DE10108936A1

DE10108936A1 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE10108936A1
Application number: DE10108936A
Authority: DE
Inventors: Takashi Enomoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2001-09-27

Abstract

Ein Variolinsensystem enthält eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine negative dritte Linsengruppe. Eine Brennweitenänderung wird durch Bewegen der ersten bis dritten Linse vorgenommen. Die negative erste Linsengruppe enthält ein positives und ein negatives Linsenelement, die miteinander verkittet sind, und ihre am weitesten objektseitig angeordnete Fläche ist eine konkave Fläche. Das Variolinsensystem erfüllt: -1 < r1/fW < 0...(1); 1,4 < f1G/f1N < 1,8...(2); worin r1 den Krümmungsradius der am weitesten objektseitigen Fläche der ersten Linsengruppe, fW die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, f1G die Brennweite der ersten Linsengruppe und f1N die Brennweite des Linsenelementes der miteinander verkitteten Linsenelemente bezeichnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem für eine Kom paktkamera und im engeren Sinne die Steigerung des Brennweitenverhältnisses eines solchen Variolinsensystems.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In einem für eine Kompaktkamera bestimmten Variolinsensystem ist anders als in einem Variolinsensystem einer einäugigen Spiegelreflexkamera (SLR), die Raum benötigt, um hinter dem Linsensystem einen Spiegel unterzubringen, eine lange hintere Schnittweite nicht erforderlich. Deshalb wird in einer Kompaktkamera üblicherweise ein Tele-Linsensystem verwendet, das eine positive Linsengruppe und eine negative Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet enthält. Dagegen wird in einer einäugigen Spiegelreflexkamera ein Retrofokus- Linsensystem verwendet, das eine negative Linsengruppe und eine positive Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet enthält.

In einer Kompaktkamera liegt das Brennweitenverhältnis des Tele- Variolinsensystems im Falle einer Drei-Linsengruppen-Anordnung üblicherweise bei höchstens 2 bis 3. Ein Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem mit einem Brennweitenverhältnis von 4,0 oder mehr ist nicht bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem für eine Kompaktkamera anzugeben, das ein hohes Brennweitenverhältnis von 4,0 oder mehr erreichen kann.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist ein Variolinsensystem vorge sehen, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine negative dritte Linsengruppe enthält, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Eine Brennweitenänderung wird durch Bewegen der ersten bis dritten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse vorgenommen. Die negative erste Linsengruppe enthält ein positives und ein negatives Linsenelement, die miteinander verkittet sind, wobei die am weitesten objektseitig angeordnete Fläche eine konkave Fläche ist. Das Variolinsensystem erfüllt die folgenden Bedingungen:

-1 < r1/fW < 0 (1)

1,4 < f1G/f1N < 1,8 (2)

worin
r1 den Krümmungsradius der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet,
fW die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet,
f1G die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet, und
f1N die Brennweite des negativen Linsenelementes der verkitteten Linsenele mente der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet.

In den miteinander verkitteten Linsenelementen kommt es auf die Reihenfolge von positivem Linsenelement und negativem Linsenelement im Speziellen nicht an. Die miteinander verkitteten Linsenelemente können sich folglich aus dem negativen Linsenelement und dem positiven Linsenelement in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet zusammensetzen.

Das erfindungsgemäße Variolinsensystem erfüllt vorzugsweise folgende Bedin gung:

8 < νn-νp (3)

worin
νn die Abbe-Zahl des negativen Linsenelementes der verkitteten Linsenelemente der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet, und
νp die Abbe-Zahl des positiven Linsenelementes der verkitteten Linsenelemente der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Variolinsensystem kann die folgende Bedingung erfüllen:

-5 < fT/f1G < -3,5 (4)

worin
fT die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Variolinsensystem erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung:

0,03 < (d12W-d12T/fW < 0,10 (5)

worin
d12W den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsen gruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet, und
d12T den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsen gruppe bei der Einstellung längster Brennweite bezeichnet.

