DE10103516A1

DE10103516A1 - Variolinsensystem und Objektivtubus hierfür

Info

Publication number: DE10103516A1
Application number: DE10103516A
Authority: DE
Inventors: Shuji Yoneyama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2001-08-02
Also published as: US6487023B2; JP2001208971A; US20010015856A1; JP3641406B2

Abstract

Ein Varioobjekt enthält eine positive erste Linsengruppe (10), eine negative zweite Linsengruppe (20), eine positive dritte Linsengruppe (30) und eine positive vierte Linsengruppe (40). Zur Brennweitenänderung werden alle Linsengruppen (10 bis 40) auf das Objekt zubewegt. Eine der Linsengruppen (20, 30, 40), die nicht die erste Linsengruppe (10) ist, ist als Fokussierlinsengruppe ausgebildet. Das verhältnis K der Verstellstrecke der ersten Linsengruppe (10) zur Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe (20) ist über den gesamten Brennweitenbereich konstant gehalten. Das Varioobjekt erfüllt folgende Bedingung DOLLAR A 0,16 < K < 0,50 (1) DOLLAR A worin DOLLAR A K = DELTAX2/DELTAX1 gilt, und DOLLAR A DELTAX1 die Verstellstrecke der ersten Linsengruppe (10) ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite und DOLLAR A DELTAX2 die Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe (20) ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite bezeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv mit vier Linsengruppen sowie einen Objek tivtubus hierfür.

Aus dem Stand der Technik ist ein sogenanntes nicht-lineares Varioobjektiv mit vier Linsengruppen bekannt, in dem die Verhältnisse der Verstellstrecken unter den Linsengruppen in dem von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite reichenden Brennweitenbereich variiert werden. Ein aus vier Linsengruppen bestehendes Varioobjektiv dieses Typs ist im Hinblick auf seine Verkleinerung und die Beibehaltung von Freiheitsgraden zur Korrektion von Aberrationen vorteilhaft, da sich jede der vier Linsengruppen unbeeinflusst von der Bewegung der anderen Linsengruppen bewegt. Solche nicht-linearen Varioobjektive mit vier Linsengruppen sind beispielsweise in dem US-Patent 5,699,198 und in der Japanischen Patentveröffentlichung Hei-8-248319 beschrie ben. Jedes dieser Varioobjektive hat, vom Objekt her betrachtet, eine positive Linsengruppe, eine negative Linsengruppe, eine positive Linsengruppe und eine positive Linsengruppe. Beim Zoomvorgang, d. h. bei der Brennweitenänderung bewegt sich jede Linsengruppe unabhängig von den anderen Linsengruppen, d. h. die vier Linsengruppen bewegen sich nicht-linear, wodurch die Aberrationen für den gesamten Brennweitenbereich angemessen korrigiert werden und eine Ver kleinerung des Linsensystems möglich ist. Für die nicht-lineare Bewegung einer jeden Linsengruppe ist jedoch ein Nockenmechanismus erforderlich. Selbst wenn eine der vier Linsengruppen linear bewegt wird, ist noch für die anderen drei Linsengruppen ein solcher Nockenmechanismus erforderlich.

Ein solcher Nockenmechanismus ist so aufgebaut, dass sich Nockenstößel in Nockennuten bewegen. Die Nockenstößel kommen dabei in Punktkontakt mit den Nockennuten. Der Nockenmechanismus neigt deshalb dazu, sich in Folge der bei seiner Betätigung auftretenden Erschütterung zu deformieren. Bei einer solchen Deformation einer Nockennut und/oder eines Nockenstößels ist jedoch eine gleichmäßige und glatte Bewegung des Nockenmechanismus nicht mehr möglich, und die Linsengruppe verschiebt sich in Abhängigkeit der Größe dieser Deforma tion in ihrer Position. Ein Scharfstellzustand kann so nicht erreicht werden. Da in einem herkömmlichen nicht-linearen Varioobjektiv mit vier Linsengruppen zumin dest drei Nockenmechanismen erforderlich sind, wird der zur Brennweitenände rung bestimmte Mechanismus zwangsläufig kompliziert, so dass ein hochgenauer Betrieb des Varioobjektivs schwierig wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Varioobjektiv mit vier Linsengruppen anzugeben, dessen zur Brennweitenänderung bestimmter Mechanismus einfacher als bisher aufgebaut ist und das mit hoher Genauigkeit arbeitet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Varioobjektiv (Variolinsensystem) mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Varioobjektivs sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.

