DE19644493B4

DE19644493B4 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE19644493B4
Application number: DE19644493A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito; Sachio Sapporo Hasushita
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2016-10-26
Also published as: JP3836525B2; US5793535A; DE19644493A1; JPH09120028A

Abstract

Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und bei einer Brennweitenänderung von einer Position kürzester Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position längster Brennweite bewegt werden, wobei die erste Linsengruppe aus einem negativen ersten Linsenelement, einem positiven zweiten Linsenelement und einem positiven dritten Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her besteht und die folgenden Beziehungen erfüllt: 4,3<m3T<6 (1) 1,7<fT/f1G<3 (2) 31<ν1<55 (3) 0<ν2-ν1<30 (4)wobei m_3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe bei der längsten Brennweite, f_T die längste Brennweite des Gesamtsystems, f_1G die Brennweite der ersten Linsengruppe, ν₁ die Abbe-Zahl des negativen ersten Linsenelements der ersten Linsengruppe und ν₂ die Abbe-Zahl des positiven zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, das sich besonders für eine Kompaktkamera mit kurzer hinterer Bildweite eignet. Die Erfindung betrifft insbesondere ein kleines Varioobjektiv, dessen Varioverhältnis etwa 4 ist und bei dem chromatische Aberrationen angemessen korrigiert sind.
Bei einem Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis für eine Kompaktkamera, wie es in der US-A-4 978 204 beschrieben ist, ist ein Varioverhältnis größer als 3 ungewöhnlich. Es ist jedoch ein zunehmender Bedarf für ein Varioobjektiv mit einem Varioverhältnis größer als 3 und von 4 entstanden. Wird aber versucht, ein solches Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis zu verkleinern, um die Gesamtlänge bei längster Brennweite zu verkürzen, so werden chromatische Aberrationen in entgegengesetzter Richtung im Bereich kurzer Brennweiten und langer Brennweiten erzeugt. Eine Korrektion dieser chromatischen Aberrationen innerhalb des gesamten Brennweitenbereichs ist schwierig.

Aus der DE 43 21 989 A1 ist ein Varioobjektiv bekannt, das aus drei Linsengruppen besteht. Die erste und die zweite Linsengruppe haben jeweils positive Brechkraft, während die dritte Linsengruppe negative Brechkraft hat. Die erste Linsengruppe enthält ein erstes Linsenelement negativer Brechkraft, ein zweites Linsenelement positiver Brechkraft und ein drittes Linsenelement positiver Brechkraft.

Aus der US 5 101 299 A ist ein Varioobjektiv bekannt, das aus vier Linsengruppen besteht. Die erste Linsengruppe hat positive Brechkraft, die zweite Linsengruppe positive Brechkraft, die dritte Linsengruppe negative Brechkraft und die vierte Linsengruppe positive Brechkraft. Die erste Linsengruppe weist eine verkittete Linsenelementeinheit, die zweite Linsengruppe zwei verkittete Linsenelementeinheiten und die dritte Linsengruppe eine verkittete Linsenelementeinheit auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kleines Varioobjektiv für eine Kompaktkamera anzugeben, dessen Varioverhältnis etwa 4 oder mehr beträgt und bei dem die chromatischen Aberrationen im gesamten Brennweitenbereich korrigiert werden können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, 7 oder 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.

Die Erfindung ermöglicht in der jeweiligen Lösungsvariante den Aufbau eines kleinen Varioobjektivs, dessen Varioverhältnis etwa 4 oder mehr beträgt und bei dem die chromatischen Aberrationen korrigiert sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen übereinstimmende Elemente gleiche Bezugszeichen haben. Es zeigen:

1 die schematische Darstellung eines Varioobjektivsystems mit hohem Varioverhältnis als erstes Ausführungsbeispiel,

2A bis 2D Aberrationsdiagramme des in 1 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

3A bis 3D Aberrationsdiagramme des in 1 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,

4A bis 4D Aberrationsdiagramme des in 1 gezeigten Objektivs bei längster Brennweite,

5 die schematische Darstellung eines Varioobjektivsystems mit hohem Varioverhältnis als zweites Ausführungsbeispiel,

6A bis 6D Aberrationsdiagramme, des in 5 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

7A bis 7D Aberrationsdiagramme des in 5 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,

8A bis 8D Aberrationsdiagramme des in 5 gezeigten Objektivs bei längster Brennweite,

9 die schematische Darstellung eines Varioobjektivssystems mit hohem Varioverhältnis als drittes Ausführungsbeispiel,

10A bis 10D Aberrationsdiagramme des in 9 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

11A bis 11D Aberrationsdiagramme des in 9 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,

12A bis 12D Aberrationsdiagramme des in 9 gezeigten Objektivs bei längster Brennweite,

