DE2161996B2

DE2161996B2 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE2161996B2
Application number: DE2161996A
Authority: DE
Inventors: Soichi Kamakura Kanagawa Nakamura
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1970-12-15
Filing date: 1971-12-14
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2161996A1; FR2118088A1; US3771853A; JPS4923912B1; GB1378005A; DE2161996C3; FR2118088B1

Description

rf,,= 2,4 n_lo=l,84llO v,₀ - 43,3

4e- 0,5

</,7= 4,8 «,, = 1,76684 v,,=46,6

Die Erfindung bezieht sich auf ein Varioobjektiv aus einer zerstreuenden Vordergruppe und einer sammeinden Hintergruppe, die zur Brennweitenänderung gegenläufig zueinander verschiebbar sind, wobei das Objektiv in der Weitwinkelstellung den Aufbau eines Objektivs vom Typ umgekehrter Teleobjektive hat.

Bei einem bekannten Varioobjektiv dieser Art (Wissenschaftliche und angewandte Photographic, I. Band: Das photographische Objektiv von J. Flügge, Springer Verlag Wien, 1955, Seiten 200 bis 204) läßt sich die Korrektion streng genommen nur für eine einzige, z. B. die mittlere Brennweiteneinstellung, durchführen. Bei jeder anderen Brennweiteneinstellung treten mehr oder weniger starke Bildverschlechterungen auf, und zwar umso stärker, je kürzer die Brennweiten der einzelnen Linsenglieder im Vergleich zur Gesamtbrennweite sind.

Die US-PS 31 85 029 beschreibt lineare Varioobjektive mit zwei sammelnden Linsengruppen, drei sammelnden Linsengruppen, vier sammelnden Linsengruppen und fünf Linsengruppen, von denen die ersten beiden sammelnd, die mittlere zerstreuend und die letzten beiden wieder sammelnd sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß bei kompaktem Aufbau der Korrektionszustand, insbesondere der Verzeichnung, auch außerhalb der mittleren Einstellung gut ist und einen Bildfeldwinkel in der Weitwinkelstellung von bis zu 74° ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch Ausbildung der Objektive der einleitend beschriebenen Art mit den Konstruk tionsdaten einer der in den Kennzeichen der Ansprüche i —3 aufgeführten Dateniabeiien gelöst.

Den erfindungsgemäßen Objektiven ist eine Unterteilung der Hintergruppe in eine sammelnde, eine zerstreuende und eine weitere sammelnde Linsengrup pe gemeinsam, wobei die Verschiebung der drei Linsengruppen bei einer Brennweitenänderung gleichsinnig, jedoch mit von Gruppe zu Gruppe kleinerem Betrag erfolgt. Die drei Objektive sind in ihrem weiteren Aufbau in den Ansprüchen 2, 3 und 4 gekennzeichnet

Die Parameter haben die übliche Bedeutung, so bezeichnen r,, r>... die Krümmungsradien, </,, cfc... die axialen Linsendicken bzw. Luitabstände zwischen aufeinanderfolgenden Linsen und m, /fe... sowie v,, V₂... die Brechungsindizes bzw. Abbazahlen der einzelnen Linsengläser, sämtlich vom Objekt aus fortlaufend durchnumeriert

Den drei Objektiven sind die nachstehenden Entwurfserwägungen gemeinsam, wobei auf die F i g. 1 und 2 Bezug genommen wird Hierbei zeigt erstere in Äquivalentlinsendarstellung den grundsätzlichen Objektivaufbau nebst zugehörigem Verschiebungsdiagramm für die einzelnen Linsengruppen, während letztere den Objektivstrahlengang und die Lagen der einzelnen Linsengruppen für die kleinste (F i g. 2a), eine mittlere (F i g. 2b) und die größte Brennweite (F i g. 2c) zeigt

Die Objektive erfüllen auf der Weitwinkelseite die folgenden Bedingungen, in denen die benutzten

Parameter die aus F i g. 1 ersichtliche Bedeutung haben:

, /₃<oj₄>o

> A

- Ja

A-UiI-S₃ > ο

AS₄-(S₃+IAH(S₄-A)

S₂ > O

I/, I + 5, = /, (S₂ [/, S₄ - (5, + I/, I) (S₄ - /₄)]

+ IZ₁1IA S₄ - S₃ (S* - /a))) I ((S₂ - /j) 1/4 -

Die Verschiebungsbeträge der zweiten! dritten und vierten Linsengruppe seien ψ (χ), χ bzw. Φ (χ) mit der Weitwinkelstelliing als der Ausgangsstellung. Für die Verschiebung dieser drei Linsengruppen in der Objekt- π richtung gilt dann:

ψ(χ)>χ>Φ(χ) (10)

wobei ψ (χ) und Φ (χ) Funktionen sind, die mil a· zunehmen. Der Verschiebungsbetrag y der ersten .>n Linsengruppe gehorcht der Beziehung:

y = s, +1/, ι · ψ(χ) - ρ.

