DE2907396A1 - Kompakt-weitwinkel-zoom-objektiv - Google Patents

Description

HOFFMANN · ISITM &. PA RTNER 7007000

PATENTANWÄLTE 4 υ U / Q Ό Ό

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING. W.EITLE · DR. REPw NAT. K. HOFFMANN · Dl PL.-ING.W. LEHN

DIPL.-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) . D-8000 MO NCH EN 81 . TELEFO N (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

31 764 p/eh

Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha/ Tokyo / Japan

Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und insbesondere auf ein Objektiv für Kameras. Kurz zurückliegende Weiterentwicklungen in der Kameratechnologie hatten eine materiell reduzierte physikalische Größe und ein reduziertes Gewicht der Kameragehäuse zur Folge. Diese Größen- und Gewichtsreduzierung hat auf den Objektivkonstrukteur veranlaßt, ebenfalls die Größe der Objektive für derartige kompakten Kameragehäuse zu reduzieren. Viele Objektive mit einer festen resultierenden Gesamtbrennweite wurden mit einer erhöhten Anzahl von Linsen gestaltet, um die Gesamtgröße der Linse zu reduzieren. Bisher wurde jedoch diese Größenreduzierung nicht auf Zoom-Objektive angewandt. Ein unterschiedliches Problem bestand im sogenannten "soft-focus" bei Zoom-Objektiven, insbesondere hinsichtlich des Übergangsbereiches vom Standardobjektiv zu Telefoto-Größen (d.h. 50 mm bis 105 mm). Dieses Problem schloß die Verwendung von Zoom-Objektiven im Weitwinkelbereich, (d.h. 24 mm bis 38 mm) aus, wo die Randverzehrung und die Komaaberrätion das Brennpunktproblem vermischte,

909837/0604

Darüber hinaus ergab sich hinsichtlich der Vielseitigkeit der Kamera ein Erfordernis dahingehend, daß Zoom-Objektive mit einem weiten Bereich zur Verfügung stehen, so daß das Erfordernis für das Mitnehmen mehrerer Objektive, insbesondere beim Reisen, eliminiert werden kann. Ein solches Erfordernis existiert im Weitwinkelbereich von 24 bis 48 mm zur Verwendung bei Außenaufnahmen sowie häufig bei Innenaufnahmen. Solch ein Objektiv würde normalerweise zumindest Standardobjektive ersetzen und trotzdem vergleichbar Ergebnisse bringen.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen ein verbessertes Zoom-Objektiv mit einem großen Weitwinkelbereich zu schaffen, welches extrem kompakt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus den Patentansprüchen ergebenden Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Objektiv ist nicht nur kompakt, sondern hat auch ausgezeichnete optische Eigenschaften und ist in einem großen Weitwinkelbereich betreibbar. Mit den erfindungsgemäßen Objektiven werden die Nachteile des Standes der Technik eliminiert.

Insbesondere handelt es sich bei der Lösung um ein Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv, welches von der Objektseite her gesehen aus einer divergierenden vorderen Linsengruppe und einer konvergierenden hinteren Linsengruppe besteht, deren Gesamtbrennweite durch mechanische Verschiebung der vorderen und hinteren Linsengruppe veränderlich ist. Die divergierende vordere Linsengruppe setzt sich, von der Objektseite her gesehen, aus folgenden Linsen zusammen: eine erste Linse als negative Meniskuslinse, welche zur Objektseite hin konvex ist, eine zweite Linse als positive Bikonvexlinse oder eine positive verklebte Linse bestehend aus einer positiven und einer negativen Linse, eine dritte Linse als negative Meniskuslinse, welche zur Objektseite hin konvex ausgebildet ist, eine vierte Linse als negative Linse und eine fünfte als positive Linse.

S09837/06Q4 - 7 -

Die konvergierende hintere Linsengruppe setzt sich aus folgenden Linsen zusammen: eine sechste Linse als positive Linse, eine siebte Linse als positive Meniskuslinse, welche zur Objektseite hin konvex ausgebildet ist, eine achte Linse als positive Bikonvexlinse, eine neunte Linse als negative Bikonkavlinse, wobei die achte und neunte Linse miteinander verklebt sind, und eine zehnte Linse als positive Linse. Das gesamte Linsensystem besteht aus zehn oder elf Linsenelementen, die in neun Linsenkomponenten gruppiert sind.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine Linsenanordnung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2, 3 und 4 grafische Darstellungen der Aberrationen des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei der minimalen, der mittleren bzw. der maximalen Brennweite des Zoom-Objektivs,

Fig. 5 eine Linsenanordnung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 6, 7 und 8 grafische Darstellungen der Aberrationen beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei der minimalen, mittleren bzw. maximalen Brennweite des Zoom-Objektivs.

Bei dem erfindungsgemäßen Gegenstand handelt es sich um ein extrem kompaktes Zoom-Objektiv mit einem Bildfeldwinkel von 85 am Weitwinkelende, einem Vario-Verhältnis von nahezu 2 und einer Öffnung der vordersten Linsen von 0,88 Fs. Das Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv entsprechend der Erfindung umfaßt eine divergierende Linsengruppe, die von der Objektseite her folgende Linsen umfaßt: eine erste Linse als

909837/0604 -8-

— β —

negativer Meniskus, welcher zur Objektseite hin konvex ist, eine zweite Linse als Bikonvexlinse oder eine positive verklebte Linse, die aus einer positiven und einer negativen Linse besteht, eine dritte Linse als negativer Meniskus, welcher zur Objektseite hin konvex ist, eine vierte Linse als eine negative Linse und eine fünfte Linse als positive Linse. Eine konvergierende Linsengruppe besteht aus folgenden Linsen: eine sechste Linse als positive Linse, eine siebte Linse als positiver Meniskus, welcher zur Objektseite hin konvex ist, eine achte Linse als Bikonvexlinse, eine neunte Linse als Bikonkavlinse, wobei die achte und neunte Linse miteinander verklebt sind und eine zehnte Linse als positive Linse. Die beiden Linsengruppen sind zur Veränderung der Brennweite mechanisch zueinander bewegbar.

Das Zoom-Objektiv erfordert die folgenden Bedingungen (1) bis (4):

(D fs <jf_F|<; 1.5 fs, f_F<o

(2) 0.7 Fs <L -<Fs

(3) n₁ > 1.80

(4) 2.7 Fs <; f₂ <3.7 Fs

Diese Symbole haben folgende Bedeutung: Fs: die minimale Gesamtbrennweite, f_: die Brennweite der vorderen Linsengruppe,

L : der Luftraum zwischen der vorderen und der hinteren Linsengruppe bei der minimalen Gesamtbrennweite,

f^: die Brennweite der zweiten Linse, F ϊ die resultierende Gesamtbrennweite, r.: der Krümmungsradius der i-ten-Linse,

äjL: die Linsendicke oder der Linsenabstand von der j-ten-Linsenfläche,

909837/0604 _ 9 _

η.: der Brechungsindex an der d-Linie der i-ten-Linse, und

"Ό.: die Abbe-Zahl der i-ten-Linse.

Die Bedingung (1) bezieht sich auf die Miniaturisierung eines Linsensystems bzw. eines Objektivs gemäß der Erfindung. Wenn IfI1.5 Fs überschreitet, kann der Astigmatismus und die Komaaberration gut kompensiert werden. Jedoch wird die Gesamtgröße des Objektiv notwendigerweise groß, so daß sich hinsichtlich der Miniaturisierung Schwierigkeiten ergeben. Wenn dagegen JfJ kleiner wird als Fs, dann gestaltet sich das Objektiv kompakt. Es ist jedoch schwierig, unter Berücksichtigung der vorbestimmten Zahl von Linsen gemäß der Erfindung die zuvor beschriebenen Aberrationen gut zu kompensieren.

Die Bedingung (2) ist erforderlich, wenn die Bedingung (1) feststeht. Wenn L den Wert Fs überschreitet, ist es schwierig die verschiedenen Aberrationen, insbesondere die Komaaberration wegen der schrägen Lichtströme hinsichtlich der vordersten Linsenöffnung zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung erfordert einen Durchgang der Endbereiche der hinteren Linsen in der hinteren Linsengruppe. Wenn dagegen L 0,7 Fs überschreitet, die untere Grenze, um einem Bildfeldwinkel und einem Vario-Verhältnis entsprechend der Erfindung zu genügen, wird die Brechkraft der hinteren Linsengruppe notwendigerweise erhöht. Entsprechend wird die Veränderung der sphärischen Aberration von der minimalen Gesamtbrennweite zur maximalen Gesamtbrennweite erhöht, so daß es schwierig ist_r diese sphärische Aberration zu kompensieren.

Die Bedingung (3) ist erforderlich, um die Zahl der Linsen der vorderen Linsengruppe zu erniedrigen, um auf diese Weise die Miniaturisierung des Gesamtobjektivs in Betracht zu ziehen. Insbesondere wird der Brechnungsindex der ersten negativen Linse erhöht, um die optische Belastung der Linsenfläche ohne eine Erhöhung der Zahl der Linsen zu reduzieren. Dadurch kann eine kompaktere Linse erzielt werden.

909337/0604 - 10 -

-1C-

Die Bedingung (4) bezieht sich auf die Kompensation der Verzerrung. Wenn f₂ von der zuvor beschriebenen Bedingung abweicht, wird die negative Verzerrung verstärkt oder der Veränderungsbetrag der Verzerrung erzeugt im Umfangsbereich der Bildfläche eine Aberration. Jedes dieser Ergebnisse ist unerwünscht .

Nachfolgend werden einige Beispiele beschrieben. Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 bis 4 wird das erste Beispiel gemäß der Erfindung anhand der nachfolgenden Tabellen beschrieben.

Beispiel 1;

Resultierende Brennweite F = 24.7I* 48.5

Linse

Linsendicke Linsenabstand

d₁ 1.50

d₂ 3.22

d₃ 7.30

d₄ 0.10

d₅ 1.40

d₆ 5.93

d_? 1.50

dg 2.66

d₉ 3.91

d₁₀ 21.51% 1.06

d_n 2.46

d„o 2.40

1.78

0.10

Ί3

Brechungszahl
n.j 1.88300

n₂ 1.62004

n₃ 1.88300

n₄ 1.64000

n₅ 1.69895

n_c 1.67000

n_? 1.68250

Abbe-Zahl V-, 40.8

V₂ 36.3

V₃ 40.8

V₄ 60.1

30.1

57.4

44.7

3 7/060

- 11 -

Linse

C {:

17

2o

Krümmungsradius	Linsendicke - Linsenabstand	8.28
20.554	d15	0.0
-23.131	d16	2.51
-23.131	d17	2.30
17.116	d18	2.29
-193.791	d19
-22.084

Brennweite, vordere Linsengruppe f„ = -33.039

Brechungszahl Äbbe-Zahi

1O

.59551

.84666

.71736

39.2

23.9

29.5

Brennweite, zweite Linse
f₂ = 77.700

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 8 wird das zweite Beispiel anhand der nachfolgenden Tabelle beschrieben. Wie in Fig. 5 dargestellt
ist, besteht die zweite Linse aus einer positiven und einer negativen Linse, die miteinander verklebt sind, um eine Linse zu bilden, die eine positive resultierende Brennweite hat.

Beispiel 2:

Resultierende Brennweite F = 24.7 **/ 48.5

Linse

Krümmungsradius	Linsendicke - Linsenabstand	1.50
228.536	d1	3.67
41.340	d2	5.52
100.246	d3	0.0
-85.725	d4	i.50
-85.725	d5	0.10
-92.300	d6	1.40
34.227	d7	6.44
16.900	d8	1.42
-144.780	d9	2.74
29.610	d10

Brechungszahl Äbbe-Zahl H₁ 1.88300 V₁ 40.8

n₂ 1.60342 V₂ 38.0 n₃ 1.81600 V₃ 46.6 n₄ 1.83481 V₄ 42.7 n₅ 1.61800 V₅ 63.4

909837/0604 - 12 -

Linse

ΊΟ

Linsendicke -

Linsenabstand Brechungszahl Abbe-Zahl

d_n 3.49 n₆ 1.69895

d_i2 20.12*^0.89

d₁₃ 2.28

d_i4 2.40

d„ _c 1.62

d₁₆ 0.10

d_i7 8.95

^d18 °·⁰

d„_n 2.51

d₂₀ 1.92 d_o1 2.17

n_ 1.67000

ig

1.84666

1.72151

n_a 1.61800 Oo 63.4

n_Q 1.58144 -\>_Q 40.7

^:22

Brennweite, vordere Linsengruppe

f_F = -31.816 Brennweite, zweite Linse

f₂ = 81.818

909837/0604

-Al-

Leerseite

Claims (1)

PAT E K TAN WALTE DK. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · D I PL.-I NG. W.EITLE - D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N ■ D I PL.-I N G. W. LEH N DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. PvER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MD NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29419 (PATHE) 31 764 p/eh Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo/ Japan Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv Patentansprüche

1. Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv, dadurch gekennzeichnet, daß es von der Objektivseite her gesehen eine divergierende vordere Linsengruppe und eine konvergierende hintere Linsengruppe aufweist, wobei die Gesamtbrennweite durch mechanische Bewegung der vorderen und der hinteren Linsengruppe veränderbar ist, wobei die divergierende vordere Linsengruppe von der Objektivseite her gesehen aus folgenden Linsen besteht: eine erste Linse als negative Meniskuslinse, die in Richtung auf die Objektseite konvex ist, eine zweite Linse als bikonvexe positive Linse, eine dritte Linse als negative Meniskuslinse, welche in Richtung auf die Objektseite konvex ist/ eine vierte Linse als negative Linse und eine fünfte Linse als positive Linse, und wobei die konvergierende hintere Linsengruppe aus folgenden Linsen zusammengesetzt ist: eine sechste Linse als positive Linse, eine siebte Linse als eine positive Meniskuslinse, welche in Richtung auf das Objekt konvex ist, eine achte Linse als bikonvexe positive Linse, eine neunte Linse als bikonkave negative Linse, wobei die achte und neunte Linse miteinander verklebt sind und eine zehnte Linse als positive Linse, wobei das gesamte, aus zehn Linsen bestehende Objektiv in neun Linsenkomponenten gruppiert ist und das Linsensystem den folgenden Bedingungen genügt:

— 2 —

9 0 9837/0604

Resultierende Brennweite P = 24.7 Ό 48,5

Linse

Krümmungsradius

279.684 43.521 90.739

-99.547

45.490

18.175

-1067.750

28.948

-26.732

221.127 46.089 -162.341 27.215 39.045 20.554

-23.131

-23.131

17.116

-193.791

-22.084

Linsendicke -

Linsenabstand Brechungszahl

10

12

13

14

15

16

17

18

19

1.50 η

3.22

7.30 η.

0.10

1.40 η

5.93

1.50 η
2.66

3.91 η,

.51 "^ 1.06
2.46 η₍

2.40

1.78 η.

0.10

8.28 η,
0.0

2.51 η_£
2.30

2.29 η.

1.88300

1.62004

1.88300

1.64000

1.69895

1.67000

1.68250

1.59551

1.84666

1.71736

Abbe-Zahl 40.8

yX 57.4

23.9

²⁹'⁵

Brennv/eite, vordere Linsengruppe

= -33.039

Brennweite/ zweite Linse

f₂ = 77.700

909837/0604

2307396

2. Kompakt-Weitwinkel-Zoom-Objektiv, dadurch gekennzeichnet , daß es von der Objektivseite her gesehen aus einer divergierenden vorderen Linsengruppe und einer konvergierenden hinteren Linsengruppe besteht, deren Gesamtbrennweite durch mechanische Verschiebung der vorderen und hinteren Linsengruppe veränderbar ist, daß die divergierende vordere Linsengruppe von der Objektseite her gesehen aus folgenden Linsen besteht: eine erste Linse als negative Meniskuslinse, welche in Richtung auf die Objektseite konvex ausgebildet ist, eine zweite Linse als bikonvexe positive Linse und eine negative Linse, die mit dem Ergebnis einer positiven resultierenden Brennweite miteinander verklebt sind, eine dritte Linse als negative Meniskuslinse, welche in Richtung auf die Objektseite konvex ist, eine vierte Linse als negative Linse und eine fünfte Linse als positive Linse, und daß die konvergierende hintere Linsengruppe aus folgenden Linsen zusammengesetzt ist: eine sechste Linse als positive Linse, eine siebte Linse als positive Meniskuslinse, welche in Richtung auf das Objekt konvex ist, eine achte Linse als bikonvexe positive Linse, eine neunte Linse als bikonkave negative Linse, eine achte und neunte Linse, die miteinander verklebt sind und eine zehnte Linse als positive Linse, wobei das gesamte Linsensystem aus elf Linsenelernten besteht, die in neun Linsenkomponenten gruppiert sind und wobei das Linsensystem den folgenden Bedingungen genügt:

Resultierende Brennweite
F = 24.7^ 48.5

Linse

Krümmungsradius

228.536 41.340 100.246 -85.725 -85.725 -92.300

Linsendicke Linsenabstand

d₁ 1.50

d₂ 3.67

d₃ 5.52

d₄ 0.0

d₅ 1.50

d_c 0.10

Brechungszahl

1.88300

n₂ 1.60342

1.81600

Abbe-Zahl "^₁ 40.8

O₂ 38.0 Ü-, 46.6

90983 7/0604

Linsendicke -

Linse Ίο

Krümmungsradius f"
L^r8 34.227 Lunsenabstand 1. 40 Brec diungszahl Γ'
L^rio 16.900 ^d7 6. '44 ⁿ4 1.83481 L^r12 -144.780 .^d8 1. 42 C"
t^ri4 29.610 ^d9 2. 74 ⁿ5 1.61800 L^ri6 27.353 ^d10 3. 49 l^r18 189.000 ^d11 20. 12*1*0. ⁿ6 1 .69895 L^r20 48.070 ^d12 2. 28 89 Γ^Γ21
L^r22 -148.000 ^d13 2. 40 ⁿ7 1.67000 27.832 ^d14 1 . 62 37.630 ^d15 0. 10 ⁿ8 1.61800 19.668 ^d16 8. 95 -24.213 ^d17 0. 0 ⁿ9 1.58144 -24.213 ^di8 2. 51 17.350 ^d19 1. 92 ⁿio 1 .84666 2444.907 ^d20 2. 17 -23.370 ^d21 ⁿ11 1.72151

Brennweite, vordere Linsengruppe

Brennweite, zweite Linse

f_F = -31.816

f₂ = 81.818

909837/0604