13 die schematische Darstellung eines Varioobjektivssystems mit hohem Varioverhältnis als viertes Ausführungsbeispiel,

14A bis 14D Aberrationsdiagramme des in 13 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

15A bis 15D Aberrationsdiagramme des in 13 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,

16A bis 16D Aberrationsdiagramme des in 13 Objektivs bei längster Brennweite,

17 die schematische Darstellung eines Varioobjektivsystems mit hohem Varioverhältnis als fünftes Ausführungsbeispiel,

18A bis 18D Aberrationsdiagramme des in 17 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

19A bis 19D Aberrationsdiagramme des in 17 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite,

20A bis 20D Aberrationsdiagramme des in 17 gezeigten Objektivs bei längster Brennweite,

21 die schematische Darstellung eines Varioobjektivssystems mit hohem Varioverhältnis als sechstes Ausführungsbeispiels,

22A bis 22D Aberrationsdiagramme des in 21 gezeigten Objektivs bei kürzester Brennweite,

23A bis 23D Aberrationsdiagramme des in 21 gezeigten Objektivs bei einer Zwischenbrennweite und

24A bis 24D Aberrationsdiagramme des in 21 gezeigten Objektivs bei längster Brennweite.

Ein Varioobjektiv nach der Erfindung besteht aus mindestens drei Linsengruppen, d.h. einer positiven ersten Linsengruppe, einer positiven zweiten Linsengruppe und einer negativen dritten Linsengruppe, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind (in 1, 5, 9, 13, 17 und 21 die linke Seite). Mit dieser Anordnung ist es möglich, nicht nur ein hohes Varioverhältnis zu erzielen, sondern das Varioobjektiv auch zu miniaturisieren, wobei gleichzeitig die Bewegungslängen der Linsengruppen verkürzt sind.
Die erste Linsengruppe besteht aus drei Linsenelementen, nämlich einem negativen Linsenelement und zwei positiven Linsenelementen, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Durch die Anordnung dieser drei Linsenelemente können nicht nur verschiedene Aberrationen korrigiert werden, sondern es ist auch möglich, eine erste Linsengruppe mit relativ großer positiver Brechkraft (verglichen mit einem bisherigen Varioobjektiv ähnlicher Art) vorzusehen, um die Bewegungslänge der Linsengruppe bei der Brennweitenänderung zu verkürzen, wodurch sich ein kurzes Varioobjektiv ergibt.
Die in Anspruch 1 genannte Beziehung (1) gibt die laterale Vergrößerung der negativen dritten Linsengruppe bei längster Brennweite an, damit ein hohes Varioverhältnis von etwa 4 oder größer erreicht wird. Ist die laterale Vergrößerung kleiner als der untere Grenzwert der Beziehung (1), so muß die Bewegungslänge der zweiten und der dritten Linsengruppe vergrößert werden, um ein Varioverhältnis von etwa 4 zu erreichen, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entgegensteht. Ist die laterale Vergrößerung größer als der obere, durch die Beziehung (1) definierte Grenzwert, so ist die Brechkraft der negativen dritten Linsengruppe zu groß, um die Schwankung der Aberrationen zu begrenzen. Ferner ist der Aufbau der dritten Linsengruppe kompliziert. Außerdem muß die Brechkraft der positiven zweiten Linsengruppe erhöht werden, was zum komplizierten Aufbau der zweiten Linsengruppe beiträgt. Dieser begünstigt die Verschlechterung der optischen Leistung bei Herstellungsfehlern.
Die Beziehung (2) in Anspruch 1 betrifft die Brennweite der ersten Linsengruppe. Ist das durch diese Beziehung definierte Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert, so ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe so klein, daß die Bewegungslänge der Linsengruppen zu groß wird. Ist das Verhältnis größer als der obere Grenzwert, so ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu groß, um die durch sie erzeugten Aberrationen zu korrigieren. Die Verzeichnung tritt in positiver Richtung auf der Seite kurzer Brennweiten auf, und die sphärische Aberration tritt in negativer Richtung auf der Seite langer Brennweiten auf. Ferner wird eine Verschlechterung der optischen Leistung bei Montagefehlern begünstigt.
Die Beziehungen (3) und (4) in Anspruch 1 definieren die Anforderungen zur Korrektion der chromatischen Aberrationen der ersten Linsengruppe. Diese hat eine insgesamt positive Brechkraft. Allgemein besteht bei bisheriger Technik das negative Linsenelement aus einem hochdispergierenden Glas, dessen Abbe-Zahl kleiner als der mit der Beziehung (3) definierte untere Grenzwert ist, und die positive Linse besteht aus einem Glas geringer Dispersion. Wurde bisher versucht, ein Vario verhältnis von etwa 4 oder mehr zu realisieren, so konnte die chromatische Aberration auf der Seite kurzer Brennweiten nicht wirksam korrigiert werden und es trat eine Überkorrektion der chromatischen Aberration auf der Seite langer Brennweiten auf. Im Gegensatz dazu befindet sich bei der Erfindung zur Verringerung des Durchmessers der dem Objekt am nächsten liegenden Linse ein negatives Linsenelement großer Brechkraft auf der Objektseite, wie aus der Beziehung (2) in Anspruch 1 zu entnehmen ist und zusätzlich besteht das negative Linsenelement der ersten Linsengruppe aus einem Glas mit einer mittleren Dispersion (geringer als diejenige beim Stand der Technik), d.h., der Wert v ist etwas größer als der des Standes der Technik, wie aus der Beziehung (3) in Anspruch 1 hervorgeht.