(11)

P = h (D₂ ΙΛ A - (A + Ι.Λ I) (A - .Λ)]

+1/» I [Λ A - A (A - .Λ)1) / {(Α - /₂)

- (S, +1/,I)(S, -/₄)1 +1/,I[Z₄S₄ - S,(S₄ -/₄)1>.

(9)

Χ[.ΛΑ -(A+ 1/1) (A -.Λ)]
+ Ι/1Η.Λ A - A(A -.Λ)])

D₂ = S₂ + Ψ (.ν) - λ-Α = Si + χ - Φ (χ)

A = S₄ + φ (χ).

Wenn Di, Dj, Da die Hauptebenenabstände zwischen den einzelnen Linsengruppen bei der jeweils eingestellten Objektivbrennweite bedeuten.

Die Gesamtbreinnweite des Objektivs Fgehorcht der Beziehung:

/l

ΛΛΛ

(12)

Nachstehend sind die obigen Systembedingungen im einzelnen erläutert.

Bedingung (1) gibt den Grundaufbau der Objektive wieder.

Bedingung (2) dient zur Sicherstellung einer ausreichenden bildseitigen Schnittweite durch einen divergenten Strahlengang hinter der dritten Linsengruppe, damit die Objektive auch bei einäugigen Spiegelreflexkameras verwendet werden können. Hiernach erhalten die Varioobjektive auf der Weitwinkelseite eine Brechkraft, die derjenigen eines Weitwinkelobjektivs vom umgekehrten Teletyp ähnlich ist, siehe F i g. 2(a). Der Wert von S4 muß daher größer sein, als die Summe von Mindest-Schnittweite des gewünschten optischen Systems plus Abstand zwischen der Hauptebene der vierten Linsengruppe und deren letzter Scheitel der gleichen Linsengruppe.

Bedingung (3), die die zweite bis vierte Linsengruppe betrifft, sorgt für eine Brechkraftverteilung in diesem Triplett im Hinblick auf gleichbleibende Aberrationen. Hiernach ist der Betrag von f₃ kleiner als der der Bildschnittweite der dritten Linsengruppe, und der Strahlengang hinter der zweiten Linsengruppe ist konvergent.

Bedingung (4) dient zur Sicherstellung der Koma-Korrektur, wenn der Wert von S3 auf der Weitwinkelseite so klein wie möglich ist, was ein umgekehrtes Telesystem ergibt Hierdurch kann die Koma auf der Weitwinkelseite leicht korrigiert werden, und ihr Ausgleich bezüglich der Änderungen auf der Teleseite kann leicht aufrechterhalten werden.

Bedingungen (5) und (6) sind zusammen die notwendige hinreichende Bedingung für eine positive Gesamtbrennweite der zweiten bis vierten Linsengruppe, um wegen der zerstreuenden Vordergruppe überhaupt ein abbildungsfähiges System zu erhalten.
Bedingung (6) bedeutet ferner, daß die Bildschnittweite der zweiten Linsengruppe größer als die Brennweite /":■ der zweiten Liinsengruppe ist und der Strahlengang hinter der ersten Linsengruppe divergiert. Es kann also die Brechkraft der ersten Linsengruppe erhöht und können die kürzest möglichen Abstände zwischen der ersten Linsengrappe und der zweiten, dritten und vierten Linsengrappe bestimmt und die Hübe der ersten und zweiten Linsengrappe vergrößert werden, um ein größeres Zoom-Verhältnis auch bei einer gedrängten Bauform zu erzielen.

Bedingung (7) vermeidet einen komplizierten Aufbau, wenn Hauptebenen der zweiten und der dritten Linsengrappe über die Linsengruppen wegen des positiven Hauptebenen-Abstandes hier zwischen hinausragen. Der Abstand S? wird deshalb größer gemacht als die Summe von Abstand zwischen der Hauptebene der zweiten Linsengrappe und deren hinterstem Scheitel plus Abstand zwischen der Hauptebene der dritten Linsengrappe und deren vorderstem Scheitel.

Bedingung (8) ermöglicht einen gedrängten Aufbau.

