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Weitwinkelvarioobj ektiv
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Die Erfindung bezieht sich au£ photographische Weitwinkelvarioobjektive
mit zwei Gruppen.
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Photographische Varioobjektive in den verschiedensten Formen einschließlich
Objektive, deren Brennweite vom Weitwinkelbereich bis in den nahen Telebereich reicht,
sind allgemein bekannt; bei der Konstruktion der meisten Objektive ist die Zahl
der das Objektiv bildenden Linsenelezente erhöht worden, um Verbesserungen der optischen
Qualität zu erreichen. Durch die Erhöhung der Zahl der Linsenelemente wird zwar
im allgemeinen die optische Qualität erhöht, es erhöht sich aber auch die Komplexität
des Linsensystems als Ganzes, wobei sich auch die Größe erhöht, so daß sich verschiedene
Nachteile ergeben, wie beispielsweise, daß die Handhabung unzulänglich ist und daß
die Stückkosten des Objektivs erhöht werden.
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Zur Vermeidung einer Erhöhung der Masse und der Größe eines Varioobjektivs
ist es am wirksamsten, die Zahl der Linsenelemente in jeder der Gruppen zu verringern,
die das Varioobjektiv bilden. Insbesondere hat die
erste Linsengruppe
bei Zählung von vorne in den meisten Fällen den größten Durchmesser, wodurch sich
eine große Erhöhung der Masse und der Größe des Varioobjektivs ergibt. Deshalb ist
es allgemein liblich, die Zahl der Linsenelemente in der ersten Gruppe zu verringern
und den Linsenaufbau zu vereinfachen, so daß die Masse und die Größe des gesamten
Zoomobjektivs leichter minimiert werden kann; dies isi belspielßweise in den offengelegten
japanischen Patentanmeldungen Sho 53-60246 und Sho 54-114236 beschrieben. Die dort
beschriebenen bekannten Objektive sind jedoch so ausgeführt, daß sie lediglich ein
relativ eng begrenztes Bildfeld dberdecken und man kann nicht sagen, daß sie zu
zu der Kategorie von Varioobjektiven gehören, deren Bereich denWeitwinkelbereich
einschljeßt.
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Es ist ferner bekannt, die erste Blnsengruppe aus drei Linsenelementen
(US-PS 4 155629) und-aus vier Linsenelementen (US-PS 4 159 865) aufzubauen, wobei
eine asphärische Fläche verwendet wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Varioobjektiv zu schaffen, dessen
Bereich den Weitwinkelbereich einschließt, wobei eine größtmögliche Verringerung
der Masse und der Größe sowie der Produktionskosten möglich sein soll, wobei eine
gute Stabilität der Aberrationskorrektur über den gesamten BrennweitenverffltellbereSoh
erhalten bleibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, wie die später beschriebenen
Ausführungsbeispiele zeigen.
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Eines der Merkmale der Erfindung ist, daß das Varioobjektiv aus zwei
J,insengruppen aufgebaut ist, von denen die erste bei Zählung von vorne negative
Brechkraft und die zweite positive Brechkraft hat, wobei bei-
de
Gruppen zur Brennweitenveränderung axial beweglich sind, und ,daß die erste Linsengruppe
aus drei Linsen betteht,.von denen die erste bei Zählung von vorne negative Brechkraft,
die zweite eine asphärische Pläche sowie Meniskusform mit sehr geringer Brechkraft
hat, und die dritte eine positive Linse ist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfffhrungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1, 3 und 5
linsensohnitte der Äusfuhrungsbei spiele 1, 2 und 3 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A-1 bis 4, 23-1 bis 4 und 2C-1 bis 4 die verschiedenen Bildfehler des Obektivs
gemäß Fig. 1 bei drei unterschiedlichen Brennweiten; Pig. 4A-1 bis 4, 43-1 bis 4
und 40-1 bis 4 die verschiedenen Bildfehler des Objektivs gemäß Pig. 3 bei drei
unterschiedlichen Brennweiten; und Fig. 6A-1 bis 4, 63-1 bis 4 und 6C-1 bis 4 die
verschiedenen Bildfehler des Objektivs gemäß Fig. 5 bei drei unterschiedlichen Brennweiten.
