DE1927944A1 - Weitwinkel-Zoom-Objektiv - Google Patents

Description

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KONISHHtOKU PHOTO INDUSTRY CO., LTD., 1-10, 3-Cbome, Uihonbasbi-Muro-machi, Chuo-ku, Tokyo (Japan)

Veitwinkel - Zoom - Objektiv.

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkel-Zoom-Objektiv bzw. eine Weitwinkel-Gummilinse kompakter Ausführung für einen großen Vinkelbereioh mit einem praktischen Wert des 7ergrößerungsverhältnisses. Als Vergrößerungsverhältnis wird in der vorliegenden Beschreibung das Verhältnis der maximalen Brennweite zur minimalen Brennweite des Objektives bezeichnet.

Bekannte Zoom-Objektive für feststehende Kameras sind so ausgebildet, daß sie am einen Ende des variablen Brennweitenbereiohes als Weitwinkel-Objektiv wirken, während der zu erreichende Bildfeldwinkel klein ist. Die Aberrationskorrektur solcher bekannten Veitwinkel-Objektive ist gegenüber austauschbaren Objektiven mit vergleichbaren Brennweiten unbefriedigend· Außerdem ist die physikalische Konstruktion nioht klein genug, um mit derartigen Objektiven in der Hand, d.h. ohne Stativ fotografieren zu können.

Deshalb ist es Aufgabe der Srfindung, ein für alle Zwecke geeignetes verbessertes kompaktes Zoop-Objektiv zu schaffen, das von eines Weitwinkelbereich bis zu längeren Brennweiten arbeiten kann und das an seinem einen Ende des veränderbaren Vergrößtrungibereiohes einen Bildfeldwinkel über 60° gewährleistet, so daß dieses Objektiv über seinen gesaattn Bereich

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"■²" 19279A4

der veränderbaren Vergrößerung mit bekannten austauschbaren Objektiven entsprechender Brennweiten vergleichbare Leistungen liefert. Außerdem soll das erfindungsgemäß vorgeschlagene Zoom-Objektiv kompakt genug sein, um mit ihm von Hand Bilder aufnehmen zu können·

Gemäß der Erfindung wird ein Weitwinkel-Zoom-Objektiv vorgeschlagen, das vier Linsenkomponenten Cj bis C, (die Numerierung beginnt beim vorderen Ende des Objektives) aufweist, wobei die erste Linsenkomponente Cj eine positive, die zweite Linsenkomponente C₂ eine negative und die dritte Linsenkomponente C^ wiederum eine positive Brechkraft aufweist und die ersten drei Linsenkomponenten Cj bis C, zusammen ein veränderbares Vergrößerungssystem bilden, während die vierte Linsenkomponente C. ein Übertragungssystem ist. Die zweite Linsenkomponente C₂ ist auf einer optischen Achse zwischen der ersten Linsenkomponente C-] und der dritten Linsenkomponente C, verschiebbar,um die Brennweite des gesamten Systems zu verändern. Die dritte Linsenkomponente C, ist in geringem Ausmaß nieht-iinear bewegbar, um die Lage des vom Objektiv erzeugten endgültigen Bildes bei Bewegungen der zweiten Linsenkomponente C₂ stationär zu halten· Wenn man dabei die entspreohenden Brennweiten der ersten drei Linsenkomponenten Cj bis C* mit f.j, -f₂ und f~ und die Brennweite des Objektives bei maximalem Bildfeldwinkel mit f_ bezeichnet, ergeben sioh die folgenden Ungleichungen:

(I) . 0,5 f_s < f₂ <■ ^X'⁵ V . 2,0 f_s < fχ < 4,0 f₂ 0,8 f₂ < fj-< 1,2 £₂

wobei (II) die erste und dritte Linsenkomponente C. und C_ jeweils mehr als eine positive Linsengruppe aufweist, bei denen wenigstens eine der Linsengruppen Jeder Linsenkoraponente eine verkittete Linse mit einer Eittoberflache mit negativer Breohkraft enthält, und wobei die zweite Linsen-■ · -3--

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komponente C₂ mehr als eine negative Linsengruppe und eine positive Linsengruppe am hintersten Ende der zweiten Linsenkomponente (vom vorderen Ende des Objektives aus betrachtet) mit einem relativ großen Abstand von den negativen Linsengruppen enthält, wobei wenigstens eine der negativen Linsengruppen der zweiten Linsenkomponente eine negative verkittete Linse aufweist, die eine Kittoberfläche mit positiver Brechkraft besitzt. Bezeichnet man die Länge des Abstandes für die axiale 'Trennung zwischen der hintersten Oberfläche der negativen Linsengruppen und der vordersten Oberfläche der positiven Linsengruppe der zweiten Linsenkomponente mit i; und die Brennweite der positiven Linsengruppe der zweiten Linsenkomponente und den Krümmungsradius der genannten vordersten Oberfläche mit f₂ bzw. r₂_, so ergeben sich, die folgenden Ungleichungen?

