DE4042543C2

DE4042543C2 - Varioobjektiv für eine Kompaktkamera

Info

Publication number: DE4042543C2
Application number: DE4042543A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: DE4042542C2; DE4042540C2

Description

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

Herkömmliche Varioobjektive für Kompaktkameras bestehen meist aus zwei Linsengruppen (Gruppe A) oder aus drei oder vier Linsengruppen (Gruppe B). Verglichen mit Varioobjektiven der Gruppe (A) besitzen Varioobjektive der Gruppe (B) zwar den Vorteil, daß sie bei der Brennweitenänderung mit verhältnismäßig geringen Linsenbewegungen auskommen, sind aber nicht nur groß in ihren Abmessungen, sondern auch komplex in ihrem Aufbau. Wegen dieser deutlichen Nachteile wird auf Varioobjektive der vorgenannten Gruppe (B) im folgenden nicht weiter eingegangen.

Verglichen mit Varioobjektiven der Gruppe (B) erfordern Varioobjektive der Gruppe (A) zwar größere Linsenverschiebewege bei der Brennweitenänderung, haben aber den Vorteil eines vergleichsweise einfachen Aufbaus und einer vergleichsweise geringen Baulänge. Herkömmliche Varioobjektive der Gruppe (A) sind beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften 56-128911, 57-201213, 60-48009, 60-170816 und 60-191216 bzw. 62-090611 und 64-057222 bzw. 62-113120 und 62-264019 beschrieben.

Ein aus zwei Linsengruppen bestehendes Varioobjektiv, bei dem die erste Linse durch eine Negativlinse gebildet ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift 63-276013 beschrieben.

Eine Möglichkeit zur Fokussierung eines aus zwei Linsengruppen bestehendes Varioobjektivs ist in der japanischen Offenlegungsschrift 1-189620 beschrieben.

Ein Varioobjektiv der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der US-PS 48 36 660 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv dieser Gattung zu schaffen, für das sich bei Feuchtigkeits- oder Temperaturänderungen nur geringe Schnittweitenänderungen ergeben.

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

Mit dem Varioobjektiv gemäß der Erfindung, das einen einfachen Zwei-Gruppen-Aufbau aufweist, kann bei der Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite ein großer halber Bildwinkel von vorzugsweise ca. 37° erzielt werden. Die Brennweite kann stufenlos vorzugsweise bis zu einem Verhältnis von ca. 2,5 verändert werden.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varioobjektivs in schematischer Darstellung im Schnitt bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite und bei Fokussierung auf einen Objektabstand unendlich,

Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs auf den Objektabstand unendlich, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 3 den Gegenstand von Fig. 1 bei Fokussierung des Objektivs auf einen Objektabstand von 1000 Längeneinheiten durch Verschieben nur der vorderen Untergruppe der ersten Linsengruppe,

Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs gemäß Fig. 3, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 5 den Gegenstand von Fig. 1 bei Fokussierung des Objektivs auf einen Objektabstand von 1000 Längeneinheiten durch Verschieben der vorderen und hinteren Untergruppe der ersten Linsengruppe im Verhältnis von 1 : 0,3,

Fig. 6(a), 6(b) und 6(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs gemäß Fig. 5, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 7 den Gegenstand von Fig. 1 bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite und Fokussierung des Objektivs auf einen Objektabstand von 1000 Längeneinheiten durch Verschieben der ersten Linsengruppe als Ganzem,

Fig. 8(a), 8(b) und 8(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs gemäß Fig. 7, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Varioobjektivs in schematischer Darstellung im Schnitt bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite und bei Fokussierung auf einen Objektabstand unendlich,

Fig. 10(a), 10(b) und 10(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs auf den Objektabstand unendlich, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 11 den Gegenstand von Fig. 9 bei Fokussierung des Objektivs auf einen Objektabstand von 1000 Längeneinheiten durch Verschieben nur der vorderen Untergruppe der ersten Linsengruppe,

Fig. 12(a), 12(b) und 12(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs gemäß Fig. 11, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen,

Fig. 13 den Gegenstand von Fig. 7 bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite und Fokussierung des Objektivs auf einen Objektabstand von 1000 Längeneinheiten durch Verschieben der ersten Linsengruppe als Ganzem und

Fig. 14(a), 14(b) und 14(c) Kurvendiagramme zur Verdeutlichung von Bildfehlern beim Varioobjektiv gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Fokussierung des Objektivs gemäß Fig. 13, wobei die Diagramme (a), (b) und (c) den jeweiligen Zustand bei Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite, auf eine mittlere Brennweite bzw. auf maximale Brennweite zeigen.

