DE10332617B4

DE10332617B4 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE10332617B4
Application number: DE10332617A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Minefuji
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: US6906868B2; JP2004053751A; JP4173977B2; DE10332617A1; US20040012859A1

Abstract

Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30) in dieser Reihenfolge vom Objekt her, wobei
die negative erste Linsengruppe (10) aus einem negativen Meniskuslinsenelement besteht, dessen konvexe Fläche dem Objekt zugewandt ist,
die positive zweite Linsengruppe (20) ein positives Linsenelement mit einer objektseitigen konvexen Fläche und ein aus einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement bestehendes Kittglied in dieser Reihenfolge vom Objekt her umfasst,
die positive dritte Linsengruppe (30) ein positives bikonvexes Linsenelement umfasst,
zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite mindestens die negative erste Linsengruppe (10) und die positive zweite Linsengruppe (20) bewegt werden, objektseitig der positiven zweiten Linsengruppe (20) eine Blende (S) angeordnet ist, die mit der positiven zweiten Linsengruppe (20) als Einheit bewegbar ist, und
folgende Bedingungen erfüllt sind: 0,25 < R1/D1 < 0,55 (1) 0,25 < f2/TL...

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem, das z. B. in einer kleinen, leichtgewichtigen Videokamera oder Digitalkamera verwendbar ist und einen halben Bildfeldwinkel von mindestens 30° bei der Einstellung kürzester Brennweite sowie ein Brennweitenverhältnis von etwa 2 hat sowie einfach aufgebaut ist und zu geringen Kosten hergestellt werden kann.
Mit der fortschreitenden Miniaturisierung von Abbildungsvorrichtungen wie CCDs und der Erhöhung deren Speicherdichte in den vergangenen Jahren sind auch die Anforderungen an die in Videokameras, elektronischen Einzelbildkameras oder dergleichen eingesetzten Vario- oder Zoomlinsensysteme hinsichtlich Größe und Abbildungsleistung gestiegen. In einem Festkörper-Bildsensor, der in einer solchen Videokamera oder elektronischen Einzelbildkamera eingesetzt wird, ist ein Farbseparationsfilter in der Nähe einer Lichtempfangsfläche angeordnet. Fällt bei dieser Anordnung ein durch das Aufnahmelinsensystem tretendes Bündel von Lichtstrahlen unter einem schrägen Winkel auf die Lichtempfangsfläche, so wird das Licht durch das Farbseparationsfilter geschwächt oder abgeschattet. Eine solche Abschattung führt zu einer Abnahme der Randausleuchtung. Außerdem treten Farbunregelmäßigkeiten infolge einer Abweichung der Positionsbeziehung zwischen dem Farbseparationsfilter und den auf der Lichtempfangsfläche vorgesehenen Pixeln auf. Um optimale Telezentrizität zu erreichen, wird eine Optik benötigt, bei der die Austrittspupille so weit wie möglich von der Bildebene beabstandet ist. Unter Telezentrizität ist im folgenden ein Zustand zu verstehen, in dem das Bündel von Lichtstrahlen unter einem Winkel auf die Lichtempfangsfläche fällt, der einem rechten Winkel (90°) möglichst nahe kommt.
Bei einer Vario- oder Zoom-Kompaktkamera ist es wichtig, dass diese in der Aufnahmestellung möglichst klein ist. In den vergangenen Jahren ist hinsichtlich der Miniaturisierung jedoch auch die Kompaktheit der Kamera in dem Zustand, in dem das Aufnahmelinsensystem eingezogen ist und die Kamera herumgetragen wird, zu einem wichtigen Faktor geworden. Für ein solches Variolinsensystem ist deshalb ein möglichst dünner Kamerakörper erwünscht, in dem das Aufnahmelinsensystem untergebracht werden kann, wenn es eingezogen wird. Um einen solch dünnen Kamerakörper zu erhalten, müssen die das Variolinsensystem bildenden Linsengruppen möglichst dünn gehalten sein. Außerdem müssen die Verstellstrecken der einzelnen Linsengruppen zur Brennweitenänderung verringert werden, nicht zuletzt, um auch die mechanische Last zu reduzieren.
Als miniaturisiertes Variolinsensystem ist aus dem Stand der Technik ein aus zwei Linsengruppen, nämlich einer negativen ersten Linsengruppe und einer positiven zweiten Linsengruppe bestehendes Variolinsensystem bekannt. Bei diesem aus zwei Linsengruppen bestehenden Variolinsensystem befindet sich jedoch die Austrittspupille vergleichsweise nahe der Bildebene, was bei Verwendung eines Festkörper-Bildsensors nicht erwünscht ist.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, offenbaren die ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichungen JP 10-206732 A und JP 11-211984 A Variolinsensysteme mit einer geringeren Anzahl an Linsenelementen, die vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden können. Das in der ersten Druckschrift offenbarte Variolinsensystem besteht aus zwei Linsengruppen und erreichen eine bessere Telezentrizität dadurch, dass zwischen der zweiten Linsengruppe und der Abbildungsvorrichtung eine ortsfeste oder bewegbare positive Linsengruppe mit vergleichsweise starker Brechkraft vorgesehen ist.
Bei dem in der Druckschrift JP 10-206732 A beschriebenen, aus zwei Linsengruppen bestehenden Variolinsensystem besteht eine Vario- oder Zoomoptik einfach aus fünf Linsenelementen. Dieses Variolinsensystem hat jedoch folgende Nachteile:

