DE19652058A1

DE19652058A1 - Vario-Objektiv

Info

Publication number: DE19652058A1
Application number: DE19652058A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: JPH09166749A; DE19652058B4; JP3406757B2

Description

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

Bei einfachen Vario-Objektiven mit zwei Linsengruppen für Kompaktkameras konnte der Wert der relativen Brennweitenände rung von etwa zwei auf etwa drei erhöht werden. Der Wunsch nach einer Verkleinerung der Vario-Objektive bleibt jedoch weiterhin bestehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein preiswertes Vario-Objektiv für eine Kompaktkamera anzugeben, das durch Minimierung des Objektivdurchmessers und der Objektivlänge möglichst klein ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen stand der Unteransprüche.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Vario-Objektivs als er stes Ausführungsbeispiel,

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

Fig. 3 A bis 3 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

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

Fig. 5 die schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Vario-Objektivs als zwei tes Ausführungsbeispiel,

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

Fig. 7 A bis 7 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 5 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

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

Fig. 9 die schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Vario-Objektivs als drit tes Ausführungsbeispiel,

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

Fig. 11 A bis 11 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 12 A bis 12 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 13 die schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Vario-Objektivs als vier tes Ausführungsbeispiel,

Fig. 14 A bis 14 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 13 bei der Einstel lung kürzester Brennweite,

Fig. 15 A bis 15 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 13 bei der Einstel lung mittlerer Brennweite und

Fig. 16 A bis 16 D die Diagramme der Aberrationen des Vario- Objektivs nach Fig. 13 bei der Einstel lung längster Brennweite.

Um die Herstellungskosten eines Vario-Objektivs zu senken, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung die Anzahl der Linsenelemente verringert, wobei eine geeignete Anzahl von Kunststofflinsen vorgesehen ist. Die negative Unterlinsen gruppe mit einer asphärischen Fläche in der ersten Linsen gruppe ist zusammengesetzt aus zwei negativen Linsenelementen und ist so geformt, daß die Linsendurchmesser und die Gesamt länge der Linsenuntergruppe minimiert werden.

Da das Objektiv als ganzes ein Teleobjektiv ist, bei dem die erste Linsengruppe positive Brechkraft und die zweite Linsen gruppe negative Brechkraft hat, kann die Gesamtlänge des Ob jektivs effektiv verringert werden, wobei jedoch die positive Verzeichnung ansteigt. Um diese Verzeichnung auszugleichen, ist die erste Linsengruppe als Retrofokus-Typ ausgebildet und besteht aus der negativen Linsenuntergruppe (erstes und zwei tes Linsenelement) und der positiven Linsenuntergruppe. Da die erste Linsengruppe als Retrofokus-Typ vorgesehen ist, kann nicht nur die Brechkraft der ersten Linsengruppe auf einfache Art erhöht werden, sondern es kann zudem der Ver schiebungsweg der Linsengruppen während der Brennweitenände rung verringert werden. Die erste Retrofokus-Linsengruppe verhindert zudem, daß der Durchmesser der zweiten Linsen gruppe vergrößert wird. In einem Objektiv für eine Kompaktka mera wird im allgemeinen keine lange hintere Bildweite benö tigt. Ist jedoch die hintere Bildweite zu kurz, so vergrößert sich der Durchmesser der zweiten Linsengruppe.

Bei dieser Art von Objektiv, bei der die Anzahl der Linsen elemente zur Verkleinerung des Objektivs verringert ist, ist die positive Verzeichnung im allgemeinen groß, und es ist schwierig, die sphärische Aberration befriedigend auszuglei chen. Um dieses Problem zu lösen, ist die negative Linsen gruppe der als Retrofokus-Typ ausgebildeten ersten Linsen gruppe aus ersten und zweiten negativen Linsenelementen zu sammengesetzt, die so geformt sind, daß die Verzeichnung und die sphärische Aberration ausgeglichen werden können.

Die Krümmung der konkaven Fläche des objektseitig angeordne ten negativen ersten Linsenelements ist so groß, daß der Formfaktor des negativen ersten Linsenelements die in Bezie hung (1) von Anspruch 1 angegebene obere Grenze nicht über schreitet. Die konkave Fläche des bildseitig angeordneten ne gativen zweiten Linsenelements besitzt eine so große Krüm mung, daß der Formfaktor des negativen zweiten Linsenelements die in Beziehung (2) von Anspruch 1 angegebene untere Grenze nicht unterschreitet. Die Krümmung der konkaven Flächen des ersten und zweiten negativen Linsenelements ist somit so groß, wie in den Beziehungen (1) und (2) angegeben, so daß die Verzeichnung und die sphärische Aberration wirkungsvoll ausgeglichen werden können.

