DE4037213A1

DE4037213A1 - Zoom-objektivsystem fuer den einsatz in einer kompaktkamera mit einem weiten winkelerfassungsbereich

Info

Publication number: DE4037213A1
Application number: DE4037213A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: DE4037213C2; US5164859A; GB9025215D0; GB2240637A; GB2240637B

Description

Die Erfindung betrifft ein Zoom-Objektivsystem, das geeignet ist für den Einsatz an einer Kompaktkamera und das im Hinblick auf den Brennpunktabstand von der Linsenrückseite geringeren Zwängen als Zoom-Objektivsysteme für den Einsatz an Einlinsen-Reflexkameras unterworfen ist. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein kompaktes Zoom-Objektivsystem des strukturell einfachen Zwei-Gruppen-Teleaufnahmentyps (im folgenden vereinfacht als "Zwei-Gruppen-Typ" bezeichnet), das einen weiten Winkelerfassungsbereich, d. h. ca. 37° als halben Blickwinkel, am kurzbrennweitigen Ende aufweist und das zu einer stufenlosen Verstellung der Brennweite (Zoomvorgang) bis zu einem Verhältnis von ca. 2,5 unter Berücksichtigung seiner Natur als System vom Zwei-Gruppen- Typ mit einem weiten Winkelerfassungsbereich in der Lage ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Fokussierung mit einem derartigen Zoom-Objektivsystem.

Herkömmliche Zoom-Objektivsysteme für einen Einsatz an Kompaktkameras sind in zwei Typen klassifiziert, (A) ein Zwei-Gruppen-Typ und (B) ein Drei- oder Vier-Gruppen-Typ. Verglichen mit Typ (A) besitzen die Zoom-Objektivsysteme des Typs (B) den Vorteil, daß sie nur einen relativ kleinen Betrag an Linsenbewegung erfordern, jedoch sind sie andererseits nicht nur groß in den Abmessungen, sondern auch komplex im Aufbau. Wegen dieser deutlichen Unterschiede von Linsensystemen des Zwei-Gruppen-Typs, die von der vorliegenden Erfindung vorgestellt werden, wird Typ (B) nachfolgend nicht im einzelnen beschrieben.

Verglichen mit Typ (B) erfordern Zoom-Objektivsysteme des Typs (A) einen etwas größeren Betrag der Linsenbewegung, jedoch haben Zoom-Objektivsysteme vom Typ (A), wegen ihrer einfachen Linsenkonfiguration und mechanischen Struktur den Vorteil der Einfachheit bei der Größenreduzierung. Herkömmliche bekannte Zoom-Objektivsysteme des Zwei-Gruppen- Typs umfassen Modell (A-1), das in den ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen Nr. Sho-56- 128911, Sho-57-201213, Sho-60-48009, Sho-60-170816 und Sho- 60-191216 beschrieben ist, Modell (A-2), das in den ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldungen Nr. Sho-62- 90611 und Sho-64-57222 beschrieben ist, und Modell (A-3), das in den ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldungen Nr. Sho-62-113120 und Sho-62-264019 beschrieben ist.

Bei dem Zoom-Objektivsystem der vorliegenden Erfindung wird ein negatives Linsenelement als erste Linse vewendet. Die ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. Sho-63-276013 beschreibt ein ähnliches Teleobjektivsystem des Zwei-Gruppen-Typs, bei dem ein negatives Linsenelement als erste Linse der ersten Gruppe verwendet wird.

Ein Verfahren zur Fokussierung mit einem derartigen Zoom-Objektivsystem des Zwei-Gruppen-Typs wird beschrieben in der ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. Hei-1- 189620.

Modell (A-1) besitzt einen kleinen Brennpunktabstand von der Linsenrückseite und erfordert einen großen hinteren Linsendurchmesser, so daß es das Problem aufwies, daß die Gesamtgröße der Kamera, die ein derartiges Linsensystem aufnimmt, nicht reduziert werden kann. Ein weiteres Problem bei diesem Objektivsystem besteht darin, daß innere Reflexion zwischen der Filmebene und der letzten Linsenoberfläche und andere ungewünschte Phänomene mit hoher Wahrscheinlichkeit auftreten.

Mit dem Ziel, diese Probleme zu lösen, hat der Anmelder verbesserte Modelle eines Zwei-Gruppen-Typs vorgeschlagen, dessen Brennpunktabstand von der Linsenrückseite vergleichsweise groß ist unter Berücksichtigung des Einsatzes an Kompaktkameras. Derart verbesserte Modelle sind (A-2), das einen Fünf-Gruppen-Sechs-Elemente-Aufbau besitzt und das in der Lage ist, zu einem Zoomverhältnis von 1,5 bis 1,6, und (A-3), das von einem Sechs-Gruppen-Sieben-Elemente- Aufbau oder Sieben-Gruppen-Acht-Elemente-Aufbau ist und das zu einem Zoomverhältnis in der Größenordnung von 1,7 bis 2,5 in der Lage ist. Diese Modelle reichen von einem Sechs- Elemente-Aufbau, der in der Lage ist zu einem Zoomverhältnis von ca. 1,5 bis 1,6 bis zu einem Acht-Elemente-Aufbau, der in der Lage ist zu einem Zoomverhältnis von zumindest 2. Jedoch bieten sie einen halben Blickwinkel von nur ungefähr 30° am kurzbrennweitigen Ende und sind hauptsächlich für Landschaftsphotographie gedacht; mit anderen Worten erfüllen sie nicht die Forderung, Bilder über weite Winkel mit einer Kompaktkamera aufzunehmen. Ferner waren diese Vorschläge nicht dazu in der Lage, die Forderung zu erfüllen, ein Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera bereitzustellen, das noch kompakter und preiswerter ist.

Das Zoom-Objektivsystem, das in der ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. Sho-63-276013 beschrieben ist, verwendet ein negatives Linsenelement als erste Linse wie die vorliegende Erfindung. Jedoch erfordert es den Einsatz von Linsen mit einem bestimmten Brechungsindexprofil, die schwer zu geringen Kosten bei dem vorliegenden Stand der Technologie herzustellen sind. Zusätzlich ist der halbe Blickwinkel, der am kurzbrennweitigen Ende erzielt werden kann, nicht weiter als 30°.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und einer zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und bewerkstelligt den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe, wobei die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine Untergruppe 1a mit negativer Brennweite und eine Untergruppe 1b mit positiver Brennweite und wobei die Untergruppe 1a umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine negative erste Linse, eine negative zweite Linse und eine positive dritte Linse, mit den folgenden Bedingungen, die erfüllt werden:

-0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)

-1,5<f_1G/f_1,2<-0,8 (2)

1,2<f_S/f_1G<1,7; (3)

dabei ist

f_1G: die Brennweite der ersten Linsengruppe;
f₁: die Brennweite der ersten Linse;
f_1,2: die zusammengesetzte Brennweite der ersten und zweiten Linse in Untergruppe 1a; und
f_S: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende.

Die Untergruppe 1a besitzt eine asphärische Oberfläche mit einem asphärischen Betrag der Abweichung, bezogen auf einen paraxialen Krümmungsradius, der die folgende Bedingung erfüllt:

-20<ΔI_1a<0; (4)

dabei ist ΔI_1a die Veränderung des Koeffizienten der sphärischen Aberration dritter Ordnung durch die asphärische Oberfläche innerhalb der Untergruppe 1a.

