DE3930032C2

DE3930032C2 - Varioobjektiv für eine Kamera

Info

Publication number: DE3930032C2
Application number: DE3930032A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-09-08
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2009-09-09
Also published as: DE3930032A1; GB2224131A; GB2257266A; FR2637380A1; GB2257266B; FR2637380B1; GB8920332D0; GB2224131B; US4978204A; GB9218732D0

Description

Die Erfindung betrifft ein für eine Kamera bestimmtes Varioobjektiv mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Varioobjektiv dieser Art ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 62-78 522 A bekannt.

Aus der US-PS 25 03 789 ist es allgemein bekannt, ein Objektiv mit einer positiven vorderen Linsengruppe und einer negativen hinteren Linsengruppe dadurch scharfzustellen, daß nur die negative hintere Linsengruppe bewegt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei guter Korrigierbarkeit der Bildfehler einen vergleichsweise geringen Durchmesser der Frontlinsengruppe und ein großes Brennweitenänderungsverhältnis ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäßes Varioobjektiv weist, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, folgende Komponenten auf:

Eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit einer negativen Brennweite, wobei bei Änderung der Brennweite von der Weitwinkeleinstellung zur Teleeinstellung, die erste, zweite und dritte Linsengruppe in Richtung auf die Objektseite bewegt werden, derart, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe vergrößert und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe verkleinert wird. Dieses Varioobjektiv kann die folgenden Merkmale aufweisen:

(A) Die zweite Linsengruppe ist, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, zusammengesetzt aus einer ersten Untergruppe 2a mit einer negativen Brennweite und einer zweiten Untergruppe 2b mit einer positiven Brennweite,
(B) die Blende ist zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe eingefügt und wird zusammen mit der zweiten Linsengruppe während der Brennweitenverstellung bewegt, und
(C) die Blende ist von der zweiten Linsengruppe abtrennbar und kann während der Scharfeinstellung stellungsmäßig fixiert werden.

Dieses Varioobjektiv kann weiter die folgenden Bedingungen erfüllen:

(1) 2.5 < f_T/f_1-2T < 4.0

(2) 1.2 < f_T/f₁ < 2.3

(3) 0.43 < x_2a/x₁ < 0.9

(4) 0.3 < l_2-A/f_N < 0.8

darin bedeutet:

f_T - die Brennweite des gesamten Varioobjektivs in der Teleeeinstellung;
f_1-2T - die Brennweite des Teilsystems aus der ersten und der zweiten Linsengruppen in der Teleeinstellung;
f₁ - die Brennweite der ersten Linsengruppe;
f_T/f_1-2T = m₃ - die Lateralvergrößerung der dritten Linsengruppe in der Teleeinstellung;
f_T/f₁ = m_2,3T - die Lateralvergrößerung des Teilsystems aus der zweiten und der dritten Linsengruppe in der Teleeinstellung;
x₁ - der Bewegungsbetrag der ersten Linsengruppe während der Brennweitenänderung;
x_2a - den Bewegungsbetrag der Untergruppe 2a während der Brennweitenänderung;
f_w - die Brennweite des gesamten Varioobjektivs in der Weitwinkeleinstellung; und
l_2-A - den Abstand des stirnseitig vordersten Endes der zweiten Linsengruppe von der Blende.

Dieses Varioobjektiv kann weiter die folgenden Bedingungen erfüllen:

darin bedeutet:

x₃ - den Bewegungsbetrag der dritten Linsengruppe während der Brennweitenänderung; und
Z - das Brennweitenverhältnis.

Bei einem erfindungsgemäßen Varioobjektiv kann die erste Linsengruppe, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, aus einer Bikonkavlinse, einer Bikonvexlinse und einer Sammellinse bestehen, deren konvexe Linsenfläche auf das Objekt gerichtet ist. Die Bikonkavlinse und die Bikonvexlinse der ersten Linsengruppe können miteinander verkittet sein. Die Untergruppe 2a kann, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, aus einer Bikonkavlinse und einer Sammellinse bestehen, die miteinander verkittet sind, wobei die konvexe Kittfläche auf das Objekt gerichtet ist. Das Varioobjektiv kann die folgende Bedingung erfüllen:

darin bedeutet:

f_2a - die Brennweite der Untergruppe 2a und
f₂ - die Brennweite der zweiten Linsengruppe in der Weitwinkeleinstellung.

