DE4426617A1

DE4426617A1 - Zoomobjektivsystem

Info

Publication number: DE4426617A1
Application number: DE4426617A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1995-02-02
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: DE4426617B4; US5587841A; JP3294911B2; JPH0743612A

Description

Die Erfindung betrifft ein Zoomobjektivsystem nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1. Bei einem Zoomobjektiv für ei ne Kompaktkamera ist die Bildschnittweite der Linsenanordnung auf ein kleines Maß beschränkt. Ferner kann ein Zoomobjektiv system für eine Kamera einen weiten Blickwinkel, d. h. einen Halbblickwinkel von ungefähr 37°, und eine stark variable Brechkraft von ungefähr 3 haben.

Bei einer Kompaktkamera sind zwei optische Anordnungen für ein Zoomobjektiv bekannt, dessen Halbbildweite ungefähr 37° ist, was für ein Kompaktkamera-Zoomobjektiv ein relativ großer Winkel ist, und das eine große Vergrößerung hat. Die erste optische Anordnung besteht zum Beispiel aus drei Grup pen von Linsen, die sich aus einer ersten negativen Linsen gruppe, einer zweiten positiven Linsengruppe und einer drit ten negativen Linsengruppe zusammensetzen (z. B. in der unge prüften japanischen Patentoffenlegung Nr. 3-212607), oder vier Gruppen von Linsen, die sich aus einer ersten negativen Linsengruppe, einer zweiten positiven Linsengruppe, einer dritten positiven Linsengruppe und einer vierten negativen Linsengruppe (z. B. in der ungeprüften japanischen Patentof fenlegung Nr. 3-240015) zusammensetzen. Bei einer derartigen ersten optischen Anordnung hat die erste Linsengruppe eine negative Brechkraft. Die zweite optische Anordnung besteht zum Beispiel aus drei Gruppen von Linsen, die sich aus einer ersten positiven Linsengruppe, einer zweiten positiven Lin sengruppe und einer dritten negativen Linsengruppe zusammen setzen (z. B. in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegung Nr. 2-287507, die auf den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde). Bei jeder der Arten muß der Linsendurch messer der ersten Linsengruppe groß genug sein, um ein Weit winkel-Zoomobjektiv zu schaffen, was im Gegensatz zu der An forderung steht, das Zoomobjektiv zu miniaturisieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zoomobjektiv zu schaffen, bei dem der Linsendurchmesser der ersten Linsengruppe möglichst klein ist. Ein derartiges Zoom objektivsystem soll insbesondere für eine Kompaktkamera ange geben werden, wobei der Halbblickwinkel auf der Weitwinkel seite ungefähr 37° und die variable Brechkraft ungefähr 3 sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Zoomobjektivsy stem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Zoomobjektivsystem geschaffen, das sich aus wenigstens drei Linsengruppen zusammensetzt, die eine erste positive Linsen gruppe mit einer positiven Linse, eine zweite positive Lin sengruppe mit einer ersten negativen Linseneinheit und einer zweiten positiven Linseneinheit, die vom aufzunehmenden Ob jekt aus betrachtet in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und eine dritte negative Linsengruppe enthalten, wobei die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe vom Objekt aus in dieser Reihenfolge angeordnet sind und beim Zoombetrieb von einer kurzen Brennweite zu einer langen Brennweite zum Objekt hin bewegt werden, und wobei die Linsengruppen die folgenden Beziehungen erfüllen:

0 < f_W/f₁ < 0,5 (1)
1,7 < N_1P (2)
1,75 < N_2aN (3)
1,7 < N_2bP (4)

wobei
f_W: Brennweite des gesamten Objektivsystems in der Weitwin kel-Grenzstellung,
f₁: Brennweite der ersten Linsengruppe,
N_1P: Brechungsindex der positiven Linse(n) der ersten Linsen gruppe,
N_2aN: Brechungsindex der negativen Linse(n) der ersten nega tiven Linseneinheit der zweiten Linsengruppe,
N_2bP: Brechungsindex der positiven Linse(n) der zweiten posi tiven Linseneinheit der zweiten Linsengruppe.

