DE4112608A1 - Zoomobjektivsystem - Google Patents

Zoomobjektivsystem

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DE4112608A1
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Takayuki Ito
Nobutaka Minefuji
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Pentax Corp
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoomobjektivsystem, das geeignet ist für den Einsatz in Videokameras, elektronischen Fotoapparaten usw., das eine Lichtstärke von FNO 1 : 2,8 im Weitwinkelbereich besitzt und das zu einer Brennweitenverstellung bis zu einem Verhältnis von ungefähr 3 in der Lage ist.
Da aktive Anstrengungen unternommen werden, um die Größe, das Gewicht und die Kosten von Videokameras und elektronischen Fotoapparaten zu reduzieren, existiert ein wachsendes Bedürfnis nach einer entsprechenden Reduzierung der Größe des Gewichts und der Kosten der optischen Systeme für den Einsatz in derartigen Geräten.
Kompakte und leichte Zoomobjektivsysteme wurden bei Fotoapparaten für Umkehrfotografie (Silberhalogenid-Fotographie) verwendet und sie sind zumeist verfügbar als ein "Zwei-Gruppen"-Zoomobjektivsystem, das beginnend auf der Gegenstandsseite umfaßt die erste Linsengruppe mit negativer Brechkraft und die zweite Linsengruppe mit positiver Brechkraft und das die Brennweitenverstellung durchführt durch Veränderung des Abstands zwischen den beiden Linsengruppen.
Ein Beispiel des Zwei-Gruppen-Zoomobjektivsystems für den Einsatz bei Videokameras und elektronischen Fotoapparaten ist in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2 65 211/1988 beschrieben.
Jedoch sind diese herkömmlichen Zwei-Gruppen-Zoomobjektivsysteme nur in der Lage ein Zoomverhältnis von ungefähr 2 zu erreichen und sie können nicht der Forderung jüngster Modelle von Videokameras und elektronischen Fotoapparaten nach Erreichung höherer Zoomverhältnisse gerecht werden. Um Zoomverhältnisse größer als 2 zu erreichen, kann ein Zoomobjektivsystem bestehend aus drei oder mehr Linsengruppen verwendet werden, jedoch ist dann die Zunahmne der Komplexität des Systems unvermeidbar und die Forderung nach kleinerer Größe, geringerem Gewicht und niedrigeren Kosten kann nicht voll erfüllt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes leichtes und preiswertes Zoomobjektivsystem zu schaffen, das eine einfache Zwei-Gruppen-Linsenkonfiguration verwendet und das dennoch zu einer Brennweitenverstellung bis zu einem Verhältnis von ungefähr 3 in der Lage ist, während es eine zufriedenstellende optische Funktionsfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Zoomobjektivsystem, das, beginnend auf der Gegenstandsseite, aufweist: eine erste Linsengruppe, die zumindest drei Linsenelemente umfaßt und die eine zerstreuende (negative) Gesamtbrechkraft besitzt, und eine zweite Linsengruppe, die zumindest vier Linsenelemente umfaßt, wobei die zweite Linsengruppe aufgebaut ist, beginnend auf der Gegenstandsseite, aus einer Sammellinseneinheit, einer verkitteten Linse, die ein Sammellinsenelement und ein Zerstreuungslinsenelement aufweist, und einem Sammellinsenelement, und die eine sammelnde (positive) Gesamtbrechkraft besitzt, wobei das Zoomobjektivsystem in der Lage ist, zur Veränderung seiner Brennweite durch Justierung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe und wobei das Zoomobjektivsystem die folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllt:
(a) 0,05 < nN - nP < 0,25
(b) 10 < νP - νN < 35
wobei nP der Brechungsindex an der d-Linie des Sammellinsenelements der Verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe, nN der Brechungsindex an der d-Linie des Zerstreuungslinsenelements der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe, νP die Abbesche Zahl des Verkitteten Sammellinsenelements an der d-Linie und νN die Abbesche Zahl des verkitteten Zerstreuungslinsenelements an der d-Linie ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfüllt das Zoomobjektivsystem die folgende zusätzliche Bedingung (c):
(c) 0,5 < |rc/f2| < 10
