen
Brechkraft entspricht. Deshalb kann die Verzeichnung, die
sich als positiv ergibt, effektiv begrenzt werden. Vorzugs
weise erfüllt die resultierende negative Brechkraft des er
sten und des zweiten Linsenelements die Beziehung (5) in An
spruch 2.
Die Beziehung (5) definiert die resultierende Brechkraft des
ersten und des zweiten Linsenelements der ersten Linsen
gruppe. Ist das Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert
der Beziehung (5), so ist die negative Brechkraft der resul
tierenden Brennweite f₁₂ zu groß. Daher muß die positive
Brechkraft des dritten Linsenelements erhöht werden, was zu
einer weiteren Verschlechterung der optischen Leistung bei
Montagefehlern führt, wie sie z. B. durch Dezentrierung oder
Abweichung der Linsenelemente usw. verursacht werden.
Ist das Verhältnis größer als der obere Grenzwert der Bezie
hung (5), so ist die hintere Bildweite des gesamten Linsensy
stems so kurz, daß der Durchmesser der ersten Linsengruppe zu
groß wird, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entge
gensteht, und eine positive Verzeichnung kann nicht zufrie
denstellend korrigiert werden.
Vorzugsweise ist die erste Fläche des ersten Linsenelements
der ersten Linsengruppe eine konkave Fläche. Somit kann nicht
nur der Astigmatismus und die Verzeichnung leicht korrigiert
werden, sondern es kann auch der Effekt der Verringerung des
Linsendurchmessers der ersten Linsengruppe verbessert werden.
Außerdem kann die Endfläche der ersten Linsengruppe auf der
Bildseite eine konvexe Fläche sein. Bei dieser Anordnung er
gibt sich nicht nur ein einfacherer Fassungsmechanismus der
Linsengruppen, sondern es kann auch der Abstand zwischen der
ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei Nahauf
nahmen mit kürzester Brennweite verringert werden, was zu ei
ner Verkürzung des Varioobjektivs in Richtung der optischen
Achse führt.
Der Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten Linsenele
ments erfüllt vorzugsweise die Beziehung (15) in Anspruch 12,
in der r₁ den Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten
Linsenelements angibt.
Ist das Verhältnis kleiner als der durch die Beziehung (15)
definierte untere Grenzwert, so ist die Dispersionsfähigkeit
zu klein, um die vorstehend genannten Effekte zu erzielen.
Ist das Verhältnis andererseits größer als der obere Grenz
wert, so ist die Krümmung so groß, daß eine Überkorrektion
des Astigmatismus und der Verzeichnung auftritt, und dadurch
schwanken die Aberrationen bei Änderung der Bildhöhe beacht
lich.
Sind das erste und das zweite Linsenelement miteinander ver
kittet (verkittete Linsenelementeinheit), so tritt keine Ver
schlechterung der optischen Leistung bei Herstellungsfehlern
usw. auf.
Die Beziehung (6) in Anspruch 4 definiert die Brechkraft der
zweiten Linsengruppe. Ist das durch diese Beziehung angege
bene Verhältnis größer als der obere Grenzwert, so ist die
Brechkraft der zweiten Linsengruppe so schwach, daß Licht auf
die dritte Linsengruppe bei einem niedrigen Einfallspunkt
auftrifft, was zu einer Zunahme der hinteren Bildweite des
gesamten Linsensystems führt und einer Miniaturisierung des
Varioobjektivs entgegensteht. Ferner wird die Bewegungslänge
der zweiten Linsengruppe bei Brennweitenänderung größer, und
dadurch nimmt die Gesamtlänge des Linsensystems bei längster
Brennweite zu. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert
der Beziehung (6) des Anspruchs 4, so ist die Brechkraft der
zweiten Linsengruppe zu groß, um die Aberrationen der zweiten
Linsengruppe zu korrigieren. Ferner ist der Einfallspunkt,
bei dem das Licht auf die dritte Linsengruppe trifft, nied
rig, so daß die hintere Bildweite bei kürzester Brennweite so
kurz ist, daß der Durchmesser der dritten Linsengruppe zu
groß wird.
