DE10317942A1

DE10317942A1 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE10317942A1
Application number: DE10317942A
Authority: DE
Inventors: Masaru Eguchi
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: US20030197949A1; DE10317942B4; US6917476B2

Abstract

Ein Variolinsensystem umfasst eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30). Bei einer Brennweitenänderung, ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite, nimmt der Abstand zwischen der ersten (10) und der zweiten Linsengruppe (20) ab und der Abstand zwischen der zweiten (20) und der dritten Linsengruppe (30) zu. Das Variolinsensystem erfüllt folgende Bedingungen: DOLLAR F1 0,7 < (fw È ft)·1/2·/f2 < 1,4 ... (2) DOLLAR A 0,4 < (fw È ft)·1/2·/f3 < 0,9 ... (3), DOLLAR A worin DOLLAR A fw und ft die Gesamtbrennweiten des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester bzw. längster Brennweite bezeichnen und DOLLAR A fi die Brennweite der i-ten Linsengruppe (10, 20, 30) bezeichnet, wobei i = 1, 2, 3.

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem, das insbesondere in einer elektronischen Einzelbildkamera oder digitalen Kamera verwendet wird und in einem Weitwinkelbereich entsprechend einem halben Bildfeldwinkel von mehr als 30° arbeitet sowie ein Brennweiten- oder Zoomverhältnis von etwa 2 bis 3 hat.
In den vergangenen Jahren ist das Bedürfnis nach einer weiteren Miniaturisierung und nach einer höheren Auflösung digitaler Kameras gestiegen. So wurden die Bildpunkte oder Pixel von CCD-Bildaufnahmevorrichtungen weiter miniaturisiert. Die Aufnahmelinsensysteme solcher digitalen Kameras müssen deshalb eine hohe Auflösung sowie eine lange hintere Schnittweite zur Unterbringung einer Filtergruppe haben. Zudem müssen für eine Farb-CCD bestimmte Optiken eine gute Telezentrizität aufweisen, um eine Bildabschattung und eine Farbverschiebung zu vermeiden. Dies bedeutet, dass die aus der letzten Linsenfläche austretenden Lichtstrahlen so weitgehend wie möglich senkrecht auf die Bildfläche fallen.
Als ein für eine digitale Kompaktkamera bestimmtes miniaturisiertes Variolinsensystem kann, wenn das Zoom- oder Brennweitenverhältnis bis zu etwa 2 bis 3 reichen soll, ein Linsensystem verwendet werden, dessen vordere oder führende Komponente negative Brechkraft hat (Tele-Linsensystem) und auch als "negativ geführtes" Linsensystem bezeichnet wird. Ein solches Linsensystem erreicht bei der Einstellung kürzester Brennweite einen besonders weiten Bildfeldwinkel. Außerdem wird durch dieses Linsensystem eine weitere Miniaturisierung erreicht. Insbesondere kann der Linsendurchmesser des ersten, d. h. des am weitesten objektseitig angeordneten Linsenelementes verringert werden. Aufgrund dieser Eigenschaften ist dieses negativ geführte Linsensystem als zusammenschiebbares Variolinsensystem (Teleskoplinsensystem) geeignet, bei dem die Abstände zwischen den Linsengruppen in der eingezogenen und zusammengeschobenen Stellung verkürzt sind. Da die Austrittspupille ausreichend von der Bildebene beabstandet sein muss, wird häufig ein Variolinsensystem mit einer Anordnung aus drei Linsengruppen verwendet. Ein solches Variolinsensystem enthält eine negative Linsengruppe, eine positive Linsengruppe und eine positive Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt her gesehen. Variolinsensysteme dieser Art sind z. B. in den Japanischen Patentveröffentlichungen Hei-10-213745 und Hei-10-170826 beschrieben.
Bei dem in der Hei-10-213745 beschriebenen Variolinsensystem wird die Miniaturisierung bis zu einem gewissen Grad dadurch erreicht, dass die Zahl an Linsenelementen verringert ist. Jedoch sind der Linsendurchmesser der vorderen Linse sowie die Gesamtlänge der Optik bezogen auf die Brennweite immer noch vergleichsweise groß, so dass die Miniaturisierung nicht befriedigend ist. In der US 6, 124,984 ist eine telezentrische Optik beschrieben, die eine gewisse Miniaturisierung erreicht. Jedoch enthält diese Optik sieben Linsenelemente, d. h. eine vergleichsweise große Zahl an Linsenelementen. In der zusammengeschobenen Stellung ist die Optik deshalb vergleichsweise lang, wodurch wiederum die diese Optik enthaltende Kamera vergleichsweise groß ist. Bei einem Variolinsensystem, das für eine kleine Kamera mit einem zusammenschiebbaren Objektivtubus bestimmt ist, müssen abgesehen davon, dass der Durchmesser der vorderen Linse und die gesamte Länge des Linsensystems zur Verkleinerung des Kamerakörpers miniaturisiert sein müssen, die Linsengruppen jeweils für sich vergleichsweise klein sein. Soll aber die Zahl an Linsenelementen zur Miniaturisierung des Linsensystems verringert werden und sollen die Linsengruppen selbst dünner als bisher ausgebildet sein, so wird es schwierig, die Aberrationen zu korrigieren. Um nämlich die Aberrationen für den gesamten Zoom- oder Brennweitenbereich gut korrigieren zu können, muss die Brechkraft geeignet auf die Linsengruppen verteilt und eine geeignete Linsenanordnung gewählt werden.
Die Erfindung stellt ein kleines, aus drei Linsengruppen bestehendes Variolinsensystem (Tele-Linsensystem) für eine digitale Kamera bereit, das einen Weitwinkelbereich entsprechend einem halben Bildfeldwinkel von mehr als 30° bei einem Brennweitenverhältnis von etwa 2 bis 3 hat.
Ferner stellt die Erfindung ein Variolinsensystem bereit, dessen Abbildungsleistung vergleichsweise unempfindlich im Hinblick auf Abbildungsfehler reagiert, die durch eine Dezentrierung einer zweiten Linsengruppe verursacht werden, wenn das Linsensystem eine aus drei Linsengruppen bestehende Anordnung ist, in der die zweite Linsengruppe ein einzelnes positives Linsenelement ist, dessen beiden Linsenflächen asphärisch sind.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Variolinsensystem vorgesehen, das eine erste Linsengruppe negativer Brechkraft, eine zweite Linsengruppe positiver Brechkraft und eine dritte Linsengruppe positiver Brechkraft umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind.
Bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite nimmt der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe und der positiven zweiten Linsengruppe ab und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe und der positiven dritten Linsengruppe zu. Das Variolinsensystem erfüllt die folgenden Bedingungen:

0,4 < (fw.ft)^1/2/|f1| < 0,8 (f1 < 0) (1)

0,7 < (fw.ft)^1/2/f2 < 1,4 (2)

0,4 < (fw.ft)^1/2/f3 < 0,9 (3)

worin
fw die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,
ft die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite, und
fi die Brennweite der i-ten Linsengruppe bezeichnet, wobei i = 1, 2, 3.
Das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe umfasst vorzugsweise ein Linsenelement mit einer bildseitigen konkaven Fläche. Dieses Linsenelement erfüllt die folgende Bedingung:

0,4 < |Rs|/fw < 0,8 (4)

worin
Rs den Krümmungsradius der konkaven Fläche des genannten Linsenelementes bezeichnet.
Die negative erste Linsengruppe kann ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfassen, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Die positive zweite Linsengruppe kann zwei positive Linsenelemente und ein negatives Linsenelement umfassen, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Die positive dritte Linsengruppe kann ein positives Linsenelement umfassen.
Die positive zweite Linsengruppe kann an Stelle von zwei positiven Linsenelementen und einem negativen Linsenelement ein positives Linsenelement und zwei negative Linsenelemente umfassen. In diesem Fall erfüllt die positive zweite Linsengruppe vorzugsweise die folgende Bedingung:

vs < 23 (5)

worin
vs die Abbe-Zahl des am weitesten bildseitig angeordneten negativen Linsenelementes der positiven zweiten Linsengruppe bezeichnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Variolinsensystem vorgesehen, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine positive dritte Linsengruppe umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind.
Bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite nimmt der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe und der positiven zweiten Linsengruppe ab und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe und der positiven dritten Linsengruppen zu.
Das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe umfasst ein Linsenelement mit einer bildseitigen konkaven Fläche. Dieses Linsenelement erfüllt die folgende Bedingung:

0,4 < |Rs|/fw < 0,8 (4)

worin
Rs den Krümmungsradius der konkaven Fläche des genannten Linsenelementes bezeichnet.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Variolinsensystem vorgesehen, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine positive dritte Linsengruppe umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite nimmt der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe und der positiven zweiten Linsengruppe ab und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe und der positiven dritten Linsengruppe zu.
Die positive zweite Linsengruppe umfasst ein einzelnes positives Linsenelement sowie ein einzelnes negatives Linsenelement oder miteinander verkittete Linsenelemente, die insgesamt negative Brechkraft haben. Das einzelne positive Linsenelement ist auf beiden Flächen asphärisch ausgebildet und erfüllt die folgenden Bedingungen:

0,6 < |ΔI_R1/I_R1| < 1,4 (6)
(ΔI_R1/I_R1 < 0)

0,6 < |ΔI_R2/I_R2| < 1,4 (7)
(ΔI_R2/I_R2 < 0)

worin
ΔI_R1 den Änderungswert des auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der objektseitigen asphärischen Fläche des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist,
I_R1 den auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der objektseitigen achsennahen sphärischen Komponente des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist,
ΔI_R2 den Änderungswert des auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der bildseitigen asphärischen Fläche des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist, und
I_R2 den auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der bildseitigen achsennahen sphärischen Komponente des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Variolinsensystem vorgesehen, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine positive dritte Linsengruppe umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind.
Bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite nimmt der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe und der positiven zweiten Linsengruppe ab und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe und der positiven dritten Linsengruppe zu.
Die positive zweite Linsengruppe umfasst ein einzelnes positives Linsenelement sowie ein einzelnes negatives Linsenelement oder miteinander verkittete Linsenelemente, die insgesamt negative Brechkraft haben. Das einzelne positive Linsenelement ist auf seinen beiden Flächen asphärisch ausgebildet. Das Variolinsensystem erfüllt die folgende Bedingung:

0,3 < LD_2G/LD_3G-im < 1,2 (8)

worin
LD_2G den längs der optischen Achse bemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe und
LD_3G-im den längs der optischen Achse bemessenen und in dem gesamten Brennweitenbereich minimalen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe von der Bildebene bezeichnet.
Die Bedingung (8) ist vorzugsweise auch in dem dritten Aspekt der Erfindung erfüllt.
In dem dritten und dem vierten Aspekt der Erfindung umfasst die negative erste Linsengruppe vorzugsweise ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement kann mit mindestens einer asphärischen Fläche versehen sein. Das Variolinsensystem erfüllt die folgenden Bedingungen:

0,5 < LD_1G/fw < 1,0 (9)

1,75 < N_asp(1G) (10)

