DE19854647A1

DE19854647A1 - Variolinsensystem

Info

Publication number: DE19854647A1
Application number: DE19854647A
Authority: DE
Inventors: Shuji Yoneyama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP3306360B2; JPH11160619A; DE19854647C2; US6078435A

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem zur Verwendung in einem Objektiv ei ner Kamera oder dergleichen.

Als herkömmliches Variolinsensystem, dessen halber Feldwinkel in der Weitwin kelposition im allgemeinen mehr als etwa 30° beträgt, ist ein einfaches Variolin sensystem mit zwei Linsengruppen bekannt. Von der Objektseite aus betrachtet ist als erste Linsengruppe eine negative und als zweite Linsengruppe eine positi ve Linsengruppe vorgesehen. Die in den Japanischen Patentveröffentlichungen 60-55311 und 4-114115 beschriebenen Variolinsensysteme sind hauptsächlich zum Zwecke der Kostenverringerung entwickelt worden. In beiden Systemen wird jedoch ein Linsenmaterial zur Ausbildung eines negativen Linsenelementes in der ersten Linsengruppe eingesetzt, das einen hohen Brechungsindex hat. Lin senmaterialien mit hohem Brechungsindex sind jedoch bekanntlich teuer, da zur Erzeugung des hohen Brechungsindex verschiedene Arten von Inhaltsstoffen zusammengemischt werden müssen. Im Stand der Technik konnte deshalb eine ausreichende Verringerung der Herstellungskosten noch nicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verringerung der Herstellungskosten ein aus zwei Linsengruppen bestehendes Variolinsensystem mit einem Brennweitenver hältnis von etwa 2,7 anzugeben, wodurch ein Brennweitenbereich ausgehend von einer Weitwinkeleinstellung mit einem halben Feldwinkel von etwa 38° bis hin zur Teleeinstellung abgedeckt ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Variolinsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei gen:

Fig. 1 die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfin dung bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 5 die Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D die Diagramme der Aberrationen des Linsensystems nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 9 die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 11A, 11B, 11C und 11D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 13 die Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 15A, 15B, 15C und 15D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung mittlerer Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 13 bei der Einstellung längster Brennweite und

Fig. 17 die schematische Darstellung der bei der Brennweitenänderung erfolgenden Linsenbewegungen.

Das Variolinsensystem nach der Erfindung hat eine negative erste Linsengruppe I und eine positive zweite Linsengruppe II, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind. Fig. 17 zeigt die zur Brennwei tenänderung durchzuführenden Linsenbewegungen. Aus Fig. 17 geht hervor, daß die erste Linsengruppe I und die zweite Linsengruppe II zu Beginn an vorgege benen Anfangspunkten angeordnet sind. Zur Verringerung der Herstellungsko sten eines Variolinsensystems, das einen Brennweitenbereich ausgehend von ei ner Weitwinkelposition bis hin zu einer Teleposition abdeckt, ist vorzugsweise die einfachst mögliche Anordnung einzusetzen, wie sie durch das vorstehend ge nannte Linsensystem mit seiner negativen und seiner positiven Linsengruppe gegeben ist. Die Erfindung ermöglicht die Verringerung der Herstellungskosten, indem kostengünstige Linsenmaterialien für das vorstehend erläuterte Linsensy stem eingesetzt werden.

Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 legt den Brechungsindex der negativen Lin senelemente, also des zweiten und des dritten Linsenelementes in der negativen ersten Linsengruppe I und das Brennweitenverhältnis fest, das durch den Quoti enten der Brennweite in der Teleeinstellung und der Brennweite in der Weitwin keleinstellung gegeben ist.

Die Brechkraft der negativen Linsenelemente in der insgesamt über eine negative Brechkraft verfügenden ersten Linsengruppe I ist stärker als die Brechkraft der positiven Linsenelemente in der ersten Linsengruppe. Die negativen Linsenele mente haben so stärkeren Einfluß auf die Korrektion der Aberrationen. In diesem Fall ist es leichter, die Aberrationen durch Verwendung stark brechenden Lin senmaterials für die negativen Linsenelemente zu korrigieren. Zur Korrektion der chromatischen Aberrationen wird vorzugsweise ein Linsenmaterial geringer Dis persion verwendet. Linsenmaterialien mit hohem Brechungsindex und geringem Dispersionsvermögen sind jedoch teuer, so daß der Einsatz solcher Materialien der Verringerung der Herstellungskosten entgegensteht. Weiterhin ist bekannt, daß um so geringere Aberrationen auftreten, je kleiner das Brennweitenverhältnis ist. Unter diesem Gesichtspunkt, könnte ein schwach dispersives Material einge setzt werden. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, daß es Aufgabe der Erfin dung ist, ein Variolinsensystem mit einem Brennweitenverhältnis von etwa 2,7 anzugeben. Die Bedingung (1) sorgt deshalb dafür, daß bei einem Brennweiten verhältnis von etwa 2,7 ein kostengünstiges Linsenmaterial mit geringem Bre chungsindex eingesetzt werden kann. Erfüllen der Brechungsindex der negativen Linsenelemente in der ersten Linsengruppe und das Brennweitenverhältnis die Bedingung (1), so kann ein kostengünstiges Linsenmaterial ausgewählt werden.

