DE3803484C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannte Varioobjektive, die jeweils ein Bildfeld von etwa 2×6° bis 2×18° und eine relative Öffnung von etwa 1 : 4 bis 1 : 5,6 haben, sind in den japanischen Offenlegungssschriften 12614/81 und 126819/81 beschrieben.
Jedes dieser Linsensysteme ist ein Varioobjektiv mit vier Linsengruppen, und die jeweiligen Linsengruppen sind für vier verschiedene Funktionen verantwortlich, nämlich für Fokussieren, Brennweitenänderung, Kompensation der Änderung der Bildebenenlage und Übertragen des Bildes. Andererseits hat diese Anordnung den Nachteil, daß zur Verkürzung der Gesamtlänge des Objektives die Brechkräfte der einzelnen Linsengruppen erhöht werden müssen, wodurch verschiedene Aberrationen nicht mehr zufriedenstellend kompensiert werden können.
Ein Varioobjektiv der eingangs genannten Art, also mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, ist aus der DE 32 13 910 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Varioobjektiv der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein Bildfeld von 2×6° bis 2×17° und eine relative Öffnung von etwa 1 : 4 bis 1 : 5,6 aufweist und vergleichsweise gut korrigiert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Bedingungen (1) bis (8) des Patentanspruchs 1 werden nachfolgend näher erläutert.
Die Bedingungen (1) bis (3) legen die Verteilung der Brechkräfte der ersten bis dritten Linsengruppe fest. Falls die unteren Grenzwerte dieser Bedingungen nicht erreicht werden, so ist dies zwar für die Schaffung eines kompakten Objektivs günstig, aber andererseits werden die Brechkräfte der einzelnen Linsenflächen in solchem Ausmaß erhöht, daß sich leicht Aberrationen höherer Ordnung ergeben, wodurch es schwierig wird, eine ausreichende Aberrationskompensation über den gesamten Bereich der Brennweiten zu erzielen. Werden die oberen Grenzwerte der Bedingungen (1) bis (3) überschritten, so wird die Baulänge des Objektivs zu groß, um die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen.
Die Bedingung (4) gibt den Mittelwert der ν-Werte der Sammellinsen in der ersten Linsengruppe an sowie den ν-Wert der Zerstreuungslinse in der ersten Linsengruppe. Ein so kompaktes Objektiv wie das erfindungsgemäße hat den Nachteil, daß eine erhöhte chromatische Vergrößerungsdifferenz in der Telestellung auftritt. Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit gelöst, indem ein Material gewählt wird, das die Bedingung (4) erfüllt. Falls eine weitere Verbesserung bezüglich des chromatischen Farbvergrößerungsfehlers gewünscht wird, so kann mindestens eine der zwei Sammellinsen in der ersten Linsengruppe aus einem Material hergestellt werden, das eine außergewöhnliche Teildispersion, wie bei den nachstehend aufgeführten Beispielen, aufweist.
Die Bedingung (5) gibt die Anforderung bezüglich des Mittelwertes der Brechzahlen der Linsen an, aus denen die zweite Linsengruppe aufgebaut ist. Ähnlich wie die dritte Linsengruppe ist die zweite Linsengruppe für eine Brennweitenänderung geeignet. Da sie jedoch zwischen der ersten und dritten Linsengruppe liegt, muß ihre Dicke verringert werden, indem die Anzahl der darin verwendeten Linsen so klein wie möglich gemacht wird. Andernfalls läßt sich ein kompaktes System nicht schaffen. Erfindungsgemäß wird der Mittelwert der Brechzahlen der Linsen in der zweiten Linsengruppe verhältnismäßig groß gemacht, um die Verwendung von vier Linsen (ausgehend von der Objektseite: Sammellinse, Zerstreuungslinse, Sammellinse und Zerstreuungslinse) zu gestatten.
In dem bekannten Varioobjektiv der Vier-Gruppen-Bauart besteht die zweite Linsengruppe im allgemeinen aus drei Linsen, ausgehend von der Objektseite aus einer Zerstreuungslinse, einer Zerstreuungslinse und einer Sammellinse. Falls eine ähnliche, drei Linsen aufweisende Anordnung in einem kompakten Dreigruppen-Objektiv der in Frage stehenden Bauart verwendet wird, kann die sphärochromatische Aberration nur schwer kompensiert werden, da sie die Tendenz hat, in der Weitwinkelstellung überkompensiert und in der Telestellung unterkompensiert zu werden. Im Einklang mit der Zusammensetzung der erfindungsgemäß verwendeten zweiten Linsengruppe ist die Bedingung (5) erfüllt, und gleichzeitig sind die beiden Kittflächen so bemessen, daß sie Krümmungsradien aufweisen, die die Bedingung (6) erfüllen. Dies gewährleistet, daß die sphärochromatische Aberration in ausgeglichener Weise über den gesamten Brennweitenbereich kompensiert werden kann.
