DE19924073A1

DE19924073A1 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE19924073A1
Application number: DE19924073A
Authority: DE
Inventors: Takashi Enomoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 1999-12-02
Also published as: US6178050B1; JPH11337822A

Abstract

Ein Variolinsensystem enthält eine positive erste Linsengruppe (11) und eine negative zweite Linsengruppe (12), die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind und deren Abstand voneinander zur Brennweitenänderung veränderbar ist. Ein mittlerer oder hinterer Teil der positiven ersten Linsengruppe (11) ist als Scharfstellinsengruppe (11F) ausgebildet, die längs der optischen Achse bewegbar ist, ohne daß sich bei Durchführung der Scharfeinstellung der Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Linsenfläche der ersten Linsengruppe (11) und der Bildebene ändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1. Insbesondere betrifft sie ein Variolinsensystem, bei dem die hintere Bildweite kurz sein darf.

In einem solchen Variolinsensystem, wie es beispielsweise ein Variolinsensystem für eine Kompaktkamera darstellt, ist im Gegensatz zu einem für eine einäugige Spiegelreflexkamera bestimmten Variolinsensystem, welches Raum für einen hinter einem Objektiv vorgesehenen Spiegel benötigt, eine längere hintere Bild weite nicht erforderlich. In einer Kompaktkamera kommt folglich ein Telelinsensy stem zum Einsatz, in dem eine positive und eine negative Linsengruppe von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, wäh rend in einer einäugigen Spiegelreflexkamera ein Retrofokus-Linsensystem Ver wendung findet, das von der Objektseite aus betrachtet eine negative und eine positive Linsengruppe in der genannten Reihenfolge enthält.

Ein mit zwei Linsengruppen versehenes Telelinsensystem mit einer positiven vor deren Linsengruppe und einer negativen hinteren Linsengruppe hat folgende Vorteile: es ist einfach aufgebaut, beim Zusammenbau leicht auszurichten, die Anzahl seiner Linsenelemente kann vergleichsweise gering sein, und es ist ko stengünstig. Um die F-Zahl bei der Einstellung längster Brennweite zu verringern und eine hohe optische Leistung zu erhalten, ist jedoch die Korrektion der Aber rationen der ersten Linsengruppe äußerst wichtig, wodurch sich die Anzahl der Linsenelemente der positiven vorderen Linsengruppe erhöht. Das Gewicht der vorderen Linsengruppe steigt so an, so daß der Scharfstellmechanismus eine Last tragen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zwei-Linsengruppen-Variolinsensystem anzu geben, bei dem selbst dann, wenn seine vordere Linsengruppe zur Steigerung der optischen Leistung eine erhöhte Anzahl von Linsenelementen enthält, eine ansonsten auf den Scharfstellmechanismus einwirkende Last im wesentlichen beseitigt ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Variolinsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ermöglicht es, daß bei einem mit zwei Linsengruppen versehenen Variolinsensystem für eine Kompaktkamera selbst dann, wenn die Anzahl der Lin senelemente in der vorderen Linsengruppe zur Steigerung der aufzunehmenden Lichtmenge und damit zur Erreichung einer hohen optischen Leistung erhöht ist, eine ansonsten auf den Scharfstellmechanismus einwirkende Last im wesentli chen beseitigt werden kann.

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

Fig. 1 die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems nach der Erfindung,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 8 die Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 9A, 9B, 9C und 9D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 11 A, 11 B, 11 C und 11 D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 12A, 12 8, 12C und 12D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 13A, 13B, 13C und 13D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 8 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 15 die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 17A, 17B, 17C und 17D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 18A, 18B, 18C und 18D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 19A, 19B, 19C und 19D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 20A, 20B, 20C und 20D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 21 A, 21 B, 21 C und 21 D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 15 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 22 die Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 23A, 23B, 23C und 23D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 24A, 24B, 24C und 24D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 25A, 25B, 25C und 25D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt im Unendlichen,

Fig. 26A, 26B, 26C und 26D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung kürzester Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 27A, 27B, 27C und 27D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand,

Fig. 28A, 28B, 28C und 28D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach Fig. 22 bei der Einstellung längster Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in endlichem Abstand und

Fig. 29 und 30 die Bewegungen der Linsengruppen des Variolinsensystems bei der Brennweitenänderung.

