DE4135807A1

DE4135807A1 - Zoomobjektivsystem

Info

Publication number: DE4135807A1
Application number: DE4135807A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1992-05-07
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: DE4135807C2; JPH04165319A; US5218476A; GB2251955A; GB2251955B; GB9122695D0; JP2915987B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoomobjektivsystem, das keinem Zwang bezüglich des Retrofokus unterliegt und das geeignet ist für den Einsatz an Kompaktkameras. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Zoomobjektivsystem, das einen aussergewöhnlich breiten Blickwinkel (ungefähr 37° in Angabe des halben Blickwinkels) in Erwägung von dessen Einsatz an Kompaktkameras, das hinsichtlich seiner Abmessungen klein ist und das dennoch ein hohes Zoomverhältnis von 2,5 und mehr erreicht.

Verschiedene Arten von Zoomobjektivsystemen sind für den Einsatz an Kompaktkameras bislang bekannt worden. Zoomobjektive, bestehend aus drei oder mehr Linseneinheiten mit einem Zoomverhältnis, das den Wert 2 überschreitet, sind wie folgt kategorisiert:

i) Vier-Einheiten-Zoomobjektivsystem mit, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einer sammelnden Linseneinheit I, einer zerstreuenden Linseneinheit II, einer Blende, einer sammelnden Linseneinheit III und einer zerstreuenden Linseneinheit IV, wobei alle Linseneinheiten unabhängig voneinander zum Gegenstand hin bewegt werden (dieser Typ umfaßt ein Zoomobjektiv, bei dem einige der vier Linseneinheiten gemeinsam bewegt werden). Beispiele derartiger Linsensysteme sind in den offengelegten japanischen Patentveröffentlichungen Nr. SHO 63-43 115, SHO 63-1 59 818 und SHO 63-1 57 120 offenbart.
ii) Drei-Einheiten-Objektivsystem mit einer sammelnden Linseneinheit I, einer zerstreuenden Linseneinheit II (die eine zerstreuende Linseneinheit IIa, die zum Gegenstand hin angeordnet ist, eine sammelnde Linseneinheit IIb, die zum Bild hin angeordnet ist, und eine Blende dazwischen aufweist und die äquivalent zur Linseneinheit II und zur Linseneinheit III des oben beschriebenen Vier-Linsen-Einheiten-Zoomsystem ist) und einer zerstreuenden Linseneinheit III, (die äquivalent zur Linseneinheit IV des Vier-Linseneinheiten- Zoomsystems ist), wobei alle Linseneinheiten unabhängig voneinander zum Gegenstand hin bewegt werden. Ein Beispiel dieses Zoomobjektivsystems ist in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung SHO 63-1 53 511 offenbart.

Beispiele der Zoomobjektivsysteme, die aus drei oder mehr Linseneinheiten bestehen und die Zoomverhältnisse von weniger als 2 (ungefähr 1,5-1,6) aufweisen, sind in den offengelegten japanischen Patentveröffentlichungen SHO 60-57 814 (Vier-Einheiten-Typ) und SHO 762-78 522 (Drei-Einheiten-Typ) beschrieben. Die Anordnung der Linseneinheiten und der Blende in diesem System sind die gleichen wie in den oben beschriebenen Systemen (i) und (ii).

iii) Drei-Einheiten-Zoomobjektivsysteme mit, beginnend auf der Gegenstandsseite, einer sammelnden Linseneinheit I, einer sammelnden Linseneinheit II (wie in dem System (ii), umfaßt diese sammelnde Linseneinheit II, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine zerstreuende Untereinheit IIa und eine sammelnde Untereinheit IIb, jedoch ist keine Blende eingeschlossen), eine Blende und eine zerstreuende Linseneinheit III, wobei alle Linseneinheiten zum Gegenstand hin bewegt werden. Ein Beispiel dieses Typs eines Linsensystems ist in der gemeinsam zugeschriebenen japanischen Patentanmeldung SHO 63-2 25 294 beschrieben.
iv) Effektiv ein Vier-Einheiten-Zoomobjektivsystem, das das gleiche ist wie das oben beschriebene System (iii) mit der Ausnahme, daß die Untereinheiten IIa und IIb unabhängig voneinander bewegt werden, zum Beispiel wie in Beispiel 3 in der Beschreibung der gemeinsam zugeschriebenen japanischen Patentanmeldung SHO 63-2 25 294.

