DE3322640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppe unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind. Derartige Varioobjektive werden bei Kleinbild-Spiegelreflexkameras verwendet, insbesondere als Wechselobjektive für einäugige Kleinbild-Spiegelreflexkameras.

Weitwinkel-Varioobjektive, Standard-Varioobjektive und Tele-Varioobjektive werden heute in sehr breitem Umfang verwendet. Um den Anforderungen der Benutzer gerecht zu werden, hat man in der jüngsten Vergangenheit eine zunehmende Anzahl von Varioobjektiven auf den Markt gebracht, die im Bereich vom Weitwinkel- bis zum Halbtelebereich und vom Halbweitwinkel- bis zum Telebereich liegen. Jedoch sind nur wenige Varioobjektive bekannt, deren Brennweitenänderungsbereich von einem Bildfeld von ungefähr 77° bis zu einem Bildfeld von ungefähr 18° reicht und dabei eine gute Abbildungsleistung aufweist sowie kompakt ist. Derartige Varioobjektive werden durch Bewegen des gesamten Objektives fokussiert, um einen zu großen Durchmesser der Frontlinse zu verhindern, den man bei Fokussierung mit der vorderen Linsengruppe erhielte. Alternativ erfolgt die Fokussierung durch ein anderes optisches Teilsystem als durch die vordere Linsengruppe; zur Korrektur ist dann ein komplizierter Mechanismus erforderlich, woraus eine schwierige Herstellung des Objektivs resultiert.

Beispielsweise offenbart die US-PS 42 99 454 ein Varioobjektiv, das einen Brennweitenänderungsbereich hat, der von einem Weitwinkel-Bildfeld bis zu einer großen Brennweite reicht. Dieses Objektiv hat jedoch die folgenden Nachteile zu verzeichnen. Die Vergleiche zwischen dem Varioobjektiv entsprechend der Erfindung und dem Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 werden dabei im Zusammenhang mit einäugigen Kleinbild-Spiegelreflexkameras gemacht.

• (a) Bei dem Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 können verschiedene Aberrationen nicht kompensiert werden. Insbesondere beträgt die sphärische Aberration am Tele-Ende des Brennweitenänderungsbereiches nahezu 1 bis 3 mm, bezogen auf eine Brennweite von ca. 125 mm. Entsprechend der Erfindung liegt die sphärische Aberration, bezogen auf in etwa dieselbe Brennweite, am Ende des Telebereiches bei nahezu 0,2 bis 0,3 mm. Das Objektiv gemäß der US-PS 42 89 454 ist somit insofern wesentlich schlechter korrigiert.
• (b) Die Abmessungen des Varioobjektivs nach der US-PS 42 99 454 sind für ein Wechselobjektiv der genannten Kameras auf dem Markt nicht mehr annehmbar, und zwar liegt der Durchmesser der vorderen Linse des Varioobjektivs der US-PS 42 99 454 im Bereich von nahezu 75 bis 80 mm. Andererseits liegt entsprechend der Erfindung der Durchmesser der vorderen Linse des Varioobjektivs bei nahezu 65 mm, was für ein Wechselobjektiv in der praktischen Verwendung annehmbar ist.
• (c) Beim Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 ist die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand sehr klein oder in einigen Beispielen der US-PS 42 99 454 Null, obwohl der Frontlinsendurchmesser, wie unter (b) ausgeführt wurde, groß ist. Sogar wenn die Randdicken der Linsen möglichst klein gemacht würden, während die Bildfeldgröße bei 24 × 36 mm gehalten würde, würde die Beleuchtungsstärke bei dem Objektiv der US-PS 42 99 454 immer noch unzureichend sein. Dies bedeutet, daß es schwierig wäre, das Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 praktisch einzusetzen.
• (d) Aus den vorstehenden Gründen wäre es beim Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 unmöglich, eine Fokussierung durch Verschieben der Frontlinsengruppe durchzuführen. Daher müßte die Fokussierung durch Bewegen des ganzen Objektivs erfolgen, worin ein ernsthafter Nachteil für dieses Varioobjektiv zu sehen ist. Andererseits kann beim Objektiv nach der Erfindung eine Fokussierung durch Bewegen der Frontlinsengruppe zufriedenstellend und leicht durchgeführt werden, um ein praktisches Fokussieren über einen kurzen Abstand zu erzielen.

Enstprechend der vorstehenden Beschreibung kann beim Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 die Veränderung der Brennweite vorgenommen werden, allerdings ist dies schwierig zu realisieren.