Die erste Linse der Untergruppe 1a ist eine negative Linse mit einer großen konkaven Krümmung zur Bildseite, die zweite Linse der Untergruppe 1a ist eine negative Linse mit einer großen konkaven Krümmung zur Gegenstandsseite und die dritte Linse der Untergruppe 1a ist eine positive Linse mit einer konvexen Krümmung zur Gegenstandsseite. Das System erfüllt

-0,8<f_1G/f_1a<0 (5)

0,7<r₂/f_S<1,2 (6)

0,5<|r_S|/f_S<1,0, (r₃<0) (7)

0,8<r₅/f_S<5,0 (8)

0,07<N₂-N₃ (9)

7<ν₂-ν₃; (10)

dabei ist:

f_1a: die Brennweite der Untergruppe 1a;
r_i: der Krümmungsradius einer i-ten Linsenoberfläche von der Gegenstandsseite;
N_K: der Brechnungsindex einer K-ten Linse an der d-Linie; und
ν_K: die Abbe′sche Zahl der K-ten Linse.

Die Untergruppe 1b umfaßt eine positive gekittete Linse, zusammengesetzt aus einer bikonvexen Linse 1b-a und einer negativen Meniskuslinse 1b-2, wobei die verkittete Linse eine divergente Oberfläche auf ihrer verklebten Oberfläche aufweist, wobei die Untergruppe 1b ferner eine positive Linse hinter der verkitteten Linse umfaßt.

Die Linse 1b-3 ist asphärisch und aus Kunststoff hergestellt, wobei sie die folgenden Bedingungen einhält:

-30<ΔI_1b-3<0; (12)

dabei ist

f_1b-3: die Brennweite der Linse 1b-3; und
ΔI_1-3: die Veränderung des Koeffizienten der sphärischen Aberration dritter Ordnung durch die asphärische Oberfläche der Linse 1b-3.

Die zweite Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine positive Meniskuslinse mit einer zum Bild gerichteten konvexen Oberfläche und zwei negativen Linsenelementen, die jeweils eine konkave, zum Gegenstand gerichtete Oberfläche aufweisen, wobei die folgende Bedingung erfüllt wird:

dabei ist
: der Durchschnitt der Brechungsindizes an der d-Linie der beiden negativen Linsen elemente in der zweiten Linsengruppe.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung umfaßt ein Zoom-Objektivsystem für den Einsatz in einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und bewerkstelligt den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe. Eine Blende ist hinter der ersten Linsengruppe angeordnet, und eine feststehende Aperturblende ist ferner hinter der zuerst erwähnten Blende angeordnet, wobei die feststehende Blende zusammen mit der ersten Linsengruppe beim Zoomvorgang bewegt wird und von der ersten Linsengruppe weg beim Fokussieren festgelegt ist, wobei ferner die folgende Bedingung erfüllt wird:

dabei ist
d_x: der Abstand zwischen einem hinteren Ende der ersten Linse und der ersten Blende und
f_S: die Gesamtbrennweite des Systems am Weit winkelende.

Das Zoom-Objektivsystem gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, das an einer Kompaktkamera eingesetzt werden soll, mit einem weiten Winkelerfassungsbereich umfaßt im wesentlichen, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und bewerkstelligt den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe. In der breitesten Betrachtungsweise der vorliegenden Erfindung umfaßt die erste Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende, und eine positive hintere Untergruppe 1R mit einer geringen Brechkraft, und die erste Linse in der vorderen Untergruppe 1F ist eine negative Linse, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

-0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)

0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)

1,2<f_S/f_1G<1,7 (3)

0,03<d_1F-1R/f_S<0,15; (16)

dabei ist:

f_1G: die Brennweite der ersten Linsengruppe;
f₁: die Brennweite der ersten Linse;
f_1R: die Brennweite der hinteren Untergruppe 1R;
f_S: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkel ende; und
d_1F-1R: der Abstand zwischen den Untergruppen 1F und 1R für einen unendlich entfernten Gegenstand.

In einer Ausführungsform umfaßt die vordere Untergruppe 1F, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linseneinheit 1a, die aus zumindest drei Linsenelementen, die zwei negative Linsen (die erste und zweite Linse) und eine positive Linse umfassen, zusammengesetzt ist, und eine zweite Linseneinheit 1b mit einer starken positiven Brechkraft, und es werden die folgenden zusätzlichen Bedingungen erfüllt:

-1,5<f_1G/f_1,2<-0,8 (17)

0,6<f_1G/f_1b<0,9; (18)

dabei ist:

f_1,2: die zusammengesetzte Brennweite der ersten und zweiten Linse; und
f_1b: die Brennweite der zweiten Linseneinheit 1b.

In einer anderen Ausführungsform umfaßt die erste Linseneinheit 1a, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine negative erste Linse mit einer zum Bild gerichteten konkaven Oberfläche mit großer Krümmung, eine negative zweite Linse mit einer zum Gegenstand gerichteten konkaven Oberfläche großer Krümmung und eine positive Linse mit einer zum Gegenstand gerichteten konvexen Oberfläche.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die zweite Linseneinheit 1b eine bikonvexe positive Linse mit einer divergenten verkitteten Oberfläche und eine negative Meniskuslinse.

In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Linseneinheit 1a zumindest eine asphärische Oberfläche auf, die einen divergenten Betrag der Asphärizität in bezug auf einen paraxialen Krümmungsradius derart besitzt, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:

-20<ΔI_1a<0 (4)

dabei ist:
ΔI_1a: der Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer sphärischen Aberration dritter Ordnung, die durch die asphärische Oberfläche in der ersten Linsen einheit 1a bewirkt wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist die hintere Untergruppe 1R allein aus einem einzelnen positiven Kunststoffmeniskus-Linsenelement aufgebaut, das eine zum Bild gerichtete konvexe Oberfläche aufweist, und die folgenden Bedingungen werden erfüllt:

0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)

(m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8; (19)

dabei ist:

m_2L: die laterale Vergrößerung der zweiten Linsengruppe am Engwinkelende; und
m_1R: die laterale Vergrößerung der hinteren Untergruppe 1R.

In einer weiteren Ausführungsform besitzt die hintere Untergruppe 1r zumindest eine asphärische Oberfläche, die einen divergenten Betrag der Asphärizität in bezug auf einen paraxialen Krümmungsradius derart aufweist, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:

-20<ΔI_1R<0; (20)

dabei ist:
ΔI_1R: der Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer asphärischen Aberration dritter Ordnung, die durch die asphärische Oberfläche in der hinteren Unter gruppe 1R bewirkt wird.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die zweite Linsengruppe, beginnnend auf der Gegenstandsseite, eine positive Meniskuslinse mit einer zum Bild gerichteten konvexen Oberfläche und zwei negative Linsenelemente mit jeweils einer zum Gegenstand gerichteten konkaven Oberfläche und erfüllt die folgende Bedingung:

dabei ist:

: der Durchschnitt der Brechungsindizes an der d-Linie der beiden negativen Linsenelemente in der zweiten Linsengruppe.

