DE4032051A1

DE4032051A1 - Mittleres teleobjektivsystem mit grosser oeffnung

Info

Publication number: DE4032051A1
Application number: DE19904032051
Authority: DE
Inventors: Jun Hirakawa
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1989-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2010-10-10
Also published as: JP2915985B2; JPH03200909A; DE4032051C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abbildungslinsensystem für den Einsatz in Kameras, wie z. B. einer SLR-Kamera. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein mittleres Teleobjektivsystem, das ein großes Öffnungsverhältnis und einen vergleichsweise weiten Blickwinkel aufweist und bei dem die Fokussierung ausgeführt wird durch Bewegen einiger Linsen in dem System.

Das Abbildungslinsensystem, das in jüngsten Modellen von SLR-Kameras verwendet wird, erfordert nicht nur eine hohe optische Funktionsfähigkeit, sondern auch ein großes Öffnungsverhältnis und Leichtigkeit und Schnelligkeit, mit der die Fokussierung durchgeführt werden kann.

Hochwertige mittlere Teleobjektivsysteme mit großem Öffnungsverhältnis und einem weiten Blickwinkel sind in den ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen Nr. 48 723/1984, 205 625/1988 und anderen beschrieben.

Da eine ansteigende Zahl moderner Kameras mit der Fähigkeit zur Autofokussierung ausgestattet werden, sind Objektivsysteme der Typen "Innerer Brennpunkt" und "Hinterer Brennpunkt" entwickelt worden, um die Fokussierung durch die Bewegung von nur einigen der Linsen in dem Linsensystem zu realisieren. Z. B. sind in den ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen Nr. 1 54 111/1989 und 1 54 112/1989 ein "Innerer Brennpunkt"-Modell mit einer Fokussierungslinsengruppe in einem Gauss'schen Linsensystem vorgeschlagen worden und in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 78 208/1989 ein "Hinterer Brennpunkt"-Modell, bei dem die hintere Gruppe eines Gauss'schen Linsensystems zur Fokussierung bewegt wird.

Falls jedoch ein "Innerer Brennpunkt"-System in einem Teleobjektiv mit einem großen Öffnungsverhältnis und einem vergleichsweise weiten Blickwinkel eingebaut wird, vergrößert die Notwendigkeit einen Freiraum vorzusehen, der es der Fokussierungslinsengruppe gestattet, sich innerhalb des Linsensystems zu bewegen, die Gesamtlänge des Objektivs. Ferner muß der Objektivdurchmesser vergrößert werden, um den notwendigen Anteil von Randstrahlen des Lichts zuzulassen. Dies hat zum Ergebnis. daß das gesamte Objektivsystem sperrig wird.

Im Gegensatz dazu besitzt das "Hinterer Brennpunkt"-Modell, bei dem die hintere Linsengruppe eines Gauss'schen Linsensystems zur Fokussierung bewegt wird, den Vorteil eines relativ kompakten Aufbaus, jedoch war es andererseits schwierig, ein hochwertiges System zu realisieren, da aufgrund der Bewegung der Fokussierungsgruppe beträchtliche Aberrationsveränderungen auftreten.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor erwähnten Probleme des Standes der Technik zu lösen und es ist demnach die Hauptaufgabe der Erfindung, ein mittleres Teleobjektivsystem mit großer Öffnung zu schaffen, bei dem die Fokussierung durch Bewegung nur der hinteren Linsengruppe durchgeführt wird, das kompakt ist und das dennoch eine hohe Funktionalität dahingehend aufweist, daß es kleinere Anteile von Aberrationsveränderungen als Auswirkungen des Fokussierungsvorganges aufweist.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist das mittlere Teleobjektivsystem mit großer Öffnung gemäß der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt aus einer vorderen Gruppe G_F, die, beginnend auf der Gegenstandsseite, zumindest zwei sammelnde (positive) Linsenelemente mit einer zum Gegenstand gerichteten stark konvexen Oberfläche und ein zerstreuendes (negatives) Linsenelement mit einer zum Bild gerichteten stark konkaven Oberfläche umfaßt und die eine sammelnde Gesamtbrechkraft besitzt, und einer hinteren Gruppe G_R mit einer Oberfläche S_R1, die dem Gegenstand am nächsten ist und die zum Gegenstand hin konvex ist, die eine sammelnde Gesamtbrechkraft aufweist, wobei nur die hintere Gruppe G_R entlang der optischen Achse bewegt wird, um den Fokussierungsvorgang durchzuführen, wobei dieses Objektivsystem die folgenden Bedingungen erfüllt:

0,5 < f/r_R1 < 3,5 (1)

0,6 < f_R/F < 1,1 (2)

Dabei ist
f: die Brennweite des Gesamtsystems;
f_R: die Brennweite der hinteren Gruppe G_R: und
r_R1: der Radius der Krümmung von S_R1 oder der Oberfläche der hinteren Gruppe G_R, die dem Gegenstand am nächsten ist.

