DE2625058A1

DE2625058A1 - Zoom-objektiv

Info

Publication number: DE2625058A1
Application number: DE19762625058
Authority: DE
Inventors: Naoto Kawamura; Akira Tajima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1975-06-06
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: DE2625058C2; JPS5913003B2; JPS51144653A

Description

Zoom-Obj ektiv Die Erfindung bezieht sich auf Zoom-Objektive mit stark verbreitetem Bildwinkel; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Zoom-Objektiv, das aus einer bewegbaren vorderen Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und einer bewegbaren hinteren Linsengruppe mit einer positiven Brennweite besteht, wobei in die hintere Linsengruppe eine Blende eingegliedert ist und die vordere Linsengruppe und die hintere Linsengruppe in veränderlicher Beziehung zueinander zum Verändern der Brennweite des gesamten Linsensystems axial bewegt werden, und das photographische Leistungsfähigkeiten besitzt, die zu dem Weitwinkel-Bereich hin erweitert sind, während weiterhin eine gute Stabilisierung von Bildfehlern über dem Brennweitenverstellbereich unter Einschränkung der Außenmaße des Zoom-Objektivs auf ein Minimum eingehalten ist.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Zoom-System, das zweckdienlich als aus einer negativen vorderen Linse I und einer positiven hinteren Linse II angesehen werden kann, die beide axial, jedoch in veränderlicher Beziehung zueinander bewegt werden, um eine Veränderung der Brennweite des gesamten Linsensystems zu bewirken, wegen seiner Retrofokus-Ausführung vorteilhaft beim Schaffen eines verbreiterten Bildwinkelbereichs. Da der maximale axiale Abstand zwischen der vorderen Linse I und der hinteren Linse II bei der Weitwinkel-Einstellung für den maximalen Bildwinkel auftritt, liegt jedoch ein Nachteil dieses Zoom-Systems darin, daß der Durchmesser der vorderen Linse I für den erweiterten Bereich des Bildwinkels zu dem Maximum hin vergrößert werden muß. Dieses Problem wird beim Entwerfen eines Zoom-Objektivs mit einem stark erweiterten Bildwinkel schwerwiegend. Wenn die Maßnahme zur Vergrößerung des maximalen Bildwinkels zwangsläufig mit einer strengen Einschränkung der Außenmaße des Zoom-Objektivs auf ein Minimum vereinbar sein muß, steigt bei der Weitwinkel-Einstellung die tonnenförmige Verzeichnung steil an, wobei ihre zufriedenstellende Korrektur in jedem Fall schwierig wird.
Mit der Erfindung soll ein kompaktes Zoom-Objektiv geschaffen werden, das selbst bei dem erweiterten Bildwinkelbereich an den Weitwinkeleinstellungen bezüglich Bildfehlern gut korrigiert ist, wobei die Verwendung asphärischer Brechflächen für die Erleichterung der Korrektur nicht nur der Verzeichnung, sondern auch mit dieser zusammenhängender anderer unterschiedlicher Bildfehler vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemäß aufgebautes Zoom-Objektiv weist eine bewegbare vordere Linsengruppe mit negativer Brennweite und eine bewegbare hintere Linsengruppe mit positiver Brennweite auf, zwischen denen der axiale Luftabstand verändert wird, um eine Veränderung der Brennweite des Gesamtsystems zu bewerkstelligen, wobei zwei asphärische Flächen verwendet werden, die an beliebig gewählten Flächen in der vorderen bzw. der hinteren Linsengruppe vorgesehen sind, während zwischen ihnen eine Blende angeordnet ist.
Es wurde festgestellt, daß es trotz einer Verbreiterung des Bildwinkels bei der Weitwinkel-Einstellung bis 84° mit diesem erfindungsgemäßen Aufbau möglich ist, eine sehr gute Stabilisierung sowohl der Verzeichnung als auch anderer verschiedener Bildfehler über dem ganzen Brennweitenverstellbereich zu erzielen, während die Außenmaße weiterhin auf ein Minimum eingeschränkt sind. Da das erfindungsgemäße Zoom-Objektiv in der Form eines mechanisch kompensierten insensystems mit veränderlicher Brennweite während der Veränderung seiner Brennweite über einem Bereich axialer Bewegung der vorderen und der hinteren Linsengruppe eine konstante Bildebene einhalten kann, ist es entweder für die Verwendung besonders bei einer Standbildkamera oder für die Verwendung als Uberweitwinkel-Zoom-Objektiv für eine Laufbildkamera oder eine Fernsehkamera geeignet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des geometrischen Aufbaus, der bei der Wirkungsweise eines Zweikomponenten-Retrofokus-Zoom-Systems in Betracht gezogen ist; Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Formgebungsberechnung für eine asphärische Fläche; Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des geometrischen Aufbaus, der bei der Durchrechnung eines achsenparallelen Strahls und eines achsennahen Pupillenstrahls zum Ableiten einer Gleichung mit Formgebungskonstanten für asphärische Flächen in Betracht gezogen ist; Fig. 4 ist eine Blockdarstellung eines ersten Beispiels des Zoom-Objektivs in drei verschiedenen Arbeitsstellungen, d. h. der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung und der Telestellung, die jeweils in den Fig. 4A, 4B und 4C gezeigt sind; Fig. 5A, 5B und 5C sind Bildfehlerkurven des Zoom-Objektivs nach Fig. 4 bei der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung bzw. der Telestellung; Fig. 6A, 6B und 6C sind Bildfehlerkurven eines zweiten Beispiels des Zoom-Objektivs bei Weitwinkelstellung, Mittelstellung bzw. Telestellung; Fig. 7A, 7B und 7C sind Bildfehlerkurven eines dritten Beispiels des Zoom-Objektivs bei Weitwinkelstellung, Mittelstellung bzw. Telestellung; Fig. 8A, 8B und 8C sind Bildfehlerkurven eines vierten Beispiels des Zoom-Objektivs bei Weitwinkelstellung, Mittelstellung bzw. Telestellung; Fig. 9 ist eine Blockdarstellung eines fünften Beispiels des Zoom-Objektivs bei Weitwinkelstellung, Mittelstellung und Telestellung, die jeweils in den Fig.
9A, 9B und 9C gezeigt sind; Fig. lOA, lOB und lOC sind Bildfehlerkurven des Zoom-Objektivs nach Fig. 9 bei der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung bzw. der Telestellung; Fig.ll ist eine Blockdarstellung eines sechsten Beispiels des Zoom-Objektivs bei Weitwinkelstellung, Mittelstellung und Telestellung, die jeweils in den Fig.
llA, llB bzw. llC gezeigt sind; Fig. 12A, 12B und 12C sind Bildfehlerkurven des Zoom-Objektivs nach Fig. 11 bei der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung bzw. der Telestellung.
Das Zoom-Objektiv gemäß der vorzugsweise gewählten Ausführungsform der Erfindung weist eine erste Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und eine zweite Linsengruppe auf, die eine positive Brennweite besitzt und in die eine Blende eingegliedert ist, wobei der axiale Luftabstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe verändert wird, um eine Veränderung der Brennweite des gesamten Linsensystems zu erreichen; dabei sind in dem Zoom-Objektiv zwei asphärische Brechflächen jeweils in der ersten Linsengruppe an einer beliebig gewählten Fläche (oder einer i-ten Fläche) und in der zweiten Linsengruppe hinter der Blende an einer beliebig gewählten Fläche (oder j-ten Fläche) vorgesehen, um ein hohes Maß an Bildfehlerkorrektur zu erzielen. Das Zoom-Objektiv ist durch folgende Beziehungen geprägt: (1) -3.0<##< -1.17 (2) 0.54<##< 1.5 fw (3) ,«;i > 0 and W < 0 (4) hi hi#i + Hj hj #j <-0.05 (5) hi hi#i + Hj hj #j <-0.15 Dabei ist: fl = Brennweite der ersten Linsengruppe fw = Brennweite des Gesamtsystems bei der Weitwinkelstellung, 1w = axialer Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe bei der Weitwinkelstellung, ti = aspärischer Koeffizient dritter Ordnung an der i-ten Fläche, tj = asphärischer Koeffizient dritter Ordnung an der j-ten Fläche, hi = Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Stahls an der i-ten Fläche von der optischen Achse weg, hj = Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Strahls an der j-ten Fläche von der optischen Achse weg, hi = Höhe des Einfallpunkts eines achsennahen Pupillenstrahls an der i-ten Fläche von der optischen Achse weg und hj = Höhe des Einfallpunkts eines achsennahem Pupillenstrahls an der j-ten Fläche.
Die Bedingungen (1) und (2) betreffen eine Brechkraftverteilung des Linsensystems. Wenn die obere Grenze der Bedingung (1) verletzt wird, wird es schwieriger, eine zufriedenstellende Korrektur sowohl der Verzeichnung als auch anderer unterschiedlicher Bildfehler zu erreichen. Wenn die untere Grenze verletzt wird, werden die Abmessungen des gesamten Linsensystems vergrößert, was der vorstehend genannten Aufgabe der Erfindung widerspricht, ein kompaktes Zoom-Objektiv zu schaffen, obgleich die Bildfehlerkorrektur erleichtert werden kann. Die obere Grenze der Bedingung (2) dient gleichfalls zur Einschränkung der Außenmaße des Linsensystems auf ein Minimum, während die untere Grenze der Bedingung (2) zum Sicherstellen eines ausreichenden Ausmaßes axialer Bewegung der Brennweitenverstellungs-Linsengruppen bestimmt ist, so daß dadurch eine unnötige Verminderung des Brennweitenverstellverhältnisses vermieden ist.
Die Bedingungen (3j bis (5) betreffen die Formgebungskonstanten für die asphärischen Oberflächen. Diese Größen werden nachstehend im einzelnen erläutert. Die Formgebung einer asphärischen Fläche wird allgemein unter Verwendung von Koordinaten X und Y gemäß der Darstellung in Fig. 2 ausgedrückt, in der die Abszisse Y parallel zu der optischen Achse und die Ordinate Y rechtwinklig zu der optischen Achse liegt, wobei der Ursprungspunkt mit dem Scheitel der asphärischen Fläche zusammenfällt. Daher kann das Ausmaß der Abweichung X der asphärischen Flächenkurve von der Ordinate weg an der Höhe H eines Punkts auf der asphärischen Fläche von der optischen Achse weg ausgedrückt werden zu wobei R der Krümmungsradius eines achsennahen Teils der asphärischen Fläche an deren Scheitel ist und B, C und D Formgebungskonstanten sind. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite dieser Gleichung (11) enthält nur einen Parameter R, nämlich den Krümmungsradius des achsennahen Teils der asphärischen Fläche. Der zweite Ausdruck enthält eine Formgebungskonstante B, die sich zu dem asphärischen Koeffizienten dritter Ordnung jr wie folgt verhält: t = 8(N' - N)B (12) wobei N der Brechungsindex des den einfallenden Strahl führenden Mediums ist und N' der Brechungsindex des den gebrochenen Strahl führenden Mediums ist.
Der dritte Ausdruck enthält gleichfalls eine Formgebungskonstante C, die zu dem asphärischen Koeffizienten fünfter Ordnung n in folgender Beziehung steht: = 48(N' - N)C (13) Nimmt man nun an, daß eine in Frage stehende asphärische Fläche durch Modifikation einer sphärischen Fläche mit einem Krümmungswert R gestaltet wird, so sind die entsprechenden Xnderungsausmaße der Bildfehlerkoeffizienten oder Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung, nämlich des sphärischen Aberrationskoeffizienten (I), des Komaaberrationskoeffizienten (in), des Astigmatismusaberrationskoeffizienten (III), des sagittalen Bildfeldkrümmungs -Aberrationskoeffizienten (IV) und des Verzeichnungskoeffizienten (V) Funktionen des asphärischen Koeffizienten t wie folgt: =h4# A II = h3 h# A III = h²h-2# A 1V = a V = h h39 (14) wobei h und h die zum Durchrechnen von Strahlen unter Berücksichtigung der Lage und der Öffnung der Blende gewählten Größen sind, wobei einer der Strahlen, nämlich der Strahl 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3, entlang der optischen Achse verläuft und die einzelnen Brechflächen (i, j) an jeweiligen Höhen h trifft, um die optische Achse an dem Bildbrennpunkt zu schneiden, während der andere Strahl, nämlich der Strahl 2 in das System unter einem schrägen Winkel eintritt und den Mittelpunkt der Öffnung der Blende 3 durchläuft, wobei die Einfallpunkte auf den einzelnen Flächen (i, j) an Höhen h liegen.
Unter Berücksichtigung des vorstehenden ist es verständlich, daß die Bedingung (2) die Korrektur einer tonnenförmigen Verzeichnung oder positiven Verzeichnung aufgrund der Verminderung der relativen Öffnung des Linsensystems durch Erzeugung einer negativen Verzeichnung unterstützt, die sich aus der Modifikation einer beliebig gewählten Fläche ( der i-ten Fläche) in der ersten Linsengruppe und einer beliebig gewählten Flächen ( der j-ten Fläche) an der Bildseite der Blende in der zweiten Linsengruppe zu jeweiligen asphärischen Flächen ergibt. Von den anderen Aberrationen I, II, III und IV, deren Veränderungsausmaße durch das Einführen der i-ten und j-ten asphärischen Fläche verursacht sind, gibt es zwei Aberrationsänderungen, nämlich #III und #IV, die am schwierigsten mittels anderer Linsenflächen zu kompensieren sind. Selbst in dieser Hinsicht ist die Bedingung (3) zum Erhalt einer guten Korrektur des Astigmatismus III und der Feldkrümmung IV nutzbar, da beide asphärischen Flächen ( die i-te und die j-te Fläche) jeweils Anderungsgrößen des Astigmatismus und der Feldkrümmung ergeben, die einander aufheben können. Diese Tatsachen bilden den Grund, warum die Blende zwischen die i-te und die j-te asphärische Fläche angeordnet ist. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß das Vorzeichen der Größe h an der Blende umgekehrt ist ( hi 1(0 O , h j > O), so daß es bei P i Z 0 und #j j > 0 möglich ist, sowohl # Vi als auch # Vj negativ zu machen, was aus der Gleichung (14) hervorgeht. Die Gleichung (14) ergibt auch#IIIj# O, # IVi < 0, # IIIj < 0 und AIVj < O. Dies führt zur Aufstellung der folgenden Gleichungen (15): Allil + AIIIj = 0 hIVi + AIVj = 0 #Vi + #V <0 .....(15) Die Bedingung (4) betrifft die Summe der Snderungsausmaße der Verzeichnungsaberrationskoeffizienten dritter Ordnung aufgrund des Einführens der Ausdrücke allein für die i-te und die j-te nichtsphärische Fläche und bewirkt im Rahmen der Bedingung (3) die Begrenzung des annehmbaren Bereichs asphärischer Koeffizienten dritter Ordnung i undj j oder Formgebungskonstanten Bi und Bj. Wenn diese Begrenzung überschritten wird, wird die verbleibende Verzeichnung so groß, daß ein bemerkenswert kompakter Aufbau und eine Verbesserung der Bildqualität schwierig zu erzielen sind.
Die Bedingung (5) betrifft die Summe der Anderungsausmaße der Aberrationskoeffizienten dritter Ordnung für den Astigmatismus und die Bildfeldkrümmung III bzw. IV aufgrund des Einführens der Ausdrücke allein für die i-te und die j-te asphärische Fläche und bewirkt im Rahmen der Bedingung (3) und in Verbindung mit der Bedingung (4) die Begrenzung des annehmbaren Bereichs der zusammengesetzten KoeffizientenV;ri undj oder der zusammengesetzten Formgebungskonstanten Bi und Bj. Wenn diese Begrenzung verletzt wird, wird eine zufriedenstellende Korrektur des Astigmatismus und der Bildfeldkrümmung schwierig.
Die Erfindung wird weiterhin in Verbindung mit den 6 Beispielen eines bestimmten Zoom-Objektivs der vorzugsweise gewählten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung und in der Zeichnung sind die Brennweite des gesamten Linsensystems mit f, die Brennweite der vorderen Linsengruppe mit fl, die Brennweite der hinteren Linsengruppe mit f2 und die F-Zahl oder Blendenzahl mit F bezeichnet. Die Krümmungsradien R und die axialen Abstände sind mit tiefgestellten Indizes zur Identifizierung der besonderen Fläche und des axialen Abstands unter Numerierung von vorne nach hinten ausgedrückt. Die Plus-und Minuswerte der Radien R zeigen Flächen an, die zu der Vorderseite hin konvex bzw. konkav sind. Die Brechungsindices der Materialien, aus denen die unterschiedlichen Linsenelemente hergestellt sind, sind mit N bezeichnet, während die Abbeschen Zahlen der Materialien mit Vd bezeichnet sind.
Die Fig. 4A, 42 und 4C zeigen ein erstes Beispiel des Zoom-Objektivs bei der Weitwinkelstellung, bei einer mittleren Stellung, bzw. bei der Telestellung. Bei diesem Beispiel bildet eine Anzahl von Linsenelementen mit ihren Flächen R1 bis Rg eine erste Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft und eine Anzahl von Linsenelementen mit ihren Flächen R10 bis R19 bildet eine zweite Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft. Die Flächen R1 und R19 sind asphärisch. Die Blendenöffnung ist zwischen den Flächen R13 und R14 angeordnet. Bei diesem Zoom-Objektiv ist es möglich, die Brennweite des ganzen Linsensystems durch Veränderung des axialen Abstands Dg zwischen den Flächen Rg und R10 zu verändern.
Die Zustände der Korrekturen der sphärischen Aberrationen, des Astigmatismus und der Verzeichnung des Zoom-Objektivs nach Fig. 4 bei Einstellen in die Weitwinkelstellung, die Mittelstellung und die Telestellung sind in den Fig. 5A, 5B bzw. 5C gezeigt.
Beispiel 1 Das erste Beispiel des Zoom-Objektivs kann in Übereinstimmung mit den nachstehend gegebenen numerischen Daten aufgebaut werden.

f = 1.0 - 1.5 F/3.5 Bildwinkel: 840 - 62

No. R D N Vd
1 4.0814 0.0958 1.72342 38.0
2 1.1436 0.4972
3 6.0310 0.2488 1.61293 37.0
4 -3.5394 0.0667
5 -3.7009 0.0833 1.77250 49.6
f1 - 6 1.0459 0.2012 1.71736 29.5
-1.6667 7 1.2405 0.2432
8 1.5182 0.1936 1.64769 33.8
13.2818 0.8346
0 0096

Nr. R D N Vd
10 5.0197 0.1027 1.60729 59.4
11 -4.4345 0.0042
12 1.1150 0.1763 1.60311 60.7
13 2.9677 0.2698
f2 = 14 1.4990 0.2062 1.60311 60.7
1.4844 15 -6.7547 0.1079
16 -1.1877 0.0625 1.80518 25.4
17 1.1883 0.1025
18 8.9553 0.1257 1.70154 41.1
19 -0.8623

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung f D9 1.0 0.8346 1.2 0.4221 1.5 0.009G Formgebungskonstanten für die asphärischen Flächen bei R1 und R19 B1 = 0.02181 #1 = 0.1262 { oder { C1 = 0.001423 Q1 = 0.0494 B19= 0.07964 oder #19=-0.4470 f C19= 0.00004667 #19=-0.001538 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,2073 hinter der Fläche R13 angeordnet α h α h 1 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.175291 2 0.177250 0.990144 -1.208320 -1.108100 3 -0.449092 1.213420 -0.507362' -0.855854 4 -0.325772 1.263665 -0.594342 -0.764187 5 -0.106940 1.270802 -0.726678 -0.715687 6 -0.372195 1.288301 -0.577293 -0.688546 7 -0.440112 1.339872 -0.540994 -0.625154 8 -1.214912 1.635324 -0.179490 -0.581504 9 -0.517247 1.696958 -0.427572 -0.530555 10 -0.600000 2.197729 -0.401699 -0.195290 11 -0.334114 2.219084 -0.425326 -0.168105 12 -0.030217 2.219210 -0.448347 -0.166237 13 1.170211 2.090534 -0.538269 -0.107050 Ap* 0.745367 1.936054 -0.516514 0.000000 14 0.745367 1.889469 -0.516514 0.032282 15 1.505554 1.695841 -0.503526 0.097040 16 1.656971 1.5l70r)7 -0.494862 0.150450 17 0.628501 1.495247 -0.596861 0.171114 18 -0.384705 1.534695 -0.712811 0.244207 19 -0.264480 1.554234 -0.693680 0.295453 1.000000 -0.453308 Blendenebene wobei die Anfangswerte für α, h und og bei f = 1,0 mit einem Gegenstand in uendlicher Entfernung zu α=0, h=1 und = = -1 gewählt sind. d und α sind die Tangenswerte von Winkeln, mit denen jeweilige paraxiale Strahlen die optische Achse schneiden. Der Winkel hat das positive Vorzeichen, wenn eine Drehung im Uhrzeigersinn ein Lineal aus der Richtung der optischen Achse in diejenige des Strahls bringt, und das negative Vorzeichen, wenn die Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft. Der Wert h, h' hat das positive Vorzeichen, wenn von der optischen Achse nach oben zu gemessen wird, und das negative Vorzeichen, wenn von der optischen Achse nach unten zu gemessen wird.

Die Aberrationskoeffizienten des Zoom-Objektivs nach Beispiel 1 sind folgende: Weitwinkel- Mittel- Telestellung stellung stellung L 0.002202 0.000167 -0.003443 T -0.000004 0.000091 0.000210 LS -0.Ol7420 -0.011356 -0.006668 I 1.57312 1.91693 2.28809 II -0.00553 0.04974 0.12004 III - -0.03306 -0.02839 -0.02100 P 0.11474 0.11474 0.11474 V 0.22816 0.11046 0.03829 Is -0.09097 -0.07174 -0.04226 I* -134.26523 -190.19276 -217.32985 II* -18.41178 -19.58180 -7.22936 IF -2.53966 -2.03001 0.51001 IIp 0.67436 0.62257 0.74373 1 -7.81431 -8.73541 -8.83642 0.01116 -0.27105 -0.37760 III 0.31518 0.20588 0.10551 IV -0.32360 -0.31193 -0.31474 V -0.11302 -0.47120 -0.17670 IIz 0.28456 0.33372 0.38746 Iz 3.28758 3.68991 4.33780 IIz -0.00456 0.06309 0.10428 dabei ist I = sphärische Aberration 3. Ordnung II = Koma 3. Ordnung III = Astigmatismus 3. Ordnung P = Petzval-Summe 3. Ordnung V = Verzeichnung 3. Ordnung = = sphärische Pupillenaberration = = sphärische Zonenabberation 5. Ordnung IIX Zonenkoma 5. Ordnung IF = meridionale sphärische Schrägaberration 5. Ordnung IIp = pfeilförmige Schrägkoma 5. Ordnung n I = sphärische Schrägaberration 5. Ordnung II = Schrägkoma 5. Ordnung III = Schrägastigmatismus 5. Ordnung IV = Schrägfeldkrümmung 5. Ordnung V = Schrägverzeichnung 5. Ordnung IIz = zusätzliche Zonenkoma 5. Ordnung Iz = zusätzliche sphärische Aberration 5. Ordnung IIz = zusätzliche Koma 5. Ordnung Beispiel 2 Obgleich das zweite Beispiel des Zoom-Objektivs in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann es in Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen numerischen Daten aufgebaut werden. Bei diesem Beispiel ist die zweite und die neunzehnte Fläche asphärisch. Die Zustände der bei diesem Beispiel erreichten Korrektur von Aberrationen bei der Weitwinkelstellung, einer Mittelstellung und der Telestellung sind in den Fig. 6A, 6B bzw. 6C gezeigt.

f = 1,0 - 1,5 F/3,5 Bildwinkel: 840 - 620

No. R D N Vd
1 2.6666 0.0958 1.72342 38.0
2 2 1.1655 0.519
3 -14.0131 0.2392 1.61293 37.0
fl = 4 -2.7236 0.026
-1.6667 5 -7.8433 0.8333 1.77250 49.6
6 0.9109 0.1842 1.71736 29.5
7 1 1010 0.276
8 1.3436 0.1776 1.64769 33.8
9 4.6958 0.9471-
0:1221
10 3.3854 0.1266 1.60729 59.4
11 -2.6890 0.0417
12 0.9884 0.1731 1.60311 60.7
13 13 1.4550 0.2558
f2 =
1.4844 1.4432 0.1800 1.60311 60.7
15 -6.6610 0.0753
16 -1.l51n 0.0625 1.80518 25.4
17 2869 0.1295
18 6055 0.1308 1.70154 41.1

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung f Dg 1,0 0,9471 1,2 0,5346 1,5 0,1221 Formgebungskonstanten für die asphärischen Flächen bei R2 und R19 B2 = -0.006216 02 = 0.03597 oder { C2 = -0.002201 #2 = 0.07642 B19 = 0.1118 oder #19 = -0.6470 C19 = 0.00008784 R19 = -0.002958 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,1932 hinter der Fläche R13 angeordnet.

No. a h a F T 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.272124 2 0.271904 0.984880 -1.345895 -1.197283 3 -0.339407 1.161021 -0.602747 -0.884477 4 -0.390190 1.218877 -0.564060 -0.800840 5 -0.115886 1.221886 -0.744286 -0.781515 6 -0.236233 1.232993 -0.667313 -0.750141 7 -0.310867 1.266329 -0.621906 -0.683451 8 -0.135959 1.573700 -0.176595 -0.635667 9 -0.377330 1.614374 -0.483030 0.58359@ 10 -0.600000 2.182661 -0.402534 -0.202342 11 -0.208465 2.199075 -0.438831 -0.167788 12 0.288175 2.197875 -0.476724 -0.165801 13 1.629246 2.021940 -0.577891 -0.103398 14 0.791107 1.819610 -0.535030 0.033439 15 1.551492 1.636677 -0.521056 0.094876 16 1.699683 1.508719 -0.512466 0.133456 17 0.645121 1.486383 -0.605749 0.154429 18 -0.284842 1.523271 -0.702368 0.245388 19 -0.334303 1.548970 -0:710336 0.299994 1.000000 -0.451917 Aberrationskoeffizient in Beispiel 2 Weitwinkel- Mittel- Telestellung stellung stellung ~ L 0.002021 -0.000101 -0.003909 T 0.000926 0.000949 0.000977 LS -0.016530 -0.010700 -0.006223 I 1.44684 1.66650 1.75991 II -0.16516 -0.15192 -0.16364 III -0.01736 -0.03049 -0.04492 P 0.10872 0.10872 0.10872 V 0.20219 0.08917 0.02057 Is -0.06088 -0.05659 -0.03560 I* -130.38641 -167.71822 -118.14091 II* -14.80253 -13.53817 5.25466 IF - 1.04452 -0.46237 2.17340 IIp 1.57484 1.49856 1.53195 1 -6.69176 -7.56540 -7.63811 1t 1.12728 0.79455 0.57939 III 0.19348 0.25959 0.22388 Iv -0.44489 -0.25315 -0.19174 V -0.6688 -0.30425 -0.12162 IIz* 0.26209 0.32896 0.40301 Iz 4.06200 4.62270 5.55208 IIz -0.25678 -0.18014 -0.13746 Beispiel 3 Obgleich das dritte Beispiel des Zoom-Objektivs in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann es in Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen numerischen Daten aufgebaut werden.
Bei diesem Beispiel ist die erste und die achtzehnte Fläche asphärisch. Die Zustände der bei diesem Beispiel erreichten Korrektur von Aberrationen bei der Weitwinkelstellung, einer Mittelstellung und der Telestellung ist in den Fig. 7A, 7B bzw.
7C gezeigt.

f = 1,0 - 1,5 f/3,5 Bildwinkel: 840 - 620

No. R D N Vd
-1 4.3842 0.0958 1.72342 38.0
2 1.2118 0.5087
3 10.0526 0.2553 1.61293 37.0
ß 4 -4.0175 0.0772
fl =
-1.6667# 5 -4.4554 0.@@@
6 1.0323 0.2002 1.71736 29.5
7 1.2096 0.2483
8 1.5448 0.1931 1.64769 33.8
9 25.0021 0.8279#
0.0042

10 3.8104 0.1032 1.60729 59.4
11 -4.5371 0.0042
12 1.0844 0.1760 1.60311 60.7
13 2.3253 0.2681
f2 = 14 1.4084 0.2059 1.60311 60.7
1.4844 15 -5.2219 0.0976
16 -1.2283 0.0625 1.80518 25.4
17 1.1653 0.1039
18 93.5756 0.1327 1.70154 41.1
19 -0.8593

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung f D9 1.0 0.8279 1.2 0.4154 1.5 0.0042 Formgebungskonstanten für die asphärischen Flächen bei R1 und R18 B1 = 0.01987 oder {l = 0.1150 oder C1 = 0.001091 #1 = 0.03788 B18 = -0.00839 oder #18 = -0.5522 C18= -0.00004092 #18 =-0.001378 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,2056 hinter der Fläche R13 angeordnet.

No. d h 1 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.185217 2 0.165005 0.990825 -1.195567 -1.11736 3 -0.426483 1.207762 -0.527720 -0.850303 4 -0.352843 1.263618 -0.579565 -0.758556 5 -0.160061 1.275977 -0.695293 -0.704868 6 -0.382396 1.293955 -0.572472 -0.677954 7 -0.451509 1.346599 -0.536261 -0.615428 8 -1.250101 1.656994 -0.171285 -0.572899 9 -0.555389 1.722085 -0.411479 -0.524674 10 -0.600000 2.218835 -0.397887 -0.195257 11 -0.246366 2.234648 -0.429007 -0.167720 12 0.052738 2.234429 -0.451456 -0.165839 13 1.295504 2.092178 -0.543694 -0.106140 14 0.752864 1.890312 -0.516165 0.032260 15 1.562341 1.689696 -0.502350 0.096766 16 1.757495 1.518240 -0.491174 0.144683 17 0.762249 1.491849 -0.586018 0.164972 18 -0.268576 1.519767 -0.700009 0.237735 19 -0.257183 1.599828 -0.698226 0.292200 1.000000 -0.459662 Aberrationskoeffizient in Beispiel 3 Weitwinkel- Mittel- Telestellung stellung stellung L 0.001922 -0.000174 -0.003887 T 0.000219 0.000328 0.000465 LS -0.017853 -0.011629 -0.006820 I 1.67604 2.08229 2.54863 II 0.11397 0.19546 0.30451 III -0.00703 0.00066 0.01044 P 0.10439 0.10439 0.10439 v 0.22930 0.11307 0.04138 IS -0.14296 -0.09539 -0.05104 I* -125.41069 -183.72966 -229.24836 II* II -21.85615 -25.97799 -21.00143 IF -4.41582 -4.57400 -3.20459 IIp -0.05957 -0.15126 -0.07310 A I -9.71252 -11.37773 -12.79016 II -0.94936 -1.23477 -1.35560 III 0.07081 -0.00426 -0.06138 IV -0.57903 -0.54439 -0.50422 V -1.12452 -0.49746 -0.20039 II*Z 0.22451 0.29104 0.39829 Iz 2.11750 2.22490 2.35043 IIZ 0.18435 0.23832 0.25974 Beispiel 4 Obgleich das vierte Beispiel des Zoom-Objektivs in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann es in Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen numerischen Daten aufgebaut werden. Bei diesem Beispiel ist die dritte und die neunzehnte Fläche asphärisch. Die Zustände der bei diesem Beispiel erreichten Korrektur von Aberrationen bei der Weitwinkelstellung, einer Mittelstellung und der Telestellung sind in den Fig. 8A, 8B bzw. 8C gezeigt.

f = 1,0 - 1,5 F/3,5 Bildwinkel: 840 - 620

No. R D N Vd
1 2.6858 0.0958 1.72342 38.0
2 1.1649 0.5093
3 -3718.6930 0.2570 1.61293 37.0
@4 -3.4243 0.0804
5 -4.6422 0.0833 1.77250 49.6
-1.6667
6 0.9940 0.2019 1.71736 29.5
7 1.1146 0.2637
8 1.4576 0.1927 1.64769 33.8
0.8728
9 12.0696
0.0478
10 3.6804 0.1053 1.60729 59.4
11 -3.4655 0.0042
12 1.1405 0.1761 1.60311 60.7
f2 = 13 2.0668 0.2688
1.4844 14 1.4127 0.2058 1.60311 60.7
15 -5.6582 0.0994
16 1.1910 0.0625 1.80518 25.4
17 1.2267 0.1072
18 8595100 0:1367 1.70154
19 -0.8310 609851/0831

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung f Dg 1,O 0, 8728 1,2 0,4603 1,5 0,0478 Formgebungskonstante für die asphärischen Flächen bei R3 und R19 B3 = 0.02809 #3 = 0.1621 oder # C3 = 0.00253 #3 = 0.08785 fB19 = 0.09386 oder # #19 = -0.5268 C19 = 0.00004336 R19 = -0.001460 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,2063 hinter der Fläche R13 angeordnet.

No. a h a 1 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.274484 2 0.269350 0.985022 -1.343282 -1.199789 3 -0.342378 1.159379 -0.598178 0.895166 4 -0.342569 1.213963 -0.598030 -0.799887 5 -0.125276 1.224037 -0.741204 -0.740275 6 -0.328968 1.239503 -0.618015 -0.711219 7 -0.397725 1.286271 -0.578563 -0.643186 8 -1.225590 1.609446 -0.164597 @0.599784 9 -0.510430 1.669129 -0.431113 -0.549376 10 -0.600000 2.192809 -0.401631 -0.198832 11 -0.238175 2.208418 -0.434440 -0.170360 12 0.148829 2.207798 -0.464294 -0.168426 13 1.316306 2.063228 -0.553357 -0.107651 14 0.714236 1.871277 -0.521943 0.032621 15 1.513127 1.676991 -0.508016 0.097851 16 1.691877 1.508769 -0.497587 0.147326 17 0.671863 -0.517187 0.168002 18 -0.303223 1.518019 -0.707463 0.243854 19 -0.301984 1.542288 -0.707264 0.300694 1.000000 -0.453421 Aberrationskoeffizient in Beispiel 4 Weit- Mittel- Telewinkelstellung stellung stellung L 0.001936 -0.000395 -0.004580 T 0.000587 0.000599 0.000614 LS -0.017518 -0.011383 -0.006659 I 1.51579 1.81878 2.16232 II -0.14942 -0.11142 -0.06800 III -0.02710 -0.03299 -0.03721 P 0.10785 0.10785 0.10785 V 0.22994 0.10708 -0.03159 Is -0.11241 -0.07953 -0.04441 I* -120.96575 -167.28250 -161.40807 II* -19.21069 -19.54617 -3.58358 IF -2.63640 -2.07626 0.77706 IIp 1.36098 1.20133 1.23430 I -8.04652 -8.94594 -8.80755 II 0.71884 0.31777 0.09582 III 0.29632 0.26716 0.18138 IV -0.29792 -0.22409 -0.22902 V -0.94590 -0.40465 -0.15325 * IIz 0.29027 0.34099 0.40337 Iz 3.50262 3.96119 4.72284 IIz -0.22580 -0.12772 -0.05376 Beisl?iel 5 Das 5. Beispiel des Zoom-Objektivs ist in Fig. 9A, 9B und 9C für die Weitwinkelstellung, eine Mittelstellung bzw. die Telestellung gezeigt und kann in Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen numerischen Daten aufgebaut werden. Bei diesem Beispiel ist die vierte und die neunzehnte Fläche asphärisch. Die Zustände der bei diesem Beispiel erreichten Korrektur von Aberrationen bei der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung und der Telestellung sind in den Fig. 10A, 10B bzw. 1OC gezeigt.

f = 1,O - 1,5 F/3,5 Bildwinkel: 840 - 620

No. R D N Vd
1 2.7390 0.0958 1.72342 38.0
2 1.1330 0.5131
3 # -60.3069 0.2554 1.61293 37.0
4 -3.6505 0.0758
f1 = #
-1.6667 5 - 9.5261 0.0833 1.77250 49.6
6 0.9232 0.2016 1.71736 29.5
7 1.1096 0.2632
8 1.3978 0.1924 1.64769 33.8
9 6.6991 0.8818
0.0568

10 3.8212 0.1054 1.60729 59.4
11 -3.0792 0.0042
f2 = 12 1.1753 0.1753 1.60311 60.7
1.4844 13 2.0520 0.2687
14 1.3874 0.2052 1.60311 60.7
15 -5.2075 0.1019
16 -1.1647 0.0625 1.80518 25.4
17 1.2412 0.1104
18 -21.5094 0.1369 1.70514 41.1
19 0.8107

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung F D9 1.0 0.8818 1.2 0.4693 1.5 0.0568 Formgebungskonstanten für die asphräsichen Flächen bei R4 und R19 B4 = -0.02020 # 4 = 0.1169 # oder # C4 = -0.006759 # 4 = 0.02276 B19 = 0.08513 oder # #19 = -0.4927 # C19 = 0.00004255 R19 = -0.001433 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,2062 hinter der Fläche R13 angeordnet.

No. h h lt 1 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.263681 2 0.264119 0.985313 -1.333762 -1.189515 3 -0.364988 1.172579 -0.574276 -0.894870 4 -0.376905 1.232257 -0.565181 -0.805380 5 -0.170007 1.245142 -1.700405 -0.752299 6 -3.270979 1.257882 -0.639399 -0.722238 7 -0.346109 1.298518 -0.596262 -0.652231 8 -1.185583 " 1.610558 -0.174604 -0.606276 9 -0.439325 1.661869 -0.455524 -0.553073 10 -0.600000 2.190924 -0.402051 -0.198561 11 -0.251801 2.207442 -0,433608 -0.170117 12 0.183557 2.206677 -0.467159 -0.168171 13 1.315921 2.062661 -0.553456 -0.107600 14 0.709692 1.871970 -0.521832 0.032615 15 1.523472 1.676981 -0.507654 0.097589 16 1.717694 1.501969 -0.496352 0.148161 17 0.679379 1.478447 -0.598776 0.168892 18 -0.279731 1.509320 -0.708341 0.247068 19 -0.328958 1.535790 -0.716399 0.304714 1.000000 -0.452722 Aberrationskoeffizient in Beispiel 5 Weitwinkel- Mittel- Telestellung stellung stellung L 0.002116 -0.000153 -0.004222 T 0.000281 0.000307 0.000340 LS -0.017483 -0.011373 -0.006677 I 1.60791 1.86955 2.07581 II -0.12658 -0.06544 0.01007 III -0.03435 -0.03794 -0.04084 P 0.11012 0.11012 0.11012 V 0.24614 @ 0.11086 0.02848 Is -0.12370 -0.08247 -0.04504 I* -106.37290 -145:00256 -120.53203 II* -21.69655 -23.63549 -11.29596 IF -3.25061 -3.00289 -0.65495 IIp 1.17628 1.03580 1.07509 1 -8.50560 -9.67127 -9.98235 II 0.57483 0.19246 0.02389 III 0.31269 0.27550 0.18842 IV -0.27989 -0.21640 -0.22544 V -0.95939 -0.40540 -0.15349 IIz 0.31958 0.35631 0.39836 Iz 3.14172 3.45302 3.93935 IIz -0.18771 -0.07389 0.01034 Beispiel 6 Das sechste Beispiel des Zoom-Objektivs ist in den Fig.
11A, 11B und 11C für die Weitwinkelstellung, eine Mittelstellung bzw. die Telestellung gezeigt und kann in Übereinstimmung mit den nachstehend angegebenen numerischen Daten aufgebaut werden.
Bei diesem Beispiel ist die erste und die neunzehnte Fläche asphärisch. Die Zustände der bei diesem Beispiel erreichten Korrektur von Aberrationen bei der Weitwinkelstellung, der Mittelstellung und der Telestellung sind in den Fig. 12A, 12B bzw. 12C gezeigt.

f = 1,0 - 1,5 F/3,5 Bildwinkel: 840 - 620

No. R D N V
1 3.1283 0.0958 1.72342 38.0
2 1.0992 0.4335
3 8.8270 0.2063 1.61293 37.0
4 -3.2427 0.0143
f1 = # 5 -4.4405 0.0833 1.77250 49.6
-1.6667
6 0.9477 0.1804 1.71736 29.5
7 1.2002 0.2500
8 1.46)72 0.1921 1.64769 33.8
9 7.5714 0.8851
0.0601

10 -10.5053 0.0995 1.60311 60.7
11 -2.5645 0.0042
12 1.0342 0.1920 1.60311 60.7
13 3.9906 0.3065
f2 = # 14 1.2515 0.1716 1.60311 60.7
1.4844
15 20.2809 0.0804
16 -1.7496 0.0625 1.80518 25.4
17 1.1255 0.1022
18 6.5772 0.2752 1.80610 40.9
19 - 1.2218

Linsenabstand bei der Brennweitenverstellung f Dg 1.0 0.8851 1.2 0.4726 1.5 0.0601 Formgebungskonstanten für die asphärischen Flächen bei R1 und R19 B1 = 0.01885 #1 = 0.1091 # oder # C1 = 0.00172 #1 = 0.05973 B19 = 0.08853 #19 = -0.5709 # oder # Clg = 0.13162 #19 = -5.0929 Die Blendenöffnung ist in einem Abstand von 0,2440 hinter der Fläche R13 angeordnet.

No. a h a lt 1 0.000000 1.000000 -1.000000 -1.164659 2 0.231249 0.987141 -1.269327 -1.094076 3 -0.418416 1.168507 --0,.549284 -0.855984 4 -0.337277 1.211644 -0.608722 -0.778129 5 -0.100251 1.213191 -0.755805 -0.767328 6 -0.319308 1.228203 -0.622314 -0.738070 7 -0.390772 1.269237 -0.579369 -0.677233 8 -0.149363 1.556530 -0.174604 -0.633589 9 -0.462243 1.610417 -0.454298 -0.580628 10 -0.600000 2.141485 -0.404630 -0.222485 11 -0.722943 2.186374' -0.391857 -0.198153 12 -0.208760 2.187244 -0.438458 -0.196326 13 1.066807 2.059476 -0.552952 -0.130101 AP 0.755555 1.875152 -0.533290 0.000000 14 0.755555 1.827930 -0.533290 0.033331 15 1.636423 1.652738 -0.517228 0.088704 16 1.587274 1.525095 -0.519866 0.130510 17 0.885407 1.494440 -0.579928 0.150588 18 -0.183672 1.513220 -0.687655 0.220901 19 0.001787 1.512948 -0.660581 0.321559 1.000000 -0.448424 Aberrationskoeffizient in Beispiel 6 Weitwinkel- Mittel- Telestellung stellung stellung L 0,006295 0.005465 0.003888 T 0.001097 0.001153 0.001224 LS -0.015582 -0.010138 -0.005937 I 1.79689 2.05961 2.06139 II -0.00047 0.02017 0.01178 III -0.01397 -0.00907 -0.00492 p 0.10765 0.10765 0.10765 V 0.21985 0.11106 0.04355 Is -0.03328 -0.04583 -0.03194 I* -110.13489 -155.29774 -183:31447 II* -14.40455 -16.54563 -10.69619 IF -3.85138 -3.85619 *2.71460 TIP 0.41627 0.30896 0.28786 I -8.44452 -9.70400 -10.91943 II -0.15906 -0.50519 -0.7242 III 0.12861 0.08409 0.02002 ÎV -0.47587 -0.39867 -0.36368 V -1.03655 -0.45993 -0.18156 IIz* 0.24366 0.25989 0.24249 Iz 3.94177 4.36512 5.04278 IIz 0.00673 0.03236 0.01949 Mit der Erfindung sind bei einem Zoom-Objektiv, das aus einer ersten Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft und einer zweiten Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft besteht, zwischen denen der Luftabstand für die Brennweitenverstellung veränderbar ist, zwei jeweils in der ersten Linsengruppe und an der Bildseite einer Blende in der zweiten Linsengruppe angeordnete asphärische Flächen in beliebigen Lagen angeordnet, um eine Verschlechterung von Aberrationen zu verhindern, die auftritt, wenn der Bildwinkel des Zoom-Objektivs erweitert wird.

Claims

Patentansprüche

1. Zoom-Objektiv, das zur Bildung eines erweiterten Bildwinkelbereichs unter Beschränkung der Außenmaße auf ein Minimum geeignet ist, während nichtsdestoweniger eine Verschlechterung von Aberrationen verhindert ist, gekennzeichnet durch eine erste Linsengruppe (I), die eine negative Brechkraft besitzt und die mit einer asphärischen Fläche versehen ist, welche an einer beliebig gewählten Fläche in der Linsengruppe ausgebildet ist, und eine zweite Linsengruppe (II), die eine positive Brechkraft besitzt und in die eine Blende (3; A) eingegliedert ist, wobei die zweite Linsengruppe mit einer asphärischen Fläche versehen ist, die an einer beliebig gewählten Fläche an der Bildseite der Blende ausgebildet ist, und wobei die erste und die zweite Linsengruppe optisch ausgerichtet und in dieser Reihenfolge bezüglich des einfallenden Lichts so angeordnet sind, daß der axiale Luftabstand (Dg) zwischen den beiden Linsengruppen für die Brennweitenverstellung veränderbar ist.

2. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten Linsengruppe (I) vorgesehene asphärische Fläche positive Formgebungskonstanten 3. Ordnung (B) aufweist und die in der zweiten Linsengruppe (II) vorgesehene asphärische Fläche negative Formgebungskonstanten 3. Ordnung (B) aufweist.

3. Zoom-Objektiv nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Beziehungen in Verknüpfung, wenn die i-te Fläche in der ersten Linsengruppe asphärisch ist und die j-te Fläche in der zweiten Linsengruppe asphärisch ist: -3.0< 1 < -1.17 fw 0.54 < LW < 1.5 fw hihi3#i + hjhj3#j < -0.05 #hihi2#i + hjhj2#2 < 0.05 mit fl = Brennweite der ersten Linsengruppe, fw = Brennweite des gesamten Systems bei der Weitwinkelstellung, 1w = bei Einstellen des Zoom-Objektivs in die Weitwinkelstellung auftretender axialer Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe, = Formgebungskonstante 3. Ordnung für die i-te Fläche, # j = Formgebungskonstante 3. Ordnung für die j-te Fläche, hi = von der optischen Achse weg gemessene Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Strahls an der i-ten Fläche, hj = von der optischen Achse weg gemessene Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Strahls an der j-ten Fläche, hi = von der optischen Achse weg gemessene Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Pupillenstrahls an der i-ten Fläche, hj = von der optischen Achse weg gemessene Höhe des Einfallpunkts eines paraxialen Pupillenstrahls an der j-ten Fläche.