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Die Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Varioobjektivs haben
einen Linsenaufbau, der aus zwei Linsengruppen besteht, von denen von vorne nach
hinten die erste eine negative und die zweite eine positive Binsengruppe ist; der
Luftabstand zwischen den beiden Gruppen ist variabel, damit der vorstehend genannte
Bereich der Vergrößerungaänderung erzielt werden kann.
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Die erste Linsengruppe ist aus drei linsenelementen aufgebaut, wodurch
die Minimierung der Masse und der Größe des gesamten Varioobjektivs erleichtert
wird; die erste I,insengruppe weist von vorne nach hinten eine negative erste Linse,
eine asphärische Meniskualinse sehr gerin-
ger Brechkraft als zweite
Linse und eine positive dritte Linse auf. Die zweite Linsengruppe besteht aus fünf
Linsenelementen, und zwar von vorne nach hinten aus einer positiven vierten Linse,
zwei Meniskuslinsen, die nach vorne konvex sind, oder positiven fünften und sechsten
Linsen, einer negativen Meniskuslinse, die nach vorne konvex ist als siebter Linse,
und eine bikonvexe positlve achte Linse.
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Erfindungsgemäß hat das Varioobjektiv dieses vorstehend allgemein
beschriebenen Typs die folgenden Herkmale, die ermöglichen, daß der Bereich hin
zu größeren Bldfeldern ausgedehnt wird, wobei eine gute Stabilität der Aberrationskorrektur
über den gesamten Brennweitenverstellbereich aufrechterhalten wird.
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Die erste Linse besteht aus einer meniskusförmigen Linse, deren hintere
Fläche eine große negative Brechkraft hat. Dies erlaubt die Verringerung der Verzeich
nung und des Astigmatismus, der im Weitwinkelbereich erzeugt wird.
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Die zweite Linse ist die für das erfindungsgemäße Varioobjektiv am
meisten charakteristische; ihre Breehkraft ist sehr gering und eine asphärische
Pläche wird bei Meniskusform verwendet. Die Einfügung dieser Linse zwischen die
erste und dritte Linse erlaubt eine bedeutende Verringerung der Zahl der Linsenelemente
in der ersten linsengruppe9 wodurch es möglich wird, die Masse und die Größe des
gesamten Varioobjektivsystems zu verringern. In diesem Zusammenhang ist auszuführen,
daß im allgemeinen Varioobjektive, deren Brennweitenverstellbereich den Weitwinkelbereioh
einschließt, eine große negative Verzeichnung erzeugen, wenn sie auf den Weitwinkelbereich
eingestellt sind; deshalb ist es bei Varioobjektiven dieses Typs äußerst wichtig,
die Verzeichnung zu stabilisieren. Gemäß dem Stand der Technik wird in den meisten
Fällen die Verzeichnung durch eine Erhöhung
der Zahl der Linsenelemente
in der ersten Linsengruppe korrigiert. Diese Erhöhung der Zahl der Linsen führt
jedoch dazu, daß der Linsenaufbau kompliziert ist, sowie zu einer Erhöhung der Masse
und der Größe des gesamten Varioobjektivs. Dies ist nicht wünschenswert. Stellt
man dies in Rechnung, so ist erfindungsgemäß, um eine so kleine Verzeichnung wie
möglich im Weitwinkelbereich zu erzielen, zunächst die Porm der ersten Linse bestimmt
worden; um die Aberrationskorrektur weiter zu verbessern, ist eine asphärische Pläche
bei der zweiten Linse verwendet worden. Die asphärische zweite Linse ist dem Buftabstand
zwischen der ersten und dritten Linse angepaßt, der bei Beginn der Aberrationekorrektur
Meniskusform mit Vorwärtskonvexität hatte. Dies ist der Grund, warum die zweite
Linse eine nach vorne konvexe Meniskusform hat. Hierdurch ergibt sich eine Verringerung
der Gesamtlänge der ersten Linsengruppe und der Außendurchmesser der Linsengruppe
wird auf ein Minimum begrenzt.
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Ein weiterer wichtiger Punkt ist, daß die Brechkraft der zweiten
Linse äußerst klein ist. Nimmt man beispielsweise die kürzeste Brennweite als Einheit,
so ist beim ersten. Ausführungsbeispiel die Brennweite der zweiten Linse 116,2,
beim zweiten Ausfuhrungsbeispiel -57,1 und beim dritten Ausführungsbeispiel -57,4.
