DE19962704A1

DE19962704A1 - Varioobjektiv und Verfahren zu dessen Scharfeinstellung

Info

Publication number: DE19962704A1
Application number: DE19962704A
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: US6324017B1; JP2000193887A; JP3417860B2

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. Bei der Varioverstellung werden die drei Linsengruppen (10, 20, 30) unabhängig voneinander entlang der optischen Achse bewegt. Bei der Scharfeinstellung werden andererseits die erste Linsengruppe (10) und die zweite Linsengruppe (20), die sich bei der Varioverstellung unabhängig voneinander bewegen, gemeinsam entlang der optischen Achse bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv für eine Kompaktkamera und im einzelnen ein Verfahren zu dessen Scharfeinstellung.

Bei einem Varioobjektiv für eine Kompaktkamera gibt es keinen Grund für eine lange bildseitige Schnittweite anders als bei einem Varioobjektiv für eine einäu gige Spiegelreflexkamera (SLR), bei der Raum für einen Spiegel hinter dem Fo toobjektiv erforderlich ist. Folglich wird bei einer Kompaktkamera üblicherweise ein Objektiv in Teleanordnung verwendet, bei dem eine positive und eine negative Linsengruppe in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Dagegen wird bei einer SLR-Kamera üblicherweise ein Retrofokusobjektiv ver wendet, bei dem eine negative und eine positive Linsengruppe in dieser Reihen folge von der Objektseite her angeordnet sind.

Bei einer Kompaktkamera mit einem Objektiv in Teleanordnung besteht seit eini gen Jahren Interesse an Varioobjektiven mit höheren Varioverhältnissen. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden häufig Varioobjektive mit drei Linsengrup pen verwendet. Bei diesen Varioobjektiven mit drei Linsengruppen bewegen sich die drei Linsengruppen bei der Varioverstellung entlang der optischen Achse. An dererseits wird das Scharfeinstellen des Varioobjektivs durch Bewegen einer Lin sengruppe, üblicherweise wird dabei die erste oder die zweite Linsengruppe ver wendet, entlang der optischen Achse durchgeführt. Damit bei einem Varioobjektiv mit drei Linsengruppen ein kompakter Aufbau erreicht werden kann, ist es wichtig, die Gesamtlänge sowie die Durchmesser der Linsen und die Dicke der Lin sengruppen zu verringern. Wenn allerdings die Anzahl der Linsenelemente ver ringert wird, um die Dicke der Linsengruppen zu verkleinern, verringert sich somit auch die Anzahl der Linsenelemente, die die Scharfeinstellinsengruppe bilden. Aus diesem Grund wird es schwierig, die Abbildungsfehler von Unendlich bis zur Naheinstellung bei allen Brennweiten über den gesamten Variobereich von der Kurzbrennweite bis zur Langbrennweite geeignet zu korrigieren. Diese Tendenz wird um so deutlicher, je höher das Varioverhältnis gewählt wird. Um die Abbil dungsfehler von Unendlich bis zur Naheinstellung geeignet zu korrigieren, muß die Anzahl der Linsenelemente der Scharfeinstellinsengruppe vergrößert werden. Dann läßt sich aber kein kompakter Aufbau für ein Varioobjektiv mit drei Linsen gruppen erreichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes Varioobjektiv mit drei Linsengruppen in der Teleanordnung anzugeben, daß nur eine geringe Anzahl Linsenelemente hat und dessen Abbildungsfehler geeignet korrigiert werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Varioobjektiv mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Patentanspruch 5 gibt ein Verfahren zum Scharfeinstellen des Varioobjektivs an.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim gemeinsamen Bewegen der ersten und der zweiten Linsengruppe zum Scharfeinstellen die Anzahl der Linsenelemente vergrößert wird, die die für das Scharfeinstellen im wesentlichen verantwortliche Linsengruppe bilden. Auf diese Weise wird das Korrigieren der Abbildungsfehler von Unendlich bis zur Naheinstellung einfacher. Dieses Konzept ist vollständig anders als die bekannte Technologie zum Scharfeinstellen, bei der nur eine Linsengruppe zum Scharfeinstellen eines Varioobjektivs verwendet wird, das eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine negative dritte Linsengruppe in dieser Reihenfolge von der Objektseite her hat und bei dem die Varioverstellung durch Bewegen der ersten bis dritten Lin sengruppe entlang der optischen Achse durchgeführt wird.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung hat die erste Linsengruppe zwei Lin senelemente. Die zweite Linsengruppe hat drei Linsenelemente. Dabei lassen sich mit einer geringen Anzahl Linsenelemente die Abbildungsfehler von Unend lich bis zur Naheinstellung geeignet korrigieren.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem ersten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 3A, 3B, 3C und 3D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich ent ferntes Objekt,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 7A, 7B, 7C und 7D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 8 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem zweiten Aus führungsbeispiel,

