DE3832107A1

DE3832107A1 - Tele-zoom-linsensystem

Info

Publication number: DE3832107A1
Application number: DE3832107A
Authority: DE
Inventors: Jun Hirakawa
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1989-04-06
Also published as: JPS6479719A; US4836663A

Description

Die Erfindung betrifft ein photographisches Zoom-Linsensystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Tele-Zoom-Linsensystem mit einer Viergruppen-Zusammensetzung, welches einfach und kompakt in der Ausführung ist und welches dennoch gute Leistung mit einem Zoom-Verhältnis von etwa 4 erzielt.

Ein Tele-Zoom-Linsensystem, welches von der Objektivseite her aus einer positiven, einer negativen, einer positiven und einer positiven Linsengruppe (Gesamtheit von vier Linsengruppen) zusammengesetzt ist und welches ein hohes Zoom-Verhältnis liefert durch Bewegung aller Linsengruppen, ist bekannt und beispielsweise in den japanischen ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldungen Nr. 78 319/1985 und 1 33 916/1986 beschrieben. Diese Art von Linsensystem hat den Vorteil, daß es in der Lage ist, ein großes Zoom-Verhältnis zu schaffen im Vergleich zu einem Zoom-Linsensystem der sogenannten Viergruppenart, bei welchem der Zoom-Effekt erhalten wird durch Bewegung der negativen bzw. zweiten Linsengruppe und der positiven bzw. dritten Linsengruppe als Variator bzw. Kompensator. Jedoch ist es bei einem Linsensystem, bei welchem der Zoom-Effekt hervorgerufen wird durch Bewegung aller Linsengruppen weiterhin erforderlich, während des Fahrens den Blendenschlag zu bewegen, was zu dem Nachteil führt, daß der Blendenanschlag- Mechanismus kompliziert wird.

Andererseits wird der Blendenanschlag-Mechanismus nicht kompliziert, wenn die vierte Linsengruppe ortsfest ist. Jedoch ist bei einer solchen Art eines Zoom-Linsensystems der Blendenanschlag im hinteren Teil (d. h. im Bereich der vierten Linsengruppe) des Linsensystems anzuordnen und eine Verbesserung der Linsenleistung und eine Gewährleistung, daß ausreichendes Randlicht vorhanden ist, wenn das System angehalten ist, können nicht erhalten werden, wenn nicht der Durchmesser der Frontlinse vergrößert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen. Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Tele-Zoom-Linsensystem mit einer Zusammensetzung aus vier Gruppen zu schaffen, welches in der Lage ist, ein hohes Zoom-Verhältnis zu liefern, ohne die Komplexität des Blendenanschlag-Mechanismus zu erhöhen, und welches dennoch von kompakter Ausführung ist, ohne daß die Leistung beeinträchtigt wird. Der genannte Zweck und andere Zwecke der Erfindung werden erreicht durch ein Tele-Zoom-Linsensystem, welches, ausgehend von der Seite des Objektivs, zusammengesetzt ist aus einer ersten Linsengruppe, die positive Brechkraft hat, einer zweiten Linsengruppe, die negative Brechkraft hat, einer dritten Linsengruppe, die positive Brechkraft hat zusammen mit einem Blendenanschlag, der vorgesehen ist für Einstellung der Lichtmenge, und einer vierten Linsengruppe, die positive Brechkraft hat und aus einer Linseneinheit IV A, die positive Brechkraft hat, und einer Linseneinheit IV B besteht, die negative Brechkraft hat. Bei diesem Linsensystem wird das Fahren ausgeführt durch Bewegen der ersten, der zweiten und der vierten Linsengruppe entlang der optischen Achse, während die dritte Linsengruppe ortsfest bleibt, wobei eine Scharfeinstellung bzw. ein Fokussieren erhalten wird durch Bewegen der ersten Linsengruppe entlang der optischen Achse. Außer durch diese Merkmale ist ein Linsensystem gemäß der Erfindung gekennzeichnet dadurch, daß es den nachstehenden Bedingungen genügt:

1.3 < |Δ D _(I-II) f _II| < 3,0, f_II < 0 (1)
0.1 < Δ D _(III-IV)/f _IV < 0,5 (2)
0.5 < f _{IV A}/f _IV < 0,8 (3)