Vorzugsweise bestehen das negative erste Linsenelement und das positive zweite Linsenelement aus einem Glas mit hohem Brechungsindex bzw. niedrigem Brechungsindex, um die sphärische und die komatische Aberration in der ersten Linsengruppe effektiver zu korrigieren, so daß die Bedingungen der Beziehungen (13) und (14) des Anspruchs 11 erfüllt werden, in denen n₁ der Brechungsindex des negativen ersten Linsenelements der ersten Linsengruppe und n₂ der Brechungsindex des positiven zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
Ist das Verhältnis kleiner als der in der Beziehung (3) definierte untere Grenzwert oder größer als der in der Beziehung (4) definierte obere Grenzwert, so kann die mit der ersten Linsengruppe erzeugte chromatische Aberration nicht zufriedenstellend auf der Seite kurzer Brennweiten korrigiert werden, und auf der Seite langer Brennweiten tritt eine Überkorrektion auf, was zu einer Zunahme der Aberrationen insgesamt führt.
Ist das Verhältnis andererseits kleiner als der obere Grenzwert der Beziehung (3) oder kleiner als der untere Grenzwert der Beziehung (4), so kann die mit der ersten Linsengruppe erzeugte chromatische Aberration nicht zufriedenstellend korrigiert werden.
Da bei der Erfindung die erste Linsengruppe insgesamt positive Brechkraft hat, ist es hinsichtlich der Korrektion der Aberrationen vorzuziehen, daß mehrere Linsenelemente die positive Brechkraft erzeugen. Theoretisch ist es im Zusammenhang mit der Aberrationskorrektion vorzuziehen, daß die resultierende Brennweite f₁₂ des ersten und des zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe einen "positiven" Wert hat. Wenn aber die resultierende Brennweite positiv ist, können paraxiale Strahlen auf die zweite Linsengruppe an niedrigen Einfallspunkten bei einer Brennweite zwischen der Zwischenbrennweite und der längsten Brennweite treffen, wodurch sich eine kurze hintere Bildweite ergibt. Dies erhöht den Linsendurchmesser der dritten Linsengruppe. Deshalb ist es empfehlenswert, wenn die resultierende Brennweite f₁₂ des ersten und des zweiten Linsenelements einer leicht negativen Brechkraft entspricht. Deshalb kann die Verzeichnung, die sich als positiv ergibt, effektiv begrenzt werden. Vorzugsweise erfüllt die resultierende negative Brechkraft des ersten und des zweiten Linsenelements die Beziehung (5) in Anspruch 2.
Die Beziehung (5) definiert die resultierende Brechkraft des ersten und des zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe. Ist das Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert der Beziehung (5), so ist die negative Brechkraft der resultierenden Brennweite f₁₂ zu groß. Daher muß die positive Brechkraft des dritten Linsenelements erhöht werden, was zu einer weiteren Verschlechterung der optischen Leistung bei Montagefehlern führt, wie sie z.B. durch Dezentrierung oder Abweichung der Linsenelemente usw. verursacht werden.
Ist das Verhältnis größer als der obere Grenzwert der Beziehung (5), so ist die hintere Bildweite des gesamten Linsensystems so kurz, daß der Durchmesser der ersten Linsengruppe zu groß wird, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entgegensteht, und eine positive Verzeichnung kann nicht zufriedenstellend korrigiert werden.
Vorzugsweise ist die erste Fläche des ersten Linsenelements der ersten Linsengruppe eine konkave Fläche. Somit kann nicht nur der Astigmatismus und die Verzeichnung leicht korrigiert werden, sondern es kann auch der Effekt der Verringerung des Linsendurchmessers der ersten Linsengruppe verbessert werden. Außerdem kann die Endfläche der ersten Linsengruppe auf der Bildseite eine konvexe Fläche sein. Bei dieser Anordnung ergibt sich nicht nur ein einfacherer Fassungsmechanismus der Linsengruppen, sondern es kann auch der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei Nahaufnahmen mit kürzester Brennweite verringert werden, was zu einer Verkürzung des Varioobjektivs in Richtung der optischen Achse führt.
Der Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten Linsenelements erfüllt vorzugsweise die Beziehung (15) in Anspruch 12, in der r₁ den Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten Linsenelements angibt.
Ist das Verhältnis kleiner als der durch die Beziehung (15) definierte untere Grenzwert, so ist die Dispersionsfähigkeit zu klein, um die vorstehend genannten Effekte zu erzielen. Ist das Verhältnis andererseits größer als der obere Grenzwert, so ist die Krümmung so groß, daß eine Überkorrektion des Astigmatismus und der Verzeichnung auftritt, und dadurch schwanken die Aberrationen bei Änderung der Bildhöhe beachtlich.
Sind das erste und das zweite Linsenelement miteinander verkittet (verkittete Linsenelementeinheit), so tritt keine Verschlechterung der optischen Leistung bei Herstellungsfehlern usw. auf.
Die Beziehung (6) in Anspruch 4 definiert die Brechkraft der zweiten Linsengruppe. Ist das durch diese Beziehung angegebene Verhältnis größer als der obere Grenzwert, so ist die Brechkraft der zweiten Linsengruppe so schwach, daß Licht auf die dritte Linsengruppe bei einem niedrigen Einfallspunkt auftrifft, was zu einer Zunahme der hinteren Bildweite des gesamten Linsensystems führt und einer Miniaturisierung des Varioobjektivs entgegensteht. Ferner wird die Bewegungslänge der zweiten Linsengruppe bei Brennweitenänderung größer, und dadurch nimmt die Gesamtlänge des Linsensystems bei längster Brennweite zu. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert der Beziehung (6) des Anspruchs 4, so ist die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu groß, um die Aberrationen der zweiten Linsengruppe zu korrigieren. Ferner ist der Einfallspunkt, bei dem das Licht auf die dritte Linsengruppe trifft, niedrig, so daß die hintere Bildweite bei kürzester Brennweite so kurz ist, daß der Durchmesser der dritten Linsengruppe zu groß wird.