Die Beziehung (7) in Anspruch 4 definiert die Dicke der zwei
ten Linsengruppe. Ist das dabei definierte Verhältnis kleiner
als der untere Grenzwert, so ist die Brechkraft der Linsen
elemente der zweiten Linsengruppe zu groß, um die sphärische
und die komatische Aberration zu korrigieren. Ferner kann die
optische Leistung bei Herstellfehlern leicht verschlechtert
werden, beispielsweise bei einer Dezentrierung oder Abwei
chung usw., und die Aberrationen können bei Brennweitenände
rung leicht schwanken. Übersteigt das Verhältnis den oberen
Grenzwert der Beziehung (7) in Anspruch 4, so nimmt die Dicke
der zweiten Linsengruppe zu, was der Miniaturisierung entge
gensteht.
Die zweite Linsengruppe des Varioobjektivs besteht vorzugs
weise aus mindestens zwei verkitteten Linsenelementeinheiten,
d. h. einer ersten verkitteten Linsenelementeinheit mit nega
tiver Brechkraft und einer zweiten verkitteten Linsenelement
einheit positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von
der Objektseite her angeordnet sind. Die Linsenanordnung mit
einer ersten negativen Linsengruppe 2Gn und einer positiven
zweiten Linsengruppe 2Gp ermöglicht nämlich nicht nur die
Verringerung des Linsendurchmessers der zweiten Linsengruppe
auf der Objektseite, sondern auch eine optimale hintere Bild
weite bei kürzester Brennweite.
Vorzugsweise hat die negative Linsengruppe 2Gn eine Brech
kraft, die das durch die Beziehung (8) in Anspruch 5 defi
nierte Erfordernis erfüllt. Ist das Verhältnis kleiner als
der in der Beziehung (8) definierte untere Grenzwert, so ist
die Brechkraft der negativen zweiten Linsengruppe 2Gn so
schwach, daß der Einfallspunkt von Licht auf die dritte Lin
sengruppe niedrig ist, und daher wird die hintere Bildweite
bei kürzester Brennweite zu kurz, und der Durchmesser der
dritten Linsengruppe nimmt zu.
Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert der Beziehung
(8), so ist die Brechkraft der negativen Linsengruppe 2Gn so
stark, daß der Einfallspunkt von Licht auf die dritte Linsen
gruppe hoch liegt und daher nimmt die hintere Bildweite des
gesamten Linsensystems zu. Daher kann das Varioobjektiv nicht
miniaturisiert werden. Ferner können bei längster Brennweite
weder longitudinale (axiale) chromatische Aberrationen noch
positive sphärische Aberrationen wirksam korrigiert werden,
und bei kürzester Brennweite können die positiven Verzeich
nungen nicht korrigiert werden.
Die positive Linsengruppe 2Gp kann die in der negativen Lin
sengruppe 2Gn erzeugten sphärischen und komatischen Aberra
tionen korrigieren um sicherzustellen, daß die zweite Lin
sengruppe insgesamt positive Brechkraft hat. Vorzugsweise be
steht die positive Linsengruppe 2Gp zusätzlich zur negativen
Linsengruppe 2Gn gleichfalls aus einer verkitteten Linsenele
menteinheit, um die chromatische Aberration zu korrigieren,
insbesondere die axiale chromatische Aberration.
Die Beziehungen (9) und (10) in Anspruch 5 geben die Erfor
dernisse zur Korrektion der chromatischen Aberrationen der
verkitteten Linsenelementeinheit der zweiten Linsengruppe an.
Vorzugsweise besteht die verkittete Linsenelementeinheit der
zweiten Linsengruppe mit negativer Brechkraft, die auf der
Objektseite angeordnet ist, aus einem negativen Linsenelement
aus einem Glas geringer Dispersion, um die negative
Brechkraft zu übernehmen, und einem positiven Linsenelement
mit schwacher positiver Brechkraft aus einem Glas hoher Dis
persion zur Korrektion der chromatischen Aberration, die
durch das negative Linsenelement erzeugt wird, wie in der Be
ziehung (9) angegeben.
Andererseits ist es bei der verkitteten Linsenelementeinheit
mit positiver Brechkraft vorzuziehen, daß das positive Lin
senelement, das einen Teil der Brechkraft erzeugt, aus einem
Glas geringer Dispersion besteht, und das negative Linsenele
ment, welches die chromatische Aberration korrigiert, aus ei
nem Glas hoher Dispersion besteht.
Durch die Linsenanordnung mit verkitteten Linsenelementein
heiten kann nicht nur die chromatische Aberration korrigiert
werden, sondern es ergibt sich auch keine Verschlechterung
der optischen Leistung bei Herstellfehlern wie Dezentrierung
oder Abweichung der Linsen usw.
