DE3222899C2

DE3222899C2 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE3222899C2
Application number: DE3222899A
Authority: DE
Inventors: Yoshinari Hamanishi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1982-06-18
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2002-06-19
Also published as: JPS57208522A; DE3222899A1; JPS6151772B2; US4452513A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Varioobjektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen sind fotografische Objektive für die Objektentfernung unendlich entworfen, ihre Abbildungsleistung wird daher im Regelfall beeinträchtigt, wenn sie auf Objekte in kurzer Entfernung fokussiert werden. Bei Varioobjektiven sind verschiedene Fokussiermethoden für Nahaufnahmen bekannt. Andererseits wird bei Nahaufnahmen die Verringerung der Abbildungsleistung von Varioobjektiven beträchtlich. Ist bei einem Objektiv, das eine gute Abbildungsleistung für den Objektabstand unendlich besitzt, die Verringerung der Abbildungsleistung bei Nahaufnahmen stark, dann ist ein solches Objektiv nur bei stärkerer Abblendung für Nahaufnahmen brauchbar. Weiterhin ist ein Varioobjektiv grundsätzlich auch viel sperriger im Aufbau als ein Objektiv fester Brennweite, dessen Brennweite mit der kleinsten Brennweite des Varioobjektivs übereinstimmt. Um ein Varioobjektiv nur durch Verschieben der ersten Linsengruppe auf kleine Objektabstände zu fokussieren, muß die freie Öffnung der ersten Linsengruppe größer gemacht werden, und dieses erfordert sorgfältige Überlegungen hinsichtlich eines kompakten Objektivaufbaues. Wenn die freie Öffnung des Objektivs klein gemacht wird, dann werden die Randstrahlenbündel besonders bei Nahaufnahmen nachteilig beeinflußt, und werden die Objektivgesamtlänge und die Brennweite der ersten Linsengruppe klein gemacht, dann wird die Korrektion der einzelnen Linsenfehler schwierig. Es war daher recht schwierig, bei kompakter Bauweise eine gute Abbildungsleistung für geringe Objektabstände zu erreichen.

Die US-PS 42 30 397 beschreibt ein gattungsgemäßes Varioobjektiv, bei dem die zweite Linsengruppe zur Fokussierung im Makrobereich bewegt wird. Dabei ist nichts über Bewegung der ersten Linsengruppe gesagt, so daß man davon ausgehen kann, daß die erste Linsengruppe stehenbleibt.

Aus "Moderne Fototechnik München", 1975, Heft 11, Seiten 564 bis 566 ist es für Varioobjektive sowohl bei der Brennweitenverstellung als auch bei der Fokussierung mehrere Linsengruppen relativ zueinander zu bewegen, um bei jeder Brennweiteneinstellung die bestmögliche Abbildungsqualität zu erhalten.

Aus der DE 29 36 676 A1 ist ein Varioobjektiv bekannt, das mehrere Linsengruppen aufweist, jedoch hat dieses Varioobjektiv keine zweite Linsengruppe, die zur Fokussierung beweglich ist.

Es ist aus dem Stand der Technik also bereits bekannt, bei Objektiven mehrere Linsengruppen vorzusehen und einzelne Linsengruppen zur Fokussierung zu bewegen. Aus dem Stand der Technik läß sich jedoch bislang keine besondere Maßnahme entnehmen, wie denn bei möglicher Fokussier-Bewegung mehrerer Linsengruppen gleichzeitig diese Bewegungen der verschiedenen Linsengruppen aufeinander abzustimmen wären.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Varioobjektiv zu schaffen, dessen Fokussierung auf Objekte von unendlich bis auf einen sehr kleinen Abstand möglich ist, das kompakten Aufbau und über den gesamten Scharfeinstellungsbereich ausgezeichnete Abbildungseigenschaften besitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dem Kennzeichen des Anspruchs 1 zu entnehmen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnungen und der Ausführungsformen im einzelnen erläutert, es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein viergruppiges Varioobjektiv gemäß der Erfindung, sowie die Verschiebewege von dessen zweite Linsengruppe (Variator) und dritter Linsengruppe (Kompensator) bei einer Brennweitenänderung und die Verschiebewege von dessen erste Linsengruppe (Fokussier-Linsengruppe) und zweite Linsengruppe (Variator) beim Fokussieren,

Fig. 2 die Beziehung zwischen dem Objektabstand und der Höhe des auf die erste Linsenfläche eines ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 3) des erfindungsgemäßen Varioobjektives einfallenden Hauptstrahls,

Fig. 3 den Objektivaufbau des ersten Ausführungsbeispiels bei Einstellung auf die kleinste Brennweite,

Fig. 4 den Korrektionszustand des ersten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand unendlich,

Fig. 5 den Korrektionszustand des ersten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=998,

Fig. 6 bis 8 den Korrektionszustand des ersten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=680, wobei Fig. 6 den Korrektionszustand darstellt, wenn die Fokussierung nur durch Verschieben der ersten Linsengruppe bewerkstelligt wird, während Fig. 7 und 8 den Korrektionszustand darstellen, wenn die erste und die zweite Linsengruppe (im Folgenden jeweils als Gruppe bezeichnet) in Richtung auf das Objekt hin entsprechend den Bedingungen ΔD₁/ΔD₂=1 bzw. ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben worden sind,