Bei den herkömmlichen, aus zwei Linsengruppen gebildeten Varioobjektiven für Kompaktkameras ist die erste Linse meist eine positive Linse. Beim erfindungsgemäßen Varioobjektiv ist die positive erste Linsengruppe aus einer positiven vorderen Untergruppe und einer positiven hinteren Untergruppe geringer Brechkraft zusammengesetzt, wobei die erste Linse (von der Objektseite her gesehen) eine Negativlinse ist. Dies dient dem Ziel, in der Einstellung des Objektivs auf minimale Brennweite einen großen halben Bildfeldwinkel von ca. 37° und eine vergleichsweise lange hintere Schnittweite zu erreichen.

Nachfolgend werden die in den Patentansprüchen enthaltenen Bedingungen

(1) -0,8<f_1G/f₁<-0,1,
(3) 1,2<f_s/f_1G<1,7,
(4) -20<ΔI_1a<0,
(13) 1,7<N_2Gn,
(15) 0,05<f_1G/f_1R<0,35,
(16) 0,03<d_1F-1R/f_s<0,15,
(17) -1,5<f_1G/f_1,2<-0,8,
(18) 0,6<f_1G/f_1b<0,9,
(19) (m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8,
(20) -20<ΔI_1R<0 und
(21) 0X_1R/X_1F<0,7

näher erläutert.

Die Bedingung (1) betrifft die Brechkraft der negativen ersten Linse der ersten Untergruppe. Falls die obere Grenze der Bedingung überschritten wird, wird die negative Brechkraft der ersten Linse zu klein, so daß die zweite Linse eine umso höhere Brechkraft erhalten muß. Dadurch würde es aber schwierig, bei Einstellung des Varioobjektivs auf minimale Brennweite Koma und Astigmatismus hinreichend zu kompensieren. Falls aber die untere Grenze der Bedingung (1) unterschritten wird, wird die Brechkraft der negativen ersten Linse stärker als dies wünschenswert ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß die japanische Offenlegungsschrift 1-272392 ein Varioobjektiv offenbart, das ein Varioverhältnis von ungefähr 2 aufweist, so daß es dort ausreicht, nur eine negative Linse vorzusehen. Falls jedoch das Varioverhältnis bis zu einem Wert von 2,5 erhöht wird, nehmen jedoch bei diesem Objektiv Koma und Astigmatismus abrupt zu.

Die Bedingung (3) betrifft die Brechkraft der ersten Linsengruppe als Ganzem.

Falls die obere Grenze überschritten wird, ist es einfach, das Varioobjektiv kompakt auszuführen, jedoch wird die positive Brechkraft zu stark. Meist wird eine Aberration höherer Ordnung erzeugt. Es wäre schwierig, die Aberrationen innerhalb der ersten Linsengruppe zu kompensieren. Da die zweite Linsengruppe vom Vergrößerungslinsentyp ist, werden die Aberrationen verstärkt. Falls die untere Grenze unterschritten wird, ist es leicht, die Aberrationen zu kompensieren, der Verschiebeweg einer jeden Linsengruppe wird dabei aber vergleichsweise groß, was der angestrebten Miniaturisierung entgegensteht.