worin
LD_1G den längs der optischen Achse bemessenen Stand der am weitesten objektseitigen Fläche von der am weitesten bildseitigen Fläche der negativen ersten Linsengruppe,
fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, und
N_asp(1G) den auf die d-Linie bezogenen Brechungsindex des am weitesten bildseitig angeordneten, mit der asphärischen Fläche versehenen Linsenelementes der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 3A, 3B, 3C und 3D die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 4A, 4B, 4C und 4D die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 5 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 6A, 6B, 6C und 6D die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 7A, 7B, 7C und 7D die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 8A, 8B, 8C und 8D die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 9 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als drittes Ausführungsbeispiel,
Fig. 10A, 10B, 10C und 10D die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 11A, 11 B, 11 C und 11 D die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 12A, 12B, 12C und 12D die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 13 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als viertes Ausführungsbeispiel,
Fig. 14A, 14B, 14C und 14D die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 15A, 15B, 15C und 15D die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 16A, 16B, 16C und 16D die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 17 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als fünftes Ausführungsbeispiel,
Fig. 18A, 18B, 18C und 18D die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 19A, 19B, 19C und 19D die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 20A, 20B, 20C und 20D die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 21 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als sechstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 22A, 22B, 22C und 22D die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 23A, 23B, 23C und 23D die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 24A, 24B, 24C und 24D die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 25 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als siebentes Ausführungsbeispiel,
Fig. 26A, 26B, 26C und 6D die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 27A, 27B, 27C und 27D die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 28A, 28B, 28C und 28D die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 29 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als achtes Ausführungsbeispiel,
Fig. 30A, 30B, 30C und 30D die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 31A, 31B, 31C und 31D die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 32A, 32B, 32C und 32D die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 33 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als neuntes Ausführungsbeispiel,
Fig. 34A, 34B, 34C und 34D die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 35A, 35B, 35C und 35D die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen,
Fig. 36A, 36B, 36C und 36D die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen, und
Fig. 37 eine schematische Darstellung der Verstellwege der in dem Variolinsensystem nach der Erfindung enthaltenen Linsengruppen.
Das Variolinsensystem nach der Erfindung enthält eine erste Linsengruppe 10 negativer Brechkraft, eine Blende S. eine zweite Linsengruppe 20 positiver Brechkraft und eine dritte Linsengruppe 30 positiver Brechkraft in dieser Reihenfolge vom Objekt her, wie aus Fig. 37 hervorgeht, in der schematisch die Verstellwege der einzelnen Linsengruppen gezeigt sind. In den Ausführungsbeispielen besteht die positive dritte Linsengruppe 30 aus einem einzelnen Linsenelement. Die positive dritte Linsengruppe 30 kann jedoch auch mehrere Linsenelemente enthalten.
In diesem aus drei Linsengruppen bestehenden Variolinsensystem wird bei der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite (W) hin zur Einstellung längster Brennweite (T) der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 verringert und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe 20 und der positiven dritten Linsengruppe 30 vergrößert. Die Blende S bewegt sich zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Die Fokussierung erfolgt durch die negative erste Linsengruppe 10. Mit CG ist ein Deckglas (planparallele Platte) für eine Infrarot-Sperrfiltergruppe bezeichnet, die vor einer Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist.
Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 bestimmt den Brennweitenbereich der negativen ersten Linsengruppe 10 bezogen auf eine mittlere Brennweite ((fw.ft)^1/2).
Unterschreitet (fw.ft)^1/2/|f1| die untere Grenze der Bedingung (1), so wird die negative Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 so schwach, dass keine ausreichende hintere Schnittweite bei der Einstellung kürzester Brennweite gewährleistet ist. Außerdem wird es schwierig, einen weiten Bildfeldwinkel zu erhalten.
Wird die negative Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 so groß, dass (fw.ft)^1/2/|f1| die obere Grenze der Bedingung (1) überschreitet, so bereitet die Korrektion der Aberrationen Schwierigkeiten. Eine ausreichende Abbildungsleistung ist damit nicht gewährleistet. Außerdem nimmt die hintere Schnittweite zu. Im Ergebnis führt dies zu einer Zunahme der Gesamtlänge des Variolinsensystems.
Die Bedingung (2) des Anspruchs 1 bestimmt den Brennweitenbereich der positiven zweiten Linsengruppe 20 bezogen auf eine mittlere Brennweite. Die positive zweite Linsengruppe 20 ist darauf ausgelegt, hauptsächlich die Zoom- oder Brennweitenänderungsfunktion des Variolinsensystems zu übernehmen. Es ist deshalb wichtig, die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 geeignet festzulegen.
Wird die positive Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 so schwach, dass (fw.ft)^1/2/f2 die untere Grenze der Bedingung (2) unterschreitet, so nimmt die Verstellstrecke der positiven zweiten Linsengruppe 20 zu, die zur Erreichung eines Brennweitenverhältnisses von etwa 3 erforderlich ist. Infolgedessen nimmt auch die Gesamtlänge des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite zu.
Wird die positive Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass (fw.ft)^1/2/f2 die obere Grenze der Bedingung (2) überschreitet, so wird für jede Linsengruppe die Brechkraft stärker. Infolgedessen wird die Korrektion der Aberrationen schwierig, und man erreicht keine gute Abbildungsleistung.
Die Bedingung (3) des Anspruchs 1 bestimmt den Brennweitenbereich der positiven dritten Linsengruppe 30 bezogen auf eine mittlere Brennweite. Die positive dritte Linsengruppe 30 hat die Funktion, die Telezentrizität zu gewährleisten und dabei zugleich die Austrittspupille von der Bildebene beabstandet zu halten.
Unterschreitet (fw.ft)^1/2/f3 die untere Grenze der Bedingung (3), so wird die positive Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 so schwach, dass bei der Einstellung kürzester Brennweite die Austrittspupille der Bildebene nahekommt. Die Telezentrizität kann so nicht gewährleistet werden.
Wird dagegen die positive Brechkraft der dritten Linsengruppe 30 so stark, dass (fw.ft)^1/2/f3 die obere Grenze der Bedingung (3) übersteigt, so wird die positive Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 im Verhältnis dazu so schwach, dass die Gesamtlänge des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite zunimmt. Außerdem verschlechtern sich Bildfeldwölbung und Astigmatismus bei der Einstellung längster Brennweite. Eine gute Abbildungsleistung kann so nicht erreicht werden.
Das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe 20 umfasst vorteilhaft ein Linsenelement, das zum Bild hin eine stark zerstreuende Wirkung hat, d. h. eine dem Bild zugewandte konkave Fläche aufweist. Diese konkave Fläche erfüllt vorzugsweise die Bedingung (4) des Anspruchs 2 bzw. 5.
Die Bedingung (4) bestimmt den Bereich des Krümmungsradius der am weitesten bildseitig angeordneten konkaven Fläche innerhalb der positiven zweiten Linsengruppe 20. Ist die Bedingung (4) erfüllt, so sind sowohl die Miniaturisierung als auch die Telezentrizität des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite gewährleistet.