(i) Das Öffnungsverhältnis bei der Einstellung kürzester Brennweite ist außerordentlich groß, nämlich mindestens 4; und
(ii) der Zoomvorgang, d. h. die Brennweitenänderung, erfolgt diskontinuierlich, d. h. das Variolinsensystem ist nicht ausgebildet, eine kontinuierliche Brennweitenänderung vorzunehmen.

Das in der Druckschrift JP 11-211984 A beschriebene, aus drei Linsengruppen bestehende Variolinsensystem erreicht ein Varioverhältnis von etwa 2 durch eine einfache Linsenanordnung aus sechs Linsenelementen. Jedoch ist der halbe Bildfeldwinkel bei der Einstellung kürzester Brennweite vergleichsweise klein, nämlich etwa 25°. Außerdem sind in der ersten und dritten Linsengruppe asphärische Linsenelemente enthalten, die eine technisch ausgereifte Bearbeitung erfordern. Dieses Variolinsensystem ist deshalb im Hinblick auf den Bildfeldwinkel und die Fertigungskosten nicht zufriedenstellend. Ausgehend von dem Variolinsensystem besteht also Verbesserungsbedarf.
Aus der US 6 078 434 A ist ein Variolinsensystem bekannt, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine positive dritte Linsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt her umfasst. Die negative erste Linsengruppe besteht aus einem einzelnen Meniskuslinsenelement, dessen konvexe Fläche dem Objekt zugewandt ist. Auch die zweite positive Linsengruppe besteht aus einem einzelnen Linsenelement. Die positive dritte Linsengruppe besteht aus einem einzelnen plankonvexen Linsenelement. Objektseitig der positiven zweiten Linsengruppe ist eine Blende angeordnet, die mit der zweiten Linsengruppe als Einheit bewegbar ist. Zur Brennweitenänderung werden die erste und die zweite Linsengruppe bewegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes und kostengünstiges Variolinsensystem hoher Qualität.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung stellt ein kostengünstiges Variolinsensystem bereit, das in einer kleinen Videokamera, einer Digitalkamera etc. verwendbar ist. Das Variolinsensy stem hat (i) ein Brennweitenverhältnis von etwa 2, (ii) ein Öffnungsverhältnis von etwa 1:3,5 bei der Einstellung kürzester Brennweite, (iii) einen halben Bildfeldwinkel von mindestens 30° bei der Einstellung kürzester Brennweite, (iv) eine Abbildungsleistung, die eine gute Abbildung auf eine hochauflösende Abbildungsvorrichtung ermöglicht, sowie (ν) einen einfachen Aufbau, der ohne besonders gestaltete Linsenflächen wie asphärische Linsenflächen auskommt.
Hinsichtlich der Bewegung der Linsengruppen sieht die Erfindung zwei Aspekte vor:
Erster Aspekt
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die negative erste Linsengruppe monoton zum Bild hin bewegt, die positive zweite Linsengruppe monoton zum Objekt hin bewegt und die positive dritte Linsengruppe gemeinsam mit der positiven zweiten Linsengruppe als Einheit bewegt. Gemäß dem ersten Aspekt sind vorteilhaft die Bedingungen (4) und (5) des Anspruchs 3 erfüllt.
Zweiter Aspekt
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die negative erste Linsengruppe monoton zum Bild hin bewegt, die positive zweite Linsengruppe monoton zum Bild hin bewegt und die positive dritte Linsengruppe bezüglich der Bildebene ortsfest gehalten.
Gemäß dem zweiten Aspekt sind vorteilhaft die Bedingungen (6) und (7) des Anspruchs 4 erfüllt.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2A, 2B, 2C und 2D in der Linsenanordnung nach 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
3A, 3B, 3C und 3D in der Linsenanordnung nach 1 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
4A, 4B, 4C und 4D in der Linsenanordnung nach 1 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
5 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
6A, 6B, 6C und 6D in der Linsenanordnung nach 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
7A, 7B, 7C und 7D in der Linsenanordnung nach 5 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
8A, 8B, 8C und 8D in der Linsenanordnung nach 5 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
9 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
10A, 10B, 10C und 10D in der Linsenanordnung nach 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
11A, 11B, 11C und 11D in der Linsenanordnung nach 9 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
12A, 12B, 12C und 12D in der Linsenanordnung nach 9 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
13 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem vierten Ausführungsbeispiel,
14A, 14B, 14C und 14D in der Linsenanordnung nach 13 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
15A, 15B, 15C und 15D in der Linsenanordnung nach 13 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
16A, 16B, 16C und 16D in der Linsenanordnung nach 13 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
17 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem fünften Ausführungsbeispiel,
18A, 18B, 18C und 18D in der Linsenanordnung nach 17 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
19A, 19B, 19C und 19D in der Linsenanordnung nach 17 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