Die Bedingung (4) betrifft eine asphärische Linsenfläche in der Untergruppe 1a. Falls diese Bedingung eingehalten wird, ist es möglich, sphärische Aberration und Koma gut zu kompensieren durch die Verwendung einer asphärischen Oberfläche mit einem negativen asphärischen Flächenbeitrag. Ein negativer Beitrag bedeutet, daß im Fall einer konkaven Linsenfläche der Krümmungsradius kleiner wird, wenn deren Brechkraft vergrößert wird, wohingegen für den Fall einer konvexen Linsenfläche der Krümmungsradius größer wird, wenn die Brechkraft vergrößert wird. Falls die obere Grenze der Bedingung (4) überschritten wird, würde die Wirkung der sphärischen Linsenfläche beseitigt werden, so daß es schwierig wäre, die Aberrationen gut zu kompensieren. Falls die untere Grenze unterschritten wird, ist es wahrscheinlich, daß eine Aberration höherer Ordnung erzeugt wird.

Es ist an dieser Stelle zweckmäßig, ergänzende Hinweise zum Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer Aberration höherer Ordnung zu geben, die durch eine asphärische Linsenfläche erzeugt wird. Eine asphärische Linsenfläche ist im wesentlichen beschrieben durch die folgende Gleichung:

Für den Fall, daß die Brennweite f gleich 1,0 ist oder falls X=x/f, Y=y/f, C=fc, A₄=f³α₄, A₆=f⁵α₆, A₉=f⁷α₈ und A₁₀=f⁹α₁₀
in der Gleichung ersetzt werden, ergibt sich:

Der zweite und die folgenden Terme der Gleichung geben den Betrag der asphärischen Linsenfläche an, und der Koeffizient A₄ in dem zweiten Term besitzt die folgende Beziehung zu dem Koeffizienten Φ der Asphärizität dritter Ordnung:

Φ=8 (N′-N) A₄;

dabei ist N der Brechungsindex vor der asphärischen Linsenfläche, bevor sie asphärisch gemacht wurde, und N′ der Brechungsindex nach dieser Fläche.

Der Koeffizient einer Asphärizität dritter Ordnung führt zu folgenden Änderungen in den Koeffizienten der Aberrationen dritter Ordnung ein, entsprechend der Theorie nach der Aberration:

ΔI=h⁴Φ
ΔII=h³Φ
ΔIII=h²²Φ
ΔIV=h²²Φ
ΔV=h³Φ;

dabei ist:
I: der Koeffizient der sphärischen Aberration;
II: der Koeffizient der Koma;
III: der Koeffizient des Astigmatismus;
IV: der Koeffizient der Bildfeldkrümmung;
V: der Koeffizient der Verzeichnung;
h: die Höhe eines Schnittpunkts jeder Linsenfläche mit paraxialen Öffnungsstrahlen und
: die Höhe eines Schnittpunkts jeder Linsenfläche mit den paraxialen Haupt-Strahlen.

Die Form einer asphärischen Linsenfläche kann auf verschiedene andere Arten unter Verwendung von Kegelschnittkonstanten oder Termen ungeradzahliger Ordnung ausgedrückt werden, und eine ausreichende Approximation kann durchgeführt werden unter Verwendung nur von Termen geradzahliger Ordnung, falls y kleiner als ein paraxialer Krümmungsradius ist.

Die Bedingung (13) betrifft die beiden negativen Linsen in der zweiten Linsengruppe. Falls insbesondere die untere Grenze unterschritten wird, ist es schwierig, die Bildfeldwölbung bei Einstellung des Varioobjektivs auf kurze Brennweite zu kompensieren.

Ebenso problematisch ist in der Weitwinkeleinstellung die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand. Es ist wichtig, auch bei Weitwinkeleinstellung eine ausreichende Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand zu erhalten. Falls die Blende zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe angeordnet ist, ist es einfach, einen einfachen Aufbau zu erhalten. Es ist möglich, falls eine feststehende Blende hinter der zuvor erwähnten Blende vorgesehen wird, den Betrag der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand zu erhöhen, wenn die Blende auf eine kleine Blendenöffnung eingestellt wird.

