DE3108896A1

DE3108896A1 - Kompaktes tele-zoom-objektiv

Info

Publication number: DE3108896A1
Application number: DE19813108896
Authority: DE
Inventors: Takayuki Itabashi Itoh
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1982-01-14
Also published as: JPS6116964B2; US4395092A; GB2072872A; DE3108896C2; JPS56126819A; GB2072872B

Description

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA, T ο k y o / Japan

Kompaktes Tele-Zoom-Objektiv

Die Erfindung betrifft ein Tele-Zoom-Objektiv, dessen halber Bildwinkel zwischen 15° und 6° liegt und das ein Zoom- oder Brennweitenverhältnis von 2,5 hat. Diese Art Zoom-Objektiv ist sehr populär und unter den Objektiven für 35 mm-Kameras allgemein bekannt. Die bisher üblichen Zoom-Objektive dieser Art lassen sich folgendermaßen aufteilen:

i) eine erste Objektivart, bei der die Zahl der zum Objektivaufbau gehörenden Linsenelemente etwa 12 beträgt, was gering ist, obgleich die Brennweite bei der längsten Brennweiteneinstellung zur Länge vom Vei'hältnis des Vorderendes des Objektivs zur Brennebene, d. h. das Televerhältnis, größer als 1 ist;

ii) eine zweite Objektivart, bei der das Televerhältnis größer als 1 und die Zahl der Einzellinsen etwa 15 ist; iii) eine dritte Objektivart, bei der trotz eines TeIephoto-Verhältnisses von kleiner als 1 die Zahl der im Objektiv enthaltenen Linsenelemente größer als 15 ist; iv) eine vierte Objektivart, bei der das Televerhältnis kleiner als 1 und die Zahl der Linsenelemente gering ist, jedoch auch das Zoom-Verhältnis kleiner als 2 oder annähernd 2 beträgt;

v) eine fünfte Objektivart, bei der das Televerhältnis kleiner als 1, die Anzahl der Einzellinsen gering und das Zoom-Verhältnis annähernd 2,5 ist, die Feldkrümmung sich jedoch abhängig von der Veränderung der Brennweite stark ändert.

Mit der Erfindung soll ein hochwertiges, kompaktes Zoom-Objektiv geschaffen werden, in dem 12 Linsen zu 9 Linsen-

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gruppen zusammengefaßt sind. Diese Anzahl von Linsen wird unbedingt benötigt, um gute Objektiveigenschaften und eine kompakte Bauform für ein Zoom-Objektiv dieser allgemeinen Art bekommen zu können. Mit der Erfindung wird eine Objektivkonstruktion innerhalb dieser allgemeinen Anforderungen geschaffen, die erheblich verbesserte Eigenschaften ergibt. Das Zoom-Objektiv nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß trotz seiner kompakten Bauform und damit guten Handhabbarkeit ausreichend Mittenstärke und Randstärke für jede Linse und zwischen benachbarten Linsen genügend Abstand vorhanden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Zoom-Objektiv kann die Anzahl der für die Objektivfassung benötigten mechanischen Teile verringert werden, so daß die Herstellung unter günstigen wirtschaftlichen Voraussetzungen erfolgen kann.

Wenngleich bei dem erfindungsgemäßen Objektiv das Televerhältnis kleiner als 1 ist, d. h., das Objektiv kompakt ist, und die erforderlichen zwölf Einzellinsen in neun Linsengruppen zusammengefaßt sind, ist die Feldkrümmung nur gering, hat das Objektiv hohe Güte und ist die Objektivkonstruktion gut abgestimmt.

An einem Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Objektiv anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert werden. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die Linsenanordnung des Zoom-Objektivs in Weitwinkelstellung und

Fig.2A bis 2C verschiedene Aberrationskurven des Objektivs nach Fig. 1 für dessen Weitwinkelstellung, mittlere Brennweitenstellung und äußerste Telebrennweitenstellung.

Aus der Darstellung der Fig. 1 geht die erfindungsgemäße Linsenauswahl und Anordnung des Objektivs im einzelnen hervor.