20A, 20B, 20C und 20D in der Linsenanordnung nach 17 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
21 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems nach einem sechsten Ausführungsbeispiel,
22A, 22B, 22C und 22D die in der Linsenanordnung nach 21 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretenden Aberrationen,
23A, 23B, 23C und 23D die in der Linsenanordnung nach 21 bei einer mittleren Brennweite auftretenden Aberrationen,
24A, 24B, 24C und 24D in der Linsenanordnung nach 21 bei der Einstellung längster Brennweite auftretenden Aberrationen,
25 eine schematische Darstellung der Verstellwege der Linsengruppen für das erste, das zweite und das fünfte Ausführungsbeispiel, und
26 eine schematische Darstellung der Verstellwege der Linsengruppen für das dritte, das vierte und das sechste Ausführungsbeispiel.
Wie in den Linsenanordnungen nach den 1, 5, 9, 13, 17 und 21 gezeigt, enthält das Variolinsensystem nach der Erfindung eine negative, d. h. mit negativer Brechkraft versehene, erste Linsengruppe 10, eine positive, d. h. mit positiver Brechkraft versehene, zweite Linsengruppe 20 und eine positive dritte Linsengruppe 30, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Jede dieser Linsenanordnungen stellt ein Variolinsensystem dar, das erfindungsgemäß in einer Digitalkamera verwendbar ist. Mit dem Bezugszeichen G ist eine Filtergruppe bezeichnet, die z. B. ein Tiefpassfilter, ein Infrarot-Sperrfilter und ein CCD-Deckglas umfasst. Die Filtergruppe G ist als planparallele Platte dargestellt.
In den 25 und 26 zeigen schematisch zwei Arten von Verstellwegen, gemäß denen die Linsengruppen des Variolinsensystems bewegt werden.
In 25 sind die positive zweite Linsengruppe 20 und die positive dritte Linsengruppe 30 als Einheit bewegbar. Während einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite wird die negative erste Linsengruppe 10 ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite W über eine mittlere Brennweite M hin zur Einstellung längster Brennweite T monoton zum Bild hin bewegt, während die positive zweite Linsengruppe 20 und die positive dritte Linsengruppe 30 monoton und als Einheit zum Objekt hin bewegt werden. Eine zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 angeordnete Blende wird während der Brennweitenänderung einstückig mit der positiven zweiten Linsengruppe 20 bewegt.
In 26 sind zur Brennweitenänderung die negative erste Linsengruppe 10 und die positive zweite Linsengruppe 20 bewegbar, während die positive dritte Linsengruppe 30 ortsfest ist. Während der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite W hin zur Einstellung längster Brennweite T wird die negative erste Linsengruppe 10 monoton zum Bild hin bewegt, die positive zweite Linsengruppe 20 monoton zum Bild hin bewegt, die positive dritte Linsengruppe 30 bezüglich der Bildebene ortsfest gehalten und die zwischen der negati ven ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 angeordnete Blende S mit der positiven zweiten Linsengruppe 20 als Einheit bewegt.
Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 dient der Aberrationskorrektion, indem der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 sowie der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des negativen Meniskuslinsenelementes geeignet eingestellt werden, wenn die negative erste Linsengruppe 10 aus diesem negativen Meniskuslinsenelement besteht.
Wird der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des negativen Meniskuslinsenelementes bezogen auf den Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 so groß und damit die Brechkraft so schwach, dass R1/D1 die obere Grenze der Bedingung (1) übersteigt, so wird es schwierig, die Verzeichnung insbesondere bei der Einstellung kürzester Brennweite zu verringern und die Gesamtlänge des Variolinsensystems gering zu halten.
Wird dagegen der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des negativen Meniskuslinsenelementes bezogen auf den Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 so klein und damit die Brechkraft so stark, dass R1/D1 die untere Grenze der Bedingung (1) unterschreitet, so wird die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 so stark, dass die Koma zunimmt und es schwierig wird, die Bildfeldwölbung sowohl bei der Einstellung kürzester Brennweite als auch bei der Einstellung längster Brennweite in gut ausgeglichener Weise zu korrigieren.
Die Bedingung (2) des Anspruchs 1 gibt das Verhältnis der Brennweite der positiven zweiten Linsengruppe 20 zu dem längs der optischen Achse gemessenen Abstand zwischen der am weitesten objektseitig gelegenen Fläche der negativen ersten Linsengruppe 10 und der am weitesten bildseitig gelegenen Fläche der positiven dritten Linsengruppe 30 bei der Einstellung kürzester Brennweite, d. h. der Gesamtlänge des Variolinsensystems an. Indem die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 gemäß Bedingung (2) geeignet verteilt ist, wird ein ge eigneter Kompromiss zwischen der weiteren Miniaturisierung des Variolinsensystems und der Aberrationskorrektion erreicht.
