DE3322640C2 - - Google Patents
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- G02B15/144113—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having four groups only the first group being positive arranged +-++
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Description
Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv mit einer ersten,
positiven Linsengruppe, einer zweiten, negativen
Linsengruppe, einer dritten, positiven Linsengruppe und
einer vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppe unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind. Derartige
Varioobjektive werden bei Kleinbild-Spiegelreflexkameras
verwendet, insbesondere als Wechselobjektive für einäugige
Kleinbild-Spiegelreflexkameras.
Weitwinkel-Varioobjektive, Standard-Varioobjektive und
Tele-Varioobjektive werden heute in sehr breitem Umfang
verwendet. Um den Anforderungen der Benutzer gerecht zu
werden, hat man in der jüngsten Vergangenheit eine
zunehmende Anzahl von Varioobjektiven auf den Markt
gebracht, die im Bereich vom Weitwinkel- bis zum
Halbtelebereich und vom Halbweitwinkel- bis zum
Telebereich liegen. Jedoch sind nur wenige Varioobjektive
bekannt, deren Brennweitenänderungsbereich von einem
Bildfeld von ungefähr 77° bis zu einem Bildfeld von
ungefähr 18° reicht und dabei eine gute Abbildungsleistung
aufweist sowie kompakt ist. Derartige Varioobjektive
werden durch Bewegen des gesamten Objektives fokussiert, um
einen zu großen Durchmesser der Frontlinse zu verhindern,
den man bei Fokussierung mit der vorderen Linsengruppe
erhielte. Alternativ erfolgt die Fokussierung durch ein
anderes optisches Teilsystem als durch die vordere
Linsengruppe; zur Korrektur ist dann ein komplizierter
Mechanismus erforderlich, woraus eine schwierige
Herstellung des Objektivs resultiert.
Beispielsweise offenbart die US-PS 42 99 454 ein
Varioobjektiv, das einen Brennweitenänderungsbereich hat,
der von einem Weitwinkel-Bildfeld bis zu einer großen
Brennweite reicht. Dieses Objektiv hat jedoch die
folgenden Nachteile zu verzeichnen. Die Vergleiche
zwischen dem Varioobjektiv entsprechend der Erfindung und
dem Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 werden dabei im
Zusammenhang mit einäugigen Kleinbild-Spiegelreflexkameras
gemacht.
- (a) Bei dem Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 können verschiedene Aberrationen nicht kompensiert werden. Insbesondere beträgt die sphärische Aberration am Tele-Ende des Brennweitenänderungsbereiches nahezu 1 bis 3 mm, bezogen auf eine Brennweite von ca. 125 mm. Entsprechend der Erfindung liegt die sphärische Aberration, bezogen auf in etwa dieselbe Brennweite, am Ende des Telebereiches bei nahezu 0,2 bis 0,3 mm. Das Objektiv gemäß der US-PS 42 89 454 ist somit insofern wesentlich schlechter korrigiert.
- (b) Die Abmessungen des Varioobjektivs nach der US-PS 42 99 454 sind für ein Wechselobjektiv der genannten Kameras auf dem Markt nicht mehr annehmbar, und zwar liegt der Durchmesser der vorderen Linse des Varioobjektivs der US-PS 42 99 454 im Bereich von nahezu 75 bis 80 mm. Andererseits liegt entsprechend der Erfindung der Durchmesser der vorderen Linse des Varioobjektivs bei nahezu 65 mm, was für ein Wechselobjektiv in der praktischen Verwendung annehmbar ist.
- (c) Beim Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 ist die Beleuchtungsstärke am Bildfeldrand sehr klein oder in einigen Beispielen der US-PS 42 99 454 Null, obwohl der Frontlinsendurchmesser, wie unter (b) ausgeführt wurde, groß ist. Sogar wenn die Randdicken der Linsen möglichst klein gemacht würden, während die Bildfeldgröße bei 24 × 36 mm gehalten würde, würde die Beleuchtungsstärke bei dem Objektiv der US-PS 42 99 454 immer noch unzureichend sein. Dies bedeutet, daß es schwierig wäre, das Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 praktisch einzusetzen.