Während der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann durch Schaffung der oben beschriebenen strukturellen Merkmale, ist eine bevorzugte Ausführungsform derart ausgeführt, daß die Linseneinheit IV A in der vierten Linsengruppe aus einer einzigen positiven Linse zusammengesetzt ist, die eine stark konvexe Fläche hat, welche in Richtung zur Objektivseite gerichtet ist und der nachstehenden Bedingung genügt:

ν _{IV A} < 60 (4)

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Linseneinheit IV B in der vierten Linsengruppe, gesehen von der Objektivseite aus, aus einer positive Linse, die eine stark konvexe Fläche hat, welche in Richtung zur Objektivseite gerichtet ist, einer bikonkaven negativen Linse und einer positiven Linse zusammengesetzt, die eine stark konvexe Fläche hat, welche in Richtung zur Objektivseite gerichtet ist, wobei die nachstehenden Bedingungen erfüllt sind:

N _{IV Bn} < 1,75 (5)
ν _{IV Bp} < 50 (6)

Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform sind die erste und vierte Linsengruppe während des Fahrens gemeinsam bewegbar.

Die in den Bedingungen (1) bis (6) verwendeten Symbole haben die nachstehenden Definitionen:
Δ D _(I-II):
die Änderung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe während des Fahrens,
f _II:
die Brennlänge der zweiten Linsengruppe,
Δ D _(III-IV):
die Änderung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe während des Fahrens,
f _IV:
die Brennlänge der vierten Linsengruppe,
f _{IV A}:
die Brennlänge der Linseneinheit IV A,
ν _{IV A}:
die Abb-Zahl der einzigen positiven Linse, aus welcher die Linseneinheit IV A ausgeführt ist,
N _{IV Bn}:
der Brechnungsindex an der d-Linie der negativen Linse in der Linseneinheit IV B, und
ν _{IV Bp}:
Die Abb-Zahl jeder der positiven Linsen in der Linseneinheit IV b.

Mit einem Zoom-Linsensystem gemäß der Erfindung wird ein hohes Zoom-Verhältnis erreicht durch Bewegen der ersten und der zweiten Linsengruppe während des Fahrens. Zusätzlich wird auch die vierte Linsengruppe bewegt, und dies spielt die Rolle eines Kompensators, während ein Zoom-Effekt bzw. Fahreffekt erzielt wird.

Da die dritte Linsengruppe, die den Blendenanschlag aufweist, ortsfest ist, hat das Linsensystem gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß der Mechanismus des Blendenanschlags nicht kompliziert wird. Gleichzeitig ist diese Anordnung in hohem Ausmaß günstig für den Zweck, hohe Linsenleistung zu gewährleisten und wirksamen Durchgang von Randlicht zu gewährleisten, wenn die Blende angehalten ist, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in welchem der Blendenanschlag in der vierten Linsengruppe angeordnet ist.

Die Bedingungen, denen das Zoom-Linsensystem gemäß der Erfindung genügen soll, werden nachstehend beschrieben.

Die Bedingung (1) bestimmt das Verhältnis der Änderung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe während des Fahrens (d. h. die Änderung des Abstandes vom Objektiv zur zweiten Linsengruppe) zur Brennlänge der zweiten Linsengruppe. Diese Bedingung soll erfüllt sein, um ein hohes Zoom-Verhältnis zu erreichen. Wenn Δ D _(I-II) sich auf einen Wert verringert, daß die untere Grenze der Bedingung (1) nicht erreicht wird, oder wenn f _II zu groß wird, als daß die erforderliche Kraft oder Energie der zweiten Linsengruppe erreicht werden kann, kann ein gewünschtes hohes Zoom-Verhältnis nicht erhalten werden. Wenn Δ D _(I-II) auf einen solchen Wert erhöht wird, daß die obere Grenze der Bedingung (1) überschritten wird, kann ein kompaktes Gesamtsystem nicht erhalten werden. Wenn f _II unangemessen klein ist, treten beim Fahren unerwünscht große Aberrationsänderungen auf.

