DE19548478A1

DE19548478A1 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE19548478A1
Application number: DE19548478A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1996-06-27
Also published as: GB9526227D0; JPH08227038A; US5751498A; GB2296340B; GB2296340A

Description

Die Erfindung betrifft ein kleines Varioobjektiv hoher Lei stung mit zwei Linsengruppen, das sich für eine Kompaktkamera eignet, deren Bildweite kürzer als die einer einäugigen Spie gelreflexkamera ist.

Es gibt zwei Arten von Varioobjektiven für eine Kompaktka mera, d. h. ein Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen und ein Varioobjektiv mit mehr Linsengruppen. Das Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen besteht aus einer positiven ersten Linsen gruppe und einer negativen zweiten Linsengruppe, von der Ob jektseite her gesehen. Das andere Varioobjektiv hat drei oder mehr Linsengruppen, und zwar von der Objektseite her gesehen eine positive erste Linsengruppe, eine positive zweite Lin sengruppe und eine negative dritte Linsengruppe oder eine ne gative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine negative dritte Linsengruppe. Diese Arten von Lin sengruppen haben aber mehrere Probleme: Wenn bei dem Varioob jektiv mit zwei Linsengruppen das Varioverhältnis zunimmt, ist die Korrektion von Aberrationen (insbesondere chromati scher Aberration) schwierig, und bei einem Varioobjektiv mit mehr Linsengruppen ist die Konstruktion kompliziert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kleines Varioob jektiv mit zwei Linsengruppen und hoher Leistung anzugeben, das ein hohes Varioverhältnis hat.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit der Erfindung läßt sich ein kleines Varioobjektiv hoher Leistung mit einer variablen Brechkraft von mehr als 2,5 rea lisieren, das aus zwei Linsengruppen besteht. Bei diesem Ob jektiv können die Aberrationen wirksam korrigiert werden.

Die zweite Linsengruppe des Objektivs kann aus einem positi ven ersten Linsenelement mit einer bildseitigen konvexen Flä che und einem negativen zweiten Linsenelement mit einer ob jektseitigen konkaven Fläche, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen, bestehen, wobei die zweite Linsen gruppe die Formel

ν_2-1 < 35

für die Abbezahl des positiven ersten Linsenelements der zweiten Linsengruppe an der d-Linie erfüllt.

Alternativ kann die zweite Linsengruppe ferner auf der Bild seite des zweiten negativen Linsenelements ein positives drittes Linsenelement mit einer bildseitigen konvexen Fläche enthalten, wobei die zweite Linsengruppe zusätzlich die For mel

n_2-3 < 35

für die Abbezahl des positiven dritten Linsenelements der zweiten Linsengruppe an der d-Linie erfüllt.

Wenn das Varioverhältnis über 2,8 liegt, erfüllt das Varioob jektiv vorzugsweise die Formel

4,0 < f_L/f₁ < 5,0

bei der Brennweitenänderung, wobei der Abstand zwischen den Linsenelementen der zweiten Linsengruppe erhalten bleibt.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Varioobjek tivs als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 1 bei der Weitwinkel-Grenzstel lung,

Fig. 3 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 1 bei einer Zwischenstellung,

Fig. 4 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 1 in der Tele-Grenzstellung,

Fig. 5 die schematische Darstellung eines Varioobjek tivs als zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 5 bei der Weitwinkel-Grenzstel lung,

Fig. 7 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 5 in einer Zwischenstellung,

Fig. 8 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 5 in der Tele-Grenzstellung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Varioobjek tivs als drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 9 in der Weitwinkel-Grenzstel lung,

Fig. 11 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 9 in einer Zwischenstellung,

Fig. 12 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 10 in der Tele-Grenzstellung,

Fig. 13 die schematische Darstellung eines Varioobjek tivs als viertes Ausführungsbeispiel,

Fig. 14 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 13 in der Weitwinkel-Grenzstel lung,

Fig. 15 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 13 in einer Zwischenstellung,

Fig. 16 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 13 in der Tele-Grenzstellung,

Fig. 17 die schematische Darstellung eines Varioobjek tivs als fünftes Ausführungsbeispiel,

Fig. 18 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 17 in der Weitwinkel-Grenzstel lung,

Fig. 19 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 17 in einer Zwischenstellung, und

Fig. 20 die Diagramme der Aberrationen des Varioobjek tivs nach Fig. 17 in der Tele-Grenzstellung.