dabei ist f2 die Brennweite der zweiten Linsengruppe und rc der Krümmungsradius der Zwischenfläche zwischen dem positiven und negativen Linsenelement der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Zoomobjektivsystems weist die erste Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, auf: ein zerstreuendes Meniskuslinsenelement mit einer zum Gegenstand gerichteten konvexen Oberfläche, ein Zerstreuungslinsenelement und ein Sammellinsenelement, wobei die zweite Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, nahe der ersten Linsengruppe, aufweist, eine Sammellinseneinheit, eine verkittete Linse bestehend aus einem Sammel- und einem Zerstreuungslinsenelement, und einem Sammellinsenelement, wobei das Zoomlinsensystem ferner die folgenden Bedingungen (d) und (e) erfüllt:
(d) 1,2 < |f1/fw| < 1,9
(e) (n1 + n2)/2 < 1,7
dabei ist fw die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung, f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe und n1 und n2 die Brechungsindizes an der d-Linie der beiden Zerstreuungslinsenelemente in der ersten Linsengruppe, wobei sich n1 auf das Linsenelement bezieht, das näher am Gegenstand ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1, 5, 9, 13, 17 und 21 vereinfachte Querschnittsansichten der in den Beispielen 1 bis 6 jeweils verwendeten Linsengruppen;
Fig. 2, 6, 10, 14, 18 und 22 Diagramme, die die Aberrationskurven wiedergeben, die in der Weitwinkelstellung jeweils bei den Beispielen 1 bis 6 erzielt werden;
Fig. 3, 7, 11, 15, 19, und 23 Diagramme, die die Aberrationskurven wiedergeben, die in der mittleren Stellung jeweils bei den Beispielen 1 bis 6 erzielt werden, und
Fig. 4, 8, 12, 16, 20 und 24 Diagramme, die die Aberrationskurven wiedergeben, die in der Teleeinstellung jeweils bei den Beispielen 1 bis 6 erzielt werden.
Die Bedingungen (a) bis (e), die von einem Zoomobjektivsystem gemäß der Erfindung erfüllt werden sollten oder vorzugsweise erfüllt sind, werden im folgenden beschrieben.
Bedingung (a) betrifft den Unterschied zwischen den Brechungsindizes der beiden Linsenelemente der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe. Durch die Kombination zweier optischer Materialien für die verkittete Linse, die dem Bereich der Bedingung (a) genügen, kann sphärische Aberration, Coma (Asymmetriefehler) und Astigmatismus auf ausgewogene Art kompensiert werden. Falls die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird, ist die sphärische Aberration unterkompensiert und gleichzeitig nimmt die Koma zu. Falls die obere Grenze der Bedingung (a) überschritten wird, wird es schwierig, die Bildfeldwölbung und den Astigmatismus zu reduzieren.
Bedingung (b) betrifft den Unterschied zwischen den Abbeschen Zahlen der beiden Linsenelemente der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe und sollte erfüllt werden, um eine effektive Kompensation der chromatischen Aberration zu erreichen, die in der zweiten Linsengruppe auftritt. Durch Kombination der Abbeschen Zahlen der beiden Linsenelemente der verkitteten Linse derart, daß Bedingung (b) erfüllt ist, kann chromatische Aberration reduziert werden. Falls die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird oder falls deren obere Grenze überschritten wird, wird es schwierig, eine wirksame Kompensation axialer (oder longitudinaler) chromatischer Aberration und besonders die chromatische Aberration der Vergrößerung (oder laterale chromatische Aberration) in der Weitwinkeleinstellung zu erreichen.
Bedingung (c) betrifft den Radius der Krümmung der Zwischenfläche zwischen den beiden Linsenelementen der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe. Die verkittete Linsengruppe in der zweiten Linsengruppe besteht aus einem Sammel- und einem Zerstreuungslinsenelement mit jeweils stark sammelnder und zerstreuender Brechkraft, um ein kompaktes Objektivsystem zu realisieren. Der Einsatz dieser verkitteten Linse hilft, die nachteiligen Auswirkungen von Herstellungsfehlern bei der Linsenbearbeitung zu reduzieren. Durch Anpassung des Krümmungsradius zwischen Fläche der verkitteten Linse derart, daß der Bereich von Bedingung (c) erfüllt wird, kann zusätzlich sphärische Aberration und Koma wirksam kompensiert werden. Falls die untere Grenze der Bedingung (c) nicht erreicht wird, ist der Radius der Krümmung der Zwischenfläche der verkitteten Linse so klein, daß sphärische Aberration und Koma merklich vergrößert werden. Falls die obere Grenze dieser Bedingung überschritten wird, wird sphärische Kompensation unterkompensiert und gleichzeitig treten unerwünscht große Aberrationsveränderungen während der Brennweitenverstellung auf.