Die Bedingung (2) bestimmt das Verhältnis der Änderung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe während des Fahrens zur Brennlänge der vierten Linsengruppe. In anderen Worten ausgedrückt, gibt diese Bedingung den Bereich an, über welchen die vierte Linsengruppe relativ zur ortsfesten dritten Linsengruppe und der erforderlichen Schnittweite bewegt werden kann. Wenn der Bereich, über welchen die vierte Linsengruppe bewegt werden kann, auf einen unangemessen hohen Wert eingestellt wird (d. h., wenn die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten wird), vergrößert sich die Größe des Gesamtlinsensystems, was dem Zweck entgegensteht, ein kompaktes System zu erhalten. Wenn der Bereich, über welchen die vierte Linsengruppe bewegt werden kann, zu klein ist, oder wenn die Brennweite der vierten Linsengruppe zu groß oder lang gemacht wird (d. h., wenn die untere Grenze der Bedingung (2) nicht erreicht wird), kann zufriedenstellende Kompensation der Brennpunktposition nicht erhalen werden, ohne auf die erste und die zweite Linsengruppe zurückzugreifen. Um eine Kompensation für die Brennpunktposition mittels der ersten und der zweiten Linsengruppe zu erhalten, muß die Strecke, über welche diese Linsengruppen bewegt werden, verlängert werden, was wiederum dem Zweck entgegensteht, ein kompaktes System zu verwirklichen.

Die Bedingung (3) betrifft die Energieverteilung in der vierten Linsengruppe, die erforderlich ist, um sie mit einer kompakten Tele-Zusammensetzung zu versehen. Wenn dieser Bedingung genügt wird, wird es leichter, den Wert D _(III-IV) in der Bedingung (2) zu gewährleisten, wodurch ein Beitrag zur Verwirklichung eines kompakten Gesamtsystems geliefert wird. Wenn die Energieverteilung in der vierten Linsengruppe derart unbalanciert ist, daß die untere Grenze der Bedingung (3) nicht erreicht wird, tritt in der Linseneinheit IV A vergrößerte chromatische Aberration auf. Zusätzlich wird es erforderlich, die negative Kraft oder Energie der Linseneinheit IV B zu erhöhen, und die sich ergebende Verringerung der Petzval-Summe führt zu einer erhöhten Möglichkeit des Auftretens von Feldkrümmung. Wenn die obere Grenze der Bedingung (3) überschritten wird, kann die vierte Linsengruppe nicht kompakt ausgeführt werden, und ein Versuch, den Wert Δ D _(III-IV) in der Bedingung (2) zu gewährleisten, führt zu einer unerwünschten Vergrößerung der Größe des Gesamtlinsensystems.

Die Bedingungen (4) bis (6) sind diejenigen, denen die vierte Linsengruppe genügen sollte, um noch bessere Leistung für das Zoom-Linsensystem gemäß der Erfindung zu erhalten, welches bereits den Bedingungen (1) bis (3) genügt.

Die Bedingung (4) betrifft die Abb-Zahl der Linseneinheit IV A in der vierten Linsengruppe, die erforderlich ist, um zufriedenstellende Kompensation für chromatische Aberration zu erzielen, selbst wenn die Linseneinheit IV A aus einer einzigen Linse gebildet ist. Die Linseneinheit IV A hat eine positive Kraft der vierten Linsengruppe und trägt zur Verwirklichung eines kompakten Gesamtsystems bei, wie es durch die Bedingung (3) angezeigt ist. In erwünschter Weise wird jede chromatische Aberration, die sich in der Linseneinheit IV A entwickelt, in zufriedenstellender Weise mit Bezug auf die Linseneinheit IV B kompensiert. Es kann, um diesem Erfordernis zu genügen, möglich sein, die Linseneinheit IV A mit zwei achromatischen Linsen bilden zu müssen, jedoch wird in mehr bevorzugter Weise die Linseneinheit IV A aus einer einzigen positiven Linse gebildet, die aus einem optischen Material hergestellt ist, welches eine große Abb-Zahl hat. Der Bedingung (4) muß genügt werden, um die Linseneinheit IV A aus einer einzigen positiven Linse zusammensetzen zu können und sie dennoch mit zufriedenstellender Leistung zu versehen. Wenn die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird, tritt große chromatische Aberration auf und es wird schwierig, die Linseneinheit IV A aus einer einzigen Linse zu bilden. Durch Verwendung eines optischem Materials, welches der Bedingung (4) genügt, kann die Linseneinheit IV A aus einer einzigen positiven Linse gebildet werden, die eine stark konvexe Fläche hat, welche zur Objektseite gerichtet ist.

