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Die
Erfindung betrifft ein Varioobjektivsystem für eine Kompaktkamera, in welcher
die hintere Schnittweite beschränkt
ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Variolinsensystem mit
einer relativ weiten Apertur, in dem das Varioverhältnis annähernd 2
ist. Die F-Zahl in der Weitwinkelendstellung beträgt annähernd 2,8. Die
F-Zahl in der Telephotoendstellung beträgt annähernd 3,5 bis 4.
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Im
allgemeinen werden in einem Varioobjektiv für eine Kompaktkamera, dessen
Varioverhältnis
annähernd
2 beträgt,
zwei Linsengruppen verwendet. In einem solchen bekannten Varioobjektiv
haben die F-Zahlen in der Weitwinkelendstellung und in der Teleendstellung
Werte von ungefähr
3,5 bis 4 bzw. ungefähr
6,7 bis 8. Wenn eine mechanische Apertur gewählt wird, die groß ist, um
eine kleine F-Zahl in der Teleendstellung bei einem Varioobjektiv
mit zwei Linsengruppen zu erhalten, so führt dies zu einem Varioobjektiv
mit großen
Abmessungen und beträchtlichen
Aberrationen, die schwierig zu korrigieren sind.
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Aus
der US-A-5 216 547 ist ein Variolinsensystem mit drei Linsengruppen
bekannt. Von der Objektseite her betrachtet hat dabei die erste
Linsengruppe positive Brennweite, die zweite Linsengruppe positive Brennweite
und die dritte Linsengruppe negative Brennweite. Die Linsengruppen
werden bei einer Varioverstellung von der Weitwinkelendstellung
in Richtung auf die Teleendstellung zusammen zur Objektseite hin
so bewegt, daß der
Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe zunimmt
und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe
abnimmt. In der positiven ersten Linsengruppe hat die einem aufzunehmenden
Objekt nächstgelegene,
negative Linse auf der Objektseite eine konvexe Fläche.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv kleiner
Abmessung für
eine Kompaktkamera anzugeben, das eine große Apertur hat und dessen F-Zahlen
in der Weitwinkelendstellung und in der Teleendstellung annähernd 2,8
bzw. annähernd
3,5 bis 4 sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Varioobjektiv mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen gelöst. Demnach
umfaßt
das erfindungsgemäße Varioobjektiv
mindestens drei Linsengruppen, nämlich
eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite
Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine dritte Linsengruppe
mit einer negativen Brennweite, wobei die Linsengruppen in der Reihenfolge
ihrer Aufzählung
von der Objektseite her angeordnet sind. Die erste, die zweite und
die dritte Linsengruppe werden zusammen während einer Varioverstellung
von der Weitwinkelendstellung in Richtung auf die Teleendstellung
gemeinsam zur Objektseite hin so bewegt, daß der Abstand zwischen der
ersten und der zweiten Linsengruppe zunimmt und der Abstand zwischen
der zweiten und der dritten Linsengruppe reduziert wird, wobei die
folgenden Beziehungen gelten: 0,7 < fL/f1 < 1,4 (1) 2,0 < m3L < 2,8 (2)
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Dabei
bezeichnen fL die Brennweite des gesamten
Linsensystems der Teleendstellung, f1 die
Brennweite der ersten Linsengruppe und m3L den
Abbildungsmaßstab
der dritten Linsengruppe in der Teleendstellung.
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Die
dem aufzunehmenden Objekt am nächsten
gelegene erste Linse der ersten Linsengruppe ist eine negative Linse
mit einer konkaven Fläche
auf der Objektseite. Sie erfüllt
die folgende Formel (3): –1,3 < fS/r1–1 < 0 (3)
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Dabei
bezeichnen r1–1 den
Krümmungsradius
der ersten Fläche
(dem Objekt nahen Fläche)
der ersten Linsengruppe und fS die Brennweite
des gesamten Linsensystems in der Weitwinkelendstellung.
