DE3918632A1

DE3918632A1 - Teleaufnahme-zoomlinsensystem

Info

Publication number: DE3918632A1
Application number: DE3918632A
Authority: DE
Inventors: Jun Hirakawa
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1989-12-14
Also published as: JPH01310322A; JP2691563B2; US5061053A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fotografisches Zoomlinsensystem, insbesondere auf ein billiges und kompaktes Teleaufnahme-Zoomlinsensystem, das ein Brennweitenverhältnis von etwa 3 besitzt.

Als Stand der Technik sind bisher eine Anzahl von Fernfotografie-Zoomlinsensysteme vorgeschlagen worden, die ein Brennweitenverhältnis in der Größenordnung 3 aufweisen. Beispielsweise beschreibt das Dokument JP-A-60-60 617 (der hier benutzte Ausdruck "JP-A" bedeutet "ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung") eine Ausführungsform, die aus einer kleinen Anzahl von Linsenelementen besteht und billig ist, während das Dokument JP-A-61-2 41 719 eine Ausführungsform beschreibt, die kompakt und kostengünstig ist.

Obwohl die beiden bekannten Ausführungsformen von Zoomlinsensystemen zu niedrigen Kosten erhältlich sein sollen, weisen sie noch Probleme auf. Das in Dokument JP-A-60-60 617 vorgeschlagene Zoomlinsensystem besteht nur aus 11 Elementen, ist aber wegen der angewandten Methode der Brennweitenverstellung etwas ausladend. Im Gegensatz dazu verwendet die in Dokument JP-A-61-2 41 719 vorgeschlagene Ausführungsform ein kompaktes System der Brennweitenverstellung. Jedoch muß, um die Anzahl der Linsenelemente auf eine so kleine Anzahl wie 11 zu verringern, ein optisches Material mit einem hohen Brechungsindex verwendet werden, was mit dem Nachteil gesteigerter Kosten verbunden ist.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Teleaufnahme-Zoomlinsensystem zu schaffen, das sowohl billig als auch kompakt in den Abmessungen ist. Ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Zoomlinsensystems mit einem Brennweitenverhältnis von etwa 3, das weniger Linsenelemente benötigt als die bisherigen Ausführungsformen und das ein billiges optisches Material mit einem niedrigeren Brechungsindex verwendet, aber in den Abmessungen dennoch kompakt und in der Leistung befriedigend ist.

Dieses Ziel der vorliegenden Erfindung kann allgemein durch ein Teleaufnahme-Zoomlinsensystem erreicht werden, das, ausgehend von der Objektseite her, eine erste Linsengruppe I mit einer positiven Brechkraft, eine zweite Linsengruppe II mit einer negativen Brechkraft, und eine dritte Linsengruppe III mit einer positiven Brechkraft besitzt. Dieses Teleaufnahme-Zoomlinsensystem führt die Brennweitenverstellung durch voneinander unabhängiges Verstellen der drei Linsengruppen I, II und III entlang der optischen Achse aus, während das Fokussieren durch Verstellen des ersten Linsensystems I entlang der optischen Achse erfolgt. Im einzelnen besteht die erste Linsengruppe I aus einer ersten Linse, die ein Linsenelement mit negativem Meniskus und einer in Richtung auf das Objekt weisenden konvexen Oberfläche ist, sowie aus einer zweiten Linse, die ein positives Linsenelement mit einer in Richtung auf das Objekt weisenden konvexen Oberfläche mit großer Krümmung ist. Die dritte Linsengruppe III ist im Grundsätzlichen aus einer ersten Linseneinheit IIIa mit einer positiven Brechkraft und einer zweiten Linseneinheit IIIb mit einer positiven oder negativen Brechkraft zusammengesetzt. Das Zoomlinsensystem der vorliegenden Erfindung erfüllt die folgenden zusätzlichen Bedingungen:

darin bedeutet:

: Der Mittelwert der Brechungsindices auf der d-Linie der in der Linseneinheit IIIa enthaltenen positiven Linsen;
Δ D _(I-II): der Änderungsbetrag des Luftlinienabstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe I und II während der Brennweitenverstellung;
f _II: die Brennweite der zweiten Linsengruppe II;
r₂: der Krümmungsradius der Bildseitenoberfläche der ersten Linse der ersten Linsengruppe I;
r₃: der Krümmungsradius der Objektseitenoberfläche der zweiten Linse der ersten Linsengruppe I;
f _I: die Brennweite der ersten Linsengruppe I;
: der Mittelwert der Brechungsindices auf der d-Linie der Linsen, aus denen die zweite Linsengruppe II zusammengesetzt ist;
ν _IIp: die Abbesche Zahl der in der zweiten Linsengruppe II enthaltenen positiven Linse;
ν _IIn: die Abbesche Zahl der in der zweiten Linsengruppe II enthaltenen negativen Linse;
f _III: die Brennweite der dritten Linsengruppe III; und
f _IIIa: die Brennweite der Linseneinheit IIIa.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die zweite Linsengruppe II aus zwei negativen Linsenelementen und einem positiven Linsenelement, während die dritte Linsengruppe III aus einer ersten Linseneinheit IIIa, die aus zwei positiven Linsenelementen und einem negativen Linsenelement besteht, und einer zweiten Linseneinheit IIIb aufgebaut ist, die aus einer positiven Linse und einer negativen Meniskuslinse mit einer in Richtung auf das Bild weisenden konvexen Oberfläche besteht.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor.

Fig. 1 stellt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Zoomlinsensystems nach Beispiel 1 dar, wenn es sich in der Weitwinkelstellung befindet, wobei die allgemeine Art der Linsenbewegung während der Brennweitenverstellung ebenfalls dargestellt ist.

Fig. 3, 5, 7 und 9 stellen vereinfachte Querschnittsansichten des Zoomlinsensystems gemäß den Beispielen 2, 3, 4 und 5 dar, wenn sie sich in der Weitwinkelstellung befinden.

Fig. 2A, 4A, 6A, 8A und 10A stellen Diagramme dar, die die Aberrationskurven in der Weitwinkelstellung des Zoomlinsensystems gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 wiedergeben.

Fig. 2B, 3B, 6B, 8B und 10B stellen Diagramme dar, welche die Aberrationskurven in der Mittelwinkelstellung der Zoomlinsensysteme gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 darstellen, und

Fig. 2C, 4C, 6C, 8C und 10C stellen Diagramme dar, welche die Aberrationskurven in der Schmalwinkelstellung der Zoomlinsensysteme gemäß den Beispielen 1, 2, 3, 4 und 5 darstellen.

Im folgenden werden die Bedingungen beschrieben, die durch das Zoomlinsensystem gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt werden müssen.

Die Bedingung (1) bezieht sich auf das optische Material, aus dem die positiven Linsen der Linseneinheit IIIa mit positiver Brechkraft bestehen. Um einen wirksamen Ausgleich der chromatischen Aberration sicherzustellen, bestehen positive Linsen in einer Linsengruppe mit positiver Brechkraft gewöhnlich aus einem optischen Material einer Kronglasgruppe mit einer großen Abbeschen Zahl. Für einen wirksamen Ausgleich der verschiedenen Aberrationen wie der sphärischen Aberration und der Asymmetriefehler werden höhere Brechungsindices empfohlen. Je größer aber der Brechungsindex ist, umso teurer ist das Kronglas. Das Kronglas darf aber gemäß der Forderung nach niedrigen Kosten nicht zu teuer sein. Um einen Kompromiß zwischen diesen Begrenzungen zu schaffen, wird die Bedingung (1) postuliert. Ein optisches Material mit einem höheren Brechungsindex zu verwenden als der in der Bedingung (1) definierten Obergrenze ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus nicht wünschenswert.

(2) 0.8 < |Δ D _(I-II)/f _II| < 1.2, f _II < 0

Die Bedingung (2) gibt das Änderungsverhältnis im Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe I und II während der Brennweitenverstellung (d. h., der Änderung des Abstandes der zweiten Linsengruppe II zum Objekt) in bezug auf die Brennweite der zweiten Linsengruppe II wieder. Mit anderen Worten muß diese Bedingung zur Gewährleistung eines großen Brennweitenbereiches erfüllt werden. Wird die untere Grenze der Bedingung (2) nicht erfüllt, sei es weil Δ D _(I-II) zu klein oder weil f _II zu groß ist, reicht die Brechkraft der zweiten Linsengruppe II nicht aus, um einen großen Brennweitenbereich zu schaffen. Wird die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten, weil Δ D _(I-II) zu groß ist, wird das Ziel der Kompaktheit des Gesamtsystems nicht erreicht. Wird die obere Grenze der Bedingung (2) deswegen überschritten, weil f _II zu klein ist, treten übermäßige Aberrationen während der Brennweitenverstellung auf. Dies ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sicher nicht wünschenswert.