Wird die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 bezogen auf die Gesamtlänge des Variolinsensystems so stark, dass f2/TL die untere Grenze der Bedingung (2) unterschreitet, so neigt sich die Bildfeldwölbung stark in die negative Richtung.
Ist dagegen die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 bezogen auf die Gesamtlänge des Variolinsensystems so schwach, dass f2/TL die obere Grenze der Bedingung (2) übersteigt, so wird es schwierig, einen geeigneten Ausgleich zwischen sphärischer Aberration und Bildfeldwölbung zu erreichen und dabei zugleich die Gesamtlänge des Variolinsensystems gering zu halten.
In den in den 1, 5, 9, 13, 17 und 21 gezeigten Ausführungsbeispielen enthält die positive zweite Linsengruppe 20 jeweils drei Linsenelemente, nämlich ein positives Linsenelement mit einer dem Objekt zugewandten konvexen Fläche, ein positives bikonvexes Linsenelement und ein negatives bikonkaves Linsenelement, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her angeordnet sind. Das positive bikonvexe Linsenelement und das negative bikonkave Linsenelement sind miteinander verkittet.
In diesen Ausführungsbeispielen bildet die positive zweite Linsengruppe 20 die Vario- oder Zoomlinsengruppe und hat deshalb starke Brechkraft. Besteht die positive zweite Linsengruppe 20, wie oben beschrieben, aus den drei Linsenelementen, so sind das zweite und das dritte Linsenelement vorzugsweise miteinander verkittet. Dadurch kann eine durch Fertigungsfehler verursachte Verschlechterung der Abbildungsleistung vermieden und ein einfacher Zusammenbau des Variolinsensystems erreicht werden.
Die am weitesten bildseitig gelegene Fläche der positiven zweiten Linsengruppe 20 ist vorzugsweise als stark zerstreuende Fläche ausgebildet, welche die Bedingung (3) des Anspruchs 2 erfüllt. Indem die letzte Fläche der positiven zweiten Linsengruppe 20 als zerstreuende Fläche ausgebildet ist, kann das aus der zweiten Linsengruppe 20 austretende Lichtbündel über einen vergleichsweise kurzen Abstand zwischen der positiven Linsengruppe 20 und der positiven Linsengruppe 30 von der optischen Achse auseinanderlaufen. Indem das Lichtbündel dann durch die dritte Linsengruppe 30 wirkungsvoll gebrochen wird, kann so eine geeignete Telezentrizität erreicht werden.
Wird der Krümmungsradius der letzten Flächen der positiven zweiten Linsengruppe 20 so groß und die zerstreuende Brechkraft so schwach, dass R2/fw die obere Grenze der Bedingung (3) übersteigt, so muss der Abstand zwischen der positiven zweiten Linsengruppe 20 und der positiven dritten Linsengruppe 30 vergrößert werden, um eine geeignete Telezentrizität zu erreichen. Eine solche Vergrößerung dieses Abstandes ist jedoch im Hinblick auf die Verringerung der Gesamtlänge des Variolinsensystems unvorteilhaft.
Wird dagegen die zerstreuende Brechkraft der letzten Fläche der positiven zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass R2/fw die untere Grenze der Bedingung (3) unterschreitet, so wird gleichzeitig die positive Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 so stark, dass die Korrektion von sphärischer Aberration und Koma schwierig wird.
Die Bedingungen (4) und (5) des Anspruchs 3 dienen dazu, eine gute Abbildungsleistung in dem Fall zu erreichen, in dem die positive Linsengruppe 20 und die positive Linsengruppe 30, wie in 25 gezeigt, zur Brennweitenänderung als Einheit bewegt werden, d. h. das Variolinsensystem eine Anordnung von zwei Linsengruppen darstellt.
Die Bedingung (4) gibt die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 an. Ist die Bedingung (4) erfüllt, so wird eine weitere Miniaturisierung erreicht, und die bei der Brennweitenänderung auftretenden Aberrationsänderungen können geeignet korrigiert werden.
Wird die negative Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 so schwach, dass |f1/fw| die obere Grenze der Bedingung (4) übersteigt, so ist dies zwar im Hinblick auf die Aberrationskorrektion von Vorteil, jedoch nimmt auch die Gesamtlänge des Variolinsensystems und entsprechend der Linsendurchmesser zu, was im Hinblick auf eine weitere Miniaturisierung unerwünscht ist.
Wird dagegen die negative Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 so stark, dass |f1/fw| die untere Grenze der Bedingung (4) unterschreitet, so wird die positive Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass es schwierig wird, Astigmatismus und Bildfeldwölbung bei der Brennweitenänderung in gut ausgeglichener Weise zu korrigieren.
Die Bedingung (5) gibt die Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 an. Ist die Bedingung (5) erfüllt, so wird ein guter Kompromiss zwischen einer angemessenen Telezentrizität bei der Einstellung kürzester Brennweite und den während der Brennweitenänderung auftretenden Aberrationsänderungen erreicht.
Wird die Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 so schwach, dass f3/fw die obere Grenze der Bedingung (5) übersteigt, so wird gleichzeitig die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass die Aberrationsänderungen während der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite unvorteilhaft zunehmen.