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Vorzugsweise
besteht die zweite positive Linsengruppe aus einer negativen Untergruppe
und einer positiven Untergruppe, die in dieser Reihenfolge von der
Objektseite her betrachtet hintereinander angeordnet sind, wobei
die dem aufzunehmenden Objekt zugewandte Linsenfläche der
negativen Untergruppe eine konkave Fläche ist. Die positive Untergruppe
umfaßt
eine gekittete Linse und erfüllt
die folgenden Formeln (4) und (5): –2,0 < fS/r2–1 < –1,0 (4) 2,0 < fS/|r2C| < 3,0 (5)
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Darin
bezeichnen r2–1 den
Krümmungsradius
der einem aufzunehmenden Objekt nächstgelegenen Linsenfläche der
zweiten Linsengruppe und r2C den Krümmungsradius
der Kittfläche
der gekitteten Linse.
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Vorzugsweise
ist die einem aufzunehmenden Objekt nächstgelegene erste Linse der
dritten negativen Linsengruppe eine positive Linse mit einer konvexen
Oberfläche
auf der Objektbildseite und erfüllt
die folgende Formel (6): –2,0 < fS/r3–2 < –1,0 (6)
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Darin
bezeichnet r3–2 den
Krümmungsradius
der zweiten Linsenfläche
(auf der Objektbildseite) der positiven Linse der dritten Linsengruppe.
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Vorzugsweise
erfüllen
die erste und die dritte Linsengruppe die folgenden Formeln (7)
und (8): 0,7 < (X1/X3)L < 1,1 (7) 0,03 < (X1/X3)L – (X1/X3)M < 0,2 (8)
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Darin
bezeichnet (X1/X3)L das Verhältnis der Stellwege der ersten
und der dritten Linsengruppe aus der Weitwinkelendstellung und der
Teleendstellung. (X1/X3)M bezeichnet das Verhältnis der Stellwege der ersten und
der dritten Linsengruppe aus der Weitwinkelendstellung bis in die
Nähe einer
mittleren Brennweite fM (fM = (fS·fL)1/2).
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren
Unteransprüchen
und der folgenden Beschreibung, welche die Erfindung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Linsenanordnung eines Varioobjektivsystems
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
Aberrationsdiagramm für
das in 1 dargestellte Varioobjektivsystem in der Weitwinkelendstellung
desselben,
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3 ein
Aberrationsdiagramm des in 1 dargestellten
Varioobjektivsystems bei einer mittleren Brennweite,
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4 ein
Aberrationsdiagramm des in 1 dargestellten
Varioobjektivsystems in der Teleendstellung,
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5 eine
schematische Ansicht eines Varioobjektivsystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung,
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6 ein
Aberrationsdiagramm des in 5 dargestellten
Varioobjektivsystems in der Weitwinkelendstellung desselben,
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7 ein
Aberrationsdiagramm des in 5 dargestellten
Varioobjektivsystems in einer einer mittleren Brennweite entsprechenden
Stellung,
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8 ein
Aberrationsdiagramm des in 5 dargestellten
Varioobjektivsystems in der Teleendstellung deselben,
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9 eine
schematische Ansicht einer Linsenanordnung eines Varioobjektivsystems
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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10 ein
Aberrationsdiagramm des in 9 dargestellten
Varioobjektivsystems in der Weitwinkelendstellung desselben,
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11 ein
Aberrationsdiagramm des in 9 dargestellten
Varioobjektivsystems in einer einer mittleren Brennweite entsprechenden
Stellung desselben, und
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12 ein
Aberrationsdiagramm des in 9 dargestellten
Varioobjektivsystems in der Teleendstellung desselben.
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In
einem Varioobjektivsystem mit mindestens drei Linsengruppen, umfassend
eine erste positive Linsengruppe, eine zweite positive Linsengruppe
und eine dritte negative Linsengruppe in dieser Reihenfolge von der
Objektseite aus angeordnet, werden erfindungsgemäß die erste, zweite und die
dritte Linsengruppe während
der Varioverstellung zur Objektseite hin so bewegt, daß der Abstand
zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe zunimmt und der
Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe abnimmt.