Die Beziehung (7) in Anspruch 4 definiert die Dicke der zweiten Linsengruppe. Ist das dabei definierte Verhältnis kleiner als der untere Grenzwert, so ist die Brechkraft der Linsenelemente der zweiten Linsengruppe zu groß, um die sphärische und die komatische Aberration zu korrigieren. Ferner kann die optische Leistung bei Herstellfehlern leicht verschlechtert werden, beispielsweise bei einer Dezentrierung oder Abweichung usw., und die Aberrationen können bei Brennweitenänderung leicht schwanken. Übersteigt das Verhältnis den oberen Grenzwert der Beziehung (7) in Anspruch 4, so nimmt die Dicke der zweiten Linsengruppe zu, was der Miniaturisierung entgegensteht.
Die zweite Linsengruppe des Varioobjektivs besteht vorzugsweise aus mindestens zwei verkitteten Linsenelementeinheiten, d.h. einer ersten verkitteten Linsenelementeinheit mit negativer Brechkraft und einer zweiten verkitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Linsenanordnung mit einer ersten negativen Linsengruppe 2Gn und einer positiven zweiten Linsengruppe 2Gp ermöglicht nämlich nicht nur die Verringerung des Linsendurchmessers der zweiten Linsengruppe auf der Objektseite, sondern auch eine optimale hintere Bildweite bei kürzester Brennweite.
Vorzugsweise hat die negative Linsengruppe 2Gn eine Brechkraft, die das durch die Beziehung (8) in Anspruch 5 definierte Erfordernis erfüllt. Ist das Verhältnis kleiner als der in der Beziehung (8) definierte untere Grenzwert, so ist die Brechkraft der negativen zweiten Linsengruppe 2Gn so schwach, daß der Einfallspunkt von Licht auf die dritte Linsengruppe niedrig ist, und daher wird die hintere Bildweite bei kürzester Brennweite zu kurz, und der Durchmesser der dritten Linsengruppe nimmt zu.
Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert der Beziehung (8), so ist die Brechkraft der negativen Linsengruppe 2Gn so stark, daß der Einfallspunkt von Licht auf die dritte Linsengruppe hoch liegt und daher nimmt die hintere Bildweite des gesamten Linsensystems zu. Daher kann das Varioobjektiv nicht miniaturisiert werden. Ferner können bei längster Brennweite weder longitudinale (axiale) chromatische Aberrationen noch positive sphärische Aberrationen wirksam korrigiert werden, und bei kürzester Brennweite können die positiven Verzeichnungen nicht korrigiert werden.
Die positive Linsengruppe 2Gp kann die in der negativen Linsengruppe 2Gn erzeugten sphärischen und komatischen Aberrationen korrigieren um sicherzustellen, daß die zweite Linsengruppe insgesamt positive Brechkraft hat. Vorzugsweise besteht die positive Linsengruppe 2Gp zusätzlich zur negativen Linsengruppe 2Gn gleichfalls aus einer verkitteten Linsenelementeinheit, um die chromatische Aberration zu korrigieren, insbesondere die axiale chromatische Aberration.
Die Beziehungen (9) und (10) in Anspruch 5 geben die Erfordernisse zur Korrektion der chromatischen Aberrationen der verkitteten Linsenelementeinheit der zweiten Linsengruppe an. Vorzugsweise besteht die verkittete Linsenelementeinheit der zweiten Linsengruppe mit negativer Brechkraft, die auf der Objektseite angeordnet ist, aus einem negativen Linsenelement aus einem Glas geringer Dispersion, um die negative Brechkraft zu übernehmen, und einem positiven Linsenelement mit schwacher positiver Brechkraft aus einem Glas hoher Dispersion zur Korrektion der chromatischen Aberration, die durch das negative Linsenelement erzeugt wird, wie in der Beziehung (9) angegeben.
Andererseits ist es bei der verkitteten Linsenelementeinheit mit positiver Brechkraft vorzuziehen, daß das positive Linsenelement, das einen Teil der Brechkraft erzeugt, aus einem Glas geringer Dispersion besteht, und das negative Linsenelement, welches die chromatische Aberration korrigiert, aus einem Glas hoher Dispersion besteht.
Durch die Linsenanordnung mit verkitteten Linsenelementeinheiten kann nicht nur die chromatische Aberration korrigiert werden, sondern es ergibt sich auch keine Verschlechterung der optischen Leistung bei Herstellfehlern wie Dezentrierung oder Abweichung der Linsen usw.
Vorzugsweise besteht die Linsengruppe 2Gn der zweiten Linsenanordnung aus einer negativen Linsengruppe und einer positiven Linsengruppe, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Oberfläche der Linsengruppe 2Gn, die der Objektseite zugewandt ist, ist vorzugsweise eine konkave Fläche. Dadurch wird das Licht divergiert, so daß der Durchmesser der Linsengruppe 2Gn verringert werden kann. Ferner erfüllt die Linsengruppe 2Gn vorzugsweise die Beziehung (16) in Anspruch 13, in der r₂Gn₁ den Krümmungsradius der Oberfläche der zweiten Linsengruppe angibt, die der Objektseite am nächsten liegt.
Liegt das Verhältnis unter dem unteren Grenzwert der Beziehung (16), so ist die Dispersion so klein, daß der Durchmesser der Linsengruppe 2Gn nicht verringert werden kann. Liegt das Verhältnis über dem oberen Grenzwert, so ist die Dispersion so groß, daß der Durchmesser der Linsengruppe 2Gn zunimmt, und die Krümmung ist zu groß, um die Linsenfläche mit r₂Gn₁ zu erzeugen.
Besteht die Linsengruppe 2Gn aus dem negativen und dem positiven Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen, so kann die positive Verzeichnung, die in der dritten Linsengruppe (negative Linsengruppe) bei kurzen Brennweiten erzeugt wird, korrigiert werden.