Die Untergruppe 2b kann, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, aus einem Kittglied mit einer Sammellinse und einer negativen Miniskuslinse bestehen, wobei die konkave Kittfläche auf das Objekt gerichtet ist, sowie aus einer Sammellinse. Die dritte Linsengruppe kann, der Reihe nach vom Objekt her gesehen, aus einer Sammellinse mit einer zum Bild weisenden, stark konvexen Linsenfläche und aus zwei Zerstreuungslinsen bestehen, mit einer zum Objekt weisenden konkaven Linsenfläche.

Beim erfindungsgemäßen Varioobjektiv können, wenn die Brennweitenänderung aus der Weitwinkeleinstellung in die Teleeinstellung vorgenommen wird, Linsengruppen 2a und 2b unabhängig voneinander in Richtung auf das Objekt bewegt werden, wobei der Abstand zwischen den Untergruppen 2a und 2b abnimmt.

Während des Scharfeinstellens können die erste Linsengruppe, die Blende und die dritte Linsengruppe feststehen, während nur die zweite Linsengruppe in Richtung auf das Objekt bewegt wird.

In diesem Falle wird der Abstand zwischen den Untergruppen 2a und 2b vergrößert, während sie unabhängig voneinander in Richtung auf das Objekt bewegt werden.

Alternativ können während des Scharfeinstellens die erste Linsengruppe, die zweite Linsengruppe und die Blende feststehen, und nur die dritte Linsengruppe wird in Richtung auf das Bild bewegt.

Zur Vereinfachung der Brennweitenänderung und der Scharfeinstellungsmechanik kann jede der Fassungen der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe vom Verschlußmechanismus einschließlich der Blende getrennt werden. Die Blende kann zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe angeordnet sein.

Mit einer solchen Anordnung wird nicht nur der Mechanismus der Brennweitenverstellung vereinfacht, sondern es kann auch der Verschlußmechanismus feststehend sein, falls das Scharfeinstellen nur unter Verwendung der zweiten und der dritten Linsengruppe erfolgt wie oben ausgeführt ist. Die erste Linsengruppe braucht nicht für die Scharfeinstellung benutzt zu werden, weil sie nur eine relativ kleine Brechkraft besitzt. Somit kann die Mechanik zum automatischen Scharfeinstellen einfach gestaltet sein. Da die Bewegungsmechanik nur die Linsenblöcke zu tragen hat, kann das Gewicht der bewegten Teile verringert werden, weshalb die Geschwindigkeit bei Autofokussierung merklich erhöht werden kann.

Um die Kompaktheit weiter zu steigern, kann ein erfindungsgemäßes Varioobjektiv mit großem Brennweitenverhältnis für eine Kompaktkamera, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, folgende Komponenten aufweisen: eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit einer negativen Brennweite, wobei bei der Änderung der Brennweite aus der Weitwinkeleinstelluung in die Teleeinstellung die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe in Richtung auf das Objekt bewegt werden, so daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe vergrößert und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe verkleinert wird. Dieses Varioobjektiv kann folgende Bedingungen erfüllen:

(A) Die zweite Linsengruppe besteht, der Reihe nach von der Objektseite her gesehen, aus einer Untergruppe 2a mit einer negativen Brennweite und einer Untergruppe 2b mit einer positiven Brennweite,
(B) die Blende wird während der Brennweitenänderung zusammen mit der zweiten Linsengruppe bewegt,
(C) die erste Linsengruppe und die dritte Linsengruppe werden während der Brennweitenänderung zusammen miteinander bewegt, und
(D) positive/negative Vorzeichen der Fokussierempfindlichkeit der ersten und der dritten, gegeneinander bewegten Linsengruppen sind einander entgegengesetzt, wobei die Fokussierempfindlichkeit als Änderung der Position der Bildebene relativ zum Verschiebeweg der jeweiligen Linsengruppe definiert ist.

Bei dem Varioobjektiv kann die Blende zwischen die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe eingefügt sein und während der Brennweitenänderung zusammen mit der zweiten Linsengruppe bewegt werden.

Alternativ kann die Blende zwischen die Untergruppe 2a und 2b eingefügt und während der Brennweitenänderung in Übereinstimmung mit der zweiten Linsengruppe bewegt werden.

Während der Brennweitenänderung können die erste Linsengruppe, die Blende und die dritte Linsengruppe feststehen, und nur die zweite Linsengruppe wird in Richtung auf das Objekt bewegt.

Während der Brennweitenänderung können die Blende und die zweite Linsengruppe übereinstimmend in Richtung auf das Objekt bewegt werden.