Bedingung (d) betrifft die Brechkraft der ersten Linsengruppe und wird vorzugsweise erfüllt, nicht nur um die Größe der Bewegung der ersten Linsengruppe während der Brennweitenverstellung zu reduzieren, um so ein kompaktes Objektivsystem zu realisieren, sondern auch um einen ausreichenden Brennpunktabstand von der Linsenrückseite für den Einsatz eines Filters und einer Frontplatte in Videokameras oder elektronischen Fotoapparaten sicherzustellen. Falls die untere Grenze der Bedingung (d) nicht erreicht wird, wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe erhöht, was einen bevorzugten Zustand für die Realisierung eines kompakten Systems schafft, wodurch es aber andererseits schwierig wird, sphärische Aberration und Verzerrung zu reduzieren. Falls die obere Grenze von Bedingung (d) überschritten wird, nimmt die Brechkraft der ersten Linsengruppe ab, wodurch es möglich wird, sphärische Aberration und Verzerrung wirksam zu kompensieren, wodurch es jedoch andererseits schwierig wird, einen großen Brennpunktabstand von der Linsenrückseite zuzulassen und wodurch gleichzeitig der Betrag der Bewegung der ersten Linsengruppe während der Brennweitenverstellung zunimmt, was im Hinblick auf die Realisierung eines kompakten Systems nicht zu bevorzugen ist.
Bedingung (e) betrifft die Brechungsindizes der zerstreuenden Linsenelemente in der ersten Linsengruppe und sie wird bevorzugt eingehalten, um die Petzval-Summe des Gesamtsystems auf einem gewünschten Niveau zu halten und um eine wirksame Kompensation der Bildfeldwölbung und des Astigmatismus zu erreichen. Die erste Linsengruppe des erfindungsgemäßen Systems besitzt eine stark negative Brechkraft (zerstreuend), so daß das Gesamtobjektivsystem eine negative Petzval-Summe besitzt und die Bildfeldwölbung dazu neigt, überkompensiert zu werden. Um dieses Problem zu vermeiden werden die Brechungsindizes der zerstreuenden Linsenelemente in der ersten Gruppe auf ausreichend hohe Niveaus eingestellt um sicherzustellen, daß die negative Petzval-Summe, die in der ersten Linsengruppe auftritt, reduziert wird, um die Petzval-Summe des Gesamtsystems in positiver Richtung zu verschieben, wodurch die Bildfeldwölbung und der Astigmatismus in ausgewogener Weise kompensiert werden können.
Sechs Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die numerischen Datenblätter beschrieben, in denen repräsentiert FNO das Offnungsverhältnis, f die Brennweite des Gesamtsystems, ω den halben Blickwinkel, r den Radius der Krümmung einer einzelnen Linsenoberfläche, d die Dicke eines einzelnen Linsenelements oder der räumliche Abstand zwischen benachbarten Linsenelementen, n der Brechungsindex eines einzelnen Linsenelements an der d-Linie und ν die Abbesche Zahl eines einzelnen Linsenelements an der d-Linie.
Die numerischen Datenblätter für jedes Beispiel enthalten eine planparallele Platte, die am nächsten am Bildpunkt positioniert ist und diese Platte ist eine angenommene Kombination aus einem Filter, einer Frontplatte oder ähnlichen Komponenten, die bei einer Videokamera, einem elektronischen Fotoapparat etc. verwendet wird. Die zweite Oberfläche der planparallelen Platte fällt zusammen mit der Brennpunktposition.