Das Verfahren zur Fokussierung mit einem Zoom-Objektivsystem gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen gerichtet auf ein Zoom-Objektivsystem, das umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und einer zweiten Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang bewerkstelligt durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe. In dem weitesten Umfang dieses Aspekts der Erfindung umfaßt die erste Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende und eine positive hintere Untergruppe 1R mit einer geringen Brechkraft, und die erste Linse in der vorderen Untergruppe 1F ist eine negative Linse und die Fokussierung wird erreicht durch Bewegung der ersten Linsengruppe zum Gegenstand hin, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R vergrößert wird, während die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

-0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)

0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)

dabei ist:

X_1R: der Betrag der Bewegung der hinteren Untergruppe 1R während der Fokussierung; und
X_1F: der Betrag der Bewegung der vorderen Untergruppe 1F während der Fokussierung.

In einer Ausführungsform ist die hintere Untergruppe 1R allein zusammengesetzt aus einem einzelnen positiven Kunststoffmeniskus-Linsenelement mit einer zum Bild gerichteten konvexen Oberfläche und die Fokussierung wird erzielt durch Bewegung der ersten Linsengruppe zum Gegenstand, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R vergrößert wird, während die folgenden Bedingungen erfüllt werden:

0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)

(m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8 (19)

In einer weiteren Ausführungsform wird die Fokussierung durchgeführt mit sowohl der Blende als auch der hinteren Untergruppe 1R feststehend.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben; dabei zeigt:

Fig. 1, 3, 5 und 7 Diagramme, die das Linsensystem an der kurzbrennweitigen Seite einem ersten bis vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 2, 4, 6 und 8 graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Objektivsystem gemäß dem ersten bis vierten Beispiel, dargestellt in Fig. 1, 3, 5 und 7, erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 9 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Linsensystems des Beispiels 5 einschließlich einer Blende A am Weitwinkelende für einen unendlich entfernten Gegenstand;

Fig. 10a, 10b und 10c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Linsensystem des Beispiels 1 erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 11 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 5 einschließlich einer Blende A für einen Gegenstand-zu-Bild-Abstand von 1 m nach der Fokussierung durch Bewegung allein der vorderen Untergruppe 1F;

Fig. 12a, 12b und 12c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Objektivsystem, dargestellt in Fig. 11, erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 13 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 5, einschließlich einer Blende A für einen Gegenstand-zu-Bild-Abstand von 1 m nach der Fokussierung durch Bewegung der vorderen und hinteren Untergruppe 1F und 1R in einem Verhältnis von 1 : 0,3;

Fig. 14a, 14b und 14c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, mit dem Objektivsystem dargestellt in Fig. 13 erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 15 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 6 einschließlich einer Blende A am Weitwinkelende für einen unendlich entfernten Gegenstand;

Fig. 16a, 16b, 16c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Objektivsystem des Beispiels 6 erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 17 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 6 einschließlich einer Blende A für einen Gegenstand-zu-Bild-Abstand von 1 m nach Fokussierung durch Bewegung nur der vorderen Untergruppe 1F;

Fig. 18a, 18b und 18c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit einem Objektivsystem, dargestellt in Fig. 17, erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 19 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 5, einschließlich einer Blende A, für einen Gegenstand-zu-Bild-Abstand von 1 m nach Fokussierung durch Bewegung der ersten Linsengruppe als Ganzes;

Fig. 20a, 20b und 20c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Objektivsystem, dargestellt in Fig. 19 erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt;

Fig. 21 eine vereinfachte Querschnittsansicht des Objektivsystems des Beispiels 6, einschließlich einer Blende A für einen Gegenstand-zu-Bild-Abstand von 1 m nach Fokussierung durch Bewegung der ersten Linsengruppe als Ganzes; und

Fig. 22a, 22b und 22c graphische Ausdrucke der Aberrationskurven, die mit dem Objektivsystem, dargestellt in Fig. 21 erzielt werden, wobei (a) den Zustand am Weitwinkelende, (b) am Mittelwinkelende und (c) am Engwinkelende zeigt.

Die erste Linse ist in dem herkömmlichen Zoom-Objektivsystem vom Zwei-Gruppen-Typ für den Einsatz an einer Kompaktkamera war eine positive Linse in nahezu allen Fällen. Im Grunde ist das Zoom-Objektivsystem der vorliegenden Erfindung ebenfalls vom Teleaufnahmen-Typ (im Hinblick auf die Beziehung zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe), jedoch ist die positive erste Linsengruppe, mit dem Ziel, einen weiten halben Blickwinkel von ca. 37° am kurzbrennweitigen Ende abzudecken, während ein vergleichsweise langer Brennpunktabstand von der Linsenrückseite sichergestellt wird, zusammengesetzt aus einer positiven Untergruppe 1F und einer positiven Untergruppe 1R mit geringer Brechkraft, um eine unkonventionelle einzigartige Linsenanordnung vom Retrofokustyp zu schaffen, die mit einem negativen Linsenelement auf der Gegenstandsseite beginnt.

Die Bedingungen (1) und (2) betreffen eine Brechungskraftverteilung der ersten zwei negativen Linsen einer ersten Untergruppe 1a. Falls die obere Grenze der Bedingung (1) überschritten wird, ist die negative Brechkraft der ersten Linse zu klein, so daß die Brechungsbelastung, die auf der zweiten Linse liegt, übermäßig ist. Dies hat zur Folge, daß es schwierig wäre, Komaaberration und Astigmatismus an der Kurzbrennweitenseite zu kompensieren. Im Gegensatz wird, falls die untere Grenze überschritten wird, die Brechungsbelastung, die auf der ersten Linse liegt, erhöht. Dies ist ebenfalls nicht wünschenswert.

Bedingung (2) betrifft eine zusammengesetzte Brechkraft der ersten und zweiten Linse. Falls die obere Grenze überschritten wird, wird eine negative Brechkraft davon klein, so daß es schwierig wäre, den Brennpunktabstand von der Linsenrückseite auf einem ausreichenden Niveau zu halten. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist die negative Brechkraft übermäßig, was bei der Kompensation der Aberrationen unerwünscht ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß die japanische Patentanmeldung Nr. Hei-1-2 72 392 ein Zoom-Objektiv betrifft, das ein Zoomverhältnis von ungefähr 2 aufweist, so daß es ausreicht, nur eine negative Linse vorzusehen. Falls das Zoomverhältnis mit derselben Linsenanordnung bis zu 2,5 erhöht wird, werden die Komaaberration und Astigmatismus abrupt erhöht.

Bedingung (3) betrifft eine Brechkraft der ersten Linsengruppe als Ganzes. Falls die obere Grenze überschritten wird, ist es einfach, das Linsensystem kompakt auszuführen, jedoch wird die positive Brechkraft übermäßig. Da das System vom Retrofokustyp ist, ist es wahrscheinlich, daß eine Aberration höherer Ordnung erzeugt wird. Es wäre schwierig, die Aberrationen innerhalb der ersten Linsengruppe zu kompensieren. Da die zweite Linsengruppe vom Vergrößerungslinsentyp ist, werden die Aberrationen verstärkt. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist es leicht, die Aberrationen zu kompensieren, der Betrag der Bewegung einer jeden Linsengruppe ist abrupt erhöht (insbesondere der zweiten Linsengruppe), was widersprüchlich zu der Miniaturisierung ist.