Falls die negative Linsenuntergruppe eine divergente asphäri sche Fläche enthält, können die in der ersten Linsengruppe erzeugte Verzeichnung und erzeugte sphärische Aberration wir kungsvoller ausgeglichen werden. Die divergente asphärische Fläche trägt zudem dazu bei, die Miniaturisierung des Objek tivs zu verwirklichen. Mit der "divergenten" asphärischen Fläche ist hier entweder eine konvexe Fläche gemeint, die so geformt ist, daß die positive Brechkraft zum Rand der Linse hin abnimmt, oder eine konkave Fläche, die so geformt ist, daß die negative Brechkraft zum Rand der Linse hin zunimmt, wobei die Brechkraft hier auf eine der asphärischen Fläche zugrundeliegende sphärische Fläche bezogen wird.

Die Beziehung (3) von Anspruch 1 gibt die Brechkraft der er sten Linsengruppe an. Wie in Beziehung (3) angegeben, besitzt das vorliegende Vario-Objektiv in Anbetracht der relativ ge ringen Anzahl von Linsenelementen eine relativ große Brech kraft, wodurch der Verschiebungsweg der Linsengruppen während der Brennweitenänderung verringert werden kann. Falls das in Beziehung (3) angegebene Verhältnis die untere Grenze unter schreitet, ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe so klein, daß der Verschiebungsweg der Linsengruppen während der Brennweitenänderung und die Gesamtlänge des Objektivs beson ders bei der Einstellung langer Brennweiten erhöht sind. Falls das in Beziehung (3) angegebene Verhältnis die obere Grenze überschreitet, kann das Objektiv zwar klein gehalten werden, aber die Brechkraft der ersten Linsengruppe ist zu groß, um die in der ersten Linsengruppe aufgrund der kleinen Anzahl von Linsenelementen erzeugten Aberrationen auszuglei chen. Auf diese Weise ergibt sich eine große Fluktuation der Aberrationen während der Brennweitenänderung.

Die Beziehung (4) von Anspruch 2 gibt die Dicke der ersten Linsengruppe an. Falls das in Beziehung (4) angegebene Ver hältnis die untere Grenze unterschreitet, ist die erste Lin sengruppe zu dünn, um die in der ersten Linsengruppe mit ih rer großen Brechkraft erzeugten Aberrationen auszugleichen. Die Beziehung (4) gibt also den Abstand zwischen der negati ven Linsenuntergruppe und der positiven Linsenuntergruppe der ersten Linsengruppe an. Die negative Linsenuntergruppe ist in einem Abstand von der positiven Linsengruppe angeordnet, der größer als die in Beziehung (4) angegebene untere Grenze ist. Falls das in Beziehung (4) angegebene Verhältnis die obere Grenze übersteigt, so werden die Gesamtlänge des Objektivs und der Durchmesser der ersten Linsengruppe erhöht. Dies steht jedoch dem Ziel der Miniaturisierung entgegen.

Um die Herstellungskosten zu verringern, könnte eine Kunst stofflinse verwendet werden. Diese kann jedoch leicht zer kratzt werden und ist nicht so alterungsbeständig wie eine Glaslinse. Da außerdem das negative erste Linsenelement der negativen Linsenuntergruppe einen Abstand zu einer Blende hat, sollte das negative erste Linsenelement aus einem Mate rial mit hohem Brechungsindex bestehen, um Aberrationen zu korrigieren. Zu diesem Zweck besteht das negative erste Lin senelement der negativen Linsenuntergruppe aus einer Glas linse und das negative zweite Linsenelement der negativen Linsenuntergruppe aus einer Kunststofflinse. Da es viel mehr Arten von Glaslinsen als Kunststofflinsen gibt, können diese auch freizügiger hinsichtlich des Brechungsindex ausgewählt werden. Daher kann das erste Linsenelement, welches weiter von der Blende entfernt ist als das zweite Linsenelement, beispielsweise aus einem Glas mit einem Brechungsindex größer als 1,7 bestehen, um die Bildfeldkrümmung oder die Verzeich nung leicht korrigieren zu können. Die zu verwendende asphä rische Linse, d. h. das negative zweite Linsenelement, besteht im Hinblick auf die Herstellungskosten vorzugsweise aus Kunststoff. Da das negative zweite Linsenelement außerdem aus einer Meniskus-Linse mit einer stark gekrümmten konkaven Flä che auf der Bildseite besteht, ist die konvexe objektseitige Fläche des zweiten Linsenelement vorzugsweise eine divergente asphärische Fläche, welche die axialen Koma-Aberrationen in Folge Dezentrierung oder Abweichung von der optischen Achse begrenzt.

Numerische Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol genden erläutert.

In den folgenden Tabellen und Zeichnungen sind 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 hin tere Bildweite, R der Krümmungsradius, d die Linsendicke oder der Abstand zwischen den Linsen, N_d der Brechungsindex bei der d-Linie und ν_d die Abbe-Zahl bei der d-Linie.