Fig. 9 ähnlich wie Fig. 2 die Beziehung zwischen Objektabstand und Höhe des auf die erste Linsenfläche eines zweiten Ausführungsbeispiels einfallenden Hauptstrahls,

Fig. 10 den Korrektionszustand des zweiten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand unendlich,

Fig. 11 den Korrektionszustand des zweiten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=1208,

Fig. 12 den Korrektionszustand des zweiten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=598, wenn nur die erste Gruppe verschoben worden ist,

Fig. 13 und 14 den Korrektionszustand des zweiten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=449, wobei die erste und die zweite Gruppe in Richtung auf das Objekt hin entsprechend den Bedingungen ΔD₁/ΔD₂=1 bzw. ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben worden sind,

Fig. 15 den Linsenaufbau für den Objektabstand unendlich bei der kleinsten Brennweite von f=200,

Fig. 16 wie Fig. 2 ein Vergleich zwischen den Einfallshöhen des Hauptstrahls an der ersten Linsenfläche bei einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 17 den Korrektionszustand des dritten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand unendlich,

Fig. 18 den Korrektionszustand des dritten Ausführungsbeispiels beim Objektabstand R=2500 und

Fig. 19 den Korrektionszustand des dritten Ausführungsbeispiels bei Fokussierung auf sehr kleine Objektabstände (R=1400), wenn die Fokussierung nur durch Verschieben der ersten Gruppe zum Objekt hin bewerkstelligt worden ist, und

Fig. 20 und 21 den Korrektionszustand, wenn die erste und die zweite Gruppe zum Objekt hin entsprechend der Bedingung ΔD₁/ΔD₂=1 bzw. ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben worden sind.

Im einzelnen werden beim vorliegenden viergruppigen Varioobjektiv, bei dem eine Fokussierung im gesamten Brennweitenänderungsbereich bewerkstelligt werden soll, die Fokussierlinsengruppe (G₁) und, wenn ein Objekt in sehr kleinem Abstand zu fotografieren ist, der Variator (G₂) und der Kompensator (G₃) zunächst in die oder in die Nähe der Stellung kleinster Brennweite bewegt. Für Objektabstände unendlich bis zu einem vorbestimmten kleinen Abstand wird nur die Fokussierlinsengruppe zum Objekt hin um einen vorbestimmten Betrag bewegt, um die Fokussierung zu bewerkstelligen, wonach - zusätzlilch zur weiteren Bewegung der Fokussierlinsengruppe zum Objekt hin - auch der Variator zum Objekt hin bewegt wird, um ein Fokussieren auf ein Objekt in einem Abstand zu bewerkstelligen, der kleiner als der vorbestimmte kleine Abstand ist. Ein Fokussieren durch ausschließliches Verschieben der Fokussierlinsengruppe sei nachstehend als erste Fokussierungsart bezeichnet, und ein Fokussieren durch Verschieben von Fokussierlinsengruppe und Variator sei nachstehend als zweite Fokussierungsart bezeichnet.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das vorliegende aus vier Gruppen G₁ bis G₄ aufgebaute Varioobjektiv sowie die Verschiebungswege dessen zweiter Gruppe G₂ (Variator) und dritter Gruppe G₃ (Kompensator) bei einer Brennweitenänderung und die Verschiebewege dessen erster Gruppe G₁ und zweiter Gruppe G₂ beim Fokussieren. In Fig. 1 bezeichnen I die Bewegungskurven bei der ersten Fokussierungsart und II die Bewegungskurven bei der zweiten Fokussierungsart. Die vierte Gruppe G₄ ist die nachgeschaltete Relaislinsengruppe.

Bei der ersten Fokussierungsart, bei der allein die erste Gruppe verschoben wird, wenn sich der Objektabstand von unendlich auf den kleinen Abstand ändert, ändern sich sphärische Aberration, Astigmatismus und Bildfeldkrümmung sämtlich im negativen Sinn und werden dem Betrag nach größer. Wenn der Objektabstand kleiner als ein gewisser Abstand wird, dann kehren sich die Tendenzen von Astigmatismus und Bildfeldkrümmung um, und beide ändern sich in positiven Sinn, während die sphärische Aberration weiterhin allmählich und monoton im negativen Sinn zunimmt. Im Gegensatz hierzu werden, wenn die zweite Gruppe als einzige zum Objekt hin verschoben wird, sowohl Astigmatismus als auch Bildfeldkrümmung stark negativ. Demgemäß kehren sich die Tendenzen des Astigmatismus und der Bildfeldkrümmung durch die erste Fokussierungsart, und bis zu einer Stellung, bei der sie zu der Aberrationsgrößenordnung zurückkehren, bevor die erste Gruppe axial verschoben wird, oder einer Stellung, bei der sie hiergegen etwas positive Werte annehmen, wird die erste Gruppe G₁ allein bewegt. Ist ein Fokussieren auf einen noch kleineren Abstand zu bewerkstelligen, dann geschieht dies in der zweiten Fokussierungsart, bei der die zweite Gruppe G₂ ebenfalls verschoben wird, wodurch bis auf einen sehr kleinen Abstand fokussiert werden kann, ohne daß Astigmatismus und Bildfeldkrümmung nachteilig groß werden. Es wurde gefunden, daß sich bei dieser zweiten Fokussierungsart die sphärische Aberration nicht so stark ändert und ein Anwachsen der verschiedenen Aberrationen minimiert werden kann.

