DE19962210B4 - Varioobjektiv - Google Patents

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Abstract

Varioobjektiv mit in dieser Reihenfolge von der Objektseite her:
einer positiven ersten Linsengruppe (11), die entlang der optischen Achse zum Varioverstellen bewegbar ist und die eine negative erste Unterlinsengruppe (11a) und eine positive zweite Unterlinsengruppe (11b) hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind,
und einer negativen zweiten Linsengruppe (12), die zum Varioverstellen entlang dar optischen Achse bewegbar ist,
bei dem die erste und die zweite Unterlinsengruppe (11a, 11b) der ersten Linsengruppe (11) jeweils mindestens eine negative Linse haben, und bei dem die folgenden Bedingungen (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind:
Figure 00000002
1,85 < n1an (3) 1,85 < n1bn (4)wobei
ft die Langbrennweite des gesamten Objektivs,
f1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe (11a),
f1b die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe (11b),
n1an der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a), und
n1bn der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsengruppe (11b)...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv, insbesondere ein bei Kameras, wie z.B. Kompaktkameras, die eine kürzere rückseitige Schnittweite erfordern als einäugige Spiegelreflexkameras, anwendbares Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen.
  • Bei bekannten Varioobjektiven mit zwei Linsengruppen für Kompaktkameras sind in dieser Reihenfolge von der Objektseite her eine positive erste Linsengruppe und eine negative zweite Linsengruppe angeordnet. Die erste und die zweite Linsengruppe sind entlang der optischen Achse für die Varioverstellung bewegbar.
  • Bei einem solchen Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen sind die Aberrationen um so größer, je größer das Varioverhältnis ist. Im einzelnen wird die chromatische Aberration signifikant größer.
  • Es gibt außerdem auch Varioobjektive mit drei oder mehr Linsengruppen. Diese Varioobjektive sind aber im Vergleich mit solchen mit zwei Linsengruppen komplex im optischen und im mechanischen Aufbau.
  • Aus der Druckschrift US 4 836 660 ist ein Varioobjektiv mit einer positiven ersten Linsengruppe und einer negativen zweiten Linsengruppe bekannt, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Zum Varioverstellen werden die positive erste Linsengruppe und die negative zweite Linsengruppe entlang der optischen Achse bewegt. Die positive erste Linsengruppe besteht aus einer der Objektseite zugewandten negativen Unterlinsengruppe, einer der Bildseite zugewandten positiven Unterlinsengruppe sowie einer zwischen diesen beiden Unterlinsengruppen angeordneten Unterlinsengruppe, die ein positives Linsenelement mit einer der Bildseite zugewandten konvexen Fläche enthält. Die objektseitige Unterlinsengruppe und die bildseitige Unterlinsengruppe der positiven ersten Linsengruppe enthalten jeweils eine negative Linse.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Varioobjektiv anzugeben, das ein Varioverhältnis von ungefähr 3,0 hat und eine ausreichende optische Leistungsfähigkeit bei einer kompakten Größe bietet.
    •
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Varioobjektiv mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Mit diesem Aufbau wird ein Varioobjektiv mit einem Varioverhältnis von ungefähr 3,0 bei einer ausreichenden optischen Leistungsfähigkeit ermöglicht, das einen kompakten Aufbau mit zwei Linsengruppen hat.
  • Es ist dabei zu bemerken, daß der größte Zwischenraum zwischen den Linsen der ersten Linsengruppe die erste und die zweite Unterlinsengruppe der ersten Linsengruppe trennt.
  • Die Reihenfolge der positiven und negativen Linsen der verkitteten Optik beschränkt sich nicht auf die angegebene Reihenfolge, sondern es sind auch andere Reihenfolgen möglich.
  • Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 2A, 2B, 2C, 2D und 2E Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, der als sphärische Aberration dargestellten chromatischen Aberration, der lateralen chromatischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 3A, 3B, 3C, 3D und 3E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs,
  • 4A, 4B, 4C, 4D und 4E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Langbrennweite,
  • 5 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 6A, 6B, 6C, 6D und 6E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 7A, 7B, 7C, 7D und 7E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs,
  • 8A, 8B, 8C, 8D und 8E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Langbrennweite,
  • 9 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 10A, 10B, 10C, 10D und 10E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 11A, 11B, 11C, 11D und 11E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs,
  • 12A, 12B, 12C, 12D und 12E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Langbrennweite,
  • 13 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 14A, 14B, 14C, 14D und 14E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,
  • 15A, 15B, 15C, 15D und 15E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs, und
  • 16A, 16B, 16C, 16D und 16E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Langbrennweite.
