DE19629910C2

DE19629910C2 - Vario-Objektiv

Info

Publication number: DE19629910C2
Application number: DE19629910A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2001-12-20
Anticipated expiration: 2016-07-25
Also published as: US5687028A; DE19629910A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Vario-Objektiv, insbesondere für eine Kompaktkamera, bei dem die hintere Bildweite kürzer als bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera ist.

Bei einem Vario-Objektiv für eine Kompaktkamera wird im all gemeinen zur Verringerung der Zahl der Linsenelemente eine asphärische Linsenfläche verwendet. Im Vergleich mit sphäri schen Linsen hat die asphärische Linse aber den Nachteil, daß Aberrationen durch Dezentrierung oder eine Abweichung der op tischen Achse leicht zunehmen. Besonders bei einer Kamera mit großem Abbildungsmaßstab oder einem kompakten Linsensystem nimmt die axiale Koma-Aberration durch Dezentrierung oder Ab weichung der optischen Achse zu. Um das Objektiv leicht her stellen zu können, sollte daher die Aberration durch eine De zentrierung oder eine Abweichung der asphärischen Fläche in geringerem Maße beeinflußbar sein.

Aus der US-A-5 270 867 ist ein Varioobjektiv mit einer posi tiven ersten Linsengruppe und einer negativen zweiten Linsen gruppe bekannt. Zur Brennweitenänderung ist der Abstand der beiden Linsengruppen voneinander veränderbar. Die erste Lin sengruppe enthält eine negative erste Untergruppe und eine positive zweite Untergruppe. In der negativen ersten Unter gruppe ist ein negatives erstes Linsenelement mit einer ob jektseitigen konkaven Fläche angeordnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kleines Vario-Objektiv mit vergrößerten Vario-Verhältnis (Vergrößerung, Abbildungsmaß stab) anzugeben, das eine asphärische Fläche benutzt und vor teilhaft in einer Kompaktkamera einsetzbar ist, wobei die Zahl erforderlicher Linsenelemente verringert ist.

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

Ein Vario-Objektiv nach der Erfindung mit einer asphärischen Linse hat weniger Linsenelemente, einen verbesserten Abbil dungsmaßstab und eine geringe Größe. Ferner sind die Linsen so geformt, daß eine geringe oder keine Verschlechterung der Aberrationen durch Abweichung oder Dezentrierung bei der as phärischen Linse auftritt.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung der Linsenan ordnung eines Vario-Objektivs als Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 2 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 3 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 1 bei einer Zwischeneinstellung,

Fig. 4 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 5 die schematische Darstellung der Linsenan ordnung eines Vario-Objektivs als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 7 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 5 bei einer Zwischeneinstellung,

Fig. 8 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 9 die schematische Darstellung der Linsenan ordnung eines Vario-Objektivs als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 11 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 9 bei einer Zwischeneinstellung, und

Fig. 12 die Diagramme verschiedener Aberrationen des Vario-Objektivs nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite.

Bei einem Vario-Objektiv mit einer positiven ersten Linsen gruppe und einer negativen zweiten Linsengruppe nimmt die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu, wenn das Vario-Objek tiv verkleinert und das Vario-Verhältnis vergrößert wird. Um Aberrationen ohne Verringerung der positiven Brechkraft der ersten Linsengruppe zu korrigieren, wird üblicherweise eine Linse mit einer divergenten asphärischen Fläche in einer ne gativen ersten Untergruppe verwendet, die zu der positiven ersten Linsengruppe gehört. Wenn aber der Betrag der Asphäri zität zur Korrektion von Aberrationen erhöht wird, ergibt sich durch Dezentrierung oder eine Abweichung der optischen Achse der Linsenelemente eine Verschlechterung der Aberra tion.