Wird der Krümmungsradius so klein, dass |Rs|/fw die untere Grenze der Bedingung (4) unterschreitet, so kann zwar die Gesamtlänge des Variolinsensystems verkürzt werden. Jedoch nähert sich die Austrittspupille der Bildebene zu stark an, so dass die Telezentrizität verloren geht.
Wird der Krümmungsradius so groß, dass |Rs|/fw die obere Grenze der Bedingung (4) überschreitet, so wird der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe 20 und der positiven dritten Linsengruppe 30 so groß, dass die Gesamtlänge des Variolinsensystems unvorteilhaft zunimmt.
Um die Länge des Variolinsensystems in der zusammengeschobenen Stellung zu verringern, muss die Zahl an Linsenelementen in jeder Linsengruppe verringert werden.
Die negative erste Linsengruppe 10 kann ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement enthalten. Die positive zweite Linsengruppe 20, die hauptsächlich die Zoom- oder Brennweitenfunktion des Variolinsensystems übernimmt, kann zwei positive Linsenelemente und ein negatives Linsenelement enthalten. Die positive dritte Linsengruppe 30, welche die Telezentrizität sicherstellt, kann ein positives Linsenelement enthalten.
Hat das positive zweite Linsenelement der negativen ersten Linsengruppe 10 mindestens eine asphärische Fläche, so können die außeraxialen Aberrationen wie Verzeichnung, Koma und Astigmatismus bei der Einstellung kürzester Brennweite ausreichend korrigiert werden. Das mit der asphärischen Fläche versehene positive zweite Linsenelement kann aus Glas oder Kunststoff bestehen. Besteht es aus Kunststoff, so können die Fertigungskosten gesenkt werden.
Um die Länge des Variolinsensystems in der zusammengeschobenen Stellung weiter zu verringern, kann die positive zweite Linsengruppe 20 in einer alternativen Ausführungsform an Stelle der oben beschriebenen, aus drei Linsenelementen bestehenden Anordnung ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement enthalten. In dieser aus zwei Linsenelementen bestehenden Anordnung wird die Brechkraft des positiven Linsenelementes stärker, wodurch es schwieriger wird, die bei der Brennweitenänderung auftretenden Schwankungen der Aberrationen, z. B. der sphärischen Aberration, gering zu halten. In diesem Fall ist das positive Linsenelement vorzugsweise mit mindestens einer asphärischen Fläche versehen. Sind jedoch beide Flächen des positiven Linsenelementes asphärisch, so können die sphärische Aberration und die Koma, die während der Brennweitenänderung schwanken, verringert werden. Die mit der vorstehend beschriebenen Anordnung aus zwei Linsenelementen bestehende positive zweite Linsengruppe 20 erfüllt vorzugsweise die Bedingung (5) des Anspruchs 4.
Unterschreitet νs die untere Grenze der Bedingung (5), so nehmen die Schwankungen der chromatischen Queraberration und der chromatischen Längsaberration während der Brennweitenänderung so stark zu, dass eine gute Abbildungsleistung nicht gewährleistet ist.
Ist das am weitesten objektseitig angeordnete positive Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe 20 mit mindestens einer asphärischen Fläche, d. h. einer asphärischen objektseitigen und/oder einer asphärischen bildseitigen Fläche versehen, so wird die Abbildungsleistung weiter verbessert. Ist die asphärische Fläche so ausgebildet, dass die positive Brechkraft zum Rand des am weitesten objektseitig angeordneten positiven Linsenelementes hin schwächer wird, so können die Schwankungen der sphärischen Aberration über den gesamten Brennweitenbereich verringert und die Koma bei der Einstellung längster Brennweite noch besser korrigiert werden. Das mit der asphärischen Fläche versehene Linsenelement kann aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein. Vorzugsweise besteht es aus Glas, da Glas eine starke Brechkraft hat.
Das am weitesten objektseitig angeordnete positive Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe 20 ist vorzugsweise ein Element, dessen beide Flächen asphärisch sind. Die positive zweite Linsengruppe 20 enthält nämlich vorzugsweise ein einzelnes positives Linsenelement 21 sowie ein negatives einzelnes Linsenelement oder miteinander verkittete Linsenelemente 22, 23, die insgesamt negative Brechkraft haben. Beide Flächen des einzelnen positiven Linsenelementes 21 sind asphärisch und erfüllen die Bedingungen (6) und (7) des Anspruchs 6.
Die Bedingungen (6) und (7) dienen dazu, die Empfindlichkeit gegenüber einer Verschlechterung der Aberrationen, die durch eine Dezentrierung des mit den asphärischen Flächen versehenen einzelnen positiven Linsenelementes 21 verursacht wird, zu verringern. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Linsenelement 21 hauptsächlich die positive Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 trägt. Sind die Bedingungen (6) und (7) erfüllt, so kann das einzelne positive Linsenelement 21 mit seinen asphärischen Flächen so geformt werden, dass jede einzelne dieser Flächen für sich die sphärische Aberration beseitigt, indem an jeder Fläche ein die sphärische Aberration steuernder sphärischer Teil und ein die sphärische Aberration steuernder asphärischer Teil vorgesehen ist. Der sphärische Teil und der asphärische Teil sind an jeder einzelnen Fläche so ausgebildet, dass die sphärische Aberration für diese einzelne Fläche annähernd zum Verschwinden gebracht wird.
Wie oben erläutert, ist also das Linsenelement, das hauptsächlich zur Brechkraft der entsprechenden Linsengruppe beiträgt, so ausgebildet, dass seine beiden Flächen asphärisch sind. Diese asphärischen Flächen können nicht nur dazu genutzt werden, die Aberrationen über die gesamte Optik zu korrigieren, sondern auch die infolge einer Dezentrierung auftretende Verschlechterung der Aberrationen zu verringern. Aus dem Stand der Technik ist bisher ein solches optisches Konzept nicht bekannt.
Über- oder unterschreiten |ΔI_R1/I_R1| und |ΔI_R2/I_R2| die obere bzw. die untere Grenze der Bedingung (6) bzw. (7), so ist es zwar theoretisch möglich, wie mit einem herkömmlichen asphärischen Linsenelement die sphärische Aberration über die gesamte Optik zu korrigieren. Jedoch geht an jeder einzelnen Fläche das kontrollierte Gleichgewicht hinsichtlich der sphärischen Aberration verloren, so dass es schwierig wird, die mit einer Dezentrierung einhergehende Verschlechterung der Aberrationen gering zu halten. Deshalb muss auf die Genauigkeit der Bearbeitungsgeräte vertraut und die Dezentrierung so gering wie möglich gehalten werden. Dies führt zu einem Anstieg der Fertigungskosten.
Für den Fall, dass (i) die positive zweite Linsengruppe 20 ein einzelnes positives Linsenelement 21 sowie ein einzelnes negatives Linsenelement oder miteinander verkittete Linsenelemente 22, 23 enthält, die insgesamt negative Brechkraft haben, und dass (ii) beide Flächen des einzelnen positiven Linsenelementes 21 asphärisch sind, erfüllt das Linsenelement 21 vorzugsweise die Bedingung (8) des Anspruchs 7 bzw. 8 oder die Bedingung (8) zusätzlich zu den Bedingungen (6) und (7).
Die Bedingung (8) bestimmt das Verhältnis des Abstandes (LD_2G) zum Abstand (LD_3G-im). Der Abstand LD_2G bezeichnet den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe 20. LD_3G-im bezeichnet den längs der optischen Achse gemessenen und über den gesamten Brennweitenbereich minimalen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe 30 von der Bildebene.
Bei einer Kamera, bei der die im Aufnahmezustand, d. h. in der ausgefahrenen Stellung, vorhandene Positionsbeziehung der Linsengruppen in dem Nichtaufnahmezustand, d. h. in der zusammengeschobenen Stellung, aufgegeben wird, um die Länge des zusammengeschobenen Linsensystems weiter zu verkürzen, muss der Teil einer Linsengruppe, bei dem der Abstand der in ihm enthaltenen Linsenelemente während der Brennweitenänderung nicht verändert wird, mit höherer Genauigkeit kontrolliert werden, als der Teil einer Linsengruppe, bei dem der Abstand der in ihm enthaltenen Linsenelemente während der Brennweitenänderung verändert wird, wenn das Linsensystem aus der zusammengeschobenen Stellung in die ausgefahrene Stellung bewegt wird. Der Grund hierfür ist, dass der Teil einer Linsengruppe, bei dem der Abstand der in ihm enthaltenen Linsenelemente während der Brennweitenänderung nicht verändert wird, schon bei einem geringen Fehler des Linsenelementabstandes eine große Änderung der Aberrationen verursacht. Es ist jedoch schwierig, einen Mechanismus bereitzustellen, mit dem eine solch genaue Kontrolle der Positionen der Linsenelemente möglich ist.