Infolgedessen ist der Durchmesser einer innerhalb der zweiten positiven
Linsengruppe oder in der Nähe
derselben angeordneten Blende kleiner als der Durchmesser einer
Blende bei einem Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen, um dadurch
ein großes
Aperturverhältnis
zu erhalten. Es ist zu bemerken, daß wegen einer Reduzierung des
Stellweges jeder Linse bei der erfindungsgemäßen Lösung zusätzlich zu der Verringerung
des Blendendurchmessers das Varioobjektivsystem gegenüber einem
Varioobjektivsystem mit nur zwei Linsengruppen verkleinert werden
kann.
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Die
Formel (1) spezifiziert die Brechkraft der ersten Linsengruppe.
Wenn der Wert des Verhältnisses die
obere Grenze überschreitet,
nimmt die Änderungsrate
der sphärischen
Aberration und der Coma, die durch eine Änderung der Vergrößerung bewirkt
wird, zu, obwohl der große
Wert für
das Verhältnis
für die
Miniaturisierung des Varioobjektivs vorzuziehen ist. Wenn der Wert
des Verhältnisses
unter die untere Grenze fällt,
können
weder der Blendendurchmesser noch der Stellweg der Linsen reduziert
werden, so daß es
nicht möglich ist,
sowohl ein großes
Aperturverhältnis
als auch ein kompaktes Varioobjektiv zu erhalten.
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Die
Formel (2) betrifft die dritte Linsengruppe. Die Vergrößerung der
zweiten Linsengruppe beträgt
10 bis 20 % der gesamten Vergrößerung und
die Vergrößerung der
dritten Linsengruppe beträgt
80 bis 90 % der Gesamtvergrößerung.
Infolgedessen kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Varioobjektiv mit
zwei Linsengruppen die Vergrößerung der
dritten Linsengruppe um 10 bis 20 % verringert werden, so daß der Stellweg der
dritten Linsengruppe und die Variation der Aberration bei der erfindungsgemäßen Lösung reduziert
werden kann.
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Die
Formel (2) spezifiziert den Abbildungsmaßstab oder die Seitenvergrößerung der
dritten Linsengruppe in der Teleendstellung. Um ein Varioobjektiv
mit einem großen
Aperturverhältnis
zu erhalten, muß der Abbildungsmaßstab der
dritten Linsengruppe kleiner als die in der Formel (2) angegebene
obere Grenze sein, um die Aberration zu korrigieren. Wenn der Abbildungsmaßstab die
obere Grenze überschreitet,
wächst
die Variation der Aberration aufgrund des Stellweges der dritten
Linsengruppe an. Wenn der Wert des Abbildungsmaßstabes kleiner als der untere
Grenzwert ist, ist es schwierig, ein Varioverhältnis für das gesamte Linsensystem
von annähernd
2 zu erhalten, es sei denn, daß der
Stellbereich vergrößert wird,
was im Widerspruch zu der Forderung nach Kompaktheit des Varioobjektivs
steht.
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Die
Formel (3) bezieht sich auf die erste Linse der ersten Linsengruppe.
wenn die erste Linse als negative Linse ausgeführt wird, deren konkave Oberfläche auf
der Objektseite liegt, können
der Astigmatismus und die Feldkrümmung
wirksam korrigiert werden. Gleichzeitig kann die Dicke der ersten
Linsengruppe reduziert werden.
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Die
zweite Linsengruppe ist in Form einer Retrofokus-Linsengruppe mit
einer negativen Untergruppe und einer positiven Untergruppe ausgeführt. Infolgedessen
wird vermieden, daß die
hintere Schnittweite auf der Seite mit kurzer Brennweite zu klein
wird.
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Die
Formel (4) betrifft die dem aufzunehmenden Objekt nächstgelegene
Oberfläche
der negativen Untergruppe der zweiten Linsengruppe. Die Linsenfläche ist
vorzugsweise eine Konkavfläche
mit einem großen Krümmungsradius.