Während der Brennweitenänderung können die erste Linsengruppe, die zweite Linsengruppe und die Blende feststehen, und nur die dritte Linsengruppe wird in Richtung auf das Bild bewegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Varioobjektiv gemäß Beispiel 1 in der Weitwinkeleinstellung bei Fokussierung auf den Objektabstand Unendlich,

Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 1 bei Fokussierung auf den Objektabstand Unendlich und bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 3 das Varioobjektiv gemäß Fig. 1 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der zweiten Linsengruppe,

Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 1 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 3 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 5 das Varioobjektiv gemäß Fig. 1 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der dritten Linsengruppe,

Fig. 6(a), 6(b) und 6(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 1 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 5 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Varioobjektiv gemäß Beispiel 2 in der Weitwinkeleinstellung bei Fokussierung auf den Objektabstand Unendlich,

Fig. 8(a), 8(b) und 8(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 7 bei Fokussierung auf Objektabstand Unendlich und bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 9 das Varioobjektiv gemäß Fig. 7 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der zweiten Linsengruppe,

Fig. 10(a), 10(b) und 10(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 7 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 9 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 11 das Varioobjektiv gemäß Fig. 7 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der dritten Linsengruppe,

Fig. 12(a), 12(b) und 12(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 7 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 11 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 13 ein erfindungsgemäßes Varioobjektiv gemäß Beispiel 3 in der Weitwinkeleinstellung bei Fokussierung auf den Objektabstand Unendlich,

Fig. 14(a), 14(b) und 14(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 13 bei Fokussierung auf den Objektabstand Unendlich und bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 15 das Varioobjektiv gemäß Fig. 13 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der zweiten Linsengruppe,

Fig. 16(a), 16(b) und 16(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 13 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 15 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c),

Fig. 17 das Varioobjektiv gemäß Fig. 13 bei Fokussierung auf einen Objektabstand von 1300 Längeneinheiten durch Verstellen der dritten Linsengruppe und

Fig. 18(a), 18(b) und 18(c) Aberrationskurven für das Varioobjektiv gemäß Fig. 13 im Fokussierungszustand gemäß Fig. 17 bei Einstellungen auf minimale Brennweite (a), mittlere Brennweite (b) und maximale Brennweite (c).

Die in den Patentansprüchen aufgeführten Bedingungen

(1) 2,5 < f_T / f_1-2T < 4,0,

(2) 1,2 < f_T / f₁ < 2,3

(3) 0,43 < x_2a / x₁ < 0,9

(4) 0,3 < l_2-A / f_W < 0,8

(5) 3,0 < (f_T/f_1-2T)² - (f_T/f₁)² < 14,0

(6) 0,1 < x₃ / (f_T-f_W)Z < 0,4 und

(7) 0,5 < f₂ / -f_2a < 1,0

werden im folgenden näher erläutert.

Die Bedingung (1) bezieht sich auf die Lateralvergrößerung der dritten Linsengruppe bei großer Brennweite. Wenn die untere Grenze überschritten wird, werden die Gesamtlänge des Varioobjektivs und der Bewegungsbetrag jeder Linsengruppe abrupt vergrößert, was zu einer unerwünscht großen Baulänge des Objektivs führt.

Um die gewünschte Kompaktheit zu erreichen und gleichzeitig die Forderung nach einem Brennweitenverhältnis über 2.5 zu erfüllen, ist es erforderlich, daß der Parameter der Bedingung (1) deren unteren Grenzwert nicht unterschreitet.

Wird umgekehrt die obere Grenze der Bedingung (1) überschritten, ist dies zwar für die Kompaktheit vorteilhaft, aber die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe wird zu stark vergrößert, was zur Erzeugung starker Bildfehler führt, insbesondere zu einer starken sphärischen Aberration in der Teleeinstellung. Auch wird die mit der zur Brennweitenänderung erfolgende Bewegung der zweiten und der dritten Linsengruppe jeweils verbundene Verschiebung der Bildebene abrupt stärker, d. h. die Fokussierempfindlichkeit wird abrupt höher. Infolgedessen ist beim Verstellen der Brennweite und beim Scharfeinstellen des Objektivs eine gewisse Verschiebung der Bildebene jeweils schon durch einen kleinen Stellfehler der zweiten und der dritten Linsengruppe gegeben. Es ist somit bei einer Kompaktkamera nicht wünschenswert, die Obergrenze der Bedingung (1) zu überschreiten.