Aus diesem Grund dürfen im Aufnahmezustand, d. h. in der ausgefahrenen Stellung, die Abstände der Linsengruppen voneinander länger sein, da diese Abstände im Nichtaufnahmezustand, d. h. in der zusammengeschobenen Stellung leicht verkürzt werden können. Jedoch sollten die Dicke eines einzelnen Linsenelementes sowie die Abstände der Linsenelemente innerhalb einer Linsengruppe vorzugsweise klein sein, da es schwierig oder gar unmöglich ist, diese Größen im Nichtaufnahmezustand, d. h. in der zusammengeschobenen Stellung zu verkürzen.
Andererseits ist es bei einem aus drei Linsengruppen, nämlich der negativen, der positiven und der positiven Linsengruppe bestehenden Variolinsensystem, wie es die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen und das eine geeignete Optik für eine elektronische Bildaufnahmevorrichtung einer digitalen Kamera oder dergleichen bilden soll, theoretisch nicht möglich, den längs der optischen Achse gemessenen Abstand (LD_3G-im) der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe 30 von der Bildebene zu verkürzen, da die Telezentrizität bezüglich der Bildebene bis zu einem gewissen Grad gewährleistet sein muss. Außerdem nimmt im allgemeinen der Durchmesser der Linsengruppe zu, je näher sich die Linsengruppe der Bildebene befindet. Deshalb nimmt die Höhe, d. h. die in vertikaler Richtung bemessene Abmessung einer Kamera unvorteilhaft zu, wenn bei dieser Kamera die Linsengruppen derart in die zusammengeschobene Stellung gebracht werden, dass mindestens eine Linsengruppe aus der optischen Achse versetzt und gegenüber den verbleibenden Linsengruppen in einer höheren Position untergebracht wird. Im zusammengeschobenen Zustand befindet sich also die genannte Linsengruppe in einer höheren Position, während die übrigen Linsengruppen in einer tieferen Position angeordnet sind.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, enthält die positive zweite Linsengruppe 20 ein einzelnes positives Linsenelement 21 sowie ein negatives einzelnes Linsenelement oder verkittete Linsenelemente 22, 23, die insgesamt negative Brechkraft haben. Außerdem ist zur Vermeidung dieses Nachteils das einzelne positive Linsenelement 21 auf beiden Flächen asphärisch. Dadurch wird erreicht, dass der längs der optischen Achse gemessene Abstand (LD_2G) der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe 20 gegenüber dem längs der optischen Achse gemessenen Abstand (LD_3G-im) der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe 30 von der Bildebene über den gesamten Brennweitenbereich verkürzt werden kann. Dabei kann der Abstand (LD_2G) so weit verkürzt werden, dass er etwa das 1,2-fache des Abstandes (LD_3G-im) beträgt. Dadurch ist es möglich, dass die positive zweite Linsengruppe 20 die Aberrationen im Aufnahmezustand, d. h. in der zusammengeschobenen Stellung, ausreichend korrigiert, während zugleich die Länge des zusammengeschobenen Linsensystems im Nichtaufnahmezustand kurz gehalten werden kann. Da ferner der Durchmesser der positiven zweiten Linsengruppe 20 vergleichsweise gering ist, kann die Kamerahöhe, d. h. die in vertikaler Richtung bemessene Kameraabmessung, selbst dann vergleichsweise gering gehalten werden, wenn die Linsengruppen in oben beschriebener Weise im zusammengeschobenen Zustand in der oberen und in der unteren Position angeordnet sind.
Unterschreitet LD_2G/LD_3G-im die untere Grenze der Bedingung (8), so ist die Zahl an Linsenelementen in der positiven zweiten Linsengruppe 20 im Wesentlichen auf eins oder zwei beschränkt. Bei dieser Zahl an Linsenelementen ist es schwierig, die Aberrationen geeignet zu korrigieren. Zwar ist es mit einer größeren Zahl an asphärischen Flächen auch bei einer geringen Zahl an Linsenelementen theoretisch möglich, die Aberrationen zu korrigieren, jedoch erfordert dies eine sehr hohe Präzision, die in der Massenfertigung nicht erreicht werden kann.
Überschreitet LD_2G/LD_3G-im die obere Grenze der Bedingung (8), so können in der positiven Linsengruppe 20 die Aberrationen in einfacher Weise korrigiert werden, indem die Zahl der in der positiven zweiten Linsengruppe 20 enthaltenen Linsenelemente erhöht wird. Jedoch stehen diese größere Zahl an Linsenelementen in der positiven zweiten Linsengruppe 20 und die damit einhergehende Auswirkung auf die Verringerung der Abstände der Linsenelemente im Nichtaufnahmezustand, d. h. in der zusammengeschobenen Stellung, der Kameraminiaturisierung entgegen.
Um die Länge des zusammengeschobenen Linsensystems zu verkürzen, wird die Zahl der in der negativen ersten Linsengruppe 10 vorzugsweise auf ein eine angemessene Aberrationskorrektion noch ermöglichendes Minimum reduziert. Zusätzlich zu der Maßnahme, zur Verringerung der Zahl der Linsenelemente ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche zu versehen, kann vorzugsweise ein Glasmaterial mit hohem Brechungsindex verwendet werden, wobei der Brechungsindex vorzugsweise größer als 1,75, noch besser größer als 1,8 ist. Dadurch kann der Krümmungsradius der jeweiligen Linsenfläche vergrößert werden, während zugleich die Dicke der negativen ersten Linsengruppe 10 und deren Durchmesser klein gehalten werden können.
Die Bedingung (9) des Anspruchs 9 bzw. 10 bestimmt den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe 10 von der Bildebene, normiert auf die Gesamtbrennweite der Optik bei der Einstellung kürzester Brennweite. Die Bedingung (9) legt einen bevorzugten Bereich für den Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe 10 von der Bildebene fest.
Unterschreitet LD_1G/fw die untere Grenze der Bedingung (9), so muss für eine angemessene Aberrationskorrektion die Zahl an asphärischen Flächen erhöht werden, während zugleich die Zahl an Linsenelementen gering gehalten wird. Eine solche Ausgestaltung ist zwar theoretisch möglich, jedoch führt eine Vielzahl an asphärischen Flächen in der Optik dazu, dass die Empfindlichkeit gegenüber Fertigungsfehlern zunimmt. Dies führt wiederum dazu, dass die gewünschte Abbildungsleistung nur schwer erreicht werden kann.
Überschreitet LD_1G/fw die obere Grenze der Bedingung (9), so wird zwar die Aberrationskorrektion einfacher, jedoch kann die Länge des zusammengeschobenen Linsensystems nicht kurz gehalten werden.
Die Bedingung (10) des Anspruchs 9 bzw. 10 bestimmt den auf die d-Linie bezogenen Brechungsindex des in der negativen ersten Linsengruppe 10 enthaltenen bildseitigen Linsenelementes, an dem die asphärische Fläche ausgebildet ist.
Unterschreitet N_asp(1G) die untere Grenze der Bedingung (10), so nimmt der Krümmungsradius des bildseitigen Linsenelementes ab. Infolgedessen ist nur eine einzige asphärische Fläche nicht ausreichend, um die in der negativen ersten Linsengruppe 10 auftretenden Aberrationen zu korrigieren.
In den Diagrammen der chromatischen Aberration (chromatische Längsaberration), dargestellt durch die sphärische Aberration, bezeichnen die durchgezogene Linie und die beiden gestrichelten Linien die sphärische Aberration bei der d-, der g- bzw. der C-Linie. In den Diagrammen der chromatischen Queraberration bezeichnen die beiden gestrichelten Linien den Abbildungsmaßstab (Vergrößerung) bei der g- bzw. der C-Linie. Die d-Linie fällt als Basislinie mit der Ordinate zusammen. In den Diagrammen des Astigmatismus bezeichnet S das Sagittalbild und M das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet F_NO die f-Zahl, f die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems, f_B die hintere Schnittweite, W den halben Bildfeldwinkel (°), r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke bzw. den Abstand zwischen den Linsenelementen, Nd den Brechungsindex bei der d-Linie und νd die Abbe-Zahl.
In den Ausführungsbeispielen umfasst die planparallele Platte (Flächen Nr. 12 und 13) eine Filtergruppe wie ein Deckglas, ein Tiefpassfilter oder dergleichen. Diese Elemente können an einer beliebigen Stelle zwischen dem am weitesten bildseitig angeordneten Linsenelement und der Bildebene angeordnet werden.
Eine zur optischen Achse symmetrische asphärische Fläche ist wie folgt definiert:

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

worin
c die Krümmung (1/r) der asphärischen Fläche im Scheitel,
y den Abstand von der optischen Achse,
K den Kegelschnittkoeffizienten, sowie
A4 einen Asphären-Koeffizienten vierter Ordnung,
A6 einen Asphären-Koeffizienten sechster Ordnung,
A8 einen Asphären-Koeffizienten achter Ordnung, und
A10 einen Asphären-Koeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.
Der Zusammenhang zwischen den Asphären-Koeffizienten und den Aberrationskoeffizienten ergibt sich wie folgt:

1. Die Form einer asphärischen Fläche ist wie folgt definiert:

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

worin
x den Abstand von der Tangentialebene an den Scheitel der asphärischen Fläche,
y den Abstand von der optischen Achse,
c die Krümmung (1/r) der asphärischen Fläche im Scheitel, und
K den Kegelschnittkoeffizienten bezeichnet.
2. Um die Aberrationskoeffizienten zu erhalten, wird in dieser Gleichung K durch 0 ersetzt (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.
Daraus erhält man folgende Gleichung:

x = cy²/[1 + [1 - c²y²]^1/2] + B4y⁴ + B6y⁶ + B8y⁸ + B10y¹⁰ + . . .
3. Um die Brennweite f auf 1,0 zu normieren, wird folgendes betrachtet:

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

Dadurch erhält man folgende Gleichung:

X = CY²/[1 + [1 - C²Y²]^1/2] + a4Y⁴ + a6Y⁶ + a8Y⁸ + a10Y¹⁰ + . . .
4. Nun definiert man Φ = 8 (N' - N)α4, so dass die Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung wie folgt definiert sind:
I bezeichnet den Koeffizienten der sphärischen Aberration,
II bezeichnet den Koma-Koeffizienten,
III bezeichnet den Astigmatismus-Koeffizienten,
IV bezeichnet den Koeffizienten der Wölbung der Sagittalbildfläche, und
V bezeichnet den Verzeichnungs-Koeffizienten.