Vorzugsweise erfüllt das Linsensystem auch die folgende Bedingung:

0,7 < f_R/f < 1,0 (2′)

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die hintere Gruppe G_R, beginnend auf der Gegenstandsseite, zumindest ein sammelndes Linsenelement, eine streuende Linse L_Rn, bei der die Oberfläche auf der Bildseite zum Bild hin konkav ist, und zumindest ein sammelndes Linsenelement, wobei das Linsensystem ferner die folgenden Bedingungen erfüllt:

0,8 < f/r_R4 < 3,0 (3)

Dabei ist
r_R4: der Radius der Krümmung der Bildseitenoberfläche der zerstreuenden Linse L_Rn.

Ein derartiges Linsensystem kann in einem Gesamtsystembewegungstyp eingesetzt werden, bei dem die vordere und die hintere Linsengruppe gemeinsam zur Fokussierung bewegt werden. Ein Gesamtbewegungstyp wird vorzugsweise bei anderen Kameras als Autofokuskameras eingesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1, 3, 5, 7, 9 und 11 vereinfachte Querschnittsansichten von Objektivsystemen, die entsprechend den Beispielen 1 bis 6 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind;

Fig. 2, 4, 6, 8, 10 und 12 grafische Darstellungen der Aberrationskurven, die mit den Linsensystemen der Beispiele 1 bis 6 erzielt werden, wobei (A) den Fall betrifft, bei dem das Objektivsystem auf unendlich fokussiert ist und (B) den Fall für eine Abbildungsvergrößerung von 1/10;

Fig. 13 eine einfache schematische Ansicht, die den Grundaufbau des Objektivsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 14 eine einfache schematische Ansicht, die den Grundaufbau eines bekannten Gauss'schen Linsensystems zeigt.

Fig. 13 zeigt eine einfache schematische Ansicht, die den Grundaufbau des Linsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Hauptmerkmal dieses Systems besteht darin, daß die Oberfläche S_R1, die von allen Oberflächen der hinteren Gruppe G_R, die zur Erzielung der Fokussierung bewegt wird, dem Gegenstand am nächsten ist, zum Gegenstand hin konvex ist (diese Oberfläche der hinteren Gruppe, die dem Gegenstand am nächsten ist, wird im folgenden abgekürzt als S_R1).

Im Gegensatz dazu ist S_R1 eines herkömmlichen Gauss'schen Linsensystems, bei dem die hintere Gruppe G_R zur Fokussierung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Gegenstand hin konkav ist wie in Fig. 14 dargestellt ist. Mit anderen Worten ist es eine Aufbaueigenschaft des herkömmlichen Gauss'schen Linsensystems, eine gute Funktionsfähigkeit zu erreichen durch Ausschaltung der Aberrationen, die in der vorderen und der hinteren Linsengruppe entstehen, die in einer symmetrischen Konfiguration angeordnet sind. Falls jedoch die hintere Linsengruppe in dem Gauss'schen System zur Erzielung der Fokussierung bewegt wird, wird die Symmetrie der vorderen und hinteren Linsengruppen gestört, was Aberrationsveränderungen bewirkt. Im einzelnen ändert sich als Wirkung der Fokussierungsbewegung der hinteren Linsengruppe G_R, wie in Fig. 14 dargestellt, die Höhe, bei der ein außerhalb der Achse liegender Randstrahl des Lichts S_R1 schneidet. Mit anderen Worten, verändert sich der Winkel, den der außeraxiale Randstrahl zur Richtung senkrecht zu S_R1, die zum Gegenstand hin konkav ist, bildet, in großem Maße aufgrund der Bewegung von G_R, was wesentliche Aberrationsveränderungen bewirkt. Falls das Objektivsystem von unendlich zu einer nahen Entfernung fokussiert wird, bewirkt der außerhalb der Achse liegende Randstrahl einen inneren Asymmetriefehler.