Fig. 9A, 9B, 9C und 9D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich ent ferntes Objekt,

Fig. 11A, 11B, 11C und 11D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 13A, 13B, 13C und 13D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 8 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 15 die Linsenanordnung eines Varioobjektivs nach dem dritten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 17A, 17B, 17C und 17D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich ent ferntes Objekt,

Fig. 18A, 18B, 18C und 18D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein unendlich entferntes Ob jekt,

Fig. 19A, 19B, 19C und 19D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei Kurz brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 20A, 20B, 20C und 20D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei einer mittleren Brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand,

Fig. 21A, 21B, 21C und 21D Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 15 bei Lang brennweite und Scharfeinstellung auf ein Objekt in einem endlichen Abstand, und

Fig. 22 eine schematische Darstellung der Bewegungslinien der Linsen gruppen des Varioobjektivs nach der Erfindung.

Das 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, wie dies in Fig. 22 als schematische Darstellung der Be wegungslinien der Linsengruppen gezeigt ist. Bei diesem Varioobjektiv mit drei Linsengruppen werden beim Varioverstellen von der Kurzbrennweite zu der Langbrennweite die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe unabhängig voneinander zu dem Objekt hin bewegt. Dabei wird der Abstand zwischen der er sten und der zweiten Linsengruppe und der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe verändert. Die Blende S ist zwischen der zweiten Lin sengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 angeordnet und bewegt sich ge meinsam mit der zweiten Linsengruppe 20.

Bei dem vorstehend beschriebenen Varioobjektiv mit drei Linsengruppen wird das Scharfeinstellen durch gemeinsames Bewegen der ersten und der zweiten Lin sengruppe 10 und 20 durchgeführt. Weil sich die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 beim Varioverstellen unabhängig voneinander bewegen, ändert sich ihr Abstand voneinander abhängig von der Brennweite. Beim Scharf einstellen werden die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengruppe 20 ge meinsam bewegt, wobei ihr Abstand voneinander bei einer vorgegebenen Brenn weite beibehalten wird. Durch das gemeinsame Bewegen der ersten und der zweiten Linsengruppe, die sich bei der Varioverstellung unabhängig voneinander bewegen, ergibt sich eine große Anzahl Linsenelemente für die für das Scharfein stellen im wesentlichen verantwortliche Linsengruppe selbst dann, wenn die An zahl Linsenelemente der einzelnen Linsengruppe klein ist. Deshalb wird die Kor rektur der Abbildungsfehler von Unendlich bis zur Naheinstellung einfacher als bei einem Varioobjektiv, bei dem nur die erste oder nur die zweite Linsengruppe zum Scharfeinstellen verwendet wird. Folglich lassen sich einander entgegenwir kende Anforderungen erfüllen, d. h. ein höheres Varioverhältnis bei geeignet kor rigierten Abbildungsfehlern und ein kompakter Aufbau des Varioobjektivs bei ei ner geringen Anzahl Linsenelemente.

Bei dem vorstehend beschriebenen Varioobjektiv ist die folgende Bedingung (1) erfüllt:

wobei
f_FT die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe (einer Scharfeinstellinsengruppe) bei Langbrennweite, und
f_FW die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe (der Scharfeinstellinsengruppe) bei Kurzbrennweite ist.

Bedingung (1) gibt das Verhältnis der Brennweite der Scharfeinstellinsengruppe (der ersten und der zweiten Linsengruppe 10 und 20) bei Kurzbrennweite zu der bei Langbrennweite an. Durch das Erfüllen dieser Bedingung (1) läßt sich die Ge samtlänge und der Durchmesser des Varioobjektivs verringern, wodurch sich ein kompakterer Aufbau für das Varioobjektiv erhalten läßt.