Die oben beschriebenen herkömmlichen Zoomobjektivsysteme haben ihre eigenen Probleme. In dem System (i) müssen alle vier Linseneinheiten unabhängig voneinander bewegt werden, so daß mehrere Kurvenflächen in einem beschränkt kleinen Raum verwendet werden müssen, was Schwierigkeiten beim Entwurf eines wirksamen mechanischen Aufbaus des Objektivtubus hervorruft.

Bei den Systemen (i) und (ii) ist die Blende zwischen den Untereinheiten IIa und IIb angeordnet (im Fall des Vier-Einheiten-Typs ist die Blende zwischen den Linseneinheiten II und III angeordnet); jedoch muß ein Verschlußblock zwischen den zwei Linseneinheiten angeordnet werden, die aufgrund von irgendwelchen Fabrikationsfehlern einer wesentlichen Beeinträchtigung ihrer Funktionsfähigkeit unterworfen werden, so daß die gesamte Linsenanordnung komplex wird, was es schwierig macht, eine hohe mechanische Präzision sicherzustellen. Zusätzlich hat es die hohe optische Empfindlichkeit jedens Systems recht schwierig gemacht, eine Stabilisierung der optischen Funktionsfähigkeit zu erzielen. Ferner ist die Kompaktheit dieser Linsensysteme weiterhin nicht ausreichend für den Einsatz bei Kompaktkameras.

Mit dem Ziel, die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder die Systeme (iii) und (iv) vorgeschlagen, die in der japanischen Patentanmeldung SHO 63-2 25 294 beschrieben sind. Jedoch erbringen diese Systeme ebenso wie die Systeme (i) und (ii) einen halben Blickwinkel von nur ungefähr 30° in der Weitwinkelstellung und deren Hauptaufgabe ist es, eine verbesserte Telefotowirkung durch Erhöhung der Brennweite am Engwinkelende (Telestellung) zu schaffen. Zahlreiche Benutzer verlangen jedoch einen Winkel, weit genug um die Aufnahme von Landschaftsbildern zu gestatten. Für diese Benutzer ist der halbe Blickwinkel von ungefähr 30° in der Weitwinkelstellung unzureichend, jedoch haben herkömmliche Zoomobjektivsysteme die Anforderungen an weite Winkel und hohe Zoomverhältnisse nicht vollständig erfüllt.

Kurz gesagt sind herkömmliche Zoomobjektivsysteme für den Einsatz an Kompaktkameras im Grunde vom Tele-Typ über den gesamten Brennweitenbereich (Zoombereich) und es wurde allgemein angenommen, daß die Anforderung zur Erzielung eines weiteren Winkels und gleichzeitig eines höheren Zoomverhältnisses bei derartigen Zoomobjektivsystemen für den Einsatz an Kompaktkameras, die im Grunde vom Tele-Typ sind, sehr schwierig ist zu erreichen.