Die Bedingungen (5) und (6) bestimmen den Bereich von optischen Materialien, die verwendet werden sollen, um die Linseneinheit IV B der vierten Linsengruppe zu bilden. Wie durch die Bedingung (3) angegeben, ist die vierte Linsengruppe eine Tele-Linsengruppe, und die Linseneinheit IV B hat eine starke negative Brechkraft. Ein Problem, welches sich bei dieser starken negativen Kraft oder Energie ergibt, besteht darin, daß die Ebenheit der Bildebene beeinträchtigt wird durch die Verringerung der Petzval-Summe, wodurch die Möglichkeit vergrößert wird, daß chromatische Aberration auftritt. Um dieses Problem zu vermeiden, muß die negative Linse in der Linseneinheit IV B aus einem optischen Material gebildet werden, welches einen hohen Brechungsindex hat, so daß die Petzval-Summe auf einem geeigneten Wert gehalten wird. Für die positiven Linsen in der Einheit IV B ist es weiterhin erforderlich, daß sie aus einem optischen Material gebildet werden, welches eine ausreichend kleine Abb-Zahl hat, um eine wirksame Kompensation für chromatische Aberration zu haben, die in der negativen Linse auftreten kann. Durch Bildung der Linseneinheit IV B aus einem optischen Material, welches den Bedingungen (5) und (6) genügt, kann wirksame Kompensation für Feldkrümmung und chromatische Aberration erhalten werden. Wenn diesen Bedingungen nicht genügt wird, wird es schwierig, zufriedenstellende Aberrationskompensation über den gesamten Fahrbereich zu gewährleisten.

Bei der Erfindung werden die erste und die vierte Linsengruppe in erwünschter Weise während des Fahrens gemeinsam bewegt, weil, wenn diese beiden Linsengruppen während des Fahrens gemeinsam bewegt werden können, während die dritte Linsengruppe ortsfest ist, die Zusammensetzung des Linsentubus in großem Ausmaß vereinfacht werden kann, indem lediglich ein Nockenmechanismus für die zweite Linsengruppe vorgesehen zu sein braucht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1, 3 und 5 sind vereinfachte Querschnittansichten der Zoom-Linsensysteme in der Weitwinkelposition der Beispiele 1, 2 bzw. 3 gemäß der Erfindung, wobei die Bewegung der einzelnen Linsengruppe während des Fahrens ebenfalls dargestellt ist.

Fig. 2A, 4A und 6A sind graphische Darstellungen der Aberrationskurven, die in der Weitwinkelposition der Zoom-Linsensysteme erhalten sind, welche gemäß dem Beispiel 1, 2 bzw. 3 ausgeführt sind.

Fig. 2B, 4B und 6B sind graphische Darstellungen der Aberrationskurven, die in der Mittelwinkelposition der Zoom-Linsensysteme erhalten sind, welche gemäß dem Beispiel 1, 2 bzw. 3 ausgeführt sind.

Fig. 2C, 4C und 6C sind graphische Darstellungen der Aberrationskurve, die in der Kleinwinkelposition der Zoom-Linsensysteme erhalten sind, welche gemäß dem Beispiel 1, 2 bzw. 3 ausgeführt sind.

Nachstehend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, die vereinfachte Querschnittansichten der Zoom-Linsensysteme zeigen, die bei diesen Beispielen hergestellt worden sind, sowie graphische Darstellungen der Aberrationskurven zeigen, die mit diesen Linsensystemen erhalten worden sind. Die Zoom-Linsensysteme gemäß der Erfindung verwenden eine einfache Zusammensetzung und ein einfaches Bewegungsverfahren (Fahrweise), wobei sie dennoch zufriedenstellende Leistungen mit Zoom-Verhältnissen von etwa 4 erzielen. Die in den Daten aufstellungen in den Beispielen 1 bis 3 verwendeten Symbole haben die nachstehend angegebene Bedeutung.