Das erfindungsgemäße Variolinsensystem kann die folgende Bedingung erfüllen:

0,6 < y/fW < 0,9 (6)

worin
y die Diagonalbildhöhe auf einer Filmfläche bezeichnet.

3,5 < fT/fW (7)

Das erfindungsgemäße Variolinsensystem kann ein Brennweitenverhältnis von 4 oder mehr erreichen. Andererseits kann das erfindungsgemäße Variolinsensy stem auch auf ein Variolinsensystem mit einem Brennweitenverhältnis von etwa 3,5 angewendet werden.

In dem erfindungsgemäßen Variolinsensystem ist vorzugsweise in der positiven zweiten Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche vorgesehen und die folgende Bedingung erfüllt:

-30 < ΔIASP < -10 (8)

worin
ΔIASP den durch die asphärische Fläche verursachten Änderungsbetrag des Koeffizienten der sphärischen Aberration bezeichnet, unter der Bedingung, dass die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite auf 1,0 umgerechnet ist.

Weiterhin ist in dem erfindungsgemäße Variolinsensystem in der negativen dritten Linsengruppe vorzugsweise ein Linsenelement mit mindestens einer asphäri schen Fläche vorgesehen und die folgende Bedingung erfüllt:

0 < ΔVASP < 0,4 (9)

worin
ΔVASP den durch die asphärische Fläche verursachten Änderungsbetrag des Verzeichnungskoeffizienten bezeichnet, unter der Bedingung, dass die Brenn weite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite auf 1,0 umgerechnet ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich nungen im Detail erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Linsenanordnung des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D in der Linsenanordnung nach Fig. 1 auftretende Aberrationen,

Fig. 3 eine Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß erstem Aus führungsbeispiel bei einer ersten Zwischenbrennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D in der Linsenanordnung nach Fig. 3 auftretende Aberrationen,

Fig. 5 eine andere Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß er stem Ausführungsbeispiel bei einer zweiten Zwischenbrennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D in der Linsenanordnung nach Fig. 5 auftretende Aberrationen,

Fig. 7 eine Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß erstem Aus führungsbeispiel bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D in der Linsenanordnung nach Fig. 7 auftretende Aberrationen,

Fig. 9 eine Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß einem zwei ten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 auftretende Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 11A, 11B, 11C und 11D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 auftretende Aberrationen bei der Zwischenbrennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 auftretende Aberrationen bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 13 eine Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Einstellung kürzester Brenn weite,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D in der Linsenanordnung nach Fig. 13 auftretende Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 15A, 15B, 15C und 15C) in der Linsenanordnung nach Fig. 13 auftretende Aberrationen bei der Zwischenbrennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D in der Linsenanordnung nach Fig. 13 auftretende Aberrationen bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 17 die schematische Darstellung der Linsengruppen-Verstellwege für das Variolinsensystem gemäß erstem Ausführungsbeispiel,

Fig. 18 eine andere schematische Darstellung der Linsengruppen- Verstellwege für das Variolinsensystem gemäß erstem Ausfüh rungsbeispiel, und

Fig. 19 die schematische Darstellung der Linsengruppen-Verstellwege für das Variolinsensystem gemäß zweitem und drittem Ausführungsbei spiel.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Wie in den Linsengruppen-Verstellwegen der Fig. 17 bis 19 gezeigt, enthält das für eine Kompaktkamera bestimmte Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem eine negative erste Linsengruppe 10, eine positive zweite Linsengruppe 20 und eine negative dritte Linsengruppe 30, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her be trachtet angeordnet sind; die Brennweitenänderung wird durchgeführt, indem die erste bis dritte Linsengruppe in Richtung der optischen Achse bewegt werden.

Unter den schematischen Darstellungen der Linsengruppen-Verstellwege gemäß den Fig. 17 bis 19 ist Fig. 17 ein Beispiel für Linsengruppen-Verstellwege, entlang denen eine Umschaltbewegung der Linsengruppen bei der Zwischenbrennweite vorgesehen ist. Gemäß Fig. 17 werden bei der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite fw hin zur Einstellung längster Brenn weite ft die Linsengruppen 10 bis 30 wie folgt bewegt:

In einem von der Einstellung kürzester Brennweite fw bis zur Zwischenbrennweite fm reichenden Brennweitenbereich Zw (erster Brennweitenbereich, Brennwei tenänderungsbereich auf der Seite kurzer Brennweite) werden die erste Linsen gruppe 10, die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 auf das Objekt zubewegt.