Wird das Verhältnis der Verstellstrecke der ersten Linsengruppe zur Verstellstrec ke der zweiten Linsengruppe konstant gehalten, so kann der Zoommechanismus, d. h. der zur Brennweitenänderung bestimmte Mechanismus, vereinfacht und die Genauigkeit, mit der das Varioobjektiv arbeitet, erhöht werden. Beispielsweise können die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe von einem Schrau benmechanismus angetrieben werden. Außerdem kann die zweite Linsengruppe als Fokussierlinsengruppe ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Objektivtubus mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen dieses Objektivtubus sind in den Ansprüchen 11 bis 13 angegeben.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Objektivtubus ist ein linearer Verstellme chanismus vorgesehen, um die erste und die zweite Fassung bezüglich einer ortsfesten Fassung entlang der optischen Achse zu bewegen. In diesem Fall wird ein Schraubenmechanismus eingesetzt. Der Schraubenmechanismus enthält einen einzelnen Antriebsring, an dessen Außenfläche und an dessen Innenfläche jeweils ein Helikoid (Schraubenlinie) ausgebildet ist, sowie ein an der ersten Fassung ausgebildetes Helikoid (Schraubenlinie) und ein an der zweiten Fassung ausgebildetes Helikoid (Schraubenlinie), die jeweils einem der an dem Antriebs ring ausgebildeten Helikoide zugeordnet sind, so dass durch die Drehung des Antriebsrings die erste und die zweite Fassung längs der optischen Achse vor- und zurückbewegbar sind.

An Stelle des eben erläuterten Schraubenmechanismus, in dem das außenflächi ge Helikoid des Antriebsrings direkt mit dem Helikoid der ersten Fassung und das innenseitige Helikoid des Antriebsrings direkt mit dem Helikoid der zweiten Fas sung in Eingriff steht, kann ein anders gestalteter Schraubenmechanismus einge setzt werden, z. B. ein Schraubenmechanismus, bei dem (i) das innenflächige Helikoid des Antriebsrings in Eingriff mit einer ortsfesten Fassung steht, (ii) der Antriebsring und die zweite Fassung relativ zueinander drehbar und gemeinsam längs der optischen Achse bewegbar sind und (iii) das außenflächige Helikoid des Antriebsrings in Eingriff mit der ersten Fassung steht. Sind für diese Ausgestal tung das außenflächige und das innenflächige Helikoid des Antriebsrings gleich gerichtet, so kann die Verstellstrecke der ersten Fassung verlängert werden.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die dritte Linsengruppe und die vierte Linsen gruppe bezüglich der ersten und der zweiten Linsengruppe, die mit dem oben erläuterten linearen Verstellmechanismus bewegt werden können, nicht-linear zu verstellen. Beispielsweise können die dritte und die vierte Linsengruppe so aus gebildet sein, dass sie sich nicht-linear entlang Nockennuten bewegen, die an dem Antriebsring selbst oder an einem zylindrischen Körper ausgebildet sind, der sich zusammen mit dem Antriebsring dreht, während die dritte und die vierte Linsengruppe linear entlang der optischen Achse bewegt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfin dungsgemäßen Varioobjektivs bei der Einstellung kürzester Brenn weite,

Fig. 2A, 2B, 2C, 2D und 2E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels des Varioob jektivs bei Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C, 4D und 4E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels des Varioob jektivs bei Einstellung längster Brennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C, 6D und 6E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 die Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfin dungsgemäßen Varioobjektivs bei der Einstellung kürzester Brenn weite,

Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 7,

Fig. 9 die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels des Va rioobjektivs bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 9,

Fig. 11 die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels des Va rioobjektivs bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 12A, 128, 12C, 12D und 12E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 11,

Fig. 13 die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfin dungsgemäßen Varioobjektivs bei der Einstellung kürzester Brenn weite,

Fig. 14A, 14B, 14C, 14D und 14E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 13,

Fig. 15 die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels des Varioob jektivs bei Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C, 16D und 16E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 15,

Fig. 17 die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels des Varioob jektivs bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 18A, 18B, 18C, 18D und 18E die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 17,

Fig. 19 die bei dem erfindungsgemäßen Varioabjektiv vorgesehenen Ver stellwege der Linsengruppen, und

Fig. 20 eine geteilte Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Objektivtubus.

Ein in Fig. 19 gezeigtes Varioobjektiv hat, vom Objekt her betrachtet, eine positive erste Linsengruppe 10, eine negative zweite Linsengruppe 20, eine positive dritte Linsengruppe 30 und eine positive vierte Linsengruppe 40. Bei der Brennwei tenänderung von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite werden alle Linsengruppen 10 bis 40 so auf das Objekt zu bewegt, dass der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsen gruppe 20 größer, der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 kleiner und der Abstand zwischen der dritten Linsengrup pe 30 und der vierten Linsengruppe 40 kleiner wird. In dem Varioobjektiv sind die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 so bewegbar, dass das Verhältnis der Verstellstrecke der ersten Linsengruppe 10 zur Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe 20 über den gesamten Brennweitenbereich, der durch die Einstellung kürzester Brennweite und die Einstellung längster Brennweite be grenzt ist, konstant ist. Die zweite Linsengruppe 20 ist zur Scharfeinstellung bewegbar. Eine zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsen gruppe 30 angeordnete Blende S bewegt sich zusammen mit der dritten Linsen gruppe 30.

Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 gibt das Verhältnis der bei der Brennwei tenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite zur Einstellung längster Brennweite auftretenden Verstellstrecke der ersten Linsengruppe 10 zu der der zweiten Linsengruppe 20 an.

Unterschreitet K, d. h. ΔX2/ΔX1, die untere Grenze der Bedingung (1), so wird die Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe 20 zu kurz. Bei der Einstellung kürzester Brennweite muss dann die zweite Linsengruppe 20 näher an dem Objekt positio niert werden, da keine Notwendigkeit dafür besteht, Bewegungsspielraum für eine der Aufrechterhaltung der Scharfstellposition dienende Bewegung der dritten Linsengruppe bereitzustellen. Eine Verkleinerung ist so bei der Einstellung kürze ster Brennweite nicht möglich.

Übersteigt K, d. h. ΔX2/ΔX1, die obere Grenze der Bedingung (1), so wird die Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe 20 zu fang und der erforderliche Ab stand zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 kann so nicht eingehalten werden, wodurch das Zoom- oder Brennweitenverhält nis klein wird. Wird der Versuch unternommen, das Brennweitenverhältnis durch Verringern dieses Abstandes zu erhöhen, so wird die Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass dort starke Aberrationen auftreten. Die in dem gesamten Varioobjektiv auftretenden Aberrationsschwankungen können infolge dessen nicht klein gehalten werden.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 3 gibt die Verstellstrecke der ersten Linsen gruppe 10 an. Sind sowohl Bedingung (2) als auch Bedingung (1) erfüllt, so ist ein geeigneter Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Lin sengruppe 20 sichergestellt, was ein hohes Brennweitenverhältnis ermöglicht. Im Ergebnis kann so die Gesamtlänge des Varioobjektivs bei der Einstellung kürze ster Brennweite verringert werden. Insbesondere kann das Brennweitenverhältnis auf mehr als 3 eingestellt werden.

Wird die Verstellstrecke der ersten Linsengruppe 10 so kurz, dass ΔX1/fs die untere Grenze der Bedingung (2) unterschreitet, was andererseits bedeutet, dass K, d. h. X2/ΔX1, die obere Grenze der Bedingung (1) übersteigt, so kann der geeignete Abstand zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsen gruppe 20 nicht sichergestellt werden. Infolgedessen ist ein hohes Brennweiten verhältnis nicht erreichbar. Wird andererseits der Versuch unternommen, das Brennweitenverhältnis durch Erhöhen der Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 zu vergrößern, so nehmen die in dem gesamten Varioobjektiv auftretenden Aber rationen zu.

Wird die Verstellstrecke der ersten Linsengruppe 10 so lang, dass ΔX1/fs die obere Grenze der Bedingung (2) überschreitet, so kann zwar die Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 für die Brennweitenänderung schwach gehalten werden, was im Hinblick auf die Korrektion der Aberrationen von Vorteil ist. Die Längenän derung des Varioobjektivs wird jedoch so groß, dass die Ausbildung des Objek tivtubus Schwierigkeiten bereitet. Sind in dem Objektivtubus die zum Halten der Linsengruppen bestimmten Fassungen koaxial derart angeordnet, dass jede Fassung gegenüber den anderen Fassungen vor- und zurückbewegt werden kann, sind zwar ausreichende Verstellstrecken für die Linsengruppen sicherge stellt. Da jedoch für jede Fassung ein bestimmter Freiraum vorhanden sein muss, nimmt zwangsläufig die Dezentrierung zu.

Die Bedingung (3) des Anspruchs 4 gibt die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 an. Die Bedingungen (1), (2) und (3) geben die Anforderungen an die Ausbil dung des Varioobjektivs an. Im Hinblick auf die Brechkraft der ersten Linsengrup pe 10 ist darauf hinzuweisen, dass eine Verkleinerung des Objektivs durch Ver größern der Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 sowie durch Vergrößern der Abbildungsmaßstäbe der zweiten und nachfolgenden Linsengruppen möglich ist, da durch diese optischen Ausgestaltungen die Verstellstrecke der ersten Linsen gruppe 10 verringert werden kann.

Wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 so stark, dass fs/f1 die obere Grenze der Bedingung (3) übersteigt, so ist die sphärische Aberration insbesonde re bei der Einstellung kürzester Brennweite unterkorrigiert. Sind die Abbildungs maßstäbe der zweiten und der nachfolgenden Linsengruppen groß, so treten starke Aberrationen auf, deren Korrektion schwierig ist.

Wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 so schwach, dass fs/f1 die untere Grenze der Bedingung (3) unterschreitet, so muss die für die Brennweitenände rung erforderliche Verstellstrecke der ersten Linsengruppe 10 vergrößert werden, was zu Schwierigkeiten bei der Ausbildung der die Linsengruppen haltenden Fassungen führt.

Die Bedingung (4) des Anspruchs 5 gibt das Brechkraftverhältnis der die positive vierte Linsengruppe bildenden Linsenelemente für den Fall an, dass die vierte Linsengruppe ein bikonvexes positives Linsenelement und ein bikonkaves negati ves Linsenelement enthält. Genauer gesagt, spezifiziert die Bedingung (4) das Verhältnis der Brechkraft des bikonvexen positiven Linsenelementes zu der des bikonkaven negativen Linsenelementes. Ist die Bedingung (4) erfüllt, so kann das Televerhältnis (f/L; f: Brennweite des gesamten Systems; L: Strecke zwischen der ersten Fläche und dem bildseitigen Brennpunkt) bei der Einstellung längster Brennweite groß gehalten und eine Verkleinerung des Varioobjektivs erreicht werden.

Unterschreitet f4p/f4n die untere Grenze der Bedingung (4), so wird die Brechkraft des bikonkaven negativen Linsenelementes zu schwach, wodurch der zweite Hauptpunkt des Varioobjektivs näher an die Bildebene heran bewegt wird. Infol gedessen nimmt das Televerhältnis bei der Einstellung längster Brennweite ab.

Übersteigt f4p/f4n die obere Grenze der Bedingung (4), so wird die Brechkraft des bikonkaven negativen Linsenelementes stark, was im Hinblick auf die Verkleine rung des Varioobjektivs von Vorteil ist, während das Televerhältnis erhöht wird. Da jedoch die vierte Linsengruppe selbst positive Brechkraft hat, wird die Brechkraft des bikonvexen positiven Linsenelementes folglich stark. Es treten deshalb sphä rische Aberrationen höherer Ordnung und starke außeraxiale Koma auf. Da ferner das bikonvexe positive Linsenelement und das bikonkave negative Linsenelement die in ihnen auftretenden Aberrationen wechselseitig ausgleichen, nimmt die Fehlerempfindlichkeit beim Zusammenbau zu.

Die Bedingung (5) des Anspruchs 6 spezifiziert die Ausgestaltung eines der die positive vierte Linsengruppe bildenden Linsenelemente für den Fall, dass die vierte Linsengruppe ein bikonvexes positives Linsenelement und ein bikonkaves negatives Linsenelement enthält. Genauer gesagt, gibt die Bedingung (5) an, dass der Krümmungsradius der objektseitigen Fläche des bikonkaven negativen Lin senelementes größer als der der bildseitigen Fläche ist. Besteht die vierte Linsen gruppe lediglich aus den beiden Linsenelementen, so muss jedes Linsenelement zwangsläufig starke Brechkraft haben. Um die an jeder Fläche dieser beiden Linsenelemente auftretenden Aberrationen zu zerstreuen, ist es von Vorteil, wenn das positive Linsenelement bikonvex und das negative Linsenelement bikonkav ist.

Ist das negative Linsenelement ein negatives Meniskuslinsenelement, dessen auf das Objekt gerichtete konvexe Fläche so ausgebildet ist, dass SF4n die untere Grenze der Bedingung (5) unterschreitet, so sind zwar ein höheres Televerhältnis und eine weitere Verkleinerung möglich. Es tritt jedoch nicht ausreichende positive sphärische Aberration auf, so dass die sphärische Aberration des gesamten Varioobjektivs unterkorrigiert ist. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die objektseiti ge Fläche des negativen Linsenelementes eine asphärische Fläche bildet, bei der die Größe der Asphärizität zum Rand hin zunimmt. Ist jedoch die paraxiale sphäri sche Fläche eine dem Objekt zugewandte konvexe Fläche, so wird die Fläche, wenn die Größe der Asphärizität am Rand zunimmt, dort konkav, was einen Wendepunkt an der Flächenform zur Folge hat. Dies bringt Schwierigkeiten bei der Bearbeitung des Linsenelementes mit sich.