Bedingung (4) betrifft eine asphärische Oberfläche in der Untergruppe 1a. Falls diese Bedingung eingehalten wird, ist es möglich, sphärische Aberration und Komaaberration gut zu kompensieren durch die Verwendung einer asphärischen Oberfläche mit einem asphärischen Oberflächenbetrag der Divergenz, bezogen auf einen Krümmungsradius von Paraxialstrahlen. Die "Divergenz" bedeutet, daß im Fall einer konkaven Oberfläche der Krümmungsradius kleiner ist, wenn der Radius vergrößert wird, wohingegen für den Fall einer konvexen Oberfläche der Krümmungsradius vergrößert wird, wenn der Radius vergrößert wird. Falls die obere Grenze überschritten wird, würde die Wirkung der sphärischen Oberfläche beseitigt werden, so daß es schwierig wäre, die Aberrationen gut zu kompensieren. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist es wahrscheinlich, daß eine Aberration höherer Ordnung erzeugt wird.

Es ist an dieser Stelle erforderlich, ergänzende Hinweise zum Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer Aberration höherer Ordnung zu geben, die durch eine asphärische Oberfläche erzeugt wird. Eine asphärische Oberfläche ist im wesentlichen beschrieben durch die folgende Gleichung:

In dem Fall, in dem die Brennweite f gleich 1,0 ist oder falls X=x/f, Y=y/f, C=fc, A₄=f³α₄, A₆=f³α₆, A₉=f⁷α₈, und A₁₀=f⁹α₁₀ in der Gleichung ersetzt werden, ergibt sich:

Der zweite und die folgenden Terme der Gleichung geben den Betrag der asphärischen Oberfläche an, und der Koeffizient A₄ in dem zweiten Term besitzt die folgende Beziehung zu dem Koeffizienten einer Asphärizität Φ dritter Ordnung:

Φ=8(N′-N)A₄;

dabei ist N der Brechungsindex einer Linsenoberfläche bevor sie asphärisch gemacht wurde und N′ der Brechungsindex der gleichen Oberfläche, nachdem sie asphärisch gemacht wurde.

Der Koeffizient einer Asphärizität dritter Ordnung führt die folgenden Beträge von Veränderung in die Koeffizienten verschiedener Aberrationen dritter Ordnung ein, bestimmt nach der Theorie nach der Aberration:

ΔI=h⁴Φ

ΔII=h³Φ

ΔIII=h²²Φ

ΔIV=h²²Φ

ΔV=h³Φ;

dabei ist:

I: der Koeffizient der sphärischen Aberration;
II: der Koeffizient des Komas;
III: der Koeffizient des Astigmatismus;
IV: der Koeffizient einer beschnittenen sphärischen Bildfeldkrümmung;
V: der Koeffizient der Verzerrung;
h: die Höhe eines Schnittpunkts jeder Linsenober fläche mit paraxialen Achsstrahlen, und
: die Höhe eines Schnittpunkts jeder Linsenober fläche mit paraxialen, außeraxialen Strahlen, die durch den Mittelpunkt der Pupille verlaufen.

Die Form einer asphärischen Oberfläche kann auf verschiedene andere Arten unter Verwendung von Konizitätskoeffizienten oder Termen ungeradzahliger Ordnung ausgedrückt werden, und eine ausreichende Approximation kann durchgeführt werden unter Verwendung nur von Termen geradzahliger Ordnung, falls y kleiner als ein paraxialer Krümmungsradius ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß vom Umfang der vorliegenden Erfindung nicht abgewichen werden kann, allein durch Verwendung von Gleichungen für die Form einer asphärischen Oberfläche, die von der zuvor beschriebenen abweicht.

Es ist ferner zu bevorzugen, daß die folgenden Bedingungen (5) bis (10) im Hinblick auf die Untergruppe 1a eingehalten werden.

Bedingung (5) betrifft eine Brechkraft der Untergruppe 1a als Ganzes. Falls die Untergruppe 1a nicht eine große Brechkraft besitzt, ist es möglich, die Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, bezogen auf einen relativen Herstellungsfehler (z. B. Exzentrizität) zwischen Untergruppen 1a und 1b zu unterdrücken. Dementsprechend ist es zu bevorzugen, daß Bedingung (5) größer als die untere Grenze ist. Falls die obere Grenze überschritten wird, ist es schwierig, einen notwendigen Brechpunktabstand von der Linsenrückseite zu halten.

Die Bedingungen (6) und (7) betreffen die Krümmungsradien einer Oberfläche (konkave Oberfläche) auf der Bildseite der negativen ersten Linse und einer Oberfläche (konkave Oberfläche) auf der Gegenstandsseite der negativen zweiten Linse. In beiden Fällen ist, falls die obere Grenze überschritten wird, der Krümmungsradius der betreffenden Oberfläche übermäßig, so daß es schwierig wäre, Astigmatismus und Bildfeldwölbung zu kompensieren. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist der Krümmungsradius zu klein, so daß die Aberrationen übermäßig kompensiert werden, was die Erzeugung von Aberration höherer Ordnung zur Folge hat.

Bedingung (8) betrifft den Krümmungsradius einer Oberfläche (konvexe Oberfläche) auf der Gegenstandsseite der positiven dritten Linse. Diese Bedingung wird benötigt zur Kompensation übermäßiger Aberrationen, die durch die erste und zweite Linse erzeugt werden, mit der Untergruppe 1a. Falls die obere Grenze überschritten wird, ist der Krümmungsradius dieser Oberfläche zu groß, was zu einer nicht ausreichenden Kompensation führt. Als Folge wird die Brechungsbelastung, die auf der positiven Untergruppe 1b liegt, erhöht. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist der Krümmungsradius zu klein, wodurch ein übermäßige Kompensation bewirkt wird. Als Folge wird die Ausgewogenheit der Aberrationskombination innerhalb der Untergruppe 1a durchbrochen.

Die Bedingungen (9) und (10) betreffen das optische Material der negativen zweiten Linse und der positiven dritten Linse. Falls die obere Grenze der Bedingung (9) überschritten wird, ist es für die Petzval-Summe wahrscheinlich, daß sie einen negativen Wert annimmt, und es wäre schwierig, insbesondere Astigmatismus und Bildfeldwölbung an der kurzen Brennweitenseite. Falls ferner die obere Grenze von Bedingung (10) überschritten wird, wäre es schwierig, Farbquerfehler (laterale Aberration) zu kompensieren.

Die Bedingungen (11) und (12) betreffen die Untergruppe 1b. Da die erste Linsengruppe vom Retrofokustyp ist, ist es erforderlich, die Brechkraft der positiven Untergruppe 1b zu erhöhen. Es ist schwierig, mit allein der verkitteten Linse (1b-1 und 1b-2) die übermäßige Aberration zu kompensieren, die in der negativen Untergruppe 1a divergiert wird. Dementsprechend ist es zu bevorzugen, eine andere positive Linse (1b-3) in dem System anzuordnen.