0,07 . f₂ < t < 0,27 f₂ 2,0 f₂ < f_2p < 3,0 f₂ 0,5 f₂ < r_2p < 1.5 f₂ * "

wobei (III) die verkittete Fläche oder die verkitteten Flächen der ersten Linsenkomponente G₁ gegenüber der Vorderseite des Objektives konvex und die verkittete Oberfläche oder die verkitteten Oberflächen in der zweiten Linsenkomponente C₂ gegenüber der Torderseite des Objektives konkav sind. Definiert man außerdem die Brechkraft <L einer verkitteten Fläche mit J = (n* - n)/r, wobei n^s und η Brechkraftindizes über die verkittete Fläche und r der Krümmungsradius dieser Fläche sind und bezeichnet man die Brechkraft der verkitteten Flächen der ersten, zweiten und dritten Linsenkomponenten/C^, G₂ und C* durch J^, ί₂ bzw. i^» ^so ergeben sich die folgenden Ungleichungen: . ■ i " "

Of	O1?
f	1
ο,	Ol
f	2
o,

0.30 0.11 0.20

Ss ergeben sich zwei Haupt Schwierigkeiten bei dem Versuch, ein Weilwinkel-Zoom-Objektiv herzustellen. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß der Durchmesser der vordersten linsen vergrößert werden müßte, wenn der Blickfeldwinkel vergrößert werden soll, weil die dem Rand des Blickfeldes entsprechenden Lichtstrahlen durch, die bewegbare Mnsengruppe hindurch.tr et en können müssen, ohne daß ihr Durchgang durch die Blende verhindert wird» Ein Vergrößern des Durchmessers der vordersten Linse des Objektives steht jedoch dem Wunsch, entgegen, ein kompaktes, d.h. möglichst kleines Objektiv zu erhalten, das zum Fotografieren in der Hand, d.h. ohne Stativ gehalten werden kann. Dieses Problem ist besonders schwerwiegend, wenn ein Brennweitenverhältnis in der Größenordnung von 3 bis 4, wie bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen, gewünscht wird, weil für ein größeres Brennweitenverhältnis die allgemeine Anordnung eine größere Konstruktion bedingt, wodurch größere Dimensionen der vordersten Linsen ausgegliohen werden, während für ein geringeres Brennweitenverhältnis die Größe der Bewegung der bewegbaren Linsen verringert und der Durchmesser der vordersten Linsen verkleinert werden kann, weil es verhältnismäßig einfach ist, für ein kleines Brennweitenverhältnis die erforderliche Korrektur der Aberration zu erzielen.

Die andere Schwierigkeit betrifft eine zunehmende Veränderung der Verzerrung über einen veränderbaren Vergrößerungsbereich mit der Zunahme des Bliokfeldwinkels. Es ist bekannt, daß die Korrektur zum Ausgleich, dieser Veränderung der Verzerrung sehr schwierig ist. Wenn beispielsweise ein Zoom-

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Objektiv mit einer Brennweite von 105 bis 300 mm in ein Zoom-Objektiv mit einer Brennweite von 35 bis 100 mm unter Verwendung desselben veränderbaren Vergrößerungssystems, jedoch mit einem anderen Übertragungssystem abgeändert werden soll, beträgt die an den beiden äußersten Enden des veränderbaren Vergrößerungsbereiohes gemessene Verzerrungsveränderung das

= Neunfache der Veränderung des ursprünglichen Zoom-Objektives unter Berücksichtigung der tertiären Aberrationen. Zeigt das ursprüngliche Zoom-Objektiv eine Veränderung von 4 i° für Verzerrung, so würde die Verzerrungsveränderung des Weitwinkelsystems 36 ^ betragen.

TJm diese Schwierigkeiten zu überwinden, vermeidet die Erfindung die Vergrößerung der vorderen Linsen durch die Anordnung von vier Linsenkomponenten und durch Berücksichtigung der Erfordernis (I), wodurch außerdem eine kompakte Konstruktion des Objektives möglioh wird. Die Korrektur der Verzerrungsveränderungen bzw. Verzerrungsscliwankungen wird durch das Erfordernis (II) erreicht, während die Bedingungen (III) für die Korrektur der Änderung der tertiären Aberrationen bei veränderbarer Vergrößerung und auch zur Verringerung von Aberrationen höherer Ordnung, die duroh den Wunsch nach, einem weiten Blickfeld und einer kompakten Bauweise entstehen, sorgen bzw., in anderen Worten, dafür sorgen, daß die verschiedenen Aberrationen ausgeglichen werden.

Um eine Vergrößerung des Durchmessers der vordersten Linsen zu vermeiden, ist es wichtig, eine Anordnung zu verwenden, die so einfach wie möglich unter Berücksichtigung der erforderlichen Korrekturen ist, wodurch, der Abstand von der ersten Oberfläche des Objektives zur Lage der Blende verringert wird. Eine einfache Anordnung für diesen Zweck wäre ein Zoom-Objektiv mit einem veränderbaren Vergrößerungssystem, das zwei Lineenkomponenten enthält, entweder eine positive und eine negative oder eine negative und eine

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• - 6 -

positive Linsenkomponente, wenn man die Anordnung vom vorderen Ende des Objektes aus betrachtet. Die Linsenkomponente , die einem zu fotografierenden Objekt näher liegt, wird linear bewegt und die daduroh entstehende Verschiebung der Lage des vom Objektiv erzeugten Bildas wird durch eine kleine Bewegung der hinteren Linsenkomponente kompensiert. Die Gesamtlänge ist am kleinsten auf der Seite der minimalen Brennweite in der früheren Stellung und am größten auf der Seite maximaler Brennweite der früheren Anordnung. Wenn man versucht, ein kompaktes Objektiv mit der früheren Anordnung positiver und negativer Linsenkomponenten zu bauen, wird die Krümmungskorrektur des Bildfeldes auf der Seite der kürzeren Brennweiten verglichen mit der Korrektur für längere Weiten unbefriedigend sein· Außerdem wird das Verhältnis der Vergrößerungsveränderung für eine bestimmte Bewegungsgröße der vorderen Linsen auf einen verhältnismäßig geringen Wert begrenzt sein·