(3) 0.8 < r₂/r₃ < 1.0
(4) 0.3 < r₃/f _I < 0.5

Die Bedingungen (3) und (4) spezifizieren die Bereiche, über die die Krümmungen der einander gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Linsen in der ersten Linsengruppe I variieren können. Gemäß diesen Bedingungen nehmen die einander gegenüberliegenden Oberflächen der ersten und zweiten Linsen ungefähr gleiche Krümmungsgrade an, was durch geeignete Wahl der Werte erreicht wird. Falls r₂ und r₃ so erheblich voneinander abweichen, daß entweder die obere Grenze oder die untere Grenze der Bedingung (3) nicht erfüllt wird, wird die außeraxiale Leistungsfähigkeit des Systems im Weitwinkelbereich aus verschiedenen Gründen einschließlich des Astigmatismus und der seitlichen chromatischen Aberration beeinträchtigt. Ein weiteres Problem ist, daß die sphärische Aberration für den Schmalwinkelbereich nicht richtig kompensiert werden kann. Falls der Wert von r₃ so klein ist, daß die untere Grenze der Bedingung (4) nicht erreicht wird, tritt im Schmalwinkelbereich eine Unterkompensation der sphärischen Aberration auf. Wenn der Wert von r₃ so groß ist, daß die obere Grenze der Bedingung (4) überschritten wird, tritt im Schmalwinkelbereich eine Überkompensation der sphärischen Aberration auf. In beiden Fällen kann die ungenügende Kompensation durch die nachfolgenden Linsengruppen wegen der Einfachheit des Gesamtaufbaus des Systems nicht beseitigt werden.

Die Bedingungen (5) und (6) spezifizieren das optische Material zur Verwendung in der zweiten Linsengruppe II, die eine negative Brechkraft besitzt und die für die Brennweitenverstellung zuständig ist. Falls die untere Grenze der Bedingung (5) nicht erreicht wird, weil in der zweiten Linsengruppe II ein optisches Material mit einem unzulässig niedrigen Brechungsindex verwendet wird, wird die Brechkraft der zweiten Linsengruppe II unvermeidlicherweise klein, so daß entsprechend die Brennweitenverstellung zur Schaffung des notwendigen Brennweitenverhältnisses ungenügend wird. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß es nicht wünschenswert ist, die Brechkraft durch eine starke Krümmung aufrechtzuerhalten, weil dies große fehlerhafte Veränderungen wie sphärische Aberration und Astigmatismus bei der Brennweitenverstellung verursacht.

Die Bedingung (6) ist die Bedingung für den Achromatismus der zweiten Linsengruppe II. Wenn die Abbeschen Zahlen der in der zweiten Linsengruppe II benutzten optischen Materialien so gewählt sind, daß die Bedingung (6) nicht erfüllt wird, reicht der Achromatismus der zweiten Linsengruppe II nicht aus, um während der Brennweitenverstellung Veränderungen der achromatischen Aberration zu verhindern. Da diese Veränderungen weder durch die erste noch durch die dritte Linsengruppe kompensiert werden können, ist es unabdingbar, daß die Bedingung (6) erfüllt wird.

(7) 1.0 < f _IIIa/f _III < 1.4

Die Bedingung (7) bezieht sich auf die dritte Linsengruppe III, welche die größte Brechkraft aller Komponenten des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt. Diese Bedingung ist erforderlich, um die dritte Linsengruppe III durch Gestaltung zur Fernfotografielinse kompakt zu machen und dadurch die Gesamtabmessungen des Linsensystems zu reduzieren. Wenn die Brechkraftaufteilung der dritten Linsengruppe III um einen solchen Betrag aus dem Gleichgewicht gerät, daß die untere Grenze der Bedingung (7) nicht erreicht wird, tritt in der Linseneinheit IIIa eine erhöhte chromatische Aberration auf. Wird die obere Grenze der Bedingung (7) überschritten, wird die Linsengruppe III ausladender, so daß die Gesamtabmessungen des Linsensystems unerwünscht groß werden.

