DE19962210A1

DE19962210A1 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE19962210A1
Application number: DE19962210A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Ishii; Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: US6268966B1; JP3495622B2; DE19962210B4; JP2000187158A

Abstract

Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe (11) und eine negative zweite Linsengruppe (12) in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die Linsengruppen (11, 12) bewegen sich entlang der optischen Achse, um ihren Abstand voneinander zum Varioverstellen zu ändern. Die erste Linsengruppe (11) hat eine negative erste Unterlinsengruppe (11a) und eine positive zweite Unterlinsengruppe (11b) mit jeweils mindestens einer negativen Linse in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Das Varioobjektiv nach der Erfindung erfüllt die folgenden Bedingungen (1), (2), (3) und (4): DOLLAR F1 1,85 < n¶1an¶... (3) DOLLAR A 1,85 < n¶1bn¶... (4) DOLLAR A wobei DOLLAR A f¶t¶ die Langbrennweite des gesamten Objektivs, DOLLAR A f¶1a¶ die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe (11a), DOLLAR A f¶1b¶ die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe (11b), DOLLAR A n¶1an¶ der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a) und DOLLAR A n¶1bn¶ der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsengruppe (11b) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv, insbesondere ein bei Kameras, wie z. B. Kompaktkameras, die eine kürzere rückseitige Schnittweite erfordern als einäu gige Spiegelreflexkameras, anwendbares Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen.

Bei bekannten Varioobjektiven mit zwei Linsengruppen für Kompaktkameras sind in dieser Reihenfolge von der Objektseite her eine positive erste Linsengruppe und eine negative zweite Linsengruppe angeordnet. Die erste und die zweite Lin sengruppe sind entlang der optischen Achse für die Varioverstellung bewegbar.

Bei einem solchen Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen sind die Aberrationen um so größer, je größer das Varioverhältnis ist. Im einzelnen wird die chromatische Aberration signifikant größer.

Es gibt außerdem auch Varioobjektive mit drei oder mehr Linsengruppen. Diese Varioobjektive sind aber im Vergleich mit solchen mit zwei Linsengruppen kom plex im optischen und im mechanischen Aufbau.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Varioobjektiv anzugeben, das ein Varioverhältnis von ungefähr 3,0 hat und eine ausreichende optische Leistungs fähigkeit bei einer kompakten Größe bietet.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Varioobjektiv mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit diesem Aufbau wird ein Varioobjektiv mit einem Varioverhältnis von ungefähr 3,0 bei einer ausreichenden optischen Leistungsfähigkeit ermöglicht, das einen kompakten Aufbau mit zwei Linsengruppen hat.

Es ist dabei zu bemerken, daß der größte Zwischenraum zwischen den Linsen der ersten Linsengruppe die erste und die zweite Unterlinsengruppe der ersten Linsengruppe trennt.

Die Reihenfolge der positiven und negativen Linsen der verkitteten Optik be schränkt sich nicht auf die angegebene Reihenfolge, sondern es sind auch an dere Reihenfolgen möglich.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnun gen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 2A, 2B, 2C, 2D und 2E Aberrationsdiagramme der sphärischen Aberration, der als sphärische Aberration dargestellten chromatischen Aberration, der lateralen chromatischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 3A, 3B, 3C, 3D und 3E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbe reichs,

Fig. 4A, 4B, 4C, 4D und 4E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel bei Langbrennweite,

Fig. 5 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C, 6D und 6E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 7A, 7B, 7C, 7D und 7E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbe reichs;

Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel bei Langbrennweite,

Fig. 9 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 11A, 11B, 11C, 11D und 11E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs,

Fig. 12A, 12B, 12C, 12D und 12E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausfüh rungsbeispiel bei Langbrennweite,

Fig. 13 den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 14A, 14B, 14C, 14D und 14E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite,

Fig. 15A, 15B, 15C, 15D und 15E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite des Varioverstellbereichs, und

Fig. 16A, 16B, 16C, 16D und 16E Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausfüh rungsbeispiel bei Langbrennweite.

Die Bezeichnungen "Kurzbrennweite" und "Langbrennweite" werden zum Be zeichnen der Varioeinstellbedingung verwendet. Bei der "Langbrennweite" sind alle Elemente des Varioobjektivs derart positioniert, daß es seine größte Brenn weite hat. Auf ähnliche Weise sind alle Elemente des Varioobjektivs bei "Kurz brennweite" derart positioniert, daß es seine kürzeste Brennweite hat.