Bei der Zwischenbrennweite fm, werden die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 um eine vorbestimmte Strecke auf die Bildebene zubewegt, so dass sich die Zwischenbrennweite fm in eine nach der Umschaltung vorliegende Zwischenbrennweite fm' ändert.

In einem Brennweitenbereich Zt (zweiter Brennweitenbereich, Brennweitenände rungsbereich auf der Seite langer Brennweite), der von der nach der Umschaltung vorliegenden Zwischenbrennweite fm' bis zur Einstellung längster Brennweite ft reicht, werden die erste Linsengruppe 10, die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 auf das Objekt zubewegt.

In dem Brennweitenbereich Zw halten die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 einen vorbestimmten Abstand voneinander ein (erster Zustand).

Bei der Zwischenbrennweite fm wird der Abstand zwischen der ersten Linsen gruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 verringert.

In dem Brennweitenbereich Zt halten die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 den verringerten Abstand voneinander ein (zweiter Zustand).

Die Zwischenbrennweite fm gehört zu dem ersten Brennweitenbereich, und die nach Umschaltung vorliegende Zwischenbrennweite fm' ist festgelegt, nachdem folgende Bewegung der Linsengruppen abgeschlossen ist:

a) die erste Linsengruppe 10 und die dritte Linsengruppe 30 werden aus ihren Positionen entsprechend der Zwischenbrennweite fm auf das Bild zubewegt, und
b) die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 verringern ihren Abstand voneinander.

Bei der Brennweitenänderung bewegt sich eine Blende S zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20.

Die erste Zwischenbrennweite der Fig. 3 ist eine typische Brennweite im Brenn weitenbereich Zw.

Die zweite Zwischenbrennweite der Fig. 5 ist eine typische Brennweite in dem Brennweitenbereich Zt. Die Linsengruppen-Verstellwege für die erste bis dritte Linsengruppe 10, 20 und 30 vor und nach der Umschaltbewegung sind in Fig. 17 einfach als gerade Linien dargestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die tatsächlichen Linsengruppen-Verstellwege nicht notwendigerweise gerade Linien sind. Ferner wird die Scharfeinstellung in der Weise vorgenommen, dass die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 ungeachtet der Brennweitenbe reiche einstückig bewegt werden.

Die Linsengruppen-Verstellwege haben bei der Zwischenbrennweite fm und der nach der Umschaltung vorliegenden Zwischenbrennweite fm' Diskontinuitäten. Indem jedoch die Positionen der ersten Linsengruppe 10, der zweiten Linsen gruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 jeweils bei der Einstellung kürzester Brennweite fw, bei der Zwischenbrennweite fm, bei der nach der Umschaltung vorliegenden Zwischenbrennweite fm' und bei Einstellung längster Brennweite ft geeignet festgelegt werden, können Lösungen erhalten werden, durch die ein Bild in korrekter Weise in einer vorbestimmten Ebene erzeugt wird. Durch die Linsen gruppen-Verstellwege mit diesen Lösungen kann ein Variolinsensystem erhalten werden, das miniaturisiert ist und ein hohes Brennweitenverhältnis hat.

Fig. 18 zeigt, dass die Haltepositionen für jede Linsengruppe entlang den Linsen gruppen-Verstellwegen nach Fig. 17 schrittweise festgelegt sind. Positionen, an denen jede Linsengruppe anzuhalten ist, sind mit schwarzen Punkten dargestellt. Diese Punkte sind miteinander zu glatten, gekrümmten Linien verbunden. In einem tatsächlichen mechanischen Aufbau kann jede Linsengruppe längs solcher glatter, gekrümmter Linien bewegt werden.