μ Zwar kann nach Bedingungen (1) bis (6) die Kombination aus (2 und Si jeden gewünschten Wert haben, werden aber die Werte von f₂ und S₂ für Bedingung (6) zu groß, so würde sich eine unpraktische Vergrößerung des Gesamtlinsensystems ergeben. Dieses kann durch Erfüllung der Bedingung (8) vermieden werden.

Bedingung (9) gibt die Beziehung zwischen dem Ausdruck |/|| + Si, der eine Konstante ist und den Größen S₄, S3, S₂, U, h und f₂ wieder. Die Bedineune (9Ϊ

ίο

besagt, daß - f\ gleich der Bildschnittweite der ersten Linsengruppe ist und die Bildebene imitier im Abstand Si hinter der vierten Linsengruppe liegt. Dementsprechend erhöht sich bei einem kleineren Wert von |/i| der Wert S^_< was eine Vergrößerung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten I.insengruppe und einen vergrößern Hub jeder Linsengruppe, also höheres Zoomverhältnis, liefert.

Bedingung (IC) bestimmt die Verschiebungsbeträge der zweiten bis vierten Linsengruppe als die Grundlage der vorliegenden Varioobjektive. Wenn der Verschiebungsbetrug φ (χ)der zweiten Linsengruppe kleiner als der Verschiebungsbetrag Arder dritten Linsengruppe ist, dann erhält man eine starke Veränderung in der Verzeichnung an den beiden Enden des Brennweitenverstellbereiches, was das Hauptproblem bei einem Weitwinkelobjektiv ist. Deshalb wird vorgeschrieben, daß ψ (χ) > χ ist. Ferner entstehen, wenn der Verschiebungsbetrag φ (x)aer vierten Linsengruppe gleich dem oder erößer als der Ix) der dritten I.insengriinpp jet dieselben Nachteile wie bei einem Varioobjektiv, das lediglich aus einer zerstreuenden Vordergruppe und einer sammelnden Hintergruppe besteht. Dies bedeutet, daß die Kompensation der Sinusbedingungen an den beiden Enden des Brennweitenverstellbereiches verloren geht, so daß die Koma an den erwähnten beiden Enden schwierig zu korrigieren ist. Deshalb ist χ>Φ (x) vorgeschrieben.

Gleichung (11) definiert den Verschiebungsbetrag der ersten Linsengruppe. Wenn die Brechkraftanordnung des Gaußschen Bereiches auf der Weitwinkelseite entsprechend den Bedingungen (1) bis (9) und die Verschiebungsbeträge der zweiten bis vierten Linsengruppe entsprechend Bedingung (10) bestimmt werden, ergibt sich der Verschiebungsbetrag der ersten Linsengruppe aus Gleichung (11).

Die Gesamtbrennweite des Objektivs ist durch Gleichung (12) gegeben.

Nachstehend sind die drei Objektive anhand der F i g. 3 ff im einzelnen beschrieben; hierbei zeigen

F i g. 3 bis 5 das erste, zweite bzw. dritte Objektiv der Erfindung je im Längsschnitt,

F i g. 6(a), 6(b) und 6(c) den Korrektionszustand für die sphärische Aberration und die Sinusbedingung des Objektivs nach F i g. 3 bei der kleinsten, einer mittleren bzw. der größten Brennweite,

F i g. 7(a), 7(b) und 7(c) den Korrektionszustand für den Astigmatismus des Objektivs nach Fig.3 bei der kleinsten, einer mittleren bzw. der größten Brennweite,

F i g. 8(a), 8(b) und 8(c) den Korrektionszustand für die Verzeichnung des Objektivs nach Fig.3 bei der kleinsten, einer mittleren bzw. der größten Brennweite,

Fig.9(a) bis 1 l(c) die Korrektionszustände entsprechend den F i g. 6(a) bis 8(c) für das Objektiv nach F i g. 4 und

F i g. 12(a) bis 14(c) die Korrektionszustände entsprechend den Fig. 6(a) bis 8(c) für das Objektiv nach Fig. 5.

Objektiv I (F i g. 3)
Für das Objektiv gelten

ω (χ) Φ (χ)

1.0287*
0,8335*

Zwischen der dritten und vierten Linsengruppe liegt die Blende. Die vierte Linsengruppe ist ein Kittglied aus

ίο einer zerstreuenden und einer sammelnden Linse. Für eine relative öffnung von 1 :4,5 und eine Brennweite F von 28,85 bis 44,19 mm sind die Rechendaten dieses Objektivs für eine 35 mm Stehbildkamera die im Anspruch 1 angegebenen.

i) Der Korrektionszustand dieses Objektivs ist der aus den Fig.6 bis 8 ersichtliche. Man sieht, daß die einzelnen Linsenfehler gut korrigiert sind, dieses gilt insbesondere für die Korrektur der Verzeichnung, die ebenso gut ist wie bei Objektiven fester Brennweite.