Wenn das Verhältnis f_FT/f_FW den oberen Grenzwert der Bedingung (1) überschreitet, wird die Gesamtlänge der Scharfeinstellinsengruppe bei Kurzbrennweite lang. Dies erfordert eine größere effektive Öffnung, und die Länge des gesamten Va rioobjektivs vergrößert sich.

Wenn andererseits das Verhältnis f_FT/f_FWden unteren Grenzwert der Bedingung (1) unterschreitet, läßt sich kein Varioobjektiv mit drei Linsengruppen erhalten.

Das Varioobjektiv nach der Erfindung erfüllt die folgende Bedingung (2):

20 < K_F < 40 (2)

wobei

f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite, und
f_FT die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe (der Fokussierlinsengruppe) bei Langbrennweite ist.

Die Bedingung (2) gibt die Empfindlichkeit der Fokussierlinsengruppe an. Durch Erfüllung der Bedingung (2) verringert sich die Größe der Verschiebung der Fo kussierlinsengruppe beim Fokussieren. Dadurch läßt sich ein Varioobjektiv mit ei nem kompakteren Aufbau erreichen.

Wenn der Wert K_F den oberen Grenzwert der Bedingung (2) überschreitet, wird die Empfindlichkeit der Fokussierlinsengruppe zu groß. Dadurch wird es schwie rig, eine präzise Scharfeinstellung durchzuführen.

Wenn der Wert K_F den unteren Grenzwert der Bedingung (2) unterschreitet, wird die Größe der Verschiebung der Fokussierlinsengruppe zu groß.

Im folgenden werden spezifische Zahlenbeispiele beschrieben. In den Diagram men der durch die sphärische Aberration wiedergegebenen chromatischen Aber ration (axiale chromatische Aberration) geben die durchgezogenen Linien und die beiden Arten gestrichelter Linien jeweils die sphärische Aberration in Bezug auf die d-, g- und C-Linien wieder. In den Diagrammen der lateralen chromatischen Aberration geben die durchgezogenen Linien und die beiden Arten gestrichelter Linien die Vergrößerung jeweils ebenfalls in Bezug auf die d-, g- und C-Linie wieder. S bezeichnet das Sagittalbild und M bezeichnet das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet F_NO die F-Zahl, f die Brennweite des gesamten Varioobjek tivs, W den halben Feldwinkel (°), Y die Bildhöhe, f_B die bildseitige Schnittweite, R den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder den Abstand zwischen Linsen flächen, N_d den Brechungsindex in Bezug auf die d-Linie und ν die Abbe-Zahl.

Zusätzlich zu dem vorstehend Beschriebenen ist eine zur optischen Achse sym metrische asphärische Fläche wie folgt definiert:

wobei
x den Abstand von der tangentialen Ebene im asphärischen Scheitel,
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 bezeichnet.

Fig. 1 bis 7 zeigen ein Varioobjektiv nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die erste Lin sengruppe 10 hat ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her. Die zweite Linsengruppe 20 hat eine verkittete Unterlinsengruppe mit einem positiven Linsenelement und einem nega tiven 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. Fig. 2A bis 2D, Fig. 3A bis 3D und Fig. 4A bis 4D zeigen die Aberrationsdia gramme der Linsenanordnung von Fig. 1 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite bei auf ein unendlich entferntes Objekt scharf eingestelltem Varioobjektiv. Außerdem zeigen Fig. 5A bis 5D, Fig. 6A bis 6D und Fig. 7A bis 7D die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung von Fig. 1 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite bei auf ein Objekt in endlicher Entfernung scharfgestelltem Varioobjektiv (einem Objekt- Bildabstand von: u = 2,45 m). Tabelle 1 zeigt die zugehörigen Zahlenwerte. Beim Scharfeinstellen bewegen sich die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsen gruppe 20 in Bezug auf die Blende S. die bei der Scharfeinstellung unbeweglich bleibt. In Tabelle 1 gibt d9 den Abstand zwischen der Blende S und der bildseiti gen Fläche der zweiten Linsengruppe 20 an. Der der Blende entsprechende Wert d (in Fig. 1 mit d9' bezeichnet) in Tabelle 1 gibt den Abstand zwischen der Blende und der objektseitigen Fläche der dritten Linsengruppe 30 an. Bei dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel sind die vorstehend beschriebenen Ab stände (d9, d9') mit d8 und d8' jeweils bezeichnet.