    •
  • Die Bezeichnungen "Kurzbrennweite" und "Langbrennweite" werden zum Bezeichnen der Varioeinstellbedingung verwendet. Bei der "Langbrennweite" sind alle Elemente des Varioobjektivs derart positioniert, daß es seine größte Brenn weite hat. Auf ähnliche Weise sind alle Elemente des Varioobjektivs bei "Kurzbrennweite" derart positioniert, daß es seine kürzeste Brennweite hat.
  • 1 zeigt ein Varioobjektiv als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer positiven ersten Linsengruppe 11 und einer negativen zweiten Linsengruppe 12, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Linsengruppen 11 und 12 bewegen sich entlang der optischen Achse, um ihren Abstand voneinander zum Varioverstellen zu ändern. Eine Blende S ist zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe angeordnet und bewegt sich zusammen mit der ersten Linsengruppe 11.
  • Die erste Linsengruppe 11 hat eine negative erste Unterlinsengruppe 11a und eine positive zweite Unterlinsengruppe 11b, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die erste und die zweite Unterlinsengruppe 11b und 11b der ersten Linsengruppe 11 haben jeweils mindestens eine negative Linse. Im einzelnen hat die erste Unterlinsengruppe 11a eine positive Linse und eine negative Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die zweite Unterlinsengruppe 11b hat eine positive Linse und eine verkittete Optik mit positiven und negativen Linsen, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind.
  • Die zweite Linsengruppe 12 hat eine positive Linse und eine negative Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die negative Linse der zweiten Linsengruppe 12 ist eine Meniskuslinse, deren konkave Fläche der Objektseite zugewandt ist.
  • Das Varioobjektiv nach dem ersten Ausführungsbeispiel erfüllt die folgenden Bedingungen (1), (2), (3) und (4):
    Figure 00060001
    Figure 00070001
    1,85 < n1an (3) 1,85 < n1bn (4)wobei
    ft die Langbrennweite des gesamten Objektivs,
    f1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe 11a,
    f1b die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe 11b,
    n1an der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe 11a, und
    n1bn der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsengruppe 11b ist.
  • Ein kompakter Aufbau des Varioobjektivs mit zwei Linsengruppen des Positiv-Negativ-Typs erfordert große Brechkräfte für die erste und die zweite Linsengruppe 11 und 12.
  • Die Bedingungen (1) und (2) definieren die Brechkräfte der ersten und der zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b in Bezug auf die gesamte Brechkraft des Varioobjektivs für die kompakte optische Anordnung. Wenn das Verhältnis
    Figure 00070002
    klei ner als -3,1 oder wenn das Wenn das Verhältnis
    Figure 00070003
    größer als 7,0 ist, wird das Verchiebemaß der Linsengruppen für die Varioverstellung zu groß, was dem geforderten kompakten Aufbau entgegensteht. Wenn andererseits das Verhältnis
    Figure 00070004
    größer als -2,5 oder wenn das Verhältnis
    Figure 00070005
    kleiner als 5,8 ist, werden die Abboldungsfehler und zwar speziell die sphärische Aberration zu groß, um noch kompensiert zu werden.
  • Die erste Linsengruppe 11 hat eine große positive Brechkraft. Das erfordert negative Linsen mit einem großen Brechungsindex in der ersten Linsengruppe 11 zum Kompensieren der verschiedenen Abbildungsfehler. Deshalb haben die erste und die zweite Unterlinsengruppe 11a und 11b jeweils mindestens eine negative Linse mit großem Brechungsindex.
  • Die negative Linse mit großem Brechungsindex ist bei der ersten Unterlinsengruppe 11a vorwiegend für das Kompensieren der Verzeichnung und des Astigmatismus vorgesehen. Die negative Linse mit großem Brechungsindex ist bei der zweiten Unterlinsengruppe 11b vorrangig zum Kompensieren der sphärischen Aberration und der Koma vorgesehen.