Die Bedingung (2) bezieht sich auf die Brechkraft der ersten Linsengruppe. In Übereinstimmung mit dem Sinn der Bedingung (1) ist die Bedingung (2) zum Zwecke der Verringerung der Brennweite und der Bewegung jeder Linsengruppe definiert.

Man kann das Varioobjektiv der vorliegenden Erfindung als einen Dreigruppentypus auffassen, bei dem positive Linsengruppen eine kleine Brechkraft (verglichen mit den Brechkräften der Mutterlinsengruppe) gegenüber dem zweiten Linsengruppentyp besitzen. Wird das Brennweitenverhältnis des Zweigruppentyps vergrößert, wird auch die Bewegung jeder Linsengruppe abrupt vergrößert.

Wird die Untergrenze der Bedingung (2) unterschritten, ist es unmöglich, ein Kompaktobjektiv zu schaffen. Wird umgekehrt die Obergrenze überschritten, kann zwar Kompaktheit erzielt werden, aber die Brechkraft der ersten Linsengruppe wird zu stark erhöht, was zu einer Zunahme der sphärischen Aberration bei der Brennweitenverstellung führt.

Die Bedingung (3) bezieht sich auf die Bewegung der ersten Linsengruppe und der Untergruppe 2a. Wird die Untergrenze unterschritten, wird der Abstand zwischen der positiven ersten und zweiten Linsengruppe vergrößert. Dies bedeutet, daß das Televerhältnis klein ist. Dies ist zwar vorteilhaft in bezug auf die Verringerung der Bewegung, aber der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe wird stark verändert, was zu einem Zuwachs der Aberrationsänderung in Verbindung mit der Brennweitenverstellung führt. Um die optische Leistungsfähigkeit durch ein Brennweitenverhältnis über 2.5 zu verbessern, sollten der Parameter über den der Bedingung (3) deren Untergrenze nicht unterschreiten.

Wird umgekehrt die Obergrenze der Bedingung (3) überschritten, ist das Objektiv mit einem konventionellen Zweigruppentyp vergleichbar. Dieses weicht wirkungsmäßig von der vorliegenden Erfindung insofern ab, als bei Bildung des Dreigruppentyps die erste Linsengruppe vor dem konventionellen Zweigruppentyp, angeordnet ist. Die Folge ist, daß die Bewegung jeder Gruppe abrupt erhöht wird. Daher ist es schwierig, das Objektiv für eine Kamera kompakt zu gestalten.

Die Bedingung (4) bezieht sich auf die Objektivblende, die zwischen die zweite und die dritte Linsengruppe eingefügt werden sollte.

Um den Durchmesser der frontseitigen Objektivlinse zu verkleinern, ist es vorteilhaft, die Blende innerhalb der zweiten Linsengruppe anzuordnen. Um aber zur Vereinfachung der Mechanik den Verschlußmechanismus einschließlich der Blende und der zweiten Linsengruppe zu vereinfachen, ist es wünschenswert, die Blende außerhalb der zweiten Linsengruppe anzuordnen.

Wird die Untergrenze der Bedingung (4) unterschritten, ist es erforderlich, die Blende innerhalb der zweiten Linsengruppe unterzubringen, womit das Ziel der Erfindung nicht erreicht wird. Wird die Blende hinter der zweiten Linsengruppe angeordnet, und liegt der Parameter der Bedingung (4) unter der Untergrenze, muß die Gesamtlänge der zweiten Linsengruppe auf einen extrem kurzen Betrag festgesetzt werden. Die zweite Linsengruppe besteht aus der negativen Untergruppe 2a auf der Objektseite und der positiven Untergruppe 2b auf der Bildseite. Wird die Gesamtlänge der zweiten Linsengruppe verkürzt, ist es schwierig, die Aberration mit den Untergruppen 2a und 2b auszugleichen, so daß die Veränderungen der Komaaberration und der Bildwölbung während des Scharfeinstellens und des Verstellens der Brennweite vergrößert werden. Um also die Blende hinter der zweiten Linsengruppe anzuordnen, soll der Parameter der Bedingung (4) über der Untergrenze liegen.

Wird umgekehrt die Obergrenze der Bedingung (4) überschritten, ist die Blende zu weit hinten plaziert, so daß der Durchmesser der frontseitigen Objektivlinse größer wird, was für eine Kompaktkamera nicht geeignet ist.