Ein weiteres Problem bei einem Zoomobjektivsystem mit hohem Zoomverhältnis für den Einsatz bei Kompaktkameras ist, daß je kompakter sie sind, desto apprupter ist der Anstieg im Betrag der Defokussierung (oder Fokusbewegung), der in Reaktion auf die Veränderung des Abstandes zwischen Linseneinheiten auftritt. Die Fokussierungsstellung ist temperaturempfindlich, so daß bei erhöhten Temperaturen selbst eine geringe Zunahme beim Abstand zwischen Linseneinheiten eine erhebliche Veränderung in der Fokussierungsstellung in der negativen Richtung (zum Objektiv hin) bewirkt. Dieses Problem ist besonders bemerkbar gewesen in dem Fall, in dem eine der verwendeten Linsen eine Kunststofflinse ist, die gegenüber Temperaturveränderungen hoch empfindlich ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ferner ein Zoomobjektivsystem zu schaffen, das zu einer wirksamen Kompensation von Bildfeldwölbung und Verzerrung in der Lage ist und das dennoch die Anforderung an einen weiteren Winkel und an ein höheres Zoomverhältnis zur gleichen Zeit erfüllt.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zoomobjektivsystem zu schaffen, das den Einsatz einer Vorderlinse mit kleinerem Durchmesser gestattet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zoomobjektivsystem zu schaffen, das absichtlich eine Kunststofflinse verwendet, die gegenüber Temperaturveränderungen hochempfindlich ist, um so Brennpunktbewegungen zu kompensieren, die aufgrund anderer Faktoren auftreten könnten.

Diese und andere Aufgaben werden gelöst gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Zoomobjektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einer ersten Linseneinheit mit einer positiven Brennweite, einer zweiten Linseneinheit mit einer postiven Brennweite und einer dritten Linseneinheit mit einer negativen Brennweite. Wenn die Brennweitenverstellung durchgeführt wird vom Weitwinkel zum Engwinkelende werden die erste, die zweite und die dritte Linseneinheit alle zum Gegenstand hin in der Art bewegt, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linseneinheit erhöht wird, wohingegen der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linseneinheit verringert wird. Dieses Objektivsystem ist gekennzeichnet dadurch, daß es die folgenden Bedingungen (A) und (B) erfüllt:

Bedingung A

Die zweite Linseneinheit umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine Untereinheit 2a mit einer negativen Brennweite, einer Untereinheit 2b mit einer positiven Brennweite und eine Linse 2m mit einer positiven Brennweite, die zwischen den Untereinheiten 2a und 2b vorgesehen ist und die eine konvexe Oberfläche besitzt, die zur Bildebene hin gerichtet ist.

Bedingung B

Die Linse 2m erfüllt die folgenden Bedingungen:

dabei ist f_s die Brennweite des gesamten Zoomobjektivsystems in der Weitwinkelstellung, f_2m die Brennweite der Linse 2_m und r_2m der Krümmungsradius der Linse 2m auf ihrer Bildebenenseite.

Falls die Linse 2m mit kleiner Brechkraft, die eine positive Brennweite und eine konvexe Oberfläche besitzt, die zur Bildebene gerichtet ist, zwischen der zerstreuenden Untereinheit 2a und der sammelnden Untereinheit 2b angeordnet ist, können die Bildfeldwölbung und die Verzerrung, die als ein Ergebnis des Entwurfs eines Systems mit weiteren Winkeln auftreten, einfach kompensiert werden und gleichzeitig kann der Durchmesser der vorderen Linse reduziert werden.

Die Erfindung geht aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer hervor, in denen zeigt:

Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 vereinfachte Querschnittsansichten der Zoomobjektivsysteme in der Weitwinkelstellung gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 Diagramme, die die Aberrationskurven zeigen, die in der Weitwinkelstellung (a), Mittelwinkelstellung (b) und Engwinkelstellung (c) mit den Zoomobjektivsystemen gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 erzielt werden.

In den Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 kennzeichnet r_i den Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche, d_i die Linsendicke oder den raumlichen Abstand zwischen benachbarten Linsen und A die Blende.

Die Anordnung des Linsensystems der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen oben beschrieben worden, einschließlich der Bedingungen, die erfüllt werden müssen. Das folgende ist eine genauere Erläuterung der Bedeutung der verschiedenen Entwurfseinzelheiten.