Der Einfluss des Asphären-Koeffizienten (α4) vierter Ordnung auf die jeweiligen Aberrationskoeffizienten ist deshalb wie folgt definiert:
ΔI = h⁴Φ
ΔII = h³kΦ
ΔIII = h²k²Φ
ΔIV = h²k²Φ
ΔV = hk³Φ
worin
h1 die Höhe bezeichnet, in der ein paraxialer oder achsennaher Axialstrahl (Randstrahl) auf die erste Fläche des Linsensystems fällt,
k1 die Höhe bezeichnet, in der ein paraxialer oder achsennaher Außeraxialstrahl, der durch die Mitte der Eintrittspupille geht (Hauptstrahl), auf die erste Fläche des die asphärische Fläche enthaltenden Linsensystems fällt,
k die Höhe bezeichnet, in der der achsennahe Außeraxialstrahl auf die asphärische Fläche fällt, wenn die Höhe k1 gleich -1 ist.
N' den Brechungsindex des bezüglich der asphärischen Fläche bildseitigen Mediums bezeichnet, und
N den Brechungsindex des bezüglich der asphärischen Fläche objektseitigen Mediums bezeichnet.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß erstem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 2A bis 2D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 3A bis 3D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 4A bis 4D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 1 sind die numerischen Werte des ersten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die negative erste Linsengruppe 10 enthält ein negatives Linsenelement 11 und ein positives Linsenelement 12 in dieser Reihenfolge vom Objekt her. Die positive zweite Linsengruppe 20 enthält ein positives Linsenelement 21 sowie ein ein positives Linsenelement 22 und ein negatives Linsenelement 23 umfassendes Kittglied 23 in dieser Reihenfolge vom Objekt her. Die positive dritte Linsengruppe 30 enthält ein positives Linsenelement. Ein Deckglas (Filtergruppe) CG ist vor, d. h. objektseitig einer Bildaufnahmevorrichtung angeordnet. Die Blende S befindet sich in einem Abstand von 0,7 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß zweitem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 6A bis 6D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 7A bis 7D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 8A bis 8D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 2 sind die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S befindet sich in einem Abstand von 0,67 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß drittem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 10A bis 10D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 11A bis 11 D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 12A bis 12D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 3 sind die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass die positive zweite Linsengruppe 20 ein positives Linsenelement 21 und ein negatives Meniskuslinsenelement 22 mit einer bildseitigen konkaven Fläche in dieser Reihenfolge vom Objekt her enthält. Die Blende S ist in einem Abstand von 0,7 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet) und bewegt sich bei einer Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 13 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß viertem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 14A bis 14D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 15A bis 15D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 16A bis 16D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 4 sind die numerischen Daten des vierten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem vierten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Blende S befindet sich 0,7 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) und bewegt sich bei einer Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 4

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 17 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß fünftem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 18A bis 18D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 19A bis 19D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 20A bis 20D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 17 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 5 sind die numerischen Daten des fünften Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem fünften Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist in einem Abstand von 0,67 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 5

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 21 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß sechstem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 22A bis 22D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 23A bis 23D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 24A bis 24D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 21 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 6 sind die numerischen Daten des sechsten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem sechsten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist in einem Abstand von 0,50 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 6

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 25 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß siebentem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 26A bis 26D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 27A bis 27D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 28A bis 28D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 25 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 7 sind die numerischen Daten des siebenten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem siebenten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist in einem Abstand von 0,50 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 7

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 29 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß achtem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 30A bis 30D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 31A bis 31 D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 32A bis 32D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 29 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 8 sind die numerischen Daten des achten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem achten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist in einem Abstand von 0,50 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 8

Ausführungsbeispiel 9

Fig. 33 ist die Linsenanordnung des Variolinsensystems gemäß neuntem Ausführungsbeispiel. Die Fig. 34A bis 34D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 35A bis 35D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung mittlerer Brennweite auftretenden Aberrationen. Die Fig. 36A bis 36D zeigen die in der Linsenanordnung nach Fig. 33 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen. In Tabelle 9 sind die numerischen Daten des neunten Ausführungsbeispiels angegeben.
Die in dem neunten Ausführungsbeispiel vorgesehene Linsenanordnung ist im Grunde die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blende S ist 0,50 vor, d. h. objektseitig der Linsenfläche Nr. 5 (des positiven Linsenelementes 21) angeordnet und bewegt sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der positiven zweiten Linsengruppe 20. Tabelle 9
In Tabelle 10 sind für jedes Ausführungsbeispiel die auf die Bedingungen (1) bis (10) bezogenen numerischen Werte angegeben.
Tabelle 10
Wie aus Tabelle 10 hervorgeht, erfüllen nur das dritte, das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel die Bedingung (5), da nur in diesen Ausführungsbeispielen die positive zweite Linsengruppe 20 aus einer Anordnung aus zwei Linsenelementen besteht. Die übrigen Ausführungsbeispiele enthalten keine entsprechenden Linsenelemente.
Mit Ausnahme des ersten, des zweiten und des vierten Ausführungsbeispiels erfüllen alle Ausführungsbeispiele die Bedingungen (1) bis (10). Das dritte, das fünfte, das sechste, das siebente, das achte und das neunte Ausführungsbeispiel erfüllen die Bedingungen (6) bis (9). In dem ersten, dem zweiten und dem vierten Ausführungsbeispiel ist das objektseitige positive Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe 20 kein Element, dessen beide Flächen asphärisch ausgebildet sind.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein aus drei Linsengruppen bestehendes Tele-Variolinsensystem für eine digitale Kamera bereit, das einen Weitwinkelbereich entsprechend einem halben Bildfeldwinkel von mehr als 30° und ein Brennweitenverhältnis von etwa 2 bis 3 erreicht.