Fig. 19 zeigt ein Beispiel für Linsengruppen-Verstellwege, die keine Zwischen- Umschaltbrennweite haben. Bei der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite werden alle Linsengruppen auf das Objekt zubewegt, während sich ihre Abstände vonein ander ändern. Die Blende S ist zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 vorgesehen und bewegt sich zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20.

In den Ausführungsbeispielen des Drei-Linsengruppen-Variolinsensystems, in denen Linsengruppen-Bewegungswege (zugrundeliegende Brennweitenände rungswege) wie z. B. die oben erläuterten realisiert werden können, besteht ein Merkmal darin, dass die negative erste Linsengruppe 10 aus einem positiven und einem negativen Linsenelement, die miteinander verkittet sind, besteht, wobei die am weitesten objektseitig angeordnete Fläche (erste Fläche) der verkitteten Lin senelemente eine konkave Fläche ist. Auf die Reihenfolge von positivem Lin senelement und negativem Linsenelement kommt es im Speziellen nicht an.

Ist insbesondere bei einem Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem mit einem halben Bildwinkel von 35° oder mehr bei der Einstellung kürzester Brennweite die Anzahl der die erste Linsengruppe bildenden Linsenelemente groß und die erste Linsengruppe insgesamt lang, so sind die Durchmesser von erster und zweiter Linsengruppe für gewöhnlich größer, um so die Randstrahlung zu sammeln. Ein vergrößerter Linsenelementdurchmesser verursacht jedoch einen Anstieg der auf die Auf/Ab-Richtung bezogenen Abmessung einer Kamera und verhindert so deren Miniaturisierung.

Indem die negative erste Linsengruppe 10 von dem positiven und dem mit diesem verkitteten negativen Linsenelement gebildet ist, wobei die am weitesten objekt seitig angeordnete Fläche eine konkave Fläche ist, ist die Randausleuchtung sichergestellt, so dass ein Anstieg des Durchmessers der vorderen (ersten und zweiten) Linsengruppe vermieden werden kann. Das in den Ausführungsbeispie len angegebene Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem kann auch als Linsensy stem verwendet werden, dessen halber Bildwinkel bei der Einstellung kürzester Brennweite nicht groß ist.

Bedingung (1) spezifiziert die miteinander verkitteten Linsenelemente in der Weise, dass die Gesamtlänge der ersten Linsengruppe verringert ist, und zwar unter der Bedingung, dass die negative erste Linsengruppe 10 von dem positiven und dem mit diesem verkitteten negativen Linsenelement gebildet ist, wobei die am weitesten objektseitig angeordnete Fläche eine konkave Fläche ist. Ist diese Bedingung erfüllt, ist die Randausleuchtung sichergestellt und ein Anstieg des Durchmessers der Frontlinsengruppe kann vermieden werden.

Übersteigt r1/fW die obere Grenze der Bedingung (1), so sind die Erfordernisse für die Ausbildung der ersten Fläche als konkave Fläche nicht erfüllt, so dass die Randausleuchtung nicht sichergestellt werden kann.

Unterschreitet r1/fW die untere Grenze der Bedingung (1), so wird die Diver genzwirkung der ersten Fläche klein, so dass der Durchmesser der vorderen (ersten) Linsengruppe groß wird, um die Randstrahlung zu sammeln.

Bedingung (2) spezifiziert das negative Linsenelement der negativen ersten Lin sengruppe, die von den miteinander verkitteten Linsenelementen gebildet wird. Ist diese Bedingung erfüllt, so können Aberrationen in der ersten Linsengruppe und Aberrationsschwankungen über das gesamte Variolinsensystem verringert wer den.

Übersteigt f1G/f1N die obere Grenze der Bedingung (2), so wird die Divergenz der verkitteten Linsenelemente, die insgesamt negative Brechkraft haben, zu groß, wodurch die in dem gesamten Variolinsensystem auftretende sphärische Aberra tion gewöhnlich überkorrigiert wird.

Unterschreitet f1G/f1N die untere Grenze der Bedingung (2), so wird die Diver genz der verkitteten Linsenelemente, die als Ganzes negative Brechkraft haben, klein, wodurch die in dem gesamten Variolinsensystem auftretende sphärische Aberration gewöhnlich unterkorrigiert wird.