F _NO: Öffnungsverhältnis,
f: Brennweite,
ω: halber Betrachtungswinkel,
f _B: Schnittweite,
r: Krümmungsradius einer einzelnen Linsenfläche,
d: Abstand zwischen Linsenflächen,
N: Brechungsindex an der d-Linie einzelner Linsen, und
n: Abb-Zahl einer einzelnen Linse.

Beispiel 1

F _NO = 1 : 4.1 ∼ 5.2 ∼ 5.7
f = 72.16 ∼ 150.00 ∼ 290.00
ω = 17.1° ∼ 8.1° ∼ 4.2°
f _B = 53.08 ∼ 72.29 ∼ 81.64

Beispiel 2

F _NO = 1 : 4.1 ∼ 5.2 ∼ 5.7
f = 72.17 ∼ 150.00 ∼ 290.00
ω = 17.0° ∼ 8.1° ∼ 4.2°
f _B = 47.00 ∼ 65.90 ∼ 74.60

Beispiel 3

F _NO = 1 : 4.1 ∼ 5.2 ∼ 5.8
f = 72.17 ∼ 150.00 ∼ 290.00
ω = 17.0° ∼ 8.1° ∼ 4.2°
f _B = 46.88 ∼ 65.66 ∼ 74.45

Claims

1. Tele-Zoom-Linsensystem, dadurch gekennzeichnet, daß es von der Objektivseite aus gesehen, folgendes umfaßt:
eine erste Linsengruppe I mit einer positiven Brechkraft, eine zweite Linsengruppe II mit einer negativen Brechkraft, eine dritte Linsengruppe III mit einer positiven Brechkraft zusammen mit einem Blendenanschlag, der vorgesehen ist für Einstellung der Lichtmenge, und eine vierte Linsengruppe IV, die positive Brechkraft hat und die aus einer Linseneinheit IV A mit positiver Brechkraft, und einer Linseneinheit IV B mit negativer Brechkraft besteht, wobei das Fahren (zooming) des Linsensystems ausgeführt wird durch Bewegen der ersten, der zweiten und der vierten Linsengruppe entlang der optischen Achse (während die dritte Linsengruppe ortsfest ist) und das Fokussieren ausgeführt wird durch Bewegen der ersten Linsengruppe entlang der optischen Achse, und wobei das Linsensystem dadurch charakterisiert ist, daß es den nachstehenden Bedingungen genügt: 1.3 < |Δ D _(I-II) f _II| < 3,0, f_II < 0 (1)
0.1 < Δ D _(III-IV)/f _IV < 0,5 (2)
0.5 < f _{IV A}/f _IV < 0,8 (3)worin
Δ D _(I-II):
die Änderung des Abstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe während des Fahrens,
f _II:
die Brennlänge der zweiten Linsengruppe,
Δ D _(III-IV):
die Änderung des Abstandes zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe während des Fahrens,
f _IV:
die Brennlänge der vierten Linsengruppe, und
f _{IV A}:
die Brennlänge der Linseneinheit IV A bedeuten.

2. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinheit IV A in der vierten Linsengruppe aus einer einzigen positiven Linse besteht, die eine stark konvexe Fläche hat, welche zur Objektivseite gerichtet ist, wobei die Linsen der folgenden Bedingungen genügt: μ _{IV A} < 60 (4)worin
μ _{IV A}:
die Abb-Zahl der einzigen positiven Linse der Linseneinheit IV A ist.

3. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linseneinheit IV B in der vierten Linsengruppe, von der Objektivseite aus gesehen, eine positive Linse mit einer stark konvexen Fläche, die zur Objektivseite gerichtet ist, eine bikonkave negative Linsen und eine positive Linse aufweist, die eine stark konvexe Fläche hat, die zur Objektivseite gerichtet ist, wobei sie den nachstehenden Bedingungen genügt: N _{IV Bn} < 1,75 (5)
ν _{IV Bp} < 50 (6)worin
N _{IV Bn}: der Brechungsindex an der d-Linie der negativen Linsen in der Linseneinheit IV B, und
ν _{IV Bp}:
die Abb-Zahl jeder der positiven Linsen in der Linseneinheit IV B bezeichnet.

4. Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die vierte Linsengruppe während des Fahrens gemeinsam bewegbar sind.