Die negative dritte Linsengruppe des Varioobjektivs nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus einem positiven Linsenelement und einer verkitteten Linsenelementeinheit mit insgesamt negativer Brechkraft, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die verkittete Linsenelementeinheit besteht aus einem positiven und einem damit verkitteten negativen Linsenelement, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind.
Die Beziehung (11) in Anspruch 6 betrifft das Erfordernis der Begrenzung der Brechkraft der negativen dritten Linsengruppe. Erfüllt die dritte Linsengruppe diese Beziehung, so kann nicht nur die Schwankung der Aberrationen bei Brennweitenänderung auf einen praktisch vernachlässigbaren Wert begrenzt werden, sondern es wird auch ein hohes Varioverhältnis erzielt, ohne die Bewegungslänge der negativen Linsengruppe merklich zu vergrößern. Liegt das Verhältnis unter dem unteren Grenzwert der Beziehung (11), so ist die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe zu schwach. Dann ergibt sich eine geringe Schwankung der Aberrationen bei Brennweitenänderung, jedoch nimmt die Bewegungslänge der Linsengruppe zu, und ihr Bewegungsmechanismus wird kompliziert. Auch wird die hintere Bildweite bei kürzester Brennweite zu kurz, und der Durchmesser der negativen Linsengruppe nimmt zu. Außerdem wird die gesamte Objektivlänge bei längster Brennweite größer, was der Miniaturisierung des Varioobjektivs entgegensteht.
Liegt das in der Beziehung (11) definierte Verhältnis über dem oberen Grenzwert, so ist die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe zu groß, und die Schwankung der Aberrationen bei Brennweitenänderung nimmt zu. Es ist nämlich schwierig, die sphärische und die komatische Aberration im gesamten Brennweitenbereich angemessen zu korrigieren.
Die Beziehung (12) in Anspruch 6 betrifft das Erfordernis der Korrektion der chromatischen Aberration der dritten Linsengruppe. Die dritte Linsengruppe, die negativ ist, besteht vorzugsweise aus einer verkitteten Linsenelementeinheit mit negativer Brechkraft zur Korrektion der chromatischen Aberrationen, die durch die negative Linsengruppe erzeugt werden. Da die verkittete Linsenelementeinheit eine stark negative Brechkraft hat, besteht ihr negatives Linsenelement vorzugsweise aus einem Glas geringer Dispersion, um die negative Brechkraft zu erzeugen, und das damit verkittete positive Linsenelement besteht aus einem Glas hoher Dispersion zur Korrektion der chromatischen Aberrationen, die durch das negative Linsenelement erzeugt werden, so daß die Beziehung (12) erfüllt wird. Insbesondere können die laterale chromatische Aberration auf der Seite kurzer Brennweiten und die longitudinale chromatische Aberration auf der Seite langer Brennweiten gut ausgeglichen korrigiert werden.
Die dritte Linsengruppe kann aus einem nicht verkitteten Linsenelement (negatives Linsenelement) bestehen. In diesem Fall besteht das negative Linsenelement vorzugsweise aus einem Glas geringer Dispersion, das die Beziehung (17) in Anspruch 8 erfüllt, in der v'_3N die Abbe-Zahl des nicht verkitteten negativen Linsenelements der dritten Linsengruppe angibt.
Im folgenden werden numerische Beispiele (Ausführungsformen 1 bis 6) der Erfindung erläutert.
In der 1. bis 6. Ausführungsform besteht die Grundstruktur des Linsensystems aus einer positiven ersten Linsengruppe 1G, einer positiven zweiten Linsengruppe 2G, einer Blende S und einer negativen dritten Linsengruppe 3G, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Blende S wird gemeinsam mit der zweiten Linsengruppe 2G bewegt. In allen Ausführungsformen besteht die positive erste Linsengruppe 1G aus einem negativen Linsenelement, einem positiven Linsenelement und einem positiven Linsenelement, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Das negative Linsenelement ist mit dem objektseitigen positiven Linsenelement verkittet.
In allen Ausführungsformen besteht die zweite Linsengruppe 2G aus einer verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft, die aus einem negativen Linsenelement und einem damit verkitteten positiven Linsenelement besteht, einer verkitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft, die aus einem negativen Linsenelement und einem damit verkitteten positiven Linsenelement besteht, und einem positiven Linsenelement. Die Linsenelemente sind in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet.
Die dritte Linsengruppe 3G besteht aus einem positiven Linsenelement und einer verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft, die aus einem negativen Linsenelement und einem damit verkitteten positiven Linsenelement besteht, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her bei der ersten bis dritten Ausführungsform, und besteht aus einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement, in dieser Reihenfolge von der Objektseite her bei der vierten bis sechsten Ausführungsform.
In den folgenden Tabellen und Zeichnungen ist F_NO die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten optischen Systems, W der halbe Feldwinkel, f_B die hintere Bildweite, R der Krümmungsradius, D die Dicke einer Linse oder der Abstand zwischen Linsen, Nd der Brechungsindex der d-Linie und νd die Abbe-Zahl der d-Linie. In den folgenden Aberrationsdiagrammen sind SA die sphärische Aberration, SC die Sinusbedingung, d-Linie, g-Linie und c-Linie die chromatischen Aberrationen, dargestellt durch die sphärischen Aberrationen bei der jeweiligen Wellenlänge, S der sagittale Astigmatismus und M der meridionale Astigmatismus.
Die Form einer asphärischen Fläche kann allgemein folgendermaßen ausgedrückt werden: x = Ch2/{1 + [1 – (1 + K)C2h2]1/2} + A4h4 + A6h6 + A8h8 + ...
Darin sind