Die Bedingung (7) gibt die Forderung an, die durch die dritte Linsengruppe bezüglich ihrer Zusammensetzung erfüllt sein muß. Falls Kompaktheit das einzige zu erreichende Ziel wäre, so könnte mit Vorteil ein Telelinsensystem verwendet werden, bei welchem eine dritte Linsengruppe eine Brechkraft auf der Objektseite statt auf der Bildseite aufweist. Jedoch hängt der Aufbau des Objektivs gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu einem Viergruppenobjektivaufbau hinsichtlich der Brennweitenänderung nicht nur von der ersten und zweiten Linsengruppe, sondern auch von der dritten Linsengruppe ab, wodurch es unzweckmäßig wird, eine zu große Brechkraft in der vorderen und der mittleren Untergruppe der dritten Linsengruppe zu konzentrieren. Anders ausgedrückt, falls die Brechkräfte dieser beiden Untergruppen in solchem Umfang verringert werden, daß der untere Grenzwert der Bedingung (7) nicht erreicht wird, läßt sich ein kompaktes Objektiv nicht erzielen, und falls ihre Brechkräfte so weit erhöht werden, daß der obere Grenzwert der Bedingung (7) überschritten wird, treten als Folge der Brennweitenänderung zu starke Änderungen der sphärischen Aberration auf.
Die Bedingung (8) gibt die Forderungen an, denen in Kombination mit jenen der Bedingung (7) Genüge getan werden soll, um eine wirksame Kompensation der chromatischen Vergrößerungsdifferenz über den gesamten Brennweitenbereich zu erreichen. Falls die mittlere Untergruppe der dritten Linsengruppe so nahe an die vordere Untergruppe gebracht wird, daß d₁₇ gleich groß wie oder kleiner als 0,1 fs wird, so tritt eine Unterkompensation der sphärischen Aberration über den gesamten Brennweitenbereich auf, und die negative Brechkraft der hinteren Untergruppe muß erhöht werden, damit die erforderliche Überkompensation mittels dieser Untergruppe erzielt wird. Jedoch erzeugt dies dann eine Überkompensation der chromatischen Vergrößerungsdifferenz. Falls die mittlere Untergruppe gegen die hintere Untergruppe in solchem Ausmaß bewegt wird, daß d₁₇ gleich groß wie oder größer als 0,35 fs wird, so tritt eine Überkompensation der sphärischen Aberration über den gesamten Brennweitenbereich auf, die durch die hintere Untergruppe nicht kompensiert werden kann, ohne eine Unterkompensation der chromatischen Vergrößerungsdifferenz zu verursachen. Falls d₁₉ gleich groß wie oder größer als 0,35 fs wird, kann die erforderliche bildseitige Schnittweite nicht gewährleistet werden. Falls d₁₉ gleich groß wie oder kleiner als 0,1 fs wird, tritt nicht nur eine Unterkompensation der chromatischen Vergrößerungsdifferenz auf, sondern es wird auch die bildseitige Schnittweite zu sehr erhöht, um die Anforderungen bezüglich Kompaktheit zufriedenzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines erfindungsgemäßen Objektivs in der Weitwinkelstellung,
Fig. 2 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 1 in der Weitwinkelstellung,
Fig. 3 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 1 bei Einstellung auf ein mittleres Bildfeld,
Fig. 4 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 1 in der Telestellung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemäßen Objektivs in der Weitwinkelstellung,
Fig. 6 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 5 in der Weitwinkelstellung,
Fig. 7 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 5 bei Einstellung auf ein mittleres Bildfeld,
Fig. 8 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 5 in der Telestellung,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsgemäßen Objektivs in der Weitwinkelstellung,
Fig. 10 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 9 in der Weitwinkelstellung,
Fig. 11 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 9 bei Einstellung auf ein mittleres Bildfeld,
Fig. 12 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 9 in der Telestellung,
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines vierten Beispiels eines erfindungsgemäßen Objektivs in der Weitwinkelstellung,
Fig. 14 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 13 in der Weitwinkelstellung,
Fig. 15 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 13 bei Einstellung auf ein mittleres Bildfeld,
Fig. 16 eine Darstellung von Aberrationskurven des Objektivs gemäß Fig. 13 in der Telestellung.