- (d) Aus den vorstehenden Gründen wäre es beim Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 unmöglich, eine Fokussierung durch Verschieben der Frontlinsengruppe durchzuführen. Daher müßte die Fokussierung durch Bewegen des ganzen Objektivs erfolgen, worin ein ernsthafter Nachteil für dieses Varioobjektiv zu sehen ist. Andererseits kann beim Objektiv nach der Erfindung eine Fokussierung durch Bewegen der Frontlinsengruppe zufriedenstellend und leicht durchgeführt werden, um ein praktisches Fokussieren über einen kurzen Abstand zu erzielen.
Enstprechend der vorstehenden Beschreibung kann beim
Varioobjektiv der US-PS 42 99 454 die Veränderung der
Brennweite vorgenommen werden, allerdings ist dies
schwierig zu realisieren.
Aus der DE-OS 31 08 898 ist ein Varioobjektiv mit vier
Linsengruppen bekannt, dessen vierte Linsengruppe eine
objektseitige positive Linse und eine bildseitige negative
Linse aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich
zum Stand der Technik kompaktes und hinsichtlich der
Bildfehler, vor allem hinsichtlich der sphärischen
Aberration und Vignettierung, gut korrigiertes
Varioobjektiv zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Ausbildung des
Varioobjektivs der eingangs genannten Art mit den im
kennzeichnenden Teil eines der Patentansprüche 1 bis 5
aufgeführten Datentabellen gelöst.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand der in
den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten
Objektive näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 1,
Fig. 2-5 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen
dieses Objektivs, wobei Fig. 2 die bei der
kleinsten Brennweite, Fig. 3 bei einer ersten
Zwischenbrennweite, Fig. 4 bei einer zweiten
Zwischenbrennweite und Fig. 5 bei der größten
Brennweite zeigt,
Fig. 6 eine Ansicht eines zweiten Objektivs gemäß
Anspruch 2,
Fig. 7-10 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen
dieses Objektivs, wobei Fig. 7 die Aberrationen
bei der kleinsten Brennweite, Fig. 8 bei einer
ersten Zwischenbrennweite, Fig. 9 bei einer
zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 10 bei der
größten Brennweite zeigt,
Fig. 11 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 3,
Fig. 12-15 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen
dieses Objektivs, wobei Fig. 12 die
Aberrationen der kleinsten Brennweite, Fig. 13
bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 14
bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 15
bei der größten Brennweite zeigt,
Fig. 16 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 4,
Fig. 17-20 Diagramme mit der Darstellung der Aberrationen
dieses Objektivs, wobei Fig. 17 die
Aberrationen bei der kleinsten Brennweite, Fig. 18
bei einer ersten Zwischenbrennweite, Fig. 19
bei einer zweiten Zwischenbrennweite und Fig. 20
bei der größten Zwischenbrennweite zeigt,
Fig. 21 eine Ansicht eines Objektivs gemäß Anspruch 5
und
Fig. 22-25 Diagramm mit der Darstellung der Aberrationen
dieses Objektivs, wobei Fig. 22 die
Aberrationen bei der kleinsten Brennweite, Fig. 23
und 24 bei einer ersten und zweiten
Zwischenbrennweite und Fig. 25 bei der größten
Brennweite zeigt.
Die erfindungsgemäßen Varioobjektive umfassen eine erste
Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite
Linsengruppe negativer Brechkraft, eine dritte
Linsengruppe positiver Brechkraft und eine vierte
Linsengruppe positiver Brechkraft. Die Linsengruppen 1-4
werden unabhängig voneinander bewegt, um die Brennweite
des Objektivs zu verändern. Die Varioobjektive genügen den
folgenden Bedingungen:
- (1) 0,25 F W < F I < 0,45 F W
(2) 1,65 < n IV
(3) 1,2 f BW < f BT < 0,95 f BM worin jeweils bedeuten:F W die minimale Brennweite des Objektivs,
F I die Brennweite der ersten Linsengruppe,
n IV die durchschnittliche Brechzahl für die d-Linie der die vierte Linsengruppe bildenden Linsen,
f BW und f BT jeweils die hintere Schnittweite in der Weitwinkel- und der Telestellung und
f BM die hintere Schnittweite bei Einstellung auf das 0,78fache der maximalen Objektivbrennweite.