Fig. 1 zeigt ein Varioobjektiv als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer positiven ersten Linsengruppe 11 und einer negativen zweiten Linsen gruppe 12, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Linsengruppen 11 und 12 bewegen sich entlang der optischen Achse, um ihren Abstand voneinander zum Varioverstellen zu ändern. Eine Blende S ist zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe angeordnet und bewegt sich zusammen mit der ersten Linsengruppe 11.

Die erste Linsengruppe 11 hat eine negative erste Unterlinsengruppe 11a und eine positive zweite Unterlinsengruppe 11b, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die erste und die zweite Unterlinsengruppe 11b und 11b der ersten Linsengruppe 11 haben jeweils mindestens eine negative Linse. Im einzelnen hat die erste Unterlinsengruppe 11a eine positive Linse und eine negative Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die zweite Unterlinsengruppe 11b hat eine positive Linse und eine verkittete Optik mit positiven und negativen Linsen, die in dieser Reihenfolge von der Ob jektseite her angeordnet sind.

Die zweite Linsengruppe 12 hat eine positive Linse und eine negative Linse, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die negative Linse der zweiten Linsengruppe 12 ist eine Meniskuslinse, deren konkave Fläche der Objektseite zugewandt ist.

Das Varioobjektiv nach dem ersten Ausführungsbeispiel erfüllt die folgenden Be dingungen (1), (2); (3) und (4):

- 3,1 < f_t / f_1a < - 2,5 (1)

5,8 < f_t / f_1b < 7,0 (2)

1,85 < n_1an (3)

1,85 < n_1bn (4)

wobei
f_t die Langbrennweite des gesamten Objektivs,
f_1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe 11a,
f_1b die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe 11b,
n_1an der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe 11a, und
n_1bn der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsen gruppe 11b ist.

Ein kompakter Aufbau des Varioobjektivs mit zwei Linsengruppen des Positiv-Ne gativ-Typs erfordert große Brechkräfte für die erste und die zweite Linsengruppe 11 und 12.

Die Bedingungen (1) und (2) definieren die Brechkräfte der ersten und der zwei ten Unterlinsengruppe 11a und 11b in Bezug auf die gesamte Brechkraft des Va rioobjektivs für die kompakte optische Anordnung. Wenn das Verhältnis f_t/f_1a klei ner als -3,1 oder wenn das Verhältnis f_t/f_1b größer als 7,0 ist, wird das Verschie bemaß der Linsengruppen für die Varioverstellung zu groß, was dem geforderten kompakten Aufbau entgegensteht. Wenn andererseits das Verhältnis f_t/f_1a größer als -2,5 oder wenn das Verhältnis f_t/f_1b kleiner als 5,8 ist, werden die Abbildungs fehler und zwar speziell die sphärische Aberration zu groß, um noch kompensiert zu werden.

Die erste Linsengruppe 11 hat eine große positive Brechkraft. Das erfordert ne gative Linsen mit einem großen Brechungsindex in der ersten Linsengruppe 11 zum Kompensieren der verschiedenen Abbildungsfehler. Deshalb haben die erste und die zweite Unterlinsengruppe 11a und 11b jeweils mindestens eine negative Linse mit großem Brechungsindex.

Die negative Linse mit großem Brechungsindex ist bei der ersten Unterlinsen gruppe 11a vorwiegend für das Kompensieren der Verzeichnung und des Astig matismus vorgesehen. Die negative Linse mit großem Brechungsindex ist bei der zweiten Unterlinsengruppe 11b vorrangig zum Kompensieren der sphärischen Aberration und der Koma vorgesehen.

Weil andererseits die negative Brechkraft der negativen Linsen der ersten Lin sengruppe 11 ansteigt, wenn sich die gesamte Länge des Varioobjektivs verrin gert, wird der absolute Wert der Brennweite der negativen Linsen bei dem kom pakten Aufbau klein. Wenn somit der Brechungsindex der negativen Linse eben falls klein ist, kann es vorkommen, daß die Petzval-Summe (= Σ 1/f_i.n_i) des ge samten Varioobjektivs einen negativen Wert hat. Der negative Wert der Petzval- Summe vergrößert den sagittalen Astigmatismus in Plus- (Über) Richtung in der Nähe der Kurzbrennweite. Folglich sollten die Brechungsindizes der negativen Linsen der ersten Linsengruppe größer sein, damit die Petzval-Summe den Wert Null bekommt.