  • Weil andererseits die negative Brechkraft der negativen Linsen der ersten Linsengruppe 11 ansteigt, wenn sich die gesamte Länge des Varioobjektivs verringert, wird der absolute Wert der Brennweite der negativen Linsen bei dem kompakten Aufbau klein. Wenn somit der Brechungsindex der negativen Linse ebenfalls klein ist, kann es vorkommen, daß die Petzval-Summe
    Figure 00080001
    des gesamten Varioobjektivs einen negativen Wert hat. Der negative Wert der Petzval-Summe vergrößert den sagittalen Astigmatismus in Plus- (Über) Richtung in der Nähe der Kurzbrennweite. Folglich sollten die Brechungsindizes der negativen Linsen der ersten Linsengruppe größer sein, damit die Petzval-Summe den Wert Null bekommt.
  • Die Bedingungen (3) und (4) definieren die unteren Grenzwerte der Brechungsindizes der jeweiligen negativen Linsen der ersten und der zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, lassen sich die verschiedenen Abbildungsfehler kompensieren und die Petzval-Summe nähert sich dem Wert Null.
  • Die am weitesten zur Objektseite hin angeordnete positive Linse der ersten Unterlinsengruppe 11a erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung (5): r2 < 0 (5)wobei
    r2 der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche der positiven Linse der ersten Unterlinsengruppe 11a ist, die der Objektseite am nächsten angeordnet ist.
  • Wenn r2 einen positiven Wert hat, wird die sphärische Aberration in der nähe der Langbrennweite zu groß, um kompensiert zu werden.
  • 1 zeigt den Aufbau des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat die positive erste Linsengruppe 11 mit der ersten und der zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und die negative zweite Linsengruppe 12. Die Blende S ist zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe 11 und 12 angeordnet.
  • Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle bezeichnet r (mm) den Krümmungsradius einer Fläche (bei asphärischen Flächen) den Wert am Scheitel, d (mm) den Abstand zwischen den Flächen entlang der optischen Achse, n den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 588 nm (d-Linie) und νd die Abbesche Zahl.
  • Die Flächen #1 bis #9 bezeichnen die erste Linsengruppe 11, und die Flächen #10 bis #13 bezeichnen die zweite Linsengruppe 12.
  • Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Oberfläche #9 angeordnet.
  • Die Oberflächen #10 und #11 sind rotationssymmetrische asphärische Flächen. Eine asphärische Fläche wird durch die folgende Gleichung (6) beschrieben:
    Figure 00100001
    X(h) ist ein SAG, das bedeutet, ein Abstand einer Kurve von einer tangentialen Ebene in einem Punkt der Fläche. Dabei ist h der Abstand von der optischen Achse. C ist die Krümmung (1/r) des Scheitels der Fläche, K ist der Konizitätskoeffizient, A4, A6 und A8 sind der Asphärizitätskoeffizient der vierten, der sechsten und der achten Ordnung. Die Konstante K und die Koeffizienten A4, A6 und A8 sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Der Abstand d9 ist zum Varioverstellen veränderbar. Tabelle 3 zeigt den Abstand d9, die F-Zahl FNo, die Brennweite f (mm), den halben Feldwinkel ω (Grad) und die bildseitige Schnittweite fB. Tabelle 3 zeigt Werte für die Kurzbrennweite (fw), für eine mittlere Brennweite fi und für die Langbrennweite (ft).
  • Tabelle 1
    Figure 00100002
  • Figure 00110001
  • Tabelle 2
    Figure 00110002
  • Tabelle 3
    Figure 00110003
  • 2A bis 2E zeigen die Abbildungsfehler dritter Ordnung des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Im einzelnen zeigt 2A die sphärischen Aberrationen für die d-Linie (588 nm). 2B zeigt die als sphärische Aberration angegebene chromatische Aberration für die d-Linie, die g-Linie (436 nm) und die C-Linie (656 nm). 2C zeigt die laterale chromatische Aberration bei den gleichen Wellenlängen wie in 2B. 2D zeigt den Astigmatismus (S: Sagittal, M: Meridional), und 2E zeigt die Verzeichnung.