In den Ausführungsbeispielen besteht das Vario-Objektiv aus einer positiven ersten Linsengruppe 10, einer Blende 20 und einer negativen zweiten Linsengruppe 30. Die erste Linsen gruppe 10 besteht aus einer negativen Linsenuntergruppe 1n, die ein negatives erstes Linsenelement 11 mit einer objekt seitigen konkaven Fläche und ein negatives zweites Linsenele ment 12 mit einer bildseitigen konkaven Fläche hat, und einer positiven Linsenuntergruppe 1p, das aus einem einzelnen posi tiven Linsenelement 13 besteht. Die zweite Linsengruppe 30 besteht aus einem einzelnen positiven Linsenelement 14 und einem einzelnen negativen Linsenelement 15. Das negative zweiten Linsenelement 12 der ersten Linsengruppe und das ein zelne positive Linsenelement 14 der zweiten Linsengruppe sind Kunststofflinsen.

Die Form einer asphärischen Fläche kann allgemein wie folgt ausgedrückt werden:

X = CY² /{1 + [1-(1 + K)C²Y²]^1/2}+ A₄Y⁴ + A₆Y⁶ + A₈Y⁸ + A₁₀Y¹⁰ + . . .

worin
Y die Höhe über der Achse,
X der Abstand von der Tangentialebene eines asphäri schen Scheitels,
C die Krümmung eines asphärischen Scheitels (1/r),
K eine Konizitätskonstante,
A₄ ein Asphärizitätsfaktor vierter Ordnung,
A₆ ein Asphärizitätsfaktor sechster Ordnung,
A₈ ein Asphärizitätsfaktor achter Ordnung und
A₁₀ ein Asphärizitätsfaktor zehnter Ordnung ist.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung eines Vario-Objektivs als er stes Ausführungsbeispiel. Die Fig. 2A bis 2 D, 3A bis 3D und 4A bis 4D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Ein stellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und läng ster Brennweite.

Numerische Daten für das Vario-Objektiv nach Fig. 1 sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

F_NO= 1 : 4, 6-6, 4-8, 8
f=25, 00-35, 00-48, 00
W=34, 0-26, 1-19, 8
f_B=9, 70-19, 18-31, 50

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 5 bis 8 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Va rio-Objektivs. Fig. 5 zeigt eine Linsenanordnung des Vario- Objektivs. Fig. 6A bis 6D, 7A bis 7D und 8A bis 8D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten für das Vario-Objektiv nach Fig. 5 sind in der Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 9 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Va rio-Objektivs. Fig. 9 zeigt eine Linsenanordnung des Vario- Objektivs. Fig. 10A bis 10D, 11A bis 11D und 12A bis 12D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten für das Vario-Objektiv nach Fig. 9 sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 13 bis 16 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel des Va rio-Objektivs. Fig. 13 zeigt eine Linsenanordnung des Vario- Objektivs. Fig. 14A bis 14D, 15A bis 15D und 16A bis 16D zeigen die Diagramme der Aberrationen bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. Die numerischen Daten für das Vario-Objektiv nach Fig. 13 sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4

Tabelle 5 zeigt die numerischen Werte der Beziehungen (1) bis (4) für das vierte Ausführungsbeispiel.

Tabelle 5

Wie aus Tabelle 5 ersichtlich, erfüllen die Ausführungsbei spiele 1 bis 4 die durch die Beziehungen (1) bis (4) gegebe nen Anforderungen.

Claims

1. Vario-Objektiv mit einer positiven ersten Linsengruppe und einer negativen zweiten Linsengruppe, deren gegen seitiger Abstand zur Brennweitenänderung veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Linsen gruppe eine negative Linsenuntergruppe und eine positi ve Linsenuntergruppe enthält, daß die negative Linsen untergruppe ein negatives erstes Linsenelement mit ei ner objektseitigen konkaven Fläche und ein negatives zweites Linsenelement mit einer bildseitigen konkaven Fläche enthält, daß die negative Linsenuntergruppe min destens eine asphärische Fläche enthält und daß folgen de Beziehungen (1), (2) und (3) erfüllt sind: worin SF1 der Formfaktor des negativen ersten Linsen elements SF2 der Formfaktor des negativen zweiten Linsenelements der Krümmungs radius der j-ten Fläche des i-ten negativen Linsenele ments (i=1, 2, j=1, 2), f_s die Gesamtbrennweite des Va rio-Objektivs bei der Einstellung kürzester Brennweite und f_1G die Brennweite der ersten Linsengruppe ist.

2. Vario-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung (4) erfüllt ist: worin d_1G der Abstand zwischen der ersten Fläche der ersten Linsengruppe und der letzten Fläche der ersten Linsengruppe ist.

3. Vario-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das negative erste Linsenelement eine Glaslinse und das negative zweite Linsenelement eine Kunststofflinse mit einer objektseitigen konvexen Flä che ist, die divergent asphärisch ist.

4. Vario-Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die positive Linsenunter gruppe ein positives Linsenelement enthält, so daß die erste Linsengruppe drei Linsenelemente enthält.

5. Vario-Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement enthält.