Ein Variolinsensystem enthält eine positive erste Linsengruppe und eine negative zweite Linsengruppe, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind. Die Brennweitenänderung erfolgt durch Variieren des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe. Zur Scharfeinstellung ist ein Teil der ersten Linsengruppe längs der optischen Achse bewegbar, ohne daß sich die Gesamtlänge des Variolinsensystems ändert. Die Fig. 29 und 30 zeigen die Bewegungswege in dem Variolinsensystem. Bei der Brennweitenänderung von der Einstellung kürzester Brennweite zur Einstellung längster Brennweite bewegen sich die positive erste Linsengruppe 11 und die ne gative zweite Linsengruppe 12 unter Verringerung ihres gegenseitigen Abstandes gemeinsam auf das Objekt zu. Entweder ist der mittlere Teil oder der hintere Teil der positiven ersten Linsengruppe 11 als Scharfstellinsengruppe 11F ausgebildet. Die Scharfeinstellung erfolgt bei beliebiger Brennweite des Variolinsensystems durch Bewegen der Scharfstellinsengruppe 11F längs der optischen Achse. Durch die Ausbildung des mittleren oder des hinteren Teils der positiven ersten Linsengruppe 11 als Scharfstellinsengruppe 11F ändert sich die Gesamtlänge des Variolinsensystems während der Scharfeinstellung nicht. Mit anderen Worten ändert sich der Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Linsenfläche der positiven ersten Linsengruppe 11 von der am weitesten bildseitig an geordneten Linsenfläche der negativen zweiten Linsengruppe 12 nicht. Wie in Fig. 29 gezeigt, kann eine Blende S an der am weitesten bildseitig gelegenen Seite der ersten Linsengruppe 11 angeordnet sein. Wie in Fig. 30 gezeigt, kann die Blende S alternativ innerhalb der ersten Linsengruppe 11 angeordnet sein. In beiden Fällen wird die Blende S während der Brennweitenänderung gemeinsam mit der positiven ersten Linsengruppe 11 bewegt, während sie bei der Scharfein stellung nicht bewegt wird.

Durch die eben erläuterte Art der Scharfeinstellung können Aberrationen in der positiven ersten Linsengruppe 11 selbst dann ausreichend verringert werden, wenn die F-Zahl klein ist, d. h. eine große Lichtmenge aufgenommen wird. Da durch erreicht man eine optimale optische Leistung. Da weiterhin die Scharfein stellung in einem Teil der positiven ersten Linsengruppe 11 ausgeführt wird, kann eine ansonsten auf den Scharfstellmechanismus einwirkende Last im we sentlichen beseitigt werden.

Die Bedingung (1) des Anspruchs 2 spezifiziert die Brechkraft der Scharfstellin sengruppe 11F in der positiven ersten Linsengruppe 11. Bei Erfüllung dieser Be dingung ist die Scharfstellgenauigkeit verbessert und ein kompakter Aufbau des Variolinsensystem möglich.

Übersteigt f_1G/f_F die obere Grenze, so wird die Sensitivität der Scharfstellinsen gruppe 11F zu groß, und eine Steigerung der Scharfeinstellgenauigkeit ist nicht möglich. Unterschreitet f_1G/f_F die untere Grenze, so wird die erforderliche Bewe gungsstrecke der Scharfstellinsengruppe 11F zu lang, wodurch das gesamte Lin sensystem größer wird.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 3 gibt die Größe der Scharfstellinsengruppe 11F an. Ist die Bedingung (2) erfüllt, so können die während der Scharfeinstellung auftretenden Aberrationen korrigiert werden und eine ansonsten auf den Scharf stellmechanismus einwirkende Last kann im wesentlichen beseitigt werden.

Übersteigt Σd_f/Σd_1G die obere Grenze, so wird die Scharfstellinsengruppe 11F zu groß und auch die auf den Scharfstellmechanismus einwirkende Last wächst an. Unterschreitet Σd_f/Σd_1G die untere Grenze, so steigen die Aberrationen in der Scharfstellinsengruppe 11F an und die während der Scharfeinstellung auftreten den Aberrationen können nicht korrigiert werden.