Demnaoh kann ein Brennweitenverhältnis wie gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen nicht ohne Vergrößern des Durchmessers der vordersten Linsen erzielt werden. Dies gilt au oh, wenn die letztgenannte Anordnung von zwei Linsenkomponenten gewählt wird, d.h. wenn zunächst eine negative und dann eine positive Linsenkomponente angeordnet wird, obwohl die Gesamtgröße, der Linsendurchmesser an der Vorderseite des Objektives und die Korrektur der Aberrationen in befri©» digender Weise innerhalb vernünftiger Grenzen bei einem Brennweitenverhältnis bis zu etwa 2 gehalten werden können. Eine befriedigende Lösung der Probleme für Brennweitenverhältnisse von 3 und größer kann mit einer derartigen Vorrichtung nicht erzielt werden.

Eins andere Möglichkeit wäre ein veränderbares Vergrößerungssystem, welches drei Linsenkomponenten enthält. Es sind einig Weitwinkel-Zoom-Objektive bekannt, die drei Ling®nkompoii©ZLi5©n

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für das gesamte System enthalten, so daß das Objektiv kein Übertragungssystem besitzt« Derartige bekannte Objektive haben jedoch einen Bildfeldwinkel von kleiner als 56° und können nur für 35 mm Kameras mit einer Brennweite von über 40 mm verwendet werden· Ein Bildfeldwinkel über 60° kann mit einem Drei-Llnsensystem wegen der extremen Schwierigkeit zur Korrektur der in dem veränderbaren Vergrößerungssystern auftretenden Schwankung der Aberrationen nicht verändert werden , weil die entsprechenden Mnsenkomponenten eine vergrößerte Brechkraft proportional zur Zunahme des Bildfeldwinkels besitzen müssen· Auch müßte die Korrektur der Restaberrationen von den drei Linsenkomponenten vorgenommen werden, was die Korrektur noch schwieriger macht.

Daher besitzt das Zoom-Objektiv gemäß der vorliegenden Erfindung ein veränderbares Vergrößerungesystem mit drei Linsenkomponenten und ein Übertragungssystem, das eine einzige LinBonkomponente aufweist.

Es wäre wünschenswert, für die einem zu betrachtenden oder zu fotografierenden Objekt am nächsten liegende .Linsenkomponente eine negative Linsenkomponente vorzusehen, um ein Weitwinkel-Zoom-Objektiv zu schaffen. Hierdurch wird jedoch die Einfallhöhe der Lichtstrahlen auf die zweite Linsenkomponente, welche hauptsächlich zur Tergrößerungsveränderung beiträgt, vergrößert, wodurch die Aberrationen ebenfalls vergrößert werden, so daß weitere Schwierigkeiten entstehen· Außerdem ist das hierbei erzielbare Verhältnis der Vergrösserungsveränderung für eine bestimmte Bewegung der zweiten Linsenkomponente geringer als wenn die erste Linsenkomponente positiv ist. Daher wird gemäß der Erfindung die dem zu betrachtenden oder zu fotografierenden Objekt am nächsten liegende Linsenkomponente positiv gewählt, während die zweite und die dritte Linsenkomponente negativ bzw. positiv sind, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen und die Aberrationen entsprechend den bestehenden Bedingungen korrigieren zu können· - 8 -

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Die durch die Ungleichung 0,5 i_a <fo <1»5 f_a in der Be-

O fm S

dingung (I) definierten Grenzen Bind für ein Weitwinkel-Zoom-Objektiv grundlegend. Oberhalb der oberen Grenze wird die Korrektur der Aberrationen erleichtert, jedoch ist eine große Bauweise erforderlich, so daß andere Randbedingungen der Erfindung nicht mehr erfüllt sind. Die untere Grenze ist wesentlich, wenn man einen Bildfeldwinkel über 60° unter Berücksichtigung der Bedingungen (II) und (III) erzielen will Die Üngleiohung 2,0 ΐ₂<^£·ι <4>0 f₂ muß zusammen mit der oben genannten ersten Ungleichung berücksichtigt werden,'um ein kompaktes Zoom-Objektiv mit einem Brennweitenverhältnis in der Größenordnung von 3 und größer zu erhalten» Oberhalb ader unterhalb der angegebenen Grenzen kann das gewünschte Brennweitenverhältnis nicht erzielt werden oder die Konstruktion wird zu schwer und groß. Durch die dritte Ungleichung 0,8 f₂<f₃<1,2 f₂ in der Bedingung (I) wird für eine bestimmte Gesamtlänge der Bewegung der zweiten und dritten Linsenkomponenten bei minimaler Bewegung der dritten Linsenkomponente ein so groß wie mögliches Brennweitenverhältnis aufrechterhalten· Wenn die obere Grenze überschritten wird, vergrößert sioh das Ausmaß der Bewegung der dritten Linsenkomponente, während unterhalb der unteren Grenze die Korrektur der Schwankungen oder Änderungen von durch die dritte Linsenkomponente bei sioh ändernder Vergrößerung erzeugten Aberrationen größerer Ordnung äußerst schwierig wird, wozu noch eine extreme Arbeitsgenauigkeit notwendig wird.