h: die Höhe über der Achse
x: der Abstand von einer tangentialen Ebene eines asphärischen Scheitels
C: die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/r)
K: eine Konizitätskonstante
A4: ein asphärischer Faktor vierter Ordnung
A6: ein asphärischer Faktor sechster Ordnung
A8: ein asphärischer Faktor achter Ordnung
A10: ein asphärischer Faktor zehnter Ordnung und
A12: ein asphärischer Faktor zwölfter Ordnung.

Ausführungsform 1
1 zeigt eine erste Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Erfindung. 2A bis 2D, 3A bis 3D und 4A bis 4D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten des Linsensystems der ersten Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 1.
Tabelle 1
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,53171 × 10 ^-4, A6 = –0,49306 × 10 ^-7, A8 = 0,12487 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,32913 × 10^-4, A6 = –0,55594 × 10^-7, A8 = 0,15056 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Ausführungsform 2
5 zeigt eine zweite Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Erfindung. 6A bis 6D, 7A bis 7D und 8A bis 8D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten der zweiten Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 2.
Tabelle 2
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,49305 × 10^-4, A6 = -0,40046 × 10^-7, A8 = 0,10096 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,32289 × 10^-4, A6= -0, 49356 × 10^-7, A8 = 0,14358 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Ausführungsform 3
9 zeigt eine dritte Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Erfindung. 10A bis 10D, 11A bia 11D und 12A bis 12D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten der dritten Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 3.
Tabelle 3
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,50045 × 10^-4, A6 = -0,53557 × 10^-7, A8 = 0,10787 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,35233 × 10^-4, A6 = -0,29181 × 10^-7, A8 = 0,97271 × 10^-9, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Ausführungsform 4
13 zeigt eine vierte Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohen Varioverhältnis nach der Erfindung. 14A bis 14D, 15A bis 15D und 16A bis 16D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen. Bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten der vierten Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 4.
Tabelle 4
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,45197 × 10^-4, A6 = -0,6819910^-7, A8 = 0,20809 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,32729 × 10^-4, A6 = 0,33728 × 10^-7, A8 = 0,12831 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Ausführungsform 5
17 zeigt eine fünfte Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Erfindung. 18A bis 18D, 19A bis 19D und 20A bis 20D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten der fünften Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 5.
Tabelle 5
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,45130 × 10^-4, A6 = -0,77045 × 10^-7, A8 = 0,14613 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,39120 × 10^-4, A6 = -0,42549 × 10^-7, A8 = 0,13687 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Ausführungsform 6
21 zeigt eine sechste Ausführungsform des optischen Systems eines Varioobjektivs mit hohem Varioverhältnis nach der Erfindung. 22A bis 22D, 23A bis 23D und 24A bis 24D sind Diagramme der verschiedenen Aberrationen bei kürzester Brennweite, einer Zwischenbrennweite und längster Brennweite. die numerischen Daten der sechsten Ausführungsform enthält die folgende Tabelle 6.
Tabelle 6
Asphärische Daten