Vorzugsweise besteht die Linsengruppe 2Gn der zweiten Linsen
anordnung aus einer negativen Linsengruppe und einer positi
ven Linsengruppe, die in dieser Reihenfolge von der Objekt
seite her angeordnet sind. Die Oberfläche der Linsengruppe
2Gn, die der Objektseite zugewandt ist, ist vorzugsweise eine
konkave Fläche. Dadurch wird das Licht divergiert, so daß der
Durchmesser der Linsengruppe 2Gn verringert werden kann. Fer
ner erfüllt die Linsengruppe 2Gn vorzugsweise die Beziehung
(16) in Anspruch 13, in der r₂Gn₁ den Krümmungsradius der
Oberfläche der zweiten Linsengruppe angibt, die der Objekt
seite am nächsten liegt.
Liegt das Verhältnis unter dem unteren Grenzwert der Bezie
hung (16), so ist die Dispersion so klein, daß der
Durchmesser der Linsengruppe 2Gn nicht verringert werden
kann. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert, so ist
die Dispersion so groß, daß der Durchmesser der Linsengruppe
2Gn zunimmt, und die Krümmung ist zu groß, um die
Linsenfläche mit r₂Gn₁ zu erzeugen.
Besteht die Linsengruppe 2Gn aus dem negativen und dem posi
tiven Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite
her gesehen, so kann die positive Verzeichnung, die in der
dritten Linsengruppe (negative Linsengruppe) bei kurzen
Brennweiten erzeugt wird, korrigiert werden.
Die negative dritte Linsengruppe des Varioobjektivs nach der
Erfindung besteht vorzugsweise aus einem positiven Linsenele
ment und einer verkitteten Linsenelementeinheit mit insgesamt
negativer Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Ob
jektseite her angeordnet sind. Die verkittete Linsenelemen
teinheit besteht aus einem positiven und einem damit verkit
teten negativen Linsenelement, die in dieser Reihenfolge von
der Objektseite her angeordnet sind.
Die Beziehung (11) in Anspruch 6 betrifft das Erfordernis der
Begrenzung der Brechkraft der negativen dritten Linsengruppe.
Erfüllt die dritte Linsengruppe diese Beziehung, so kann
nicht nur die Schwankung der Aberrationen bei Brennweitenän
derung auf einen praktisch vernachlässigbaren Wert begrenzt
werden, sondern es wird auch ein hohes Varioverhältnis er
zielt, ohne die Bewegungslänge der negativen Linsengruppe
merklich zu vergrößern. Liegt das Verhältnis unter dem unte
ren Grenzwert der Beziehung (11), so ist die negative Brech
kraft der dritten Linsengruppe zu schwach. Dann ergibt sich
eine geringe Schwankung der Aberrationen bei Brennweitenände
rung, jedoch nimmt die Bewegungslänge der Linsengruppe zu,
und ihr Bewegungsmechanismus wird kompliziert. Auch wird die
hintere Bildweite bei kürzester Brennweite zu kurz, und der
Durchmesser der negativen Linsengruppe nimmt zu. Außerdem
wird die gesamte Objektivlänge bei längster Brennweite grö
ßer, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entgegen
steht.
Liegt das in der Beziehung (11) definierte Verhältnis über
dem oberen Grenzwert, so ist die negative Brechkraft der
dritten Linsengruppe zu groß, und die Schwankung der Aberra
tionen bei Brennweitenänderung nimmt zu. Es ist nämlich
schwierig, die sphärische und die komatische Aberration im
gesamten Brennweitenbereich angemessen zu korrigieren.
Die Beziehung (12) in Anspruch 6 betrifft das Erfordernis der
Korrektion der chromatischen Aberration der dritten Linsen
gruppe. Die dritte Linsengruppe, die negativ ist, besteht
vorzugsweise aus einer verkitteten Linsenelementeinheit mit
negativer Brechkraft zur Korrektion der chromatischen Aberra
tionen, die durch die negative Linsengruppe erzeugt werden.
Da die verkittete Linsenelementeinheit eine stark negative
Brechkraft hat, besteht ihr negatives Linsenelement vorzugs
weise aus einem Glas geringer Dispersion, um die negative
Brechkraft zu erzeugen, und das damit verkittete positive
Linsenelement besteht aus einem Glas hoher Dispersion zur
Korrektion der chromatischen Aberrationen, die durch das
negative Linsenelement erzeugt werden, so daß die Beziehung
(12) erfüllt wird. Insbesondere können die laterale
chromatische Aberration auf der Seite kurzer Brennweiten und
die longitudinale chromatische Aberration auf der Seite
langer Brennweiten gut ausgeglichen korrigiert werden.