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Die Fig. 1 zeigt ein kompaktes Tele-Zoom-Objektiv, welches gekennzeichnet ist durch folgenden Aufbau in der Reihenfolge von der Objektivseite her: Ein Variatorsystem mit einer ersten Linsengruppe, die als fokussierende Gruppe wirkt und eine positive Brennweite hat, einer zweiten Linsengruppe, die als Hauptvariator wirkt und eine negative Brennweite hat, einer dritten Linsengruppe, die als Kompensator für die Beibehaltung einer konstanten Bildebene wirkt und eine positive Brennweite besitzt, und einem Relais-Linsensystem, wobei die erste Linsengruppe aus einer sammelnden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer verklebten Sammellinse aus einer zerstreuenden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer Sammellinse besteht, die zweite Linsengruppe eine bikonkave Zerstreuungslinse und eine aus einer bikonkaven und einer sammelnden Linse zusammengesetzte Zerstreuungslinse enthält, die dritte Linsengruppe eine zusammengesetzte Linse aufweist, die aus einer bikonvexen Linse und einer zerstreuenden Meniskuslinse besteht, das Relais-Linsensystem aus einer vierten Linsengruppe a, bestehend aus einer Sammellinse, deren stärker konvex gekrümmte Oberfläche der Objektseite zugewandt ist, und einer bikonkaven Zerstreuungslinse, und einer vierten Linsengruppe b, bestehend aus einer bikonvexen Sammellinse und einer zerstreuenden Meniskuslinse, deren stärker gekrümmte konkave Oberfläche der Objektseite zugewandt liegt, zusammengesetzt ist, die vierte Linsengruppe b in einem bestimmten Abstand von der vierten Linsengruppe a angeordnet ist, das Zoom-Objektiv die folgenden Bedingungen erfüllt:

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(1) 0.5 < -SiH < i.o,

(2) -1.5 < "ⁱⁿ < -1.0,

f .

(3) -0.25 < < 0.15,

¹IMII

(4) 0.8 < < 1.25,

IMVa f .

(5) 1.5 < < 2.3,

¹b

¹¹II

(6) 1.60 <

r,

(7) 0.35 < J^^^}-< 1.0,

min

₍₈₎ 0.25 < ^JVaIVb _<
0>6)

min

(9) 0.05 < —_£—- < 0.2, min

l^rIVbJ (10) 0.25. < —ρ — < 0.7 (Γ_ΤΛλ, < 0), und

(11) 1.70. <n

g _iyb min

_ivb

worin:

f . die Gesaintbrennweite des Zoom-Ob j ektivs bei

Weitwinkelstollung;

fj die Brennweite der ersten Linsengruppe;

£_Τ/ν,_Ττ die Gesamtbrennweite der ersten und der zweiten Linsengruppe bei Weitwinkelstellung;

^1"L-III ^^e Gesamtbrennweite der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe bei Weitwinkelstellung;

^I'WVa ^^e G^esamtb^rennwei.^te der Linsengruppen 1 bis 4a bei WeitwinkeIstellung;

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die Gesamtbrennweite der Linsengruppen 1 bis einschließlich der Sammellinse der Linsengruppe IVb bei Weitwinkelstellung;

n-rj der Brechungsindex der ersten Zerstreuungslinse der zweiten Linsengruppe bei ihrer d-Linie;

n_TT der Brechungsindex der zweiten Zerstreuungslinse

2
der zweiten Linsengruppe bei ihrer d-Linie;

^rIVa ^^er Krümmungsradius der ersten Linsenoberfläche der vierten Linsengruppe a;

^IVaIVb ^^er Abstand zwischen den vierten Linsengruppen a und b;

^ Abstand zwischen der Sammellinse und der

zerstreuenden Meniskuslinse der vierten Linsengruppe b;

^rIVb ^^er Krümmungsradius der ersten Linsenoberfläche der zerstreuenden Meniskuslinse der vierten Linsengruppe b;

ⁿIVb ^^er brechungsindex der zerstreuenden Meniskuslinse der vierten Linsengruppe b bei ihrer d-Linie; f die Gesamtbrennweite;

Cc)der halbe Bildwinkel der bezeichneten Linse; r der Krümmungsradius der bezeichneten Linse;

d die Linsendicke bzw. der Abstand zwischen benachbarten Linsen;

N der Brechungsindex bei der d-Linie; und ν die Abbe-Zahl sind.