Bedingung (A) kennzeichnet die Brechkraft der Linse 2m. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, wird die sammelnde Brechkraft der Linse 2m so groß, daß es schwierig wird, nicht nur eine wirksame Kompensation der Bildfeldwölbung zu erzielen, sondern auch den Brennpunktabstand von der Linsenrückseite zu erhöhen. Falls die untere Grenze der Bedingung (A) nicht erreicht wird, hat die Linse 2m keine sammelnde Brechkraft und eine wirksame Kompensation der Verzerrung kann nicht erzielt werden.

Bedingung (B) spezifiziert den Krümmungsradius der konvexen Linse 2m. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, wird der Krümmungsradius der konvexen Oberfläche so klein, daß eine Verzerrung höherer Ordnung in der Weitwinkelstellung auftritt, und die Verzerrung bewirkt eine aprupte Veränderung in der positiven Richtung bei weiteren Blickwinkeln. Falls die untere Grenze der Bedingung (B) nicht erreicht wird, geht die Wirksamkeit der Linse 2m verloren, was es schwierig macht, eine wirksame Kompensation der Bildfeldwölbung zu erreichen.

Der Formeffekt der Linse 2m ist groß genug, um der Notwendigkeit abzuhelfen, sie mit einer großen Brechkraft auszustatten. Daher ist es für praktische Zwecke durchführbar, die Linse aus Kunststoffmaterialien herzustellen und die Kunststofflinsen können einfach mit asphärischen Oberflächen ausgestattet werden.

Falls die Linse 2m aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird und eine asphärische Oberfläche besitzt, ist der Betrag ihrer Asphärizität vorteilhaft divergent in Bezug auf den paraxialen Krümmungsradius gemacht (d. h. in einer Richtung, in der der Krümmungsradius abnimmt, wenn der Durchmesser der asphärischen Oberfläche zunimmt, unter der Annahme, daß sie konkav ist) für den Zweck des Erzielens einer wirksamen Kompensation der Verzerrung. In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel besitzt die Linse 2m eine asphärische Oberfläche, die in Bezug auf den paraxialen Krümmungsradius derart divergent ist, daß sie die folgende Bedingung (C) erfüllt:

-15 < ΔI_2m < 0 (C)

dabei ist Δ I_2m der Betrag, der Variation im Koeffizienten der sphärischen Aberration der dritten Ordnung aufgrund der asphärischen Oberfläche der sammelnden Kunststofflinse in der zweiten Linseneinheit (der Aberrationskoeffizient ist derart, wie er erzielt wird, wenn die die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung als Einheit angesehen wird).

Falls die obere Grenze der Bedingung (C) überschritten wird, ist die asphärische Oberfläche nicht länger divergent. Falls die untere Grenze der Bedingung (C) nicht erreicht wird, ist das Ergebnis zur effektiven Kompensation von Verzerrung vorteilhaft, jedoch wird andererseits der Betrag der Asphärizität zunehmend, eine Überkompensation von Astigmatismus zu bewirken.

Falls eine weitere asphärische Linse in der Untereinheit 2b vorgesehen ist, wird es einfach, sphärische Aberration und Koma zu kompensieren. Mit dem Ziel, die Divergenz der zerstreuenden Untereinheit 2a zu reduzieren, besitzt die hinzugefügte asphärische Linse vorzugsweise eine divergente asphärische Oberfläche. Der Betrag ihrer Asphärizität ist wünschenswert derart, daß sie divergent ist in Bezug auf den paraxialen Krümmungsradius und daß sie die folgende Bedingung erfüllt:

-30 < ΔI_2b < -3 (D)

dabei ist Δ I_2b der Betrag der Veränderung im Koeffizienten der sphärischen Aberration dritter Ordnung aufgrund der asphärischen Oberfläche in der Untereinheit 2b.