  • Die vertikale Achse in 2A und 2B steht für die F-Zahl. Die vertikalen Achsen in 2C bis 2E gibt jeweils den halben Sichtwinkel ω (Grad) wieder. Die Einheit der horizontalen Achsen der 2A bis 2D ist jeweils mm und in 2E Prozent.
  • 3A bis 3E zeigen die Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite. Außerdem zeigen 4A bis 4E die Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Langbrennweite.
  • 5 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.
  • Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 4 beschrieben. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Fläche #10 ist eine asphärische Fläche. Die Konstanten und die Koeffizienten dazu sind in Tabelle 5 angegeben. Verschiedene Werte bei Varioverstellung sind in Tabelle 6 angegeben.
  • Tabelle 4
    Figure 00120001
  • Figure 00130001
  • Tabelle 5
    Figure 00130002
  • Tabelle 6
    Figure 00130003
  • 6A bis 6E zeigen Aberrationsdiagramme für das Varioobjektiv nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. 7A bis 7E und 8A bis 8E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite.
  • 9 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.
  • Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 7 angegeben. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Flächen #10 und #11 sind asphärische Flächen. Die entsprechenden Konstanten und Koeffizienten sind in Tabelle 8 gezeigt. Durch die Varioverstellung veränderbare Werte sind in Tabelle 9 angegeben.
  • Tabelle 7
    Figure 00140001
  • Tabelle 8
    Figure 00150001
  • Tabelle 9
    Figure 00150002
  • 10A bis 10E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. 11A bis 11E und 12A bis 12E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel jeweils bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite. 13 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.
  • Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 10 gezeigt. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Fläche #10 und #11 sind asphärische Flächen. Die Konstanten und Koeffizienten sind in Ta belle 11 gezeigt. Durch die Varioverstellung veränderbare Werte sind in Tabelle 12 gezeigt.
  • Tabelle 10
    Figure 00160001
  • Tabelle 11
    Figure 00160002
  • Tabelle 12
    Figure 00170001
  • 14A bis 14E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. 15A bis 15E und 16A bis 16E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel jeweils bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite. Die folgende Tabelle 13 zeigt die Werte für die Bedingungen (1) bis (5) für die vier Ausführungsbeispiele.
  • Tabelle 13
    Figure 00170002
  • Jedes der Ausführungsbeispiele erfüllt die Bedingungen (1) bis (5) und ist somit als Varioobjektiv für Kompaktkameras geeignet.

Claims (5)

  1. Varioobjektiv mit in dieser Reihenfolge von der Objektseite her: einer positiven ersten Linsengruppe (11), die entlang der optischen Achse zum Varioverstellen bewegbar ist und die eine negative erste Unterlinsengruppe (11a) und eine positive zweite Unterlinsengruppe (11b) hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind, und einer negativen zweiten Linsengruppe (12), die zum Varioverstellen entlang dar optischen Achse bewegbar ist, bei dem die erste und die zweite Unterlinsengruppe (11a, 11b) der ersten Linsengruppe (11) jeweils mindestens eine negative Linse haben, und bei dem die folgenden Bedingungen (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind:
    Figure 00190001
    1,85 < n1an (3) 1,85 < n1bn (4)wobei ft die Langbrennweite des gesamten Objektivs, f1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe (11a), f1b die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe (11b), n1an der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a), und n1bn der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsengruppe (11b) ist.
  2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Unterlinsengruppe (11a) objektseitig eine positive Linse hat, die die folgende Bedingung (5) erfüllt: r2 < 0 (5)wobei r2 der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche der objektseitig angeordneten positiven Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a) ist.
  3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Unterlinsengruppe (11a) eine positive Linse und eine negative Linse hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen angeordnet sind, und daß die zweite Unterlinsengruppe (11b) eine positive Linse und eine verkittete Optik aus positiven und negativen Linsen hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind.
  4. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe (12) eine positive Linse und eine negative Linse hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen angeordnet sind.
  5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Linse der zweiten Linsengruppe (12) eine Meniskuslinse ist, deren konkave Fläche der Objektseite zugewandt ist.
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