Diese Bedingungen werden nachfolgend im einzelnen erläutert. Die Bedingungen (1), (2) , C3), (4) und (5) beziehen sich auf die Brechungsaufteilung der bezeichneten Linsen. Oberhalb des höchsten Grenzwertes der Bedingung (1) ist die Brechung der ersten Gruppe zu stark, wenngleich dies für eine Miniaturisierung günstig wäre. Dies führt jedoch zu einem Anstieg der sphärischen Aberration, die eine Veränderung der Brennweite begleitet.

130062/062S

Ließe man dagegen Werte unterhalb des untersten Grenzwertes zu, so wäre, wenngleich dies für die Aberrationskompensation günstig wäre, der Verstellwerg der Linsen, der für die Scharfeinstellung benötigt wird, unannehmbar hoch. Dies würde zu einer Erhöhung der Gesamtlänge des Objektivs und zu einer Durchmesservergrößerung der ersten Linse führen.

Wenn die Untergrenze der Bedingung (2) unterschritten wird, dann wird die Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu hoch, wenngleich dies für die Minaturisierung günstig wäre. Dies führt zu einer verstärkten Veränderung der Feldkrümmung. Wenn die Obergrenze überschritten wird, was sich zwar für die Kompensation der Aberration als günstig erweisen würde, dann ist die Variatorfunktion verringert, so daß die für das Objektiv erforderliche Verschiebungsstrecke während der Zoom-Verstellung vergrößert wird. Dies führt ebenfalls zu einer Längenausdehnung des gesamten Zoom-Objektiv-Systems.

Das aus der ersten bis dritten Linse bestehende Teilsystem entspricht einem afokalen System. Oberhalb der oberen Grenze der Bedingung (3) ist jedoch die Linsenbrechkraft der dritten Linsengruppe übermäßig stark. Als Folge davon ist es unmöglich, Aberrationen mit zwei Linsenelementen, die eine einzige Linsengrup.pe bilden, zu kompensieren. Wird die tlntergrenze unterschritten, dann erhält das Relais-Linsenteilsystem bereits eine hohe Vorbelastung zur Aberrationskompensation.

Axiale Lichtstrahlen passieren durch die vordere Linsengruppe dos Relais-Linseni;ystems (das ist die vierte Linsengruppe a) bei einem hohen Niveau der Linsen. Ober der Obcrgrcnzc der Bedingung (4) ist es deshalb schwierig, die sphärische Aberration zu kompensieren, während unterhalb der Untergrenze das Linsensystem verlängert werden müßte, was gegen die Bemühung der Miniaturisierung spricht.

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Nicht-axiale Lichtstrahlen passieren durch die hintere Linsengruppe des Relais-Linsensystems (d. h. die vierte Linsengruppe b) bei hohem Niveau de.r Linsen. Es wird deshalb oberhalb der Obergrenze der Bedingung (5) schwierig, die Lichthofaberration und außerdem die sphärische Aberration zu kompensieren, während bei Unterschreitung der Untergrenze das Linsensystem sich vergrößert.

Bedingung (6) wirkt mit Bedingung (2) zusammen. Unterhalb der Untergrenze ist die Feldkrümmung in der Weitwinkelstellung übermäßig stark. Wenn die Veränderung der Feldkrümmung zu klein gemacht wird, dann muß die Gesamtlänge des Objektiv-Linsensystems vergrößert werden.

Bedingung (7} wirkt mit Bedingung (4) zusammen. Unterhalb der Untergrenze hat die Steuerungslinsen-Oberfläche eine übermäßig starke Brechkraft. Das führt dazu, daß die sphärische Aberration schwer zu kompensieren ist. Gleiches trifft für die Bedingung (10) zu, wie unten beschrieben. Oberhalb der Obergrenze wird das Linsensystem zu lang.