Falls die obere Grenze der Bedingung (D) überschritten wird, ist der Betrag der Asphärizität der asphärischen Oberfläche zu klein, um ihr Vorsehen zu rechtfertigen. Falls die untere Grenze der Bedingung (D) nicht erreicht wird, wird der Betrag der Asphärizität übermäßig groß, um die Wahrscheinlichkeit von sphärischen Aberrationen höherer Ordnung und Koma zu erhöhen. Gleichzeitig können potentiell irgendwelche Fabrikationsfehler eine erhebliche Beeinträchtigung der Funktionalität bewirken.

Die erste Linseneinheit mit einer positiven Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine bikonkave Zerstreuungslinse, eine bikonvexe Sammellinse und eine Sammellinse mit einer konvexen Oberfläche, die zum Gegenstand hin gerichtet ist.

Die Untereinheit 2a mit negativer Brennweite umfaßt eine verklebte Zerstreuungslinse, bestehend aus, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einem bikonkaven Zerstreuungslinsenelement und einem Sammellinsenelement, wobei die verklebte Berührungsfläche konvex zum Gegenstand hin ist.

Die Untereinheit 2b mit einer positiven Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine verklebte Sammellinse und eine Sammellinse, wobei die verklebte Sammellinse besteht aus, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einem sammelnden Linsenelement und einem zerstreuenden Meniskuslinsenelement, wobei die verklebte Berührungsfläche konkav zum Gegenstand hin ist.

Die dritte Linseneinheit mit negativer Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine Sammellinse mit einer konvexen Oberfläche, die zur Bildebene gerichtet ist, und zwei Zerstreuungslinsen, die jeweils eine konkave Oberfläche besitzen, die zum Gegenstand hin gerichtet ist.

Es wird ferner angestrebt, daß die erste Linseneinheit die folgenden Bedingungen (E) und (F) erfüllt. Falls diese Bedingungen erfüllt werden, kann der Zweck des Bereitstellens eines weiteren Winkels und eines höheren Zoomverhältnisses einfacher erreicht werden:

dabei ist h_IMAX der Maximalwert der Höhe paraxialer Strahlen in der ersten Linseneinheit, h_I-1 die Höhe paraxialer Axenstrahlen der ersten Oberfläche der ersten Linseneinheit und f_T die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung und f_I die Brennweite der ersten Linseneinheit.

Bei einem kompakten Objektivsystem wie dem Zoomobjektiv der vorliegenden Erfindung ist die Fokussierungsempfindlichkeit jeder Linseneinheit (die Veränderung ihrer Fokussierungsstellung in Abhängigkeit von einem Herstellungsfehler) hoch. Falls bei höheren Temperaturen der Abstand zwischen Linseneinheiten zunimmt, macht die Fokussierungsstellung eine Verschiebung in negative Richtung (zum Objektiv) unabhängig davon, wie klein die Zunahme ist. Um diese Verschiebung zu kompensieren verwendet das Zoomobjektivsystem der vorliegenden Erfindung eine Kunststofflinse, zum Beispiel als Sammellinse mit kleiner Brechkraft in der zweiten Linseneinheit, und dies bietet den Vorteil, daß selbst bei erhöhten Temperaturen irgendwelche nachteiligen Effekte, die die Temperaturveränderungen auf den Objektivtubus und andere Linsen, die nicht aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, haben kann, wirksam beseitigt werden konnen.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel können irgendwelche nachteiligen Effekte von Temperaturveränderungen auf die Fokussierungsposition beseitigt werden durch Einbeziehung einer Kunststofflinse, die eine positive Brennweite besitzt und die folgende Bedingung (G) erfüllt:

dabei ist f_L die Brennweite des Gesamtsystems in der Engwinkelstellung und f_P die Brennweite der Kunststofflinse.

Falls die obere Grenze der Bedingung (G) überschritten wird, wird die positive Brechkraft der Kunststofflinse übermäßig groß, um Überkompensation zu bewirken. Falls die untere Grenze der Bedingung (G) nicht erreicht wird, besitzt die Kunststofflinse eine negative Brechkraft und ist nicht in der Lage, die nachteiligen Effekte zu beseitigen, die die Temperaturveränderungen auf die Fokussierungsposition haben können.

