DE19812295A1

DE19812295A1 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE19812295A1
Application number: DE19812295A
Authority: DE
Inventors: Sachio Hasushita; Takayuki Ito; Takashi Enomoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-21
Also published as: US5969880A; JPH10268191A; DE19812295C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem für eine Kompaktkamera mit einer hinteren Bildweite, die kleiner ist als die einer einäugigen Spiegelreflexkamera. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Miniatur-Variolinsensystem mit einem ho hen Brennweitenverhältnis.

Bei einem Varioobjektiv für eine Kompaktkamera sind ein hohes Brennweitenver hältnis von mehr als 3 und eine Miniaturisierung des Varioobjektivs selbst wün schenswert. Will man diesen Anforderungen gerecht werden, so besteht die Ten denz, daß die Petzval-Summe eine große negative Zahl wird, so daß Astigma tismus und Bildfeldwölbung besonders im Weitwinkelextremum, d. h. bei kurzer Brennweite, nur schwer zu kompensieren sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kleineres Variolinsensystem insbesondere für eine Kompaktkamera mit einem hohen Brennweitenverhältnis anzugeben, in dem die Aberrationen effektiv kompensiert werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Variolinsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Erfindung ermöglicht es, ein kleines Variolinsensystem mit einem hohen Brennweitenverhältnis für eine Kompaktkamera anzugeben, dessen hintere Bild weite kurz ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei gen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Linsenanordnung eines Variolin sensystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2A, 2B, 2C, 2D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 3A, 3B, 3C, 3D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C, 4D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 5 die schematische Darstellung einer Linsenanordnung des Variolin sensystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6A, 6B, 6C, 6D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 7A, 7B, 7C, 7D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 5 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C, 8D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 9 die schematische Darstellung einer Linsenanordnung des Variolin sensystems in einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 10A, 10B, 10C, 10D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 11A, 11B, 11C, 11D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C, 12D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 13 die schematische Darstellung einer Linsenanordnung des Variolin sensystems in einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 14A, 14B, 14C, 14D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 13 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 15A, 15B, 15C, 15D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 13 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C, 16D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 13 bei der Einstellung längster Brennweite, und

Fig. 17 das Variolinsensystem mit den Bewegungsbahnen der Linsen wäh rend einer Brennweitenänderung.

Wie in Fig. 17 gezeigt, enthält bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Vario linsensystem eine erste Linsengruppe 10 mit positiver Brennweite, eine zweite Linsengruppe 20 mit positiver Brennweite und mindestens einem negativen Lin senelement und eine dritte Linsengruppe 30 mit negativer Brennweite. Die Lin sengruppen 10, 20 oder 30 sind von der Objektseite aus gesehen in der genann ten Reihenfolge angeordnet. Zur Brennweitenänderung ausgehend von einer Stellung kürzerer Brennweite zu einer Stellung längerer Brennweite werden alle drei Linsengruppen 10, 20, 30 zur Objektseite hin bewegt. Gleichzeitig nimmt der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 zu und der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Lin sengruppe 30 ab. Zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe 20 und 30 befindet sich eine Blende S, die zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20 be wegt wird. Das Scharfstellen erfolgt durch die zweite Linsengruppe 20.

Die Bedingung (1) nach Anspruch 1 spezifiziert die Brechkraft (Brennweite) einer jeden Linsengruppe 10, 20, 30. Ein Varioobjektiv mit mindestens drei Linsengrup pen, von denen von der Objektseite aus gesehen eine positive Linsengruppe, ei ne positive Linsengruppe und eine negative Linsengruppe in der genannten Rei henfolge angeordnet sind, ist an sich bekannt. Bei einem konventionellen Va rioobjektiv ist jedoch die Bewegung einer jeden Linsengruppe vergleichsweise groß, so daß es Schwierigkeiten macht, eine miniaturisierte Kamera zu erhalten. Wird die Brechkraft der einzig negativen dritten Linsengruppe 30 erhöht, um die Bedingung (1) zu erfüllen, so kann man ein kleineres Variolinsensystem mit einem hohen Brennweitenverhältnis von mehr als 3 erhalten.

Ist das in der Bedingung (1) angegebene Verhältnis größer als die obere Grenze, so ist die Bewegung einer jeden Linsengruppe 10, 20, 30 groß, wodurch eine mögliche Miniaturisierung des Varioobjektivs behindert wird.

Ist im Gegensatz dazu das in Bedingung (1) angegebene Verhältnis kleiner als die untere Grenze, so wird die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 zu groß, wodurch eine mögliche Korrektur des Astigmatismus und der Bildfeldwöl bung behindert wird.

Um das Brennweitenverhältnis und die Miniaturisierung des Variolinsensystems weiter zu steigern, ist vorzugsweise die folgende Bedingung (1') zu erfüllen, in der die obere Grenze in Bedingung (1) durch -0,1 ersetzt ist.

-0,3 < f_w/f_1G + f_w/f_2G + f_w/f_f3G < -0,1 (1').