Bedingung (3) dient der Korrektion der chromatischen Aberration über den ge samten Brennweitenänderungsbereich.

Unterschreitet νn-νp die untere Grenze der Bedingung (3), kann die chromati sche Aberration durch die verkitteten Linsenelemente nicht über den gesamten Brennweitenbereich korrigiert werden.

Bedingung (4) spezifiziert die Bewegungsstrecke der ersten Linsengruppe. Diese Bedingung ist erforderlich, um die Bewegungsstrecke der ersten Linsengruppe so zu verringern, dass eine Miniaturisierung des Variolinsensystems bei einem Brennweitenverhältnis von 4 oder mehr erreicht wird.

Übersteigt fT/f1G die obere Grenze der Bedingung (4), so nimmt die Bewegungs strecke der negativen ersten Linsengruppe zu, so dass eine Miniaturisierung des Variolinsensystems nicht erreicht werden kann.

Unterschreitet fT/f1G die untere Grenze der Bedingung (4), so wird die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe zu stark, und die darin auftretenden Aberratio nen sowie die Schwankungen der Aberrationen bei der Brennweitenänderung werden groß.

Bedingung (5) dient der Verringerung der Durchmesser der ersten und der zwei ten Linsengruppe. Diese Bedingung ist erforderlich, da, falls die Bewegungsstrec ken der ersten und der zweiten Linsengruppe groß werden und auch ihr Abstand voneinander groß wird, um ein Brennweitenverhältnis von 4 oder mehr aufrecht zu erhalten, die Durchmesser der ersten und der zweiten Linsengruppe gewöhnlich groß werden, um insbesondere bei der Einstellung kürzester Brennweite die Randstrahlung zu sammeln.

Überschreitet (d12W-d12T)/fW die obere Grenze der Bedingung (5), so werden die Bewegungsstrecken der ersten und der zweiten Linsengruppe lang, so dass eine Miniaturisierung des Variolinsensystems nicht möglich ist.

Unterschreitet (d12W-d12T)/fW die untere Grenze der Bedingung (5), so werden die Brennweitenänderungswirkungen der ersten und der zweiten Linsengruppe klein, so dass ein hohes Brennweitenverhältnis nicht erreicht werden kann.

Bedingung (6) dient dazu, die Brennweite bei der Einstellung kürzester Brennweite zu verkürzen.

Unterschreitet y/fW die untere Grenze der Bedingung (6), so kann die Brennweite bei der Einstellung kürzester Brennweite nicht verkürzt werden.

Bedingung (7) dient dazu, ein Brennweitenverhältnis von 3,5 oder mehr zu erhal ten.

Unterschreitet fT/fW die untere Grenze der Bedingung (7), so kann ein Variolin sensystem mit einem Brennweitenverhältnis von 3,5 oder mehr nicht erhalten werden.

Bedingung (8) spezifiziert die Erfordernisse, die eine asphärische Fläche erfüllen muss, wenn die positive zweite Linsengruppe ein Linsenelement enthält, an dem mindestens eine asphärische Fläche ausgebildet ist. Indem ein Linsenelement verwendet wird, an dem mindestens eine asphärische Fläche ausgebildet ist, kann die Anzahl der Linsenelemente der positiven zweiten Linsengruppe verrin gert und insbesondere die sphärische Aberration des Variolinsensystems korrigiert werden.

Überschreitet ΔIASP die obere Grenze der Bedingung (8), so sind die Wirkungen der Korrektion der sphärischen Aberration gering und die sphärische Aberration kann nicht ausreichend korrigiert werden.

Unterschreitet ΔIASP die untere Grenze der Bedingung (8), so wird der Betrag der Asphärizität groß, was die Fertigung des mit der asphärischen Fläche versehenen Linsenelementes erschwert.