Bedingung (11) betrifft die Brechkraft der Linse 1b-3. Falls die obere Grenze überschritten wird, in dem Fall, daß sie aus Kunststoff hergestellt ist, ist die Brechkraft davon übermäßig. Eine Brennpunktverschiebung aufgrund einer Veränderung der Temperatur und Feuchtigkeit wird vergrößert, die für Kompaktkameras ungeeignet ist. Falls die untere Grenze überschritten wird, besitzt die Linse keine positive Brechkraft. Dies hat zur Folge, wie zuvor beschrieben, daß die Brechnungsbelastung, die auf den Linsen 1b-1 und 1b-2 liegt, erhöht wird. In diesem Fall ist die Anordnung der Linse 1b-3 bedeutungslos.

Bedingung (12) betrifft eine asphärische Oberfläche auf der Linse 1b-3. Da die Untergruppe 1b eine große positive Brechkraft besitzt, ist es zu bevorzugen, einen asphärischen Oberflächenbetrag von Divergenz vorzusehen, um die Aberration innerhalb der Untergruppe 1b zu kompensieren. Falls die untere Grenze überschritten wird, besitzt die Linse keine divergent asphärische Oberfläche. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist es für eine Aberration höherer Ordnung wahrscheinlich erzeugt zu werden und die Abnahme der Funktionalität aufgrund von Herstellungsfehlern der asphärischen Oberfläche und aufgrund von Veränderungen in Temperatur und Feuchtigkeit.

Die Bedingung (13) betrifft die beiden negativen Linsen in der zweiten Linsengruppe. Falls insbesondere die untere Grenze überschritten wird, ist es schwierig, die Bildfeldwölbung an der kurzen Brennweitenseite zu kompensieren.

Ebenso als ein Problem in Begleitung mit der Weitwinkeltendenz ist ein Randlichtproblem vorhanden. Es ist wichtig, einen ausreichenden Anteil des Randlichts selbst im Weitwinkelmodus zu erhalten. Falls die Position der Blende zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe ist, ist es einfach, das System herzustellen und die Struktur zu erleichtern. In diesem Fall jedoch eine Höhe des Randlichts, das einen maximalen Blickwinkel aufweist und durch die Blende verläuft, so daß die Zunahme des Randlichts, wenn die Blende an einer kleinen Blendenöffnung ist, nicht erwartet wird. Dementsprechend ist es möglich, falls die feststehende Blende hinter der zuvor erwähnten Blende vorgesehen wird und die Einlaßpupille soweit als möglich nach hinten gesetzt wird, den Betrag des Randlichts zu erhöhen, wenn die Blende auf eine kleine Blendenöffnung gesetzt ist.

Die Bedingung (14) betrifft eine Position der feststehenden Blende. Falls die obere Grenze überschritten ist, ist es einfach, den Betrag des Randlichts zu erhöhen, aber der Durchmesser der vorderen Linse würde ansteigen. Um die zweite Linse weg von der feststehenden Blende zu trennen, ist es auch erforderlich, einen Abstand zwischen der ersten und zweiten Gruppe an der Teleaufnahmenseite zu erhöhen. Dementsprechend ist es schwierig, das hohe Zoomverhältnis und eine Miniaturisierung zu erhalten. Falls die untere Grenze überschritten wird, ist es bedeutungslos, die feststehende Blende vorzusehen. In diesem Fall wird nicht erwartet, daß der Betrag des Randlichts erhöht wird, wenn die Blende auf eine kleine Blendenöffnung gesetzt ist.

Zwei Beispiele eines ersten Aspekts der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Datentabellen beschriebenen, in denen ist:

f die Brennweite;
ω der halbe Blickwinkel;
f_B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite;
r der Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche;
d die Dicke einer einzelnen Linse oder der räumliche Ab stand zwischen benachbarten Linsen;
N der Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie;
ν die Abbe′sche Zahl einer einzelnen Linse; und
α₄, α₆ und α₈ die Asphärizitätskoeffizienten der Aberrationen vierter, sechster bzw. achter Ordnung.

Beispiel 1

Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Berechnungswerte, auf den Bedingungen basierend

Ein Hauptproblem, das zu lösen ist, für die Sicherung weiter Winkel am kurzbrennweitigen Ende, hängt zusammen mit der Helligkeit an der Kante eines Bildfeldes. Bei der Fokussierung mit früheren Zoom-Objektivsystemen vom Zwei- Gruppen-Typ, bei dem eine Blende zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe vorgesehen ist, besteht der mechanisch einfachste Weg, darin nur die erste Linsengruppe mit der Blende zu bewegen und die zweite Linsengruppe feststehend zu lassen. Dieses Verfahren litt jedoch unter dem Nachteil, daß die Höhe des Schnittpunkts der Blende mit Randstrahlen bei einem maximalen Blickwinkel zu klein ist, um eine gewünschte Steigerung der Helligkeit an den Kanten eines Bildfeldes zu erreichen, wenn das Objektiv abgeblendet wird.

Ein weiteres Problem, das auftritt, wenn die Fokussierung durch Bewegung der Linsengruppe als Ganzes durchgeführt wird, besteht darin, daß Astigmatismus und Bildfeldkrümmung um unerwünscht große Beträge unterkompensiert sind, falls die Linse auf einen nahe beabstandeten Gegenstand fokussiert ist (siehe Fig. 12 und 14).

Ein früherer Vorschlag zur Verbesserung des Verfahrens zur Fokussierung bei Zoom-Objektivsystemen vom Zwei-Gruppen-Typ ist in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei- 1-189620 beschrieben, jedoch ist der halbe Blickwinkel, der am kurzbrennweitigen Ende erzielt werden kann, nicht weiter als ungefähr 30°, und die erste verwendete Linse ist eine positive Linse, wie in den anderen früheren Vorschlägen. Mit anderen Worten, eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, nämlich die Schaffung eines weiten Winkelerfassungsbereichs am kurzbrennweitigen Ende, kann nicht erzielt werden durch das Verfahren, das in dem Patent beschrieben ist. Das Zoom-Objektivsystem für die Verwendung an einer Kompaktkamera, das durch einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, übernimmt im wesentlichen einen einfachen Linsenaufbau vom Zwei-Gruppen- Typ und erzielt dennoch nicht nur eine breitere Winkelerfassung, sondern auch ein noch höheres Zoomverhältnis durch Modifizierung des Aufbaus der ersten Linsengruppe und der Blende. Das so aufgebaute Zoomlinsensystem ist in der Lage, die Fokussierung von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nah beabstandeten Gegenstand mit reduzierten Aberrationsveränderungen durchzuführen. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Fokussierung mit diesem verbesserten Zoom-Objektivsystem bereit.

Entsprechend zu diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann durch Modifizierung der Position einer Blende und des Verfahrens zum Fokussieren nicht nur das Linsensystem die Fokussierung von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nah beabstandeten Gegenstand mit reduzierten Veränderungen durchführen, sondern auch die Helligkeit an der Kante eines Bildfeldes kann gesteigert werden, selbst wenn das Linsensystem abgeblendet wird.

Wie zuvor erwähnt, betrifft Bedingung (1) die Brechkraft der negativen ersten Linse. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten ist, wird die negative Brechkraft der ersten Linsen so sehr verkleinert, daß es schwierig wird, den Brennpunktabstand von der Linsenrückstand auf einen angemessenen Wert zu erhöhen. Falls die untere Grenze der Bedingung (1) nicht erreicht ist, wird die negative Brechkraft der ersten Linse übermäßig, was vom Blickpunkt der Aberrationskompensation unerwünscht ist.