Die Bedingung (2) nach Anspruch 1 spezifiziert den Brechungsindex des negati ven Linsenelementes der zweiten Linsengruppe 20. Ist die Bedingung (2) erfüllt, so wird die negative Petzval-Summe in die positive Richtung umgekehrt und da durch die Bildfeldwölbung kompensiert.

Insbesondere bei Erfüllung der Bedingung (1) tendiert die Petzval-Summe zu ei nem großen negativen Wert, und die Sagittalbildfläche bei der Weitwinkelstellung (Einstellung kürzester Brennweite) ist stark in die positive Richtung (d. h. plus- Richtung, (+)) bei einer hohen Bildhöhe gebogen. Zusätzlich ist die Astigma tismusdifferenz intensiviert, wodurch sich eine verschlechterte optische Leistung ergibt. Die Bedingung (2) spezifiziert die Anforderung, um diese durch die Bedin gung (1) verursachten Probleme zu kompensieren. Die Petzval-Summe der zweiten Linsengruppe 20, die eine positive Brennweite hat, ist in positiver Rich tung korrigiert, indem der Brechungsindex des negativen Linsenelementes der zweiten Linsengruppe 20 vergrößert wird. Ist der Mittelwert des Brechungsindex des negativen Linsenelementes (oder Elemente) der zweiten Linsengruppe 20 kleiner als die untere Grenze in Bedingung (2), so ist es nicht möglich, die Petz val-Summe zu kompensieren, so daß eine mögliche Kompensation der Bildfeld wölbung folglich behindert wird.

Die Bedingung (3) nach Anspruch 4 und die Bedingung (4) nach Anspruch 5 be zieht sich auf die Dicke der ersten bzw. der dritten Linsengruppe 10, 30. Diese Bedingungen geben an, wie das Anwachsen der Dicke der Linsengruppen 10, 30 unter Erreichung erhöhter Brechkraft gezügelt werden kann, um ein kleineres Variolinsensystem zu erhalten. Die erste Linsengruppe 10 enthält vorzugsweise ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement, die von der Ob jektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die dritte Linsengruppe 30 enthält vorzugsweise ein positives Linsenelement und ein ne gative Linsenelement, die von der Objektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.

Ist das in der Bedingung (3) angegebene Verhältnis größer als die obere Grenze, so ist die Dicke der ersten Linsengruppe 10 erhöht, so daß eine Verringerung der Länge des gesamten Linsensystems nicht möglich ist. Ist das Verhältnis kleiner als die untere Grenze in Bedingung (3), so ist es unmöglich, die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 zu erhöhen, wodurch die Bewegungsabstände der Linsen erhöht sind. Auch die Korrektur der Aberration in der ersten Linsengruppe 10 wird nicht ausreichend sein, so daß die Fluktuation der Aberration verstärkt wird.

Ist das in der Bedingung (4) angegebene Verhältnis größer als die obere Grenze, so ist die Dicke der dritten Linsengruppe 30 erhöht, so daß eine Verringerung der Länge des gesamten Linsensystems nicht erreicht werden kann. Ist das Verhält nis kleiner als die untere Grenze in der Bedingung (4), so ist es unmöglich, die Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 zu erhöhen, wodurch die Bewegungsab stände der Linsen vergrößert werden. Auch der Abstand zwischen den Linsen elementen wird verringert, und folglich wird bei einer Erhöhung der Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 jede Korrektur der Aberration in der ersten Linsengruppe 10 unzureichend sein, so daß die Fluktuation der Aberration verstärkt wird.

Numerische Beispiele (Ausführungsbeispiele 1 bis 4) des Variolinsensystems werden im folgenden diskutiert.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfin dungsgemäßen Variolinsensystems. Das Variolinsensystem enthält eine erste positive Linsengruppe 10, eine zweite positive Linsengruppe 20 einschließlich ei nes negativen Linsenelementes und eine dritte negative Linsengruppe 30. Die Linsengruppen 10, 20, 30 sind von der Objektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet. Die erste positive Linsengruppe 10 enthält ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement, die von der Objektseite aus ge sehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die dritte Linsengruppe 30 enthält ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement, die von der Objektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die Blende S befindet sich zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe 20, 30 und wird zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20 bewegt. Die Fig. 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, 4A, 4B, 4C, 4D zeigen die Diagramme der Aberrationen des Linsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite.

Numerische Daten des Linsensystems nach Fig. 1 sind in Tabelle 1 aufgeführt. In den Diagrammen der Aberrationen bezeichnet SA die sphärische Aberration, SC die Sinusbedingung, die d-Linie, die g-Linie und die c-Linie repräsentieren die chromatischen Aberrationen, die durch die sphärischen Aberrationen bei den je weiligen Wellenlängen dargestellt sind, S bezeichnet die Sagittal-Ebene und M die Meridional-Ebene.

F_NO ist die F-Zahl, f die Brennweite, W die halbe Feldwinkel, f_B die hintere Bild weite, R der Krümmungsradius, D die Linsendicke oder der Abstand zwischen den Linsen, N_d der Brechungsindex der d-Linie und _d die Abbe-Zahl.