Das zweite oben genannte Problem, d.h. das Problem der Vergrößerung der Veränderung bzw. Schwankungen der Verzerrung über den Bereich der veränderbaren Vergrößerung mit der Erhöhung des Bildfeldwinkels wird gemäß der Erfindung duroh Anwendung einer dieken Linsenanordnung in der zweiten Linsenkomponente gelöst, indem man eine positive Linsengruppe, d.h. eine Linsengruppe mit einer Breohkraft mit entgegengesetztem Vorzeichen wie die Breohkraft der gesamten zweiten Linsen-

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komponente, in einer verhältnismäßig großen Entfernung von den negativen Linsengruppen der zweiten Linsenkomponente anordnet. Die meisten "bekannten Zoom-Objektive verwenden grundsätzlich, im wesentlichen dünne Linsenkomponenten, wobei jede Linsenkomponente zwei oder drei Linsengruppen mit demselben Torzeichen wie das Vorzeiohen der Brechkraft der entsprechenden Linsenkomponente aufweist und wobei die einzelnen Linsengruppen so dient wie möglich, aneinanderliegen· Es wurde jedoch gefunden, daß derart ausgebildete dünne Linsenkomponenten nicht für alle Linsenkomponenten verwendet werden können, die das variable Vergrößerungssystem eines kompakten Weitwinkel-Objektives gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Daher muß wenigstens eine der ersten bis dritten Linsenkomponenten, welche das veränderbare Vergröeserungssystem bilden, eine dicke Linsenanordnung mit einer Linsengruppe, die eine Breohkraft mit umgekehrtem Vorzeichen wie die Brechkraft der gesamten Linsenkomponente aufweist, sein. Wegen der Bedingung 0-,8'f₂<fj<1 »2 f₂ muß die Bewegung der dritten Linsenkomponente sehr viel kleiner als die Bewegungen der zweiten Linsenkomponente sein, so daß ihr Beitrag zur Korrektur der Variation der Aberrationen bei Veränderung der Vergrößerung entsprechend gering ist. Man sieht also, daß die Verwendung einer dicken Linsenanordnung für die dritte Linsenkomponente wenig wirksam wäre und nicht vorteilhaft ist, um ein Weitwinkel-Zoom-Objektiv mit kompakter Bauweise zu schaffen.

Die zweite Linsenkomponente ist gemäß der Erfindung eine dicke Linsenkomponente, weil die größere Brechkraft derselben und ihr längerer Bewegungsweg, der hauptsächlich, zur Veränderung der Vergrößerung beiträgt, für die beabsichtigten Zweoke äußerst vorteilhaft sind. [Datsächlich wurde gefunden, daß es möglich ist, die Veränderungen bzw. Schwankungen der Verzerrung durch Verwendung einer dicken Linsenanordnung nur für die zweite Linsenkomponente zu korrigieren, wenn die zweite Linsenkomponente negativ ist und an ihrem hintersten Ende in einem verhältnismäßig großen _ -jq

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Abstand von der vordersten Linsengruppe dieser Linsenkoraponente eine positive Linsengruppe aufweist· In Übereinstimmung mit der Bedingung (II) wird die zweite Linsenkomponente in mehr als eine negative Linsengruppe und eine positive Linsengruppe aufgeteilt, wobei letztere in einem verhältnismäßig großen Abstand von den negativen Linsengruppen angeordnet ist. Dies erleiohtert zusätzlich zu der Möglichkeit der Korrektur von Veränderungen oderSchwankungen der Verzerrung die Korrektur von Veränderungen der tertiären Aberrationen für unterschiedliche Vergrößerungen und dient außerdem dazu, das Auftreten von Aberrationen höherer Ordnung auf einem Minimum zu halten. Die Ungleichung 0,07 f₂<t<0,27 f₂ *to den axialen Abstand zwischen der positiven und den negativen Linsengruppen ist eine wichtige Bedingung, um die Schwankungen der Verzerrung bei unterschiedlichen Vergrößerungen auf einem Minimum zu halten. Für die Korrektur der Schwankungen der Verzerrung ist ein hoher Wert für _t vorzuziehen, jedooh ist dieser Wert mit Rüoksioht auf Nachteile für eine kompakte Objektivbauweise begrenzt, die oberhalb der oberen Gxense auftreten können. Außerdem ist der Wert t wegen unterkorrigierter tertiärer sphärischer Aberration nach oben begrenzt, die stark bei größeren Brennweiten zunimmt. Unterhalb der unteren Grenze nimmt die Wirkung für die Korrektur von Veränderungen der Verzerrung ab,und die Verzerrungsveränderung kann nur auf Kosten einer Zunahme unterkorrigierter tertiärer sphärischer Aberration bei kleineren Brennweiten verringert werden. Die duroh die Ungleichung 2,0 ^f2^^f2O^^'° ^f2 S^et>i1"" dete Bedingung unterstützt sehr wirkungsvoll die Wirkung der Ungleiohung 0,07 f₂<t<0,27 fg bei der Korrektur von Veränderungen oder Schwankungen der Verzerrung. Oberhalb der oberen Grenze ist die Korrektur der Veränderung der Verzerrung verringert,und unterhalb der unteren Grenz© nimmt hauptsächlich die sphärische Aberration höherer Ordnung zu, inabesondere bei größeren Brennweiten. Die Bedingung °»5 ^f ₂<r₂ ^ 1,5 fn für den Krümmungsradius der vordersten Oberfläche der positiven Linsengruppe ist für die Korrektur der Veränderung