Die dritte Linsengruppe kann aus einem nicht verkitteten Lin
senelement (negatives Linsenelement) bestehen. In diesem Fall
besteht das negative Linsenelement vorzugsweise aus einem.
Glas geringer Dispersion, das die Beziehung (17) in Anspruch
8 erfüllt, in der ν′3N die Abbe-Zahl des nicht verkitteten
negativen Linsenelements der dritten Linsengruppe angibt.
Im folgenden werden numerische Beispiele (Ausführungsformen 1
bis 6) der Erfindung erläutert.
In der 1. bis 6. Ausführungsform besteht die Grundstruktur
des Linsensystems aus einer positiven ersten Linsengruppe 1G,
einer positiven zweiten Linsengruppe 2G, einer Blende S und
einer negativen dritten Linsengruppe 3G, die in dieser Rei
henfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Blende
S wird gemeinsam mit der zweiten Linsengruppe 2G bewegt. In
allen Ausführungsformen besteht die positive erste
Linsengruppe 1G aus einem negativen Linsenelement, einem po
sitiven Linsenelement und einem positiven Linsenelement, die
in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet
sind. Das negative Linsenelement ist mit dem objektseitigen
positiven Linsenelement verkittet.
In allen Ausführungsformen besteht die zweite Linsengruppe 2G
aus einer verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brech
kraft, die aus einem negativen Linsenelement und einem damit
verkitteten positiven Linsenelement besteht, einer verkitte
ten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft, die aus einem
negativen Linsenelement und einem damit verkitteten positiven
Linsenelement besteht, und einem positiven Linsenelement. Die
Linsenelemente sind in dieser Reihenfolge von der Objektseite
her angeordnet.
Die dritte Linsengruppe 3G besteht aus einem positiven Lin
senelement und einer verkitteten Linsenelementeinheit negati
ver Brechkraft, die aus einem negativen Linsenelement und ei
nem damit verkitteten positiven Linsenelement besteht, in
dieser Reihenfolge von der Objektseite her bei der ersten bis
dritten Ausführungsform, und besteht aus einem positiven
Linsenelement und einem negativen Linsenelement, in dieser
Reihenfolge von der Objektseite her bei der vierten bis
sechsten Ausführungsform.
In den folgenden Tabellen und Zeichnungen ist FNO die F-Zahl,
f die Brennweite des gesamten optischen Systems, W der halbe
Feldwinkel, fB die hintere Bildweite, R der Krümmungsradius,
D die Dicke einer Linse oder der Abstand zwischen Linsen, Nd
der Brechungsindex der d-Linie und vd die Abbe-Zahl der d-Li
nie. In den folgenden Aberrationsdiagrammen sind SA die sphä
rische Aberration, SC die Sinusbedingung, d-Linie, g-Linie
und c-Linie die chromatischen Aberrationen, dargestellt durch
die sphärischen Aberrationen bei der jeweiligen Wellenlänge,
S der sagittale Astigmatismus und M der meridionale Astigma
tismus.
Die Form einer asphärischen Fläche kann allgemein folgender
maßen ausgedrückt werden:
x = Ch²/{1 + [1 - (1 + K) C²h²]1/2} + A4h⁴ + A6h⁶ + A8h⁸ + . . .
Darin sind
h die Höhe über der Achse
x der Abstand von einer tangentialen Ebene eines asphärischen Scheitels
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r)
K eine Konizitätskonstante
A4 ein asphärischer Faktor vierter Ordnung
A6 ein asphärischer Faktor sechster Ordnung
A8 ein asphärischer Faktor achter Ordnung
A10 ein asphärischer Faktor zehnter Ordnung und
A12 ein asphärischer Faktor zwölfter Ordnung.
h die Höhe über der Achse
x der Abstand von einer tangentialen Ebene eines asphärischen Scheitels
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r)
K eine Konizitätskonstante
A4 ein asphärischer Faktor vierter Ordnung
A6 ein asphärischer Faktor sechster Ordnung
A8 ein asphärischer Faktor achter Ordnung
A10 ein asphärischer Faktor zehnter Ordnung und
A12 ein asphärischer Faktor zwölfter Ordnung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des optischen Systems
eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Er
findung. Fig. 2A bis 2D, 3A bis 3D und 4A bis 4D sind Dia
gramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brenn
weite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die
numerischen Daten des Linsensystems der ersten Ausführungs
form enthält die folgende Tabelle 1.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des optischen Systems
eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Er
findung. Fig. 6A bis 6D, 7A bis 7D und 8A bis 8D sind Dia
gramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brenn
weite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die
numerischen Daten der zweiten Ausführungsform enthält die
folgende Tabelle 2.
Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform des optischen Sy
stems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der
Erfindung. Fig. 10A bis 10D, 11A bis 11D und 12A bis 12D sind
Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brenn
weite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die
numerischen Daten der dritten Ausführungsform enthält die
folgende Tabelle 3.
Fig. 13 zeigt eine vierte Ausführungsform des optischen Sy
stems eines Varioobjektivs mit hohen Varioverhältnis nach der
Erfindung. Fig. 14A bis 14D, 15A bis 15D und 16A bis 16D sind
Diagramme der verschiedenen Aberrationen. Bei kürzester
Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite.
Die numerischen Daten der vierten Ausführungsform enthält die
folgende Tabelle 4.
Fig. 17 zeigt eine fünfte Ausführungsform des optischen Sy
stems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der
Erfindung. Fig. 18A bis 18D, 19A bis 19D und 20A bis 20D sind
Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brenn
weite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die
numerischen Daten der fünften Ausführungsform enthält die
folgende Tabelle 5.
Fig. 21 zeigt eine sechste Ausführungsform des optischen Sy
stems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der
Erfindung. Fig. 22A bis 22D, 23A bis 23D und 24A bis 24D sind
Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brenn
weite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die
numerischen Daten der sechsten Ausführungsform enthält die
folgende Tabelle 6.
Die folgende Tabelle 7 zeigt die numerischen Werte der Bezie
hungen (1) bis (17) der vorstehenden 6 Ausführungsformen.
Wie aus der Tabelle 7 hervorgeht, erfüllen die ersten drei
Ausführungsformen die Anforderungen der Beziehungen (1) bis
(16), und die vierte bis sechste Ausführungsform erfüllen die
Anforderungen der Beziehungen (1) bis (11) sowie der Bezie
hungen (13) bis (17). Das Symbol ○ zeigt, daß das Ergebnis
"gut" ist. Da bei der ersten bis dritten Ausführungsform die
dritte Linsengruppe eine verkittete Linsenelementeinheit ent
hält, gibt es keine numerischen Daten für die Beziehung (17).
Da ferner die dritte Linsengruppe bei der vierten bis sech
sten Ausführungsform keine verkittete Linsenelementeinheit
enthält, gibt es keine numerischen Daten für die Beziehung
(12). Aus den Aberrationsdiagrammen ist zu entnehmen, daß bei
einem kleinen Varioobjektiv, dessen Varioverhältnis bei jeder
Ausführungsform etwa 4 ist, die chromatischen Aberrationen
relativ zufriedenstellend korrigiert sind.
Claims (13)
1. Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus
mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive
Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren
dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihen
folge von der Objektseite her angeordnet sind und bei ei
ner Brennweitenänderung von einer Position kürzester
Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position läng
ster Brennweite bewegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Linsengruppe aus einem negativen ersten
Linsenelement, einem positiven zweiten Linsenelement und
einem positiven dritten Linsenelement in dieser Reihen
folge von der Objektseite her besteht und die folgenden
Beziehungen erfüllt:
4,3 < m3T < 6 (1)1,7 < fT/f1G <3 (2)31 < ν₁ < 55 (3)0 < ν₂ - ν₁ < 30 (4)wobei m3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsen
gruppe bei der längsten Brennweite, fT die längste Brenn
weite des Gesamtsystems, f1G die Brennweite der ersten
Linsengruppe, ν₁ die Abbe-Zahl des negativen ersten Lin
senelements der ersten Linsengruppe und ν₂ die Abbe-Zahl
des positiven zweiten Linsenelements der ersten Linsen
gruppe ist.
2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
-0,5 < fw/f₁₂ < 0 (5)wobei fw die kürzeste Brennweite des Gesamtsystems und
f₁₂ die resultierende Brennweite des ersten und des zwei
ten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das erste und das zweite Linsenelement der
ersten Linsengruppe miteinander verkittet sind.