Zusätzlich zu dieser vorteilhaften Aberrationskorrektur ist der erfindungsgemäße Objektivaufbau auch dahingehend vorteilhaft, daß eine Verringerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand vermieden werden kann, die sonst bei Nahaufnahmnen auftreten würde. Bei der ersten Fokussierungsart, bei dem die sammelnde erste Gruppe zum Objekt hin bewegt wird, entfernt sich die Auftreffstelle eines Hauptstrahls mit großem Bildwinkel auf die erste Gruppe allmählich von der optichen Achse und geht schließlich über den freien Durchmesser der ersten Gruppe hinaus, so daß eine Verringerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand verursacht wird. Deshalb ist es bei der ersten Fokussierungsart, die bisher üblicherweise angewandt wurde, notwendig, die freie Öffnung des Objektivs zu erhöhen, um eine Abschwächung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand zu verhindern. Um die Objektivöffnung trotzdem klein zu halten wurde bisher die Abschwächung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand in Kauf genommen oder die Fokussierentfernung auf einen gewissen größeren Objektabstand begrenzt oder die Brennweite der ersten Gruppe verringert. Im Gergensatz hierzu wird erfindungsgemäß die Brechkraft der ersten Gruppe geeignet erhöht, und es wird die zweite Fokussierungsart eingeführt, bei der zusätzllich zur ersten Gruppe die zerstreuende zweite Gruppe zum Objekt hin bewegt wird, wodurch der Auftreffpunkt des Hauptstrahls für den maximalen Bildwinkel bei dem kleinen Objektabstand auf die erste Gruppe in relativ kleinem Abstand von der optischen Achse gehalten werden kann mit dem Ergebnis, daß eine Abnahme der der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand vermieden wird und der Durchmesser der ersten Gruppe so klein wie möglich gemacht werden kann, wodurch Nahaufnahmen auch für sehr kleine Objektabstände mit guter Bildqualität ermöglicht werden.

Eine solche Verringerung des freien Durchmessers der ersten Gruppe gemäß der Erfindung sein nachstehend für das erste Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen verschiedenen Fokussierungsarten, um zu zeigen, wie sich die Einfallshöhe des auf die erste Gruppe unter dem maximalen Bildwinkel einfallenden Hauptstrahls bei einer Änderung des Objektabstandes bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Brennweite f=80 bis 200, relative Öffnung 1 : 4,0 ändert).

In Fig. 2 repräsentiert die Ordinate die Einfallshöhe eines unter dem maximalen Bildwinkel auf die erste Gruppe einfallenden Hauptstrahls, wobei die Einfallshöhe ausgedrückt ist als ein auf die Einfallshöhe h ∞ bei Einstellung auf den Objektabstand unendlich normierter Wert. Auf der Abszisse ist der Objektabstand aufgetragen, und zwar ausgedrückt als der Wert des Verhältnisses von kleinster Objektivbrennweite fw zum Objektabstand R.

Für die nachstehende Beschreibung seien die Änderung im Hauptebenenabstand zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe gleich ΔD₁ und die Änderung im Hauptebenenabstand zwischen der zweiten Gruppe und der dritten Gruppe ΔD₂. Dann ist ΔD₁/ΔD₂=∞, wenn der Verschiebeweg der zweiten Gruppe zum Objekt hin gleich Null ist im Vergleich zum Verschiebeweg der ersten Gruppe zum Objekt hin, und es gilt weiterhin ΔD₁/ΔD₂=0, wenn der Verschiebeweg der zweiten Gruppe gleich dem der ersten Gruppe ist. Sonach kann die Bedingung der zweiten Fokussierungsart ausgedrückt werden durch den Wert von ΔD₁/ΔD₂, und in Fig. 2 zeigen die Kurve a die Änderung für ΔD₁/ΔD₂=∞, die Kurve b die Änderung für ΔD₁/ΔD₂=1 und die Kurve C die Änderung für ΔD₁/ΔD₂=0. Außerdem zeigt die Gerade d den Einfallsort des Randstrahls von einem unendlich entfernten Objekt auf die Achse und stellt die Größe des freien Durchmessers der ersten Gruppe dar, die zum Aufrechthalten einer vorbestimmten Lichtstärke des Objektivs erforderlich ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, nimmt wenn die zweite Gruppe überhaupt nicht bewegt wird und das Fokussieren nur durch die erste Gruppe bewerkstelligt wird (Kurve a), die Einfallshöhe des Hauptstrahls mit abnehmendem Objektabstand stark zu; und um ein Fokussieren auf ein Objekt bei einem Abstand, der kleiner als der Schnittpunkt A mit der Geraden d in Fig. 2 ist, zu ermöglichen, muß der freie Durchmesser der ersten Gruppe größer sein als der zum Aufrechthalten der vorbestimmten Beleuchtungsstärke erforderliche. Wenn der freie Durchmesser nicht größer gemacht wird, nimmt die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand ab und es tritt Vignettierung auf. Demgemäß kann, wenn die zweite Gruppe nicht verschoben wird, ein Fokussieren nur bis zum Objektabstand R=810 entsprechend dem Punkt A ausreichend bewerkstelligt werden. Im Gegensatz hierzu wird bei der zweiten Fokussierungsart (Kurve B) die zweite Gruppe zusätzlich zur ersten Gruppe gegenüber einem Objekt bewegt, das in einem Abstand kleiner als ein vorbestimmter Objektabstand R=1010 gelegen ist, wie dieses durch den Punkt P in Fig. 2 dargestellt ist. Für die Verschiebung der beiden Gruppen gilt dabei ΔD₁/ΔD₂=1, so daß ein ausreichendes Fokussieren bis zu R=680 entsprechend dem Punkt B in Fig. 2 möglich ist, ohne daß der freie Durchmesser größer zu machen wäre. Man sieht auch, daß im Falle ΔD₁/ΔD₂=0 (Kurve c) ein Fokussieren auf einen noch näheren Objektabstand bewerkstelligt werden kann, während die Objektivöffnung minimiert werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ein Fokussieren bis zu einem kleineren Objektabstand möglich, wobei der freie Durchmesser der ersten Gruppe bei einem erforderlichen Minimum gehalten werden kann. Damit aber auch eine Korrektur der oben erwähnten Änderungen der einzelnen Aberrationen gut bewerkstelligt werden kann, ist es wünschenswert, daß folgende Bedingungen erfüllt sind:

Hierin bedeuten:

D₁ die Änderung des Abstandes zwischen den Hauptebenen von erster und zweiter Gruppe,
D₂ die Änderung des Abstandes zwischen den Hauptebenen von zweiter und dritter Gruppe,
fw die kleinste Objektivbrennweite
f₁ die Brennweite der ersten Gruppe
D₂ den Abstand der Hauptebenen zwischen zweiter und dritter Gruppe für den Objektabstand unendlich bei Einstellung der kleinsten Brennweite und
γ das Brennweitenverhältnis f_max/f_min.

Die Bedingungen seien nachstehend im einzelnen erläutert.

Bedingung (1) schreibt den optimalen Bereich für das Verhältnis der Verschiebewege der ersten und der zweiten Gruppe für sehr kleine Objektabstände vor.

Wenn die obere Grenze von Bedingung (1) überschritten wird, hat der Hauptstrahl beim maximalen Bildwinkel einen zu großen Abstand von der optischen Achse und es tritt eine Abschattung der Apertur und damit eine Verringerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand auf. Wird dabei versucht, die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand beizubehalten, dann wird der freie Durchmesser der ersten Gruppe G₁ sehr groß.

Wenn andererseits die untere Grenze dieser Bedingung unterschritten wird, werden Astigmatismus und Bildfeldkrümmung übermäßig groß im negativen Sinn, die Abbildungsleistung verschlechtert sich daher merklich.

Bedingung (2) ist das Verhältnis von Brechkraft der ersten Gruppe G₁ zur Brechkraft des ganzen Objektivs bei der kleinsten Brennweite und schreibt vor, welche Brechkraft von der ersten Gruppe erzeugt wird.

Wenn die obere Grenze von Bedingung (2) überschritten wird, wird die Brechkraft der ersten Gruppe G₁ groß, es wird daher schwierig, die einzelnen Aberrationen in der ersten Gruppe zu korrigieren. Wenn insbesondere Nahaufnahmen nur durch Fokussieren mit der ersten Gruppe G₁ bewerkstelligt werden, werden auf der langbrennweitigen Seite die Änderungen von sphärischer Aberration und Astigmatismus übermäßig groß im Vergleich zu dem Fall der Einstellung auf den Objektabstand unendlich, was nachteilig ist. Auch muß ein vorbestimmtes Brennweitenverhältnis f_max/f_min erhalten werden. Der verkleinerte Hauptebenenabstand zwischen den betroffenen Gruppen muß daher kompensiert werden durch Vergrößern der Brechkraft jeder Gruppe des Varioteils, so daß die Korrektur der Linsenfehler wiederum schwierig wird. Wenn andererseits die untere Grenze dieser Bedingung unterschritten wird, wird der Verschiebeweg der ersten Gruppe G₁ bei Nahaufnahmen übermäßig groß, wodurch der Objektivtubusaufbau kompliziert wird und auch die Kompaktheit verlorengeht. Generell kommt mit zunehmendem Brennwertenverhältnis f_max/f_min die Eintrittspupille auf der Weitwinkelseite entfernter zu liegen, und Bedingung (3) schreibt den Betrag entsprechend der Einfallshöhe vor, bei der der Hauptstrahl beim maximalen Bildwinkel und beim Objektabstand unendlich die erste Linsenfläche schneidet, und schreibt auch einen geeigneten Lagebereich für die Eintrittspupille vor.

Wenn die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, kommt die Eintrittspupille entfernter zu liegen, und die Einfallshöhe des Hauptstrahls wird größer. Bei Aufnahmen mit sehr kleinen Objektabstand tritt daher eine Abnahme der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand schon bei einer relativ großen Aufnahmeentfernung auf. Wenn andererseits die untere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, dann wird das Brennweitenverhältnis f_max/f_min klein, und auch dieses ist nicht erwünscht.