Die Bedingung (5) hängt von den Bedingungen (1) und (2) ab und zeigt unmittelbar die Brennpunktempfindlichkeit der zweiten Linsengruppe in der Teleeinstellung an. Wird die Untergrenze der Bedingung (5) unterschritten, ist die Brennpunktempfindlichkeit klein und kann bei der Korrektur eines Herstellungsfehlers genutzt werden. Es ist aber unmöglich, gleichzeitig ein hohes Brennweitenverhältnis über 2.5 und Kompaktheit zu erzielen. Wird umgekehrt die Obergrenze überschritten, dient dies zwar der Kompaktheit; jedoch wird die Brennpunktempfindlichkeit zu groß, so daß durch einen leichten Stellungsfehler der zweiten Linsengruppe eine große Brennpunktsbewegung ausgelöst wird. Zudem ist es schwierig, die Brennpunktsbewegung im Rahmen der bei einer Kompaktkamera geltenden Bedingungen für mechanische Präzision zu unterdrücken.

Die Bedingung (6) bezieht sich auf die Bedingungen (1), (2) und (3), betrifft aber die Bewegung der dritten Linsengruppe. Im Falle des Dreigruppentyps wird die Bewegung der dritten Linsengruppe um so größer, je größer der Brennweitenunterschied und das Brennweitenverhältnis wird. Um die Bedingungen (1), (2) und (3) zu erfüllen, kann die Bewegung jeder Linsengruppe unterdrückt werden. Die Bedingung (6) beschränkt die Bewegung der dritten Linsengruppe unmittelbar. Unterhalb der Untergrenze der Bedingung (6) ist es unmöglich, ein System mit einem hohen Brennweitenverhältnis über 2.5 zu erhalten. Umgekehrt wird die Brennweitenverstellmechanik oberhalb der Obergrenze dimensionsmäßig groß, was die Schaffung einer Kompaktkamera erschwert.

Angesichts des Objektivaufbaus ist es zur Verringerung der Gesamtlänge des Objektivs und des Durchmessers der seitigen Objektivlinse vorteilhaft, wenn die erste Zerstreuungslinse der ersten Linsengruppe eine Bikonkavlinse ist, und wenn die bikonkave negative Linse und die anschließende bikonvexe Linse miteinander verkittet sind, wodurch eine Verschlimmerung der Aberration infolge von Herstellungsfehlern verringert wird.

Die Untergruppe 2a bewirkt als Ganzes eine Überkompensierung der Aberration. Um aber die chromatische Aberration innerhalb der Untergruppe zu korrigieren, werden mindestens eine Zerstreuungslinse und eine Sammellinse benötigt. Wenn aber die Gruppe nur aus der Sammellinse und der Zerstreuungslinse besteht, ist es vorteilhaft, die Linsen miteinander zu verkitten, da die benachbarten Flächen der Sammellinse und der Zerstreuungsline eine große Krümmung besitzen. Da außerdem die Blende hinter der zweiten Linsengruppe angeordnet ist, wird der Abstand zwischen der Untergruppe 2a und der Blende vergrößert. Dann ist es aber unmöglich, der Untergruppe 2a eine große Brechkraft im Verhältnis zur Untergruppe 2b und der dritten Linsengruppe zu geben.

Wird die Untergrenze der Bedingung (7) unterschritten, wird die Wirkung der negativen Teilgruppe 2a abgeschwächt und es wird die durch die erste Linsengruppe unterkompensierte Aberration nur unzureichend korrigiert. Wird die Aberration kompensiert, ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe klein und das Objektiv wird größer. Wird umgekehrt die Obergrenze überschritten, wird die Veränderung der Komaaberration und des Astigmatismus bereits durch die einfache Anordnung der beiden negativen und positiven Elemente vergrößert.

Die Untergruppe 2b besitzt als Ganzes eine positive Brechkraft und ist durch ein Kittglied mit einer zerstreuenden Kittfläche gekennzeichnet, die eine große negative Brechkraft besitzt. Der Grund dafür besteht darin, daß die negative Untergruppe 2a keiner großen Beanspruchung unterworfen ist. Die Untergruppe 2b nimmt an der Überkompensierung der Aberration teil. In diesem Falle muß die zerstreuende Linsenfläche eine große negative Brechkraft besitzen, und die Linsen sollten im Hinblick auf die Herstellungseigenschaften miteinander verkittet werden.

Die dritte Linsengruppe weist die gleiche Struktur wie die hintere Gruppe des Zweigruppentyps auf. Jedoch besitzt die dritte Linsengruppe stets eine große negative Brechkraft, wie in Verbindung mit der Bedingung (1) gezeigt ist.