Wird dagegen die Brechkraft der positiven Linsengruppe 30 so stark, dass f3/fw die untere Grenze der Bedingung (5) unterschreitet, so wird die Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 sehr stark. Dadurch ist zwar die Austrittspupille bei der Einstellung kürzester Brennweite von der Bildebene entfernt angeordnet, wodurch die Telezentrizität verbessert wird. Jedoch wird es schwierig, sphärische Aberration und Ebenheit der Bildebene unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden hinteren Schnittweite angemessen zu korrigieren.
Die Bedingungen (6) und (7) des Anspruchs 4 dienen dazu, eine gute Abbildungsleistung zu erreichen, wenn zur Brennweitenänderung die negative erste Linsengruppe 10 monoton zum Bild hin bewegt wird, die positive zweite Linsengruppe 20 monoton zum Objekt hin bewegt wird und die positive dritte Linsengruppe 30 bezüglich der Bildebene ortsfest gehalten wird, wie in 26 gezeigt ist. Da die positive Linsengruppe 30 nahe der Bildebene angeordnet ist, kann eine weitere Miniaturisierung des zugehörigen Antriebssystems erreicht werden, insbesondere dann, wenn die positive dritte Linsengruppe 30 zur Fokussierung genutzt wird.
Die Bedingung (6) gibt die Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 an. Entsprechend Bedingung (4) kann durch Erfüllen der Bedingung (6) eine weitere Miniaturisierung erreicht werden, während zugleich die Aberrationsänderungen während der Brennweitenänderung gut korrigiert werden können.
Wird die negative Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 so schwach, dass |f1/fw| die obere Grenze der Bedingung (6) übersteigt, so ist dies zwar im Hinblick auf die Aberrationskorrektion von Vorteil. Jedoch nimmt die Gesamtlänge des Variolinsensystems und damit der Linsendurchmesser zu, was im Hinblick auf eine weitere Miniaturisierung unvorteilhaft ist.
Wird dagegen die negative Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 so stark, dass |f1/fw| die untere Grenze der Bedingung (6) unterschreitet, so wird die positive Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe 20 so stark, dass es schwierig wird, Astigmatismus und Bildfeldwölbung während der Brennweitenänderung in gut ausgeglichener Weise zu korrigieren.
Die Bedingung (7) gibt die Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 an. Ist die Bedingung (7) erfüllt, so wird eine gute Telezentrizität bei der Einstellung kürzester Brennweite erreicht, und die Aberrationsänderungen während der Fokussierung ausgehend von der Unendlich-Einstellung hin zu einer Einstellung auf ein nahes Objekt können verringert werden.
Wird die Brechkraft der positiven dritten Linsengruppe 30 so schwach, dass f3/fw die obere Grenze der Bedingung (7) übersteigt, so wird die Telezentrizität bei der Einstellung kürzester Brennweite schlechter und die Verstellstrecke der positiven dritten Linsengruppe 30 zur Fokussierung zu groß. Insbesondere wird es schwierig, die Aberrationsänderungen bei der Einstellung längster Brennweite zu verringern.
Wird dagegen die Brechkraft der positiven Linsengruppe 30 so stark, dass f3/fw die untere Grenze der Bedingung (7) unterschreitet, so wird die Positionsänderung der Austrittspupille während der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite unvorteilhaft groß. Außerdem wird es schwierig, den Astigmatismus geeignet zu korrigieren und gleichzeitig eine ausreichende hintere Schnittweite einzuhalten.
Im Folgenden werden numerische Daten für die Ausführungsbeispiele angegeben. 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, während die d-Linie als Basislinie mit der Ordinate zusammenfällt. S bezeichnet das Sagittal-Bild und M das Meridional-Bild. In den Tabellen bezeichnet FNO die f-Zahl, f die Brennweite des gesamten Variolinsensystems, fB die hintere Schnittweite (Abstand von der am weitesten bildseitig gelegenen Fläche des Deckglases zur Bildebene), W den halben Bildfeldwinkel (°), r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke oder den Abstand zwischen den Linsenelementen, Nd den Brechungsindex bei der d-Linie und ν_d die Abbe-Zahl.
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die 2A bis 2D zeigen die in der Linsenanordnung nach 1 bei der kürzesten Brennweite auftretenden Aberrationen. Die 3A bis 3D zeigen die in der Linsenanordnung nach 1 bei der mittleren Brennweite auf tretenden Aberrationen. Die 4A bis 4D zeigen die in der Linsenanordnung nach 1 bei der längsten Brennweite auftretenden Aberrationen. 25 zeigt schematisch die Verstellwege der Linsengruppen des Variolinsensystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel. In Tabelle 1 sind die numerischen Daten für das erste Ausführungsbeispiel angegeben.
Die negative erste Linsengruppe 10 umfasst ein negatives Meniskuslinsenelement, dessen konvexe Fläche dem Objekt zugewandt ist..
Die positive zweite Linsengruppe 20 umfasst drei Linsenelemente, nämlich ein positives bikonvexes Linsenelement sowie ein Kittglied, das aus einem positiven bikonvexen Linsenelement und einem negativen bikonkaven Linsenelement besteht, in dieser Reihenfolge vom Objekt her.
Die positive dritte Linsengruppe umfasst ein positives bikonvexes Linsenelement.