Anders ausgedrückt, die zweite Linse hat nahezu keine Brechkraft. Aufgrund dessen
ist, sogar wenn die zweite Linsengruppe aus Kunststoffmaterial gefertigt wird, eine
gute Linsenqualität sichergestellt. Eine asphärische Linse aus Kunststoffmaterial
ist verglichen mit gewöhnlichen asphärischen Linsen aus Glas leicht herzustellen.
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Zudem ist die Wirkung der asphärischen Fläche auf Bildfehler nahezu
dieselbe, wie die einer sphärischen Pläche aus gewöhnlichem optischen Glas. Da der
Brechungsindex des Kunststoffmaterials jedoch bei Temperaturänderung stark variiert,
ergibt sich durch die Verwendung einer Kunststofflinse oft eine Bildverschiebung,
wodurch die Bildqualität verschlechtert wird. Im Fall von Acrylharz
beispielsweise
ist die Änderung des Brechungsindex ungefähr 10 mal so groß wie bei gewöhnlichem
Glas. Aus diesem Grund kann elne-Linse aus Kunststoffmaterial mit einer großen Brechkraft
nur schlecht in einem Objektiv verwendet werden, von dem eine gute Bildqualität
verlangt wird.
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Deshalb hat bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung die zweite
Linse aus Kunststoffmaterial nahezu keine Brechkraft, da der hbsulutwert ihrer Brennweite
vorzugsweise nicht weniger als 30 mal die kürzeste Brennweite ist. Es ist jedoch
zu beachten, daß trotzdem eine Wirkung der asphärischen Fläche auf die Aberration
-tionekorrektur gegeben ist. Dies führt dazu, daß es möglich wird, ein Varioobjektiv
mit einer hervorragenden Bildqualität zu realisieren, das nahezu unempfindlich auf
Änderungen der Umgebungstemperatur trotz der Tatsache ist, daß zudaß ein Kunststofflinsenelement
im Varioobjektiv verwendet wird.
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Die dritte Linse ist als positive Meniskuslinse, die nach vorne konvex
ist, mit dem Vorteil ausgeführt, daß eine -geringe sphärische Aberration in Telestellung
erzeugt wird. Wenn sie die konvexe Form hat, ergibt sich eine Unterkorrektur der
sphärischen Aberration.
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Im folgenden werden die numerischen Daten dreier Beispiele spezieller
erfindungsgemäß aufgebauter Varioobjektive angegeben; in den Tabellen ist R der
KrUmmungsradius, D die axiale Linsendicke bzw. der BuStabstand, N der Brechungsindex
und #z die Abbe'sche Zahl der Gläser der einzelnen Linsenelemente.
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Die asphärische Fläche ist durch aie folgende Gleichung gegeben,
wobei x die Größe der Abweichung der asphärischen Fläche von der sphärischen Grundkurve
in Axialrichtung ist, y der Krümmungsradius der sphärischen Fläche, h die Höhe in
Richtung senkrecht zur op-
tischen Achse und B, C, D und E die asphärischen
Koeffizienten.
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Beispiel 1 Brennweite f = 1 - 1.889 Blendenzahl : F/4 Bildwinkel
2w = 62° - 35.3° R 1 = 7.2406 D 1 = 0.078 N 1 = 1.55963 v 1 = 61.2 R 2 - 0.6019
D 2 = 0.188 R 3 = 1.25 D 3 = 0.083 N 2 = 1.49171 v 2 = 57.4 R 4 = 1.25 D 4 = 0.004
R 5 = 0.8983 D 5 = 0.072 N 3 = 1.69895 v 3 = 30.1 R 6 = 1.4305 D 6 = l, (variabel)
R 7 = 1.0198 D 7 = 0.08 N 4 = 1.60311 # 4 = 60.7 R 8 = -8.9645 D 8 = 0.004 R 9 =
0.6294 D 9 = 0.081 N 5 = 1.51633 v 5 = 64.1 R10 = 1.7542 D10 = 0.085 Ril = a.6201
Dil = 0.063 N 6 = 1.51633 v 6 = 64.1 R12 = 1.01 D12 = 0.035 R13 = 27.7494 D13 =
0.086 N 7 = 1.80518 v 7 = 25.4 R14 = 0.4672 D14 = 0.161 R15 = 2.2658 D15 = 0.064
N 8 = 1.6668 v 8 = 33.