Um ein Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen, und zwar von der Objektseite mit einer positiven ersten Linsengruppe und einer negativen zweiten Linsengruppe zu miniaturisieren, muß die Brechkraft der beiden Linsengruppen erhöht werden. Die Formel (1) in Anspruch 1 spezifiziert die Brechkraft der ersten Lin sengruppe, jedoch indirekt auch die laterale Vergrößerung der zweiten Linsengruppe. Wenn nämlich die Brechkraft der ersten Linsengruppe zunimmt, neigt auch die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zur Zunahme. Wenn das Verhältnis f_L/f₁ der For mel (1) unter dem Minimalwert 3,5 liegt, ist die Vergröße rungsänderung groß, und die Bewegung der Linsengruppen wird lang, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs zuwider läuft. Wenn umgekehrt der Wert des Verhältnisses über dem in der Formel (1) definierten oberen Grenzwert liegt, wird eine Korrektion der Aberrationen schwierig, obwohl das Varioobjek tiv klein ist. In fast allen bisherigen Varioobjektiven mit zwei Linsengruppen liegt der Wert des Verhältnisses unter dem in der Formel (1) definierten unteren Grenzwert.

Übersteigt das Varioverhältnis den Wert 2,8, so wird das Ver hältnis f_L/f₁ vorzugsweise so eingestellt, daß der durch die Formel (1′) in Anspruch 5 definierte Zusammenhang erreicht wird, um die Bewegungslänge der Linsengruppen zu begrenzen und ein kleines Varioobjektiv zu realisieren.

Die Formeln (2) und (4) in Anspruch 1 besagen, daß die beiden negativen Linsenelemente der ersten Linsengruppe aus einem Material mit hohem Brechungsindex bestehen. Da bei einem Va rioobjektiv nach der Erfindung die erste Linsengruppe eine positive Brechkraft hat, die so groß ist, daß die Formel (1) erfüllt wird, ist mindestens eine negative Linse in jeder vorderen (ersten) und hinteren (zweiten) Untergruppe 1a und 1b der ersten Linsengruppe vorgesehen, um die Aberrationen effektiv zu korrigieren. Das negative Linsenelement der vor deren Untergruppe 1a eignet sich zur wirksamen Korrektion von Verzerrungen und Astigmatismus, während das negative Linsen element der hinteren Untergruppe 1b zur effektiven Korrektion sphärischer Aberration und der chromatischen Aberration geeignet ist.

Die Brechkraft dieser negativen Linsenelemente nimmt zu, wenn die Objektivlänge insgesamt abnimmt. Deshalb erhält dann die Petzval-Summe einen negativen Wert. Dadurch hat der Astigma tismus der Sagittalstrahlen auf der Seite kurzer Brennweite einen großen positiven Wert. Die Formeln (2) und (4) spezifi zieren die Erfordernisse des Brechungsindex, die die negati ven Linsenelemente erfüllen müssen, um einen zu kleinen (negativen) Wert der Petzval-Summe zu verhindern. Abgesehen von den Kosten ist vorzugsweise mindestens eines der beiden negativen Linsenelemente aus einem Glas mit einem hohen Bre chungsindex hergestellt, das entweder die Formel (2′) oder die Formel (4′) in Anspruch 4 bzw. Anspruch 8 erfüllt.