Wie erwähnt, ist es im Interesse eines großen Bildfeldwinkels bei Weitwinkeleinstellung für die Sicherung weiter wünschenswert, daß am Bildfeldrand eine hinreichende Beleuchtungsstärke existiert. Bei der Fokussierung von früheren Varioobjektiven vom Zwei- Gruppen-Typ, bei dem eine Blende zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe vorgesehen ist, besteht der mechanisch einfachste Weg darin, nur die erste Linsengruppe mit der Blende zu bewegen und die zweite Linsengruppe feststehend zu lassen. Dieses Verfahren litt jedoch unter dem Nachteil, daß die Höhe des Schnittpunkts der Blende mit Randstrahlen bei einem maximalen Bildfeldwinkel zu klein ist, um eine gewünschte Steigerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand zu erreichen, wenn das Objektiv abgeblendet wird.

Ein weiteres Problem, das auftritt, wenn die Fokussierung durch Bewegung der Linsengruppe als Ganzes durchgeführt wird, besteht darin, daß Astigmatismus und Bildfeldkrümmung um unerwünscht große Beträge unterkompensiert sind, falls das Objektiv auf einen nahe beabstandeten Gegenstand fokussiert ist (siehe Fig. 4 und 6).

Ein früherer Vorschlag zur Verbesserung des Verfahrens zur Fokussierung bei Varioobjektiven vom Zwei-Gruppen-Typ ist in der japanischen Offenlegungsschrift 1-189620 beschrieben, jedoch ist der halbe Bildfeldwinkel, der am kurzbrennweitigen Ende erzielt werden kann, nicht weiter als ungefähr 30°, und die erste Linse des Objektivs ist eine positive Linse, wie in den anderen früheren Vorschlägen. Mit anderen Worten, ein großes Bildfeld kann bei Einstellung des Objektivs auf kurze Brennweite nicht erzielt werden durch das Verfahren, das in der vorgenannten Offenlegungsschrift beschrieben ist. Das Varioobjektiv für die Verwendung an einer Kompaktkamera nach der vorliegenden Erfindung übernimmt im wesentlichen einen einfachen Linsenaufbau vom Zwei-Gruppen- Typ und erzielt dennoch nicht nur ein größeres Bildfeld, sondern auch ein noch höheres Varioverhältnis durch Modifizierung des Aufbaus der ersten Linsengruppe und der Blende. Das so aufgebaute Varioobjektiv ist in der Lage, die Fokussierung von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nah beabstandeten Gegenstand mit verringerten Aberrationsänderungen durchzuführen. Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner Maßnahmen zu Fokussierung mit diesem verbesserten Varioobjektiv.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die Fokussierung des Varioobjektivs von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nah beabstandeten Gegenstand mit verringerten Änderungen von Aberrationen durchgeführt werden, sondern auch die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand kann gesteigert werden, selbst wenn das Objektiv abgeblendet ist.

Wie zuvor erwähnt, betrifft Bedingung (1) die Brechkraft der negativen ersten Linse. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten ist, wird die negative Brechkraft der ersten Linsen so sehr verkleinert, daß es schwierig wird, die hintere Schnittweite des Objektivs auf einen angemessenen Wert zu erhöhen. Falls die untere Grenze der Bedingung (1) unterschritten wird, wird die negative Brechkraft der ersten Linse zu stark, was vom Blickpunkt der Aberrationskompensation unerwünscht ist.

Die Bedingung (15) betrifft die Brechkraft der hinteren Untergruppe 1R. Die vordere Untergruppe 1F ist verantwortlich für nahezu die gesamte Brechkraft der ersten Linsengruppe, und falls jemand den Versuch macht, ein kompaktes und doch weitwinkeliges Objektiv zu schaffen, wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe so stark, daß sie einen vergleichsweise großen Asymmetriefehler bewirkt. Um dieses Problem zu lösen, ist die hintere Untergruppe 1R unter Erfüllung der Bedingung (16) mit einer kleinen Brechkraft in einem kleinen Abstand hinter der vorderen Untergruppe 1F angeordnet, um so die Belastung darauf zu reduzieren, um dadurch eine wirksame Kompensation des Asymmetriefehlers (Koma) sicherzustellen. Falls die obere Grenze der Bedingung (15) überschritten wird, wird die Brechkraft der hinteren Untergruppe 1R so sehr erhöht, daß sie einen zu starken Asymmetriefehler in der Untergruppe bewirkt. Zusätzlich wird der Betrag der Linsenverschiebung erhöht, falls die vordere Untergruppe 1F verwendet wird, um das Objektiv zu fokussieren. Falls die untere Grenze der Bedingung (15) unterschritten wird, wird die Brechkraft der vorderen Untergruppe 1F so sehr erhöht, daß sie den Effekt der Positionierung der hinteren Untergruppe 1R hinter der vorderen Untergruppe 1F rückgängig macht.