Aus der DE-OS 31 08 898 ist ein Varioobjektiv mit vier Linsengruppen bekannt, dessen vierte Linsengruppe eine objektseitige positive Linse und eine bildseitige negative Linse aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich zum Stand der Technik kompaktes und hinsichtlich der Bildfehler, vor allem hinsichtlich der sphärischen Aberration und Vignettierung, gut korrigiertes Varioobjektiv zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Ausbildung des Varioobjektivs der eingangs genannten Art mit den im kennzeichnenden Teil eines der Patentansprüche 1 bis 5 aufgeführten Datentabellen gelöst.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand der in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Objektive näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 1,

Fig. 2-5 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen dieses Objektivs, wobei Fig. 2 die bei der kleinsten Brennweite, Fig. 3 bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 4 bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 5 bei der größten Brennweite zeigt,

Fig. 6 eine Ansicht eines zweiten Objektivs gemäß Anspruch 2,

Fig. 7-10 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen dieses Objektivs, wobei Fig. 7 die Aberrationen bei der kleinsten Brennweite, Fig. 8 bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 9 bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 10 bei der größten Brennweite zeigt,

Fig. 11 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 3,

Fig. 12-15 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen dieses Objektivs, wobei Fig. 12 die Aberrationen der kleinsten Brennweite, Fig. 13 bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 14 bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 15 bei der größten Brennweite zeigt,

Fig. 16 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 4,

Fig. 17-20 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen dieses Objektivs, wobei Fig. 17 die Aberrationen bei der kleinsten Brennweite, Fig. 18 bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 19 bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 20 bei der größten Zwischenbrennweite zeigt,

Fig. 21 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 5 und

Fig. 22-25 Diagramm mit der Darstellung der Aberrationen dieses Objektivs, wobei Fig. 22 die Aberrationen bei der kleinsten Brennweite, Fig. 23 und 24 bei einer ersten und zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 25 bei der größten Brennweite zeigt.

Die erfindungsgemäßen Varioobjektive umfassen eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe negativer Brechkraft, eine dritte Linsengruppe positiver Brechkraft und eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft. Die Linsengruppen 1-4 werden unabhängig voneinander bewegt, um die Brennweite des Objektivs zu verändern. Die Varioobjektive genügen den folgenden Bedingungen:

• (1) 0,25 F _W < F _I < 0,45 F _W
  (2) 1,65 < n _IV
  (3) 1,2 f _BW < f _BT < 0,95 f _BM worin jeweils bedeuten:F _W die minimale Brennweite des Objektivs,
  F _I die Brennweite der ersten Linsengruppe,
  n _IV die durchschnittliche Brechzahl für die d-Linie der die vierte Linsengruppe bildenden Linsen,
  f _BW und f _BT jeweils die hintere Schnittweite in der Weitwinkel- und der Telestellung und
  f _BM die hintere Schnittweite bei Einstellung auf das 0,78fache der maximalen Objektivbrennweite.

Das Varioobjektiv genügt weiterhin den folgenden Bedingungen:

• (4) (n₂ + n₃)/2 < 1,75
  (5) ν₇-ν₆ < 10
  (6) n _L < 1,8 worin bedeuten:n₂ und n₃ die Brechzahlen der zweiten und dritten Linsen für die d-Linie,
  ν₆ und ν₇ die Abb´-Zahl der sechsten und siebten Linsen für die d-Linie und
  n _L die Brechzahl der an der hintersten Stelle der vierten Linsengruppe befindlichen negativen Linse für die d-Linie.

Die Varioobjektive genügen ferner der folgenden Bedingung:

• (7) 1,8 < n _IVn worin n _IVn die durchschnittliche Brechzahl der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe für die d-Linie ist.

Die Bedingung (1) bezieht sich auf das Fokussieren, welches durch Bewegen der vorderen Linsengruppe (erste Linsengruppe) entsprechend der Erfindung bewirkt wird. Wenn die Brennweite F _I größer als die obere Grenze wäre, dann würde der Abstand, über den sich die zu fokussierende Linsengruppe bewegen sollte, vergrößert und der Durchmesser der Frontlinse würde vergrößert, um eine ausreichende kleinste Brennweite aufrechtzuerhalten. Wenn die Brennweite F _I kleiner wäre als die untere Grenze, dann würde das Objektiv kompakter. Allerdings würde die sphärische Aberration im Telebereich vergrößert. Bei den existierenden Glasmaterialien würde die erste Linsengruppe eine verstärkte chromatische Aberration im Telebereich erzeugen, was nicht leicht korrigiert werden könnte. Vorzugsweise kann die Bedingung (1) weiterhin durch die Bedingung (1′) begrenzt sein:

0,28 F _W < F _I < 0,4 F _W

Die Bedingung (2) betrifft den Mittelwert der Brechzahlen der Linsen der vierten Linsengruppe. Um einen großen Brennweitenänderungsbereich, der bis in den Weitwinkelbereich reicht, zu erhalten, wird der Durchmesser des Strahlenbündels vergrößert, welches durch die vierte Linsengruppe gelangt und im mittleren Telebereich und im Telebereich konvergiert. Es würde daher extrem schwierig, die sphärische Aberration zu reduzieren, die in der vierten Linsengruppe erzeugt wird. Viele Varioobjektive mit sehr großem Brennweitenänderungsbereich waren bisher verfügbar und hatten eine reduzierte relative Öffnung im mittleren Telebereich bis zum Telebereich. Entsprechend der Erfindung behält das Varioobjektiv eine ausreichende relative Öffnung im mittleren Telebereich und im Telebereich selbst. Diesbezüglich ist es von Bedeutung, daß die sphärische Aberration, welche durch die vierte Linsengruppe erzeugt wird, so klein wie möglich gemacht wird. Wenn die mittlere Brechzahl n _IV in der Bedingung (2) kleiner würde als die untere Grenze, dann würden die Krümmungsradien der Linsen der vierten Linsengruppe auf den Mittelwert reduziert und die sphärische Aberration der vierten Linsengruppe würde größer werden, und zwar mit dem Ergebnis, daß es schwierig sein würde, ein Varioobjektiv auszubilden, welches dieselbe relative Öffnung im Telebereich hat, wie dies die Erfindung anstrebt.

Wenn ein Varioobjektiv mit sehr großem Brennweitenänderungsbereich, der bis zum Weitwinkelbereich reicht, entsprechend der Erfindung als optisches System mit vier Linsengruppen geschaffen wird, die unabhängig voneinander bewegbar sind, können sich die Linsengruppen beim Verändern der Brechkraft frei bewegen. Die Bedingung (3) bezieht sich auf die zur Verbesserung der Aberrationskorrektur erforderliche Bewegung der vierten Linsengruppe.

Wenn die vierte Linsengruppe nicht so bewegt wird, daß die hintere Schnittweite f _BT größer gemacht wird als die untere Grenze der Bedingung, würde es notwendig sein, die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu vergrößern und ebenso die Anzahl der Linsen derselben, um einen sehr großen Brennweitenänderungsbereich zu erhalten und den Erfordernissen der Erfindung zu genügen. Wenn die Anzahl der Linsen der zweiten Linsengruppe vergrößert würde, dann könnte der Durchmesser der vorderen Linsengruppe nicht reduziert werden, woraus eine Zunahme der Kosten resultieren würde.

Wenn in der vierten Linsengruppe die hintere Schnittweite f _BT größer gemacht würde als die obere Grenze, würde die vierte Linsengruppe zu stark vignettieren, um die relative Öffnung aufrechtzuerhalten, welche durch die Objektive der Erfindung erzielt wird. Es würde so schwierig, die sphärische Aberration zu korrigieren.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung genügt das Varioobjektiv der Erfindung den zuvor angegebenen Bedingungen (1), (2) und (3) und genügt zudem den folgenden Bedingungen:

• (4) (n₂ + n₃)/2 < 1,75
  (5) ν₇-ν₆ < 10
  (6) n _L < 1,8

Die Bedingung (4) bezieht sich auf die mittlere Brechzahl der beiden positiven Linsen, die ein Teil der ersten Linsengruppe bilden, welche als fokussierende Linsengruppe verwendet wird. Wenn der Wert (n₂ + n₃)/2 kleiner würde als 1,75, so würden die Krümmungsradien der zweiten und dritten Linse unter der Bedingung ziemlich klein, daß die Brennweite der ersten Linsengruppe bei einem Wert gehalten wird, welcher im Hinblick auf das Verschieben der ersten Linsengruppe für die Fokussierung durch die Bedingung (1) definiert wird, um die Gesamtobjektivlänge klein zu halten. Als Resultat ergeben sich Fehler hinsichtlich der Abbildungsleistung des Objektivs. Bevorzugt wird die Bedingung (4) begrenzt auf die Bedingung (4′), nämlich (n₂ + n₃)/2 < 1,77.