Die Konstruktionsparameter der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 (Objektive gemäß Fig. 1, 5, 9 und 13) werden in den folgenden Datentabellen angegeben. Darin ist f die Objektivbrennweite, ω ist das halbe Bildfeld, sB ist die bildseitige Schnittweite, rj ist der Krümmungsradius der j-ten Linsenfläche, gezählt von der Objektseite, dj ist der Abstand der (j+1)-ten Linsenfläche von der j-ten Linsenfläche, ni ist die Brechzahl der i-ten Linsenfläche für die d-Linie, νi ist die Abb´sche Zahl der i-ten Linse und Σd ist die Baulänge des Objektivs in der Weitwinkelstellung.
Beispiel 1
1 : 3,9 - 1 : 4,7 - 1 : 5,7
f = 72,30 - 135,00 - 203,49
2ω = 2 × 17,1° - 2 × 8,9° - 2 × 5,9°
sB = 39,88 - 51,88 - 68,36
(1) fI/fs = 1,394
(2) |fII|/fs = 0,417
(3) fIII/fs = 0,459
(4) (ν₁ + ν₃)/2 = 75,9, ν₂ = 25,4
(5) (n₄ + n₅ + n₆ + n₇)/4 = 1,782
(6) r₈ = 0,531 fs
   r₁₁ = 0,450 fs
(7) fIII/fIII₁ = 0,692
   fIII/fIII₂ = 0,613
(8) d₁₇ = 0,236 fs
   d₁₉ = 0,239 fs
   Σd + sB = 142,43
Beispiel 2
1 : 3,9 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7
f = 72,30 - 135,00 - 203,49
2ω = 2 × 17,1° - 2 × 8,9° - 2 × 6,0°
sB = 39,83 - 52,66 - 69,37
(1) fI/fs = 1,383
(2) |fII|/fs = 0,421
(3) fIII/fs = 0,483
(4) (ν₁ + ν₃)/2 = 72,85, ν₂ = 25,4
(5) (n₄ + n₅ + n₆ + n₇)/4 = 1,752
(6) r₈ = 0,425 fs
   r₁₁ = 0,450 fs
(7) fIII/fIII₁ = 0,691
   fIII/fIII₂ = 0,620
(8) d₁₇ = 0,214 fs
   d₁₉ = 0,253 fs
   Σd + sB = 147,8
Beispiel 3
1 : 3,8 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7
f = 72,27 - 135,00 - 203,50
2ω = 2 × 17,0° - 2 × 8,9° - 2 × 5,9°
sB = 38,49 - 51,51 - 67,56
(1) fI/fs = 1,468
(2) |fII|/fs = 0,420
(3) fIII/fs = 0,460
(4) (ν₁ + ν₃)/2 = 72,85, ν₂ = 25,4
(5) (n₄ + n₅ + n₆ + n₇)/4 = 1,768
(6) r₈ = 0,461 fs
   r₁₁ = 0,522 fs
(7) fIII/fIII₁ = 0,692
   fIII/fIII₂ = 0,571
(8) d₁₇ = 0,230 fs
   d₁₉ = 0,260 fs
   Σd + sB = 142,52
Beispiel 4
1 : 3,8 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7
f = 72,30 - 135,01 - 203,55
2ω = 2 × 17,0° - 2 × 8,9° - 2 × 5,9°
sB = 39,62 - 53,92 - 71,27
(1) fI/fs = 1,451
(2) |fII|/fs = 0,419
(3) fIII/fs = 0,462
(4) (ν₁ + ν₃)/2 = 75,9, ν₂ = 25,4
(5) (n₄ + n₅ + n₆ + n₇)/4 = 1,768
(6) r₈ = 0,494 fs
   r₁₁ = 0,492 fs
(7) fIII/fIII₁ = 0,730
   fIII/fIII₂ = 0,668
(8) d₁₇ = 0,281 fs
   d₁₉ = 0,184 fs
   Σd + sB = 142,49

Claims (6)

1. Varioobjektiv, bestehend, von der Objektseite her gesehen, aus
  • (a) einer ersten positiven Linsengruppe mit zwei positiven Linsen und einer negativen Linse,
  • (b) einer zweiten negativen Linsengruppe mit einem ersten negativen Linsenglied aus einer negativen Linse und einer mit dieser verkitteten positiven Linse und einem zweiten negativen Linsenglied und
  • (c) einer dritten positiven Linsengruppe mit
    • - einer vorderen Untergruppe aus einer positiven Linse und einem Kittglied mit einer positiven Linse und einer negativen Linse,
    • - einer mittleren Untergruppe aus einer positiven Linse und
    • - einer hinteren Untergruppe aus einem negativen, meniskusförmigen Linsenglied mit einer konvexen Fläche auf der Bildseite,