Tabelle 1

Fig. 8 bis 14 zeigen ein Varioobjektiv nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 8 zeigt die Linsenanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 9A bis 9D, Fig. 10A bis 10D und Fig. 11A bis 11D zeigen Aberrationsdiagramme der Lin senanordnung von Fig. 8 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite bei einer Scharfeinstellung des Varioobjektivs auf ein un endlich entferntes Objekt. Weiterhin zeigen Fig. 12A bis 12D, Fig. 13A bis 13D und Fig. 14A bis 14D die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung nach Fig. 8 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite bei auf ein Objekt in einem endlichen Abstand scharfgestelltem Varioobjektiv (bei ei nem Objekt-Bildabstand von: u = 2,45 m). Tabelle 2 zeigt die zugehörigen Zah lenwerte. Der Grundaufbau entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels.

Tabelle 2

Fig. 15 bis 21 zeigen ein Varioobjektiv nach dem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 15 zeigt die Linsenanordnung nach dem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 16A bis 16D, Fig. 17A bis 17D und Fig. 18A bis 18D zeigen die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung nach Fig. 15 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brenn weite und bei Langbrennweite bei auf ein unendlich entferntes Objekt scharf ein gestelltem Varioobjektiv. Weiter zeigen Fig. 19A bis 19D, Fig. 20A bis 20D und Fig. 21A bis 21 D die Aberrationsdiagramme der Linsenanordnung nach Fig. 15 jeweils bei Kurzbrennweite, bei mittlerer Brennweite und bei Langbrennweite bei auf ein Objekt in einem endlichen Abstand scharf eingestelltem Varioobjektiv (bei einem Objekt-Bildabstand von: u = 2,45 m). Tabelle 3 zeigt die zugehörigen Zahlenwerte. Der Grundaufbau entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels.

Tabelle 3

Tabelle 4 zeigt die Zahlenwerte der Bedingungen (1) und (2) für die einzelnen Ausführungsbeispiele.

Tabelle 4

Wie sich aus Tabelle 4 entnehmen läßt, erfüllen die einzelnen Ausführungsbei spiele jeweils die Bedingungen (1) und (2). Außerdem sind die verschiedenen Abbildungsfehler verhältnismäßig gut unterdrückt.

Nach dem vorstehend Beschriebenen läßt sich ein kompaktes Varioobjektiv mit drei Linsengruppen in Teleanordnung erhalten, das eine geringe Anzahl Lin senelemente hat und dessen Abbildungsfehler geeignet korrigiert sind.

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 erste, die zweite und die dritte Linsengruppe (10, 20, 30) bei der Varioverstellung unabhängig voneinander entlang der optischen Achse bewegt werden, und bei dem die erste und die zweite Linsengruppe (10, 20), die sich bei der Varioverstellung unabhängig voneinander bewegen, beim Scharfeinstellen gemeinsam ent lang der optischen Achse bewegt werden.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:
wobei
f_FT die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zwei ten Linsengruppe (20) bei Langbrennweite, und
f_FW die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zweiten Linsengruppe (20) bei Kurzbrennweite ist.

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist:
20 < K_F < 40
wobei
f_T die Brennweite des gesamten Varioobjektivs bei Langbrennweite, und
f_FT die resultierende Brennweite der ersten Linsengruppe (10) und der zwei ten Linsengruppe (20) bei Langbrennweite ist.

4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Linsengruppe (10) zwei Linsenelemente hat, und daß die zweite Linsengruppe (20) drei Linsenelemente hat.

5. Verfahren zum Scharfeinstellen eines Varioobjektivs mit einer negativen er sten Linsengruppe (10), einer positiven zweiten Linsengruppe (20) und einer negativen dritten Linsengruppe (30) in dieser Reihenfolge von der Objekt seite her, bei dem:

a) die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe (10, 20, 30) bei der Va rioverstellung unabhängig voneinander entlang der optischen Achse bewegt werden, und
b) die erste Linsengruppe (10) und die zweite Linsengruppe (20) beim Scharfeinstellen gemeinsam entlang der optischen Achse bewegt werden.