Um dieses Problem zu lösen, besteht bei der Erfindung die er ste Untergruppe mit der asphärischen Oberfläche aus zwei ne gativen Linsenelementen, deren Form derart ist, daß der Ef fekt der divergenten asphärischen Oberfläche durch eine wei tere, divergente sphärische Fläche verbessert wird, so daß auch bei einem kleinen Betrag der Asphärizität die Aberratio nen wirksam korrigiert werden und das Linsensystem weniger empfindlich für eine Dezentrierung oder eine Abweichung der optischen Achse der Linsenelemente ist.

Die Formeln (1) und (2) des Anspruchs 1 geben die Formfakto ren des negativen ersten und zweiten Linsenelements der nega tiven ersten Untergruppe an. Das negative erste Linsenelement ist eine Meniskus-Linse, deren objektseitige Linsenfläche konkav und stark gekrümmt ist (d. h. kleiner Krümmungsradius), so daß die Formel (1) erfüllt wird. Die negative zweite Linse ist eine Meniskus-Linse, deren bildseitige Linsenfläche kon kav und stark gekrümmt ist, so daß die Formel (2) erfüllt wird.

Überschreitet der Wert SF1 der Formel (1) die obere Grenze, so ist die Krümmung der konkaven Fläche des objektseitigen negativen ersten Linsenelements zu klein (der Krümmungsradius ist zu groß). Unterschreitet der Wert SF2 der Formel (2) die untere Grenze, so ist die Krümmung der konkaven Linsenfläche der bildseitigen negativen zweiten Meniskus-Linse zu klein.

Die Divergenz der sphärischen Flächenkomponenten der beiden konkaven Flächen nimmt daher ab, und damit muß der Betrag der Asphärizität erhöht werden, um die Divergenz zu verbessern, was im Gegensatz zu der durch die Erfindung zu lösenden Auf gabe steht.

Die in Anspruch 1 genannten Formeln (3) und (4) geben den Krümmungsradius der beiden konkaven Linsenflächen an. Der untere Grenzwert der Formel (3) und der obere Grenzwert der Formel (4) sind so bestimmt, daß sich derselbe Effekt wie bei den Formeln (1) und (2) ergibt.

Wenn der Wert des in Formel (3) angegebenen Verhältnisses die obere Grenze überschreitet, kann der Betrag der Asphärizität wirksam verringert werden, jedoch ist der Krümmungsradius der objektseitigen konkaven Fläche des ersten negativen Linsen elements zu klein, und die außeraxiale Bildfläche kann durch Abweichung oder Dezentrierung geneigt erscheinen.

Ist der Wert des in Formel (4) angebenen Verhältnisses unter der unteren Grenze, so ist der Krümmungsradius der konkaven bildseitigen Fläche der zweiten negativen Linse so klein, daß die axiale Koma-Aberration durch Abweichen oder Dezentrierung verbessert wird.

Die in Anspruch 2 angegebene Formel (5) gibt den Betrag der Asphärizität an. Liegt der Wert der Formel (5) über der obe ren Grenze, so hat die asphärische Fläche keine Divergenz, so daß keine Aberration in der ersten Linsengruppe großer posi tiver Brechkraft kompensiert werden kann. Liegt der Wert un ter der unteren Grenze, so ist der Betrag der Asphärizität so groß, daß die axiale Koma-Aberration durch Dezentrierung oder Abweichung insbesondere im Bereich langer Brennweite groß wird, wenn das Vario-Verhältnis zunimmt.

Um die Herstellkosten zu verringern, könnte eine Kunststoff linse verwendet werden, diese kann jedoch leicht zerkratzt werden und ist nicht so alterungsbeständig wie eine Glas linse. Da außerdem das negative erste Linsenelement der nega tiven ersten Untergruppe einen Abstand zu einer Blende hat, sollte die negative erste Linse aus einem Material mit hohem Brechungsindex bestehen, um Aberrationen zu korrigieren. Zu diesem Zweck besteht das negative erste Linsenelement der ne gativen ersten Untergruppe aus einer Glaslinse und das nega tive zweite Linsenelement der negativen ersten Untergruppe aus einer Kunststofflinse. Da das negative zweite Linsenele ment in dem Vario-System angeordnet ist, d. h. es liegt nicht nach außen hin frei, besteht eine geringere Möglichkeit des Zerkratzens. Da es viel mehr Arten von Glaslinsen als Kunst stofflinsen gibt, können diese auch freizügiger hinsichtlich des Brechungsindex ausgewählt werden. Daher kann das erste Linsenelement, welches von der Blende weiter entfernt ist, (verglichen mit dem zweiten Linsenelement) beispielsweise aus einem Glas mit einem Brechungsindex größer als 1,7 bestehen, um die Bildfeldkrümmung oder Verzeichnung usw. leicht korri gieren zu können.