Das Varioobjektiv genügt weiterhin den folgenden
Bedingungen:
- (4) (n₂ + n₃)/2 < 1,75
(5) ν₇-ν₆ < 10
(6) n L < 1,8 worin bedeuten:n₂ und n₃ die Brechzahlen der zweiten und dritten Linsen für die d-Linie,
ν₆ und ν₇ die Abb´-Zahl der sechsten und siebten Linsen für die d-Linie und
n L die Brechzahl der an der hintersten Stelle der vierten Linsengruppe befindlichen negativen Linse für die d-Linie.
Die Varioobjektive genügen ferner der folgenden Bedingung:
- (7) 1,8 < n IVn worin n IVn die durchschnittliche Brechzahl der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe für die d-Linie ist.
Die Bedingung (1) bezieht sich auf das Fokussieren,
welches durch Bewegen der vorderen Linsengruppe (erste
Linsengruppe) entsprechend der Erfindung bewirkt wird.
Wenn die Brennweite F I größer als die obere Grenze wäre,
dann würde der Abstand, über den sich die zu fokussierende
Linsengruppe bewegen sollte, vergrößert und der
Durchmesser der Frontlinse würde vergrößert, um eine
ausreichende kleinste Brennweite aufrechtzuerhalten. Wenn
die Brennweite F I kleiner wäre als die untere Grenze,
dann würde das Objektiv kompakter. Allerdings würde die
sphärische Aberration im Telebereich vergrößert. Bei den
existierenden Glasmaterialien würde die erste Linsengruppe
eine verstärkte chromatische Aberration im Telebereich
erzeugen, was nicht leicht korrigiert werden könnte.
Vorzugsweise kann die Bedingung (1) weiterhin durch die
Bedingung (1′) begrenzt sein:
0,28 F W < F I < 0,4 F W
Die Bedingung (2) betrifft den Mittelwert der Brechzahlen
der Linsen der vierten Linsengruppe. Um einen großen
Brennweitenänderungsbereich, der bis in den
Weitwinkelbereich reicht, zu erhalten, wird der
Durchmesser des Strahlenbündels vergrößert, welches durch
die vierte Linsengruppe gelangt und im mittleren
Telebereich und im Telebereich konvergiert. Es würde daher
extrem schwierig, die sphärische Aberration zu reduzieren,
die in der vierten Linsengruppe erzeugt wird. Viele
Varioobjektive mit sehr großem Brennweitenänderungsbereich
waren bisher verfügbar und hatten eine reduzierte relative
Öffnung im mittleren Telebereich bis zum Telebereich.
Entsprechend der Erfindung behält das Varioobjektiv eine
ausreichende relative Öffnung im mittleren Telebereich und
im Telebereich selbst. Diesbezüglich ist es von Bedeutung,
daß die sphärische Aberration, welche durch die vierte
Linsengruppe erzeugt wird, so klein wie möglich gemacht
wird. Wenn die mittlere Brechzahl n IV in der Bedingung
(2) kleiner würde als die untere Grenze, dann würden die
Krümmungsradien der Linsen der vierten Linsengruppe auf
den Mittelwert reduziert und die sphärische Aberration der
vierten Linsengruppe würde größer werden, und zwar mit dem
Ergebnis, daß es schwierig sein würde, ein Varioobjektiv
auszubilden, welches dieselbe relative Öffnung im
Telebereich hat, wie dies die Erfindung anstrebt.
Wenn ein Varioobjektiv mit sehr großem
Brennweitenänderungsbereich, der bis zum Weitwinkelbereich
reicht, entsprechend der Erfindung als optisches System
mit vier Linsengruppen geschaffen wird, die unabhängig
voneinander bewegbar sind, können sich die Linsengruppen
beim Verändern der Brechkraft frei bewegen. Die Bedingung
(3) bezieht sich auf die zur Verbesserung der
Aberrationskorrektur erforderliche Bewegung der vierten
Linsengruppe.