Vorzugsweise erfüllt die Zoomobjektivanordnung die folgende Beziehung:

0,6 < Σ d_I-II/f_W < 0,9 (5)

wobei Σ d_I-II: Abstand zwischen der ersten Linsenfläche der ersten Linsengruppe und der letzten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe in der Weitwinkel-Grenzstellung (Summe der Dicken der zugehörigen Linsen und des Abstandes dazwischen).

Vorzugsweise enthält die zweite Linseneinheit der zweiten Linsengruppe eine asphärische Linsenfläche, die die folgende Beziehung erfüllt:

-30 < Δ I_2b < -10 (6)

wobei Δ I_2b: Aberrationsfaktor des asphärischen Oberflächen terms des sphärischen Aberrationsfaktors in der asphärischen Fläche innerhalb der zweiten Linseneinheit der zweiten Lin sengruppe (Aberrationsfaktor, wenn die Brennweite des gesam ten Objektivsystems in der Weitwinkel-Grenzstellung als 1,0 angenommen wird).

Die Blende ist vorzugsweise zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe oder innerhalb der zweiten Linsengruppe vorgesehen und wird zusammen mit der zweiten Linsengruppe be wegt, wenn der Zoombetrieb durchgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung eines Zoomobjektivsystems gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 3 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 4 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung eines Zoomobjektivsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 7 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 8 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer Linsenanordnung eines Zoomobjektivsystems gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten Zoomobjektivsystems,

Fig. 11 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten Zoomobjektivsystems, und

Fig. 12 verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 9 gezeigten Zoomobjektivsystems.

Bei einem Zoomobjektivsystem gemäß der vorliegenden Erfin dung, das sich aus drei Linsengruppen zusammensetzt, die eine erste positive Linsengruppe, eine zweite positive Linsen gruppe und eine dritte negative Linsengruppe enthalten, sind die Linsen der ersten und der zweiten Linsengruppe aus Glas mit einem hohen Brechungsindex, so daß der Linsendurchmesser der ersten Linsengruppe unter Aufrechterhaltung des Halb blickwinkels auf einem großen Wert, d. h. ungefähr 37°, ver ringert werden kann.

Die Formel (1) spezifiziert die Brechkraft der ersten Linsen gruppe. Wenn der Halbblickwinkel in der Weitwinkel-Grenzstel lung ungefähr 30° ist, würde der Wert von f_W/f₁ in vielen Fällen den oberen Grenzwert übersteigen. Wenn jedoch bei ei nem Zoomobjektiv, dessen Halbblickwinkel wie bei der vorlie genden Erfindung ungefähr 37° ist, (d. h. die Brennweite ist klein), die Brechkraft der ersten Linsengruppe ein positiver Wert ist, der größer als der obere Grenzwert ist, ist die Bildschnittweite zu klein, so daß sich die Linsendurchmesser der Linsengruppen hinter der ersten Linsengruppe vergrößern. Umgekehrt vergrößert sich, wenn die Brechkraft der ersten Linsengruppe ein positiver Wert ist, der kleiner als der un tere Grenzwert ist, die Verschiebung der Linsengruppen, ins besondere der zweiten und der dritten Linsengruppe, so daß der Linsendurchmesser der zweiten Linsengruppe und der Durch messer der Blende zunehmen.

Die Formel (2) spezifiziert den Brechungsindex der positiven Linse der ersten positiven Linsengruppe. Wenn die positive Linse der ersten positiven Linsengruppe aus einem Glas herge stellt ist, dessen Brechungsindex kleiner als der untere Grenzwert ist, ist es schwierig, den Astigmatismus oder die Verzerrung auf der Weitwinkelseite zu korrigieren. Weiterhin ist es erforderlich, die Dicke der Linse zu vergrößern, damit sie an ihrer Umfangskante eine ausreichende Dicke hat. Wenn der Blickwinkel zunimmt, vergrößert sich der Linsendurchmes ser der ersten Linsengruppe.

