DE19962699A1

DE19962699A1 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE19962699A1
Application number: DE19962699A
Authority: DE
Inventors: Takashi Enomoto
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2000-06-29
Also published as: JP2000193886A; US6353507B1; JP3495623B2

Abstract

Ein Varioobjektiv hat eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20) und eine negative dritte Linsengruppe (30) in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die Varioverstellung wird durch Verschieben der ersten bis dritten Linsengruppe entlang der optischen Achse durchgeführt. Das Varioobjektiv erfüllt die folgende Bedingung: DOLLAR A 0,05 < DOLLAR F1 < 0,35... (1) DOLLAR A wobei DOLLAR A d¶12w¶ den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Kurzbrennweite und DOLLAR A f¶w¶ die Brennweite des gesamten Variobjektivs bei Kurzbrennweite ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv für eine Kompaktkamera und insbesondere das Erreichen eines großen Varioverhältnisses und das Erreichen eines kom pakten Aufbaus des Varioobjektivs.

Bei einem Varioobjektiv für eine Kompaktkamera gibt es keinen Grund für eine lange bildseitige Schnittweite. Anders ist das bei einem Varioobjektiv für eine ein äugige Spiegelreflexkamera (SLR), die Raum für einen Spiegel hinter der Fotoop tik erfordert. Folglich wird bei einer Kompaktkamera üblicherweise eine Teleoptik verwendet, bei der eine positive und eine negative Linsengruppe in dieser Rei henfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Hingegen wird bei einer SLR- Kamera üblicherweise eine Retrofokusoptik verwendet, bei der eine negative und eine positive Linsengruppe in dieser Reihenfolge von der Objektseite her ange ordnet sind.

In den letzten Jahren wurde steigender Wert auf einen kompakten Aufbau und auf höhere Varioverhältnisse bei Varioobjektiven für Kompaktkameras gelegt. Um die Anforderungen nach einem kompakten Aufbau zu erfüllen, sollte vorzugsweise ein Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen verwendet werden, das eine geringe Anzahl Linsenelemente hat. Wenn andererseits ein Varioverhältnis von mehr als 3,5 erreicht werden soll, ist es erforderlich, ein Varioobjektiv mit drei Linsengrup pen zu verwenden, weil bei einem Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen die Ab bildungsfehler bei Brennweiten im Bereich zwischen der Kurzbrennweite und der Langbrennweite nicht mehr harmonisch ausgeglichen werden können. Anderer seits ist ein herkömmliches Varioobjektiv mit drei Linsengruppen nicht für einen kompakten Aufbau geeignet, weil es eine größere Gesamtlänge hat und weil der Durchmesser der vorderen Linsengruppe größer ist als bei einem Varioobjektiv mit zwei Linsengruppen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Varioobjektiv mit drei Linsengruppen in Telean ordnung anzugeben, mit dem sich ein Varioverhältnis von etwa 3,5 bis 4 erreichen läßt und dessen Gesamtlänge sowie der Durchmesser von dessen objektseitigem Linsenelement vergleichbar denen eines Varioobjektivs mit zwei Linsengruppen sind.

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

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

Fig. 1 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach einem ersten Aus führungsbeispiel,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Kurz brennweite,

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei einer mittleren Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Lang brennweite,

Fig. 5 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach einem zweiten Aus führungsbeispiel,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5 bei Kurz brennweite,

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5 bei einer mittleren Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5 bei Lang brennweite,

Fig. 9 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach einem dritten Aus führungsbeispiel,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9 bei Kurz brennweite,

Fig. 11A, 11B, 11C und 11D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9 bei einer mittleren Brennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9 bei Lang brennweite,

Fig. 13 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach einem vierten Aus führungsbeispiel,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 13 bei Kurz brennweite,

Fig. 15A, 15B, 15C und 15D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 13 bei einer mittleren Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 13 bei Lang brennweite,

Fig. 17 eine schematische Darstellung der Bewegungslinien der Linsen gruppen des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 18 eine schematische Darstellung der Bewegungslinien der Linsen gruppen des Varioobjektivs nach dem zweiten und vierten Ausfüh rungsbeispiel, und

Fig. 19 eine schematische Darstellung der Bewegungslinien der Linsen gruppen des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel.

