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Varioobjektiv
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Die Erfindurgbetrifft ein Varioobjektiv, und insbesondere ein Varioobjektiv,
das einen großen Bildwinkel überstreicht.
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Als Varioobjektiv, das einen großen Bildwinkel überstreicht, ist ein
Zoomlinsensystem vorgeschigen worden, das zwei vordere und hintere Linsengruppen,
nämlich eine divergierende Linsengruppe und eine konvergierende Linsengruppe, aufweist;
ein solches Varioobjektiv hat jedoch verschiedene Schwierigkeiten, die noch nicht
überwunden worden sind, wie beispielsweise die Zerstörung des Ausgleichs der sphärischen
Aberration und der Koma, die auf die Änderung der Brennweite zurückzuführen sind,
die merkliche negative bzw. tonnenförmige Verzeichnung im Bereich kurzer Brennweiten,
die Änderung der Vereichnung bei den Brennweiten an den gegenüberliegenden Enden
des Variobereichs, die Unsymmetrie
bzw. der fehlende Ausgleich
der chromatischen Aberration der Vergrößerung, die auf den Bildwinkel zurückzuführen
ist, die Fehlanpassung der Krümmung des Bildfeldes bzw. der Bildebene, die auf die
chromatische Differenz zurückzuführen ist, und die Schwierigkeiten, die sich aus
der Verringerung der Größe des vorderen Objektivdurchmssers ergeben; gerade diese
Eigenschaft ist jedoch sehr wesentlich, da dadurch das gesamte System kompakter
ausgelegt werden kann. Diese Schwierigkeiten rühren daher, daß die vordere Gruppe
ein divergierendes Linsensystem ist; es sind deshalb einige Versuche unternommen
worden, durch Vere ndung verschiedener divergierenden Linsensysteme diese Schwierigkeiten
zu überwinden. Um das Problem der Korrektur der Verzeichnung zu vermeiden, ist beispielsweise
ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem eine positive, zu der Objektseite konvexe
Meniskuslinse als erstes, die divergierende Linsengruppe biLdendes Glied verwendet
wird; bei einem anderen Verfahren wird eine negative, zu der Objektseite konvexe
Neniskuslinse als erstes Glied verwendet. In jedem Fall hat jedoch die divergierende
Linsengruppe, welche die vordere Gruppe ist, eine relativ große Dicke, so daß der
vordere hauptpunkt der divergierenden Gruppe weit zu der ßildseite hin verschoben
worden ist; dies führt jedoch immer zu einer Erhöhung des Durchmessers der vorderen
Linse bzw. des vorderen Objektivdurchmesser«.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten
Nachteile zu überwinden und ein Varioobjektiv zu schaffen, das zwei Linsengruppen,
nämlich eine divergierende Linsengruppe und eine konvergierende Linsengruppe, aufweist
und den einfachen, im folgenden beschriebenen Aufbau hat.
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Die divergierende Linsengruppe, welche die vordere Linsengruppe ist,
weist in der folgenden Reihenfolge von der Objektseite aus ein erstes Element, das
ein negatives,
zu der Objekt seite konvexes Meniskuslinsenglied
ist, ein zweites Element, das ein negatives, zu der Objektseite konvexes Meniskuslinsenglied
ist, und ein drittes Element auf, das ein positives, zu der Objektseite konvexes
Meniskuslinsenglied ist; diese drei Glieder sind voneinander getrennt; die konvergierende
Linsengruppe, welche die hintere Gruppe ist, weist eine Linsenanordnung auf, wie
sie im folgenden beschrieben werden soll; dadurch läßt sich ein Varioobjektiv realisieren,
das auf der Seite kurzer Brennweiten einen Bildwinkel in der Größenordnung von 620
überstreicht, wobei sich gleichzeitig der vordere.
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Objektivdurchmesser verringern läßt.