Bedingung (9) dient der Spezifizierung der Erfordernisse, die von einer asphäri schen Fläche zu erfüllen sind, wenn die negative dritte Linsengruppe mit einem Linsenelement versehen ist, an dem mindestens eine asphärische Fläche ausge bildet ist. Indem ein Linsenelement verwendet wird, an dem mindestens eine asphärische Fläche ausgebildet ist, kann die Anzahl der Linsenelemente der negativen dritten Linsengruppe verringert und insbesondere die Verzeichnung bei der Einstellung kürzester Brennweite korrigiert werden.

Übersteigt ΔVASP die obere Grenze der Bedingung (9), so wird der Betrag der Asphärizität groß, was die Fertigung des mit der asphärischen Fläche versehenen Linsenelementes erschwert.

Unterschreitet ΔVASP die untere Grenze der Bedingung (9), so werden die von der asphärischen Fläche ausgehenden Wirkungen zur Korrektion der Verzeich nung gering und die Verzeichnung kann nicht ausreichend korrigiert werden.

Spezielle numerische Daten für die Ausführungsbeispiele sind nachfolgend ange geben. In den Diagrammen der chromatischen Aberration (chromatische Längs aberration), dargestellt durch die sphärische Aberration, bezeichnen die durchge zogene Linie und die zwei Arten von gestrichelten Linien die Vergrößerung bezüg lich der d-, der g- bzw. der C-Linie. Entsprechend bezeichnen in den Diagrammen der chromatischen Queraberration die Vergrößerung bezüglich der g- und der C- Linie. Die d-Linie fällt jedoch als Basislinie mit der Ordinate zusammen. S be zeichnet das Sagittalbild, und M bezeichnet das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet Fno die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten Variolinsensystems, W den halben Bildwinkel (°), fB die hintere Schnittweite, r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke oder den Abstand zwischen Linsenelementen, Nd den Brechungsindex der d-Linie und ν die Abbe-Zahl.

Zusätzlich zu dem Vorstehenden ist eine asphärische Fläche, die symmetrisch zur optischen Achse ist, wie folgt definiert:

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

worin
c eine Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r) bezeichnet,
y einen Abstand von der optischen Achse bezeichnet,
K den Kegelschnittkoeffizienten bezeichnet, und
A4 einen Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung bezeichnet,
A6 einen Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung bezeichnet,
A8 einen Asphärenkoeffizienten achter Ordnung bezeichnet, und
A10 einen Asphärenkoeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.

Der Zusammenhang zwischen den Asphärenkoeffizienten und den Aberrations koeffizienten wird im Folgenden diskutiert.

1. Die Form der asphärischen Fläche kann allgemein wie folgt definiert werden:

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

worin
x einen Abstand von einer Tangentialebene an einen asphärischen Scheitel bezeichnet,
y einen Abstand von der optischen Achse bezeichnet,
c eine Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r) bezeichnet,
K eine Kegelschnittkonstante bezeichnet.

2. Um die Aberrationskoeffizienten zu erhalten, wird in dieser Gleichung folgende Substitution vorgenommen, um K durch 0 zu ersetzen (Bi = Ai, wenn K = 0).

B4 = A4+Kc³/8;
B6 = A6+(K²+2K)c⁵/16;
B8 = A8+5(K³+3K²+3K)c⁷/128;
B10 = A10+7(K⁴+4K³+6K²+4K)c⁹/256;

man erhält so folgende Gleichung:

x = cy²/[1+[1-c²y²]^1/2]+B4y⁴+B6y⁶+B8y⁸+B10y¹⁰+

3. Um ferner die Brennweite f auf 1,0 zu normieren, ist Folgendes zu betrachten:

X = x/f; Y = y/f; C = f.c;
α4 = f³B4; α6 = f⁵B6; α8 = f⁷B8; α10 = f⁹B10

Folglich erhält man folgende Gleichung:

X = CY²/[1+[1-C²Y²]^1/2]+α4Y⁴+α6Y⁶+α8Y⁸+α10Y¹⁰+

4. Φ = 8(N'-N)α4 wird definiert, und die dritten Aberrationskoeffizienten sind wie folgt definiert:
I bezeichnet den Koeffizienten der sphärischen Aberration,
II bezeichnet den Komakoeffizienten,
III bezeichnet den Astigmatismuskoeffizienten,
IV bezeichnet den Krümmungskoeffizienten der Sagittalbildfläche, und
V bezeichnet einen Verzeichnungskoeffizienten; so ist der Einfluss des Koeffizienten der asphärischen Fläche vierter Ordnung (α4) auf jeden Aber rationskoeffizienten definiert als:

αI = h⁴Φ
αII = h³kΦ
αIII = h²k²Φ
αIV = h²k²Φ
αV = hk³cΦ

worin
h die Höhe bezeichnet, in der der achsennahe Axialstrahl auf die asphärische Fläche trifft,
k die Höhe bezeichnet, in der der achsennahe Außeraxialstrahl durch die Mitte der Pupille geht,
N' den Brechungsindex eines Mediums bildseitig der asphärischen Fläche be zeichnet, und
N den Brechungsindex eines Mediums objektseitig der asphärischen Fläche bezeichnet.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 bis 8 zeigen das Variolinsensystem gemäß erstem Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel wird auf das Variolinsensystem mit den in Fig. 17 oder Fig. 18 gezeigten Linsengruppen-Verstellwegen angewendet. Die Fig. 1, 3, 5 und 7 zeigen jeweils eine Linsenanordnung des Variolinsensystems bei der Ein stellung kürzester Brennweite, der Zwischenbrennweite (f = 35,0) in dem Brenn weitenänderungsbereich Zw auf der Seite kurzer Brennweite, bei der Zwischen brennweite (f = 70,0) in dem Brennweitenänderungsbereich Zt auf der Seite langer Brennweite bzw. bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 2A bis 2D, die Fig. 4A bis 4D, die Fig. 6A bis 6D und die Fig. 8A bis 8D zeigen Aberratio nen, die in den in den Fig. 1, 3, 5 und 7 gezeigten Linsenanordnungen auftreten. Tabelle 1 zeigt die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels.

Die Linsenflächen Nr. 1 bis 3 bilden die negative erste Linsengruppe 10, die Linsenflächen Nr. 4 bis 8 bilden die positive zweite Linsengruppe 20, und die Linsenflächen Nr. 9 bis 12 bilden die negative dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 enthält ein positives Linsenelement und ein mit diesem verkitte tes negatives Linsenelement, wobei die am weitesten objektseitig angeordnete Fläche eine konkave Fläche ist. Die zweite Linsengruppe 20 enthält miteinander verkittete Linsenelemente, von denen eines ein positives Linsenelement und eines ein negatives Linsenelement ist, in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet, und ein positives Linsenelement. Die dritte Linsengruppe 30 enthält ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement, in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet. Die Blende S ist 1,0 mm hinter der zweiten Linsengruppe 20 angeordnet (Linsenfläche Nr. 8).

Tabelle 1

Asphären-Flächendaten (die nicht aufgeführten Asphären-Flächenkoeffizienten sind Null (0,00)):

Ausführungsbeispiel 2

Die Fig. 9 bis 12 zeigen das Variolinsensystem gemäß zweitem Ausführungsbei spiel. Dieses Ausführungsbeispiel wird auf das Variolinsensystem mit den in Fig. 19 gezeigten Linsengruppen-Verstellwegen angewendet. Fig. 9 zeigt die Linsen anordnung des Variolinsensystems. Die Fig. 10A bis 10D, die Fig. 11A bis 11D und die Fig. 12A bis 12D zeigen Aberrationen, die in den Linsenanordnungen bei der Einstellung kürzester Brennweite, bei der Zwischenbrennweite (f = 70,0) bzw. bei der Einstellung längster Brennweite auftreten. Tabelle 2 zeigt die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels. Die grundlegende Linsenanordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist 1,0 mm hinter der zweiten Linsengruppe 20 angeordnet (Linsenfläche Nr. 8).