Wie in den Darstellungen der Bewegungslinien der Linsengruppen in Fig. 17, 18 und 19 gezeigt, hat das Varioobjektiv eine negative erste Linsengruppe 10, eine positive zweite Linsengruppe 20 und eine negative dritte Linsengruppe 30 in die ser Reihenfolge von der Objektseite her. Die Varioverstellung wird durch Ver schieben der ersten bis dritten Linsengruppe entlang der optischen Achse durch geführt. Im einzelnen bewegen sich bei der Varioverstellung von der Kurzbrenn weite zu der Langbrennweite die erste, zweite und dritte Linsengruppe zum Objekt hin, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppen und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe geändert wird. Ein Blende S ist zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsen gruppe 30 angeordnet und bewegt sich gemeinsam mit der zweiten Linsengruppe 20.

Damit ein gutes Ergebnis erzielt werden kann, ist bei dem Varioobjektiv die fol gende Bedingung (1) erfüllt:

wobei
d_12w den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Lin sengruppe bei der Kurzbrennweite, und
f_w die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Kurzbrennweite ist.

Bedingung (1) gibt den Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 bei Kurzbrennweite an. Durch Erfüllen dieser Bedingung läßt sich die Gesamtlänge des Varioobjektivs bei Kurzbrenn weite reduzieren, und es kann ein kleiner Durchmesser für das objektseitige Lin senelement der vorderen Linsengruppe (erste Linsengruppe 10) verwendet wer den. Dadurch läßt sich ein kompakter Aufbau des Varioobjektivs erreichen.

Wenn das Verhältnis d_12w/f_w den oberen Grenzwert der Bedingung (1) über- schreitet, muß die negative erste Linsengruppe 10 weiter nach vorne vorgescho ben werden. In diesem Fall muß das objektseitige Linsenelement der ersten Lin sengruppe 10 einen größeren Durchmesser haben, damit die Randbeleuchtung bei Kurzbrennweite gewährleistet wird.

Wenn andererseits das Verhältnis d_12w/f_w den unteren Grenzwert der Bedingung (1) unterschreitet, wird der Abstand zwischen der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 zu kurz. Dadurch wird die optische Anordnung des Varioobjektivs unpraktikabel.

Das Varioobjektiv erfüllt außerdem die folgende Bedingung (2):

wobei

f_12T die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei Langbrennweite,
f_12w die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei Kurzbrennweite, und
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite ist.

Bedingung (2) gibt die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 an. Durch das Erfüllen dieser Bedingung läßt sich das Maß der Abstandsänderung bei der Varioverstellung zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 verringern. Dadurch läßt sich ein Varioobjektiv mit kompakterem Aufbau erzielen.

Wenn das Verhältnis log₁₀Z₁₂/log₁₀Z den oberen Grenzwert der Bedingung (2) über schreitet, steigt das Maß der Abstandsänderung zwischen der ersten Linsen gruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 an, wodurch der Aufbau des Va rioobjektivs weniger kompakt wird.

Wenn das Verhältnis log₁₀Z₁₂/log₁₀Z den unteren Grenzwert der Bedingung (2) unter schreitet, wird die Anordnung von drei Linsengruppen bei dem Varioobjektiv un möglich.

Wenn bei einem Varioobjektiv mit drei Linsengruppen die erste Linsengruppe 10 und die zweiter Linsengruppe 20 als eine positive vordere Linsengruppe und die dritte Linsengruppe 30 als eine negative hintere Linsengruppe betrachtet werden, läßt sich durch geeignetes Abstimmen der Brechkraft der vorderen und der hinteren Linsengruppe das Verschiebemaß zwischen der positiven vorderen Lin sengruppe und der negativen hinten Linsengruppe verringern. Dadurch läßt sich ein kompakterer Aufbau des Varioobjektivs erreichen. Aus diesen Überle gungen resultieren die folgenden Bedingungen (3) und (4):

wobei
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite, und
f_12T die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe bei Langbrennweiten ist, und

wobei
f_3G die Brennweite der negativen dritten Linsengruppe ist.