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der Verzerrung unter den duroh die. vorgenannten Ungleichungen bestimmten Bedingungen notwendig· Die obere Grenze ist gesetzt, um mit dem System eine wirksame Korrektur der Verzerrung durchführen zu können, während - wenn die untere Grenze überschritten wird - eine Zunahme der unterkorrigierten sphärischen Aberration höherer Ordnung zunimmt und bei einem kleineren Bildfeldwinkel durch die oberen Strahlen bedeutendes Streulicht durch einen Asymmetriefehler erzeugt wird.

Wenn die oben genannten Erfordernisse (II) erfüllt sind, kann die Veränderung der Verzerrung bei Veränderung der Vergrösserung korrigiert werden, jedooh erzeugen beide Bedingungen (1) und (II) Aberrationen verschieden hoher Ordnung· Ohne genaue Korrektur der Veränderung der Aberrationen höherer Ordnung, die bei Veränderung der Vergrößerung auftritt, ist es unmöglich, ein Weltwinkel-Zoom-Objektiv hoher Qualität, wie gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, zu schaffen. Grundsätzlich besitzt die zweite Linsenkomponente, um Aberrationen höherer Ordnung und die Veränderung der terlären Aberrationen bei Veränderung der V©rgr6ß@i?ung auf einem Minimum zu halten, eine negative Breohkraft und ist in drei oder »ehr Linsengruppen aufgeteilt, während die erste und dritte Linsenkomponente jeweils eine positive Breohkraft aufweist und jeweils zwei oder mehr Linsengruppen enthält. Jede Linsenkomponente sollte in wenigstens einer ihrer Linsengruppen eine gekittete Fläche aufweisen,und die gekittete fläche sollte eine Breohkraft mit entgegengesetztem Vorzeichen wit die gesamte Linsenkomponente, zu der sie gehört, besitzen. Die Korrektur der Veränderung der Aberrationen muß hauptsächlich von der ersten und zweiten Linsenkomponente durchgeführt werden^ da - wie oben erwähnt - die Bewegung der dritten Linsenkomponente zwischen ihren beiden Extremstellungen durch die Ungleichung 0,8 f₂<f.»<1,2 f₂ begrenzt ist, wodurch ihr Beitrag zur Korrektur der Veränderung oder Schwankungen der Aberrationen klein ist. Wenn

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die Erfordernisse (I) und (II) zum Korrigieren der Veränderung der tertiären Aberrationen zwischen den beiden Extremwerten der Brennweite angewendet werden, müssen die Brechkraft <j>.j bzw. <j>2 ^der gesitteten Flächen in der ersten bzw. zweiten linsenkomponente den folgenden Ungleichungen genügen, welche ihre unteren Grenzen bestimmen:

0,05

und

O₁Ol

Wenn die geklebte Fläche der ersten Linsenkomponente konvex gegenüber einem zu beobachtenden oder zu fotografierenden Objekt ist und die folgende, die obere Grenze für Jy bestimmende Ungleichung erfüllt wird

0,30

ist eine gute Korrektur gegeben, um einen im Randbereich des Bildfeldes auftretenden Asymmetriefehler überzukorrigieren, der insbesondere bei größeren Brennweiten festgestellt wird. Wenn die zur zweiten Linsenkomponente gehörende gekittete Fläche gegenüber dem Objekt konkav ist und der Wert für die durch die Ungleichung

0,11

definierte obere Grenzbedingung erfüllt, wird die Krümmung des Bildfeldes in seinem Kandbereich, welche andernfalls leicht unterkorrigiert sein wird, befriedigend korrigiert. Um Aberrationen in einem Zwischenbereich der veränderbaren Brennweite gut zu korrigieren, muß die dritte Ungleichung unter (III)

0,05

0,20

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zusammen mit den Bedingungen (I). und (II) und den oben ge- , nannten Ungleichungen für J₁ und J₂ erfüllt sein. Unter der unteren Grenze wird die Korrektur der Veränderung oder Schwankung der tertiären Aberrationen "bei mittleren Brennweiten unmöglich, während oberhalb der oberen Grenze deutlich be- _% merkbares überkorrigiertes asymmetrisches Streulicht bei mittleren Brennweiten für Oberlicht eines im mittleren Bereioh liegenden Bildfeldwinkels vorhanden bleibt.

Die Aberrationen werden besser korrigiert, wenn die folgenden zusätzlichen Bedingungen erfüllt sind!

(IT) Die Vorderseite aller negativen Linsengruppen der zweiten Linsenkomponente ist gegenüber dem zu beobachtenden oder zu fotografierenden Objekt konvex, wobei der Krümmungsradius dieser jeweiligen Vorderseite ^p die folgende Bedingung erfüllt

7. f« < |r_91? I < ο© / und

•2 ^ I ZE

(V) wenn man die Brechungsindises und Abbe*sehe Zahl.en über die entsprechende gekittete bzw, geklebte ÜTlache der ersten bis dritten Linsenkomponenten Cj, O₂ ^υη& C^ mit n,-n¹ und V, vj¹ bezeichnet, so sollen folgende Bedingungen erfüllt seinj

für O₁ und C_9n'. , .