Bei dem Zoomobjektivsystem der vorliegenden Erfindung kann eine Blende entweder innerhalb der zweiten Linseneinheit oder zwischen der zweiten und dritten Linseneinheit derart angeordnet sein, daß sie gemeinsam mit der zweiten Linseneinheit während der Brennweitenverstellung beweglich ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft für die Reduzierung des Durchmessers der Vorderlinse.

Fokussierung von Unendlichkeit zu einem kurzen Abstand kann mit Hilfe eines der beiden folgenden Verfahren durchgeführt werden.

i) Die erste Linseneinheit, die Blende und die dritte Linseneinheit sind feststehend und nur die zweite Linseneinheit wird zum Gegenstand hin bewegt; oder
ii) Die erste Linseneinheit, die zweite Linseneinheit und die Blende sind feststehend und nur die dritte Linseneinheit wird zur Bildebene hin bewegt.

Jedes Verfahren gestattet, daß die Fokussierungsantriebsmechanismen von einfachem Aufbau sind.

Falls es der Mechanismus gestattet, kann die Fokussierung auch durch das folgende Verfahren erreicht werden:

iii) Die Blende, die entweder innerhalb der zweiten Linseneinheit oder zwischen der zweiten und dritten Linseneinheit angeordnet ist, wird gemeinsam mit der zweiten Linseneinheit bewegt.

Dieser Ansatz hat den Vorteil, daß er dazu beiträgt, die Randausleuchtung zu erhöhen und den Durchmesser der vorderen Linse zu reduzieren.

Falls es der Mechanismus ferner zuläßt, kann die Untereinheit 2a und die Untereinheit 2b unabhängig voneinander während der Brennweitenverstellung zum Gegenstand hin bewegt werden, und, wie ein Fachmann bereits vermutet, erhöht diese Anordnung das Maß der Freiheit bei der Linsenbewegung und reduziert mögliche Veränderungen im Astigmatismus aufgrund der Brennweitenverstellung (Zoomvorgang). Demnach liegt diese Modifikation, bei der die Untereinheiten 2a und 2b unabhängig voneinander während der Brennweitenverstellung bewegt werden, noch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.

Der Betrag der Veränderung im Koeffizienten der Aberration dritter Ordnung aufgrund der asphärischen Oberfläche wird nun beschreiben. Die Form der asphärischen Oberfläche kann im allgemeinen wie folgt ausgedrückt werden.

Wenn die Brennweite f gleich 1,0 ist, wird der sich ergebende Wert wie folgt transformiert. Nämlich durch Substituieren der folgenden Gleichungen in obiger Gleichung:

A₄ = f³ α₄, A₆ = f⁵ α₆, A₈ = f⁷ α₈, A₁₀ = f⁹ α₁₀

Auf diesem Weg wird die folgende Gleichung erzielt.

Der zweite und die folgenden Therme definieren den Betrag der Asphärizität der asphärischen Oberfläche.

Das Verhältnis zwischen dem Koeffizienten A₄ des zweiten Terms und des Koeffizienten der asphärischen Oberfläche Φ dritter Ordnung wird ausgedrückt durch:

Φ = 8 (N′ - N) A₄

dabei ist N der Brechungsindex, wenn die asphärische Oberfläche nicht vorgesehen ist und N′ der Brechungsindex, wenn die asphärische Oberfläche vorgesehen ist.

Der Koeffizient der asphärischen Oberfläche Φ erbringt die folgenden Beträge von Veränderung in den Koeffizienten der verschiedenen Arten von Aberrationen dritter Ordnung.