Beim erfindungsgemäßen Varioobjektiv ist es weiter wünschenswert, daß die zweite Gruppe G₂ von der Objektseite aus in der angegebenen Reihenfolge aufgebaut ist aus einem Kittglied L₂₁ mit drei Linsen und insgesamt negativer Brechkraft, nämlich einer negativen, einer positiven und einer negativen Linse L₂_a, L₂_b und L₂_c, und einem negativen Linsenglied L₂₂, und daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

Hierin bedeuten:

r₆ den Krümmungsradius der vordersten Linsenfläche der zweiten Gruppe G₂,
f₂ die Brennweite der zweiten Gruppe G₂,
f₂₁ und f₂₂ die Brennweiten des negativen Kittgliedes L₂₁ bzw. des negativen Linsengliedes L₂₂ in der zweiten Gruppe
f₂_a, f₂_b und f₂_c die Brennweiten der negativen, der positiven und der negativen Linse L₂_a, L₂_b bzw. L₂_c, die das negative Kittglied L₂₁ bilden, und
v₂_a, v₂_b und ₂_c die Abbezahlen dieser Linsen.

Durch Vorsehen des negativen Kitttripletts L₂₁ aus einer negativen, einer positiven und einer negaitven Linse in der zweiten Gruppe G₂ als der Vergrößerungsänderungsgruppe wird eine gute Korrektur der einzelnen Aberrationen bei der Standardwellenlänge möglich. Ebenso gilt dieses für den Astigmatismus und die Koma insbesondere bei Einstellung auf kurze Brennweite ("Weitwinkel"-Bereich) bei der G-Linie (λ=435,8 nm). Bei den üblichen viergruppigen Tele-Varioobjektiven sind die einzelnen Aberrationen für die Standardwellenlänge in einem gewissen Ausmaß korrigiert worden, die Änderung der chromatischen Aberration bei einer Brennweitenverstellung konnte aber nicht vollkommen korrigiert werden. Im Gegensatz hierzu ist es beim erfindungsgemäßen Objektiv möglich, sowohl die einzelnen Aberrationen bei der Standardwellenlänge als auch die bei der Brennweitenänderung auftretende Änderung der chromatischen Aberration dadurch gut auszugleichen, daß das negative, vordere Kittglied in der zweiten Gruppe aus drei miteinander verkitteten Linsen aufgebaut ist. Das heißt, es ist zwar bekannt, eine Kittfläche zur Korrektur der chromatischen Aberration vorzusehen, damit aber die Änderungen der Aberrationen bei der Standardwellenlänge und die Änderung der chromatischen Aberration bei einer Brennweitenänderung in gut ausgeglichenem Zustand korrigiert werden können, ist es bei einem Varioobjektiv dieses Typs höchst wirksam, das oben beschriebene Kittglied insbesondere für die zweite Gruppe G₂ vorzusehen, und es handelt sich dabei nicht lediglich um ein Hinzufügen einer Kittfläche. Durch die Hinzufügung dieser Kittfläche r₇ wird ein Aberrationskorrektur- Freiheitsgrad in der zweiten Gruppe gewonnen. In der nächsten Kittfläche r₈ ist daher die Korrektionslast für die chromatische Aberration reduziert und es ist möglich, einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Bildfehlerkorrektur zu erzeugen, so daß man sich auf die Korrektion von Koma und Astigmatismus bei der Standardwellenlänge konzentrieren kann. Im Ergebnis erhält man ein Varioobjektiv, das gute optische Abbildungseigenschaften im gesamten Einstellbereich und auch von unendlich bis zu Nahaufnahmen beibehält. Insbesondere wird durch den beschriebenen Aufbau der zweiten Gruppe G₂ die Abbildungsleistung beim Objektabstand unendlich als auch bei Nahaufnahmen stark verbessert, mit dem Ergebnis, daß auch Nahaufnahmen ermöglicht werden. Im einzelnen ist auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Kittfläche r₇, die von der negativen Linse L₂_a und der positiven Linse L₂_b gebildet ist, der Brechzahlunterschied bei der Standardwellenlänge nicht sonderlich groß gemacht worden, wohl aber der Dispersionsunterschied, während auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kittfläche r₈, die von der positiven Linse L₂_b und der negativen Linse L₂_c gebildet ist, der Brechzahlunterschied für die Standardwellenlänge positiv groß gemacht ist. Bei der ersten Kittfläche r₇ wird die chromatische Aberration korrigiert, ohne die Änderungen der Aberrationen bei der Standardwellenlänge zu verstärken und die Korrektur der chromatischen Aberration an der zweiten Kittfläche r₈ ist ebenfalls möglich, wobei gleichzeitig Koma und Astigmatismus insbesondere auf der kurzbrennweitigen Seite bei der g-Linie korrigiert sind. Bei der zweiten Kittfläche r₈ wird auch die negative Bildfeldkrümmung hauptsächlich im langbrennweitigen Bereich korrigiert und gleichzeitig die Koma reduziert.

Bedingung (4) dient zur Minimierung der Bildebenen-Durchbiegung, wenn die zweite Gruppe G₂ zusammen mit der ersten Gruppe zum Objekt hin bei der zweiten Fokussierungsart erfindungsgemäß bewegt wird, so daß die Bildebene stets ortsfest bleibt. Wenn die untere Grenze dieser Bedingung unterschritten wird, wird die vorderste Linsenfläche r₆ in der zweiten Gruppe zum Objekt hin konvex, die einzelnen Aberrationen verschlechtern sich daher bei Nahaufnahmen auf der langbrennweitigen Seite, und ein Durchbiegen der Bildebene auf der kurzbrennweitigen Seite wird ebenfalls merklich. Umgekehrt wird, wenn die Krümmung der vordersten Linsenfläche r₆ über die obere Grenze dieser Bedingung hinaus stärker wird, die Verzeichnung auf der kurzbrennweitigen Seite so groß, daß es schwierig wird, die von einer Brennweitenänderung herrührende Änderung der Verzeichnung zu korrigieren.