Die Form der asphärischen Fläche kann im allgemeinen ausgedrückt werden wie folgt:

X = CY²/{1+[1-(1+k)C²Y²]^1/2}+A4Y⁴+A6Y⁶+A8Y⁸+Y10A¹⁰+

worin
Y die Höhe über der Achse bezeichnet,
X den Abstand von einer Tangentialebene eines asphärischen Scheitels,
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r),
k eine konische Konstante,
A4 einen Asphärizitätsfaktor vierter Ordnung,
A6 einen Asphärizitätsfaktor sechster Ordnung,
A8 einen Asphärizitätsfaktor achter Ordnung, und
A10 einen Asphärizitätsfaktor zehnter Ordnung.

Tabelle 1

Beispiel 2

Die Fig. 5 bis 8D zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Fig. 5 zeigt eine Linsenanordnung, deren Grundaufbau der gleiche ist wie für das erste Ausführungsbeispiel. Die Fig. 6A, 6B, 6C, 6D, 7A, 7B, 7C, 7D und 8A, 8B, 8C, 8D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, einer mittleren Brennweite und der Einstellung längster Brennweite.

Tabelle 2

Beispiel 3

Die Fig. 9 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Die Fig. 9 zeigt dessen Linsenanordnung, deren Grundaufbau der gleiche ist wie für das erste Ausführungsbeispiel. Die Fig. 10A, 10B, 10C, 10D, 11A, 11B, 11C, 11D und 12A, 12B, 12C, 12D zeigen Diagramme der Aberrationen bei der Einstel lung kürzester Brennweite, einer mittleren Brennweite und der Einstellung läng ster Brennweite.

Tabelle 3

Beispiel 4

Die Fig. 13 bis 16D zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel des Variolinsensy stems. Die Fig. 13 zeigt dessen Linsenanordnung, deren Grundaufbau der glei che ist wie für das erste Ausführungsbeispiel. Die Fig. 14A, 14B, 14C, 14D, 15A, 15B, 15C, 15D und 16A, 16B, 16C, 16D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, einer mittleren Brennweite und der Ein stellung längster Brennweite.

Tabelle 4

Die Tabelle 5 zeigt numerische Werte der Bedingungen (1) bis (4) für die vier eben erläuterten Beispiele.

Tabelle 5

Wie aus der Tabelle 5 ersichtlich, erfüllt jedes Beispiel die Bedingungen (1) bis (4), und die Aberrationen sind gut kompensiert. Der Astigmatismus insbesondere bei der Einstellung kürzester Brennweite ist zufriedenstellend korrigiert.

Wie aus der obigen Diskussion hervorgeht, ermöglicht es die Erfindung, ein klei nes Variolinsensystem mit einem hohen Brennweitenverhältnis für eine Kompakt kamera anzugeben, dessen hintere Bildweite kurz ist.

Claims

1. Variolinsensystem mit mindestens drei Linsengruppen einschließlich einer ersten Linsengruppe (10) mit positiver Brennweite, einer zweiten Linsen gruppe (20) mit positiver Brennweite und mindestens einem negativen Lin senelement und einer dritten Linsengruppe mit negativer Brennweite, die von der Objektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, wobei bei der Brennweitenänderung ausgehend von einer Einstellung kürzester Brennweite hin zu einer Einstellung längster Brennweite die Linsengruppen (10, 20, 30) zur Objektseite hin bewegt werden, der Abstand zwischen der ersten (10) und der zweiten Linsengruppe (20) anwächst, der Abstand zwischen der zweiten (20) und der dritten Linsengruppe (30) ab nimmt und das Variolinsensystem folgende Bedingungen (1) und (2) erfüllt:
-0,3 < (f_w/f_1G+f_w/f_2G+f_w/f_3G < 0 (1)
1,845 < N_2Gn (2)
worin
f_w die Brennweite des gesamten optischen Systems bei der Einstellung kür zester Brennweite ist,
f_1G die Brennweite der ersten Linsengruppe (10) (f_1G < 0),
f_2G die Brennweite der zweiten Linsengruppe (20) (f_2G < 0),
f_3G die Brennweite der dritten Linsengruppe (30) (f_3G < 0),
N_2Gn der mittlere Brechungsindex aller negativen Linsenelemente der zweiten Linsengruppe (20).

2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die er ste Linsengruppe (10) ein negatives Linsenelement und ein positives Lin senelement enthält, die von der Objektseite aus gesehen in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.

3. Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe (30) ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement enthält, die von der Objektseite aus gesehen in der genann ten Reihenfolge angeordnet sind.

4. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung (3) erfüllt:
0,05 < Σd_1G/f_w < 0,2 (3)
worin mit Σd_1G bezeichnet ist der entlang der optischen Achse gemessene Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche und der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der ersten Linsengruppe (10).

5. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Bedingung (4) erfüllt:
0,1 < Σd_3G/f_w < 0,25 (4)
worin mit Σd_3G bezeichnet ist der entlang der optischen Achse gemessene Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche und der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der dritten Linsengruppe (30).