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R16 = -1.3509 bie 4. Fläche ist asphärisch mit den folgenden Koeffizienten:
B = -1.9528 x 10-1, C = -7.9827 x 10-1 D = 2.5129 , E = -1.1062 x 10-1 f 1 1.389
1.889 l 1.075 0.454 0,031
Beispiel 2 Brennweite f = 1 - 1.893 Blendenzahl
F/4 Bildwinkel 2# = 62° - 35.2° R 1 = 4.4342 D 1 = 0.069 N 1 = 1.6223 v 1 = 53.2
R 2 = 0.6506 D 2 = 0.215 R 3 = 1.9345 D 3 = 0.078 N 2 = 1.49171 v 2 = 57.4 R 4 =
1.7857 D 4 = 0.003 R 5 = 0.9298 D 5 = 0.0871 N 3 = 1.68893 v 3 = 31.1 R 6 = 1.5693
D 6 = t (variable) R 7 = 1.2556 D 7 = 0.077 N 4 = 1.6968 v 4 = 55.5 R 8 = -7.5419
D 8 = 0.003 R 9 = 0.6695 D 9 = 0.073 N 5 = 1.60311 v 5 = 60.7 R10 = 1.3409 D10 =
0.096 Ril = 0.6362 Dli = 0.073 N 6 = 1.51633 v 6 = 64.1 R12 = 1.7980 D12 = 0.041
R13 = 7.9597 D13 = 0.069 N 7 = 1.80518 v 7 = 25.4 R14 = 0.4573 D14 = 0.187 R15 =
9.4424 D15 = 0.057 N 8 = 1.72825 v 8 = 28.5 R16 = -1.4520 Die 4. Fläche ist asphärisch
mit den folgenden Koeffizienten: B = -1.3777 x 10-1 C = -2.872 x 10 D = -1.56775
E = 4.26359 x 10-1 f 1 1.393 1.893 t 1.183 0.495 0.034
Beispiel
3 Brennweite f = 1-1.893 Blendenzahl F/4 Bildwinkel 2w = 620 - 35.20 R 1 = 5.734
D 1 = 0.069 N 1 = 1.6223 # 1 = 53.2 R 2 = 0.655 D 2 = 0.203 R 3 = 1.934 D 3 = 0.078
N 2 = 1.49171 v 2 = 57.4 R 4 = 1.786 D 4 = 0.003 R 5 = 0.922 D 5 = 0.092 N 3 = 1.68893
v 3 = 31.1 R 6 = 1.636 D 6 = l(variable) R 7 = 1.292 D 7 = 0.076 N 4 = 1.6968 v
4 = 55.5 R 8 = -6.777 D 8 = 0.003 R 9 = 0.655 D 9 3 0.073 N 5 = 1.60311 v 5 = 60.7
R10 = 1.249 D10 = 0.095 R11 = 0.636 D11 = 0.078 N 6 = 1.51633 r 6 = 64.1.
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R12 = 1.989 D12 = 0.038 R13 = 7.967 D13 = 0.069 N 7 = 1.80518 v 7
= 25.4 R14 = 0.456 D14 = 0.188 R15 = 8.7 n15 = 0.058 N 8 = 1.72825 -w 8 = 28.5 R16
= -1.482 Die 3. Fläche ist asphärisch mit-den folgenden Koeffizienten: B = 0.133
C = -0.469 x 10- 1 D = 1.7 E = -0.249 f 1 1.393 1.893 l 1.184 0.497 0.036
Beschrieben
wird ein Weitwinkelvasioobj ektiv, das von vorne nach hinten eine negative erste
Linsengruppe und eine positive zweite Linsengruppe aufweist, die beide in Axialrichtung
in zueinander-variabler Beziehung beweglich sind, um eine Änderung der Bildvergrößerung
zu erzielen. Die erste Linsengruppe weist von vorne nach hinten eine erste Linse,
deren Rückfläche eine große negative Brechkraft hat, eine zweite Linse mit konvexer
Krümmung nach vorne, deren Brennweite einen Absolutwert hat, der nicht kleiner als
30 mal die kürzeste Brennweite des gesamten Systems ist, und die mindestens eine
asphärische Pläche.hati und aus Glas oder Kunststoffmaterial hergestellt ist, sowie
eine positive dritte Linse auf, die eine nach vorne konvexe Meniskuslinse ist.