Wenn die vierte Linsengruppe nicht so bewegt wird, daß die
hintere Schnittweite f BT größer gemacht wird als die
untere Grenze der Bedingung, würde es notwendig sein, die
Brechkraft der zweiten Linsengruppe zu vergrößern und
ebenso die Anzahl der Linsen derselben, um einen sehr
großen Brennweitenänderungsbereich zu erhalten und den
Erfordernissen der Erfindung zu genügen. Wenn die Anzahl
der Linsen der zweiten Linsengruppe vergrößert würde, dann
könnte der Durchmesser der vorderen Linsengruppe nicht
reduziert werden, woraus eine Zunahme der Kosten
resultieren würde.
Wenn in der vierten Linsengruppe die hintere Schnittweite
f BT größer gemacht würde als die obere Grenze, würde die
vierte Linsengruppe zu stark vignettieren, um die relative
Öffnung aufrechtzuerhalten, welche durch die Objektive der
Erfindung erzielt wird. Es würde so schwierig, die
sphärische Aberration zu korrigieren.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung genügt das
Varioobjektiv der Erfindung den zuvor angegebenen
Bedingungen (1), (2) und (3) und genügt zudem den
folgenden Bedingungen:
- (4) (n₂ + n₃)/2 < 1,75
(5) ν₇-ν₆ < 10
(6) n L < 1,8
Die Bedingung (4) bezieht sich auf die mittlere Brechzahl
der beiden positiven Linsen, die ein Teil der ersten
Linsengruppe bilden, welche als fokussierende Linsengruppe
verwendet wird. Wenn der Wert (n₂ + n₃)/2 kleiner
würde als 1,75, so würden die Krümmungsradien der zweiten
und dritten Linse unter der Bedingung ziemlich klein, daß
die Brennweite der ersten Linsengruppe bei einem Wert
gehalten wird, welcher im Hinblick auf das Verschieben der
ersten Linsengruppe für die Fokussierung durch die
Bedingung (1) definiert wird, um die Gesamtobjektivlänge
klein zu halten. Als Resultat ergeben sich Fehler
hinsichtlich der Abbildungsleistung des Objektivs.
Bevorzugt wird die Bedingung (4) begrenzt auf die
Bedingung (4′), nämlich (n₂ + n₃)/2 < 1,77.
Die Bedingung (5) definiert einen Unterschied in der
Abb´-Zahl zwischen der positiven sechsten Linse und der
negativen siebten Linse, welche in der zweiten
Linsengruppe ein Kittglied bilden. Wenn der Wert
(ν₇-ν₆) kleiner würde als 10, würde es schwierig
sein, die Veränderung der chromatischen Aberration im
gesamten Objektiv eines großen Varioverhältnisses, auf das
die vorliegende Erfindung bezogen ist, zu unterdrücken.
Die Bedingung (6) definiert die Brechzahl der negativen
Linse, die sich an der Endlage der vierten Linsengruppe
befindet. Wenn der Wert n L kleiner würde als 1,8, so
würde der Krümmungsradius übermäßig klein, so daß der
Astigmatismus über den gesamten Variobereich bemerkenswert
und die spezifische Aberration auf der Teleseite
bemerkenswert wäre. Bevorzugt wird die Bedingung (6)
eingeschränkt auf die Bedingung (6′), n L < 1,85.
Die vierte Linsengruppe der Erfindung setzt sich zusammen
aus einer oder mehreren positiven Linsen, einer einzelnen
negativen Linse, deren Fläche mit kleinerem
Krümmungsradius objektivseitig liegt, einem positiven
Linsenglied, das eine oder mehrere positive Linsen umfaßt,
einer einzelnen negativen Linse, deren Fläche mit
kleinerem Krümmungsradius bildseitig liegt, zwei oder
mehreren positiven Linsen und einer einzelnen negativen
Linse, deren Fläche mit kleinerem Krümmungsradius
objektseitig liegt.