Bedingung (3) gibt die resultierende Brennweite der negativen ersten Linsen gruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 an. Durch Erfüllen dieser Bedingung läßt sich das Verschiebemaß der ersten und der zweiten Linsen gruppe verringern, wodurch sich ein kompakterer Aufbau für das Varioobjektiv er gibt.

Wenn das Verhältnis f_T/f_12T den oberen Grenzwert der Bedingung (3) überschreitet, wird die resultierende positive Brechkraft der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 zu groß, was ein Ansteigen der Abbildungsfehler bei der Varioverstellung verursacht.

Wenn das Verhältnis f_T/f_12T den unteren Grenzwert der Bedingung (3) unter schreitet, wird das Verschiebemaß der negativen ersten Linsengruppe 10 und der positiven zweiten Linsengruppe 20 größer, wodurch sich ein weniger kompakter Aufbau für das Varioobjektiv ergibt.

Die Bedingung (4) gibt die Brennweite der negativen dritten Linsengruppe 30 an. Durch Erfüllen dieser Bedingung läßt sich das Verschiebemaß der negativen dritten Linsengruppe 30 verringern, wodurch sich ein kompakterer Aufbau bei dem Varioobjektiv erzielen läßt.

Wenn das Verhältnis f_T/f|_3G| den oberen Grenzwert der Bedingung (4) überschrei tet, wird die Brechkraft der negativen dritten Linsengruppe 30 zu stark, was ein Ansteigen der Abbildungsfehler bei der Varioverstellung verursacht.

Wenn das Verhältnis f_T/|f_3G| den unteren Grenzwert der Bedingung (4) unter schreitet, wird das Verschiebemaß der negativen dritten Linsengruppe 30 größer, was einen weniger kompakten Aufbau bei dem Varioobjektiv ergibt.

Im folgenden werden einzelne Zahlenbeispiele beschrieben. In den mit sphäri scher Aberration bezeichneten Diagrammen der chromatischen Aberration (axiale chromatische Aberration) bezeichnen durchgezogene Linien und die beiden Arten gestrichelter Linien jeweils sphärische Aberrationen in Bezug auf die d-, g- und C- Linien. In den Diagrammen der lateralen chromatischen Aberration bezeichnen die durchgezogenen Linien und die beiden Arten gestrichelter Linien ebenfalls die Vergrößerung in Bezug auf die d-, g- und C-Linien. S bezeichnet das Sagittalbild und M bezeichnet das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet F_NO die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten Varioobjektivs, W den halben Feldwinkel (°), f_B die bildseitige Schnittweite, R den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder den Zwischenraum zwischen Linsenflächen, N_d den Brechungsindex in Bezug auf die d-Linie und ν die Abbe-Zahl.

Außerdem ist eine in Bezug auf die optische Achse symmetrische asphärische Fläche folgendermaßen definiert:

wobei
x den Abstand von der Tangentialebene des asphärischen Scheitels,
C die Krümmung des asphärischen Scheitels (1/R),
h den Abstand von der optischen Achse,
K den Konizitätskoeffizienten,
A4 den Asphärizitätskoeffizienten vierter Ordnung,
A6 den Asphärizitätskoeffizienten sechster Ordnung,
A8 den Asphärizitätskoeffizienten achter Ordnung und
A10 den Asphärizitätskoeffizienten zehnter Ordnung angibt.

Fig. 1 zeigt eine Linsenanordnung für ein Varioobjektiv nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 2A bis 2D, Fig. 3A bis 3D und Fig. 4A bis 4D zeigen jeweils die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite. Tabelle 1 zeigt die zugehörigen Zahlenwerte. Die Flächen Nr. 1 bis 4 bezeichnen die negative erste Linsengruppe 10. Die Flächen Nr. 5 bis 9 bezeichnen die positive zweite Linsengruppe 20. Die Flächen Nr. 10 bis 13 bezeichnen die negative dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 hat ein negatives Linsenelement und ein positives Lin senelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die zweite Linsen gruppe 20 hat eine verkittete Unterlinsengruppe mit einem positiven Linsenele ment und einem negativen Linsenelement und ein positives Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die dritte Linsengruppe 30 hat ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. In Fig. 17 ist schematisch angegeben, wie die Linsen gruppen des Varioobjektivs nach dem ersten Ausführungsbeispiel bei der Vario verstellung verschoben werden.