4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen er
füllt sind:
3,5 < fT/f2G < 5,0 (6)0,05 < Σd2G/fT < 0,1 (7)wobei f2G die Brennweite der zweiten Linsengruppe und Σ
d2G der Abstand zwischen der ersten und der letzten Flä
che der zweiten Linsengruppe ist.
5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die positive zweite Linsengruppe aus mindestens zwei
verkitteten Linsenelementeinheiten mit einer ersten
verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft und
einer zweiten verkitteten Linsenelementeinheit positiver
Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Objektseite her
besteht, und daß jede verkittete Linsenelementeinheit aus
einem negativen und einem positiven Linsenelement besteht
und die folgenden Beziehungen erfüllt:
8 < fT/|f2Gn| < 11 (8)ν2n-N < ν2n-P (9)ν2p-N < ν2p-P (10)wobei f2Gn die Brennweite der ersten verkitteten Linsen
elementeinheit negativer Brechkraft der zweiten Linsen
gruppe, ν2n-N die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements
der ersten verkitteten Linsenelementeinheit negativer
Brechkraft der zweiten Linsengruppe, ν2n-P die Abbe-Zahl
des positiven Linsenelements der ersten verkitteten
Linsenelementeinheit negativer Brechkraft der zweiten
Linsengruppe, ν2p-N die Abbe-Zahl des negativen Linsen
elements der zweiten verkitteten Linsenelementeinheit po
sitiver Brechkraft der zweiten Linsengruppe und ν2p-P die
Abbe-Zahl des positiven Linsenelements der zweiten ver
kitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft der
zweiten Linsengruppe ist.
6. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe nega
tiver Brechkraft aus einem positiven Linsenelement und
einer verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brech
kraft in dieser Reihenfolge von der Objektseite her be
steht, und daß die verkittete Linsenelementeinheit aus
einem negativen und einem positiven Linsenelement besteht
und die folgenden Beziehungen erfüllt:
5 < fT/|f3G| < 8,5 (f3G < 0) (11)ν3N < ν3P (12)wobei f3G die Brennweite der dritten Linsengruppe, ν3N
die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der verkitte
ten Linsenelementeinheit der dritten Linsengruppe und ν3P
die Abbe-Zahl des positiven Linsenelements der verkitte
ten Linsenelementeinheit der dritten Linsengruppe ist.
7. Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus
mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive
Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren
dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihen
folge von der Objektseite her angeordnet sind und bei ei
ner Brennweitenänderung von einer Position kürzester
Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position läng
ster Brennweite bewegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die positive erste Linsengruppe aus mindestens einer
verkitteten Linsenelementeinheit und die positive zweite
Linsengruppe aus mindestens zwei verkitteten Linsenele
menteinheiten besteht, so daß insgesamt mindestens drei
verkittete Linsenelementeinheiten vorgesehen sind, und
daß das Varioobjektiv die folgende Beziehung erfüllt:
4,3 < m3T < 6wobei m3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsen
gruppe bei der längsten Brennweite ist.
8. Varioobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
60 < ν′3N (17)wobei ν′3N die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der
dritten Linsengruppe ist.
9. Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus
mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive
Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren
dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihen
folge von der Objektseite her angeordnet sind und bei ei
ner Brennweitenänderung von einer Position kürzester
Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position läng
ster Brennweite bewegt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die positive erste Linsengruppe aus mindestens einer
verkitteten Linsenelementeinheit und die positive zweite
Linsengruppe aus mindestens zwei verkitteten Linsenele
menteinheiten besteht, und daß die negative dritte Lin
sengruppe aus mindestens einer verkitteten Linsenelemen
teinheit besteht, so daß insgesamt mindestens vier ver
kittete Linsenelementeinheiten vorgesehen sind.
10. Varioobjektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
4,3 < m3T < 6wobei m3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsen
gruppe bei der längsten Brennweite ist.
11. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen er
füllt sind:
1,7 < n₁ (13)0,15 < n₁-n₂ (14)wobei n₁ der Brechungsindex des negativen ersten Linsen
elements der ersten Linsengruppe und n₂ der Brechungsin
dex des positiven zweiten Linsenelements der ersten Lin
sengruppe ist.
12. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung er
füllt ist:
-1,5 < r₁/fw < -0,5 (15)wobei r₁ der Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten
Linsenelements ist.
13. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist:
-1 < r₂Gn₁/fw < -0,25 (16)wobei r₂Gn₁ der Krümmungsradius der der ersten Linsen
gruppe am nächsten liegenden Fläche der zweiten Linsen
gruppe ist.
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