Die Formeln (3) und (4) spezifizieren die Brechungsindizes der negativen Linse der negativen Linseneinheit (1. Linsen einheit) 2a der zweiten Linsengruppe bzw. der positiven Linse der positiven Linseneinheit (zweite Linseneinheit) 2b der zweiten Linsengruppe (oder der positiven Linse der Linsen gruppe, die die größte Brechkraft hat, wenn die positive Lin seneinheit mehr als eine Linsengruppe enthält). Wenn die Bre chungsindizes kleiner als die jeweiligen unteren Grenzwerte sind, ist es schwierig, den Astigmatismus zu korrigieren. Um den Astigmatismus zu kompensieren, ist es erforderlich, die Dicke der zweiten Linsengruppe zu vergrößern, was somit zu einer Vergrößerung des Linsendurchmessers der ersten Linsen gruppe führt.

Die Formel (5) spezifiziert den Abstand zwischen der ersten Fläche der ersten Linsengruppe und der letzten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe (d. h. die Summe der Dicken der Lin sen und des Zwischenabstandes) im Zusammenhang mit den For meln (1) bis (4). Dies betrifft direkt den Linsendurchmesser der ersten Linsengruppe. Wenn der Wert des durch die Formel (5) definierten Verhältnisses oberhalb des oberen Grenzwertes ist, ist der Linsendurchmesser der ersten Linsengruppe zu groß, um damit den Gegenstand der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Wenn umgekehrt der Wert des Verhältnisses unter dem unteren Grenzwert liegt, ist es schwierig, den Astigmatismus zu korrigieren, obwohl ein derartig kleiner Wert des Verhält nisses zur Miniaturisierung des Linsendurchmessers beiträgt.

Wenn der Halbblickwinkel mit 30° klein ist (f_W ist groß), oder wenn die variable Brechkraft mit ungefähr 2 klein ist, ist es sogar beim Stand der Technik möglich, ein kleines Zoomobjektiv herzustellen, das die Formel (5) erfüllt. Jedoch ist es beim Stand der Technik nicht erforderlich, daß das be kannte Zoomobjektiv aus einem Glas mit einem hohem Brechungs index besteht, um die durch die Formeln (1) bis (4) bestimm ten Erfordernisse zu erfüllen. Es ist nämlich bisher kein Zoomobjektiv bekannt, daß die durch die Formeln (1) bis (4) bestimmten Erfordernisse erfüllt.

Die Formel (6) spezifiziert die Bedingung für eine asphäri sche Linsenfläche. Wenn der Linsendurchmesser der ersten und der zweiten Linsengruppe klein ist, können leicht eine sphä rische Aberration und ein Koma auftreten. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, daß die asphärische Linsenfläche an der zweiten Linseneinheit 2b der zweiten Linsengruppe ausgebildet ist, deren effektiver Durchmesser durch das Strahlbündel auf der optischen Achse bestimmt ist. Wenn der Wert von ΔI_2b größer als der obere Grenzwert ist, ist zu erwarten, daß die asphä rische Fläche nicht groß genug ist, um die sphärische Aberra tion und die Koma zu korrigieren. Wenn umgekehrt der Wert kleiner als der untere Grenzwert ist, tritt eine Überkorrek tur der comabehafteten Aberration auf, so daß eine breitban dige Aberration erzeugt wird.

Vorzugsweise ist die Blende hinter oder innerhalb der zweiten Linsengruppe vorgesehen, um die Linsendurchmesser der ersten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe gleichmäßig zu ver ringern. Wenn die Blende hinter der zweiten Linsengruppe vor gesehen ist, kann die Struktur oder der Aufbau des Linsenrah mens und der Blende vereinfacht werden. Wenn die Blende in nerhalb der zweiten Linsengruppe vorgesehen ist, kann der Durchmesser der ersten Linsengruppe kleiner gemacht werden. Zu beachten ist, daß die Blende bei den gezeigten Ausfüh rungsformen durch S′ und S bezeichnet ist, wenn die Blende hinter bzw. innerhalb der zweiten Linsengruppe vorgesehen ist. Jede Anordnung ist für die vorliegende Erfindung ak zeptabel.

