DE19845485A1

DE19845485A1 - Weichzeichnungsvariolinsensystem

Info

Publication number: DE19845485A1
Application number: DE19845485A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Murata; Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2018-10-03
Also published as: JPH11109229A; DE19845485B4; US5991093A

Description

Die Erfindung betrifft ein Weichzeichnungsvariolinsensystem, das sich in einem Varioobjektiv befindet, das hauptsächlich als Wechselobjektiv für eine einäugige Spiegelreflexkamera verwendet wird.

Weichzeichnungsvariolinsensysteme werden hauptsächlich zur Aufnahme von Porträts in Teleobjektivsystemen verwendet, die einen vergleichsweise geringen Feldwinkel haben. Andererseits werden seit kurzem für Weitwinkellinsensysteme mit einem größeren Feldwinkel Weichzeichnungsvariolinsensysteme verwendet, um Weichzeichnungseffekte bei der Aufnahme entfernter Landschaft zu erzielen. Es ist jedoch noch kein Weitwinkelvariolinsensystem verfügbar, das ausgehend vom Weitwinkelbereich bis hin zum Telebereich Weitwinkeleffekte erzeugen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Weitewinkelvariolinsensystem anzugeben, das sowohl die Aufnahme von entfernten als auch von nahen Ansichten, z. B. von Landschaften und Portraits, mit Weichzeichnungseffekten ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Weichzeichnungsvariolinsensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das Weichzeichnungsvariolinsensystem arbeitet in der Weitwinkeleinstellung als Weitwinkellinsensystem. Es kann sowohl für entfernte Ansichten, z. B. Land schaftsaufnahmen, als auch für nahe Ansichten, z. B. Portraitaufnahmen, Weich zeichnungseffekte erzeugen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfüllt das Weichzeichnungsva riolinsensystem die Bedingung (4) des Anspruchs 3. Durch diese Weiterbildung werden hauptsächlich sphärische Aberrationen erzeugt, während andere außer axiale Aberrationen so weit wie möglich unterdrückt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Hinterlinsengruppe in zwei oder drei Unterlinsengruppen aufgeteilt sein, die zur Brennweitenänderung relativ zueinander bewegbar sind, wobei auch der Abstand zwischen der Frontlin sengruppe und der Hinterlinsengruppe zur Brennweitenänderung variiert wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche sowie der folgenden Beschreibung.

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

Fig. 1 die Linsenanordnung eines Weichzeichnungsvariolinsensystems in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

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

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

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

Fig. 5 die Linsenanordnung des Weichzeichnungsvariolinsensystem in ei nem zweiten Ausführungsbeispiel,

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

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

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

Fig. 9 die Linsenanordnung des Weichzeichnungsvariolinsensystems in einem dritten Ausführungsbeispiel,

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

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

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

Fig. 13 die Wege zur Brennweitenänderung für das erste und zweite Aus führungsbeispiel und

Fig. 14 die Wege zur Brennweitenänderung für das drille Ausführungsbei spiel.

Das Weichzeichnungslinsensystem gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung basiert auf einem Retrofokus-Linsensystem mit zwei Linsengruppen. Das Linsensystem enthält, wie in Fig. 13 gezeigt, eine negative Frontlinsengruppe I und eine positive Hinterlinsengruppe II, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus gesehen angeordnet sind. Die Brennweitenänderung erfolgt durch Variieren des Abstandes zwischen der Frontlinsengruppe I und der Hinter linsengruppe II. Wie in den Brennweitenänderungswegen nach Fig. 13 gezeigt, wird bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite (Weitwinkel-Extremum) über den gesamten Zoombereich hin zur Ein stellung längster Brennweite (Teleeinstellung) der Abstand zwischen den beiden Linsengruppen I und II verringert, wobei die Frontlinsengruppe I in Richtung der Bildseite und die Hinterlinsengruppe II in Richtung der Objektseite bewegt wer den.

Das Weichzeichnungslinsensystem kann auch in einem Retrofokus-Linsensystem mit vier Linsengruppen eingesetzt werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite über den gesamten Zoombereich hin zur Einstellung längster Brennweite verändern sich die Abstände zwischen den vier Linsengruppen I, II-1, II-2, II-3, während die am weitesten zur Objektseite hin angeordnete Linsengruppe I in Richtung der Bildseite und die übrigen Linsengruppen in Richtung der Objektseite bewegt wer den.