Bei Änderung der Brennweite wird der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe vergrößert und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe verkleinert, so daß alle Linsengruppen in Richtung auf das Objekt bewegt werden. Dabei ist es vorteilhaft, daß es die Art der Anordnung den Untergruppen 2a und 2b ermöglicht, sich unabhängig voneinander in Richtung auf das Objekt zu bewegen (vgl. Beispiel 3). Das Objektiv besitzt somit eine hohe Flexibilität, die im Hinblick auf die Unterdrückung des Bewegungsbetrages jeder Gruppe von Vorteil ist und die Kompensation des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung erleichtert. Es ist jedoch erforderlich, wie oben beschrieben, die Genauigkeit der relativen Positionsbeziehung zwischen den Untergruppen 2a und 2b zu erhöhen.

Was die Scharfeinstellung des Brennpunkts anbetrifft, ist das Scharfeinstellen nur mit Hilfe der ersten Linsengruppe kleiner Brechkraft nicht wünschenswert, wie oben beschrieben ist. Es ist vorteilhaft, zum Scharfeinstellen die zweite und die dritte Linsengruppe mit großer Brechkraft heranzuziehen. Wenn es die Mechanik zuläßt werden die Untergruppen 2a und 2b in Richtung auf das Objekt bewegt, während der Abstand zwischen den Teilgruppen 2a und 2b vergrößert wird. Dadurch wird der Astigmatismus und die Bildfeldwölbung bei einem Objekt im Nahbereich wirksam kompensiert (vgl. Beispiel 3).

Es ist möglich, die Verschiebewege auf die Hälfte zu kürzen, wenn es die Mechanik erlaubt und die zweite Linsengruppe in Richtung auf das Objekt bewegt wird, wenn gleichzeitig die dritte Linsengruppe in Richtung auf das Bild bewegt wird (die Blende ist fest).

Beim Fokussieren mit Hilfe der zweiten und der dritten Linsengruppe sind die Verschiebewege der Gruppen unterschiedlich, in Übereinstimmung mit den entsprechenden Brennweiten, auch bei gleicher Objektdistanz (sog. Variofokalobjekt). Falls jede Brennweiteninformation elektrisch erfaßt werden kann, ist es möglich, die Verschiebung durch elektrische Berechnung zu bestimmen. Dies geschieht nominell in der gleichen Weise wie beim Varioobjektiv.

Beispielsweise zeigen die japanischen Offenlegungsschriften 58-143312 und 61-50112 optisch kompensierte Varioobjektive im Rahmen einer Innenfokus- oder einer Außenfokusmethode. Dabei veranschaulicht die Offenlegungsschrift 58-143312 jedoch ein SLR-Varioobjektiv. Es wird zwar ein großes Brennweitenverhältnis erzielt, aber das Objektiv wird in den Abmessungen groß und die Mechanik ist kompliziert. Diese Umstände eignen sich nicht zur Schaffung einer Kompaktkamera.

Auf der anderen Seite zeigt die Offenlegungsschrift 61-50112 ein Objektiv für eine Kompaktkamera. Die darin angegebenen Bedingungen bestimmen jedoch, daß die Bewegung an zwei benachbarten Punkten am kurzen und am langen Brennweitenende konstant gehalten wird. Das Objektiv, das diese Bedingungen erfüllt, besitzt ein Brennweitenverhältnis von etwa 1.6. Wird ein größeres Brennweitenverhältnis erreicht, sind die Verschiebefehler im Mittelbereich der Brennweite nicht mehr vernachlässigbar. Somit liegt kein Varioobjektiv vor. Bei einem Varioobjektiv für eine Kompaktkamera mit großem Brennweitenverhältnis ist es dementsprechend erforderlich, das Objektiv zu miniaturisieren. Es ist schwierig, dieses Ziel durch die Innenfokus- und die Rückfokusmethode zu erreichen. Das Objektiv ist auf die elektrische Erfassung und Berechnung angewiesen.

Was die Blenden anbetrifft, ist es möglich, sie innerhalb der zweiten Linsengruppe anzuordnen. Wie weiter oben beschrieben, ist es von Vorteil, die Blende unter herstellungstechnischen und mechanischen Aspekten zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe anzubringen. Wenn jedoch die Blende innerhalb der zweiten Linsengruppe angebracht wird, kann der Durchmesser der frontseitigen Objektivlinse klein gehalten werden. Falls es die Mechanik erlaubt, kann eine optische Konstruktion leicht durch Unterbringen der Blende geschaffen werden.