Beispiel 1
Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 3 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 1
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,2° - 9,7°
Die Werte von d6 und d13 variieren wie folgt:
Beispiel 2
Fig. 5 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt. Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 2
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,2° - 9,6°
Die Werte von d6 und d13 variieren wie folgt:
Beispiel 3
Fig. 9 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 3 dargestellt. Fig. 10 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 11 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 3
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,2° - 9,7°
Die Werte von d6 und d13 variieren wie folgt:
Beispiel 4
Fig. 13 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 4 dargestellt. Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 15 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 4
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,2° - 9,6°
Die Werte von d6 und d13 variieren wie folgt:
Beispiel 5
Fig. 17 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 5 dargestellt. Fig. 18 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 19 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 20 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 5
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,2° - 9,7°
Die Werte von d6 und d15 variieren wie folgt:
Beispiel 6
Fig. 21 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoomobjektivsystems gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung. Numerische Daten für dieses Objektivsystem sind in der folgenden Tabelle 6 dargestellt. Fig. 22 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven zeigt, die mit diesem Linsensystem in der Weitwinkeleinstellung (am Weitwinkelende) erzielt werden. Fig. 23 zeigt ein Diagramm der Aberrationskurven, die bei der mittleren Einstellung (am Mittelwinkelende) erzielt werden; und Fig. 24 ist ein Diagramm, das die Aberrationskurven wiedergibt, die in der Teleeinstellung (am Telephotoende) erreicht werden.
Tabelle 6
FNO = 1 : 2,8 - 5,7, f = 8,15 -23,50, ω = 27,4° - 9,7°
Die Werte von d6 und d15 variieren wie folgt:
Tabelle 7 zeigt die numerischen Daten für die Beispiele 1 bis 6, wie bezogen auf die Bedingungen (a) bis (e)
Tabelle 7
Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben wurde, schafft die vorliegende Erfindung ein Zoomobjektivsystem mit einfachem "Zwei-Gruppen"-Aufbau, das in der Lage ist, eine Brennweitenverstellung bis zu einem Verhältnis von ungefähr 3 zu erreichen, wobei es eine zufriedenstellende optische Funktionalität zeigt.

Claims (3)

1. Zoomobjektivsystem mit, beginnend auf der Gegenstandsseite, einer erste Linsengruppe, die zumindest drei Linsenelemente umfaßt und die eine zerstreuende (negative) Gesamtbrechkraft besitzt, und einer zweiten Linsengruppe, die zumindest vier Linsenelemente umfaßt, wobei die zweite Linsengruppe aufgebaut ist, beginnend auf der Gegenstandsseite, aus einer Sammellinseneinheit, einer verkitteten Linse, die ein Sammellinsenelement und ein Zerstreuungslinsenelement aufweist und einem Sammellinsenelement, und die eine sammelnde (positive) Gesamtbrechkraft besitzt, wobei das Zoomobjektivsystem in der Lage ist, zur Veränderung seiner Brennweite durch Justierung des Abstandes zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe und das Zoomobjektivsystem die folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllt: (a) 0,05 < nN - nP < 0,25(b) 10 < νP - νN < 35wobei nP der Brechungsindex an der d-Linie des Sammellinsenelements der Verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe, nN der Brechungsindex an der d-Linie des Zerstreuungslinsenelements der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe, νP die Abbesche Zahl des Verkitteten Sammellinsenelements an der d-Linie und νN die Abbesche Zahl des verkitteten Zerstreuungslinsenelements an der d-Linie ist.
2. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die folgende Bedingung (c) erfüllt: (c) 0,5 < |rc/f2| < 10wobei f2 die Brennweite der zweiten Linsengruppe und rc der Krümmungsradius der Zwischenfläche zwischen dem positiven und negativen Linsenelement der verkitteten Linse in der zweiten Linsengruppe ist.
3. Zoomobjektivsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, aufweist: ein zerstreuendes Meniskuslinsenelement mit einer zum Gegenstand gerichteten konvexen Oberfläche, ein Zerstreuungslinsenelement und ein Sammellinsenelement, und wobei die zweite Linsengruppe, beginnend auf der Gegenstandsseite, nahe der ersten Linsengruppe, aufweist: eine Sammellinseneinheit, eine verkittete Linse bestehend aus einem Sammel- und einem Zerstreuungslinsenelement, und ein Sammellinsenelement, wobei das Zoomlinsensystem ferner die folgenden Bedingungen (d) und (e) erfüllt: (d) 1,2 < |f1/fw| < 1,9(e) (n1 + n2)/2 < 1,7wobei fw die Brennweite des Gesamtsystems in der Weitwinkelstellung, f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe und n1 und n2 die Brechungsindizes an der d-Linie der beiden Zerstreuungslinsenelemente in der ersten Linsengruppe sind, wobei sich n1 auf das Linsenelement bezieht, das näher am Gegenstand ist.
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