Claims

1. Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30), die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind, wobei bei der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe (10) und der positiven zweiten Linsengruppe (20) abnimmt und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe (20) und der positiven dritten Linsengruppe (30) zunimmt, und folgende Bedingungen erfüllt sind:

0,4 < (fw.ft)^1/2/|f1| < 0,8 (f1 < 0) (1)

0,7 < (fw.ft)^1/2/f2 < 1,4 (2)

0,4 < (fw.ft)^1/2/f3 < 0,9 (3)

worin
fw die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,
ft die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite, und
fi die Brennweite der i-ten Linsengruppe (10, 20, 30) bezeichnet, wobei i = 1, 2, 3.

2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe (20) ein Linsenelement mit einer bildseitigen konkaven Fläche umfasst und dieses Linsenelement folgende Bedingung erfüllt:

0,4 < |Rs|/fw < 0,8 (4)

worin
Rs den Krümmungsradius der konkaven Fläche des genannten Linsenelementes bezeichnet.

3. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die negative erste Linsengruppe (10) ein negatives Linsenelement (11) und ein positives Linsenelement (12) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind,
die positive zweite Linsengruppe (20) zwei positive Linsenelemente (21, 22) und ein negatives Linsenelement (23) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind, und
die positive dritte Linsengruppe (30) ein positives Linsenelement umfasst.

4. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die negative erste Linsengruppe (10) ein negatives Linsenelement (11) und ein positives Linsenelement (12) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind,
die positive zweite Linsengruppe (20) ein positives Linsenelement (21) und ein negatives Linsenelement (22) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind,
die positive dritte Linsengruppe (30) ein positives Linsenelement umfasst und
die positive zweite Linsengruppe (20) folgende Bedingung erfüllt:

νs < 23 (5)

worin
νs die Abbe-Zahl des am weitesten bildseitig angeordneten negativen Linsenelementes (22) in der positiven zweiten Linsengruppe (20) bezeichnet.

5. Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30), die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind, wobei
bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe (10) und der positiven zweiten Linsengruppe (20) abnimmt und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe (20) und der positiven dritten Linsengruppe (30) zunimmt, und
das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement der positiven zweiten Linsengruppe (20) ein Meniskuslinsenelement (22) mit einer bildseitigen konkaven Fläche umfasst, das folgende Bedingung erfüllt:

0,4 < |Rs|/fw < 0,8 (4)

worin
Rs den Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des Meniskuslinsenelementes bezeichnet.

6. Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30), die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind, wobei
bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe (10) und der positiven zweiten Linsengruppe (20) abnimmt und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe (20) und der positiven dritten Linsengruppe (30) zunimmt,
die positive zweite Linsengruppe (20) ein einzelnes positives Linsenelement (21) sowie ein einzelnes negatives Linsenelement (22) oder miteinander verkittete Linsenelemente (22, 23), die insgesamt negative Brechkraft haben, umfasst und
das einzelne positive Linsenelement (21) auf beiden Flächen asphärisch ausgebildet ist und folgende Bedingungen erfüllt:

0,6 < |ΔI_R1/I_R1| < 1,4 (6)
(ΔI_R1/I_R1 < 0)

0,6 < |ΔI_R2/I_R2| < 1,4 (7)
(ΔI_R2/I_R2 < 0)

worin
ΔI_R1 den Änderungswert des auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der objektseitigen asphärischen Fläche des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist,
I_R1 den auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der objektseitigen achsennahen sphärischen Komponente des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes (21) bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist,
ΔI_R2 den Änderungswert des auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der bildseitigen asphärischen Fläche des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes (21) bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist, und
I_R2 den auf die sphärische Aberration bezogenen Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung infolge der bildseitigen achsennahen sphärischen Komponente des einzelnen asphärischen positiven Linsenelementes (21) bezeichnet, unter der Annahme, dass die längste Brennweite auf 1,0 normiert ist.

7. Variolinsensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist:

0,3 < LD_2G/LD_3G-im < 1,2 (8)

worin
LD_2G den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe (20) und
LD_3G-im den längs der optischen Achse gemessenen und im gesamten Brennweitenbereich minimalen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe (30) von der Bildebene bezeichnet.

8. Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30), die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind, wobei
bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe (10) und der positiven zweiten Linsengruppe (20) abnimmt und der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe (20) und der positiven dritten Linsengruppe (30) zunimmt,
die positive zweite Linsengruppe (20) ein einzelnes positives Linsenelement (21) sowie ein einzelnes negatives Linsenelement (22) oder miteinander verkittete Linsenelemente (22, 23), die insgesamt negative Brechkraft haben, umfasst,
das einzelne positive Linsenelement (21) auf beiden Flächen asphärisch ausgebildet ist und
folgende Bedingung erfüllt ist:

0,3 < LD_2G/LD_3G-im < 1,2 (8)

worin
LD_2G den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe (20) und
LD_3G-im den längs der optischen Achse gemessenen und im gesamten Brennweitenbereich minimalen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der positiven dritten Linsengruppe (30) von der Bildebene bezeichnet.

9. Variolinsensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die negative erste Linsengruppe (10) ein negatives Linsenelement (11) und ein positives Linsenelement (12) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind,
das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement mindestens eine asphärische Fläche hat und
folgende Bedingungen erfüllt sind:

0,5 < LD_1G/fw < 1,0 (9)

1,75 < N_asp(1G) (10)

worin
LD_1G den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe (10),
fw die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite und
N_asp(1G) den auf die d-Linie bezogenen Brechungsindex des am weitesten bildseitig angeordneten, asphärischen Linsenelementes der negativen ersten Linsengruppe (10) bezeichnet.

10. Variolinsensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die negative erste Linsengruppe (10) ein negatives Linsenelement (11) und ein positives Linsenelement (12) umfasst, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind,
das am weitesten bildseitig angeordnete Linsenelement mindestens eine asphärische Fläche hat und
folgende Bedingungen erfüllt sind:

0,5 < LD_1G/fw < 1,0 (9)

1,75 < N_asp(1G) (10)

worin
LD_1G den längs der optischen Achse gemessenen Abstand der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche von der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der negativen ersten Linsengruppe (10),
fw die Gesamtbrennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite und
N_asp(1G) den auf die d-Linie bezogenen Brechungsindex des am weitesten bildseitig angeordneten, asphärischen Linsenelementes der negativen ersten Linsengruppe (10) bezeichnet.