Bei dem Objektivsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist S_R1 so ausgelegt, daß sie zum Gegenstand hin konvex ist, so daß wie in Fig. 13 dargestellt der Winkel, den ein außerhalb der Achse liegender Randstrahl mit der normalen Richtung senkrecht zu S_R1 bildet, klein ist, wie in Fig. 13 gezeigt ist. Demnach ist selbst, wenn die hintere Gruppe G_R zur Fokussierung bewegt wird, mit der sich ergebenden Änderung der Höhe, bei der der außerhalb der Achse liegende Randstrahl S_R1 schneidet, die Veränderung im Winkel, den dieser Strahl mit der Richtung senkrecht zu S_R1 bildet, ausreichend klein, um die Aberrationsveränderungen zu reduzieren, die als Wirkung des Fokussierungsvorgangs auftreten könnten.

Bedingung (1) zeigt den geeigneten Krümmungsradius, der auf S_R1 aufzubringen ist. Falls r_R1 oder der Krümmungsradius von S_R1 extrem klein ist, ändert sich der Winkel stark, den ein außerhalb der Achse liegender Randstrahl mit der Linie senkrecht zu S_R1 bildet, wenn die hintere Gruppe G_R zur Fokussierung bewegt wird, mit der sich einstellenden Veränderung der Höhe des Strahlschnittpunktes und demnach treten große Aberrationsveränderungen auf, selbst wenn S_R1 konvex zum Gegenstand hin ist. Falls das Objektivsystem von unendlich zu einem nahen Abstand fokussiert wird, erzeugt der außerhalb der Achse liegende Randstrahl einen äußeren Asymmetriefehler (Koma). Dementsprechend vom Gesichtspunkt der Aberrationsveränderungen darf r_R1 nicht in einem so starken Maße verringert werden, daß die obere Grenze der Bedingung (1) überschritten wird.

Falls andererseits r_R1 oder der Krümmungsradius von S_R1 derart stark vergrößert wird, daß S_R1 nahezu flach wird, können die Aberrationsveränderungen, die als Auswirkung der Fokussierung auftreten, reduziert werden. Jedoch wird, wie durch Gleichung (2) oder (2′) wie im folgenden beschrieben wird, von der hinteren Gruppe G_R verlangt, daß sie eine ausreichend starke sammelnde Brechkraft besitzt. Falls r_R1 allein erhöht wird, so daß die notwendige sammelnde Brechkraft durch die anderen sammelnden Oberflächen außer S_R1 bereitgestellt wird, können die Aberrationen nicht auf ausgeglichene Art und Weise kompensiert werden und die Möglichkeiten des Entstehens einer negativen sphärischen Aberration erhöht sich. Ferner muß die hintere Gruppe selbst kompakt sein, um den Freiraum sicherzustellen, der erforderlich für die Bewegung der hinteren Gruppe G_R im Linsensystem ist, um die Fokussierung zu erzielen. Dementsprechend besitzt S_R1 vorzugsweise eine starke sammelnde Brechkraft. Also darf R_r1 vom Standpunkt der Aberrationskompensation und des kompakten Aufbaus der hinteren Gruppe G_R nicht so stark vergrößert werden, daß die untere Grenze der Bedingung (1) nicht erreicht werden kann.

Die Bedingungen (2) und (2′) beschreiben die Anforderungen, die von der sammelnden Brechkraft der hinteren Linsengruppe G_R erfüllt werden müssen. Da die hintere Gruppe G_R im Linsensystem zur Erzielung der Fokussierung bewegt wird, muß das Objektivsystem mit dem für die Bewegung der hinteren Linsengruppe G_R erforderlichen Freiraum ausgestattet werden. Falls f_R oder die Brennweite der hinteren Linsengruppe G_R derart stark vergrößert wird, daß die obere Grenze der Bedingung (2) oder (2′) überschritten wird, machen es die mechanischen Zwänge des beschränkten Freiraums für die Bewegung unmöglich, den nahesten Abstand vom Gegenstand zu verkleinern. Ferner ergibt sich ein sperriges Objektivsystem, wenn ein größerer Freiraum für die Bewegung der hinteren Linsengruppe G_R mit dem Ziel der Verkleinerung des nahesten Abstands vom Gegenstand vorgesehen wird. Demnach vom Gesichtspunkt des kürzesten Abstands des Gegenstandes und der Kompaktheit des gesamten Objektivsystems darf f_R oder die Brennweite der hinteren Gruppe G_R nicht derart stark vergrößert werden, daß die obere Grenze der Bedingung (2) oder (2′) überschritten wird.

