DE4208723A1

DE4208723A1 - Zoom-objektiv-system

Info

Publication number: DE4208723A1
Application number: DE4208723A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1992-10-15
Also published as: US5218477A; JPH04289812A

Description

Die Anmeldung basiert auf der beanspruchten Priorität der japanischen Anmeldung No. HEI 3-1 28 915, angemeldet am 18. März 1991, dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv-System mit drei Linsengruppen, die hauptsächlich für die Verwendung mit Standbildkameras bestimmt sind.

Ein herkömmliches Zoom-Objektiv-System enthält eine fest angeordnete dritte Linsengruppe mit einer schwachen optischen Brechkraft, wie zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung No. 1 20 311/1985 (Beispiel 1) und der japanischen Patentanmeldung No. 2 40 217/1986 (Beispiel 2) beschrieben. Ein alternatives herkömmliches System bewegt die dritte Linsengruppe monoton, wie zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung No. 26 754/1979 (Beispiel 3) beschrieben.

Wenn jedoch in den Zoom-Objektiv-Systemen aus den Beispielen 1 und 2 die Gesamtlinsenlänge während einer Zoom-Operation (das heißt, wenn sich das System zwischen einer Schmalwinkel-Linsenstellung und einer Weitwinkel-Linsenstellung befindet) verkleinert wird, verändert sich der Astigmatismus. Wenn diese Systeme eingestellt werden, um Null-Astigmatismus zu schaffen wenn der Zoom an der Schmal- und Weitwinkel-Endstellung positioniert wird, erfahren die Beispiele 1 und 2 negativen Astigmatismus, wenn sich der Zoom zwischen diesen Endpositionen bewegt (das heißt durch die Mittenwinkel-Position).

In jedem der oben beschriebenen Beispiele 1 und 2 von herkömmlichen Zoom-Objektiv-Systemen muß sich beim Zoomen auf eine Schmalwinkel-Endstellung die zweite Linsengruppe um einen viel größeren Abstand bewegen als die erste Linsengruppe. Dieser Bewegungsunterschied kompliziert den Mechanismus zur Durchführung von Fokussierungs- und Zoom-Operationen in einem "Einhand"-Linsentubus beträchtlich, nachdem beide Operationen mit einem einzigen Einstellring durchgeführt werden.

Das Zoom-Objektiv-System aus Beispiel 3, das die dritte Linsengruppe monoton (das heißt in einer Richtung, wenn sich der Zoom zwischen Schmal- und Weit-Winkel-Endpositionen bewegt), erfordert ein sperriges Gesamtlinsensystem und eine große Anzahl von Linsen, um einen weiten Bereich von Linsenbewegung zu erhalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Unzulänglichkeiten zu beseitigen, indem ein Dreigruppen-Zoom-Objektivsystem mit einer kompakten Gesamtgröße und mit Unterdrückung der Aberrationsveränderungen während Zoom-Operationen geschaffen wird.

Diese Aufgabe wird in der vorliegenden Erfindung durch ein Zoom-Linsensystem gelöst, das in Reihenfolge von der Objektivseite eine negative erste Linsengruppe umfaßt, um eine konstante Brenn-Position beizubehalten, eine positive zweite Linsengruppe, um Zoom-Operationen auszuführen, und eine negative dritte Linsengruppe, um als eine Wende-Linseneinheit zu arbeiten. Die dritte Linsengruppe bewegt sich während dem Abschnitt einer Zoom-Operation, bei dem sich der Zoom von einer Weitwinkel-Endstellung auf eine Mittenwinkelstellung bewegt, auf das Objekt hin zu. Die dritte Linsengruppe bewegt sich während dem Abschnitt einer Zoom-Operation, bei der sich der Zoom von der Mittenwinkelstellung auf die Schmalwinkel-Endstellung bewegt, auf das Bild zu. Außerdem bewegt sich die zweite Linsengruppe auf das Objekt hin zu, während sich der Zoom in Richtung der Schmalwinkelstellung bewegt.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Zoom-Linsensystems entsprechend der vorliegenden Erfindung an der Weitwinkel-Endstellung;

Fig. 2 ein Graph mit den Aberrationskurven, die mit dem Zoom-Linsensystem aus Fig. 1 erhalten werden, wenn sich die dritte Gruppe an der Weitwinkel-Endstellung befindet;

Fig. 3 ein Graph mit den Aberrationskurven, die mit dem Zoom-Linsensystem aus Fig. 1 erhalten werden, wenn sich die dritte Gruppe an der Mittenwinkelstellung befindet; und

Fig. 4 ein Graph mit den Aberrationskurven, die mit dem Zoom-Linsensystem aus Fig. 1 erhalten werden, wenn sich die dritte Gruppe an der Schmalwinkel-Endstellung befindet.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben. Fig. 1 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht des vorliegenden Zoom-Linsensystems, das an der Weitwinkel-Zoomstellung positioniert ist.