Die konkave Fläche
ist vorzugsweise die der ersten Linsengruppe (dem aufzunehmenden Objekt)
nächstgelegene
Fläche,
um zu verhindern, daß die
hintere Schnittweite zu klein wird und um den Astigmatismus und
die Feldkrümmung
zu korrigieren, die von der ersten Linsengruppe verursacht werden.
Wenn das in der Formel (4) definierte Verhältnis den oberen Grenzwert überschreitet,
kann eine effektive Korrektur der Aberration nicht ausgeführt werden.
Wenn dagegen das Verhältnis
kleiner ist als der untere Grenzwert, tritt ein Astigmatismus höherer Ordnung
auf.
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Die
Formel (5) bezieht sich auf die auf der Objektbildseite gelegene
positive Untergruppe der zweiten Linsengruppe mit einer hohen positiven
Brechkraft. Da die zweite Linsengruppe in der Reihenfolge ihrer
Aufzählung
von der Objektseite her betrachtet aus einer negativen Untergruppe
und einer positiven Untergruppe besteht, hat die der Objektbildseite
zugewandte positive Untergruppe eine stärkere positive Brechkraft als
die gesamte zweite Linsengruppe. Infolgedessen muß man divergierende
Flächen
mit einer großen
negativen Brechkraft vorsehen, um die Aberrationen innerhalb der
zweiten Linsengruppe zu korrigieren. Unter Berücksichtigung eines möglichen
Herstellungsfehlers, der zu einer Verschlechterung der optischen
Leistung führt, werden
die diviergierenden Flächen
vorzugsweise gekittet. Wenn das in der Formel (5) angegebene Verhältnis den
oberen Grenzwert übersteigt,
wird der Krümmungsradius
der gekitteten Fläche
(Kontaktfläche)
reduziert. Infolgedessen ist die negative Brechkraft so groß, daß eine hohe
sphärische
Aberration auftritt. Daher kann man kein Varioobjektiv mit einer
großen
Apertur erhalten. Wenn das in Formel (5) angegebene Verhältnis kleiner
ist als der untere Grenzwert, kann die Aberration nicht innerhalb
der zweiten Linsengruppe ausreichend korrigiert werden und die Aberration
variiert bei einer Änderung
des Variovergrößerungsverhältnisses
beträchtlich.
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Die
Formel (6) betrifft die negative Linsengruppe und insbesondere eine
Linsenfläche
derselben mit einer starken positiven Brechkraft. Wenn das in Formel
(6) angegebene Verhältnis
den oberen Grenzwert übersteigt,
wird die positive Brechkraft so klein, daß die Aberration innerhalb
der dritten Linsengruppe stark zunimmt, so daß eine hohe Aberrationsvariation
bei einer Änderung
der Variovergrößerung auftritt.
Wenn das in Formel (6) angegebene Verhältnis kleiner ist als der untere
Grenzwert, ist die positive Brechkraft so stark, daß eine sphärische Aberration
höherer
Ordnung auftritt, insbesondere bei einer langen Brennweite.
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Die
Formeln (7) und (8) betreffen die Verstellung der ersten und dritten
Linsengruppe. Wenn das in Formel (7) angegebene Verhältnis größer ist
als der obere Grenzwert, wird der Stellweg der ersten Linsengruppe
zu groß,
um die sphärische
Aberration bei einer Bewegung aus der Weitwinkelendstellung in die
Teleendstellung zu korrigieren. Wenn das Verhältnis kleiner ist als der untere
Grenzwert, ist der Stellweg der ersten Linsengruppe so klein, daß es nur
eine geringe Änderung
in dem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe
gibt, so daß der
Durchmesser der Blende nicht verringert werden kann. Vorzugsweise
gilt die folgende Beziehung zwischen den Stellwegen der ersten und
der dritten Linsengruppe: 0,7 < (X1/X3)L < 1,0
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Der
Stellweg der ersten Linsengruppe ist nämlich kleiner als der Stellweg
der dritten Linsengruppe, um so die sphärische Aberration leicht korrigieren
zu können.