Wird der Krümmungsradius der objektseitigen konvexen Fläche des bikonkaven negativen Linsenelementes so klein, dass SF4n die obere Grenze der Bedingung (5) übersteigt, so wird das Televerhältnis klein, was die Verkleinerung des Linsen systems erschwert.

Die Bedingung (6) des Anspruchs 7 und die Bedingung (7) des Anspruchs 8 geben die Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 bzw. der vierten Linsengruppe 40 an.

Wird die Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 so schwach, dass fs/f3 die untere Grenze der Bedingung (6) unterschreitet, so kann die dritte Linsengruppe 30 ein aus der zweiten Linsengruppe 20 stammendes divergentes Strahlenbündel bei Einstellung kürzester Brennweite nicht stark genug umlenken, wodurch die hintere Schnittweite groß wird. Eine Verkleinerung des Linsensystems ist so nicht mög lich.

Wird die Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 so stark, dass fs/f3 die obere Grenze der Bedingung (6) überschreitet, so wird insbesondere die negative sphä rische Aberration stark, was eine angemessene Korrektion der Aberrationen im gesamten Varioobjektiv schwierig macht.

Wird die Brechkraft der vierten Linsengruppe 40 so schwach, dass fs/f4 die untere Grenze der Bedingung (7) unterschreitet, so wird eine Verkleinerung des Va rioobjektivs schwierig.

Wird dagegen die Brechkraft der vierten Linsengruppe 40 so stark, dass fs/f4 die obere Grenze der Bedingung (7) übersteigt, so ist dies zwar im Hinblick auf eine Verkleinerung von Vorteil, die Aberrationen, insbesondere die Bildfeldwölbung, verschlechtern sich jedoch.

Da in dem Varioobjektiv bei einer Brennweitenveränderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite das Verhältnis der Verstellstrecken von erster und zweiter Linsengruppe 10, 20 stets konstant ist, bewegen sich diese Linsengruppen linear. Der zum Bewegen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 bestimmte Mechanis mus muss deshalb nicht als Nockenmechanismus ausgebildet sein. Statt dessen können er als Schrauben- oder Helikoidmechanismus ausgebildet sein. Gegen über einem Nockenmechanismus hat ein solcher Helikoidmechanismus folgende Vorteile:

a) Die Stärke des Helikoidmechanismus kann in einfacher Weise beibehalten werden, da die Gewindeflanken miteinander in Kontakt kommen.
b) Wird der Helikoidmechanismus im Rahmen einer Massenfertigung unter Verwendung einer Harzmasse geformt, so kann das gefertigte Produkt aus der Form entfernt werden, ohne diese zu spalten.

Bei einem Nockenmechanismus muss dagegen die Form gespalten werden. Die Genauigkeit, mit der das Produkt gefertigt werden kann, nimmt so ab, da sich die Spaltenlinien der Form auf das gefertigte Produkt übertragen.

Sind die Linsengruppen linear bewegbar, so kann ein Nockenmechanismus eingesetzt werden. Der Nockenmechanismus hat jedoch nicht die oben erläuter ten Vorteile (a) und (b).

Der Helikoidmechanismus des Varioobjektivtubus wird im Folgenden erläutert. Fig. 20 zeigt eine geteilte Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Varioobjektivtubus, der das Varioobjektiv trägt. Fig. 20 zeigt in ihrer oberen Hälfte das Varioobjektiv bei der Einstellung kürzester Brennweite und in ihrer unteren Hälfte bei der Einstellung längster Brennweite. Der Objek tivtubus hat eine erste die erste Linsengruppe 10 tragende Fassung 50, einen Antriebsring 60, der an seiner Außenfläche ein Helikoid (Schraubenlinie) 61 und an seiner Innenfläche ein Helikoid (Schraubenlinie) 62 hat, eine feste Fassung 70, die bezüglich der Richtung der optischen Achse und bezüglich der um die opti sche Achse umlaufenden Richtung ortsfest ist, sowie eine zweite Fassung 80, welche die zweite Linsengruppe 20 trägt. Die eben genannten Komponenten sind dabei in dieser Reihenfolge von der Außenseite des Objektivtubus her betrachtet angeordnet. Die Helikoide 61 und 62 erstrecken sich in dieselbe Richtung. Der Antriebsring 60 und die zweite Fassung 80 stehen so in gegenseitigem Eingriff, dass eine Relativdrehung zwischen ihnen und ihre gemeinsame Bewegung längs der optischen Achse möglich sind.