Zur Brennweitenänderung werden alle Linsengruppen gemäß den in 25 gezeigten Verstellwegen bewegt. Tabelle 1

FNO. = 1:3,5 – 3,9 – 4,6 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,1 – 23,8 – 17,6 fB = 0,00 – 0,00 – 0,00 D2 = 18,66 – 12,51 – 7,80 D9 = 3,00 – 4,45 – 6,51 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3: 1,50 1,50 1,50
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	24,171	0,80	1,75500	52,3
2	7,308	D2	-	-
3	7,330	1,73	1,80400	46,6
4	–104,489	1,95	-	-
5	5,255	2,68	1,48749	70,2
6	–4,234	0,88	1,80518	25,4
7	4,226	2,02	-	-
8	13,114	1,81	1,72825	28,5
9	–14,339	D9	-	-
10		1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Ausführungsbeispiel 2

5 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die 6A bis 6D zeigen in der Linsenanordnung nach 5 bei der kürzesten Brennweite auftretende Aberrationen. Die 7A bis 7D zeigen in der Linsenanordnung nach 5 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen. Die 8A bis 8D zeigen in der Linsenanordnung nach 5 bei der längsten Brennweite auftretende Aberrationen. In Tabelle 2 sind die numerischen Daten für das zweite Ausführungsbeispiel angegeben. Die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Grund die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Entsprechend bewegen sich die Linsengruppen gemäß den in 25 gezeigten Verstellwegen. Tabelle 2

FNO. = 1:3,5 – 3,9 – 4,5 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,1 – 23,8 – 17,6 fB = 0,00 – 0,00 – 0,00 D2 = 18,79 – 12,57 – 7,80 D9 = 3,00 – 4,40 – 6,40 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3: 1,50 1,50 1,50
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	27,104	0,80	1,72916	54,7
2	7,508	D2	-	-
3	6,860	3,33	1,88300	40,8
4	–249,107	1,00	-	-
5	5,236	2,10	1,48749	70,2
6	–4,256	0,90	1,84666	23,8
7	4,256	2,20	-	-
8	16,569	1,73	1,84666	23,8
9	–16,569	D9	-	-
10		1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Ausführungsbeispiel 3
9 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem dritten Ausführungsbeispiel. Die 10A bis 10D zeigen in der Linsenanordnung nach 9 bei der kürzesten Brennweite auftretende Aberrationen. Die 11A bis 11D zeigen in der Linsenanordnung nach 9 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen. Die 12A bis 12D zeigen in der Linsenanordnung nach 9 bei der längsten Brennweite auftretende Aberrationen. 26 zeigt schematisch die Verstellwege der Linsengruppen des Variolinsensystems für das dritte Ausführungsbeispiel. In Tabelle 3 sind die numerischen Daten für das dritte Ausführungsbeispiel angegeben.
Die negative erste Linsengruppe 10 umfasst ein negatives Meniskuslinsenelement, dessen konvexe Fläche dem Objekt zugewandt ist.
Die positive zweite Linsengruppe 20 umfasst drei Linsenelemente, nämlich ein positives bikonvexes Linsenelement und ein aus einem positiven bikonvexen Linsenelement und einem negativen bikonkaven Linsenelement bestehendes Kittglied, in dieser Reihenfolge vom Objekt her.
Die positive dritte Linsengruppe 30 umfasst ein positives bikonvexes Linsenelement.