Nr.13:: K = 0,0, A4 = 0,44408 × 10^-4, A6 = -0,91376 × 10^-7, A8 = 0,17896 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0
Nr.14:: K = 0,0, A4 = 0,37413 × 10^-4, A6 = -0,76145 × 10^-7, A8 = 0,17857 × 10^-8, A10 = 0,0, A12 = 0,0

Die folgende Tabelle 7 zeigt die numerischen Werte der Beziehungen (1) bis (17) der vorstehenden 6 Ausführungsformen.
Tabelle 7
Wie aus der Tabelle 7 hervorgeht, erfüllen die ersten drei Ausführungsformen die Anforderungen der Beziehungen (1) bis (16), und die vierte bis sechste Ausführungsform erfüllen die Anforderungen der Beziehungen (1) bis (11) sowie der Beziehungen (13) bis (17). Das Symbol O zeigt, daß das Ergebnis "gut" ist. Da bei der ersten bis dritten Ausführungsform die dritte Linsengruppe eine verkittete Linsenelementeinheit enthält, gibt es keine numerischen Daten für die Beziehung (17). Da ferner die dritte Linsengruppe bei der vierten bis sechsten Ausführungsform keine verkittete Linsenelementeinheit enthält, gibt es keine numerischen Daten für die Beziehung (12). Aus den Aberrationsdiagrammen ist zu entnehmen, daß bei einem kleinen Varioobjektiv, dessen Varioverhältnis bei jeder Ausführungsform etwa 4 ist, die chromatischen Aberrationen relativ zufriedenstellend korrigiert sind.