An der Innenfläche der ersten Fassung 50 sind ein Helikoid (Schraubenlinie) 51, das mit dem Helikoid 61 in Schraubeingriff steht, und eine lineare Führungsnut 52 ausgebildet, die sich in Richtung parallel zur optischen Achse erstreckt. In die lineare Führungsnut 52 greift ein an dem Antriebsring 60 ausgebildeter radiale Vorsprung 63 ein. Die feste Fassung 70 hat an ihrer Außenfläche ein Helikoid (Schraubenlinie) 71, die mit dem Helikoid 62 des Antriebsrings 60 in Schraubein griff steht, und an ihrer Innenfläche eine lineare Führungsnut 72, die parallel zur optischen Achse verläuft. An der zweiten Fassung 80 ist ein radialer Vorsprung 81 ausgebildet, der in die lineare Führungsnut 72 eingreift.

Die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 sind so längs der optischen Achse linear geführt. Wird der Antriebsring 60 gedreht, so wird die erste Fassung 50 und damit die erste Linsengruppe 10 entsprechend den beiden mit einander in Schraubeingriff stehenden Helikoiden 61 und 51 in Richtung der optischen Achse bewegt, während der Antriebsring 60 selbst ebenfalls in Richtung der optischen Achse bewegt wird. Ferner wird der Antriebsring 60, d. h. die zweite Fassung 80 und damit die zweite Linsengruppe 20, entsprechend den beiden miteinander in Schraubeingriff stehenden Helikoiden 62 und 71 entlang der opti schen Achse bewegt. Die erste Linsengruppe 10 ist längs der optischen Achse linear um eine Strecke bewegbar, die der Summe der Steigungen (Ganghöhen) der Helikoide 61 und 62 entspricht. Die zweite Linsengruppe 20 bewegt sich linear längs der optischen Achse entsprechend der Steigung (Ganghöhe) des Helikoids 62. Der Drehwinkel des Antriebsrings 60 und die Verstellstrecke der ersten Lin sengruppe 10 bleiben so in einer linearen Beziehung zueinander. Entsprechend bleiben der Drehwinkel des Antriebsrings 60 und die Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe 20 in einer linearen Beziehung zueinander. Die Steigungen (Gang höhen) der Helikoide 61 und 62 sind auf Grundlage des Verhältnisses der Ver stellstrecken der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 fest gelegt. In Fig. 20 ist der einfacheren Darstellung wegen der Fokussiermechanis mus nicht dargestellt. Wird die zweite Linsengruppe 20 als Fokussierlinsengruppe eingesetzt, so trägt die zweite Fassung 80 die zweite Linsengruppe 20 über den Fokussiermechanismus.

In Fig. 20 sind die Zoommechanismen, d. h. die zur Brennweitenänderung be stimmten Mechanismen, für die dritte Linsengruppe 30 und die vierte Linsengrup pe 40 nicht dargestellt. Für diese Linsengruppen können entsprechend ihren Verstellwegen Nockenmechanismen eingesetzt werden. Beispielsweise erhält man vorbestimmte Verstellwege für die dritte und die vierte Linsengruppe 30, 40 mit folgender Anordnung:

a) An einem zusammen mit dem Antriebsring 60 bewegten zylindrischen Körper oder an dem Antriebsring 60 selbst sind Nockennuten ausgebildet.
b) An der dritten und der vierten Linsengruppe 30, 40 sind Nockenstößel, d. h. radiale Vorsprünge ausgebildet, die in die Nockennuten eingreifen.
c) Die dritte und die vierte Linsengruppe 30, 40 sind so ausgebildet, dass sie linear geführt sind.

Dem Fachmann ist ein solcher Nockenmechanismus bekannt.

Im Folgenden werden numerische Daten für die Ausführungsbeispiele angege ben. In den Diagrammen für die Sinusbedingung bezeichnet SA die sphärische Aberration und SC die Sinusbedingung. In den Diagrammen für die durch die sphärische Aberration dargestellte chromatische Aberration (chromatische Längs aberration) geben die durchgezogene Linie sowie die beiden gestrichelten Linien die sphärischen Aberrationen bei der d-, der g- bzw. der C-Linie an. Entsprechend geben in den Diagrammen für die chromatische Queraberration die durchgezoge ne Linie sowie die beiden gestrichelten Linien den Abbildungsmaßstab bei der d-, der g- bzw. der C-Linie an. Die d-Linie fällt allerdings als Basislinie mit der Ordi natenachse zusammen. S bezeichnet das Sagittalbild und M das Meridionalbild.

In den Tabellen bezeichnet F_NO die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten Lin sensystems, W den halben Bildfeldwinkel (°), f_B die bildseitige Schnittweite, r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke oder den Abstand zwischen den Linsenelementen, Nd den Brechungsindex bei der d-Linie und ν die Abbe-Zahl.