Das Linsensystem aus Fig. 1 umfaßt in Reihenfolge von der Objektseite O und entlang einer zwischen der Objektseite O und der Abbildseite I verlaufenden Achse, eine negative erste Linsengruppe L1, eine positive zweite Linsengruppe L2 und eine negative dritte Linsengruppe L3. Die dritte Linsengruppe L3 bewegt sich (wie durch die Linie C gezeigt) auf das Objekt O zu, wenn eine Zoom-Operation das Linsensystem von einer Weitwinkel-Endstellung auf die Mittenwinkelstellung bewegt. Die Linie C zeigt an, daß sich der Ortspunkt der dritten Gruppe vom Punkt Cw auf den Punkt Cm bewegt.

Sobald das Zoomsystem die Mittenwinkelstellung passiert und anfängt sich von der Mittenwinkelstellung weg und auf die Schmalwinkel-Endstellung zu zu bewegen, dreht die dritte Gruppe L3 die Richtung um und beginnt sich auf die Abbildseite I zu zu bewegen (das heißt der Ortspunkt bewegt sich vom Punkt Cm auf den Punkt Cn zu).

Die Zeilen A und B zeigen die Bewegung der Linsengruppen L1 bzw. L2 an. Wenn sich das Linsensystem zwischen den Weitwinkel- und Schmalwinkel-Endstellungen bewegt, bewegt sich die erste Linsengruppe zwischen den Punkten Aw und An, während sich die zweite Linsengruppe zwischen den Punkten Bw und Bn bewegt.

Das Bewegen der Linsengruppen in dieser Art und Weise ermöglicht, daß die Länge des Gesamtlinsensystems verkürzt werden kann, wobei während des Zoomens astigmatische Veränderungen immer noch unterdrückt werden. Das Umdrehen der Bewegungsrichtung der dritten Linsengruppe an der Mittenwinkelstellung verkleinert den Bewegungsbereich, wodurch die Gesamtgröße des Linsensystems kompakt gemacht wird.

Um eine für einen "Einhand"-Linsentubus geeignete Linsenbewegung zu erreichen, ist die Ortskurve der ersten Linsengruppe so ausgelegt, daß sie keinen Wendepunkt aufweist (wie durch den Pfeil A dargestellt). Das vorliegende System verkleinert auch das Verhältnis der Bewegung zwischen den ersten und zweiten Linsengruppen durch Verkürzung der Entfernung über die sich die zweite Linsengruppe bewegt.

Das vorliegende Linsensystem ist so ausgelegt, um die folgenden Bedingungen zu erfüllen:

0,8<m2L<1,0 (1)

0<m3M-m3L<0,05 (2)

wobei m2L die laterale Vergrößerung der zweiten Linsengruppe darstellt, wenn das System an der Schmalwinkel-Endposition positioniert wird; m3L bezeichnet die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe, wenn das System an der Schmalwinkel-Endstellung positioniert wird; und m3M bezeichnet die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe, wenn das System an der Mittenwinkelstellung positioniert wird.

Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (1) überschritten wird, muß das erste Linsensystem entlang einer komplizierten Bewegungsortskurve bewegt werden, die einen Wendepunkt enthält (das heißt eine Umkehrrichtung an einem Zwischen-Fokussierungspunkt). Diese komplexe Bewegung verhindert einen Aufbau eines "Einhand"-Linsentubus, der einen einfachen Bewegungsmechanismus verwendet. Dementsprechend ist der obere Grenzwert der Bedingung (1) wesentlich. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (1) nicht erreicht wird, wird die optische Brechkraft der ersten und zweiten Linsengruppe verkleinert und die Gesamtlinsenlänge muß erhöht werden, um diesen Brechkraftverlust zu kompensieren, um ein gewünschtes Zoomverhältnis zu erhalten.

Die Bedingung (2) definiert den Unterschied zwischen m3M (das heißt die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe, wenn sie sich an der Mittenwinkelstellung befindet) und m3L (das heißt die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe, wenn sie sich an der Schmalwinkel-Endposition befindet). Wenn die Bedingung (2) erfüllt ist, ist das Verhältnis der Bewegung zwischen den ersten und zweiten Linsengruppen, während das System von der Mittenwinkelstellung auf die Schmalwinkel-Endstellung zoomt, viel kleiner als das Verhältnis der Bewegung zwischen den ersten und zweiten Gruppen in den obigen Beispielen (1) und (2). Dieses verkleinerte Verhältnis der Bewegung in dem vorliegenden System ermöglich es, eine Linsenbewegung zu erreichen, die sich weitaus besser für einen "Einhand"-Linsentubus eignet.

Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (2) überschritten wird, wird die Bewegung der dritten Linsengruppe sehr groß, wodurch sie einen überkorrigierten Astigmatismus erzeugt, wenn sich der Zoom an der Mittenwinkelstellung befindet. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung (2) nicht erreicht wird, wird das Verhältnis der Bewegung der zweiten Linsengruppe zur Bewegung der ersten Linsengruppe bei Bewegung der zweiten Gruppe auf das Schmalwinkelende zu in einem großen Ausmaß vergrößert.