Claims

Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und bei einer Brennweitenänderung von einer Position kürzester Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position längster Brennweite bewegt werden, wobei die erste Linsengruppe aus einem negativen ersten Linsenelement, einem positiven zweiten Linsenelement und einem positiven dritten Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her besteht und die folgenden Beziehungen erfüllt: 4,3<m3T<6 (1) 1,7<fT/f1G<3 (2) 31<ν1<55 (3) 0<ν2-ν1<30 (4)wobei m_3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe bei der längsten Brennweite, f_T die längste Brennweite des Gesamtsystems, f_1G die Brennweite der ersten Linsengruppe, ν₁ die Abbe-Zahl des negativen ersten Linsenelements der ersten Linsengruppe und ν₂ die Abbe-Zahl des positiven zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist: -0,5<fw/f12<0 (5) wobei f_w die kürzeste Brennweite des Gesamtsystems und f₁₂ die resultierende Brennweite des ersten und des zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Linsenelement der ersten Linsengruppe miteinander verkittet sind.
Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 3,5<fT/f2G<5,0 (6) 0,05<Σd2G/fT<0,1 (7)wobei f_2G die Brennweite der zweiten Linsengruppe und Σ d_2G der Abstand zwischen der ersten und der letzten Fläche der zweiten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive zweite Linsengruppe aus mindestens zwei verkitteten Linsenelementeinheiten mit einer ersten verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft und einer zweiten verkitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Objektseite her besteht, und daß jede verkittete Linsenelementeinheit aus einem negativen und einem positiven Linsenelement besteht und die folgenden Beziehungen erfüllt: 8<fT/|f2Gn|<11 (8) ν2n-N>ν2n-P (9) ν2p-N<ν2p-P (10)wobei f_2Gn die Brennweite der ersten verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft der zweiten Linsengruppe, ν_2n-N die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der ersten verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft der zweiten Linsengruppe, ν_2n-P die Abbe-Zahl des positiven Linsenelements der ersten verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft der zweiten Linsengruppe, ν_2p-Ndie Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der zweiten verkitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft der zweiten Linsengruppe und ν_2p-Pdie Abbe-Zahl des positiven Linsenelements der zweiten verkitteten Linsenelementeinheit positiver Brechkraft der zweiten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe negativer Brechkraft aus einem positiven Linsenelement und einer verkitteten Linsenelementeinheit negativer Brechkraft in dieser Reihenfolge von der Objektseite her besteht, und daß die verkittete Linsenelementeinheit aus einem negativen und einem positiven Linsenelement besteht und die folgenden Beziehungen erfüllt: 5<fT/|f3G|<8,5(f3G<0) (11) ν3N>ν3P (12)wobei f_3G die Brennweite der dritten Linsengruppe, ν_3N die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der verkitteten Linsenelementeinheit der dritten Linsengruppe und ν_3P die Abbe-Zahl des positiven Linsenelements der verkitteten Linsenelementeinheit der dritten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und bei einer Brennweitenänderung von einer Position kürzester Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position längster Brennweite bewegt werden, wobei die positive erste Linsengruppe aus mindestens einer verkitteten Linsenele menteinheit und die positive zweite Linsengruppe aus mindestens zwei verkitteten Linsenelementeinheiten besteht, so daß insgesamt mindestens drei verkittete Linsenelementeinheiten vorgesehen sind, und daß das Varioobjektiv die folgende Beziehung erfüllt: 4,3<m3T<6wobei m_3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe bei der längsten Brennweite ist.
Varioobjektiv nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist: 60<ν'3N (17)wobei ν'_3N die Abbe-Zahl des negativen Linsenelements der dritten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv mit hohem Varioverhältnis, bestehend aus mindestens drei Linsengruppen, deren erste positive Brechkraft, deren zweite positive Brechkraft und deren dritte negative Brechkraft hat und die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und bei einer Brennweitenänderung von einer Position kürzester Brennweite in Richtung zum Objekt zu einer Position längster Brennweite bewegt werden, wobei die positive erste Linsengruppe aus mindestens einer verkitteten Linsenelementeinheit besteht, die positive zweite Linsengruppe aus mindestens zwei verkitteten Linsenelementeinheiten besteht und die negative dritte Linsengruppe aus mindestens einer verkitteten Linsenelementeinheit besteht, so daß insgesamt mindestens vier verkittete Linsenelementeinhei ten vorgesehen sind, und die folgende Beziehung erfüllt ist. -1,5<r1/fw<-0,5 (15)wobei r₁ der Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten Linsenelements ist und f_W die kürzeste Brennweite des Gesamtsystems ist.
Varioobjektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist: 4,3<m3T<6wobei m_3T die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe bei der längsten Brennweite ist.
Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 1,7<n1 (13) 0,15<n1-n2 (14)wobei n₁ der Brechungsindex des negativen ersten Linsenelements der ersten Linsengruppe und n₂ der Brechungsindex des positiven zweiten Linsenelements der ersten Linsengruppe ist.
Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist: -1,5<r1/fw<-0,5 (15)wobei r₁ der Krümmungsradius der ersten Fläche des ersten Linsenelements ist und f_w die kürzeste Brennweite des Gesamtsystems ist.
Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung erfüllt ist: -1<r2Gn1/fw<-0,25 (16)wobei r₂Gn₁ der Krümmungsradius der der ersten Linsengruppe am nächsten liegenden Fläche der zweiten Linsengruppe ist.