Eine zur optischen Achse symmetrische, asphärische Fläche ist wie folgt festge legt:

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

worin
x den Abstand der asphärischen Fläche von der Tanglentialebene an den Scheitel der Linsenfläche,
C die Krümmung (1/R) der asphärischen Fläche im Scheitel,
h die Höhe über der optischen Achse,
K die Kegelschnittkonstante,
A4 den Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung,
A6 den Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung,
A8 den Asphärenkoeffizienten achter Ordnung und
A10 den Asphärenkoeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.

Ausführungsbeispiel 1

In den Fig. 1 bis 6E ist das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Varioobjektivs gezeigt. Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung bei der Einstellung kürze ster Brennweite, Fig. 3 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite. In den Fig. 2A bis 2E, den Fig. 4A bis 4E und den Fig. 6A bis 6E sind die Aberrationen der in den Fig. 1, 3 bzw. 5 dargestellten Linsenanordnungen gezeigt. In Tabelle 1 sind die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels angegeben. Die erste Linsengruppe 10 (Flächen Nr. 1-5) enthält ein aus einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenele ment bestehendes Kittglied sowie ein positives Linsenelement, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Die zweite Linsengruppe 20 (Flächen Nr. 6-13) enthält ein negatives Linsenelement, ein negatives Lin senelement, ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Die dritte Linsen gruppe 30 (Flächen Nr. 14-19) enthält ein positives Linsenelement, ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement, die in der genannten Reihenfol ge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. Die vierte Linsengruppe 40 (Flä chen Nr. 20-23) enthält ein bikonvexes positives Linsenelement und ein bikonka ves negatives Linsenelement. Das Bezugszeichen "asp" an der Fläche Nr. 22 bezeichnet eine asphärische Fläche.

Tabelle 1

Daten der asphärischen Fläche (nicht angegebene Koeffizienten sind Null (0,00)):

Ausführungsbeispiel 2

In den Fig. 7 bis 12E ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Varioobjektivs ge zeigt. Fig. 7 zeigt die Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brennweite, Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Fig. 11 bei der Einstellung längster Brennweite. In den Fig. 8A bis 8E, den Fig. 10A bis 10E und den Fig. 12A bis 12E sind die Aberrationen der in den Fig. 7, 9 bzw. 11 dargestellten Linsenan ordnungen gezeigt. In Tabelle 2 sind die numerischen Daten des zweiten Ausfüh rungsbeispiels angegeben. Die Linsenanordnung ist grundsätzlich die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

In den Fig. 13 bis 18E ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Varioobjektivs ange geben. Fig. 13 zeigt die Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brenn weite, Fig. 15 bei der Einstellung mittlerer Brennweite und Fig. 17 bei der Einstel lung längster Brennweite. In den Fig. 14A bis 14E, den Fig. 16A bis 16E und den Fig. 18A bis 18E sind die Aberrationen der in den Fig. 13, 15 bzw. 17 dargestell ten Linsenanordnungen gezeigt. Tabelle 3 gibt die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels an. Die Linsenanordnung ist grundsätzlich die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die objektseitige asphärische Fläche des bikonkaven negativen Linsenelementes der vierten Linsengruppe 40 ist in einem maschinellen Bearbeitungsprozess gefertigt.

Tabelle 3

Tabelle 4 gibt für jedes Ausführungsbeispiel die numerischen Werte der Bedin gungen an.

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erfüllt jedes Ausführungsbeispiel alle Bedingungen. Wie ferner die verschiedenen Aberrationsdiagramme zeigen, sind in jedem Aus führungsbeispiel die Aberrationen ausreichend korrigiert.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein aus vier Linsen gruppen bestehendes Varioobjektiv bereit, dessen Zoommechanismus einfacher als bisher aufgebaut ist und das mit höherer Genauigkeit arbeitet.

Claims

1. Varioobjektiv mit, von der Objektseite her betrachtet, einer positiven ersten Linsengruppe (10), einer negativen zweiten Linsengruppe (20), einer positi ven dritten Linsengruppe (30) und einer positiven vierten Linsengruppe (40), dadurch gekennzeichnet, dass
zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brenn weite hin zur Einstellung längster Brennweite alle Linsengruppen (10 bis 40) so auf das Objekt hin bewegt werden, dass der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) größer, der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe (20) und der dritten Linsengruppe (30) kleiner und der Abstand zwischen der dritten Linsengruppe (30) und der vierten Linsengruppe (40) kleiner wird,
eine der Linsengruppen (20, 30, 40), die nicht die erste Linsengruppe (10) ist, eine Fokussierlinsengruppe zur Scharfeinstellung enthält,
das Verhältnis K der Verstellstrecke der ersten Linsengruppe (10) zu der Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe (20) über den gesamten von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite rei chenden Brennweitenbereich konstant ist und
das Varioobjektiv folgende Bedingung erfüllt:
0,16 < K < 0,50 (1)
worin
K = ΔX2/ΔX1,
ΔX1 die Verstellstrecke der ersten Linsengruppe (10) bei der Brennwei tenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite und
ΔX2 die Verstellstrecke der zweiten Linsengruppe (20) bei der Brennwei tenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite bezeichnet.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linsengruppe (20) die Fokussierlinsengruppe enthält.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
1,10 < ΔX1/fs < 1,45 (2)
worin fs die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
0,25 < fs/f1 < 0,38 (3)
worin f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe (10) bezeichnet.

5. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die vierte Linsengruppe (40) von der Objektseite her be trachtet ein bikonvexes positives Linsenelement und ein bikonkaves negati ves Linsenelement enthält und folgende Bedingung erfüllt ist:
-0,66 < f4p/f4n < -0,35 (4)
worin
f4p die Brennweite des bikonvexen positiven Linsenelementes und
f4n die Brennweite des bikonkaven negativen Linsenelementes bezeichnet.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bikon kave negative Linsenelement folgende Bedingung erfüllt:
-1 < SF4n < 0 (5)
worin
SF4n = (r2 + r1)/(r2 - r1) gilt und SF4n den Formfaktor des bikonkaven negativen Linsenelementes,
r1 den Krümmungsradius der objektseitigen Fläche des bikonkaven negati ven Linsenelementes und
r2 den Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des bikonkaven negativen Linsenelementes bezeichnet.

7. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
0,82 < fs/f3 < 1,10 (6)
worin f3 die Brennweite der dritten Linsengruppe (30) bezeichnet.

8. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist:
0,45 < fs/f4 < 0,56 (7)
worin f4 die Brennweite der vierten Linsengruppe (40) bezeichnet.

9. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Linsengruppe (10) und die zweite Linsengruppe (20) zur Brennweitenänderung durch einen Schraubenmechanismus bewegt werden.

10. Objektivtubus für ein Varioobjektiv, das von der Objektseite her betrachtet eine positive erste Linsengruppe (10), eine negative zweite Linsengruppe (20), eine positive dritte Linsengruppe (30) und eine positive vierte Linsen gruppe (40) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektivtubus derart ausgebildet ist, dass zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite alle Linsengruppen (10 bis 40) so bewegt werden, dass der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsen gruppe (20) größer, der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe (20) und der dritten Linsengruppe (30) kleiner und der Abstand zwischen der dritten Linsengruppe (30) und der vierten Linsengruppe (40) kleiner wird, und eine die erste Linsengruppe (10) tragende erste Fassung (50) und eine die zweite Linsengruppe (20) tragende zweite Fassung (80) vorgesehen sind, die zur Brennweitenänderung durch einen Schraubenmechanismus vor- und zurückbewegbar sind.

11. Objektivtubus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fassung (50) und die zweite Fassung (80) bezüglich einer ortsfesten Fas sung (70) längs der optischen Achse linear geführt sind, dass der Schrau benmechanismus einen einzelnen Antriebsring (60) hat, an dessen Außen- und an dessen Innenfläche jeweils ein Helikoid (61, 62) ausgebildet ist, und dass an der ersten Fassung (50) und an der zweiten Fassung (80) jeweils ein einem der beiden vorstehend genannten Helikoide zugeordnetes Helikoid (51, 81) derart ausgebildet ist, dass die erste Fassung (50) und die zweite Fassung (80) längs der optischen Achse vor- und zurückbewegbar sind.

12. Objektivtubus nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Innenfläche des Antriebsrings (60) ausgebildete Helikoid (62) mit der ortsfe sten Fassung (70) in Schraubeingriff steht, dass der Antriebsring (60) und die zweite Fassung (80) so miteinander in Eingriff stehen, dass eine Relativ drehung zwischen ihnen möglich ist und sie gemeinsam längs der optischen Achse bewegbar sind, dass das an der Außenfläche des Antriebsrings (60) ausgebildete Helikoid (61) mit der ersten Fassung (50) in Schraubeingriff steht und dass das an der Innenfläche des Antriebsrings (60) ausgebildete Helikoid (62) und das an der Außenfläche des Antriebsrings (60) ausgebil dete Helikoid (61) gleichgerichtet sind.

13. Objektivtubus nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Linsengruppe (30) und die vierte Linsengruppe (40) längs der opti schen Achse linear geführt und über Nockennuten vor- und zurückbewegbar sind, die an dem Antriebsring (60) oder an einem zylindrischen Körper aus gebildet sind, der zusammen mit dem Antriebsring (60) drehbar ist.