Bedingungen (5) und (6) dienen zum Ausgleich der Korrektur der chromatischen Aberration bei gutem Korrektionszustand der einzelnen Aberrationen bei der Standardwellenlänge, insbesondere der von einer Brennweitenänderung herrührenden Schwankung der Koma. Dieses geschieht durch die zwei Kittflächen in der zweiten Gruppe G₂. Bedingung (5) befaßt sich mit der ersten Kittfläche r₇, die zum Objekt hin durchgebogen und von der negativen Linse L₂_a und der positiven Linse L₂_b gebildet ist, während Bedingung (6) sich mit der zweiten, zum Bild hin durchgebogenen Kittfläche r₈ befaßt, die durch die positive Linse L₂_b und die negative Linse L₂_c gebildet ist. Für die Korrektion der chromatischen Aberration ist es vorteilhaft, daß die erste Kittfläche r₇ zum Objekt hin konvex ist, dieses ist aber nicht sonderlich wirksam zur Korrektur der Koma. Da andererseits die zweite Kittfläche zur Bildseite konvex ist, entsteht hierdurch zwar eine chromatische Aberration, aber diese Kittfläche ist zur Korrektion der Koma wirksam. Wenn die oberen Grenzen der Bedingungen (5) und (6) überschritten werden, wird der Farblängsfehler zu stark positiv insbesondere auf der langbrennweitigen Seite, und der Farbvergrößerungsfehler wird auf der kurzbrennweitigen Seite übermäßig negativ, und diese Fehler werden beide unterkorrigiert, da die zweite Gruppe G₂ negative Brechkraft besitzt. Wenn die unteren Grenzen dieser Bedingungen unterschritten werden, wird der Farblängsfehler übermäßig negativ auf der langbrennweitigen Seite, und wird der Farbvergrößerungsfehler zu groß auf der kurzbrennweitigen Seite, die Achromatisierung der zweiten Gruppe G₂ wird daher übermäßig.

Bei der auf die zweite Gruppe G₂ folgenden dritten und vierten Gruppe G₃ bzw. G₄ können der Farblängsfehler und der Farbvergrößerungsfehler nur im gleichen Sinn korrigiert werden. Es ist daher notwendig, daß ein geeigneter Ausgleich des Farblängsfehlers und des Farbvergrößerungsdifferenz in der zweiten Gruppe G₂ durch die Bedingungen (5) und (6) aufrechterhalten bleibt. Wenn die Achromatisierung nur durch die zweite Kittfläche r₈ bewerkstelligt wird, werden chromatischer Astigmatismus und chromatische Koma auf der kurzbrennweitigen Seite erzeugt, und wenn andererseits die Achromatisierung nur durch die erste Kittfläche r₇ bewerkstelligt wird, dann kann zwar die chromatische Aberration zu einem gewissen Ausmaß korrigiert werden, es wird aber schwierig, die Koma und Bildfeldkrümmung bei der Standardwellenlänge insbesondere bei mittleren bis langen Brennweiten zu korrigieren. Deshalb sind, wie in Bedingungen (5) und (6) angegeben ist, zwei Kittflächen in der zweiten Gruppe erforderlich.

Nachstehend sind einige Objektive der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Das erste erfindungsgemäße Objektiv ist ein Varioobjektiv einer Brennweite von f=80-195,5 und einer relativen Öffnung von 1 : 4,0. Die nachstehende Tabelle 1 gibt die Objektivdaten wieder und die nachstehende Tabelle 2 zeigt die Brennweite auf der kurzbrennweitigen Seite jeder Linsengruppe, die Anordnung jeder Linsengruppe bezüglich des Hauptebenenabstandes bei Aufnahmen mit kurzer und sehr kurzer Objektentfernung sowie der Parameter für den grundsätzlichen Objektivaufbau. Die Art und Weise, in der die Einfallshöhe des Hauptstrahls bei Aufnahmen mit kurzer und sehr kurzer Objektentfernung beeinträchtigt wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 3 zeigt den Linsenaufbau bei Einstellung auf die kürzeste Brennweite. Fig. 4 zeigt den Korrektionszustand für den Objektabstand unendlich, und Fig. 5 zeigt den Korrektionszustand beim Objektabstand R=998. Fig. 6 bis 8 zeigen den Korrektionszustand beim Objektabstand R=680, wobei Fig. 6 den Korrektionszustand wiedergibt, wenn die Fokussierung nur durch Verschieben der ersten Gruppe G₁ bewerkstelligt wird, während Fig. 7 und 8 den Korrektionszustand wiedergeben, wenn die erste und die zweite Gruppe zum Objekt hin entsprechend den Bedingungen ΔD₁/ΔD₂=1 bzw. ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben werden.