Beim Fokussieren ist es bevorzugt, daß die zweite Linsen gruppe mit einer großen Brechkraft auf ein aufzunehmendes Ob jekt hin oder die dritte Linsengruppe mit einer größeren Brechkraft auf eine Bildfläche hin bewegt wird, um die Ver schiebung der zweiten Linse oder der dritten Linse zu verrin gern und die kürzeste Objektentfernung zu verkürzen. Um die mechanische Anordnung zu vereinfachen, ist es besonders be vorzugt, wenn die zweite Linsengruppe, die sich während des Zoombetriebes zusammen mit der Blende bewegt, eine Fokussier linsengruppe bildet.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine Linsenanordnung eines Zoomobjektivs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Das Zoomobjektiv besteht aus neun Linsen. Die erste negative Linse 11 und die zweite positive Linse 12 bilden die erste Linsengruppe. Die dritte Linse 13 und die vierte Linse 14 sind miteinander verklebt und bilden die erste Linseneinheit 2a der zweiten Linsengruppe. Die fünfte Linse 15 und die sechste Linse 16 sind miteinander verklebt und bilden zusam men mit der siebenten Linse 17 die zweite Linseneinheit 2b der zweiten Linsengruppe. Die achte Linse 18 und die neunte Linse 19 bilden die dritte Linsengruppe. Die oben angegebene grundsätzliche Linsenanordnung wird auch bei der zweiten und der dritten Ausführungsform angewandt, die später diskutiert werden.

Die numerischen Daten des in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivsy stems sind in den Tabellen 1 und 2 weiter unten gezeigt. In den Fig. 2, 3 und 4 sind jeweils Diagramme von verschiede nen Aberrationen des Zoomobjektivs gezeigt.

In den Fig. 2 bis 4 bezeichnet "SA" die sphärische Aberra tion, "SC" die Sinusbedingung, "d-Linie", "g-Linie" und "c- Linie" die bei den jeweiligen Wellenlängen durch die sphäri sche Aberration dargestellte chromatische Aberration, "S" den Astigmatismus in sagittaler Richtung und "M" den Astigmatis mus in meridionaler Richtung.

In den Tabellen und den Zeichnungen bezeichnet "r_i" den Krüm mungsradius jeder Linsenfläche, "d_i" die Linsendicke oder den Abstand zwischen den Linsen, "N" den Brechungsindex und "ν" die Abbesche Zahl.

Tabelle 1

F_NO = 1 : 3,6-5,8-9,3
F = 29,00-50,00-87,00
ω = 37,4-23,1-13,8
F_B= 8,39-26,53-55,62
wobei jeweils darstellt
F_NO die Blendenzahl,
f die Brennweite,
ω den Halbblickwinkel und
F_B die Bildschnittweite.

Tabelle 2

Die asphärische Fläche ist durch die folgenden Bedingungen definiert:

x=cy²/{1+[1-(1+K)c²y²]^1/2}+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸+A10y¹⁰+ . . .

wobei jeweils darstellt
y eine Höhe über der Achse,
x einen Abstand von einer Tangen tialebene eines asphärischen Schei telpunktes,
c eine Krümmung des asphärischen Scheitelpunktes (1/r),
K eine konische Konstante,
A4 einen asphärischen Aberrations faktor vierter Ordnung,
A6 einen asphärischen Aberrations faktor sechster Ordnung,
A8 einen asphärischen Aberrations faktor achter Ordnung und
A10 einen asphärischen Aberrations faktor zehnter Ordnung.

"d₁₂", gezeigt in Fig. 1, die den Abstand zwischen den Flä chen r₁₂ und r₁₃ zeigt, entspricht der Summe der Werte von d₁₂ und d_Stopp in den Tabellen.

Zweite Ausführungsform

Fig. 5 zeigt eine Linsenanordnung eines Zoomobjektivsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung.

Die numerischen Daten des in Fig. 5 gezeigten Objektivsystems sind in den nachfolgenden Tabellen 3 und 4 gezeigt. Diagramme von verschiedenen Aberrationen des Objektivsystems sind je weils in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt.

Tabelle 3

F_NO = 1 : 3,6-5,8-9,3
F = 29,00-50,00-87,01
ω = 37,7-23,1-13,8
F_B = 8,40-26,83-57,00

Tabelle 4

Dritte Ausführungsform

Fig. 9 zeigt eine Linsenanordnung eines Zoomobjektivsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung.