Wird ein Linsenmaterial mit einem hohen Brechungsindex eingesetzt, so daß (n₂ + n₃)/Z größer als die obere Grenze ist, so können eine Kostenreduzierung und ein Brennweitenverhältnis von etwa 2,7 nicht erreicht werden.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 2 legt einen mittleren Wert der Brechungsindi zes der positiven Linsenelemente (fünftes, sechstes und achtes Linsenelement) in der positiven zweiten Linsengruppe II fest. Da zur Erfüllung der Bedingung (1) ein Material mit einem vergleichsweise geringen Brechungsindex ausgewählt worden ist, wird die Petzval-Summe der ersten Linsengruppe in negative Richtung erhöht, und die Bildfeldwölbung tritt tendentiell in positiver Richtung auf. Sind die Brechungsindizes der positiven Linsenelemente in der zweiten Linsengruppe II so gewählt, daß die Bedingung (2) erfüllt ist, so wächst die Petzval-Summe der posi tiven Linsengruppe (II) in positiver Richtung an, so daß die Petzval-Summe des gesamten Variolinsensystems ausgeglichen und die Bildebene abgeflacht ist.

Ist (n₅ + n₆ + n₈)/3 größer als die obere Grenze, so steigt die Petzval-Summe der positiven zweiten Linsengruppe in positiver Richtung nicht an. Ein Ausgleich der Petzval-Summe der gesamten zweiten Linsengruppe gestaltet sich somit schwie rig, und auch ein Abflachen der Bildebene kann nicht erreicht werden.

Ist (n₅ + n₆ + n₈)/3 kleiner als die untere Grenze, so wachsen sphärische und an dere Aberrationen an, deren Korrektion Schwierigkeiten bereitet.

Die Bedingung (3) des Anspruchs 3 legt den Abbildungsmaßstab der zweiten Lin sengruppe II bei der Einstellung kürzester Brennweite fest.

Ist der Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe II derart erhöht, daß m_2W größer als die obere Grenze ist, so wächst die Brechkraft der ersten Linsen gruppe I unvermeidbar an. Eine starke Brechkraft der ersten Linsengruppe I hat den Vorteil, daß ein größerer Anteil Randstrahlen bei der Einstellung kürzester Brennweite gesammelt werden kann. Die Aberrationen können jedoch nicht aus reichend korrigiert werden, da die sphärischen Aberrationen überkorrigiert werden und Astigmatismus auftritt.

Ist der Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe II so weit verringert, daß m_2W die untere Grenze unterschreitet, so ist die Bewegungsstrecke der zweiten Linsengruppe II zur Brennweitenänderung derart verlängert, so daß die Schwan kung der durch die Position der zweiten Linsengruppe festgelegten F-Zahl des gesamten Variolinsensystems extrem groß wird. Für den praktischen Einsatz ist das Linsensystem so deshalb nicht geeignet. Da weiterhin eine starke sphärische Aberration in negativer Richtung auftritt, wenn ein Linsenmaterial mit einem niedrigen Brechungsindex so ausgewählt wird, daß es die Bedingung (2) erfüllt, bereitet die Korrektion der Aberrationen Schwierigkeiten.

Numerische Daten der Ausführungsbeispiele sind in den nachfolgenden Tabellen und Diagrammen gegeben. Darin bezeichnen F_NO die F-Zahl, f die Brennweite, W den halben Feldwinkel und f_B die hinter Bildweite. R bezeichnet den Krümmungs radius der jeweiligen Linsenflächen, D die Linsendicke oder den Linsenabstand, N_d den Brechungsindex bei der d-Linie und ν_d die Abbe-Zahl. Die d-, g- und c-Li nie bezeichnen die chromatischen Aberrationen, die durch die sphärische Aber ration bei den jeweiligen Wellenlängen repräsentiert sind. Weiterhin bezeichnen die d-, g- und c-Linie die laterale chromatische Aberration. S bezeichnet das Sa gittalbild und M das Meridionalbild.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 bis 4D zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems nach der Erfindung. Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung bei der Einstellung längster Brennweite. Das Variolinsensystem enthält eine negative erste Linsengruppe I und eine positive zweite Linsengruppe II, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind. Die erste Linsengruppe I enthält, von der Objektseite aus betrachtet, ein einzelnes positives Linsenelement als erstes Linsenelement I-1, ein zweites Linsenelement I-2, das aus einem einzelnen negativen Meniskuslinsenelement mit einer dem Objekt zugewandten konvexen Fläche gebildet wird, ein einzelnes negatives Linsenelement als drittes Lin senelement I-3, und ein viertes Linsenelement I-4, das von einem einzelnen po sitiven Linsenelement mit einer dem Objekt zugewandten konvexen Fläche ge bildet wird. Die zweite Linsengruppe II enthält, von der Objektseite aus betrachtet, ein einzelnes positives bikonvexes Linsenelement als fünftes Linsenelement II-5, ein sechstes Linsenelement II-6, das von einem einzelnen positiven Menis kuslinsenelement mit einer dem Objekt zugewandten konvexen Fläche gebildet wird, ein einzelnes negatives bikonkaves Linsenelement als siebtes Linsenele ment II-7 und ein einzelnes positives Linsenelement als achtes Linsenelement II- 8. Die Fig. 2A bis 2D, die Fig. 3A bis 3D und die Fig. 4A bis 4D zeigen die Dia gramme der Aberrationen des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. In Tabelle 1 sind die numerischen Daten angeführt.

Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Die Fig. 5 bis 8D zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Variolinsensy stems nach der Erfindung. In Fig. 5 ist die Linsenanordnung bei der Einstellung längster Brennweite gezeigt. Die Fig. 6A bis 6D, die Fig. 7A bis 7D und die Fig. 8A bis 8D zeigen die Diagramme der Aberrationen eines Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brenn weite. In Tabelle 2 sind die entsprechenden numerischen Daten angeführt. Der Aufbau des Linsensystems ist im Grunde der gleiche wie bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Die Fig. 9 bis 12D zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung bei der Einstellung längster Brennweite. Die Fig. 10A bis 10D, die Fig. 11A bis 11D und die Fig. 12A bis 12D zeigen die Dia gramme der Aberrationen des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. In Tabelle 3 sind die numerischen Daten angeführt. Der Aufbau des Linsensystems ist im Grunde der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Die Fig. 13 bis 16D zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 13 ist die Linsenanordnung bei der Einstellung längster Brennweite gezeigt. Die Fig. 14A bis 14D, die Fig. 15A bis 15D, und die Fig. 16A bis 16D zeigen die Dia gramme der Aberrationen des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. In Tabelle 4 sind die numerischen Daten angeführt. Der Aufbau des Linsensystems ist im Grunde der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Tabelle 4

Tabelle 5 zeigt für die Ausführungsbeispiele 1 bis 4 die numerischen Daten für jede Bedingung.

Tabelle 5

Aus Tabelle 5 geht hervor, daß die Ausführungsbeispiele 1 bis 4 die Bedingungen (1) bis (3) erfüllen. Weiterhin zeigen die Diagramme der Aberrationen, daß die unterschiedlichen Aberrationen bei jeder Brennweite ausreichend korrigiert sind.

Wie aus den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen hervorgeht, ist durch die Erfindung ein Variolinsensystem mit einem Brennweitenverhältnis von etwa 2,7 gegeben, wodurch ein Bereich der Brennweitenänderung ausgehend von ei ner Weitwinkeleinstellung mit einem halben Feldwinkel von etwa 38° bis hin zur Teleeinstellung abgedeckt werden kann. Die Herstellungskosten für das Variolin sensystem sind bei optimaler optischer Leistung verringert.

Claims

1. Variolinsensystem mit einer negativen ersten Linsengruppe (I) und einer positiven zweiten Linsengruppe (II), die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet und zur Brennweitenänderung bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die negative erste Linsen gruppe (I) von der Objektseite aus betrachtet versehen ist mit einem ersten Linsenelement (I-1) in Form eines einzelnen positiven Linsenelementes, ei nem zweiten Linsenelement (I-2) in Form eines einzelnen negativen Menis kuslinsenelementes mit objektseitiger konvexer Fläche, einem dritten Lin senelemente (I-3) in Form eines einzelnen negativen Linsenelementes und einem vierten Linsenelement (I-4) in Form eines einzelnen positiven Linsen elementes mit objektseitiger konvexer Fläche, und daß die positive zweite Linsengruppe (II) von der Objektseite aus betrachtet versehen ist mit einem fünften Linsenelement (II-5) in Form eines einzelnen positiven bikonvexen Linsenelementes, einem sechsten Linsenelement (II-6) in Form eines ein zelnen positiven Meniskuslinsenelementes mit objektseitiger konvexer Flä che, einem siebten Linsenelement (II-7) in Form eines einzelnen negativen bikonkaven Linsenelementes und einem achten Linsenelement (II-8) in Form eines einzelnen positiven Linsenelementes, und daß folgende Bedingung erfüllt ist:
(n₂+n₃)/Z<1,32 (1),
worin
n₂ den Brechungsindex des zweiten Linsenelementes (I-2),
n₃ den Brechungsindex des dritten Linsenelementes (I-3) und Z das Brennweitenverhältnis des Variolinsensystems bezeichnet.

2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgen de Bedingung erfüllt ist:
1,51 < (n₅+n₆+n₈)/3 < 1,58 (2),
worin
n₅ den Brechungsindex des fünften Linsenelementes (II-5),
n₆ den Brechungsindex des sechsten Linsenelementes (II-6), und
n₈ den Brechungsindex des achten Linsenelementes (II-8) bezeichnet.

3. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgen de Bedingung erfüllt ist:
-0,8 < m_2W < -0,68,
worin
m₂w den Abbildungsmaßstab der zweiten Linsengruppe (II) bei der Einstel lung kürzester Brennweite bezeichnet.