  • (d) wobei folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) 1.3 < fI/fs < 1.5 und
    (2) 0.4 < fIII/fs < 0.5,worin bedeuten:
    fs = Objektivbrennweite bei Weitwinkeleinstellung,
    fI = Brennweite der ersten Linsengruppe,
    fIII = Brennweite der dritten Linsengruppe,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • (e) in der ersten Linsengruppe die negative Linse zwischen den positiven Linsen angeordnet ist,
  • (f) in der zweiten Linsengruppe im ersten negativen Linsenglied die negative Linse auf der Objektivseite und die positive Linse auf der Bildseite angeordnet ist,
  • (g) in der zweiten Linsengruppe das zweite negative Linsenglied aus einer negativen Linse auf der Objektseite und einer mit dieser verkitteten positiven Linse besteht,
  • (h) in der hinteren Untergruppe der dritten Linsengruppe das meniskusförmige Linsenglied ein Kittglied aus einer objektseitigen positiven Linse und einer negativen Linse ist,
  • (i) alle drei Linsengruppen zur Brennweitenverstellung gegeneinander verstellbar sind und
  • (j) die folgenden Bedingungen zusätzlich erfüllt sind: (3) 0,37 < |fII|/fs < 0,45
    (4) (ν₁ + ν₃)/2 < 70, ν₂ < 40
    (5) (n₄ + n₅ + n₆ + n₇)/4 < 1,73
    (6) 0,4 fs < r₈ < 0,7 fs,
       0,4 fs < r₁₁ < 0,6 fs
    (7) 0,6 < fIII/fIII₁ < 0,8,
       0,5 < fIII/fIII₂ < 0,7
    (8) 0,1 fs < d₁₇ < 0,35 fs,
       0,1 fs < d₁₉ < 0,35 fsworin ferner bedeuten:
    fII = Brennweite der zweiten Linsengruppe,
    fIII₁ = Brennweite der vorderen Untergruppe der dritten Linsengruppe,
    fIII₂ = Brennweite der mittleren Untergruppe der dritten Linsengruppe,
    νi = Abb´ssche Zahl der i-ten Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her gesehen,
    ni = Brechzahl der i-ten Linse für die d-Linie,
    rj = Krümmungsradius der j-ten Linsenfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her gesehen und
    dj = Abstand der (j+1)-ten Linsenfläche von der j-ten Linsenfläche in der Reihenfolge von der Objektseite her gesehen.
2. Varioobjekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgenden Daten aufweist: 1 : 3,9 -1 : 4,7 - 1 : 5,7
f = 72,30 - 135,00 -203,49
2ω = 2×17,1° - 2×8,9° - 2×5,9°
sB = 39,88 - 51,88 - 68,36
sB = bildseitige Schnittweite)
3. Varioobjekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist:
1 : 3,9 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7 f = 72,30 - 135,00 - 203,49
2ω = 2×17,1° - 2×8,9° - 2×6,0°
sB = 39,83 - 52,66 - 69,37
(sB = bildseitige Schnittweite)
4. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Daten aufweist: 1 : 3,8 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7
f = 72,27 - 135,00 - 203,50
2ω = 2×17,0° - 2×8,9° - 2×5,9°
sB = 38,49 - 51,51 - 67,56
(sB = bildseitige Schnittweite)
5. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgenden Daten aufweist: 1 : 3,8 - 1 : 4,6 - 1 : 5,7
f = 72,30 - 135,01 - 203,55
2ω = 2×17,0° - 2×8,9° - 2×5,9°
sB = 39,62 - 53,92 - 71,27
(sB = bildseitige Schnittweite)
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