Schließlich genügen die erfindungsgemäßen Objektive noch
der folgenden Bedingung:
- (7) 1,8 < n IVn worin n IVn die mittlere Brechungszahl der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe für die d-Linie ist.
Die Bedingung (7) ist auf die mittlere Brechzahl für die
d-Linie der drei negativen Linsen der vierten Linsengruppe
gerichtet. Wenn die mittlere Brechzahl n IVn kleiner wäre
als die untere Grenze, dann würden die Krümmungsradien
dieser negativen Linsen klein, und zwar mit der Folge, daß
der Astigmatismus im gesamten Variobereich und die
sphärische Aberration im Telebereich stärker wären. Daher
kann die erfindungsgemäß angestrebte ausreichende relative
Öffnung im Telebereich nicht erzielt werden, ohne daß der
Bedingung (7) genügt wird. Bei den erfindungsgemäßen
Objektiven ist sogar die Bedingung (7′), 1,82 < n IVn ,
erfüllt.
Bei den Objektiven gemäß den Patentansprüchen 1 bis 5
haben die für die oben angeführten Bedingungen relevanten
Parameter folgende Werte:
Beim Objektiv nach Anspruch 1:
F I = 0,31 F W
n IV = 1,702
f BT = 0,91 f BM = 1,54 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 19,1
n L = 1,883
n IVn = 1,841
n IV = 1,702
f BT = 0,91 f BM = 1,54 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 19,1
n L = 1,883
n IVn = 1,841
Beim Objektiv nach Anspruch 2:
F I = 0,32 F W
n IV = 1,696
f BT = 0,89 f BM = 1,58 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,773
ν₇-ν₆ = 15,4
n L = 1,883
n IVn = 1,841
n IV = 1,696
f BT = 0,89 f BM = 1,58 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,773
ν₇-ν₆ = 15,4
n L = 1,883
n IVn = 1,841
Beim Objektiv nach Anspruch 3:
F I = 0,31 F W
n IV = 1,757
f BT = 0,75 f BM = 1,43 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n L = 1,883
n IV = 1,757
f BT = 0,75 f BM = 1,43 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n L = 1,883
Beim Objektiv nach Anspruch 4:
F I = 0,37 F W
n IV = 1,717
f BT = 0,85 f BM = 1,40 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n L = 1,883
n IV = 1,717
f BT = 0,85 f BM = 1,40 f BW
(n₂ + n₃)/2 = 1,806
ν₇-ν₆ = 14,6
n L = 1,883
Beim Objektiv nach Anspruch 5:
F I = 0,30 F W
n IV = 1,698
f BT = 0,94 f BM = 1,59 f BW
n IVn = 1,857
n IV = 1,698
f BT = 0,94 f BM = 1,59 f BW
n IVn = 1,857
Darin sowie in den Datentabellen der Patentansprüche
bezeichnen F die Brennweite, r den Krümmungsradius einer
Linse, d die Linsendicke oder den Luftabstand zwischen den
Linsen, n die Brechzahl einer Linse für die d-Linse und
ν die Abb´-Zahl einer Linse für die d-Linie.
Claims (5)
1. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven
Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe,
einer dritten, positiven Linsengruppe und einer
vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppen unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten:
Brennweitenbereich F etwa 28,8-132
1. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven
Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe,
einer dritten, positiven Linsengruppe und einer
vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppen unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten:
Brennweitenbereich F etwa 28,8-132
3. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven
Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe,
einer dritten, positiven Linsengruppe und einer
vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppen unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten:
Brennweitenbereich F etwa 28,8-132
4. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven
Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe,
einer dritten, positiven Linsengruppe und einer
vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppen unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten:
Brennweitenbereich F etwa 28,8-132
5. Varioobjektiv mit einer ersten, positiven
Linsengruppe, einer zweiten, negativen Linsengruppe,
einer dritten, positiven Linsengruppe und einer
vierten, positiven Linsengruppe, wobei diese
Linsengruppen unabhängig voneinander zur
Brennweitenänderung bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende
Konstruktionsdaten:
Brennweitenbereich F etwa 28,8-132
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=26377894
Family Applications (1)
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