DE2758688A1

DE2758688A1 - Linsensystem mit veraenderlicher brennweite

Info

Publication number: DE2758688A1
Application number: DE19772758688
Authority: DE
Inventors: Shuji Ogino
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1977-12-29
Publication date: 1978-07-27
Also published as: US4198128A; JPS6139646B2; JPS5391756A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linsensystem mit veränderlicher Brennweite, und betrifft insbesondere ein Linsensystem mit veränderlicher Brennweite mit zwei Linsengruppen, und zwar einer negativen Front- und einer positiven hinteren Gruppe, bei der die Veränderung der Brennweite durch die Veränderung eines zwischen der vorderen und hinteren Gruppe gebildeten Luftspalts erreicht wird.

Das Linsensystem mit veränderlicher Brennweite ist für ein Weitwinkellinsensystem mit veränderlicher Brennweite ausgelegt, da das aus zwei Gruppen bestehende Linsensystem mit veränderlicher Brennweite ein dem eines Retrofokus-Linsensystem entsprechendes Streuvermögen aufweist

Das aus zwei Gruppen bestehende Linsensystem mit veränderlicher Brennweite neigt jedoch dazu, daß wesentliche Veränderungen der Abbildungsfehler wie z.B. die sphärische Aberration, die Streuung und die Verzerrung, während der Veränderung der Brennweite oder bei der Veränderung der Brennweitenlängen auftreten. Weiter neigt die Gesamtlänge des Systems zur Vergrößerung, wenn das System von der Art des Retrofokus-Linsensystems ist.

Es sind verschiedene aus zwei Gruppen bestehende Linsensysteme bekannt, wie z.B. aus der DT-OS 2 557 547, der JA-PS 40-8985, der JA-OS 49-2548 und der

JA-OS 51-83543.

Die DT-OS ist insoweit interessant, als sie ein Linsensystem mit einem positiven vorderen Linsenbauteil in der vorderen Gruppe beschreibt. Jedoch sind in der vorderen Gruppe vier Linsenbauteile vorhanden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein aus zwei Gruppen bestehendes Linsensystem mit veränderlicher Brennweite mit einem sogenannten Standard-Veränderungsbereich mit einem Weitwinkelöffnungswinkel von 72° und bevorzugt 63° zu schaffen, wobei über den gesamten Veränderungsbereich eine ausgezeichnete Korrektur der Aberration erreicht wird. Dabei soll das System eine kompakte Bauweise und eine geringere Anzahl von Linsenelementen aufweisen und bei niedrigeren Kosten herstellbar sein, wobei die Schwierigkeiten der Verzerrungskorrekturen über den gesamten Veränderungsbereich vermieden werden, die bei dem Versuch auftreten, die oben genannten Ziele zu erreichen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die negative vordere Gruppe des aus zwei Gruppen bestehenden Linsensystems aus einem positiven ersten Linsenbauteil, einem negativen zweiten Linsenbauteil und einem positiven dritten Linsenbauteil hergestellt, wobei jedes Linsenbauteil aus einem einzigen Linsenelement besteht.

Die Fig. 1 bis 4 sind schematische Ansichten einer ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 5a bis 7c sind graphische Darstellungen der verschiedenen Aberrationen der ersten Ausführungsform, wobei die Fig. 5a bis 5c die Aberrationen des Linsensystems der ersten Ausführungsform zeigen, wenn es auf die längste Brennweite (f=68,2) des Veränderungsbereichs eingestellt wurde, die Fig. 6a bis 6c die Aberrationen darstellen, wenn das Linsensystem auf eine mittlere Brennweite (f=50,0) und die Fig. 7a bis 7c die Aberrationen bei der Einstellung auf die kürzeste Brennweite (f=36,0) zeigen. Die Fig. 8a bis 10c sind graphische Darstellungen der verschiedenen Aberrationen der zweiten Ausführungsform, die in der gleichen Weise wie die Fig. 5a bis 7c zu deuten sind; und die Fig. 11a bis 13c sind graphische Darstellungen der verschiedenen Aberrationen der dritten Ausführungsform, während die Fig. 14a bis 16c die Aberrationen der vierten Ausführungsform zeigen.

Wie in Fig. 1 beispielsweise gezeigt, schafft die vorliegende Erfindung ein aus zwei Gruppen bestehendes Linsensystem veränderlicher Brennweite, bei dem die Brennweite durch die Veränderung eines zwischen den zwei Linsengruppen befindlichen Luftspalts veränderbar ist.

Das Linsensystem umfaßt eine erste Gruppe I mit negativem Brechungsvermögen, die ein erstes Frontlinsenbauteil I-1 mit positivem Brechungsvermögen, ein zweites auf der Bildseite des ersten Linsenbauteils I-1 angeordnetes mittleres Linsenbauteil I-2 mit negativem Brechungsvermögen und ein drittes auf der Bildseite des zweiten Linsenbauteils I-2 angeordnetes hinteres Linsenbauteil I-3 mit positivem Brechungsvermögen aufweist, wobei das zweite mittlere Linsenbauteil eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist und wobei das dritte hintere Linsenbauteil I-3 eine konvex gekrümmte Vorderseite in Objektivrichtung und eine konkav gekrümmte Rückseite in Bildrichtung aufweist. Das System umfaßt weiter eine zweite auf der Bildseite der ersten

Gruppe I angeordnete Gruppe II alt positiven Brechungsvermögen, mit einem vierten Linsenbauteil II-1 mit positiven Brechungsvermögen, einem fünften auf der Bildseite des vierten Bauteils II-1 angeordneten mittleren Linsenbauteils II-2 mit negativen Brechungsvermögen und einem sechsten auf der Bildseite des fünften Linsenbauteils II-2 angeordneten hinteren Linsenbauteils II-3 mit positivem Brechungsvermögen, wobei das fünfte mittlere Linsenbauteil eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist.

Das erfindungsgemäße Linsensystem weist Auslegungsparameter innerhalb folgender Grenzen auf: wobei: f[tief]L die Brennweite des Linsensystems darstellt, wenn das System auf die längste Brennweite des veränderbaren Bereichs eingestellt wurde;

L die gesamte Länge des Linsensystems, gemessen von der Frontfläche r[tief]1 des ersten vorderen Linsenbauteils I-1 bis zur Bildebene, darstellt, wenn das System auf die längste Brennweite des veränderbaren Bereichs eingestellt wurde;

d den axialen Abstand d[tief]4 zwischen der hinteren Fläche r[tief]4 des zweiten Linsenbauteils I-2 und der Frontfläche r[tief]5 des dritten Linsenbauteils I-3 darstellt;

r den Krümmungsradius der hinteren Fläche r[tief]4 des zweiten Linsenbauteils I-2 darstellt;

f[tief]I die Brennweite der ersten Gruppe I darstellt;

f[tief]2 die Brennweite der zweiten Gruppe II darstellt; und

f[tief]II-1 die Brennweite des vierten vorderen Linsenbauteils II-1 darstellt.

Die oben beschriebene Formel (1) beschreibt die verfügbare Gesamtlänge des Linsensystem in Abhängigkeit von der optischen Leistung oder dem Wirkungsgrad. Wenn L kleiner als die untere Grenze der Formel (1) wird, wird die Kompaktheit der Bauweise auf Kosten einer entsprechenden Korrektur der Aberration, besonders der sphärischen Aberration betreffend Aberrations-Koeffizienten höherer Ordnung, die bei der Einstellung der längsten Brennweite auftritt, erreicht. Es kann möglich sein, das erwähnte Auftreten der sphärischen Aberration dadurch zu vermeiden, daß die erste negative Gruppe I mit geringerem Brechungsvermögen ausgelegt wird. In diesem Fall muß die Gruppe I jedoch über einen weiteren Bereich verschoben werden, um den gewünschten Veränderungsbereich der Brennweite zu erreichen. Das heißt, daß das Linsensystem praktisch unbrauchbar ist, da dadurch die gesamte Länge L über die obere Grenze der Formel (1) hinausgeht, obwohl die Korrektur der Aberration in diesem Fall möglich ist.

Formel (2) betrifft die Bedingung der Minimierung der Veränderung der verschiedenen Aberrationen z.B. der sphärischen Aberration, der Bildkrümmung (field curvature), der Streuung (coma) und der Verzerrung (distortion), die mit der Veränderung der Brennweite verbunden sind und auf eine Bedingung zur Begrenzung der gesamten Länge des Linsensystems für eine praktische Verwendung. Wenn d kleiner als die untere Grenze der Formel (2) wird, nimmt die Verzerrung bei der Einstellung der kleinsten Brennweite und die Krümmung der Bildebene (field curvature) bei Einstellung der mittleren Brennweite zu. Im Gegensatz dazu führt ein Vergrößern von d über die obere Grenze der Formel (2) hinaus zu einer vergrößerten Gesamtlänge des Linsensystems, wodurch jede praktische Verwendbarkeit hinfällig wird.

Um die verschiedenen optischen Probleme, wie z.B. das Auftreten der sphärischen Aberration, hinsichtlich der Aberrations-Koeffizieten höherer Ordnung bei Einstellung der längsten Brennweite, der negativen Abweichung der Bildebene beim Einstellen der mittleren

Brennweite und dem Auftreten der negativen Verzerrung beim Einstellen der kürzesten Brennweite zu lösen, verwendet man Formel (3). Wenn r kleiner als die unterste Grenze der Formel (3) wird, ist die sphärische Aberration ungenügend bei der Einstellung der längsten Brennweite oder übermäßig bei der Einstellung der kürzesten Brennweite berichtigt. Weiter nimmt das Auftreten der negativen Verzerrung beim Einstellen der kürzesten Brennweite in diesem Fall zu. Dagegen ist die sphärische Aberration übermäßig bei der längsten Brennweite und ungenügend bei der kürzesten Brennweite berichtigt, für den Fall, daß r über die obere Grenze der Formel (3) hinausgeht.

Die Formel (4) ist für die Vermeidung einer ungewünschten Veränderung in der sphärischen Aberration, die bei der Veränderung der Brennweite auftritt und zur Vermeidung des ungewünschten Auftretens der negativen Verzerrung bei der Einstellung der kürzesten Brennweite, wobei die kompakte Bauweise des Systems beibehalten wird. Wenn f[tief]II-1 kleiner als die untere Grenze der Formel (4) wird, ist bei der Einstellung der längsten Brennweite die Korrektur der sphärischen Aberration ungenügend und die Veränderung der mit der Veränderung der Brennweite auftretenden Verzerrung nimmt zu. Wenn dagegen f[tief]II-1 größer als die obere Grenze der Formel (4) wird, wird die sphärische Aberration übermäßig korrigiert und der Unschärfekreis hinsichtlich der achsentfernten Lichtstrahlen vergrößert.

In den folgenden Tabellen 1 bis 4 sind die entsprechenden Ausführungsformen 1 bis 4 der Erfindung dargestellt.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Claims

1. Linsensystem mit veränderlicher Brennweite mit zwei Linsengruppen, wobei die Brennweite durch die Veränderung eines zwischen den zwei Linsengruppen befindlichen Luftspalts veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe (I) mit negativen Brechungsvermögen, die ein erstes Linsenbauteil (I-1) mit positivem Brechungsvermögen, ein zweites auf der Bildseite des ersten Linsenbauteils angeordnetes mittleres Linsenbauteil (I-2) mit negativem Brechungsvermögen und ein drittes auf der Bildseite des zweiten Linsenbauteils (I-2) angeordnetes hinteres Linsenbauteil (I-3) mit positivem Brechungsvermögen aufweist, wobei das zweite mittlere Linsenbauteil (I-2) eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist, durch eine zweite auf der Bildseite der ersten Gruppe (I) angeordneten Gruppe (II) mit positivem Brechungsvermögen, mit einem vierten Linsenbauteil (II-2) mit positivem Brechungsvermögen, einem fünften auf der Bildseite des vierten Linsenbauteils (II-2) angeordnetes mittleres Linsenbauteil (II-2) mit negativem Brechungsvermögen und einem sechsten auf der Bildseite des fünften Linsenbauteils (II-2) angeordneten hinteren Linsenbauteil (II-3) mit positivem Brechungsvermögen, wobei das fünfte mittlere

Linsenbauteil (II-2) eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist,

und wobei das Linsensystemauslegungsparameter innerhalb folgender Grenzen aufweist: wobei f[tief]L die Brennweite des Linsensystems darstellt, wenn das System auf die längste Brennweite des veränderbaren Bereichs eingestellt wurde;

L die gesamte Länge des Linsensystems, gemessen von der Frontfläche des ersten vorderen Linsenbauteils bis zur Bildebene, darstellt, wenn das System auf die längste Brennweite des veränderbaren Bereichs eingestellt wurde;

d den axialen Abstand zwischen der hinteren Fläche des zweiten Linsenbauteils und des Frontteils des dritten Linsenbauteils darstellt;

r den Krümmungsradius der hinteren Fläche des zweiten Linsenbauteils darstellt;

f[tief]I die Brennweite der ersten Gruppe darstellt;

f[tief]II die Brennweite der zweiten Gruppe darstellt und

f[tief]II-1 die Brennweite des vierten vorderen Linsenbauteils darstellt

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten (I-1), zweiten (I-2) und dritten (I-3) Linsenbauteile aus einem einzigen Element besteht.

3. Linsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Linsenbauteil aus einer Mehrzahl von Linsenelementen, das fünfte Linsenbauteil aus einem einzigen Linsenelement besteht und das sechste Linsenbauteil zumindest ein Linsenelement aufweist.

4. Linsensystem mit veränderlicher Brennweite mit zwei Linsengruppen, wobei die Brennweite durch die Veränderung eines zwischen den zwei Linsengruppen befindlichen Luftspalts veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine erste Gruppe (I) mit negativem Brechungsvermögen, die ein erstes Frontlinsenbauteil (I-1) mit positivem Brechungsvermögen, ein zweites auf der Bildseite des ersten Linsenbauteils (I-1) angeordnetes mittleres Linsenbauteil (I-2) mit negativem Brechungsvermögen und ein drittes auf der Bildseite des zweiten Linsenbauteils (I-2) angeordnetes hinteres Linsenbauteil (I-3) mit positivem Brechungsvermögen aufweist, wobei das zweite mittlere Linsenbauteil eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist und das dritte hintere Linsenbauteil (I-3) eine konvex gekrümmte Vorderseite in Objektrichtung und eine konkav gekrümmte Rückseite in Bildrichtung aufweist,

durch eine zweite auf der Bildseite der ersten Gruppe (I) angeordneten Gruppe (II) mit positivem Brechungsvermögen, mit einem vierten Linsenbauteil (II-2) mit positivem Brechungsvermögen, einem fünften auf der Bildseite des vierten Linsenbauteils (II-1) angeordneten mittleren Linsenbauteil (II-2) mit negativem Brechungsvermögen und einem sechsten auf der Bildseite des fünften Linsenbauteils (II-2) angeordneten Linsenbauteil (II-3) mit positivem Brechungsvermögen, wobei das fünfte mittlere Linsenbauteil (II-2) eine Front- und eine Rückseite aufweist und der absolute Wert des Krümmungsradius der Frontseite größer als der der Rückseite ist und wobei jedes der ersten, (I-1), zweiten (I-2) und dritten (I-3) Linsenbauteile aus einem einzigen Linsenelement besteht.