Wie bei den vorangegangenen Beispielen erwähnt, betrifft die Bedingung (3) die Brechkraft der ersten Linsengruppe. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, ist das Ergebnis zu bevorzugen für eine Größenreduktion des Objektivs, aber andererseits ist es wahrscheinlich, daß die hintere Schnittweite verkleinert wird, und der Betrag der Defokussierung aufgrund von Positionsfehlern der ersten und zweiten Linsengruppe wird in der Weitwinkeleinstellung so stark erhöht, daß eine erhebliche Schwierigkeit in die Herstellung des beabsichtigten Objektivs eingebracht wird. Falls die untere Grenze der Bedingung (3) unterschritten wird, ist das Ergebnis im Hinblick auf die Aberrationskompensation zu bevorzugen, jedoch wird andererseits der Betrag, um den die entsprechende Linsengruppe (insbesondere die zweite Linsengruppe) während der Fokussierung bewegt werden muß, so bemerkenswert erhöht, daß das Ziel der Größenreduzierung nicht erreicht werden kann.

Die Bedingung (16) betrifft den Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R. Falls die untere Grenze dieser Bedingung unterschritten wird, kann ein kompaktes Objektiv nicht realisiert werden, obwohl Aberrationen leicht kompensiert werden können. Falls die untere Grenze der Bedingung (16) unterschritten wird, erhöht sich nicht nur der Asymmetriefehler (Koma), sondern es wird auch schwierig, eine Blende einzufügen.

Mit dem Ziel, ein Weitwinkelobjektiv zu vereinfachen, umfaßt die vordere Untergruppe 1F, beginnend auf der Gegenstandsseite, ein erstes Linsenglied 1a, das aus zumindest drei Linsen, die zwei negative Linsen und eine positive Linse umfassen, zusammengesetzt ist, und ein zweites Linsenglied 1b, das eine starke positive Brechkraft besitzt, wobei die Bedingungen (17) und (18) erfüllt werden.

Die Bedingung (17) betrifft die Brechkraft der beiden negativen Linsen des ersten Linsengliedes 1a. Falls die obere Grenze dieser Bedingung (die in Beziehung zu Bedingung (1) steht) überschritten wird, ist es schwierig, die hintere Schnittseite zu erhöhen. Falls die untere Grenze der Bedingung (17) unterschritten wird, wird sich die negative Brechkraft erhöhen und (da die erste Linsengruppe eine starke positive Brechkraft besitzt) wird die positive Brechkraft des zweiten Linsengliedes 1b unvermeidbar so groß, daß die Möglichkeit des Auftretens von Aberrationen höherer Ordnung erhöht wird.

Die Bedingung (18) betrifft die Brechkraft des zweiten Linsengliedes 1b, das für den größeren Teil der Brechkraft der ersten Linsengruppe verantwortlich ist. Falls die obere Grenze dieser Bedingung (18) überschritten wird, wird die Brechkraft des zweiten Linsengliedes 1b so groß, daß die Möglichkeit des Auftretens von Aberrationen höherer Ordnung erhöht wird. Falls die untere Grenze der Bedingung (18) unterschritten wird, wird die Brechkraft des zweiten Linsengliedes 1b verringert und der Zweck der Größenreduzierung kann nicht erreicht werden.