Bei dem ersten Objektiv ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, ein Fokussieren entsprechend ΔD₁/ΔD₂=1 für die Aberrationskorrektur am wünschenswertesten. Dieses entspricht dem Fokussiersystem entsprechend Kurve b in Fig. 2. Jedoch werden auch andere Fokussiersysteme praktisch ausreichen, wenn sie innerhalb der angegebenen Bereiche der erwähnten Bedingungen liegen.

Tabelle 2

f₁=121.6054
f₂=-37.3837
f₃=94.0667
f₄=112.5229
h∞=-16.243
fw/f₁=0,658
D₂γ/fw=0.945
f₂/r₆=0.125

(In den vorstehenden Tabellen ebenso in den nachfolgenden Tabellen und in den Ansprüchen ist der dezimale Nullpunkt nicht wie üblich mit einem Komma sondern mit einem Punkt bezeichnet).

Das zweite Objektiv ist ein Varioobjektiv einer Brennweite von f=71,8-204 und einer relativen Öffnung von 1 : 4,0. Sein Brennweiten-Verhältnis f_max/f_min beträgt etwa 3. Die nachstehende Tabelle 3 gibt die numerischen Daten des Objektivs wieder, und Tabelle 4 entspricht in ihrem Inhalt dem der Tabelle 2. Die Linsen-Anordnung ist praktisch mit der von Fig. 3 identisch und deshalb nicht dargestellt. Fig. 9 zeigt wie Fig. 2 die Beziehung zwischen Objektabstand und der Höhe des auf die erste Linsenfläche beim zweiten Objektiv einfallenden Hauptstrahls. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, kommt, weil das Varioobjektiv größer wird, die Einfallshöhe des Hauptstrahls auf die erste Linsenfläche beim Objektabstand unendlich auf der Weitwinkelseite von der optischen Achse weiter entfernt zu liegen, daher tritt bei Aufnahmen mit sehr kleinem Objektabstand eine Randabschattung der Apertur auf, es ist deshalb notwendig, die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand und das optische Abbildungsverhalten durch ein Makrosystem entsprechend der vorliegenden Erfindung beizubehalten. Man sieht, daß das Nahaufnahmenfokussiersystem entsprechend Kurve C in Fig. 9 vom Standpunkt eines kompakten Aufbaus her am wünschenswertesten ist. Fig. 10 zeigt den Korrektionszustand beim Objektabstand unendlich. Fig. 11 zeigt den Korrektionszustand für den Objektabstand R=1208, Fig. 12 zeigt den Korrektionszustand für R=598, wenn nur die erste Gruppe verschoben wird, und Fig. 13 und 14 zeigen den Korrektionszustand für den Objektabstand R=449. Fig. 13 und 14 zeigen den Korrektionszustand, wenn die erste und die zweite Gruppe zur Objektseite hin entsprechend den Bedingungen ΔD₁/ΔD₂=1 und ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben worden sind.

Tabelle 4

f₁=116.0000
f₂=-33.0000
f₃=86.0000
f₄=108.0000
h∞=-18.407
fw/f₁=0.6189
D₂γ/fw=1.211
f₂/r₆=0.0771

Das dritte Objektiv ist ein Varioobjektiv einer Brennweite von f=200-400 und einer relativen Öffnung von 1 : 4,0. Die nachstehende Tabelle 5 gibt die numerischen Objektivdaten wieder, und die nachstehende Tabelle 6 zeigt die den grundsätzlichen Aufbau des Objektivs beschreibenden Parameter.

Fig. 15 zeigt den Objektivaufbau bei der kleinsten Brennweite f=200 und bei Entfernungseinstellung unendlich. Fig. 16 zeigt wie Fig. 2 und 9 einen Vergleich zwischen den Einfallshöhen des Hauptstahls und Fig. 17 zeigt den Korrektionszustand beim Objektabstand unendlich. Fig. 18 zeigt den Korrektionszustand beim Objektabstand R=2.500. Fig. 19 bis 21 zeigen den Korrektionszustand bei bewirkter Fokussierung bei sehr kleinen kurzen Objektabständen (R=1.400). Fig. 19 zeigt den Korrektionszustand, wenn die Fokussierung durch Verschieben nur der ersten Gruppe zum Objekt hin bewerkstelligt worden ist, und Fig. 20 und 21 zeigen den Korrektionszustand, wenn die erste und die zweite Gruppe zum Objekt hin entsprechend den Bedingungen ΔD₁/ΔD₂=1 bzw. ΔD₁/ΔD₂=0 verschoben worden sind. Dieses entspricht den Kurven a, b bzw. c in Fig. 16.

Beim dritten Objektiv ist die Verringerung der Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand sehr klein, und dieses ist sehr vorteilhaft. Wie aus Fig. 20 und 21 ersichtlich ist, ist es am wünschenswertesten, die Linsengruppen entsprechend der Kurve c in Fig. 16 zu verschieben.

Tabelle 6

f₁=274.6520
f₂=-80.2756
f₃=200.0000
f₄=220.0000
h∞=-25.966
fw/f₁=0.728
D₂γ/fw=0.666
f₂/r₆=0.219

Man sieht aus den dargestellten Korrektionszuständen für jedes Objektiv, daß bei Fokussierung auf ein Objekt beim kleinsten Objektabstand mit Hilfe einer Verschiebung nur der ersten Gruppe der Astigmatismus beträchtlich wird und das Bildfeld stark positiv gekrümmt ist, während bei der zweiten Fokussierungsart, bei dem die zweite Gruppe in vorbestimmter Beziehung ebenfalls verschoben wird, die einzelnen Aberrationen gut korrigiert bleiben. Darüberhinaus kann bei der zweiten Fokussierungsart eine Einstellung auf sehr kleine Objektabstände bewerkstelligt werden, ohne daß die Apertur der vordersten Linse vergrößert werden müßte, wie dieses aus Fig. 2, 9 und 16 ersichtlich ist.