Die Bedingung (8) ist erforderlich, um durch das Auseinandersetzen um eine bestimmte Länge der vorderen und der hinteren Linsengruppe des Relais-Linsensystems die Aberration gut auszugleichen. Wenn die Obergrenze überschritten wird, dann werden die Durchmesser der Linsen der hinteren Linsengruppe zu groß. Wenn dagegen die Durchmesser der Linsen der hinteren Linsengruppe zu klein gewählt werden, dann müssen die Durchmesser der Linsen der vorderen Linsengruppe erhöht werden, um ausreichend Lichtstärke zu erhalten. Wenn andererseits die Untergrenze unterschritten wird, dann passieren nichtaxiale Lichtstrahlen die hintere Linsengruppe bei einem hohen Niveau des Relais-Linsensystems, wie oben in Verbindung mit der Bedingung (5) beschrieben. Es wird dadurch die Wirkung der Kompensation der Lichthofaberration verschlechtert.

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Die Bedingung (9) wirkt mit Bedingung (5) zusammen. Über der Obergrenze ist, wenngleich es sich für die Miniaturisierung günstig stellen würde, die sphärische Aberration zu gering, und es ist schwierig, die sphärische Aberration mit der abschließenden zerstreuenden Meniskuslinse zu kompensieren. Unterhalb der Untergrenze wird die Gesamtlänge des Linsensystems zu groß.

Bedingung (10) wirkt mit Bedingung (7) zusammen. Unterhalb der Untergrenze hat die Zerstreuungslinsenfläche eine übermäßig große Brechkraft. Die sphärische Aberration und der Astigmatismus werden überkompensiert. Oberhalb der Obergrenze sind die Kompensation der sphärischen Aberration, der Lichthof-Aberration und des Astigmatismus, welche sich bis zur vierten Linsengruppe a eingestellt haben, mangelhaft.

Bedingung (11) bezieht sich auf die Feldkrümmung. Bei Unterschreiten der Untergrenze muß der Krümmungsradius, der in Bedingung (10) gegeben ist, einen Wert annehmen, der dessen oberen Grenzwert übersteigt, damit die Wirkung der abschließenden zerstreuenden Meniskuslinse erhalten bleibt. Als Folge davon strebt die Petzval'sehe Summe einen negativen Wert aiij so daß es schwierig wird, die Feldkrümmung zu kompensieren.

Es wird nun anhand einer Tabelle ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zoöm-Objektivs vorgeführt, worin f die Gesamtbrennweite, der halbe.Bildwinkel der jeweils bezeichneten Linse, r der Krümmungsradius, d die Linsendicke oder der Abstand zwischen benachbarten Linsen, N der Brechungsindex an der d-Linie und ν die Abbe-Zahl sind.

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	No. 1 : 4	1	7 8 9	-	13 -	• ω = 15.	3108896
F	Linsen-Nr		-10	.5 f = 82	.0 'ν 195.0	N	2° 'u 6.2°
	*f ^l*		Γ ⁿ 12 13	Γ	.d	1.51633	V
		■("■ ¹⁵ ^a 1 16	87.373	3.95 ·	1.80518 1.48749	64.1
erste Linsen gruppe		117	284.393 69.120 46.684	0.10 2.30 8.05		25.4 70.1
	I * 3 4	J 19 ^b 20	-1885.831	4.409	1.69680
	V 5	I	-161.880	1.70	1.69680 1.80518	55.5
zweite Linsen gruppe	r ⁶	> 21	46.010 -60.000 40.111	4.45 1.50 3.80		55.5 25.4 ;
	-1590.000	30.980	1.58913 1.80518
dritte Linsen gruppe	114.300 -42.520 -83.000	5.00 1.60 11.897	1.58913 1.80518	61.0 25.4
vierte Linsen gruppe	39.214 -2275.000 . -269.221	4.10 1.79 2.10		61.0 25.4
	269.221	32.87	1.62588 1.80610
vierte Linson- gruppe	71.700 -265.000 -30.398	3.50 8.45 1.70		35.7 40.9
	-79.717

i ^.