Tabelle 1

Fig. 5 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 6A bis 6D, Fig. 7A bis 7D und Fig. 8A bis 8D zeigen die Aber rationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 5 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite. Tabelle 2 gibt die zugehörigen Zahlenwerte an. Die Flächen Nr. 1 bis 3 bezeichnen die negative erste Linsen gruppe 10. Die Flächen Nr. 4 bis 8 bezeichnen die positive zweite Linsengruppe 20 und die Flächen Nr. 9 bis 12 bezeichnen die negative dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 hat eine verkittete Unterlinsengruppe mit einem nega tiven Linsenelement und einem positiven Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die zweite Linsengruppe 20 hat eine verkittete Unterlin sengruppe mit einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenele ment und ein positives Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die dritte Linsengruppe 30 hat ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. In Fig. 18 ist angegeben, wie die Linsengruppen des Varioobjektivs nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel bei der Varioverstellung verschoben werden.

Tabelle 2

Fig. 9 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 10A bis 10D, Fig. 11A bis 11D und Fig. 12A bis 12D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 9 jeweils bei Kurzbrenn weite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite. Tabelle 3 zeigt die zuge hörigen Zahlenwerte. Die generelle Anordnung der Linsen entspricht der des zweiten Ausführungsbeispiels. In Fig. 19 ist angegeben, wie die Linsengruppen des Varioobjektivs nach dem dritten Ausführungsbeispiel bei der Varioverstellung verschoben werden.

Tabelle 3

Fig. 13 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem vierten Ausfüh rungsbeispiel. Fig. 14A bis 14D, Fig. 15A bis 15D und Fig. 16A bis 16D zeigen Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 13 jeweils bei Kurzbrenn weite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite. Tabelle 4 zeigt die zuge hörigen Zahlenwerte. Die generelle Linsenanordnung entspricht der des zweiten Ausführungsbeispiels. In Fig. 18 ist gezeigt, wie die Linsengruppen des Varioob jektivs nach dem vierten Ausführungsbeispiel bei der Varioverstellung verschoben werden.

Tabelle 4

Tabelle 5 zeigt die Zahlenwerte der Bedingungen (1) bis (4) für die verschiedenen Ausführungsbeispiele.

Tabelle 5

Wie sich aus Tabelle 5 entnehmen läßt, erfüllen die einzelnen Ausführungsbei spiele jeweils die Bedingungen (1) bis (4). Wie sich außerdem den jeweiligen Aberrationsdiagrammen entnehmen läßt, sind die Aberrationen geeignet korri giert.

Wie vorstehend beschrieben, läßt sich mit einem Varioobjektiv mit drei Linsen gruppen in Teleanordnung ein Varioverhältnis von etwa 3,5 bis 4 erreichen. Außerdem ist bei dem Varioobjektiv mit drei Linsengruppen in Teleanordnung die Gesamtlänge sowie der Durchmesser des objektseitigen Linsenelementes ver gleichbar denen eines Varioobjektivs mit zwei Linsengruppen.

Claims

1. Varioobjektiv mit einer negativen ersten Linsengruppe (10), einer positiven zweiten Linsengruppe (20) und einer negativen dritten Linsengruppe (30) in dieser Reihenfolge von der Objektseite her, bei dem die Varioverstellung durch Bewegen der ersten bis dritten Linsengruppe entlang der optischen Achse des Varioobjektivs erfolgt und bei dem die folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
d_12w den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Kurzbrennweite, und
f_w die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Kurzbrennweite ist.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
f_12T die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Langbrennweite,
f_12w die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Kurzbrennweite, und
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite ist.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite, und
f_12T die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Langbrennweite ist.

4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite, und
f_3G die Brennweite der dritten Linsengruppe (30) ist.