Die zu verwendende asphärische Linse, d. h. das negative zwei te Linsenelement, besteht im Hinblick auf die Herstellkosten vorzugsweise aus einem Kunststoff. Da das negative zweite Linsenelement außerdem eine Meniskus-Linse mit einer stark gekrümmten konkaven Fläche auf der Bildseite ist, um die For meln (2) und (4) zu erfüllen, ist die konvexe objektseitige Fläche vorzugsweise eine divergente asphärische Fläche, die die axialen Koma-Aberrationen infolge Dezentrierung oder Ab weichung der Linsenelemente begrenzt.

Die Variation des sphärischen Aberrations-Koeffizienten drit ter Ordnung durch die asphärische Linsenfläche wird im fol genden beschrieben. Allgemein kann eine asphärische Form durch die folgende Formel angegeben werden:

X = cy²/[1 + {1 - c²y²(1 + K)}^1/2] + α₄y⁴ + α₆y⁶ + . . . (i)

Darin ist K eine Konizitätskonstante.

Aus der Formel (i) ergibt die Formel (ii) für die Brennweite f = 1,0, wenn

X = x/f, Y = y/f, C = fc,

A₄ = f³α₄,

A₆ = f⁵α₆,

A₈ = f⁷α₈, und

A₁₀ = f⁹α₁₀

X = CY²/[1 + {1 - C²Y²(1 + K)}^1/2] + A₄Y⁴+ A₆Y⁶ + . . . (ii)

Der zweite und die nachfolgenden Ausdrücke (d. h. A₄Y⁴ usw.) geben Beträge der Asphärizität an. Die Konstante A₄ hat den folgenden Zusammenhang mit dem asphärischen Flächen-Koeffizi enten Φ dritter Ordnung:

Φ = 8(N' - N)A₄

Darin ist N der Brechungsindex der dem Objekt näher als die asphärische Fläche liegenden Seite und N' der Brechungsindex der der Bildseite näher als die asphärische Fläche liegenden Seite.

ΔI = h⁴Φ

ΔII = h³HΦ

ΔIII = h²H²Φ

ΔIV = h²H²Φ

ΔV = hH³Φ

Darin ist I ein sphärischer Aberrationsfaktor, II ein Koma- Aberrationsfaktor, III ein Astigmatismusfaktor, IV ein Krüm mungsfaktor für die sagittale Bildfläche, V ein Verzeich nungsfaktor, h die Höhe des Teils der Linse, durch den der paraxiale Achsenstrahl hindurchtritt, und H die Höhe des Teils der Linse, durch den der paraxiale achsversetzte Strahl durch die Mitte der Pupille hindurchtritt.

Numerische Beispiele des Linsensystems nach der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen und der folgenden Tabelle erläutert.

In den folgenden Tabellen und Zeichnungen ist SA die sphäri sche Aberration, SC die Sinusbedingung, d-Linie, g-Linie, und C-Linie die chromatischen Aberrationen, dargestellt durch die sphärischen Aberrationen bei der jeweiligen Wellenlänge, S und M Sagittalstrahlen und Meridionalstrahlen, F_NO die F- Zahl, f die Brennweite, W der halbe Feldwinkel, f_B die hinte re Bildweite, R der Krümmungsradius, d der Abstand zwischen den Linsen oder die Linsendicke, N_d der Brechungsindex bei der d-Linie und ν_d die Abbe-Zahl bei der d-Linie.