Die Bedingung (5) definiert einen Unterschied in der Abb´-Zahl zwischen der positiven sechsten Linse und der negativen siebten Linse, welche in der zweiten Linsengruppe ein Kittglied bilden. Wenn der Wert (ν₇-ν₆) kleiner würde als 10, würde es schwierig sein, die Veränderung der chromatischen Aberration im gesamten Objektiv eines großen Varioverhältnisses, auf das die vorliegende Erfindung bezogen ist, zu unterdrücken.

Die Bedingung (6) definiert die Brechzahl der negativen Linse, die sich an der Endlage der vierten Linsengruppe befindet. Wenn der Wert n _L kleiner würde als 1,8, so würde der Krümmungsradius übermäßig klein, so daß der Astigmatismus über den gesamten Variobereich bemerkenswert und die spezifische Aberration auf der Teleseite bemerkenswert wäre. Bevorzugt wird die Bedingung (6) eingeschränkt auf die Bedingung (6′), n _L < 1,85.

Die vierte Linsengruppe der Erfindung setzt sich zusammen aus einer oder mehreren positiven Linsen, einer einzelnen negativen Linse, deren Fläche mit kleinerem Krümmungsradius objektivseitig liegt, einem positiven Linsenglied, das eine oder mehrere positive Linsen umfaßt, einer einzelnen negativen Linse, deren Fläche mit kleinerem Krümmungsradius bildseitig liegt, zwei oder mehreren positiven Linsen und einer einzelnen negativen Linse, deren Fläche mit kleinerem Krümmungsradius objektseitig liegt.

Schließlich genügen die erfindungsgemäßen Objektive noch der folgenden Bedingung:

• (7) 1,8 < n _IVn worin n _IVn die mittlere Brechungszahl der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe für die d-Linie ist.

Die Bedingung (7) ist auf die mittlere Brechzahl für die d-Linie der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe gerichtet. Wenn die mittlere Brechzahl n _IVn kleiner wäre als die untere Grenze, dann würden die Krümmungsradien dieser negativen Linsen klein, und zwar mit der Folge, daß der Astigmatismus im gesamten Variobereich und die sphärische Aberration im Telebereich stärker wären. Daher kann die erfindungsgemäß angestrebte ausreichende relative Öffnung im Telebereich nicht erzielt werden, ohne daß der Bedingung (7) genügt wird. Bei den erfindungsgemäßen Objektiven ist sogar die Bedingung (7′), 1,82 < n _IVn , erfüllt.

Bei den Objektiven gemäß den Patentansprüchen 1 bis 5 haben die für die oben angeführten Bedingungen relevanten Parameter folgende Werte:

Beim Objektiv nach Anspruch 1:

F _I = 0,31 F _W
n _IV = 1,702
f _BT = 0,91 f _BM = 1,54 f _BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 19,1
n _L = 1,883
n _IVn = 1,841

Beim Objektiv nach Anspruch 2:

F _I = 0,32 F _W
n _IV = 1,696
f _BT = 0,89 f _BM = 1,58 f _BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,773
ν₇-ν₆ = 15,4
n _L = 1,883
n _IVn = 1,841

Beim Objektiv nach Anspruch 3:

F _I = 0,31 F _W
n _IV = 1,757
f _BT = 0,75 f _BM = 1,43 f _BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n _L = 1,883

Beim Objektiv nach Anspruch 4:

F _I = 0,37 F _W
n _IV = 1,717
f _BT = 0,85 f _BM = 1,40 f _BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n _L = 1,883

Beim Objektiv nach Anspruch 5:

F _I = 0,30 F _W
n _IV = 1,698
f _BT = 0,94 f _BM = 1,59 f _BW
n _IVn = 1,857

Darin sowie in den Datentabellen der Patentansprüche bezeichnen F die Brennweite, r den Krümmungsradius einer Linse, d die Linsendicke oder den Luftabstand zwischen den Linsen, n die Brechzahl einer Linse für die d-Linse und ν die Abb´-Zahl einer Linse für die d-Linie.

Claims (5)

1. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppen unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Brennweitenbereich F etwa 28,8-132

1. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppen unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Brennweitenbereich F etwa 28,8-132

3. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppen unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Brennweitenbereich F etwa 28,8-132

4. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppen unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Brennweitenbereich F etwa 28,8-132

5. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese Linsengruppen unabhängig voneinander zur Brennweitenänderung bewegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten:

Brennweitenbereich F etwa 28,8-132