Objektiv Il (F ig. 4)
Für dieses Objektiv gilt wiederum

ψ(χ) = 1,0287*
Φ (χ) = 0,8335*

Bei dem Objektiv sitzt jedoch die Blende zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe, und die vierte Linsengruppe ist durch ein Kittglied aus einer zerstreuenden und einer sammelnden Linse und einem

sn zusätzlichen sammelnden Meniskus gebildet, um die Verzeichnung zu verringern. Für eine relative öffnung von 1 :4,5 und der Brennweite Fvon 28,85 bis 44,19 mm sind die Rechendaten dieses Varioobjektivs für eine 35 mm Stehbildkamera die in Anspruch 2 wiedergegebenen.

Der Korrektionszustand dieses Objektivs ist der aus den F i g. 9 bis 11 ersichtliche. Man sieht, daß der Korrektionszustand gut ist. Dieses gilt insbesondere für die Korrektur der Verzeichnung, die wiederum genauso

4.) gut ist wie bei Objektiven mit fester Brennweite.

Objektiv III(Fig.5)
Für dieses Objt^tiv gelten

ω (χ) =χ
Φ (χ) = 0,7836*

Durch die erste Bedingung werden die Kurven für die Verschiebung der Linsengruppen vereinfacht, man erhält deshalb einen besonders einfachen Mechanismus.

Für eine relative öffnung von 1 :4,5 und eine Brennweite F von 28,85 bis 44,19 mm sind die Rechendaten dieses Varioobjektivs für eine 35 mm Stehbildkamera die im Anspruch 3 angegebenen.

Der Korrektionszustand ist der aus den F i g. 12 bis 14 ersichtliche. Man sieht, daß der Korrektionszustand gut ist, insbesondere ist die Korrektur der Verzeichnung ebenso gut wie bei Objektiven fester Brennweite.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I. Varioobjektiv aus einer zerstreuenden Vorder* gruppe und einer sammelnden Hintergruppe, die zur Brennweitenänderung gegenläufig zueinander verschiebbar sind,' wobei das Objektiv in der Weitwinkelstellung den Aufbau eines Objektivs vom Typ umgekehrter Teleobjektive hat, gekennzeichnet durch — eine Unterteilung der Hintergruppe in eine sammelnde (% eine zerstreuende (—6) und eine weitere sammelnde (A) Linsengruppe, wobei die Verschiebung der drei Linsengruppen (fa -& A) bei einer Brehnweitenänderung gleichsinnig, jedoch im wesentlichen mit von Gruppe zu Gruppe kleinerem Betrag erfolgt,

— eine Anordnung der Blende zwischen der dritten und vierten Linijengfuppe (h, A), wobei letztere durch ein Kittgljed aus einer zerstreuenden und einer sammelnden Linse gebildet ist/und

— folgende Rechendaten Brennweite Fvon 28,85 bis 44,19 relative öffnung 1:4,5

/, = -50,127

/₂= 24,689

/₃ =-18,637

/₄=-26,234

r, = +74,514 Π = +35,38 r₃ =-744,562 γ₄ = -73,091 r_s = +29,225

τ₆ = +37,907 T₁ = -28,141

r_g 98,768

r, = +19,309 T₁₀= +60,223 Jr₁₁ = -118,839 T₁₂= -21,666 T₁₃= +19,163 04 = +439,074 O₅= +20,948 O₆= -25,982

d\

ds de

4η- rf_I2 =

rf,3 = </l4 =

104

1,3 30,8806

4,45

0,1

3,3

3,4106

3,7

1,0

2,1584

0,9

5,1 //, =1,54739

U₁ =1,84110 nj =1,44628 -7,7366

η, =1,6393 It₅ = 1,744

/% =147501

-3,7607

η, =1,69895

>h =1,80518

-4,1897

η, =1,72825

η,ο = 1,83330

ν, =53,6

V₂ =43,3 V₃ =67^

V₄ =45,0 V₅ =44,9

V₆ = 41,3

ν₇ =30,0 ν₈ = 254

ν, =28,3 V₁₀= 36,8

Schnittweite s'von 3839 bis 48,467. 2. Varioobjektiv nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 1, gekennzeichnet durch