Beispiel 1

Fig. 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Er findung. Das Vario-Linsensystem besteht aus einer positiven ersten Linsengruppe 10, einer Blende 20 und einer negativen zweiten Linsengruppe 30, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite zur Bildseite angeordnet sind.

Die erste Linsengruppe 10 besteht aus einer negativen ersten Untergruppe und einer positiven zweiten Untergruppe. Die ne gative erste Untergruppe hat ein negatives erstes Linsenele ment 11 aus Glas mit einer objektseitigen konkaven Fläche und ein negatives zweites Linsenelement 12 aus Kunststoff mit ei ner bildseitigen konkaven Fläche. Die positive zweite Gruppe besteht aus einem positiven Linsenelement 13. Die Linsenan ordnung des ersten Ausführungsbeispiels ist in Fig. 1 ge zeigt. Fig. 2, 3 und 4 zeigen Aberrationen bei der kürzesten Brennweite, einer Zwischenbrennweite und der längsten Brenn weite.

Die numerischen Daten dieses Ausführungsbeispiels sind in der folgenden Tabelle 1 enthalten.

Tabelle 1

Beispiel 2

Fig. 5 bis 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Va rio-Objektivs-Systems nach der Erfindung. Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung. Die Grundstruktur des zweiten Ausführungs beispieles stimmt weitgehend mit der des ersten Ausführungs beispieles überein. Fig. 6, 7 und 8 zeigen die Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und bei längster Brennweite.

Die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels ent hält die folgende Tabelle 2

Tabelle 2

Beispiel 3

Fig. 9 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Va rio-Objektivsystems. Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung. Die Grundstruktur des dritten Ausführungsbeispiels stimmt weitge hend mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels überein. In Fig. 10, 11 und 12 sind die Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und bei längster Brenn weite dargestellt.

Die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels ent hält die folgende Tabelle 3.

Tabelle 3

Tabelle 4 zeigt die numerischen Daten der Formeln (1) bis (5) der Ansprüche 1 und 2 für die drei vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Tabelle 4

Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, erfüllen das erste bis vierte Beispiel die Anforderungen der Formeln (1) bis (5).

Claims

1. Vario-Objektivsystem mit einer positiven ersten Linsen gruppe (10) und einer negativen zweiten Linsengruppe (30), deren gegenseitiger Abstand zur Brennweitenänderung veränder bar ist, wobei die erste Linsen gruppe (10) eine negative erste Untergruppe und eine positi ve zweite Untergruppe enthält,
die negativ er ste Untergruppe ein negatives erstes Linsenelement (11) mit einer objektseitigen konkaven Fläche und ein negatives zweites Linsenelement (12) mit einer bildseitigen konkaven Fläche enthält,
die negative erste Untergruppe min destens eine asphärische Linsenfläche enthält,
folgende Beziehungen erfüllt sind:
SF1 < -3 (1)
4 < SF2 (2)
-0,4 < r_1-1/f_L ≦ -0,15 (3)
0,15 < r_2-2/f_L < 0,32 (4)
worin SF1 ein Formfaktor des negativen ersten Linsen elements
SF2 ein Formfaktor des negati ven zweiten Linsenelements
r_i-j der Krümmungsradius der j-ten Fläche des i-ten negativen Linsenelements und f_L die längstmögliche Brennweite des gesamten Systems ist, und
die asphärische Fläche der negativen ersten Untergruppe eine divergente asphärische Fläche ist, die die folgende Beziehung erfüllt:
-40 < ΔI_ASP < 0 (5)
worin ΔI_ASP die Summe der Variationen eines sphäri schen Aberrationsfaktors ist, der durch die asphäri sche Fläche der negativen ersten Untergruppe verur sacht wird, wenn die kürzestmögliche Brennweite 1,0 ist.

2. Vario-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das negative erste Linsenelement (11) eine Glaslinse und das negative zweite Linsenele ment (12) eine Kunststofflinse mit einer divergenten asphä rischen Fläche ist.

3. Vario-Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die positive zweite Untergruppe aus einer einzigen positiven Linse (13) be steht.