Die Brennweitenänderungswege nach Fig. 13 gelten für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel, während die Brennweitenänderungswege nach Fig. 14 für das dritte Ausführungsbeispiel gelten.

Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 gibt das Verhältnis der sphärischen Aberra tion bei vollständig geöffneter Blende und Einstellung kürzester Brennweite zur Brennweite des gesamten Linsensystems bei der Einstellung kürzester Brenn weite an. Ist die Bedingung (1) erfüllt, so tritt eine unterkorrigierte sphärische Aberration auf, so daß Weichzeichnungseffekte im Bereich ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite erhalten werden können und darüber hinaus ein weich defokussierter Hintergrund effektiv portraitiert werden kann.

Überschreitet SAU/f_W die obere Grenze, so tritt wenig sphärische Aberration auf und eine ausreichende Weichzeichnungswirkung kann nicht erhalten werden. Die vorstehend genannte "unterkorrigierte" sphärische Aberration ist in den Fig. 2A, 3A, 4A, 6A, 7A, 8A, 10A, 11A und 12A durch die gekrümmte Linie SA in Minus- Richtung (in Richtung -5,0) gegeben.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 1 gibt das Verhältnis des Abstandes zwischen der Front- und der Hinterlinsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite und der Brennweite des gesamten Linsensystems an, um ein Brennweitenver hältnis von 2 oder mehr zu erhalten. Ist die Bedingung (2) erfüllt, so können Wir kungen eines variablen Brechkraftverhältnisses von 2 oder mehr erzielt werden.

Unterschreitet D_w/f_w die untere Grenze, so nehmen die Wirkungen variabler Brechkraft ab und es wird schwierig, ein Brennweitenverhältnis von 2 oder mehr zu erreichen.

Überschreitet D_W/f_W die obere Grenze, so kann man ein großes Brennweitenver hältnis erhalten. Eine solche Situation ist jedoch unerwünscht, da die Gesamt länge des Linsensystems größer bemessen sein muß und zur Bereitstellung aus reichenden Randlichtes der Durchmesser der Frontlinsengruppe I vergrößert werden muß.

Die Bedingung (3) des Anspruchs 2 gibt das Verhältnis der Brennweite der nega tiven Frontlinsengruppe zur Brennweite des Gesamtlinsensystems bei der Einstel lung kürzester Brennweite an. Ist die Bedingung (3) erfüllt, so ist die negative Brechkraft der Frontlinsengruppe geeignet eingestellt und damit eine ausrei chende Bildqualität gewährleistet.

Unterschreitet f_W/f_F die untere Grenze, so wird die negative Brechkraft der Front linsengruppe zu stark und die Fluktuation der Bildfeldwölbung wächst bei der Brennweitenänderung an.

Überschreitet f_W/f_F die obere Grenze, so tritt eine unerwünschte Situation ein, da der Linsendurchmesser der Frontlinsengruppe zu groß wird oder ausreichendes Randlicht nicht gewährleistet ist.

Die Bedingung (4) des Anspruchs 3 ist hauptsächlich zur Erzeugung sphärischer Aberration vorgesehen, während andere außeraxiale Aberrationen so weit wie möglich unterdrückt werden. Genauer gesagt tritt wegen einer konvexen Fläche mit starker Brechkraft unterkorrigierte sphärische Aberration auf. Folglich kann in der Hinterlinsengruppe II, falls das am weitesten objektseitig angeordnete Lin senelement, das sich am nächsten der Blende S befindet, von einer konvexen Fläche (vgl. erstes und zweites Ausführungsbeispiel) gebildet wird, unterkorrigier te sphärische Aberration auftreten, während Koma-Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung so weit wie möglich unterdrückt sind.

Falls r_R-1/f_W, die untere Grenze unterschreitet, so tritt zwar unterkorrigierte sphä rische Aberration auf, die Korrektur anderer außeraxialer Aberrationen wird je doch im Grunde unmöglich.