- eine Unterteilung der Hintergruppe in eine sammelnde (h), eine zerstreuende (-/3) und eine weitere sammelnde (7i) Linsengruppe, wobei die Verschiebung der drei Linsengruppen (T₂, -4 A) bei einer Brennweitenänderung gleichsinnig, jedoch im wesentlichen mit von Gruppe zu Gruppe kleinerem Betrag erfolgt,

- eine Anordnung der Blende zwischen zweiter und dritter Linsengruppe,

- einen Aufbau der vierten Linsengruppe aus einem Kitt&iied aus einer zerstreuenden und einer sammelnden Linse und einem nachgeschalteten sammelnden Meniskus und

- folgende Rechendaten: Brennweite F von 28,85 bis 44,19 relative öffnung 1 :4,5

/, = -50,127

O = +47,014 dx = 2,0 η, =1,57501 /-J = +28,131 di = 10,5 r_} = -744,562 </·, = 4,2 «2 = 1,806 r* = -73,091 ck = 1,3 n₃ =1,44628 r_s = +29,967 ds = 30,9389-7,7949

ν, =41,3

V₂ =40,6 V₃ = 67,2

21 3 r_fi = +37,907 /3 =-18,637 r„= -106,506 /₄= 26,234 ' r_I4 =+1439,074 6t 3. Varioobjektiv nach dem Oberbegriff des r, = +52,201 1 >6 = +39,507 m /₃ =-18.637 η, = -117,506 4 = 996 m * 1,60562 m =1,69895 — 2,0 U₉ =1,72825 4 4,5 IU, =1,61117 1:4,5 = 70,1 Anspruchs !,gekennzeichnetdurch 1 r\i= -19,070 T₇ - -30,741 r,2= -19,666 r-ä= +20,015 r₂ = +28,743 % r? = -32,141 4 = ff₅ =1,744 /I₈ =1,79504 11,5 n_K = 1,8333 V₄ 1,1 n₅ =1,841 J <k ⁼ — eine Unterteilung der Hintergruppe in eine H /■,3 = +19,373 ' 4,5 v, = Z₈ = -79,559 r.j= +19,095 r_!6 = -51,269 sammelnde (fz), eine zerstreuende (—/3) und eine ü h = -65,335 • 1,8433-3,8746 Vs = 0,1 /₂= 24,689 T₉= +19,509 4⁼ weitere sammelnde (U) Linsengruppe, wobei die 35 /3 =-744,562 1 /₂ = 24,689 < 4 = • 1,1 m =1^6883 4,2 //,, = 1,76684 -46,4 - -- - - - - - "■ ■ - ·■■■·· — ; Verschiebung der drei Linsengruppen (h, —h,U) I /9 = +18,809 = 0 1 - 0,9 3,0 1I₆ =1,54072 T₁₀= +63,793 r,g= -24,699 r₄ = -70,591 I «4 = = 4,7410-5,0912 1,3 V6 67,2 Schnittweite von s'von 37,728 bis 47,897. 4 ⁼ I /■10= +60,333 ■ 3,0 2,6 4,8 Vj = /5 = +29,871 H = 1,7 </|0 ⁼ 1,0 1,7 ih =1,69680 V₃ = /, = -50,127 1,0 2,3 V₇ · 1,0 th =1,80454 = 55,8 i/,,= Vg = 1,0864-4.1597 = 43,3 </_I2 = y₄ - rf[3 = V₅ = V₉ = 47,2 rf,4 = V₁₀- i/,5 = ^V6 ⁼ 55,6 «16 = VlI = 39,5 d„ = V₇ = 30 Vg = = 43,9 = 44,9 = 56,0 = 30,0 = 28,4 = 28,3 = 36,8 = 46,6 bei einer Brennweitenänderur_fg gleichsinnig, jedoch'im wesentlichen mit von Gruppe zu Gruppe kleinerem Betrag erfolgt, und folgende Rechendaten Brennweite Fvon 28,85 bis 44,19 relative öffnung n, =1,52 Λ₂ =1,80411 //3 =1,44628 </₅ =30,3905-5,8365 4 = 4 = d» = dg = (/,„ = 4.- </|3 =

/₄ = -26,234

r„= -55,0 Λι- -24,222 Schnittweite s'von 37.768 bis 48,895.

r, 4 = +889,074 /·_|5= +22,348 r„- -53,729

«/,4= 0,7 η, =1,72825 ν, =28,3