Die Bedingungen (3) und (4) definieren die unteren Grenzwerte der Brechungsin dizes der jeweiligen negativen Linsen der ersten und der zweiten Unterlinsen gruppe 11a und 11b. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, lassen sich die ver schiedenen Abbildungsfehler kompensieren und die Petzval-Summe nähert sich dem Wert Null.

Die am weitesten zur Objektseite hin angeordnete positive Linse der ersten Un terlinsengruppe 11a erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung (5):

r₂ < 0 (5)

wobei
r₂ der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche der positiven Linse der ersten Unterlinsengruppe 11a ist, die der Objektseite am nächsten an geordnet ist.

Wenn r₂ einen positiven Wert hat, wird die sphärische Aberration in der nähe der Langbrennweite zu groß, um kompensiert zu werden.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat die positive erste Linsengruppe 11 mit der ersten und der zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und die negative zweite Linsengruppe 12. Die Blende S ist zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe 11 und 12 angeordnet.

Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle bezeichnet r (mm) den Krümmungsradius einer Fläche (bei asphärischen Flä chen) den Wert am Scheitel, d (mm) den Abstand zwischen den Flächen entlang der optischen Achse, n den Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 588 nm (d-Linie) und νd die Abbesche Zahl.

Die Flächen #1 bis #9 bezeichnen die erste Linsengruppe 11, und die Flächen #10 bis #13 bezeichnen die zweite Linsengruppe 12.

Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Oberfläche #9 angeord net.

Die Oberflächen #10 und #11 sind rotationssymmetrische asphärische Flächen. Eine asphärische Fläche wird durch die folgende Gleichung (6) beschrieben:

X(h) ist ein SAG, das bedeutet, ein Abstand einer Kurve von einer tangentialen Ebene in einem Punkt der Fläche. Dabei ist h der Abstand von der optischen Achse. C ist die Krümmung (1/r) des Scheitels der Fläche, K ist der Konizitäts koeffizient, A₄, A₆ und A₈ sind der Asphärizitätskoeffizient der vierten, der sech sten und der achten Ordnung. Die Konstante K und die Koeffizienten A₄, A₆ und A₈ sind in Tabelle 2 gezeigt.

Der Abstand d₉ ist zum Varioverstellen veränderbar. Tabelle 3 zeigt den Abstand d₉, die F-Zahl FNo, die Brennweite f (mm), den halben Feldwinkel ω (Grad) und die bildseitige Schnittweite fB. Tabelle 3 zeigt Werte für die Kurzbrennweite (f_w), für eine mittlere Brennweite f_i und für die Langbrennweite (f_t).

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Fig. 2A bis 2E zeigen die Abbildungsfehler dritter Ordnung des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Im einzelnen zeigt Fig. 2A die sphärischen Aberrationen für die d-Linie (588 nm). Fig. 2B zeigt die als sphärische Aberration angegebene chromatische Aberration für die d-Linie, die g- Linie (436 nm) und die C-Linie (656 nm). Fig. 2C zeigt die laterale chromatische Aberration bei den gleichen Wellenlängen wie in Fig. 2B. Fig. 2D zeigt den Astigmatismus (S: Sagittal, M: Meridional), und Fig. 2E zeigt die Verzeichnung.

Die vertikale Achse in Fig. 2A und 2B steht für die F-Zahl. Die vertikalen Achsen in Fig. 2C bis 2E gibt jeweils den halben Sichtwinkel ω (Grad) wieder. Die Einheit der horizontalen Achsen der Fig. 2A bis 2D ist jeweils mm und in Fig. 2E Prozent.

Fig. 3A bis 3E zeigen die Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem er sten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite. Außerdem zeigen Fig. 4A bis 4E die Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel bei Langbrennweite.

Fig. 5 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem zweiten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.

Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 4 beschrieben. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Fläche #10 ist eine asphärische Fläche. Die Konstanten und die Koeffizienten dazu sind in Tabelle 5 angegeben. Verschiedene Werte bei Varioverstellung sind in Tabelle 6 angegeben.