Bedingung (15) betrifft die Brechkraft der hinteren Untergruppe 1R. Die vordere Untergruppe 1F, verantwortlich für nahezu alle Teile der Brechkraft der ersten Linsengruppe und falls jemand den Versuch macht, ein kompaktes und doch weitwinkeliges Objektivsystem zu entwerfen, wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe so stark, daß sie einen gesteigerten Asymmetriefehler bewirkt. Um dieses Problem zu lösen, ist die hintere Untergruppe 1R mit einer kleinen Brechkraft in einem kleinen Abstand [der Bedingung (16) erfüllt] hinter der vorderen Untergruppe 1F angeordnet, um so die Belastung darauf zu reduzieren, um dadurch eine wirksame Kompensation des Asymmetriefehlers (Koma) sicherzustellen. Falls die obere Grenze der Bedingung (15) überschritten wird, wird die Brechkraft der hinteren Untergruppe 1R so sehr erhöht, daß sie einen übermäßigen Asymmetriefehler in der Untergruppe bewirkt. Zusätzlich wird der Betrag der Linsenbewegung erhöht, falls die vordere Untergruppe 1F verwendet wird, um ein Objektiv zu fokussieren. Falls die untere Grenze der Bedingung (15) nicht erreicht wird, wird die Brechkraft der vorderen Untergruppe 1F so sehr erhöht, daß sie den Effekt der Positionierung der hinteren Untergruppe 1R hinter der vorderen Untergruppe 1F rückgängig macht.

Wie bei den vorangegangenen Beispielen erwähnt, betrifft die Bedingung (3) die Gesamtbrechkraft der ersten Linsengruppe. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, ist das Ergebnis zu bevorzugen für eine Größenreduktion, aber andererseits ist es wahrscheinlich, daß der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite verkleinert wird, und der Betrag der Defokussierung aufgrund von Positionsfehlern der ersten und zweiten Linsengruppe wird so bemerkenswert am Engwinkelende erhöht, daß eine erhebliche Schwierigkeit in die Herstellung des beabsichtigten Objektivsystems eingebracht wird. Falls die untere Grenze der Bedingung (3) nicht erreicht wird, ist das Ergebnis im Hinblick auf Aberrationskompensation zu bevorzugen, jedoch wird andererseits der Betrag, um den die entsprechende Linsengruppe (insbesondere die zweite Linsengruppe) während der Fokussierung bewegt werden muß, so bemerkenswert erhöht, daß das Ziel der Größenreduzierung nicht erreicht werden kann.

Bedingung (16) betrifft den Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R. Falls die untere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, kann ein kompaktes Linsensystem nicht realisiert werden, obwohl Aberrationen leicht kompensiert werden können. Falls die untere Grenze der Bedingung (16) nicht erreicht wird, erhöht sich nicht nur der Asymmetriefehler (Koma), sondern es wird auch schwierig, eine Blende einzufügen.

Mit dem Ziel, den Entwurf eines Weitwinkelobjektivsystems zu vereinfachen, umfaßt die vordere Untergruppe 1F, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linseneinheit 1a, die aus zumindest drei Linsenelementen, die zwei negative Linsenelemente und ein positives Linsenelement umfassen, zusammengesetzt ist, und eine zweite Linseneinheit 1b, die eine starke positive Brechkraft besitzt, wobei die Bedingungen (17) und (18) erfüllt werden.

Bedingung (17) betrifft die Brechkraft der beiden negativen Linsen der ersten Linseneinheit 1a. Falls die obere Grenze dieser Bedingung (die in Beziehung zu Bedingung (1) steht) überschritten wird, ist es schwierig, den Brennpunktabstand von der Linsenrückseite zu erhöhen. Falls die untere Grenze der Bedingung (17) nicht erreicht wird, wird sich die negative Brechkraft erhöhen und (da die erste Linsengruppe eine starke positive Brechkraft besitzt) wird die positive Brechkraft der zweiten Linseneinheit 1b unvermeidbar so groß, daß die Möglichkeit des Auftretens von Aberrationen höherer Ordnung erhöht wird.

Bedingung (18) betrifft die Brechkraft der zweiten Linseneinheit 1b, die für den größeren Teil der Brechkraft der ersten Linsengruppe verantwortlich ist. Falls die obere Grenze dieser Bedingung (18) überschritten wird, wird die Brechkraft der zweiten Linseneinheit 1b so groß, daß die Möglichkeit des Auftretens von Aberrationen höherer Ordnung erhöht wird. Falls die untere Grenze der Bedingung (18) nicht überschritten wird, wird die Brechkraft der zweiten Linseneinheit 1b verringert und der Zweck der Größenreduzierung kann nicht erreicht werden.

Wie zuvor erwähnt, betrifft Bedingung (7) die asphärische Oberfläche der ersten Linseneinheit 1a. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, wird die erste Linseneinheit 1a keine divergent asphärische Oberfläche besitzen, und es wird die Schwierigkeit in die Erzielung einer effektiven Kompensation des Asymmetriefehlers (Koma) und Astigmatismus am Weitwinkelende eingeführt. Falls die untere Grenze der Bedingung (7) nicht erreicht ist, wird Überkompensation zum Ergebnis haben, daß Aberrationen höherer Ordnung bewirkt werden. Zusätzlich wird es schwierig, eine gewünschte asphärische Oberfläche zu erzeugen.

Bedingung (15), (19) und (20) betrifft die hintere Untergruppe 1R der ersten Linsengruppe. Da die hintere Untergruppe 1R eine vergleichsweise geringe Brechkraft besitzt, kann sie aus Kunststoffmaterial hergestellt werden. Falls die Linse mit einer vergleichsweise geringen Brechkraft aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist der Betrag der Defokussierung oder der Verschlechterung der Linsenfunktionalität klein, trotz möglicher Veränderungen in der Temperatur oder der Feuchtigkeit. Zusätzlich kann das Gesamtgewicht des Objektivsystems reduziert werden. Ferner ist es einfach, eine asphärische Oberfläche bei Kunststofflinsen herzustellen, und dies trägt zu einer Verbesserung in der Objektivfunktionsfähigkeit bei.

Ergänzende Hinweise sind ebenfalls notwendig zum Betrag der Defokussierung bei Kunststofflinsen, die auftreten kann, in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur und der Feuchtigkeit. Kunststoffe zeigen temperatur- oder feuchtigkeitsabhängige Veränderungen im linearen Ausdehungskoeffizient oder Brechungsindex, die zumindest zehnmal so groß wie bei gewöhnlichen Glasmaterialien sind. Falls der Betrag der Brennweitenveränderung einer Kunststofflinse als Δf geschrieben wird, kann der Betrag der Defokussierung Δp ausgedrückt werden durch

Δp=Δf(m′-m)²

Dabei ist m′ die laterale Vergrößerung der Linsengruppe, ausschließlich der und folgend auf die Kunststofflinse, und m die laterale Vergrößerung der Kombination der Kunststofflinse und der folgenden Linsengruppen.