Die negativen Linsenelemente mit hohem Brechungsindex beste hen vorzugsweise aus Materialien mit einer Abbezahl, die größer als die unteren Grenzwerte in den Formeln (3) und (5) des Anspruchs 1 ist. Sind die Abbezahlen größer als die obe ren Grenzwerte der Formeln (3) und (5), so kann die chromati sche Aberration der ersten Linsengruppe nicht zufriedenstel lend korrigiert werden.

Da bei der Erfindung die erste Linsengruppe eine hohe, in der Formel (1) definierte Brechkraft hat, um ein kompaktes Va rioobjektiv mit hohem Varioverhältnis zu realisieren, kann keine wirksame Aberrationskorrektion für kurze Brennweiten ausgeführt werden und tritt eine Überkorrektion bei langen Brennweiten auf, wenn die negativen Linsenelemente der ersten Linsengruppe aus einem Material mit hoher Brechqualität und mit einer Abbezahl unter dem unteren Grenzwert der Formel (3) oder (5) bestehen. Unter den Bedingungen der Formel (1) kann die chromatische Aberration wirksam korrigiert werden, wenn die negativen Linsenelemente aus einem Material mit einer mittleren Abbezahl bestehen, die größer als die unteren Grenzwerte, jedoch kleiner als die oberen Grenzwerte der For meln (3) und (5) ist.

Die Formeln (6) und (7) in Anspruch (2) und (3) beziehen sich auf das Material der Linsenelemente, die zu der zweiten Lin sengruppe mit negativer Brennweite zur Korrektur chromati scher Aberration gehören. Wie oben ausgeführt, kann die zwei te Linsengruppe folgende Einheiten enthalten:

(1) ein positives erstes Linsenelement mit einer konvexen bildseitigen Fläche und ein negatives zweites Linsen element fit einer konkaven objektseitigen Fläche, von der Objektseite her gesehen, oder
(2) ein positives erstes Linsenelement mit einer bildseitigen konvexen Fläche und ein negatives zweites Linsenelement mit einer objektseitigen konkaven Fläche sowie ein po sitives drittes Linsenelement mit einer bildseitigen kon vexen Fläche, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen.

Bei der Alternative (1) besteht die positive Linse der zwei ten Linsengruppe auf der Objektseite vorzugsweise aus einem Material mit höherer Brechqualität, das die Anforderung der Formel (6) erfüllt, um die chromatische Aberration in der ne gativen zweiten Linsengruppe zu korrigieren. Ist die Abbezahl größer als der obere Grenzwert der Formel (6), so kann für die zweite Linsengruppe die chromatische Aberration nicht ausreichend korrigiert werden.

Bei der Alternative (2) machen es die positiven Linsenelemen te in der zweiten Linsengruppe auf der Objekt- und der Bild seite möglich, die chromatische Aberration ohne übermäßige Zunahme der Brechkraft eines jeden positiven Linsenelements zu korrigieren. Die beiden positiven Linsenelemente bestehen vorzugsweise aus einem Material, dessen Brechkraft die For meln (6) und (7) erfüllt.

Der Grund dafür, daß die zweite Linsengruppe die beiden Lin senelemente der Alternative (1) oder die drei Linsenelemente der Alternative (2) enthält, liegt darin, daß nicht nur der Astigmatismus und die Verzerrung leicht zu korrigieren sind, sondern auch ein kleiner Fehlereinfluß zu realisieren ist, z. B. durch Positionsunterschiede oder Neigung von Linsenflä chen usw., die bei der Herstellung oder Montage durch die Kombination der zu der Blende (hinter der ersten Linsen gruppe) konzentrischen Linsenflächen auftreten.

Fünf numerische Beispiele eines Varioobjektivs werden im fol genden beschrieben. Darin ist die Blende S hinter der ersten Linsengruppe angeordnet und gemeinsam mit dieser bewegbar.

In den folgenden Beispielen ist das Varioverhältnis größer als 2,5.

1. Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Varioob jektivs, bei dem die erste Linsengruppe 11 aus einer ersten Untergruppe 11a und einer zweiten Untergruppe 11b, von der Objektseite her gesehen, besteht. Die zweite Linsengruppe 12 besteht aus drei Linsenelementen mit einem positiven ersten Linsenelement 12-1 mit bildseitiger konvexer Fläche, einem negativen zweiten Linsenelement 12-2 mit objektseitiger kon kaver Fläche und einem positiven dritten Linsenelement 12-3 mit bildseitiger konvexer Fläche, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen. Das negative zweite Linsenele ment 12-2 und das positive dritte Linsenelement 12-3 sind miteinander verkittet. In dem ersten Ausführungsbeispiel hat die erste Untergruppe 11a eine negative Brennweite, und die zweite Untergruppe 11b hat eine positive Brennweite.

Numerische Daten des Varioobjektivs sind in Tabelle 1 enthal ten, und die Aberrationen bei Weitwinkel-Grenzstellung, einer Zwischenstellung und bei Tele-Grenzstellung sind in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. In den Figuren ist SA die sphärische Aber ration, SC die Sinusbedingung, d-Linie, g-Linie und C-Linie die chromatischen Aberrationen, repräsentiert durch die sphä rischen Aberrationen und die laterale′ chromatische Aberration bei der jeweiligen Wellenlänge, S die Sagittalstrahlen und M die Meridionalstrahlen.

In den folgenden Tabellen und Figuren ist F_NO die F-Zahl, f die Brennweite, ω der halbe Öffnungswinkel, f_B die hintere Bildweite, Z das Varioverhältnis, r der Krümmungsradius, d die Linsendicke oder der Abstand zwischen den Linsen, Nd der Brechungsindex an der d-Linie und νd die Abbezahl an der d- Linie.

Tabelle 1

Die Form der asphärischen Fläche kann allgemein folgender maßen ausgedrückt werden:

x=Ch²/{1+[1-(1+K)C²h²]^1/2}+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁶+ . . .

Darin sind h die Höhe über der Achse, x der Abstand zu einer Tangentialebene an einem asphärischen Scheitel, C die Krüm mung des asphärischen Scheitels (1/r), K eine Konizitätskon stante, A4 der asphärische Faktor vierter Ordnung, A6 der as phärische Faktor sechster Ordnung, A8 der asphärische Faktor achter Ordnung.

2. Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Varioob jektivs, dessen Grundkonstruktion der ersten Linsengruppe 11 mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 übereinstimmt, wobei aber die zweite Linsengruppe 12 aus zwei Linsenelementen mit einem positiven ersten Linsenelement 12-1 mit bildseitiger konvexer Fläche und einem negativen zweiten Linsenelement 12-2 mit objektseitiger konkaver Fläche be steht, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her ge sehen angeordnet sind.

Numerische Daten dieses zweiten Ausführungsbeispiels enthält die Tabelle 2, und die Aberrationen bei Weitwinkel-Grenzstel lung, einer Zwischenstellung und bei Tele-Grenzstellung sind in Fig. 6, 7 und 8 dargestellt.

Tabelle 2

3. Ausführungsbeispiel

Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Varioob jektivs, bei dem die grundsätzliche Linsenanordnung mit derjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 übereinstimmt.

Numerische Daten des Varioobjektivs enthält die Tabelle 3, und die Aberrationen bei Weitwinkel-Grenzstellung, einer Zwischenstellung und der Tele-Grenzstellung sind in Fig. 10, 11 und 12 dargestellt.

Tabelle 3

4. Ausführungsbeispiel

Fig. 13 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Varioob jektivs nach der Erfindung, bei dem die grundsätzliche Lin senanordnung mit derjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 übereinstimmt.

Numerische Daten des Varioobjektivs enthält die Tabelle 4, und die Aberrationen bei Weitwinkel-Grenzstellung, einer Zwi schenstellung und der Tele-Grenzstellung sind in Fig. 14, 15 und 16 dargestellt.