¹ 2. 0,05 < η - n¹ < 0_f20

15 < \J^% - U < 40 und für O₃ bei gegenüber dem Objekt konkaver gekitteter

■ ^PläCbe _: 0,05 <n· -n < 0,20

15 < V— )) · < 40.

und wenn die gekittete Fläche gegenüber .dem Objekt konvex ist .

0,05. <n - n^f < 0,20

15 < )J^X — \) < 40 ". - 14 -

9 0 9 8 51/1 2 6 5

• - 14 -

• Die unter (IV) angegebene Bedingung Ί t zusätzlich zur Verringerung der Veränderung der über den Vergrößerungsbereich zusammen mit der Bedingung (II) bei· Wenn es ausreichend wäre, nur die Verzerrung au korrigieren, wäre es vorteilhaft, einen kleineren Wert IWs Sgw zu haben· Dies führt jedoch zu einem großen An&@rtiBgs"i>er©ieh der sphärischen Aberration, des Asymniötrief&hlers und des Astigmatismus bei sich ändernder Vergrößerung. Wenn ^₂J? ^äi® untere Grenze überschreitet und positiv bleibt$ wird dia Korrektur der tertiären sphärisehen Aberration und dos tertiären Asymmetriefehlers bei größeren Brennweiten schwierig«

Wenn die Bedingungen (V) erfüllt sind, werden sqwqIlL· die axiale als auch die seitliehe chromatische &famn:a.tion filier den gesamten veränderbaren Vergrößerungsbereiaii gut korrigiert« Sie Bedingungen bezüglich der Breolrangsindlaee bewirken eine Verringerung der Veränderung der Aberrationen tertiärer und höherer Ordnung über sieh ändernd® VergriSeserungen, wenn andere Bedingungen erfüllt slncu

Auf diese Weise kann man gemäß der Erfindung ein Zooia-Öfojektiv hoher Qualität für eine Standkamera und aiioii fir ein® Handkamera herstellen, das einen großen Bildfeldwinkel Ms zu 62° aufweist und das von einem Weitwinkelbereioh Me su größeren Brennweiten gleichmäßig gut arbeitet und trotzdem eine kompakte Bauweise besitzen kenn·

In der Zeichnung ist ein Au sführungsbei spiel für ein ¥@it~ winkel-Zoom-Ohjektiv gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Pig. 1 das optisch© System des Zoom-Qbaektives gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig· 2 die sphärische Aberration des Objektives gemäß Fig. 1 bei unterschiedlichen Brennweiten,

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Fig. 3 den Astigmatismus bei unterschiedlichen Brennweiten,

Fig. 4 die. Verzerrung bei unterschiedlichen Brennweiten und

Fig· 5 die seitlichen Aberrationen einschließlich der chromatischen Aberration bei unterschiedlichen Brennweiten.

In der nachfolgenden Tabelle sind die optischen Werte des in Fig. 1 dargestellten Zoom-Objektives angegeben, wobei die Numerierung vom dem zu betrachtenden oder zu fotografierenden Objekt zugewandten vorderen Ende des Objektives ausgeht und

T₁, r₂ .·· r₂₅ die Krümmungsradien aufeinanderfolgender Breohungsflachen,

d.j, d₂ .·. dg. den axialen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Flächen,

n.j, n₂ ·ο· n₁₅ die Breohungsindizes für die d-Linie des Glasmateriales, aus dem die aufeinanderfolgenden einzelnen Linsen hergestellt sind, und

₁, V₂ ...^₁₅ die Abbe'sehen Zahlen des Glasmater iales der einzelnen aufeinanderfolgenden Linsen bezeioh nens

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90 9 8 5.1/126 5

	f =	35,99 ~	- 16	nl	F It 2^8	.1	= 1,80518	•	= 1,75500	192	7944
	= 266,00	dl	ΊΟΟ,ΟΟ saa	η2	= 1,80518		β 1,75520
	= 104,50	d2	= 2,8		= 1;64ΟΟΟ	β 1,62041	„. . .	λ =	25,5
χ r2	= *=*»	d3	-V ·	η3			^2 =	60,2
*' r^	= 64,25	j d4	= 0,1		= 1,62041	β 1,64000
j r4	= 191,282	d5	= 6,5	η4		β 1,80518	V-	60,3
r5 V6	« 501,01	d6	«variabel	η5	β 1,80518	■--
Q .· r7	=-144,785	d7	«3,7		= 1,67003	= 1,69680		25,5.
r8	■ 26,326	d8	- 1,5	η6		= 1,71736	% -	47,2
V r9	= 470,07	W d9	= 6,8		« 1;62041
r10	= 46,610	d10	- 1/5	"7	= 1,80610		60,3
rll	= 39,703	du	= 5,5
r12	= 69,777	d12	= 3'0......	η8	h =	25,5
Jib Γ13	= 70,000	d13	= variabel.1
Γ14	= -86,560	d14	= 3,0	η9	^8 -	60,3
Γ15	= 41,610	d15	B 0,1	η10
rl6	= -54,00	he	β 5,0		ϋ9 =	60,2
Γ17	= 876,482	d17	= 0,9	η11	^O =	25,5
r18	= -64,08	d18	«variabel!	\2
r19	= 24,08	• d19	β 1,0		4ι-	55,6
r20	= 38,585	d20	- 5,8	»13		29,5
r21	=-122,50	d21	= 5,0
Γ22	= -38,250	d22	= 5,0	^4	A5 =	41,0
r23	— A9	d23	= 4,2	η15
r24	= -23,77	d24	= 8,0			52,4
	= -83,107		= 1,5		Hl5 =	27,5
				. ......