ΔI = h⁴Φ
ΔII = h³Φ
ΔIII = h²²Φ
ΔIV = h²²Φ
ΔV = hh³Φ

dabei ist I der asphärische Aberrationskoeffizient, II der Koma-Koeffizient, III der Astigmatismuskoeffizient, IV der Koeffizient der gekrümmten Oberfläche der sphärischen Bildabwesenheitsoberfläche, V ein Verzerrungskoeffizient, h die Höhe paraxialer Achsstrahlen, die durch jede Linsenoberfläche durchlaufen, und die Höhe paraxialer und ausseraxialer Strahlen, die durch den Mittelpunkt der Pupille und jeder Linsenoberfläche verlaufen.

Die Form einer asphärischen Oberfläche kann ausgedrückt werden durch verschiedene andere Gleichungen, jedoch, wenn Y kleiner ist als der paraxiale Krümmungsradius, kann eine ausreichende Näherung durch die geradzahligen Terme allein erzielt werden. Dennoch sollte verstanden werden, daß die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beeinträchtigt wird durch allein die Veränderung der Gleichungen zum Beschreiben der Form der asphärischen Oberfläche.

Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Datenblätter beschrieben, in denen kennzeichnet F_NO eine F-Zahl, f die Brennweite, ω den halben Blickwinkel, f_B den Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite, r den Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche, d die Linsendicke oder den räumlichen Abstand zwischen den benachbarten Linsen, N den Brechungsindex an der d-Linie und ν die Abbeesche Zahl.

Die Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 sind vereinfachte Querschnittsansichten der Zoomobjektivsysteme in der Weitwinkelstellung gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 der vorliegenden Erfindung; und die Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 sind Diagramme, die die Aberrationskurven zeigen, die in der Weitwinkeleinstellung (a), der Mittelwinkeleinstellung (b) und der Teleeinstellung (c) mit den Zoomobjektivsystemen gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 erzielt werden.

In Beispiel 3 sind die erste und die dritte Linseneinheit gemeinsam bewegbar.

In den Fig. 1, 3, 5, 7 und 9 kennzeichnet r_i den Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche, d_i die Linsendicke oder den räumlichen Abstand zwischen den benachbarten Linsen und A die Blende, die gemeinsam mit der zweiten Linseneinheit während der Brennweitenverstellung bewegbar ist.

Beispiel 1

Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Beispiel 5

Die folgende Tabelle zeigt die Werte, die die Bedingungen (A)-(G) in den Beispielen 1 bis 5 erfüllen:

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, ist das Zoomobjektivsystem gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage zu einer wirksamen Kompensation der Bildfeldwölbung und der Verzerrung und erfüllt dennoch gleichzeitig die Anforderung an einen weiteren Winkel und an ein höheres Zoomverhältnis. Ferner gestattet dieses Objektivsystem den Einsatz einer Frontlinse mit kleinerem Durchmesser.

Als weiteren Vorteil verwendet das Zoomobjektivsystem der vorliegenden Erfindung absichtlich eine Kunststofflinse, die auf Temperaturveränderungen hochempfindlich ist, um so eine Brennweitenverschiebung zu kompensieren und zu beseitigen, die aufgrund anderer Einflüsse auftritt.

Claims

1. Zoomobjektivsystem für den Einsatz in einer Kompaktkamera mit einem weiten Abdeckungswinkel, wobei das Zoomobjektivsystem umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine erste Linseneinheit mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linseneinheit mit einer postiven Brennweite und eine dritte Linseneinheit mit einer negativen Brennweite, wobei, wenn die Brennweitenverstellung durchgeführt wird vom Weitwinkel- zum Engwinkelende, die erste, die zweite und die dritte Linseneinheit alle zum Gegenstand hin in der Art bewegt werden, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linseneinheit zunimmt, wohingegen der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linseneinheit abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linseneinheit umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine Untereinheit 2a mit einer negativen Brennweite, einer Untereinheit 2b mit einer positiven Brennweite und einer Linse 2m mit einer positiven Brennweite, die zwischen den Untereinheiten 2a und 2b angeordnet ist und die eine konvexe Oberfläche besitzt, die zur Bildebene gerichtet ist, wobei die Linse 2m die folgenden Bedingungen erfüllt: dabei ist f_s die Brennweite des Gesamt-Zoomobjektivsystems in der Weitwinkelstellung, f_2m die Brennweite der Linse 2_m und r_2m der Krümmungsradius der Linse 2m auf ihrer Bildebenenseite.

2. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende vorgesehen ist und gemeinsam mit der zweiten Linseneinheit bewegt wird.

3. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse 2m eine Kunststofflinse ist.

4. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse 2m eine asphärische Oberfläche besitzt, die divergent ist im Bezug auf einen paraxialen Krümmungsradius derart, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: -15 < ΔI_2m < 0dabei ist I_2m der Betrag, der Variation im Koeffizienten der sphärischen Aberration der dritten Ordnung aufgrund der asphärischen Oberfläche der sammelnden Kunststofflinse 2m in der zweiten Linseneinheit, wobei der Aberrationskoeffizient derart erzielt wird, wenn die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung als Einheit angesehen wird.

5. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untereinheit 2b eine asphärische Oberfläche besitzt, die divergent ist in Bezug auf den paraxialen Krümmungsradius derart, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: -30 < Δ_2b < -3dabei ist I_2b der Betrag der Variation des Koeffizienten der sphärischen Aberration dritter Ordnung aufgrund der asphärischen Oberfläche in der Untereinheit 2b.

6. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseneinheit mit einer positiven Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine bikonkave zerstreuende Linse, eine bikonvexe sammelnde Linse und eine sammelnde Linse mit einer konvexen Oberfläche, die zum Gegenstand gerichtet ist.

7. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untereinheit 2a mit negativer Brennweite umfaßt eine verklebte Zerstreuungslinse, bestehend aus, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einem bikonkaven Zerstreuungslinsenelement und einem Sammellinsenelement mit einer verklebten Berührungsfläche zwischen ihnen, wobei die verklebte Berührungsfläche konvex zum Gegenstand hin ist.

8. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untereinheit (2b) mit einer positiven Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine verklebte Sammellinse und eine Sammellinse, wobei die verklebte Sammellinse besteht aus, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, einem sammelnden Linsenelement und einem zerstreuenden Meniskuslinsenelement mit einer verklebten Berührungsfläche zwische ihnen, wobei die verklebte Berührungsfläche konkav zum Gegenstand hin ist.

9. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linseneinheit mit negativer Brennweite umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine Sammellinse mit einer konvexen Oberfläche, die zur Bildebene gerichtet ist, und zwei Zerstreuungslinsen, die jeweils eine konkave Oberfläche besitzen, die zum Gegenstand hin gerichtet ist.

10. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseneinheit die folgenden Bedingungen erfüllt: dabei ist h_IMAX der Maximalwert der Höhe paraxialer Strahlen in der ersten Linseneinheit, h_I-1 die Höhe paraxialer Axenstrahlen der ersten Oberfläche der ersten Linseneinheit und f_T die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung und f_I die Brennweite der ersten Linseneinheit.

11. Zoomobjektivsystem für den Einsatz in einer Kompaktkamera, wobei das Zoomobjektivsystem umfaßt, in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite, eine erste Linseneinheit mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linseneinheit mit einer positiven Brennweite und eine dritte Linseneinheit mit einer negativen Brennweite, wobei, wenn die Brennweitenverstellung durchgeführt wird von einer Weitwinkeleinstellung zu einer Teleeinstellung, die erste, zweite und dritte Linseneinheit derart zum Gegenstand hin bewegt werden, daß ein Abstand zwischen der ersten und zweiten Linseneinheit zunimmt, wohingegen ein Abstand zwischen der zweiten und dritten Linseneinheit abnimmt, wobei die zweite Linseneinheit eine Kunststofflinse umfaßt, die eine positive Brennweite besitzt und die folgende Bedingung erfüllt: dabei ist F_L die Brennweite des Gesamtsystems in der Teleeinstellung und f_P die Brennweite der Kunststofflinse.