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Ein bevorzugter Cedanke liegt in einem Weitwinkelobjektiv mit veränderlicher
Vergrößerung, das eine divergierende Linsengruppe und eine konvergierende Linsengruppe
in dieser Reihenfolge von der Objekt seite aus gesehen, aufweist; dabei lassen sich
die beiden Gruppen auf der optischen Achse des Varioobjektivs bewegen, um den Luftraum
bzw. den Luftspalt zwischen den beiden Gruppen zu verändern, so daß die Vergrößerung
der Abbildung verändert werden kann, während die Bildebene in einer stationären
Lage gehalten wird;die divergierende Linsengruppe weist in der folgenden Reihenfolge
von der Objektseite aus ein negatives, zu der Objektseite konvexes Meniskuslinsenglied,
ein negatives, zu der Objektseite konvexes Meniskuslinsenglied und ein positives,.
zu der Objektseite konvexes Meniskuslinsenglied auf, während die konvergierende
Linsengruppe wenigstens vier positive Linsenglieder aufweist, die voneinander getrennt
sind; dabei ist ein positives Linsenglied am nächsten zu der Objektseite, während
ein positives Linsenglied am nächsten zu der Bildseite und ein negatives Linsenglied
unter bzw. zwischen den wenigstens vier positiven Linsengliedern angeordnet sind.
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Die Erfindung wird in folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter
Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Linsenanordnung gemäß Beispiel 1 der vorliegenden
Erfindung; Fig. 2 die Linsenanordnung gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 die Linsenanordnung gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 Aberrationen
der Linsenanordnung nach Beispiel 1; Fig. 5 Aberrationen der Linsenanordnung nach
Beispiel 2; und Fig. 6 Aberrationen der Linsenanordnung nach Beispiel 3.
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Zunächst soll der Aufbau der oben beschriebenen divergierenden Linsengruppe
im Detail betrachtet werden. Diese divergierende Linsengruppe muß die folgende Bedingung
erfüllen: 0.1 < D/ |1l< 0.25 (1) hierbei stellen f1 die Gesamtbrennweite der
divergierenden Linsengruppe und D den Luftraum bzw. den Luftspalt zwischen dem zweiten
Element oder dem negativen Linsenglied L2 und dem dritten Element oder dem positiven
Meniskuslinsenglied L3 dar. Diese Bedingung bildet das wesentlichste Merkmal des
Varioonbjektivs nach der vorliegenden Erfindung; durch diese Bedingung ist es möglich,
die sphärische Aberration an den gegenüberliegenden Enden der Brennweite sowie die
Anderung der Krümmung der Bildebene zu korrigieren. Wenn
die obere
Grenze dieser Bedingung überschritten wird, wird die divergierende Linsengruppe
zu dick, so dan sich die hintere bzw. bildseitige Hauptebene der divergierenden
Linsengruppe zu der Objektseite verschiebt, so daß kein Varioverhältnis sichergestellt
wird. Wenn die untere Grenze überschritten wird, treten Schwierigkeiten bei der
gleichzeitigen Korrektur der Änderung der shärischen Aberration und der Anderung
der Krümmung der Bildebene auf.
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Außerdem sollen die folgenden Bedingungen erfüllt werden: |f1|<|f11|<2|f1|
.....(2), |f1|<|f12|<2|f1| .....(3), 1.5|f1|<|f13|<3.0|f1| .... (4)
und
dabei bedeuten f11, f12 und f13 die Brennweiten der drei die divergierende Linsengruppe
bildenden Glieder in dieser Reihenfolge von der Objektseite und R1, R2, R3, R4,
R und H6 die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden 5 Brechungsoberflächen dieser
Glieder. Die Bedingungen (2), (3) und (4) betreffen die Brechkraftverteilungen,
die durch drei Glieder in der divergierenden Linsengruppe, also der vorderen Gruppe,
eingenommen werden müssen, während sich die Bedingung (5) auf die Biegung eines
jeden Gliedes bezieht; wenn diese Bedingungen erfüllt werden, so läßt sich eine
vordere Gruppe oder eine divergierende Linsengruppe für ein kompaktes optisches
System konstruieren, in dem die Verzeichnung verringert werden kann.
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Im folgenden soll die Bedeutung der einzelnen Bedingungen im einzelnen
beschrieben werden. Wenn die unteren Grenzen
der Bedingungen (2)
und (3) überschritten werden, konzentriert sich die negative Brechkraft in der vorderen
Gruppe oder der divergierenden isinsengruppe auf den vorderen Bereicht dieser Gruppe,
wodurch die an der letzten Stelle vorhandene positive Brechkraft übermäßig verstärkt
wird, so daß die negative Brechkraft aufgehoben wird.
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Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten bei der Korrektur der sphärischen
Aberration, insbesondere auf der Seite der längsten Brennweiten; außerdem verschiebt
sich die hintere bzw. bildseitige Hauptebene der gesamten divergierenden Gruppe
zu der Objektseite, wodurch sich eine entsprechende Begrenzung der Größe der Variobewegung
der vorderen Gruppe oder der divergierenden Linsengruppe und der hinteren Gruppe
oder der konvergierenden Linsengruppe ergibt, so daß das Varioverhältnis nur relativ
klein ist.
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Wenn andererseits die oberen Grenzen für die Bedingungen (2) und (3)
überschritten werden, so wird die negative Brechkraft in dem vorderen Bereich der
divergierenden Linsengruppe kleiner, so daß die Eintrittsstelle der schrägen Strahlen
einen größeren Abstand von der optischen Achse hat; dies führt zu einer scharfen
Vergrößerung des vorderen Objektivdurchmessers. Außerdem wird die positive Brechkraft
selbst des dritten Gliedes zwangsläufig schwächer; dies führt zu Schwierigkeiten
bei der Realisierung der Achromatisation der gesamten divergierenden Linsengruppe.
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Die Bedingung () steht in einer engen Korrelation mit der Bedingung
(1); wenn die untere Grenze der Bedingung (4) überschritten wird, wird die Brechkraft
des dritten Elementes in der divergierenden Linsengruppe, das eine positive, zu
der Objektseite konvexe Neniskuslinse ist, zu groß, so daß auf der Seite langer
Brennweiten starke sphärische Aberrationen auftreten; dadurch wird wiederum der
Ausgleich der Aberrationen schwierig. Auch wenn die obere Grenze der Bedingung (4)
überschritten wird, treten Schwierigkeiten bei der Achromatisation der gesamten
divergierenden Linsengruppe während der Korrektur der chromatischen Aberration bei
einem solchen Varioobjektiv auf; gleichzei
tiS wird die Wirkung
der Bedingung (1) verringert. Die Bedingung (5) sollte deshalb verwendet werden,
um das Auftreten von Verzeichnungen minimal zu machen, wenn eine Brechkraftanordnung
verwendet wird, wie sie durch die Bedingungen (2), (3) und (4) verwendet wird; sowohl
für das erste als auch für das zweite Glied gilt, daß ihre Formfaktoren (Ri + Ri+1)/
(Ri - Ri+1) größer als 1,0 sind, daß der Formfaktor des ersten Elementes größer
als der des zweiten Elementes ist, und daß der Absolutwert des Formfaktorsdes dritten
Elementes größer als die des ersten und zweiten Elementes sind.
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Da die divergierende Linsengruppe drei Elemente aufweist, sollten
die folgenden Bedingungen erfüllt werden, damit jedes Element so effektiv wie möglich
wirkt: #1 > #3 und #2 > #3, hier-bei stellen 21 die Abbe'sche Zahl des ersten
Elementes oder des negativen Meniskuslinsengliedes L1, #2 die Abbe' sche Zahl des
zweiten Elementes oder des negativen Linsengliedes L2 und #3 die Abbe'sche Zahl
des dritten Elementes oder des positiven Meniskuslinsengliedes L3 dar. Wenn diese
Bedingungen nicht erfüllt werden, reicht die Achromatisition der gesamten divergierenden
Linsengruppe nicht aus; dies bedingt wiederum, daß wenigstens ein gewünschtes Glied
als Duplet bzw. doppellinsiges Glied ausgebildet wird.
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Nun soll die divergierende Linsengruppe beschrieben werden, welche
die hintere Linsengruppe ist. Diese Gruppe muß eine große Öffnung haben, da sie
der divergierenden Gruppe folgt; wenn jedoch ein Varioobjektiv dieses Typs so kompakt
wie möglich ausgelegt werden soll, wird zweckmäßigereise eine Konstruktion verwendet,
die der eines Teleobjektivs ähnelt, d.h., die Hauptebene wird soweit wie möglich
nach vorne verlegt. Wenn das Objektiv noch kompakter gemacht werden
soll,
müssen die Brechkräfte sowohl der divergierenden Linsengruppe als auch der konvergierenden
Linsengruppe intensiviert bzw. verstärkt werden; dies bedingt jedoch wiederum, daß
die sich ergebende Erhöhung der Petzval Summe zur negativen Richtung hin ausreichend
korrigiert werden kann.
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Aus den oben angegebenen Gründen wird bei der vorliegenden Erfindung
zunächst eine aus fünf Gliedern bestehende konvergierende Linsengruppe verwendet,
deren Aufbau dem eines Sonnar-Objektivs ähnelt, um dadurch das Objektiv so kompakt
wie möglich zu machen. Zweitens wird die konvergierende Linsengruppe durch eine
Brechkraftanordnung von positiven, positiven, negativen, positiven und positiven
Gliedern in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus gebildet, um den vorderen
Objektivdurchmesser weiter zu verringern; dadurch kann die Blende mehr nach vorne
gebracht werden (siehe Beispiele 2 und 3). Da bei dieser Konstruktion die Petzval
Summe im wesentlichen dazu neigt, positiv zu werden, muß der Brechungsindex der
positiven Glieder nicht verringert werden; dadurch können wiederum für die Krümmungsradien
relativ große Werte ausgewählt werden, so dan sich eine relativ große Öffnung ergibt,
indem einfach die beiden positiven Linsenglieder vor dem negativen Linsenglied wie
bei einem Sonnar-Objektiv angeordnet werden.
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Ortet man weiterhin eine positive, zu der Bildseite konvexe Meniskuslinse
hinter dem negativen Linsenglied an, so ergibt sich ein großer Krümmungsradius für
die hintere Oberfläche des negativen Linsengliedes; im Vergleich mit einem Objektiv
vom Sonnar-Typ können dadurch die schrägen Lichtstrahlen durch Stellen verlaufen,
die einen Abstand von der optischen Achse haben. Dadurch wird es wiederum möglich,
die Blende mehr nach vorne zur Vorderseite hin zu bringen, wodurch sich der kompakte
Aufbau des gesamten optischen Systems ebenfalls verbessert.
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Verwendet man einen der beiden oben beschriebenen Typen von konvergierenden
Linsengruppen zusätzlich zu der aus
drei Gliedern bestehenden divergierenden
Linsengruppe, wie sie oben beschrieben wurde, so ergibt sich die Grundform des Weitwinkelobjektivs
mit variabler Vergrößerung nach der vorliegenden Erfindung, das zwei Gruppen aufweist.
Bei diesem Aufbau solltendie jeweiligen Linsenglieder in der divergierenden Linsengruppe
die Formen annehmen, wie sie durch die folgenden Formfaktoren dargestellt werden;
dann lassen sich die verschiedenen Aberrationen leicht korrigieren.
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R1 + R2 3.3 < < 4.2, R1 - R2 R3 + R4 1.5 < < 2.3 und R3
- R4 + 8.0 < ##### < -4.8, dabei bedeuten R1, R2 R6 jeweils die Krümmungsradien
der aufeinanderfolgenden Brechungsoberflächen der Linsenglieder in der divergierenden
Linsengruppe, von der Objektseite aus gesehen.
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Auf die oben beschriebene Weise ergibt sich ein Weitwinkelobjektiv
mit veränderlicher Vergrößerung, das einen einfachen Aufbau und eine kleine Gesamtform
hat; die verschiedenen Aberrationen sind den Aberrationen bei einem Objektiv mit
fester Brennweite vergleichbar, wobei insbesondere die Verzeichnung sehr gut korrigiert
ist.
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Dieses Objektiv hat folgende Leistungsdaten: Bei seiner kürzesten
Brennweite überstreicht es einen Bildwinkel von 61,80; das Varioverhältnis beträgt
ungefähr 2,0; und seine Lichtstärke ist 1 : 3,5.
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Im folgenden sollen bevorzugte Beispiele der vorliegenden
Erfindung
beschrieben werden.
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Bei dem Beispiel 1 handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der
für die konvergierende Linsengruppe eine Brechkraft anordnung vom Sonnar-Typ mit
einem positiven Glied L4, einem positiven Glied L5, einem positiven Glied L6, einem
negativen Glied L7 und einem positiven Glied L8 verwendet wird; es läßt sich erkennen,
daß bei diesem Beispiel über den gesamten Brennweitenbereich ein sehr guter Aberrationsausgleich
erhalten wird.
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Beim Beispiel 2 handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der für
die konvergierende Linsengruppe die folgende Brechkraftanordnung verwendet wird:
Positives Glied Li, positives Glied L56, negatives Glied L7, positives Glied L8a
und positives Glied L8b; auch hier läßt sich erkennen, dan mit dieser Ausführungsform
über den gesamten Brennweitenbereich ein sehr guter Aberrationsausgleich erhalten
wird.
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Bei dem Beispiel 3 handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der
die konvergierende Linsengruppe sechs Linsenglieder aufweist; dieser Aufbau ist
jedoch im wesentlichen äquivalent zu dem Aufbau nach Beispiel 2; auch hier läßt
sich erkennen, daß ein guter Aberrationsausgleich erhalten wird.
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Jede dieser Ausführungsformen zeichnet sich dadurch aus, daß insbesondere
die Verzeichnung sehr gut korrigiert ist; eine Korrektur der höheren Ordnungen der
chromatischen Aberration kann durchgeführt werden, indem jedes Linsenglied durch
ein doppellinsiges Glied bzw. Duplet gebildet wird.
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Die numerischen Daten für die verschiedenen Beispiele sind im folgenden
angegeben. In den folgenden Listen stellen R d, n und vd jeweils die Krümmungsradien
der Brechungsoberflächen, die Nittendicken der und die Luft spalte zwischen den
jeweiligen Linsengliedern, die Brechungsindizes
für die d-Linie
und die Abbe'schen Zahlen für die d-Linie dar.
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Beispiel 1 Gesamtbrennweite: 36.023 - 49.497 - 68.795 Lichtstärke:
1 : 3,5 Maximaler Bildwinkel: 61,80 Hintere Schnittweite: 43.286 - 52.587 - 65.909
Brennweite der divergierenden Gruppe: f1 = -59.942 Brennweite der konvergierenden
Gruppe: f2 = 41.379
| R1 = 46.411 d1 = 1.5 n1 = 1.71300 #1 = 53.9 |
| R2 = 25.766 d2 = 6.1 |
| R3 = 136.271 d3 = 2.3 n2 = 1.69680 #2 = 55.6 |
| f1 |
| # R4 = 37.166 d4 = 8.3 |
| R5 = 34.764 d5 = 3.8 n3 = 1.80518 #3 = 25.5 |
| R6 = 51.636 d6 = 33.561 - 14.818 - 0.761 |
| R7 = 86.016 d7 = 3.1 n4 = 1.46450 #4 = 65.8 |
| R8 =-426.543 d8 = 0.1 |
| R9 = 32.028 d9 = 5.3 n5 = 1.52000 #5 = 70.1 |
| R10=-365.381 d10= 0.1 |
| f2 |
| # R11 = 20.985 d11= 5.8 n6 = 1.52000 #6 = 70.1 |
| R12= 54.800 d12= 4.0 |
| R13=-229.491 d13= 1.5 n7 = 1.80518 #7 = 25.5 |
| R14= 18.432 d14= 4.5 |
| | R15= 103.230 d15= 3.6 ß = 1.67270 #8 = 32.2 |
| R16= -40.525 |
Beispiel 2 Gesamtbrennweite: 36.023 - 49.497 - 68.795 Lichtstärke:
1 : 3,5 Maximaler Bildwinkel: 61,80 Hintere Schnittweite: 42.763 - 52.064 - 65.385
Brennweite der divergierenden Gruppe: f1 = -59.942 Brennweite der konvergierenden
Gruppe: f2 = 41.379
| R1 = 43.640 d1 = 1.5 n1 = 1.71300 21 = 53.9 |
| R2 = 25.862 d2 = 4.9 |
| R3 = 97.646 d3 = 2.3 n2 = 1.69680 #2 = 55.6 |
| R4 = 34.089 d4 = 10.7 |
| R5 = 32.807 d5 = 3.8 n3 = 1.80518 #3 = 25.5 |
| R6 = 43.313 d6 = 32.854 - 14.110 - 0.054 |
| R7 = 38.800 d7 = 8.6 n4 = 1.62041 #4 = 60.3 |
| R8 =-118.771 d8 = 2.5 |
| R9 = 21.150 d9 = 4.9 n5 = 1.62041 #5 = 60.3 |
| R10= 67.565 d10= 2.7 |
| R11=-111.186 d11= 4.2 n6 = 1.80518 #6 = 25.5 |
| f2 # |
| R12= 20.265 d12= 3.0 |
| R13=-100.634 d13= 3.2 n7 = 1.62588 #7 = 35.6 |
| R14= -29.367 d14= 0.1 |
| R15= 50.024 d15= 2.5 n8 = 1.62588 #8 = 35.6 |
| R16= 110.281 |
Beispiel 3 Gesamtbrennweite: 36.023 - 49.497 - 68.795 Lichtstärke:1
: 3,5 Maximaler Bildwinkel: 61,80 Hintere Schnittweite: 42.981 - 52.283 - 65.604
Brennweite der divergierenden Gruppe: f1= -59.942 Brennweite der konvergierenden
Gruppe: f2 = 41.379
| R1 = 43.524 d1 = 1.5 n1 = 1.71300 #1 = 53.9 |
| R2 = 26.068 d2 = 4.9 |
| # R3 = 98.490 d3 = 2.3 n2 = 1.69680 #2 = 55.6 |
| f1 |
| R4 = 34.319 d4 = 11.4 |
| R5 = 33.114 d5 = 3.8 n3 = 1.80518 #3 = 25.5 |
| R6 = 43.047 d6 = 32.883 - 14.140 - 0.083 |
| R7 = 38.412 d7 = 5.0 n4 = 1.62041 #4 = 60.3 |
| R8 =-273.441 d8 = 0.1 |
| R9 = 301.136 d9 = 2.4 n5 = 1.62041 #5 = 60.3 |
| R10 =-777.160 d10= 2.5 |
| # R11 = 20.877 d11= 5.6 n6 = 1.62041 #6 = 60.3 |
| f2 R12 = 53.182 d12= 3.0 |
| R13=-125.912 d13= 2.5 n7 = 1.80518 #7 = 25.5 |
| R14= 20.055 d14= 2.9 |
| R15=-157.736 d15= 3.3 n8 = 1.62588 #8 = 35.6 |
| R16= -31.259 d16= 0.1 |
| R17= 58.587 d17= 2.5 n9 = 1.62588 #9 = 35.6 |
| R18= 168.201 |
L e e r s e i t e