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Die
Formel (8) beschreibt den Stellweg der Linsengruppen aus der Weitwinkelendstellung
in eine Stellung mittlerer Brennweite. Das Verhältnis der Stellwege der ersten
und der dritten Linsengruppe aus der Weitwinkelendstellung in eine
Stellung mittlerer Brennweite ist kleiner als das Verhältnis der
Stellwege der ersten und der dritten Linsengruppe aus der Weitwinkelendstellung
in die Teleendstellung, um so den Astigmatismus beim Übergang
von der Weitwinkelendstellung in eine Stellung mittlerer Brennweite
korrigieren zu können. Wenn
der in der Formel (8) angegebene Wert den oberen Grenzwert überschreitet,
hat der Astigmatismus der Meridionalstrahlen insbesondere beim Übergang
von der Weitwinkelendstellung in die Stellung mittlerer Brennweite
einen stark negativen Wert. Wenn dagegen der in Formel (8) angegebene
Wert kleiner ist als der untere Grenzwert, erfolgt eine Überkorrektur
des Astigmatismus beim Übergang
von der Weitwinkelend stellung in die Stellung mittlerer Brennweite.
Es ist zu bemerken, daß dann,
wenn innerhalb der zweiten Linsengruppe nahe der Blende eine asphärische Fläche vorhanden
ist, nicht nur die sphärische
Aberration und die Coma leicht korrigiert werden können, sondern
auch die Zahl der Linsen reduziert werden kann.
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Im
folgenden werden drei Ausführungsbeispiele
erläutert.
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1. Ausführungsbeispiel:
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1 zeigt
eine Linsenanordnung eines Varioobjektivsystems gemäß einer
ersten Ausführungsform, bei
der die erste positive Linsengruppe 11 aus einer negativen
Linsengruppe 11-1 mit einer konkaven Oberfläche auf
der Objektseite und einer positiven Linse 11-2 besteht,
wobei die Linsen in der Reihenfolge ihrer Aufzählung von der Objektseite angeordnet
sind. Die zweite Linsengruppe 12 besteht aus einer negativen
Linsengruppe 12-1 und einer positiven Linsengruppe 12-2.
Die negative Linsengruppe 12-1 besteht aus einer gekitteten
Linse mit einer negativen Linse 12-1a, die eine der Objektseite
zugewandte konkave Fläche
hat, und mit einer positiven Linse 12-1b. Die positive
Linsengruppe 12-2 umfaßt
eine gekittete Linse 12-2, bestehend aus einer positiven
Linse 12-2a und einer negativen Linse 12-2b, die
miteinander verkittet sind sowie eine positive Linse 12-2c.
Die dritte Linsengruppe 13 umfaßt eine positive Linse 13-1 mit
einer der Objektbildseite zugewandten konvexen Oberfläche und
negative Linsen 13-2 und 13-3. Die Blende 1 ist
zwischen der zweiten Linsengruppe 12 und der dritten Linsengruppe 13 angeordnet.
Die Linsenoberfläche
der zweiten Linsengruppe 12, welche der Blende 1 am nächsten liegt,
ist eine asphärische
Fläche.
Die Bewegungskurven der ersten, zweiten und dritten Linsengruppen
während
des Variostellvorganges sind durch die Pfeile in dem unteren Teil der
Darstellung in 1 angegeben. Die Fokussierung
erfolgt durch die Bewegung der zweiten Linsengruppe 12,
die eine große
positive Brechkraft hat.
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Numerische
Daten des in 1 dargestellten Varioobjektivsystems
sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Diagramme der verschiedenen
Aberrationen des Systems in der Weitwinkelendstellung, einer Stellung
mittlerer Brennweite und der Teleendstellung sind in den 2, 3 bzw. 4 wiedergegeben.