Die Bedingungen (15), (19) und (20) betreffen die hintere Untergruppe 1R der ersten Linsengruppe. Da die hintere Untergruppe 1R eine vergleichsweise geringe Brechkraft besitzt, kann sie aus Kunststoffmaterial hergestellt werden. Falls die Linse mit einer vergleichsweise geringen Brechkraft aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist der Betrag der Defokussierung oder der Verschlechterung der Leistung klein, trotz möglicher Veränderungen in der Temperatur oder der Feuchtigkeit. Zusätzlich kann das Gesamtgewicht des Objektivs reduziert werden. Ferner ist es einfach, eine asphärische Linsenfläche bei Kunststofflinsen herzustellen, und dies trägt zu einer Verbesserung in der Objektivleistung bei.

Ergänzende Hinweise sind ebenfalls notwendig zum Betrag der Defokussierung von Kunststofflinsen, die auftreten kann in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur und der Feuchtigkeit. Kunststoffe zeigen temperatur- oder feuchtigkeitsabhängige Änderungen im linearen Ausdehnungskoeffizient oder Brechungsindex, die zumindest zehnmal so groß wie bei gewöhnlichen Glasmaterialien sind. Falls der Betrag der Brennweitenänderung einer Kunststofflinse als Δf geschrieben wird, kann der Betrag der Defokussierung Δp ausgedrückt werden durch

Δp=Δf(m′-m)²

Dabei ist m′ die laterale Vergrößerung der Linsengruppe, ausschließlich der und folgend auf die Kunststofflinse, und m die laterale Vergrößerung der Kombination der Kunststofflinse und der folgenden Linsengruppen.

Demnach wird, falls Bedingung (19) nicht erfüllt wird, der Betrag der Defokussierung in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur und der Feuchtigkeit auf einen derartigen Wert erhöht, daß das Objektiv nicht länger für die Verwendung an einer Kompaktkamera geeignet ist. Falls die hintere Untergruppe 1R mit einer kleinen Brechkraft aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist sie vorzugsweise eine positive Linse, die die Bedingung (15) erfüllt mit dem Ziel der Reduzierung des Betrags der Defokussierung in Abhängigkeit von Änderungen der Temperatur. Bei erhöhten Temperaturen wird sich der Objektivtubus ausdehnen und der Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe vergrößert, wodurch die Bildfeldlage zur Linse hin verschoben wird. Mit einer positiven Kunststofflinse jedoch wird die Bildfeldlage bei erhöhten Temperaturen weg von der Linse verschoben. Demnach ist die positive Kunststofflinse bei einer geeigneten Brechkraftverteilung stärker wirksam als Glaslinsen beim Reduzieren des Betrags von Defokussierung aufgrund von Änderungen der Bildfeldlage, die durch Temperaturveränderungen bewirkt werden.

Eine asphärische Linsenfläche kann bei Kunststofflinsen einfacher geformt werden als bei Glaslinsen. Die Bedingung (20) betrifft die asphärische Linsenfläche, die bei der hinteren Untergruppe 1R zu formen ist. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, hat die hintere Untergruppe 1R keine divergent asphärische Oberfläche, und die Unterkompensation, die in dem zweiten Linsenglied 1b auftritt, kann nicht wirksam korrigiert werden. Falls die untere Grenze der Bedingung (20) unterschritten wird, wird sich Überkompensation einstellen, die Aberrationen höherer Ordnung bewirkt. Zusätzlich wird es schwierig, eine gewünschte asphärische Linsenfläche herzustellen.

Wie zuvor erwähnt, betrifft Bedingung (13) die beiden negativen Linsen in der zweiten Linsengruppe. Falls diese Bedingung nicht erfüllt wird, wird es schwierig, wirksam Bildfeldwölbung am Weitwinkelende zu kompensieren.

Nachdem der Linsenaufbau des Objektivs gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wird nun das Verfahren zur Fokussierung dieses Objektivs gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In seinem breitesten Umfang ist das Fokussierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch die Bewegung der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R der ersten Linsengruppe unabhängig voneinander, wobei eine Blende zwischen den beiden Untergruppen vorgesehen ist. Die Blende, die zwischen den beiden Untergruppen 1F und 1R vorgesehen ist, erlaubt eine Erhöhung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand, wenn das Objektiv abgeblendet ist. Ferner kann, falls die erste Linsengruppe zum Gegenstand bewegt wird, wenn der Abstand zwischen den beiden Untergruppen 1F und 1R vergrößert wird, die Fokussierung von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nahe beabstandeten Gegenstand mit kleineren Änderungen von Astigmatismus und Bildfeldwölbung durchgeführt werden.