Zur Brennweitenänderung werden die Linsengruppen entsprechend den in 26 schematisch gezeigten Verstellwegen bewegt. Tabelle 3

FNO. = 1:3,1 – 3,7 – 4,5 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,1 – 23,8 – 17,6 fB = 0,00 – 0,00 – 0,00 D2 = 20,66 – 15,22 – 11,05 D7 = 2,40 – 4,46 – 7,40 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3: 1,50 1,50 1,50
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	38,407	0,80	1,67790	55,3
2	9,228	D2	-	-
3	8,440	1,67	1,86300	41,5
4	–926,220	1,95	-	-
5	6,494	2,33	1,70154	41,2
6	–3,799	0,90	1,80518	25,4
7	4,022	D7	-	-
8	15,274	2,04	1,83400	37,2
9	–23,522	3,01	-	-
10	∞	1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Ausführungsbeispiel 4
13 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem vierten Ausführungsbeispiel. Die 14A bis 14D zeigen in der Linsenanordnung nach

13 bei der kürzesten Brennweite auftretende Aberrationen. Die 15A bis 15D zeigen in der Linsenanordnung nach 13 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen. Die 16A bis 16D zeigen in der Linsenanordnung nach 13 bei der längsten Brennweite auftretende Aberrationen. In Tabelle 4 sind die numerischen Daten für das vierte Ausführungsbeispiel angegeben. Die Linsenanordnung des vierten Ausführungsbeispiels ist im Grunde die gleiche wie die des dritten Ausführungsbeispiels. Entsprechend werden die Linsengruppen entsprechend den in 26 gezeigten Verstellwegen bewegt. Tabelle 4

FNO. = 1:3,1 – 3,7 – 4,5 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,1 – 23,8 – 17,6 fB = 0,00 – 0,00 – 0,00 D2 = 19,73 – 14,64 – 10,73 D7 = 2,80 – 4,97 – 8,07 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3:1,50 1,50 1,50
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	37,235	0,80	1,69680	55,5
2	9,079	D2	-	-
3	9,795	1,62	1,83400	37,2
4	–63,740	1,63	-	-
5	5,700	2,45	1,72000	42,0
6	–5,700	0,90	1,84666	23,8
7	3,720	D7	-	-
8	15,202	2,07	1,88300	40,8
9	–25,289	3,00	-	-
10	∞	1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Ausführungsbeispiel 5

17 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem fünften Ausführungsbeispiel. Die 18A bis 18D zeigen in der Linsenanordnung nach 17 bei der kürzesten Brennweite auftretende Aberrationen. Die 19A bis 19D zeigen in der Linsenanordnung nach 17 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen. Die 20A bis 20D zeigen in der Linsenanordnung nach 17 bei der längsten Brennweite auftretende Aberrationen. In Tabelle 5 sind die numerischen Daten für das fünfte Ausführungsbeispiel angegeben. Die Linsenanordnung des fünften Ausführungsbeispiels ist im Grunde die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Entsprechend werden die Linsengruppen gemäß den in 25 gezeigten Verstellwegen bewegt. Tabelle 5

FNO. = 1:3,5 – 3,9 – 4,5 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,1 – 23,9 – 17,7 fB = 0,00 – 0,00 –,00 D2 = 19,74 – 12,64 – 7,21 D7 = 2,85 – 4,09 – 5,86 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3:1,50 1,50 1,50
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	27,915	0,80	1,77250	49,6
2	8,615	D2	-	-
3	5,823	3,50	1,84100	43,2
4	21,343	1,30	-	-
5	5,194	2,21	1,48749	70,2
6	–3,119	1,30	1,84666	23,8
7	5,287	1,29	-	-
8	12,645	1,86	1,84666	23,8
9	–12,290	D7	-	-
10	∞	1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Ausführungsbeispiel 6
21 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems nach dem sechsten Ausführungsbeispiel. Die 22A bis 22D zeigen in der Linsenanordnung nach

21 bei der kürzesten Brennweite auftretende Aberrationen. Die 23A bis 23D zeigen in der Linsenanordnung nach 21 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen. Die 24A bis 24D zeigen in der Linsenanordnung nach 21 bei der längsten Brennweite auftretende Aberrationen. In Tabelle 6 sind die numerischen Daten für das sechste Ausführungsbeispiel angegeben. Die Linsenanordnung des sechsten Ausführungsbeispiels ist im Grund die gleiche wie die des dritten Ausführungsbeispiels. Entsprechend werden die Linsengruppen gemäß den in 26 gezeigten Verstellwegen bewegt. Tabelle 6

FNO. = 1:3,1 – 3,6 – 4,4 f = 5,90 – 8,00 – 11,0 (Brennweitenverhältnis: 1,86) W = 32,2 – 23,7 – 17,4 fB = 0,00 – 0,00 – 0,00 D2 = 19,40 – 14,42 – 10,60 D7 = 2,57 – 4,44 – 7,1 objektseitige Blendenposition bezüglich der Fläche Nr. 3: 1,43 1,43 1,43
Fläche Nr.	r	d	Nd	ν_d
1	25,081	0,80	1,67790	55,3
2	7,723	D2	-	-
3	8,218	1,66	1,86300	41,5
4	–97,675	1,33	-	-
5	8,004	2,85	1,70154	41,2
6	–3,311	1,24	1,80518	25,4
7	4,248	D7	-	-
8	11,215	2,04	1,83400	37,2
9	–89,227	2,33	-	-
10	∞	1,00	1,51633	64,1
11	∞	-	-	-

Tabelle 7 zeigt für die verschiedenen Ausführungsbeispiele die auf die einzelnen Bedingungen bezogenen numerischen Werte. Tabelle 7

	Beispiel	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Bedingung (1)	0,392	0,400	0,447	0,460
Bedingung (2)	0,325	0,320	0,334	0,340
Bedingung (3)	0,716	0,721	0,682	0,631
Bedingung (4)	2,401	2,456	-	-
Bedingung (5)	1,640	1,699	-	-
Bedingung (6)	-	-	3,071	2,955
Bedingung (7)	-	-	1,928	1,867

	Beispiel 5	Beispiel
Bedingung (1)	0,436	0,398
Bedingung (2)	0,324	0,313
Bedingung (3)	0,896	0,720
Bedingung (4)	2,798	-
Bedingung (5)	1,219	-
Bedingung (6)	-	2,843
Bedingung (7)	-	2,044

Wie aus Tabelle 7 hervorgeht, sind die Bedingungen (1) bis (7) durch die Ausführungsbeispiele erfüllt. Wie ferner aus den Figuren hervorgeht, sind die verschiedenen Aberrationen bei jeder Brennweite gut korrigiert.

Claims

Variolinsensystem, umfassend eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine positive dritte Linsengruppe (30) in dieser Reihenfolge vom Objekt her, wobei die negative erste Linsengruppe (10) aus einem negativen Meniskuslinsenelement besteht, dessen konvexe Fläche dem Objekt zugewandt ist, die positive zweite Linsengruppe (20) ein positives Linsenelement mit einer objektseitigen konvexen Fläche und ein aus einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement bestehendes Kittglied in dieser Reihenfolge vom Objekt her umfasst, die positive dritte Linsengruppe (30) ein positives bikonvexes Linsenelement umfasst, zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite mindestens die negative erste Linsengruppe (10) und die positive zweite Linsengruppe (20) bewegt werden, objektseitig der positiven zweiten Linsengruppe (20) eine Blende (S) angeordnet ist, die mit der positiven zweiten Linsengruppe (20) als Einheit bewegbar ist, und folgende Bedingungen erfüllt sind: 0,25 < R1/D1 < 0,55 (1) 0,25 < f2/TL < 0,45 (2)worin R1 den Krümmungsradius der bildseitigen Fläche des die negative erste Linsengruppe (10) bildenden negativen Meniskuslinsenelementes bezeichnet, D1 den Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe (10) und der positiven zweiten Linsengruppe (20) bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet, f2 die Brennweite der positiven zweiten Linsengruppe (20) bezeichnet; und TL den Abstand längs der optischen Achse zwischen der am weitesten objektseitig gelegenen Fläche der negativen ersten Linsengruppe (10) und der am weitesten bildseitig gelegenen Fläche der positiven dritten Linsengruppe (30) bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.
Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am weitesten bildseitig gelegene Fläche der positiven zweiten Linsengruppe (20) als zerstreuende Fläche ausgebildet ist, und folgende Bedingung erfüllt ist: 0,5 < R2/fw < 1,0 (3)worin fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet, und R2 den Krümmungsradius der am weitesten bildseitig gelegenen Fläche der positiven zweiten Linsengruppe (20) bezeichnet.
Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die negative erste Linsengruppe (10) monoton zum Bild hin, die positive zweite Linsengruppe (20) monoton zum Objekt hin und die positive dritte Linsengruppe (30) gemeinsam mit der positiven zweiten Linsengruppe (20) als Einheit bewegt wird, und folgende Bedingungen erfüllt sind: 2,2 < |f1/fw| < 3,0 (4) 1,0 < f3/fw < 1,9 (5)worin f1 die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe (10) bezeichnet, f3 die Brennweite der positiven dritten Linsengruppe (30) bezeichnet, und fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.
Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die negative erste Linsengruppe (10) monoton zum Bild hin und die positive zweite Linsengruppe (20) monoton zum Objekt hin bewegt wird und die positive dritte Linsengruppe (30) bezüglich der Bildebene ortsfest bleibt, und folgende Bedingungen erfüllt sind: 2,7 < |f1/fw| < 3,3 (6) 1,7 < f3/fw < 2,3 (7)worin f1 die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe (10) bezeichnet, f3 die Brennweite der positiven dritten Linsengruppe (30) bezeichnet, und fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.