Tabelle 4

Tabelle 5


#10
K	0,0000
A₄	0,8162.10^-4
A₆	0,9182.10^-7
A₈	0,4800.10^-8

Tabelle 6

Fig. 6A bis 6E zeigen Aberrationsdiagramme für das Varioobjektiv nach dem zweiten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Fig. 7A bis 7E und Fig. 8A bis 8E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite.

Fig. 9 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.

Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 7 angegeben. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Flächen #10 und #11 sind asphärische Flächen. Die entsprechenden Konstanten und Koeffizienten sind in Tabelle 8 gezeigt. Durch die Varioverstellung veränderbare Werte sind in Tabelle 9 angegeben.

Tabelle 7

Tabelle 8

Tabelle 9

Fig. 10A bis 10E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Fig. 11A bis 11 E und Fig. 12A bis 12E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem dritten Aus führungsbeispiel jeweils bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite.

Fig. 13 zeigt den Aufbau eines Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbei spiel bei Kurzbrennweite. Das Varioobjektiv hat eine positive erste Linsengruppe 11 mit einer ersten und einer zweiten Unterlinsengruppe 11a und 11b und eine negative zweite Linsengruppe 12.

Die Zahlenwerte für das Varioobjektiv sind in Tabelle 10 gezeigt. Die Blende S ist in einem Abstand von 1,300 mm von der Fläche #9 angeordnet. Die Fläche #10 und #11 sind asphärische Flächen. Die Konstanten und Koeffizienten sind in Ta belle 11 gezeigt. Durch die Varioverstellung veränderbare Werte sind in Tabelle 12 gezeigt.

Tabelle 10

Tabelle 11

Tabelle 12

Fig. 14A bis 14E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei Kurzbrennweite. Fig. 15A bis 15E und Fig. 16A bis 16E zeigen Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach dem vierten Aus führungsbeispiel jeweils bei einer mittleren Brennweite und bei Langbrennweite.

Die folgende Tabelle 13 zeigt die Werte für die Bedingungen (1) bis (5) für die vier Ausführungsbeispiele.

Tabelle 13

Jedes der Ausführungsbeispiele erfüllt die Bedingungen (1) bis (5) und ist somit als Varioobjektiv für Kompaktkameras geeignet.

Claims

1. Varioobjektiv mit in dieser Reihenfolge von der Objektseite her:
einer positiven ersten Linsengruppe (11), die entlang der optischen Achse zum Varioverstellen bewegbar ist und die eine negative erste Unterlinsen gruppe (11a) und eine positive zweite Unterlinsengruppe (11b) hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind,
und einer negativen zweiten Linsengruppe (12), die zum Varioverstellen entlang der optischen Achse bewegbar ist,
bei dem die erste und die zweite Unterlinsengruppe (11a, 11b) der ersten Linsengruppe (11) jeweils mindestens eine negative Linse haben,
und bei dem die folgenden Bedingungen (1), (2), (3) und (4) erfüllt sind:
- 3,1 < f_t/f_1a < - 2,5 (1)
5,8 < f_t/f_1b < 7,0 (2)
1,85 < n_1an (3)
1,85 < n_1bn (4)
wobei
f_t die Langbrennweite des gesamten Objektivs,
f_1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe (11a),
f_1b die Brennweite der zweiten Unterlinsengruppe (11b),
n_1an der Brechungsindex der negativen Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a), und
n_1bn der Brechungsindex der negativen Linse der zweiten Unterlinsen gruppe (11b) ist.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Unterlinsengruppe (11a) objektseitig eine positive Linse hat, die die folgende Bedingung (5) erfüllt:
r₂ < 0 (5)
wobei
r₂ der Krümmungsradius der bildseitigen Fläche der objektivseitig ange ordneten positiven Linse der ersten Unterlinsengruppe (11a) ist.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Unterlinsengruppe (11a) eine positive Linse und eine negative Linse hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen angeordnet sind, und daß die zweite Unterlinsengruppe (11b) eine positive Linse und eine verkittete Optik aus positiven und negativen Linsen hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind.

4. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe (12) eine positive Linse und eine negative Linse hat, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her gesehen ange ordnet sind.

5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Linse der zweiten Linsengruppe (12) eine Meniskuslinse ist, deren konkave Fläche der Objektseite zugewandt ist.