Bedingung (21) betrifft die Bewegung der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R während der Fokussierung. Falls die obere Grenze der Bedingung überschritten wird, werden die Beträge der Bewegung der beiden Untergruppen so ähnlich zueinander, daß das Ergebnis sich nicht von dem Fall der Fokussierung durch Verschieben der ersten Untergruppe als Ganzes unterscheidet, wodurch Schwierigkeiten bei der effektiven Kompensation des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung aufkommen. Falls die untere Grenze der Bedingung (21) unterschritten wird, wird die hintere Untergruppe 1R zum Bild hin bewegt, was unerwünschte Überkompensationen der Bildfeldwölbung bewirkt. Falls sowohl die Blende als auch die hintere Untergruppe 1R während der Fokussierung feststehend bleiben, wird das Objektiv mechanisch einfach genug, um dessen Herstellung zu verbilligen.

Die Fig. 3 und 11 sind vereinfachte Querschnittsansichten des Objektivs des ersten und zweiten Beispieles für den Fall, daß die Fokussierung durch Bewegung nur der vorderen Linsengruppe 1F erreicht wird. Fig. 5 ist ein vereinfachter Querschnitt des Objektivs des Beispiels 1 für den Fall, daß die vordere Untergruppe 1F und die hintere Untergruppe 1R zur Fokussierung in einem Verhältnis von 1 : 0,3 bewegt werden.

Beispiel 1

1 : 3.5∼6.0∼8.2; f=28.90∼50.00∼68.00
ω=37.9∼24.0∼18.0°; f_B=8.50∼30.15∼48.61

Beispiel 2

1 : 3.5∼6.0∼8.2; f=28.92∼50.00∼68.00
ω=37.7∼23.9∼17.9°; f_B=8.51∼29.90∼48.17

Unten werden die Werte aufgeführt, die für die vorangegangenen Bedingungen jeweils für die Beispiele 1 und 2 errechnet werden.

Berechnungswerte, basierend auf den Bedingungen

Claims

1. Varioobjektiv für eine Kompaktkamera, umfassend, von der Objektseite her gesehen,

(a) eine positive erste Linsengruppe mit einer positiven vorderen Untergruppe (1F) und einer positiven hinteren Untergruppe (1R), und
(b) eine negative zweite Linsengruppe,
(c) wobei die Brennweitenänderung durch Änderung des Abstands zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) die erste Linsengruppe eine Blende (A) aufweist, die zwischen der vorderen Untergruppe (1F) und der hinteren Untergruppe (1R) angeordnet ist, und
(e) die hintere Untergruppe (1R) der ersten Linsengruppe eine geringe Brechkraft aufweist und aus einer einzelnen positiven Meniskus-Kunststofflinse mit einer bildseitig konvexen Linsenfläche besteht,
(f) wobei folgende Bedingungen erfüllt sind: (15) 0,05<f_1G/f_1R<0,35,
(19) (m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8,worin bedeuten:
f_1G: Brennweite der ersten Linsengruppe,
f_1R: Brennweite der hinteren Untergruppe der ersten Linsengruppe,
m_1R: laterale Vergrößerung der hinteren Untergruppe (1R) und
m_2L: laterale Vergrößerung der zweiten Linsengruppe bei Einstellung des Varioobjektivs auf minimale Brennweite.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Untergruppe (1F), von der Objektseite her gesehen, umfaßt:

- ein erstes Linsenglied (1a), das aus wenigstens drei Linsen mit zwei negativen Linsen und einer positiven Linse besteht, und
- ein positives zweites Linsenglied (1b) von starker Brechkraft,
wobei folgende zusätzliche Bedingungen erfüllt sind: (1) -0,8<f_1G/F₁<-0,1,
(3) 1,2<f_s/f_1G<1,7,
(16) 0,03<d_1F-1R/f_s<0,15,
(17) -1,5<f_1G/f_1,2<-0,8,
(18) 0,6<f_1G/f_1b<0,9,worin bedeuten:
f_s: Minimale Brennweite des Varioobjektivs,
f₁: Brennweite der ersten Linie des Varioobjektivs,
f_1,2: Brennweite des aus den ersten und zweiten Linsen des Varioobjektivs bestehenden Teilsystems,
f_1b: Brennweite des zweiten Linsengliedes (1b) der vorderen Untergruppe (1F) und
d_1F-1R: Luftabstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R der ersten Linsengruppe bei Einstellung des Varioobjektivs auf maximale Brennweite.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Linsenglied (1a) der vorderen Untergruppe (1F), von der Objektseite her gesehen, umfaßt:

- eine negative erste Linse mit einer konkaven Linsenfläche starker Krümmung auf der Bildseite,
- eine negative zweite Linse mit einer konkaven Linsenfläche starker Krümmung auf der Objektseite und
- eine positive Linse mit einer konvexen Linsenfläche auf der Objektseite.

4. Varioobjektiv nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Linsenglied (1b) der vorderen Untergruppe (1F) der ersten Linsengruppe eine bikonvexe Linse und eine hiermit verkittete negative Meniskuslinse umfaßt, wobei die Kittfläche divergent ist.

5. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung die erste Linsengruppe zum Objekt hin beweglich ist, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe (1F) und der hinteren Untergruppe (1R) zunimmt.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist: (21) 0X_1R/X_1F<0,7worin bedeuten:
X_1F: Betrag der Verstellung der vorderen Untergruppe (1F) bei der Fokussierung und
X_1R: Betrag der Verstellung der hinteren Untergruppe (1R) bei der Fokussierung.

7. Varioobjektiv nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung sowohl die Blende (A) als auch die hintere Untergruppe (1R) in einer festen Position gehalten werden.

8. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Linsenglied (1a) der vorderen Untergruppe (1F) der ersten Linsengruppe eine asphärische Linsenfläche aufweist, bei welcher der Beitrag ΔI_1a zur sphärischen Aberration dritter Ordnung, der durch die Abweichung der asphärischen Fläche von der durch den Krümmungsradius auf der optischen Achse bestimmten sphärischen Fläche bedingt ist, bei Normierung der Objektivbrennweite auf f=1 folgende Bedingung erfüllt: (4) -20<ΔI_1a<0.

9. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Untergruppe (1R) der ersten Linsengruppe eine asphärische Linsenfläche aufweist, bei welcher der Beitrag ΔI_1R zur sphärischen Aberration dritter Ordnung, der durch die Abweichung der asphärischen Fläche von der durch den Krümmungsradius auf der optischen Achse bestimmten sphärischen Fläche bedingt ist, bei Normierung der Objektivbrennweite auf f=1 folgende Bedingung erfüllt: (20) -20<ΔI_1R<0.

10. Varioobjektiv nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe, von der Objektseite her gesehen, umfaßt:

- eine positive Meniskuslinse mit einer bildseitig konvexen Linsenfläche und
- zwei negativen Linsen mit jeweils einer objektseitig konkaven Linsenfläche,
- wobei folgende Bedingung erfüllt ist: (13) 1,7<N_2Gn,worin N_2Gn einen Mittelwert der Brechzahlen der zwei negativen Linsen für die d-Linie bedeutet.

11. Verfahren zur Fokussierung eines Varioobjektivs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung durch Verstellen der ersten Linsengruppe zum Objekt hin erfolgt, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe (1F) und der hinteren Untergruppe (1R) vergrößert wird und folgende Bedingungen erfüllt werden: (1) -0,8<f_1G/F₁<-0,1,
(15) 0,05<f_1G/f_1R<0,35,
(21) 0X_1R/X_1F<0,7worin bedeuten:
X_1F: Betrag der Verstellung der vorderen Untergruppe (1F) bei der Fokussierung und
X_1R: Betrag der Verstellung der hinteren Untergruppe (1R) bei der Fokussierung.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung bei feststehender Blende (A) und feststehender hinterer Untergruppe (1R) erfolgt.