wobei d₅, d₁₂ und d_1? in Abhängigkeit von der Brennweite f die folgenden Werte annehmen:

35,992
50,991

100,000

2_;246 16,246 42,246

^U12 45,122 28,854

, ^U17

4,194 6,462

0,903 . 8,413 Die Brennweiten der ersten bis dritten Linsenkpioponenten sind:' f, = 126,000

-40,000
36,364

- 17 -

9 0 9 851/1265

ι .

- 17 -

Bei Pig· 2 bis 5, die die sphärische Aberration, den Astigmatismus, die Verzerrung und die seitliohe Aberration einschließlich seitlicher ohromatisoher Aberration des Weitwinkel-Zoom-Objektives gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, ist jedes Diagramm oder jeder Satz von Diagrammen mit dem Buchstaben a einer Brennweite von 35,992 mm, mit dem Buohstaben b einer Brennweite von 50,991 mm und mit dem Buohstaben £ einer Brennweite von 100 mm zugeordnet. In Pig. 2 und 5 stellen die in vollen Linien wiedergegebenen Kurven Aberrationen für die d-Linie und in unterbrochenen Linien wiedergegebenen Kurven Aberrationen für die g-Linie dar. Pig. 3 zeigt die Krümmung des Bildfeldes in der Sagittalebene in vollen Linien und die Krümmung des Bildfeldes in der Meridionalebene in unterbrochenen Linien. Die Bezeichnungfyin Pig. 5 gibt eine BiIdhöbe an der Blende an, welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung 3,694 mm vor der vordersten Pläohe der vierten Linsenkoraponente liegt. Es sei darauf hingewiesen, daß zahlreiche Aberrationen für unterschiedliche Brennweiten gut korrigiert werden können.

Pat enf nsprüche

909851/1285

Claims (1)

1. -J-

   Patentansprüche ' ***

   *1· Weitwinkel-Zoom-Objektiv, dadurch. g β Ic β u a zeichnet, daß es vier Mnsenkomponenten (C₁ bis C, - von der Vorderseite des Objektives ausgehend numeriert) aufweist, von denen die erste linsenkomponente (Cj) eine positive) die zweite Mnsenkomponente (Cg) eine negative und die dritte Mnsenkomponente (G₅) eine positive Breohkraft aufweist und die ersten drei Mnsenkomponenten (C₁ bis C₃) ein veränderbares Yergrößerungssystem bilden, während die vierte linsenkomponente (C.) ein Übertragungssystem ist, wobei die zweite Linsenkomponente (C₂) auf eines optischen Achse zwischen der ersten und der dritten Mnsenkomponente zum Verändern der Brennweite des gesamten Systems bewegbar ist und die dritte Mnsenkomponente (C^) über eine kurze Strecke niohtlinear bewegbar ist, um die lage des vom Objektiv erzielten endgültigen Bildes bei Bewegung der zweiten Mnsenkomponente (C₂) stationär zu halten, daß für die Brennweiten (f-j, -f₂ und f~) des ersten, zweiten bzw. dritten Mnsensystems (C₁ bis C₃) gegenüber der Brennweite (f_) des gesamten Objektives bei maximalem Bildfeldwinkel die folgenden Ungleichungen gelten: (I) 0,5 f_s < f₂ < 1,5 f_s

   2,0 f₂ <■f₁< 4,0 f₂ ■

   0,8 f₂ < f3 < 1,2 f₂ ,

   wobei als weitere Bedingung (II) sowohl die erste als auch, die dritte Mnsenkomponente (G₁ und G₅) jeweils mehr als eine Mnsengruppe enthält und jede dieser Mnsengruppen jeweils eine positive gekittete linse mit einer Kittfläche negativer Breohkraft besitzt, während die zweite Mnsenkomponente C₂ mehr als eine negative Mnsengruppe und eine positive Mnsengruppe enthält, welch, letztere am hinteren Ende der zweiten Linsenkomponente in einem relativ großen Abstand von den negativen Mnsengruppen angeordnet ist,-

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   Λ?'

   wobei wenigstens eine der negativen Linsengruppen der zweiten Linsenkomponente eine negative gekittete Linse mit eine: Kittflache mit positiver Breohkraft enthält, wobei ferner wenn der die axiale trennung.zwischen der hintersten Fläche der negativen Linsengruppen und der vordersten Flächen der positiven Linsengruppe der zweiten Linsenkomponente bestimmende Abstand mit t, die Brennweite der positiven Linsengruppe der zweiten Linsenkomponente mit f_2p und den Krümmungsradius der Vordersten Fläche mit r₂ bezeichnet wird die folgenden Ungleichungen gelten:
   0,07 f2 < t < 0,27 f₂·