Erfindungsgemäß können also Varioobjektive bereitgestellt werden, die nicht nur ausgezeichnete Abbildungsleistung bei normalen Aufnahmen haben, sondern auch kontinuierlich auf Objekte von unendlich bis auf einen kleinen Objektabstand fokussiert werden können, wobei die freie Öffnung der vordersten Linse klein bleibt, so daß das gesamte Objektiv kompakt wird.

Claims

1. Varioobjektiv mit, von der Objektseite aus in der angegebenen Reihenfolge,

- einer ersten Fokussierlinsengruppe positiver Brechkraft (G₁),
- einem Variator negativer Brechkraft (G₂),
- einem Kompensator positiver Brechkraft (G₃),
- einer Relaislinsengruppe positiver Brechkraft (G₄),
- wobei der Variator und der Kompensator relativ zueinander zur Brennweitenänderung und zum Halten der Bildebene in einer vorbestimmten Lage bewegbar sind,
gekennzeichnet durch
- Mittel zum durchgehenden Bewegen der Fokussierlinsengruppe (G₁) in Richtung zum Objekt hin über den gesamten Scharfeinstellbereich bei der Fokussierung des Objektivs von großen zu kleinen Objektabständen, und
- Mittel zum Bewegen des Variator (G₂) gleichzeitig und gleichsinnig mit der Fokussierlinsengruppe (G₁) über den Scharfeinstellbereich, bei dem der Objektabstand kleiner ist als ein vorgegebener Objektabstand (Nahbereich).

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Bedingung bei einer Fokussierung auf die besagten kleineren Objektabstände worin bedeuten:
ΔD₁ die Änderung des Abstands zwischen den Hauptebenen von Fokussierlinsengruppe (G₁) und Variator (G₂) und
ΔD₂ die Änderung des Abstands zwischen den Hauptebenen von Variator (G₂) und Kompensator (G₃).

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Bedingungen worin bedeuten:
fw die minimale Objektivbrennweite,
f₁ die Brennweite der Fokussierlinsengruppe (G₁),
D₂ der Abstand zwischen den Hauptebenen von Variator (G₂) und Kompensator (G₃) bei Einstellung auf die minimale Objektivbrennweite und dem Objektabstand Unendlich und
γ das Brennweitenänderungsverhältnis f_max/f_min.

4. Varioobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator (G₂) von der Objektseite aus in der angegebenen Reihenfolge aufgebaut ist aus

- einem Kittglied (L₂₁) mit einer negativen, einer positiven und einer negativen Linse (L₂_a, L₂_b)t, L₂_c), die miteinander verkittet sind und insgesamt negative Brechkraft besitzen, und
- einem negativen Linsenglied (L₂₁).

5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch weiterhin folgende Bedingungen: worin bedeuten:
r₆ den Krümmungsradius der vordersten Linsenfläche des Variators (G₂)
f₂ die Brennweite des Variators
f₂₁ und f₂₂ die Brennweiten des negativen Kittglieds (L₂₁) bzw. des negativen Linsenglieds (L₂₂) im Variator,
f₂_a, f₂_b und f₂_c die Brennweiten der negativen, der positiven bzw. der negativen Linse (L₂_a, L₂_b, L₂_c), die das negativer Kittglied (L₂₁) bilden, und v₂_a, v₂_b bzw. v₂_c die Abbezahlen dieser drei Linsen.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Daten: worin bedeuten:
r₁, r₂, . . . die Krümmungsradien aufeinanderfolgender Linsenflächen,
d₁, d₂, . . . die Dicken bzw. Luftabstände aufeinanderfolgender Linsen,
n₁, n₂ . . . und v₁, v₂, . . . die Brechzahlen bzw. Abbezahlen der einzelnen Linsengläser, sämtlich von der Objektseite aus fortlaufend durchnumeriert, und Bf die bildseitige Schnittweite.

7. Varioobjektiv nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Daten: worin bedeuten:
r₁, r₂, . . . die Krümmungsradien aufeinanderfolgender Linsenflächen,
d₁, d₂, . . . die Dicken bzw. Luftabstände aufeinanderfolgender Linsen,
n₁, n₂ . . . und v₁, v₂, . . . die Brechzahlen bzw. Abbezahlen der einzelnen Linsengläser, sämtlich von der Objektseite aus fortlaufend durchnumeriert, und Bf die Schnittweite.

8. Varioobjektiv nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Daten: worin bedeuten:
r₁, r₂, . . . die Krümmungsradien aufeinanderfolgender Linsenflächen,
d₁, d₂, . . . die Dicken bzw. Luftabstände aufeinanderfolgender Linsen,
n₁, n₂ . . . und v₁, v₂, . . . die Brechzahlen bzw. Abbezahlen der einzelnen Linsengläser, sämtlich von der Objektseite aus fortlaufend durchnumeriert, und Bf die Schnittweite.