Nachfolgend werden fünf spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Schaubilder beschrieben. Es bedeutet:

F _NO - die F-Zahl;
f - die Brennweite;
ω - der halbe Gesichtsfeldwinkel;
f _B - die bildseitige Brennweite;
r - der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche;
d - die Dicke einer Linse oder der Luftabstand zwischen zwei Linsen;
n - der Brechungsindex einer einzelnen Linse auf der d-Linie; und
n - die Abbesche Zahl einer einzelnen Linse.

Beispiel 1

Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Beispiel 5

Wie auf den vorausgehenden Seiten beschrieben, gehört das gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Fernfotografie-Zoomlinsensystem zum Typ des ein Brennweitenverhältnis von etwa 3 aufweisenden Systems. Indem es die weiter oben postulierten Bedingungen (1) bis (7) erfüllt, bietet das Zoomlinsensystem verschiedene Vorteile. Es kann aus einem billigen optischen Material aufgebaut werden sowie aus einer kleinen Anzahl von Komponenten bestehen und zeichnet sich daher durch Kompaktheit aus. Trotz seiner kompakten Abmessungen bietet das Linsensystem der vorliegenden Erfindung eine befriedigende Leistung, wie aus den in den Fig. 2, 4, 6, 8 und 10 aufgezeichneten Aberrationskurven hervorgeht.

Claims

1. Fernfotografie-Zoomlinsensystem, gekennzeichnet durch ausgehend von der Objektseite, einer ersten Linsengruppe I mit einer positiven Brechkraft, einer zweiten Linsengruppe II mit einer negativen Brechkraft und einer dritten Linsengruppe III mit einer positiven Brechkraft, wobei die Brennweitenverstellung durch unabhängiges Bewegen der drei Linsengruppen I, II und III entlang einer optischen Achse und das Focussieren durch Bewegen der ersten Linsengruppe I entlang der optischen Achse erfolgt; wobei die erste Linsengruppe I aus einer ersten Linse, die ein Linsenelement mit negativem Meniskus und einer in Richtung auf das Objekt weisenden konvexen Oberfläche ist, sowie einer zweiten Linse besteht, die ein positives Linsenelement mit einer in Richtung auf das Objekt weisenden konvexen Oberfläche großer Krümmung ist; und wobei die dritte Linsengruppe III aus einer ersten Linseneinheit IIIa mit einer positiven Brechkraft und einer zweiten Linseneinheit IIIb mit einer positiven oder negativen Brechkraft besteht.

2. Fernfotografie-Zoomlinsensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Bedingungen erfüllt: darin bedeutet: Der Mittelwert der Brechungsindices auf der d-Linie der in der Linseneinheit IIIa enthaltenen positiven Linsen;
Δ D _(I-II): der Änderungsbetrag des Luftlinienabstandes zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe I und II während der Brennweitenverstellung;
f _II: die Brennweite der zweiten Linsengruppe II;
r₂: der Krümmungsradius der Bildseitenoberfläche der ersten Linse der ersten Linsengruppe I;
r₃: der Krümmungsradius der Objektseitenoberfläche der zweiten Linse der ersten Linsengruppe I;
f _I: die Brennweite der ersten Linsengruppe I;
: der Mittelwert der Brechungsindices auf der d-Linie der Linsen, aus denen die zweite Linsengruppe II zusammengesetzt ist;
ν _IIp: die Abbesche Zahl der in der zweiten Linsengruppe II enthaltenen positiven Linse;
ν _IIn: die Abbesche Zahl der in der zweiten Linsengruppe II enthaltenen negativen Linse;
f _III: die Brennweite der dritten Linsengruppe III; und
f _IIIa: die Brennweite der Linseneinheit IIIa.

3. Fernfotografie-Zoomlinsensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe II aus zwei negativen Linsenelementen und einem positiven Linsenelement besteht, und daß die erste Linseneinheit IIIa der dritten Linsengruppe III aus zwei positiven Linsenelementen und einem negativen Linsenelement besteht, und daß die zweite Linseneinheit IIIb aus einer positiven Linse und einer negativen Meniskuslinse mit einer in Richtung auf das Bild weisenden konvexen Oberfläche besteht.