Spezielle numerische Daten der Ausführungsbeispiele werden im folgenden an Hand der Tabellen und Diagramme erläutert. In den Diagrammen der chromati schen Aberration (axiale chromatische Aberration), dargestellt durch sphärische Aberrationen, bezeichnen die durchgezogene Linie und die beiden Arten von ge strichelten Linien die sphärischen Aberrationen bei der d-, der g- bzw. der C-Li nie. Auch in den Diagrammen der lateralen chromatischen Aberration bezeichnen die durchgezogene Linie und die beiden Arten von gestrichelten Linien den Abbil dungsmaßstab bei der d-, der g- und der C-Linie. S bezeichnet das Sagittalbild und M das Meridionalbild. F_NO ist die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten Va riolinsensystems, W der halbe Feldwinkel und f_B die hintere Bildweite. R bezeich net den Krümmungsradius der Linsenflächen, D die Linsendicke oder den Ab stand, N_d den Brechungsindex bezüglich der d-Linie und ν_d die Abbe-Zahl.

Eine asphärische, zur optischen Achse symmetrische Fläche ist wie folgt definiert:

x = Ch²/{1 + [1 - (1 + K)C²h²]^1/2} = A4h⁴ + A6h⁶ + A8h⁸ + A10h¹⁰ . . .;

worin
x den Abstand von einer Tangentialebene des asphärischen Scheitels,
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/R),
h den Abstand von der optischen Achse,
K den Kegelschnittkoeffizienten,
A4 einen Asphärizitätskoeffizienten vierter Ordnung,
A6 einen Asphärizitätskoeffizienten sechster Ordnung,
A8 einen Asphärizitätskoeffizienten achter Ordnung und
A10 einen Asphärizitätskoeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels. Die Fig. 2A, 2B, 2C und 2D, die Fig. 3A, 3B, 3C und 3D sowie die Fig. 4A, 4B, 4C und 4D zei gen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolinsensystem nach Fig. 1 auf ein Objekt im Unendlichen scharfgestellt ist. Die Fig. 5A, 5B, 5C und 5D, die Fig. 6A, 6B, 6C und 6D sowie die Fig. 7A, 7B, 7C und 7D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolinsensystem nach Fig. 1 auf ein Objekt in endlichem Abstand scharfgestellt ist (der Abstand zwischen Objekt und Bild beträgt 2,45 m). Tabelle 1 zeigt die numerischen Daten hierzu. Die Flächen 1 bis 14 sind der positiven ersten Linsengruppe 11 zugeordnet, während sich die Flächen 15 bis 20 auf die negative zweite Linsengruppe 12 be ziehen. Die Flächen Nr. 9 bis 14 innerhalb der ersten Linsengruppe 11 sind die der Scharfstellinsengruppe 11F.

Tabelle 1

Asphärische Flächendaten (nicht angeführte Asphärizitätskoeffizienten sind Null (0,00)):