Überschreitet r_R-1/f_W die obere Grenze, so tritt nur wenig unterkorrigierte sphäri sche Aberration auf und ausreichende Weichzeichnungseffekte können nicht er halten werden.

Die Bedingung (5) des Anspruchs 4 legt direkt den halben Feldwinkel bei der Einstellung kürzester Brennweite fest. Ist W_W kleiner als die untere Grenze, so verfügt das Linsensystem nicht über einen halben Feldwinkel, wie er für ein Weitwinkellinsenelement vorgesehen ist.

Im folgenden werden besondere Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 1 gezeigt, deren Linsendaten in Tabelle 1. Das Linsensystem nach dem ersten Ausführungs beispiel setzt sich aus einer negativen Frontlinsengruppe I, einer Blende S und einer positiven Hinterlinsengruppe II zusammen, die in der genannten Reihen folge von der Objektseite aus gesehen angeordnet sind. Zur Brennweitenände rung wird der Abstand der Frontlinsengruppe I gegenüber der Hinterlinsengruppe II verändert. Die Frontlinsengruppe I setzt sich, von der Objektseite aus gesehen, zusammen aus einem negativen Meniskuslinsenelement L1 mit einer der Objektseite zugewandten konvexen Fläche, einem negativen Meniskuslinsen element L2 mit einer der Objektseite zugewandten konvexen Fläche und einem positiven Linsenelement L3 mit einer der Objektseite zugewandten konvexen Flä che. Die Hinterlinsengruppe II setzt sich, von der Objektseite aus betrachtet, zusammen aus einem positiven Linsenelement L4, einem positiven Linsenelement L5, einem negativen Linsenelement L6 und einem positiven Linsenelement L7.

In den Fig. 2, 3 bzw. 4 sind die Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, die Aberrationen bei der Einstellung mittlerer Brennweite bzw. die Aberrationen bei der Einstellung längster Brennweite gezeigt. In den Diagrammen der Aberrationen bezeichnet SA die sphärische Aberration und SC die Sinusbe dingung. Die g- und die c-Linie bezeichnen die laterale chromatische Aberration bei den jeweiligen Wellenlängen. S bezeichnet das Sagittal- und M das Meriodi nal-Bild.

In den Tabellen und Diagrammen ist F_NO die F-Zahl, f die Brennweite, W der halbe Feldwinkel, f_B die hintere Bildweite, ri der Krümmungsradius der Linsenflä chen, di die Dicke der Linsenelemente oder der Abstand zwischen den Linsenele menten, N der Brechungsindex bei der d-Linie und ν die Abbe-Zahl bei der d-Li nie.

Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 5 gezeigt, die numerischen Daten in Tabelle 2. Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, Aberrationen bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Aberratio nen bei der Einstellung längster Brennweite sind für dieses Beispiel in den Fig. 6, 7 bzw. 8 gezeigt. Die Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie für das erste Ausführungsbeispiel.

Tabelle 2

Die asphärische Fläche ist im allgemeinen wie folgt definiert:

x = cy²/{1+[1-(1+K)c²y²]^1/2} + A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰+A12y¹². . .

worin mit
y der Abstand von der optischen Achse,
x der Abstand von einer Tangentialebene eines asphärischen Scheitels,
c eine Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r),
K eine Konizitätskonstante,
A4 ein Asphärizitätskoeffizient vierter Ordnung,
A6 ein Asphärizitätskoeffizient sechster Ordnung,
A8 ein Asphärizitätskoeffizient achter Ordnung,
A10 ein Asphärizitätskoeffizient zehnter Ordnung,
A11 ein Asphärizitätskoeffizient elfter Ordnung und
A12 ein Asphärizitätskoeffizient zwölfter Ordnung
bezeichnet ist.
Daten der asphärischen Flächen:
Nr. 7: K = 0,00, A4 = 0,68301×10^-5.