Die Reduzierung von f_R in einem Maße, daß die untere Grenze von Bedingung (2) oder (2′) nicht erreicht wird, ist zu bevorzugen für die Zwecke der Verkürzung des nahesten Abstands vom Gegenstand und der Reduzierung der Gesamtgröße des Objektivsystems. Jedoch muß eine gewisse Länge des Brennpunktabstands von der Linsenrückseite bei Objektivsystemen der durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen Art sichergestellt sein, die in SLR-Kameras eingesetzt werden. Demnach muß, um den notwendigen Brennpunktabstand von der Linsenrückseite sicherzustellen, die Brennweite der hinteren Gruppe G_R ebenfalls vernünftig lang sein. Dementsprechend ist es nicht wünschenswert, f_R in derart starkem Maße zu reduzieren, daß die untere Grenze der Bedingung (2) oder (2′) nicht erreicht wird.

Es ist wünschenswert, daß die hintere Gruppe G_R kombiniert mit der vorderen Gruppe G_F einen Aufbau besitzt, der die Bedingungen (1) und (2) oder (2′) erfüllt und der es zuläßt, daß Aberrationen auf wirksame und ausgeglichene Weise kompensiert werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es wünschenswert für den Zweck der vorliegenden Erfindung, daß die hintere Gruppe G_R eine Triplet-Konfiguration oder eine Modifikation dieses Aufbaus besitzt und daß sie ebenfalls Bedingung (3) erfüllt, um eine noch bessere Funktionsfähigkeit zu erreichen. Selbst wenn r_R1 Bedingung (1) erfüllt, hat die sammelnde Brechkraft die Wirkung, eine negative sphärische Aberration zu erzeugen. Es ist demnach notwendig, daß die hintere Gruppe G_R mit einer Oberfläche ausgestattet wird, die die negative sphärische Aberration kompensiert, um die hohe Funktionalität von G_R zu erhalten. Diese Notwendigkeit wird mathematisch durch Bedingung (3) ausgedrückt. Falls r_R in derart starkem Maße erhöht wird, daß die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird, bleibt die negative sphärische Aberration, die durch S_R1 erzeugt wird, teilweise unkompensiert. Falls andererseits r_R4 in einem Maße reduziert wird, daß die obere Grenze von Bedingung (3) überschritten wird, treten sphärische Aberrationen höherer Ordnung auf, was ebenfalls unerwünscht ist.

Beispiele

Die Beispiele 1 bis 6 der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Datenblätter beschrieben, in denen bedeutet:
f: die Brennweite des Gesamtsystems;
F_NO: das Öffnungsverhältnis oder F-Zahl;
ω: der halbe Blickwinkel;
r: der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche;
d: die Dicke einer einzelnen Linse oder der räumliche Abstand zwischen benachbarten Linsen;
n: der Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie;
ν: die Abbe'sche Zahl einer einzelnen Linse; und
f_B: der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite.

Beispiel 1

Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Beispiel 5

Beispiel 6

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, ist das mittlere Teleobjektivsystem mit großer Öffnung gemäß der vorliegenden Erfindung, das vom "Hinterer Brennpunkt"-Typ ist, bei dem nur die hintere Gruppe G_R zur Durchführung der Fokussierung bewegt wird, derart aufgebaut, daß sowohl Bedingung (1) als auch Bedingung (2) und ggf. Bedingung (3) erfüllt werden kann. Dies stellt sicher, daß das Gesamtlinsensystem kompakt ist und daß es eine hohe Funktionalität aufweist, ohne daß unerwünscht große Aberrationsveränderungen als Auswirkung des Fokussierungsvorgangs auftreten. Wie aus den beiliegenden Fig. 2, 4, 6, 8, 10 und 12 hervorgeht, arbeitet das Objektivsystem zufriedenstellend, ungeachtet, ob es auf unendlich (siehe in jeder der Figuren unter A) oder auf einen nahen Abstand des Gegenstandes (siehe unter B) fokussiert ist.