   2,0 f₂ < f_2p< 3,0 f₂

   0,5 °f₂< r_2p< 1,5 f₂ ,

   und wobei als zusätzliche Bedingung »{III) die gekittete Fläche oder die gekitteten Flächen der ersten Linsenkomponente (O₁) gegenüber der Vorderseite des Objektives konvex und die gekittete Oberfläche oder die gekitteten Oberflächen der zweiten Linsenkomponente (C₂) gegenüber der Vorderseite des Objektives konkav sind und die Brechkraft { einer gekitteten Fläche durch £ = (n* - n)/r definiert ist mit n¹ und η als Breohungsindizes über die gekittete Fläche und r als Krümmungsradius dieser Fläche und wobei die Breohkraft einer gekitteten Fläche in der ersten, zweiten und dritten Linsenkomponente (Cj, C₂ und C*) mit £^, I₂ bzw· |₃ bezeichnet ist und die folgenden Ungleichungen gelten:

   0? f 1 Or 01 f 2 o,

   2 \ f₂

   <t ^s 0,20 - h < "~f—

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   2, Weitwinkel-Zoom-Objektiv nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite aller negativen Linsengruppen der zweiten Linoenkomponente (C₂) gegenüber der Vorder-

   ■ seite des Objektives konvex sind und für den Krümmungsra-' dius (r_2JV) dieser Vorderseite die folgende Ungleichung gilt

   7 f₂ < |r_2p I < oo

   3. Weitwinkel-Zoom-Objektiv nach. Anspruch. 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß für die Brechungsindizes (n, n¹) und die Abbe'sehen Zahlen (J, ^¹) der entsprechenden gekitteten Flächen der ersten bis dritten linsenkomponenten (C₁, C₀ und C,) die folgenden Ungleichungen erfüllt sind: .

   für ⁰I und C₂ 05 < η - n· < o, 20 15 < .1/ -V < 40

   und für C₅,

   wenn die Kittfläche gegenüber der Vorderseite des Objektives konkav ist,

   0,05 < n¹ - η < 0,20

   15 < V- ])* < 40 und,

   wenn die Kittfläche in der dritten Linsenkomponente gegenüber der Vorderseite des Objektives konvex ist:

   0,05 < η - n· < 0,20 ■ 15 < \)^% - Ό < 40 .

   4. Weitwinkel-Zoom-Objektiv nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die in der folgenden Tabelle aufgeführten. Eonstruktionswerte aufweist, wobei die Numerierung von der dem zu betrachtenden oder zu fotografierenden Objekt zugewandten Vorderseite des Objektives ausgeht und

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   , X₂ * · · *25 ^41β IX&nnragexaditn des avfeinandes£o2.f enden

   Ilftohtn,

   dl« axiaX· fxtanvag gtnd«a

   «·· R₁C di« 3jf«clwin«»indl««e für di« a-Iijal* dt·

   ane dta Alt »uftin*2idtriöl£«nden

   «lud» und

   \)g ··· v)₁₅ dl« Αΐιΐι·*sehen Zahlen des

   des aufed&andesfolffenden Itintenkomponenttn «indi

   -■5 -

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   35,99

   P₁ = 266,00

   P₂ = 104,50

   P₃ = -

   P₄ . 64,25

   ρ = 191,282

   s 501,01 r_? =-144,785 r_ö = 26,326 r_g s 470,07 *₁₀- ^4β»^{610 r}ll ^{= 59}'⁷°⁵ r₁₂ = 69,777 ρ = 70,000 P₁₄ . -86,560 ρ = 41,610 r_l6 = -54,00

   ^d£ d.

   ' 100,00 ma - 2,8 = 7,4 = 0,1 = 6,5

   =variabel- = 3,7

   1,5 6,8

   P

   ^Qio ^{= 0}P

   ^dl2 ^{= var}4aböl-^:

   n_r

   = 1,80518 s l_;64OOO

   » 1,62041

   a 1,80518 = 1,67003

   _s 1,62041

   1,80518

   1,62041

   ( 2,8

   .J927944

   ^Q14 ^d15

   0,1 5,0

   876 j482 -64,08 r₁₉- 24,08 r₂₀= 38,585 r₂₁ =-122,50

   ^dl7 "

   5,8

   -38_;25O

   -23,77 -83,107

   ^d21 ^d22 -

   8,0 = 1,5

   n_g = 1,64000 a₁₀ - 1,80518

   ^{= 1}I⁶⁹⁶⁸⁰

   = 1,71736

   1,80610

   = 1,75500 = 1,75520

   n.

   = 25,5 = 6O_;2

   J₃ .= 60,3

   ^₄ =25,5.

   % =47,2

   i)₆ «60,3

   iKf =25,5

   ϋ₉ =60,2

   »4ο - ²⁵J⁵

   -55,6

   = 41,0

   - 52,4

   und d₁₇ in Abhängigkeit von der Brennweite f

   wobei dc» d ^ die folgenden Werte annenmen:

   f d_n

   35,992 50,991

   100,000

   2_;246 16,246 42,246

   ^a12

   45,122

   28,854

   0,903

   ^d17 4,194 6,462

   Die Brennweiten der ersten bis dritten Iiinsenkpmponenten sind:

   f_x = 126^000 -f₂ » -40,000 = 36,364

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