Ausführungsbeispiel 3

Die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 9 gezeigt, die numerischen Daten in Tabelle 3. Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, Aberrationen bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Aberratio nen bei der Einstellung längster Brennweite sind für dieses Ausführungsbeispiel in den Fig. 10, 11 bzw. 12 dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind eine negative Frontlinsengruppe I und eine positive Hinterlinsengruppe II vorgesehen. Die Hinterlinsengruppe II setzt sich zusammen aus einer ersten Unterlinsengruppe II-1, einer zweiten Unterlinsen gruppe II-2 und einer dritten Unterlinsengruppe II-3, die alle relativ zueinander beweglich sind. Die Blende S befindet sich zwischen den Unterlinsengruppen II-1 und II-2. Die Frontlinsengruppe I setzt sich, von der Objektseite aus gesehen, zu sammen aus einer positiven Linsengruppe L1 mit einer der Objektseite zu gewandten konvexen Fläche, einem negativen Meniskuslinsenelement L2 mit einer der Objektseite zugewandten konvexen Fläche, einem negativen Linsen element L3 mit einer der Objektseite zugewandten konkaven Fläche und einer positiven Linse L4 mit einer der Objektseite zugewandten konvexen Fläche. Die erste Unterlinsengruppe II-1 in der Hinterlinsengruppe II setzt sich, von der Bild seite aus betrachtet, zusammen aus einem positiven Linsenelement L5 und einem verkitteten Linsensystem, das aus einem positiven Linsenelement L6 und einem negativen Linsenelement L7 besteht. Die zweite Unterlinsengruppe II-2 ist ein verkittetes Linsensystem, das aus einem positiven Linsenelement L8 und einem negativen Linsenelement L9 besteht. Die dritte Linsengruppe II-3 besteht, von der Objektseite aus betrachtet, aus einem verkitteten Linsensystem, das ein negatives Linsenelement L10 und ein positives Linsenelement L11 enthält, und einem posi tiven (unabhängigen) positiven Linsenelement L12.

Zur Brennweitenänderung werden der Abstand der Frontlinsengruppe I von der Hinterlinsengruppe II sowie die Abstände zwischen den Unterlinsengruppen II-1, II-2 und II-3 in der Hinterlinsengruppe II verändert.

Tabelle 3

Tabelle 4 zeigt für die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 die Werte für die einzelnen Bedingungen.

Tabelle 4

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erfüllen die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 die Be dingungen (1) bis (5). Darüber hinaus sind, wie in den Diagrammen der Aberra tionen gezeigt, die verschiedenen Aberrationen vergleichsweise gut korrigiert.

Claims

1. Weichzeichnungsvariolinsensystem mit einer negativen Frontlinsengruppe (I) und einer positiven Hinterlinsengruppe (II), die unter Änderung ihres ge genseitigen Abstandes zur Brennweitenänderung bewegbar sind, wobei fol gende Bedingungen erfüllt sind:(1) SAU/f_W < -0,10
(2) 0,8 < D_W/f_W < 2,0
worin
SAU die sphärische Randaberration bei der Einstellung kürzester Brenn weite bei vollständig geöffneter Blende,
f_W die Brennweite des Gesamtlinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite sowie
D_W den axialen Abstand zwischen der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der Frontlinsengruppe (I) und der am weitesten objektseitig angeord neten Fläche der Hinterlinsengruppe (II) bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

2. Weichzeichnungsvariolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß weiterhin folgende Bedingung erfüllt ist:
(3) -2 < f_W/f_F < -0,5
worin f_F die Brennweite der Frontlinsengruppe (I) ist.

3. Weichzeichnungsvariolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß weiterhin folgende Bedingung erfüllt ist:
(4) 0,5 < r_R-1/f_W < 1,4
worin r_R-1 den Krümmungsradius der objektseitigen Fläche des positiven Linsenelementes bezeichnet, das unter positiven Linsenelementen der Hinterlinsengruppe (II) am weitesten objektseitig angeordnet ist.

4. Weichzeichnungsvariolinsensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin folgende Bedingung erfüllt ist:
(5) 25° < W_W
worin W_W der halbe Feldwinkel bei der Einstellung kürzester Brennweite ist.

5. Weichzeichnungsvariolinsensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Linsengruppe (II) mehre re Unterlinsengruppen (II-1, II-2, II-3) enthält, die zur Brennweitenänderung relativ zueinander bewegbar sind.