Claims

1. Mittleres Teleobjektivsystem mit großer Öffnung, das zusammengesetzt ist aus einer vorderen Gruppe G_F, die beginnend auf der Gegenstandsseite, zumindest zwei sammelnde Linsenelemente mit einer zum Gegenstand gerichteten stark konvexen Oberfläche und ein zerstreuendes Linsenelement mit einer zum Bild gerichteten stark konkaven Oberfläche umfaßt und die eine sammelnde Gesamtbrechkraft besitzt, und einer hinteren Gruppe G_R mit einer Oberfläche S_R1, die dem Gegenstand am nächsten ist und die zum Gegenstand hin konvex ist, die eine sammelnde Gesamtbrechkraft aufweist, wobei nur die hintere Gruppe entlang der optischen Achse bewegt wird, um den Fokussierungsvorgang durchzuführen, wobei das Objektivsystem die folgende Bedingung erfüllt: 0,5 < f/r_R1 < 3,5 (1)dabei ist
f: die Brennweite des Gesamtsystems; und
r_R1: der Radius der Krümmung von S_R1 oder der Oberfläche der hinteren Gruppe G_R, die dem Gegenstand am nächsten ist.

2. Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,6 < f_R/F < 1,1 (2)dabei ist
f_R: die Brennweite der hinteren Gruppe G_R.

3. Objektivsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Bedingung erfüllt: 0,7 < f_R/f < 1,0 (2′)dabei ist
f_R: die Brennweite der hinteren Gruppe G_R.

4. Mittleres Teleobjektivsystem mit großer Öffnung, das zusammengesetzt ist aus einer vorderen Gruppe G_F, die, beginnend auf der Gegenstandsseite, zumindest zwei sammelnde Linsenelemente mit einer zum Gegenstand gerichteten stark konvexen Oberfläche und ein zerstreuendes Linsenelement mit einer zum Bild gerichteten stark konkaven Oberfläche umfaßt und die eine sammelnde Gesamtbrechkraft besitzt, und einer hinteren Gruppe G_R mit einer Oberfläche S_R1, die dem Gegenstand am nächsten ist und die zum Gegenstand hin konvex ist, die eine sammelnde Gesamtbrechkraft aufweist, wobei die vordere Gruppe G_F und die hintere Gruppe G_R zusammen bewegt werden, um den Fokussierungsvorgang durchzuführen, wobei die hintere Gruppe G_R umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, zumindest ein sammelndes Linsenelement, eine streuende Linse L_Rn, bei der die Oberfläche auf der Bildseite zum Bild hin konkav ist, und zumindest ein sammelndes Linsenelement, wobei das Objektivsystem die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,5 < f/r_Rl < 3,5 (1)0,6 < f_R/F < 1,1 (2)0,8 < f/r_R4 < 3,0 (3)dabei ist
f: die Brennweite des Gesamtsystems;
f_R: die Brennweite der hinteren Gruppe G_R; und
r_R1: der Radius der Krümmung von S_R1 oder der Oberfläche der hinteren Gruppe G_R, die dem Gegenstand am nächsten ist und
r_R4: der Radius der Krümmung der Bildseitenoberfläche der zerstreuenden Linse L_Rn.

5. Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Gruppe G_R umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite zumindest ein sammelndes Linsenelement, eine streuende Linse L_Rn, bei der die Oberfläche auf der Bildseite zum Bild hin konkav ist, und zumindest ein sammelndes Linsenelement, wobei das Objektivsystem ferner die folgende Bedingung erfüllt: 0,8 < f/r_R4 < 3,0 (3)dabei ist
r_R4: der Radius der Krümmung der Bildseitenoberfläche der zerstreuenden Linse L_Rn.

6. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende Tabelle erfüllt:

dabei ist:
f: die Brennweite des Gesamtsystems;
F_NO: das Öffnungsverhältnis der F-Zahl;
ω: der halbe Blickwinkel;
r: der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche;
d: die Dicke einer einzelnen Linse oder der räumliche Abstand zwischen benachbarten Linsen;
n: der Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie;
ν: die Abbe'sche Zahl einer einzelnen Linse; und
f_B: der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite.

7. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Tabelle erfüllt:

dabei ist
f: die Brennweite des Gesamtsystems;
F_NO: das Öffnungsverhältnis der F-Zahl;
ω: der halbe Blickwinkel;
r: der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche;
d: die Dicke einer einzelnen Linse oder der räumliche Abstand zwischen benachbarten Linsen;
n: der Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie;
ν: die Abbe'sche Zahl einer einzelnen Linse; und
f_B: der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite.

8. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Tabelle erfüllt:

9. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Tabelle erfüllt:

10. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Tabelle erfüllt:

11. Objektivsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Tabelle erfüllt: