DE3020934C2 - Weitwinkel-Varioobjektiv - Google Patents

Description

relative Öffnung 1 : 3,5
/ = 36-68
2 w = 64°-34,7°
/ = 46,6-0,4

hierin bedeuten

r den Krümmungsradius der einzelnen Lin

senflächen,

d die axialen Linsendicken bzw. Luftabstän

de zwischen den Linsengliedern,

ν und η die Abbe-Zahl bzw. den Brechungsindex jeder Linse,

sämtlich von der Objektseite her fortlaufend durchnumeriert,

f die Objektiv-Brennweite

den Luftabstand zwischen Vorder- und Hintergruppe und

(\ die Brennweite der Vordergruppe.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Weitwinkel-Varioobjektiv der im Oberbegriff des Anspruches 1 und 2 angegebenen Art.

Ein solches Varioobjektiv mit dem gleichen allgemeinen Linsenaufbau ist aus der JP-OS 135 750/1977 (= US-PS 41 55 629) oder DE-AS 27 50 342 bekannt.

Bei einem für den Weitwinkelbereich vorgesehenen Varioobjektiv, das aus einer zerstreuenden Vordergruppe und einer sammelnden Hintergruppe aufgebaut ist, ist die Korrektion der einzelnen Aberrationen und deren Änderungen als Folge der Brennweitenverstellung selbstverständlich wichtig. Es sollte zudem das gesamte Linsensystem aus Gründen einer einfachen Handhabbarkeit kompakt ausgebildet werden. Aus der JP-OS 1 35 658/1978 ist bekannt, daß die Gesamtlänge des Objektivs ein Minimum wird, wenn die Objektiv-Brennweite dem Betrage nach gleich der Brennweite der zerstreuenden Linsengruppe wird, und daß die Gesamtlänge größer wird, wenn die Objektiv-Brennweite hiervon nach oben oder unten abweicht. Deshalb ist nach der JP-OS 1 32 360/1978 als die Bedingung für einen kompakten Objektivaufbau vorgesehen, daß der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Linsengruppe so eingestellt wird, daß er in den brennweiten-Änderungsbereich des Objektivs fällt, oder auf einen Wert eingestellt wird, der sehr dicht bei der maximalen Objektiv-Brennweite liegt. Jedoch ist ein solches Objektiv generell so konzipiert, daß es einen vergleichsweise kurzbrennweitigen Bereich überdeckt, so daß die maximale Objektiv-Brennweite nicht groß ist, wodurch die Brechkraft der zerstreuenden Vordergruppe unvermeidlich recht groß wird. Um die hieraus resultierende

Korrektionslast zu verringern, wurde in einem solchen Objektiv zu dem HilfsmiUel einer vergleichsweisen großen Dicke der beiden Linsengruppen gegriffen. Dies geht aber auf Kosten der Kompaktheit des Objektivs.

Das Weitwinkel-Varioobjektiv nach der DE-AS 27 50 342 hat ein Brennweitenänderungsverhältnis zwi sehen 1,66 :1 und 1,837 :1, ein maximales Bildfeld von 52° bis 54" und eine sich im Brennweitenänderungsbereich von 1 :3,5 bis 1 :4,5 ändernde relative Öffnung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Objektiv der bekannten Art zu schaffen, bei dem, ohne auf das Hilfsmittel einer vergleichsweisen großen Dicke jeder Linsengruppe zurückgreifen zu müssen, ein höheres Brennweitenänderungsverhältnis, nämlich ein solches von 1,86 :1 bis 1,89 :1, ein größeres maximal nutzbares Bildfeld, nämlich ein solches von 64°, und eine im gesamten Brennweitenänderungsbereich konstante relative öffnung von 1 :3,5 bei kompaktem Aufbau und gutem Korrektionszustand realisierbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Objektiv der bekannten Art erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 bzw. im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Nachstehend sind die beiden erfindungsgemäßen Weitwinkel-Variobjektive anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

F i g. 1 und 2 den Linsenaufbau des ersten bzw. zweiten Objektivs, je in Schnittansicht, und

F i g. 3A bis 3E und 4A bis 4E den Korrektionszustand des ersten bzw. zweiten Objektivs.

Entsprechend der eingangs erwähnten JP-OS 1 35 750/1977 gilt für den Luftabstand d zwischen der ersten zerstreuenden Linse und der sammelnden Meniskuslinse der zerstreuenden Vordergruppe, daß die Bedingung

<0,25

(A)

erfüllt ist, wobei FA die Brennweite der Vordergruppe ist. Hierdurch kann eine Korrektion der Änderung der sphärischen Aberration und der Bildfeldkrümmung ermöglicht und gleichzeitig ein kompakter Objektivaufbau erreicht werden. Es wurde für das aus der JP-OS 1 35 750/1977 bekannte Objektiv gefunden, daß trotz des vergleichsweise großen Wertes für d das Objektiv kompakt ist, es wurde aber auch ersichtlich, daß ein kompakteres Objektiv geschaffen werden kann, wenn dieser Luftabstand über die untere Grenze der Bedingung (A) hinaus verringert werden kann. Wählt man d klein, so rühren die in beträchtlichem Umfang erzeugte sphärische Aberration und Bildfeldkrümmung von der starken negativen Brechkraft der Vordergruppe her. Wenn dann die Brechkraft der Vordergruppe zur Verringerung ihrer Korrektionslast kleiner gemacht wurde, würde es möglich sein, die Baulänge des Objektivs kleiner zu machen. Was in diesem Fall aber zu beachten war, ist die durch die Schwächung der Brechkraft der Vordergruppe verursachte Änderung der Gesamtlänge, weil dies möglicherweise die Wirkung einer verringerten Baulänge, die durch die Verringerung der Baulänge der zerstreuenden Linsengruppe erzielt wird, aufheben würde. Deshalb wird nachstehend auf analytischem Wege die Änderung der Gesamtlänge untc-sucht. Hierbei bedeuten:

F₁ die Brennweite der zerstreuenden Vordergruppe, F₂ die Brennweite der sammelnden Hintergruppe,

■ DP den Abstand zwischen den Hauptebenen der beiden Linsengruppen bei Einstellung auf maximale Brennweite,

F die maximale Objektiv-Brennweite und

BF die Schnittweite bei Einstellung auf maximale Brennweite.

Fi ist als Parameter angenommen.

DPund ßFkönnen dann durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden:

(SSF)

DP=Fy + F₂-

F_x F₂

Da die Gesamtlänge L gegeben ist durch L= DP+ BF

erhält man folgenden Ausdruck für die Variation von L:

15

BF=F₂-

F₂-F₂

_FltF.

\ OF₁ )

Wenn diese nach F, partiell differenziert werden, 20 Aus Gleichungen 1, 2 und 3 ergibt sich deshalb erhält man folgende Ausdrücke: für das Objektiv

- 2>* (SSF) **>* (SSF)

Man findet daher, daß, wenn der Absolutwert von F₁ (<0) erhöht wird, die Gesamtlänge L, der Abstand DP und die Schnittweite BF sämtlich monoton abnehmen. Das Resultat zeigt, daß bei einem Objektiv, für das

1 -

>o

Hierin bedeuten

D den Luftabstand zwischen der Sammellinse und der

unmittelbar vor dieser gelegenen Linse, /"1 die Brennweite der zerstreuenden Vordergruppe, R den Krümmungsradius der hintersten Linsenfläche in der sammelnden Hintergruppe.

gilt, wenn die Brechkraft der zerstreuenden Vordergruppe für dieselbe Brennweite geschwächt wird, die Gesamtlänge monoton abnimmt. Aus dem Umstand, daß die Gesamtlänge ein Minimum wird, wenn der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Linsengruppe gleich der Brennweite des Objektivs ist, ergibt sich also eine Kompaktheitsbedingung, die von der üblichen Bedingung dahingehend abweicht, daß es vorzuziehen ist, die Brennweite der zerstreuenden Vordergruppe auf eine Brennweite im Brennweitenänderungsbereich oder etwa hierauf einzustellen.

Das Konstruktionsprinzip, das den beiden erfindungsgemäßen Objektiven zugrunde liegt, beruht deshalb auf folgende Wirkungen, wenn die Brechkraft der zerstreuenden Vordergruppe herabgesetzt wird: Die eine ist die Verringerung der Gesamtlänge, die von der verringerten Korrektionslast herrührt und eine Ausbildung der Vordergruppe mit vergleichsweise kleiner Baulänge ermöglicht und die andere ist die Verringerung der Baulänge. Im einzelnen ist es deshalb notwendig, daß die Brennweite der zerstreuenden Gruppe das 1,12fache der maximalen Objektiv-Brennweite oder mehr beträgt. Demgemäß ist bei den beiden Objektiven der Erfindung der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Linsengruppe größer als das l,12fache der maximalen Objektiv-Brennweite, wobei die zerstreuende Linsengruppe nur eine Sammellinse besitzt und wobei zudem das Objektiv folgende Bedingungen erfüllt:

l/i I

(D

65 Bedingung (I) ist dabei aus der DE-AS 27 50 342 bekannt.

Im einzelnen kann, wenn der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Linsengruppe in der Größenordnung des l,12fachen der maximalen Objektiv-Brennseite ist, der Abstand D klein gemacht werden, damit die Aberrationen gut auskorrigiert werden, während gleichzeitig ein kompakter Aufbau realisiert wird. Wenn jedoch D, wie in Bedingung (I), klein gemacht wird, wird die Korrektionswirkung der Verzeichnung durch die Sammellinse in der zerstreuenden Vordergruppe reduziert. Es wird daher unvermeidlich, auch die sammelnde Linsengruppe mit einer Verzeichnungskorrektionswirkung entsprechend Bedingung (II) zu versehen. Hinsichtlich der Bedingung (I) gilt bei einem Überschreiten deren oberer Grenze, daß die Gesamtlänge zunimmt und der Durchmesser für ein anzusetzendes Filter ebenfalls größer wird. Hinsichtlich der Bedingung (II) gilt bei einem Überschreiten deren oberer Bedingung, daß eine Überkorrektion von Verzeichnung und sphärischer Aberration auftritt, während bei einem Unterschreiten der unteren Bedingung eine konkave Fläche auf der Objektseite vorhanden sein wird, wodurch die Wirkung der Verzeichnungskorrektion in der Hintergruppe verringert und ein guter Korrektionszustand schwierig wird.

Bei einem Varioobjektiv, bei dem wie bei den vorliegenden Varioobjektiven die Brennweitenänderung bewirkt wird durch Verschieben der zerstreuenden Vordergruppe und der sammelnden Hintergruppe, leuchtet ein, daß das Objektiv leicht kompakt gemacht werden kann, wenn das Brennweitenänderungsverhältnis klein gemacht wird.

Bei den erfindungsgemäßen Objektiven wird nun die Brechkraft der negativen Linsengruppe kleiner ge-

macht, um die Baulänge des Objektivs kleiner zu machen und die Bedingungen(1) und (II) zu erfüllen, wodurch ein Objektiv mit hohem Brennweitenänderungsverhältnis, gleichwohl aber mit kompaktem Aufbau und ausgezeichneter Abbildungsleistung erhalten wird.

Beim ersten, in F i g. 1 dargestellten Objektiv umfaßt die zerstreuende Vordergruppe G\ von der Objektivseite aus zwei zerstreuende Meniskuslinsen L\ und L₂ mit je konvexer Vorderfläche und eine sammelnde Meniskuslinse L₁ mit gleichfalls konvexer Vorderfläche. Die sammelnde Hintergruppe G₂ umfaßt von der Objektseite her eine bikonvexe Linse U mit stärker gekrümmter Vorderfläche, eine Sammellinse L₅ mit stärker gekrümmter Vorderfläche, eine bikonkave Zerstreuungslinse L& mit stärker gekrümmter Hinterfläche, eine sammelnde Meniskuslinse L₇ mit konvexer Hinterfläche und eine sammelnde Meniskuslinse Lg mit konvexer Vorderfläche. Wenn dieses Objektiv im Brennweitenbereich von 37 mm bis 69 mm als Objektiv für eine einäugige 35 mm-Spiegelreflex-Kamera verwendet wird, betragen der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Vordergruppe 83,3 mm und die Gesamtlänge bei Einstellung auf maximale Brennweite 105,3 mm. Das Objektiv gestattet auch die Verwendung eines Filters eines Durchmessers von 48 mm auf der Objektseite.

Beim zweiten, in Fig.2 dargestellten Objektiv umfaßt die zerstreuende Linsengruppe d, von der Objektseite aus, drei zerstreuende Meniskuslinsen Lu L₂ und L₂' mit je konvexer Vorderfläche und eine Sammellinse L₁ mit gleichfalls konvexer Vorderfläche. Die sammehide Hintergruppe G₂ umfaßt, von der Objektseite aus, eine bikonvexe Linse U mit stärker gekrümmter Vorderfläche, ein sammelndes Linsendu- j5 blett Ls mit stärker gekrümmter Vorderfläche, eine Bikonkavlinse U mit stärker gekrümmter Hinterfläche, eine sammelnde Meniskuslinse L₇ mit konvexer Hinterfläche und eine sammelnde Meniskuslinse L₈ mit konvexer Vorderfläche. Wenn das Objektiv im Brennweitenbereich von 36 mm bis 68 mm als ein Objektiv für eine einäugige 35 mm-Spiegelreflex-Kamera benutzt wird, dann betragen der Absolutwert der Brennweite der zerstreuenden Vordergruppe 81,04 mm und die Gesamtlänge auf der Teleseite 104,5 mm, wobei es auch ermöglicht ist, ein Filter eines Durchmessers von 48 mm, das auf der Objektseite angesetzt ist, zu verwenden.

Die numerischen Daten der beiden Objektive sind in den nachstehenden Tabellen wiedergegeben. Dort bedeuten

r den Krümmungsradius jeder Linsenfläche,

d die axialen Linsendicken bzw. Luftabstände

zwischen aufeinanderfolgenden Linsen und
μ. und η die Abbe-Zahl bzw. den Brechungsindex, sämtlich von der Objektseite her fortlaufend

durchnumeriert, ferner
f die Objektiv-Brennweite und

/ den Luftabstand zwischen der Vordergruppe

und der Hintergruppe.

Der Korrektionszustand bei der kleinsten, einer mittleren und der größten Brennweite der beiden Objektive ist der aus F i g. 3 und 4 ersichtliche.

Erstes Objektiv:

	r	108.5	d	V	π
1	30.253	2.5	39.5	1.80454
2	115.83	5.5
3	49.749	1.6	44.9	1.744
4	38.3	2.6
5	117.05	4.1	28.4	1.79504
6	33.125	I
7	-159.7	4.2	60.3	Ü62041
8	26.82	2,65
9	131.5	7	60.3	1.62041
10	- 70.1	1.15
11	22.088	5.7	28.4	1.79504
12	- 49.749	3.15
13	- 27.45	3.9	40.8	1.79631
14	63.03	0.1
15	136.434	2	40.8	1.79631
16	relative Öffnung 1 : 3,5
/ :
2w :
/ =
= 37-69
= 62°-34°
= 41.4-0.1	d	V	π
Zweites Objektiv:
r

98.38

3!

68.274

35.7

63.36

54.8

35.21

73.869

39.2
-131.135

22.305 -170

82.75
-111.578

19.3
- 44.728

36.254 61.695

1.5

1.6

2.6

1.6

2.5

4.1

2.6

6.05

1.25

1.1

5.35

3.05

3.9

r\ 1 V.l

1.95

38.3 55.6 40.8 28.4 60.3

60.3 35.6

34

60.3

41.9

relative Öffnung 1 : 3,5 / = 36-68
2h> = 64°-34.7°
/ = 46.6-0.4

1.65128 1.6968

1.79631 1.79504 1.62041

1.62041 1.62588

1.79886 1.62041 1.66755

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: Ί. Weitwinkel-Varioobjektiv mit einer zerstreuenden Vordergruppe und einer sammelnden Hintergruppe, wobei s — die Vergrößerungsänderung durch eine Relativbewegung zwischen den beiden Gruppen bewerkstelligt wird, — die Brennweite der Vordergruppe dem Betrage nach größer als das l,12fache der größten Objektiv-Brennweite ist, — die Vordergruppe, vom Objektiv her gesehen, aufgebaut ist aus — — wenigstens zwei zerstreuenden Meniskuslinsen (Lu L2, L2) mit je konvexer Vorderfläche und — — einer sammelnden Meniskuslinse (L3) mit gleichfalls konvexer Vorderfläche, — die Hintergruppe, vom Objekt her gesehen, aufgebaut ist aus — — einer bikonvexen Linse (U) mit stärker gekrümmter Vorderfläche, — — einer sammelnden Einzellinse oder einem sammelnden Dublett (Ls) mit stärker gekrümmter Vorderfläche, — — einer Bikonkavlinse (U) mit stärker gekrümmter Hinterfläche und — — wenigstens einer sammelnden Linse (Li, U), und — das System folgende Bedingung erfüllt ■<0,l I/, gekennzeichnet durch - die weitere Systembedingung o<_L<-2A und - folgende numerische Daten (H) d die axialen Linsendicken bzw. Luftabstän de zwischen den Linsengliedern, ν und π die Abbe-Zahl bzw. den Brechungsindex jeder Linse sämtlich von der Objektseite her fortlaufend durchnumeriert, / die Objektiv-Brennweite, den Luftabstand zwischen Vorder- und Hintergruppe und /i die Brennweite der Vordergruppe. 2. Weitwinkel-Varioobjektiv mit einer zerstreuenden Vordergruppe und einer sammelnden Hintergruppe, wobei — die Vergrößerungsänderung durch eine Relativbewegung zwischen den beiden Gruppen bewerkstelligt wird, — die Brennweite der Vordergruppe dem Betrage nach größer als das l,12fache der größten Objektiv-Brennweite ist, — die Vordergruppe, vom Objekt her gesehen, aufgebaut ist aus -- — wenigstens zwei zerstreuenden Meniskuslinsen (Lu L2, L2) mit je konvexer Vorderfläche und — — einer sammelnden Meniskusline (Li) mit gleichfalls konvexer Vorderfläche, — die Hintergruppe, vom Objekt her gesehen, aufgebaut ist aus — — einer bikonvexen Linse (U) mit stärker gekrümmter Vorderfläche, — — einer sammelnden Einzellinse oder einem sammelnden Dublett (U) mit stärker gekrümmter Vorderfläche, — — einer Bikonkavlinse (U) mit stärker ge krümmter Hinterfläche und — — wenigstens einer sammelnden Linse (Li, U), und — das System folgende Bedingung erfüllt 35 1108.52.539.51.80454230.2535.53115.831.644.91.744449.7492.6538.34.128.41.795046117.05/733.1254.260.31.620418-159.72.65926.82760.31.6204110131.51.1511- 70.15.728.41.795041222.0883.1513- 49.7493.940.81.7963114- 27.450.11563.03240.81.7963116136.434relative Öffnung 1:3,5/ ■2w -■I ■■hieri= 37-69= 62°-34°= 41,4-0,1in bedeuten 50 55 60 65T/u ' gekennzeichnet durch die weitere Systembedingung '19 I/. I und - folgende numerische Daten (H) den Krümmungsradius der einzelnen Linsenflächen. T98.38dVπ1311.538.31.65128268.2744335.71.655.61.6968463.362.6554.81.640.81.79631635.212.5773.869428.41.79504839.2I9-131.1354.160.31.620411022.3052.611-1706.0560.31.62041121.2535.61.62588 Fortsetzung 13 14 15 16 17 18 19 82.75 -111.578 19.3 ■ 44.728 ■ 23.5 36.254 61.695

1.1

5.35

3.05

3.9

0.1

1.95

34

60.3

41.9

1.79886 1.62041 1.66755