Numerische Daten des Objektivsystems, das in Fig. 9 gezeigt ist, sind in den Tabellen 5 und 6 nachstehend gezeigt. Dia gramme von verschiedenen Aberrationen des Objektivsystems sind jeweils in den Fig. 10, 11 und 12 gezeigt.

Tabelle 5

F_NO = 1 : 3,6-5,7-9,3
F = 29,00-50,00-87,01
ω = 37,7-23,1-13,8
F_B= 8,45-26,53-55,59

Tabelle 6

Die Werte der Formeln (1) bis (6) bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform sind unten in Tabelle 7 gezeigt.

Tabelle 7

Wie anhand der obigen Tabelle 7 zu erkennen ist, erfüllen al le drei Ausführungsformen die durch die Formeln (1) bis (6) definierten Bedingungen. Weiter soll der Halbblickwinkel in der Weitwinkel-Grenzstellung gemäßt der vorliegenden Erfin dung groß, nämlich 37° sein, und die Brechzahl ist ungefähr 3. Zusätzlich werden die Aberrationen richtig kompensiert.

Wie die vorstehende Darstellung verdeutlicht, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein einfaches und kleines Zoomobjek tivsystem erhalten werden, das aus drei Linsengruppen mit ei ner ersten, einer zweiten und einer dritten Linsengruppe be steht, wobei der Halbblickwinkel in einer Weitwinkel-Grenz stellung 37°, die Brechzahl ungefähr 3 und der Linsendurch messer der ersten Linsengruppe klein ist.

Claims

1. Zoomobjektivsystem mit wenigstens drei Linsengruppen, die enthalten:
eine erste positive Linsengruppe mit einer positiven Linse,
eine zweite positive Linsengruppe mit erstens einer nega tiven Linseneinheit und zweitens einer positiven Linsen einheit, die vom aufzunehmenden Objekt aus betrachtet in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und
eine dritte negative Linsengruppe,
wobei die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt aus angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsengruppen die folgen den Bedingungen erfüllen: 0 < f_W/f₁ < 0,5 (1)
1,7 < N_1P (2)
1,75 < N_2aN (3)
1,7 < N_2bP (4)wobei
f_W: Brennweite des gesamten Objektivsystems in der Weit winkel-Grenzstellung,
f₁: Brennweite der ersten Linsengruppe,
N_1PT: Brechungsindex der positiven Linse(n) der ersten Lin sengruppe,
N_2aN: Brechungsindex der negativen Linse(n) der ersten ne gativen Linseneinheit der zweiten Linsengruppe,
N_2bP: Brechungsindex der positiven Linse(n) der zweiten positiven Linseneinheit der zweiten Linsengruppe.

2. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß es die folgende Bedingung erfüllt: 0,6 < Σ d_I-II/f_W < 0,9 (5)wobei Σ d_I-II: Abstand zwischen der ersten Linsenfläche der ersten Linsengruppe und der letzten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe in der Weitwinkel-Grenzstellung.

3. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in der zweiten Linseneinheit der zweiten Linsengruppe eine asphärische Linsenfläche vorgesehen ist, die die folgende Bedingung erfüllt: -30 < Δ I_2b < -10 (6)wobei Δ I_2b: Aberrationsfaktor des asphärischen Oberflä chenterms des sphärischen Aberrationsfaktors in der asphä rischen Fläche innerhalb der zweiten Linsenanordnung der zweiten Linsengruppe, wenn die Brennweite des gesamten Ob jektivsystems auf der Seite einer kurzen Brennweite als 1,0 angenommen wird.

4. Zoomobjektivsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Blende (S, S′) enthält, die zwischen der zweiten und der dritten Lin sengruppe oder innerhalb der zweiten Linsengruppe vorgese hen ist, wobei die Blende (S, S′) zusammen mit der zweiten Linsengruppe bewegt wird, wenn der Zoombetrieb ausgeführt wird.

5. Zoomobjektivsystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe ferner eine negative Linse (11) enthält, wobei die negati ve (11) und die positive Linse (12) in dieser Reihenfolge vom Objekt aus angeordnet sind.

6. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe beim Zoombetrieb von einer kurzen Brennweite zu einer lan gen Brennweite auf das Objekt hin bewegt werden.