Tabelle 4

5. Ausführungsbeispiel

Fig. 17 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Varioob jektivs, bei dem die grundsätzliche Linsenanordnung mit der jenigen des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 über einstimmt.

Numerische Daten des Varioobjektivs enthält die Tabelle 5, und die Aberrationen bei Weitwinkel-Grenzstellung, einer Zwi schenstellung und bei Tele-Grenzstellung sind in Fig. 18, 19 und 20 dargestellt.

Tabelle 5

Die folgende Tabelle 6 zeigt numerische Daten der Formeln (1) bis (7) für die fünf Ausführungsbeispiele.

Tabelle 6

Wie aus Tabelle 6 hervorgeht, erfüllen die numerischen Werte der fünf Ausführungsbeispiele die Formeln (1) bis (6) (und (7)). Ferner können die Aberrationen wirksam korrigiert wer den.

Claims

1. Varioobjektiv mit einer objektseitigen ersten Linsen gruppe positiver Brennweite und einer bildseitigen zwei ten Linsengruppe negativer Brennweite, bei dem die Brennweitenänderung durch Änderung des Abstandes zwischen den beiden Linsengruppen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe, von der Objektseite her gese hen, aus einer ersten Untergruppe und einer zweiten Un tergruppe besteht, daß die erste Untergruppe und die zweite Untergruppe jeweils mindestens ein negatives Lin senelement enthalten, und daß die folgenden Formeln (1) bis (5) erfüllt sind: 3,5 < f_L/f₁ < 5,0 (1)1,77 < N_1aN (2)35 < ν_1aN < 50 (3)1,77 < N_1bN (4)35 < ν_1bN < 50 (5)worin f_L die Brennweite des gesamten Objektivs bei Tele- Grenzstellung ist,
f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe ist,
N_1aN der Brechungsindex des negativen Linsenelements der ersten Untergruppe an der d-Linie ist,
ν_1aN die Abbezahl des negativen Linsenelements der ersten Untergruppe ist,
N_1bN der Brechungsindex des negativen Linsenelements der zweiten Untergruppe an der d-Linie ist,
ν_1bN die Abbezahl des negativen Linsenelements der zwei ten Untergruppe ist.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe aus einem positiven ersten Linsenelement mit bildseitiger konvexer Fläche und einem negativen zweiten Element mit objektseitiger konkaver Fläche besteht, die in dieser Reihenfolge von der Objekt seite her gesehen angeordnet sind, wobei die zweite Lin sengruppe die folgende Formel (6) erfüllt: ν_2-1 < 35 (6)worin ν_2-1 die Abbezahl des positiven ersten Linsenele ments der zweiten Linsengruppe an der d-Linie ist.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zweite Linsengruppe aus einem positiven ersten Linsenelement mit bildseitiger konvexer Fläche, einem negativen zweiten Linsenelement mit objektseitiger konkaver Fläche und einem positiven dritten Linsenelement mit bildseitiger konvexer Fläche besteht, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen angeordnet sind, wobei die zweite Linsengruppe die folgenden Formeln (6) und (7) erfüllt: ν_2-1 < 35 (6)ν_2-3 < 35 (7)worin ν_2-1 die Abbezahl des positiven ersten Linsenele ments der zweiten Linsengruppe an der d-Linie und ν_2-3 die Abbezahl des bildseitigen positiven dritten Linsen elements der zweiten Linsengruppe an der d-Linie ist.

4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Formel (2′) er füllt ist: 1,81 < N_1aN (2′)

5. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Varioverhältnis über 2,8 liegt, und daß die folgende Formel (1′) erfüllt ist: 4,0 < f_L/f₁ < 5,0 (1′)

6. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Untergruppe eine negative Brennweite und die zweite Untergruppe eine posi tive Brennweite hat.

7. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das negative zweite Linsenelement und das positive dritte Linsenelement miteinander verkittet sind.

8. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner die folgende Formel (4′) erfüllt: 1,81 < N_1bN (4′)