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 8 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Die Fig. 9A, 9B, 9C und 9D, die Fig. 10A, 10B, 10C und 10D sowie die Fig. 11A, 11 B, 11C und 11D zeigen die Dia gramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolinsensystem nach Fig. 8 auf ein Objekt im Unendlichen scharfgestellt ist. Die Fig. 12A, 12B, 12C und 12D, die Fig. 13A, 13B, 13C und 13D sowie die Fig. 14A, 14B, 14C und 14D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolinsensystem nach Fig. 8 auf ein Objekt in endlichem Abstand (der Abstand zwischen Objekt und Bild be trägt 2,45 m) scharfgestellt ist. Tabelle 2 zeigt die numerischen Daten hierzu. Die Flächen 1 bis 14 gehören zur positiven ersten Linsengruppe 11 und die Flächen 15 bis 20 zur negativen zweiten Linsengruppe 12. Die Flächen 9 bis 14 innerhalb der ersten Linsengruppe 11 sind die der Scharfstellinsengruppe 11F.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 15 zeigt die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels. Die Fig. 16A, 16B, 16C und 16D, die Fig. 17A, 17B, 17C und 17D sowie die Fig. 18A, 18B, 18C und 18D sind die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolin sensystem nach Fig. 15 auf ein Objekt im Unendlichen scharfgestellt ist. Die Fig. 19A, 19B, 19C und 19D, die Fig. 20A, 20B, 20C und 20D sowie die Fig. 21A, 21B, 21C und 21D sind die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolin sensystem nach Fig. 15 auf ein Objekt in endlichem Abstand (der Abstand zwi schen Objekt und Bild beträgt 2,45 m) scharfgestellt ist. Tabelle 3 zeigt die nume rischen Daten hierzu. Die Flächen 1 bis 13 gehören zur positiven ersten Linsen gruppe 11 und die Flächen 14 bis 19 zur negativen zweiten Linsengruppe 12. Die Flächen 7 bis 13 innerhalb der ersten Linsengruppe 11 sind die der Scharf stellinsengruppe 11F.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 22 zeigt die Linsenanordnung des vierten Ausführungsbeispiels. Die Fig. 23A, 23B, 23C und 23D, die Fig. 24A, 24B, 24C und 24D sowie die Fig. 25A, 25B, 25C und 25D sind die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolin sensystem nach Fig. 22 auf ein Objekt im Unendlichen scharfgestellt ist. Die Fig. 26A, 26B, 26C und 26D, die Fig. 27A, 27B, 27C und 27D sowie die Fig. 28A, 28B, 28C und 28D sind die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite bzw. längster Brennweite, wenn das Variolin sensystem nach Fig. 22 auf ein Objekt in endlichem Abstand (der Abstand zwi schen Objekt und Bild beträgt 2,45 m) scharfgestellt ist. Tabelle 4 zeigt die nume rischen Daten hierzu. Die Flächen 1 bis 16 gehören zu der positiven ersten Lin sengruppe 11, die Flächen 17 bis 22 zu der negativen zweiten Linsengruppe 12. Die Flächen 7 bis 16 innerhalb der ersten Linsengruppe 11 sind die der Scharf stellinsengruppe 11F.

Tabelle 4

Tabelle 5 zeigt die Werte der Bedingungen (1) und (2) für die einzelnen Ausfüh rungsbeispiele.

Tabelle 5

Die Ausführungsbeispiele erfüllen also die Bedingungen (1) und (2), und auch die Aberrationen sind ausreichend korrigiert.

Claims

1. Variolinsensystem mit einer positiven ersten Linsengruppe (11) und einer negativen zweiten Linsengruppe (12), die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind und deren Abstand vonein ander zur Brennweitenänderung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer oder hinterer Teil der positiven ersten Linsengruppe (11) als Scharfstellinsengruppe (11F) ausgebildet ist, die längs der optischen Achse bewegbar ist, ohne daß sich bei Durchführung der Scharfeinstellung der Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Linsen fläche der ersten positiven Linsengruppe (11) und der Bildebene ändert.

2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fol gende Bedingung erfüllt ist:
0,5 < f_1G/f_F < 1,2 (1)
worin
f_1G die Brennweite der positiven ersten Linsengruppe (11) und
f_F die Brennweite der in der positiven ersten Linsengruppe (11) vorgesehe nen Scharfstellinsengruppe (11F) ist.

3. Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist:
0,1 < Σd_f/Σd_1G < 0,8 (2)
worin
Σd_f den Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Lin senfläche und der am weitesten bildseitig angeordneten Linsenfläche der Scharfstellinsengruppe (11F) und
Σd_1G den Abstand zwischen der am weitesten objektseitig angeordneten Lin senfläche und der am weitesten bildseitig angeordneten Linsenfläche der positiven ersten Linsengruppe (11) bezeichnet.

4. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die positive erste Linsengruppe zwei Unterlinsen gruppen hat, von denen die bildseitig angeordnete als Fokussierlinsen gruppe (11F) ausgebildet ist, und daß die Scharfeinstellung allein durch Be wegen der Scharfstellinsengruppe (11F) längs der optischen Achse erfolgt.