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Die Fig. 13 bis 16 zeigen das Variolinsensystem gemäß drittem Ausführungsbei spiel. Dieses Ausführungsbeispiel wird für das Variolinsensystem mit den in Fig. 19 gezeigten Linsengruppen-Verstellwegen angewendet. Fig. 13 zeigt die Linsen anordnung des Variolinsensystems. Die Fig. 14A bis 14D, die Fig. 15A bis 15D und die Fig. 16A bis 16D zeigen Aberrationen der Linsenanordnung bei der Ein stellung kürzester Brennweite, bei der Zwischenbrennweite (f = 70.0) und bei der Einstellung längster Brennweite. Tabelle 3 zeigt die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels. Die grundlegende Linsenanordnung ist die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist 1,0 mm hinter der zwei ten Linsengruppe 20 angeordnet (Linsenfläche Nr. 8).

Tabelle 3

Tabelle 4 zeigt für jedes Ausführungsbeispiel die numerischen Werte jeder Bedin gung.

Tabelle 4

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erfüllen die numerischen Daten jedes des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels die Bedingungen (1) bis (9). Wie aus den Aberra tionsdiagrammen ersichtlich ist, sind ferner die verschiedenen Aberrationen bei jeder Brennweite ausreichend korrigiert.

Nach obiger Beschreibung kann ein Drei-Linsengruppen-Variolinsensystem für eine Kompaktkamera angegeben werden, das ein hohes Brennweitenverhältnis von 4,0 oder mehr erreicht.

Claims

1. Variolinsensystem mit einer negativen ersten Linsengruppe, einer positiven zweiten Linsengruppe und einer negativen dritten Linsengruppe, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind,
wobei eine Brennweitenänderung durch Bewegen der ersten bis dritten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse vorgenommen wird,
wobei die erste Linsengruppe ein positives und ein negatives Linsenelement enthält, die miteinander verkittet sind, wobei die am weitesten objektseitig angeordnete Fläche eüne konkave Fläche ist, und
wobei das Variolinsensystem folgende Bedingungen erfüllt:
-1 < r1/fW < 0
1,4 < f1G/f1N < 1,8
worin
r1 den Krümmungsradius der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet,
fW die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet,
f1G die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet, und
f1N die Brennweite des negativen Linsenelementes der verkitteten Lin senelemente bezeichnet.

2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dass folgende Bedingung erfüllt:
8 < νn-νp
worin
νn die Abbe-Zahl des negativen Linsenelementes der verkitteten Linsenele mente bezeichnet, und
νp die Abbe-Zahl des positiven Linsenelementes der verkitteten Linsenele mente bezeichnet.

3. Variolinsensystem nach Anspruch 1, das folgende Bedingung erfüllt:
-5 < fT/f1G < -3,5
worin
fT die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite bezeichnet.

4. Variolinsensystem nach Anspruch 1, das folgende Bedingung erfüllt:
0,03 < (d12W-d12T)/fW < 0,10
worin
d12W den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet, und
d12T den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Lin sengruppe bei der Einstellung längster Brennweite bezeichnet.

5. Variolinsensystem nach Anspruch 1, das die folgende Bedingung erfüllt:
0,6 < y/fW < 0,9
worin
y die Diagonalbildhöhe auf einer Filmfläche bezeichnet.

6. Variolinsensystem nach Anspruch 1, das die folgende Bedingung erfüllt:
3,5 < fT/fW

7. Variolinsensystem nach Anspruch 1, wobei die positive zweite Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche enthält und die asphärische Fläche die folgende Bedingung erfüllt:
-30 < ΔIASP < -10
worin
ΔIASP den durch die asphärische Fläche verursachten Änderungsbetrag des Koeffizienten der asphärischen Aberration bezeichnet, unter der Bedingung, dass die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite auf 1,0 umgerechnet ist.

8. Variolinsensystem nach Anspruch 1, wobei die negative drille Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche enthält und diese asphärische Fläche folgende Bedingung erfüllt:
0 < ΔVASP < 0,4
worin
ΔVASP den durch die asphärische Fläche verursachten Änderungsbetrag des Verzeichnungskoeffizienten bezeichnet, unter der Voraussetzung, dass die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürze ster Brennweite auf 1,0 umgerechnet ist.