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In
den 2 bis 4 bezeichnet SA die sphärische Aberration,
SC die Sinusbedingung, d-Linie, g-Linie und c-Linie die chromatische
Aberration dargestellt durch die sphärische Aberration bei der jeweiligen
Wellenlänge,
S den Sagittalstrahl und M den Meridionalstrahl.
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In
den Tabellen und den Zeichnungen bezeichnet FNO die
F-Zahl, die f die
Brennweite, ω den
halben Blickwinkel, fB die hintere Schnittweite,
R den Krümmungsradius
jeder Linsenfläche,
D die Linsendicke oder den Abstand zwischen den Linsen, Nd den Brechungsindex
bei der d-Linie und ν d
die Abbezahl der d-Linie.
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2. Ausführungsbeispiel:
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5 zeigt
eine Linsenanordnung eines Varioobjektivsystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
vorliegenen Erfindung. Die Linsenanordnung in der zweiten Ausführungsform
ist im wesentlichen identisch mit der ersten Ausführungsform.
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Numerische
Daten des in 5 dargestellten Linsensystems
sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben. Diagramme der verschiedenen
Aberrationen in der Weitwinkelendstellung, einer Stellung mit mittlerer Brennweite
und der Teleendstellung sind in den 6, 7 bzw. 8 angegeben.
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3. Ausführungsbeispiel:
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9 zeigt
eine Linsenanordnung eines Varioobjektivsystems gemäß einer
dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfin dung. In der dritten Ausführungsform besteht die erste
Linsengruppe 11 aus einer negativen Linse 11-1 mit
einer der Objektseite zugewandten konkaven Fläche und positiven Linsen 11-2 und 11-3. Die
andere Basisstruktur der dritten Ausführungsform ist im wesentlichen
die gleiche wie die der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme
der Position der Blende S. Es ist zu bemerken, daß es keine
asphärische
Fläche
gibt.
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Numerische
Daten des in 9 dargestellten Linsensystems
sind in der folgenden Tabelle 3 wiedergegeben. Diagramme der verschiedenen
Aberrationen des Linsensystems in der Weitwinkelendstellung, eine Stellung
mit mittlerer Brennweite und der Teleendstellung sind in den 10, 11 bzw. 12 angegeben.
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Die
Werte der Formel (1) bis (8) in der ersten, zweiten und dritten
Ausführungsform
sind in der Tabelle 4 angegeben.
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Wie
man in Tabelle 4 sieht, genügen
alle drei Ausführungsbeispiele
den durch die Formeln (1) bis (8) definierten Anforderungen. Darüber hinaus
können
erfindungsgemäß die verschiedenen
Aberrationen in der Weitwinkelendstellung, einer Stellung mit mittlerer
Brennweite und der Teleendstellung korrekt kompensiert werden.
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Wie
man aus der vorstehenden Diskussion erkennt, erhält man erfindungsgemäß ein kleines
Varioobjektiv mit einer großen
Apertur, in welcher das Varioverhältnis annähernd 2 ist und bei dem die
F-Zahlen in der Weitwinkelendstellung und der Teleendstellung annähernd 2,8
bzw. annähernd
3,5 bis 4 betragen.
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Die
Form der asphärischen
Fläche
kann im allgemeinen ausgedrückt
werden wie folgt: X = CY2/{1
+ [1 - (1 + K)C2Y2]1/2} + A4Y4 + A6Y6 +
A8Y8 + A10Y10 + ...
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Darin
bezeichnet
- Y
- eine Höhe über der
Achse,
- X
- einen Abstand von
einer Tangentialebene an einen asphärischen Scheitel,
- C
- eine Krümmung des
asphärischen
Scheitel (1/r),
- K
- eine konische Konstante,
- A4
- einen asphärischen
Faktor vierter Ordnung,
- A6
- einen asphärischen
Faktor sechster Ordnung,
- A8
- einen asphärischen
Faktor achter Ordnung,
- A10
- einen asphärischen
Faktor zehnter Ordnung.
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