Demnach wird, falls Bedingung (19) nicht erfüllt wird, der Betrag der Defokussierung in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur und der Feuchtigkeit auf einen derartigen Wert erhöht, daß das Objektivsystem nicht länger für die Verwendung an einer Kompaktkamera geeignet ist. Falls die hintere Untergruppe 1R mit einer kleinen Brechkraft aus einem Kunststoffmaterial herzustellen ist, ist sie vorzugsweise als positive Linse entworfen, die Bedingung (15) erfüllt mit dem Ziel der Reduzierung des Betrags der Defokussierung in Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur. Bei erhöhten Temperaturen wird sich der Objektivtubus ausdehnen, um den Abstand zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe vergrößern, und dadurch bewirken, daß die Brennpunktposition zur Linse hin verschoben wird. Mit einer positiven Kunststofflinse jedoch wird die Brennpunktposition bei erhöhten Temperaturen weg von der Linse verschoben werden. Demnach ist die positive Kunststofflinse beim Entwurf eine geeigneten Brechkraftverteilung stärker wirksam als Glaslinsen beim Reduzieren des Betrags von Defokussierung aufgrund von Veränderungen der Brennpunktposition, die durch Temperaturveränderungen bewirkt werden.

Eine asphärische Oberfläche kann bei Kunststofflinsen einfacher geformt werden als bei Glaslinsen. Bedingung (20) betrifft die asphärische Oberfläche, die bei der hinteren Untergruppe 1R zu formen ist. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, hat die hintere Untergruppe 1R keine divergent asphärische Oberfläche, und die Unterkompensation, die in der zweiten Linseneinheit 1b auftritt, kann nicht wirksam korrigiert werden. Falls die untere Grenze der Bedingung (20) nicht erreicht wird, wird sich Überkompensation einstellen, die Aberrationen höherer Ordnung bewirkt. Zusätzlich wid es schwierig, eine gewünschte asphärische Oberfläche herzustellen.

Wie zuvor erwähnt, betrifft Bedingung (13) die beiden negativen Linsen in der zweiten Linsengruppe. Falls diese Bedingung nicht erfüllt wird, wird es schwierig, wirksam Bildfeldwölbung am Weitwinkelende zu kompensieren.

Nachdem die Linsenanordnung des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf ihren ersten Aspekt beschrieben wurde, wird nun das Verfahren zur Fokussierung dieses Objektivsystems gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In seinem breitesten Umfang ist das Fokussierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch die Bewegung der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R der ersten Linsengruppe unabhängig voneinander, wobei eine Blende zwischen den beiden Untergruppen vorgesehen ist. Die Blende, die zwischen den beiden Untergruppen 1F und 1R vorgesehen ist, erlaubt eine Erhöhung der Helligkeit an der Kante eines Bildfeldes, wenn das Objektiv abgeblendet ist. Ferner kann, falls die erste Linsengruppe zum Gegenstand bewegt wird, wenn der Abstand zwischen den beiden Untergruppen 1F und 1R vergrößert wird, die Fokussierung von einem unendlich entfernten Gegenstand zu einem nahe beabstandeten Gegenstand mit reduzierten Variationen im Astigmatismus und der Bildfeldwölbung durchgeführt werden.

Bedingung (21) betrifft die Bewegung der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R während der Fokussierung. Falls die obere Grenze der Bedingung überschritten wird, werden die Beträge der Bewegung der beiden Untergruppen so nahe zueinander, daß das Ergebnis sich nicht von dem Fall der Fokussierung der ersten Untergruppe als Ganzes unterscheidet, wodurch Schwierigkeiten bei der effektiven Kompensation des Astigmatismus und der Bildfeldwölbung eingebracht werden. Falls die untere Grenze der Bedingung (21) nicht erreicht wird, wird die hintere Untergruppe 1R zum Bild hin bewegt, was unerwünschte Überkompensationen der Bildfeldwölbung bewirkt. Falls sowohl die Blende als auch die hintere Untergruppe 1r dafür vorbereitet sind, während der Fokussierung feststehend zu verbleiben, wird das Objektivsystem mechanisch einfach genug, um die Herstellung in wirtschaftlichem Maßstab zu vereinfachen.

Die Fig. 11 und 17 sind vereinfachte Querschnittsansichten des Objektivsystems der Beispiele 5 und 6 für den Fall, daß die Fokussierung durch Bewegung nur der vorderen Linsengruppe 1F erreicht wird. Fig. 13 ist eine vereinfachte Querschnittansicht des Objektivsystems des Beispiels 1 für den Fall, daß die vordere Untergruppe 1F und die hintere Untergruppe 1R zur Fokussierung in einem Verhältnis von 1 : 0,3 bewegt werden.

Beispiel 5

Beispiel 6

Unten werden die Werte gezeigt, die für die vorangegangenen Bedingungen, jeweils für die Beispiele 5 und 6 errechnet werden.

Berechnungswerte, basierend auf den Bedingungen

Claims

1. Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das, beginnend auf der Gegenstandsseite, umfaßt, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite, und das den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe bewerkstelligt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine Untergruppe 1a mit negativer Brennweite und eine Untergruppe 1b mit positiver Brennweite und wobei die Untergruppe 1a umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine negative erste Linse, eine negative zweite Linse und eine positive dritte Linse, mit den folgenden Bedingungen, die erfüllt werden: -0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)-1,5<f_1G/f_1,2<-0,8 (2)1,2<f_S/f_1G<1,7 (3)dabei ist
f_1G: die Brennweite der ersten Linsengruppe;
f₁: die Brennweite der ersten Linse;
f_1,2: die zusammengesetzte Brennweite der ersten und zweiten Linse in Untergruppe 1a; und
f_S: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende.

2. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppe 1a eine asphärische Oberfläche mit einem asphärischen Betrag der Abweichung, bezogen auf einen paraxialen Krümmungsradius aufweist, der die folgende Bedingung erfüllt: -20<ΔI_1a<0 (4)dabei ist ΔI_1a die Veränderung des Koeffizienten der sphärischen Aberration dritter Ordnung durch die asphärische Oberfläche innerhalb der Untergruppe 1a.

3. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse der Untergruppe 1a eine negative Linse mit einer großen konkaven Krümmung zur Bildseite ist, die zweite Linse der Untergruppe 1a eine negative Linse mit einer großen konkaven Krümmung zur Gegenstandsseite ist und die dritte Linse der Untergruppe 1a eine positive Linse mit einer konvexen Krümmung zur Gegenstandsseite ist, wobei das System ferner die folgenden Bedingungen erfüllt: -0,8<f_1G/f_1a<0 (5)0,7<r₂/f_S<1,2 (6)0,5<|r₃|/f_S<1,0, (r₃<0) (7)0,8<r₅/f_S<5,0 (8)0,07<N₂-N₃ (9)7<ν₂-ν₃ (10)dabei ist:
f_1a: die Brennweite der Untergruppe 1a;
r_i: der Krümmungsradius einer i-ten Linsenober fläche von der Gegenstandsseite;
N_K: der Brechungsindex einer K-ten Linse an der d-Linie; und
ν_K: die Abbe′sche Zahl der K-ten Linse.

4. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppe 1b umfaßt eine positive gekittete Linse, zusammengesetzt aus einer bikonvexen Linse 1b-a und einer negativen Meniskuslinse 1b-2, wobei die verkittete Linse eine divergente Oberfläche auf ihrer verklebten Oberfläche aufweist, wobei die Untergruppe 1b ferner eine positive Linse hinter der verkitteten Linse umfaßt.

5. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse 1b-3 asphärisch und aus Kunststoff hergestellt ist, wobei sie die folgenden Bedingungen einhält: -30<ΔI_1b-3<0 (12)dabei ist:
f_1b-3: die Brennweite der Linse 1b-3; und
ΔI_1-3: die Veränderung des Koeffizienten der sphäri schen Aberration dritter Ordnung durch die asphärische Oberfläche der Linse 1b-3.

6. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine positive Meniskuslinse mit einer zum Bild gerichteten konvexen Oberfläche und zwei negative Linsenelemente, die jeweils eine konkave, zum Gegenstand gerichtete Oberfläche aufweisen, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: dabei ist : der Durchschnitt der Brechungsin dizes an der d-Linie der beiden ne gativen Linsenelemente in der zweiten Linsengruppe.

7. Zoom-Objektivsystem für den Einsatz in der Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das, beginnend auf der Gegenstandsseite, umfaßt eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe bewerkstelligt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende hinter der ersten Linsengruppe angeordnet ist, und eine feststehende Aperturblende ferner hinter der zuerst erwähnten Blende angeordnet ist, wobei die feststehende Blende zusammen mit der ersten Linsengruppe beim Zoomvorgang bewegt wird und von der ersten Linsengruppe weg beim Fokussieren festgelegt ist, wobei ferner die folgende Bedingung wird:

8. Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das, beginnend auf der Gegenstandsseite, umfaßt eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe bewerkstelligt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende und eine positive hintere Untergruppe 1R mit einer geringen Brechkraft, und die erste Linse in der vorderen Untergruppe 1F ist eine negative Linse, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt werden: -0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)1,2<f_S/f_1G<1,7 (3)0,03<d_1F-IR/f_S<0,15 (16)dabei ist:
f_1G: die Brennweite der ersten Linsengruppe;
f₁: die Brennweite der ersten Linse;
f_1R: die Brennweite der hinteren Untergruppe 1R;
f_S: die Brennweite des Gesamtsystems am Weit winkelende; und
d_1F-1R: der Abstand zwischen den Untergruppen 1F und 1R für einen unendlich entfernten Gegen stand.

9. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Untergruppe 1F umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linseneinheit 1a, die aus zumindest drei Linsenelementen, die zwei negative Linsen (die erste und zweite Linse) und eine positive Linse umfassen, zusammengesetzt ist, und eine zweite Linseneinheit 1b mit einer starken positiven Brechkraft, wobei die folgenden zusätzlichen Bedingungen erfüllt werden: -1,5<f_1G/f_1,2<-0,8 (17)0,6<f_1G/f_1b<0,9 (18)dabei ist:
f_1,2: die zusammengesetzte Brennweite der ersten und zweiten Linse; und
f_1b: die Brennweite der zweiten Linseneinheit 1b.

10. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseneinheit 1a umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine negative erste Linse mit einer zum Bild gerichteten konkaven Oberfläche mit großer Krümmung, eine negative zweite Linse mit einer zum Gegenstand gerichteten konkaven Oberfläche großer Krümmung und eine positive Linse mit einer zum Gegenstand gerichteten konvexen Oberfläche.

11. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linseneinheit 1b eine bikonvexe positive Linse mit einer divergenten verkitteten Oberfläche und eine negative Meniskuslinse umfaßt.

12. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseneinheit 1a zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, die einen divergenten Betrag der Asphärizität in bezug auf einen paraxialen Krümmungsradius derart besitzt, daß die folgende Bedingung erfüllt wird: -20<ΔI_1a<0 (4)dabei ist:
ΔI_1a: der Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer sphärischen Aberration dritter Ordnung, die durch die asphärische Oberfläche in der ersten Linseneinheit 1a bewirkt wird.

13. Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das, beginnend auf der Gegenstandsseite, umfaßt eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe bewerkstelligt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende und eine positive hintere Untergruppe 1R mit einer kleinen Brechkraft, wobei die hintere Untergruppe 1R allein aus einem einelnen Kunststoffmeniskuslinsenelement aufgebaut ist, das eine zum Bild gerichtete konvexe Oberfläche aufweist, wobei die folgenden Bedingungen erfüllt werden: 0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)(m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8 (19)dabei ist:
m_2L: die laterale Vergrößerung der zweiten Linsen gruppe am Engwinkelende; und
m_1R: die laterale Vergrößerung der hinteren Unter gruppe 1R.

14. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Untergruppe 1R einen divergenten Betrag an Asphärizität in bezug auf einen paraxialen Kümmungsradius derart aufweist, daß die folgende Bedingung erfüllt wird: -20<ΔI_1R<0 (20)dabei ist:
ΔI_IR: der Betrag der Veränderung des Koeffizienten einer asphärischen Aberration dritter Ordnung, die durch die asphärische Oberfläche in der hinteren Untergruppe 1R bewirkt wird.

15. Zoom-Objektivsystem nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe umfaßt, beginnnend auf der Gegenstandsseite, eine positive Meniskuslinse mit einer zum Bild gerichteten konvexen Oberfläche und zwei negative Linsenelemente mit jeweils einer zum Gegenstand gerichteten konkaven Oberfläche, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: dabei ist:
: der Durchschnitt der Brechungsindizes an der d-Linie der beiden negativen Linsenelemente in der zweiten Linsengruppe.

16. Verfahren zur Fokussierung mit einem Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und einer zweiten Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang bewerkstelligt durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende und eine positive hintere Untergruppe 1R mit einer geringen Brechkraft, und die erste Linse in der vorderen Untergruppe 1F eine negative Linse ist und die Fokussierung durch Bewegung der ersten Linsengruppe zum Gegenstand hin erreicht wird, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R vergrößert wird, während die folgenden Bedingungen erfüllt werden: -0,8<f_1G/f₁<-0,1 (1)0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15) dabei ist:
X_1R: der Betrag der Bewegung der hinteren Unter gruppe 1R während der Fokussierung; und
X_1F: der Betrag der Bewegung der vorderen Unter gruppe 1F während der Fokussierung.

17. Verfahren zur Fokussierung mit einem Zoom-Objektivsystem für den Einsatz an einer Kompaktkamera mit einem weiten Winkelerfassungsbereich, das umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite und einer zweiten Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und das den Zoomvorgang bewerkstelligt durch Veränderung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe umfaßt, beginnend auf der Gegenstandsseite, eine vordere Untergruppe 1F mit einer positiven Brennweite, eine Blende und eine positive hintere Untergruppe 1R, die allein zusammengesetzt ist aus einem einzelnen positiven Kunststoffmeniskus-Linsenelement mit einer zum Bild gericheten konvexen Oberfläche, und die Fokussierung durch Bewegung der ersten Linsengruppe zum Gegenstand erreicht wird, wobei der Abstand zwischen der vorderen Untergruppe 1F und der hinteren Untergruppe 1R vergrößert wird, während die folgenden Bedingungen erfüllt werden: 0,05<f_1G/f_1R<0,35 (15)(m_2L-m_1R · m_2L)²<0,8 (19)

18. Verfahren zur Fokussierung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung durchgeführt wird mit sowohl der Blende als auch der hinteren Untergruppe 1R feststehend.

19. Verfahren zur Fokussierung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierung durchgeführt wird mit sowohl der Blende als auch der hinteren Untergruppe 1R feststehend.