Beim Aufbau des Objektivs ist es zur Verringerung der Gesamtlänge und des Durchmessers der frontseitigen Objektivlinse vorteilhaft, die Zerstreuungslinse (erste negative Linse) der ersten Linsengruppe an der Objektivseite als bikonkave Zerstreuungslinse zu verwenden. Weiter leidet ein System, bei dem die erste und die dritte Linsengruppe zusammen miteinander bewegt werden, im Vergleich zu einem Varioobjektiv, bei der die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe unabhängig voneinander bewegt werden, unter dem Nachteil, daß im Zwischenbereich das Grenzlicht reduziert wird. Um dieses Problem zu lösen ist es erforderlich, die Durchmesser zweier Sammellinsen (zweite und dritte positive Linse) in der ersten Linsengruppe leicht zu vergrößern. Dementsprechend ist es zur Unterdrückung der Vergrößerung erforderlich, die Brechkraft der ersten Linsengruppe leicht zu erhöhen. Wenn daher in dem Falle, daß die erste Zerstreuungslinse und die zweite Sammellinse nicht miteinander verkittet sind, ist es wirksamer, die Aberration zu kompensieren.

Was das Scharfeinstellen anbetrifft, ist das Scharfeinstellen nur mit der ersten Linsengruppe mit kleiner Brechkraft unzureichend. Es ist besser, zur Fokussierung die zweite und die dritte Linsengruppe heranzuziehen, die eine große Brechkraft besitzen. Es ist möglich, wenn die zweite und die dritte Linsengruppe in entgegengesetzter Richtung bewegt werden und die Mechanik erlaubt, die Bewegungen der Linsengruppen zu verkleinern. Die erste Linsengruppe kann zusammen mit anderen Gruppen um einen kurzen Weg bewegt werden. Es ergibt sich kein Vorteil aus der Bewegung der ersten Linsengruppe, die eine große Abmessung besitzt.

Beispiele

Zur vorliegenden Erfindung werden in den nachfolgenden Tabellen Beispiele 1 bis 3 gebracht. Darin haben die benutzten Symbole folgende Bedeutung:

f - die Brennweite des Varioobjektivs,
ω - der halbe Bildfeldwinkel,
f_B - die hintere Schnittweite,
r - der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenfläche,
d - die Linsendicke oder der Luftabstand zwischen den Linsenflächen,
N - die Brechzahl einer einzelnen Linse für die d-Linie, und
ν - die Abb´′sche Zahl einer einzelnen Linse.

Beispiel 1

1:4.0∼6.5∼8.2 f = 39.02∼70.01∼102.02
ω = 28.7°∼16.8°∼11.8° f_B = 8.73∼30.48∼49.6

Änderung der Linsenabstände bei einem Objektabstand von 1.300 Längeneinheiten

Position der Blende 1.0 hinter der 14. Linsenfläche

Beispiel 2

1:4.0∼6.5∼8.2 f = 39.00∼69.98∼102.04
ω = 28.7°∼16.8°∼11.8° f_B = 8.90∼29.74∼49.44

Änderung der Linsenabstände bei einem Objektabstand von 1.300 Längeneinheiten:

Position der Blende 1.0 hinter der 14. Linsenfläche

Beispiel 3

1:4.0∼6.5∼8.2 f = 39.00∼70.00∼102.02
ω = 28.7°∼16.8°∼11.8° f_B = 8.80∼29.73∼48.20

Position der Blende 1.0 hinter der 14. Linsenfläche

Wie oben beschrieben, können die Mechanismen zum Verstellen der Brennweite und zur Fokussierung vereinfacht werden, da die Blende und jede Linsengruppe voneinander getrennt sein können. Auch kann die Mechanik zur automatischen Fokussierung gewichtsmäßig leicht und einfach und für hohe Einstellgeschwindigkeit ausgeführt werden, weil die Fokussierung durch die zweite oder dritte Linsengruppe erfolgt.