130062/0625

stellb>	f \	4	82.0	135.0	195.0
^d5		30	.409	26.751	37.624
^d10		11	.980	17.429	1.718
^d13		.897	3.105	• 7.943

W^£i - °·⁷⁵⁹> W^fI<uII

W^fI*IVa

» 1.6968,

IVa/^fmin = ^r14^/fmin ⁼ °'⁴⁷⁸'

^AIVaIVb^/fmin^{= d}17^/£min ^£IVb₂ ^/£min ^{= d}19^/£min ⁼ °·¹⁰³'

^nd

ⁿIVb, ⁼ 1-80610,

it

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ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSIIIKI KAISHA, Tokyo/ Japan

Zusammenfassung:

Kompaktes Tele-Zoom-Objektiv

Ein kompaktes Tele-Zoom-Objcktiν setzt sich aus zwölf liinzei 1 inscn zusammen, die in neun T, insengruppen zusammeη-gefaßt sind» Es hat folgenden Aufbau in der Reihenfolge von der Objektseite her:

Ein Variatorsystem mit einer ersten Linsengruppe, die als fokussierende Gruppe wirkt und eine positive Brennweite hat, einer zweiten Linsengruppe, die als Hauptvariator wirkt und eine negative Brennweite hat, einer dritten Linsengruppe, die als Kompensator für die Beibehaltung einer konstanten Bildebene wirkt und eine positive Brennweite besitzt, und einem Relais-Linsensystem, wobei die ersten Linsengruppe aus einer sammelnden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer verklebten Sammellinse aus einer zerstreuenden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer Sammellinse besteht, die zweite Linsengruppe eine bikonkave Zerstreuungslinse und eine aus einer bikonkaven und einer sammelnden Linse zusammengesetzte Zerstreuungslinse enthält, die dritte Linsengruppe eine zusammengesetzte Linse aufweist, die aus einer bikonvexen Linse und einer zerstreuenden Meniskuslinse besteht, und das Relais-Linserisystem aus zwei Linsengruppen zusammengesetzt ist.

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Claims

34698/9

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan

Kompaktes Tele-Zoom-Objektiv PATENTANSPRUCH

Kompaktes Tele-Zoom-Objektiv, gekennzeichnet durch folgenden Aufbau in der Reihenfolge von der Objektseite her: Ein Variatorsystem mit einer ersten Linsengruppe, die als fokussierende Gruppe wirkt und eine positive Brennweite hat, einer zweiten Linsengruppe, die als Hauptvariator wirkt und eine negative Brennweite hat, einer dritten Linsengruppe, die als Kompensator für die Beibehaltung einer konstanten Bildebene wirkt und eine positive Brennweite besitzt, und einem Relais-Linsensystem, wobei die erste Linsengruppe aus einer sammelnden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer verklebten Sammellinse aus einer zerstreuenden Meniskuslinse, die auf der Objektseite konvex ist, und einer Sammellinse besteht, die zweite Linsengruppe eine bikonkave Zerstreuungslinse und eine aus einer bikonkaven und einer sammelnden Linse zusammengesetzte Zerstreuungslinse enthält, die dritte Linsengruppe eine zusammengesetzte Linse aufweist, die aus einer bikonvexen Linse und einer zerstreuenden Meniskuslinse besteht, das Relais-Linsensystem aus einer vierten Linsengruppe a, bestehend aus einer Sammellinse, deren stärker konvex gekrümmte Oberfläche der Objektseite zugewandt ist, und einer bikonkaven Zerstreuungslinse, und einer vierten Linsengruppe b, bestehend aus einer bikonvexen Sammellinse und einer zerstreuenden Meniskuslinse, deren stärker gekrümmte konkave Oberfläche der Objektseite zugewandt liegt, zusammengesetzt ist, die vierte Linsengruppe b in einem bestimmten Abstand von der vierten Linsengruppe a angeordnet ist, das Zoom-Objektiv die folgenden Bedingungen erfüllt:

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■ F erste No. 1 : 4 J 3 20 I 21 .5 f - 2 r 373 .0 ^ 3 195.0 1 ω = 15. 3108896 Linsen Linsen-Wr 4 = 82 87. 393 0 d N 2° * 6.2° gruppe ( ^λ ν 5 284. .95 · .51633 V 2 f ⁶ 120 2 .10 1 64.1 69. 684 8 1 46. 831 4 .30 .80518 -1885. 880 1 .05 1 .48749 25.4 zweite -161. 010 4 .409 70.1 Linsen 46. .70 .69680 gruppe 000 1 .45 1 55.5 7 -60. 111 3 .50 1 .69680 8 40. 000 30 55.5 dritte -1590. 300 5 .80 1 .80518 Linsen 9 114. .980 25.4 gruppe ^ 10 520 1 .00 1 .58913 r n -42. 61.0 000 11 .60 .80518 vierte
Linsen -83. 214 4 1 .25.4 gruppe a 39. 000 . 1 .897 -2275. 221 2 .10 1 .58913 12 -269. 221 32 .79 61.0 vierte
Linsen 269. 700 3 .10 1 .80513 gruppe b 13 71. 000 8 .87 25.4 /14 -265. 398 1 .50 1 .62588 -30. 717 .45 * 35.7 -79. .70 .80610 40.9 15 16 Il7 ( ¹⁸ J

4 ·' - 3 - .751 3108896 195.0 stellbN.
Abstand ^s_n 30 82.0 135.0 .429 . 37.624 ^d5 11 .409 26 .105 1.718 ^d10 W^£I ■ .980 17 • 7.943 ^d13 . W^£] .897 3 [^I I 0.759, = -1.24

^£min^/f

(n_T + n_TT )/₂= 1.6968, *^A1 ^XX2

^rIV_ai ^/£min ^{= r}14^/£ _min ^α °'⁴⁷⁸'

^£IVaIVb^/f _mxn⁼

in " ⁰'⁴⁰¹·

*IVb/^f»in

ⁿIVb ⁼ 1.80610,

it

£ . die Gesamtbrennweite des Zoom-Objektivs bei

Weitwinkelstellung;

£_T die Brennweite der ersten Linsengruppe; £_T_ _TT die Gesamtbrennweite der ersten und der zweiten

1 ^rL>L L

Linsengruppe bei Weitwinkelstellung;

f τ-ν]· τ τ die Gesamtbrennweite der ersten, zweiten und dritten Linsengruppe bei Weitwinkelstellung;

^ΪΛ/ΐν ^⁶ Gesamtbrennweite der Linsengruppen 1 bis 4a bei Weitwinkelstellung;

die Gesamtbrennweite der Linsengruppen 1 bis

einschließlich der Sammellinse der Linsengruppe IVb bei Weitwinkelstellung;

n_TT der Brechungsindex der ersten Zerstreuungslinse

1
der zweiten Linsengruppe bei ihrer d-Linie; n_TT der Brechungsindex der zweiten Zerstreuungslinse

2
der zweiten Linsengruppe bei ihrer d-Linie;

der Krümmungsradius der ersten Linsenoberfläche erten. Linsengruppe a; der Abstand zwischen den vierten Linsengruppen

der vierten. Linsengruppe a;

a und b;

&-r-rfa der Abstand zwischen der Sammellinse und der zerstreuenden Meniskuslinse der vierten Linsengruppe b;

ⁿTVh ^^er B^recnung^si-ⁿciex der zerstreuenden Meniskuslinse der vierten Linsengruppc b bei ihrer d-Linie; f die Gesamtbrennweite;

co der halbe Bildwinkel der bezeichneten Linse; r der Krümmungsradius der bezeichneten Linse;

d die Linsendicke bzw. der Abstand zwischen benachbarten Linsen;

N der Brechungsindex bei der d-Linie; und ν die Abbe-Zahl sind.

130062/0625