Claims

1. Varioobjektiv für eine Kamera, umfassend, der Reihe nach von der Objektseite her,

(a) eine positive erste Linsengruppe,
(b) eine positive zweite Linsengruppe, bestehend der Reihe nach von der Objektseite her aus einer negativen ersten Untergruppe (2a) und einer positiven zweiten Untergruppe (2b),
(c) eine negative dritte Linsengruppe und
(d) eine Blende,
(e) wobei zur Änderung der Brennweite des Varioobjetivs vom minimalen zum maximalen Wert die erste, zweite und dritte Linsengruppe alle zur Objektseite hin verstellt werden, so daß der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe zunimmt und der Abstand zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe abnimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) zur Fokussierung des Varioobjektivs die erste Linsengruppe und eine der zweiten und dritten Linsengruppen festgehalten werden, während die andere der zweiten und dritten Linsengruppen verstellt wird,
(g) die Blende zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe angeordnet ist,
(h) die Blende bei der Änderung der Brennweite gemeinsam mit der zweiten Linsengruppe verstellbar ist und bei der Fokussierung festgehalten wird und
(i) folgende Bedingung erfüllt ist: (1) 2,5 < f_T/f_1-2T < 4,0,worin
f_T = maximale Brennweite des Varioobjektivs und
f_1-2T = Brennweite des aus der ersten und zweiten Linsengruppe gebildeten Teilsystems bei Einstellung des Varioobjektivs auf maximale Brennweite.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende von der zweiten Linsengruppe abkoppelbar ist.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende weitere Bedingungen erfüllt sind: (2) 1,2 < f_T/f₁ < 2,3(3) 0,43 < x_2a/x₁ < 0,9(4) 0,3 < l_2-A/f_W < 0,8worin:
f_W = minimale Brennweite des Varioobjektivs,
f₁ = Brennweite der ersten Linsengruppe,
x₁ = Betrag der Bewegung der ersten Linsengruppe bei der Fokussierung,
x_2a = Betrag der Bewegung der ersten Untergruppe (2a) der zweiten Linsengruppe bei der Fokussierung und
l_2-A = axialer Abstand der ersten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe zur Blende.

4. Varioobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß folgende weitere Bedingungen erfüllt sind: (5) 3.0 < (f_T/f_1-2T)² - (f_T/f₁)² < 14.0(6) 0.1 < x₃/(f_T-f_W)Z < 0.4worin:
x₃ = Betrag der Bewegung der dritten Linsengruppe bei der Fokussierung und
Z = Brennweitenänderungsverhältnis.

5. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe, der Reihe nach von der Objektseite her, aus einer Bikonkavlinse, einer Bikonvexlinse und einer Sammellinse mit einer objektseitig konvexen Linsenfläche besteht.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bikonkavlinse und die Bikonvexlinse der ersten Linsengruppe miteinander verkittet sind.

7. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Untergruppe (2a) der zweiten Linsengruppe, der Reihe nach von der Objektseite her, aus einer Bikonkavlinse und einer mit dieser verkitteten Sammellinse besteht, wobei die konvexe Kittfläche zum Objekt gerichtet ist, und daß folgende weitere Bedingung erfüllt ist: (7) 0,5 < f₂/-f_2a < 1,0worin:
f₂ = Brennweite der zweiten Linsengruppe bei Einstellung des Varioobjektivs auf minimale Brennweite.

8. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Untergruppe (2b) der zweiten Linsengruppe, der Reihe nach von der Objektseite her, aus einem Kittglied mit einer Sammellinse und einer negativen Meniskuslinse sowie aus einer Sammellinse besteht, wobei die konkave Kittfläche des Kittgliedes zum Objekt gerichtet ist.

9. Varioobjekt nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe, der Reihe nach von der Objektseite her, aus einer Sammellinse mit einer bildseitig konvexen Linsenfläche und aus zwei Zerstreuungslinsen mit objektseitig konkaven Linsenflächen besteht.

10. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der zweiten Linsengruppe zwei Linsengruppen (2a, 2b) vorgesehen sind, die zur Änderung der Brennweite vom minimalen zum maximalen Wert unabhängig voneinander zum Objekt hin bewegt werden, wobei der Abstand zwischen den Linsengruppen (2a, 2b) abnimmt.

11. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fokussierung die erste Linsengruppe, die Blende und die dritte Linsengruppe feststehen und nur die zweite Linsengruppe zum Objekt hin bewegt wird.

12. Varioobjektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fokussierung auf geringere Objektabstände der Abstand zwischen den Untergruppen (2a, 2b) der zweiten Linsengruppe vergrößert wird, während die Untergruppen als selbständige Linsengruppen unabhängig voneinander zum Objekt hin bewegt werden.

13. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fokussierung die erste Linsengruppe, die zweite Linsengruppe und die Blende feststehen und nur die dritte Linsengruppe zum Bild hin bewegt wird.