Die vorliegende Erfindung ist also derart ausgelegt, um die folgende Bedingung zu erfüllen:

-0,3<ΔX1L/ΔX2L<-0,07 (3)

wobei ΔX1L/ΔX2L das Bewegungsverhältnis zwischen den ersten und zweiten Linsengruppen bezeichnet, wenn das System auf die Schmalwinkel-Endstellung zoomt. Insbesondere bezeichnet ΔX1L einen Betrag, um den sich die erste Linsengruppe bewegt, und ΔX2L bezeichnet einen Betrag, um den sich die zweite Linsengruppe bewegt, während des Zoomens von einer Mittenwinkelposition auf eine Schmalwinkel-Endstellung.

Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (3) überschritten wird, wird die Bewegung der zweiten Linsengruppe übermäßig im Vergleich mit der Bewegung der ersten Linsengruppe. Diese übermäßige Bewegung eignet sich nicht für einen "Einhand"-Linsentubus. Falls der untere Grenzwert der Bedingung (3) nicht erreicht wird, ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe so klein, daß die Gesamtlinsenlänge erhöht werden muß, um ein gewünschtes Zoomverhältnis zu erhalten.

Durch Erfüllung der Bedingungen (1) bis (3) kann eine verbesserte Linsenanordnung geschaffen werden, die die folgenden Merkmale aufweist: Die Bewegungsortskurve der ersten Linsengruppe weist keinen Wendepunkt auf; die ersten und zweiten Linsengruppen besitzen ausreichend große optische Kraft; das Verhältnis der Bewegung zwischen der ersten und zweiten Linsengruppe während Zoomens auf die Schmalwinkel-Endstellung zu ist klein; und das Linsensystem eignet sich zur Verwendung in einem "Einhand"-Linsentubus.

Um ein kompaktes Linsensystem zu erhalten, erfüllt die vorliegende Erfindung auch die folgende Bedingung:

1,0<m2L · m3L (4)

wobei m2L und m3L die laterale Vergrößerung der zweiten bzw. dritten Linsengruppe bezeichnet, wenn sich das System an der Schmalwinkel-Endstellung befindet. Wenn diese Bedingung (4) nicht erfüllt ist, wird der Betrag der Bewegung der zweiten Linsengruppe um einen derartigen Grad erhöht, so daß es unmöglich wird, die Gesamtgröße des Linsensystems zu verkleinern.

Um außerdem die Herstellungskosten durch Zusammensetzung des dritten Linsensystems als ein einziges negatives Linsenelement herabzusetzen, erfüllt das vorliegende System außerdem die folgende Bedingung:

m3L<1,13 (5)

Wenn diese Bedingung (5) nicht erfüllt ist und eine dritte Linsengruppe verwendet wird, die ein einziges Element besitzt, wird diese Ein-Elementgruppe, die in der ersten und zweiten Linsengruppe verursachte Aberrationen erhöhen. Daher müssen wenigstens zwei Linsenelemente in der dritten Gruppe verwendet werden, um eine wirksame Aberrationskurve zu erreichen, wenn die Bedingung (5) nicht erfüllt ist.

Spezifische numerische Daten für das vorliegende System sind im folgenden in den Tabellen 1 und 2 angegeben. In Tabelle 1 bezeichnet r den Krümmungsradius einer individuellen Linsenoberfläche, d die Dicke einer individuellen Linse oder den Luftraum zwischen benachbarten Linsen, n den Brechungsindex einer individuellen Linse, und v die Abbe-Zahl einer individuellen Linse. Die Brennweite f, die F-Zahl (FNO), der Halb-Sichtwinkel (ω) und der Rückbrennpunkt fb des vorliegenden Systems sind in Tabelle 2 angegeben. In Tabelle 2 entspricht die Spalte A den Linsenstellungen aus Fig. 1, bei denen sich der Zoom an der Weitwinkel-Endstellung befindet, Spalte B entspricht den Linsenstellungen, bei denen sich der Zoom an der Mittenwinkelstellung befindet und Spalte C entspricht den Linsenstellungen, wenn sich der Zoom an der Schmalwinkel-Endstellung (das heißt in der Teleobjektivstellung) befindet.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Kurvenverläufe der Aberrationskurven, die mit dem vorliegenden Linsensystem erhalten werden, wenn die Linsengruppen an der Weitwinkel-, Mittenwinkel- bzw. Schmalwinkelstellungen positioniert werden.

Die unten aufgeführten Werte erfüllen die Gleichungen (1) bis (5):

m2L = 0,98 (1)

m3M-m3L = 0,01 (2)

ΔX1L/ΔX2L = 1,06 (3)

m2L · m3L = 0,18 (4)

m3L = 1,08 (5)

Wie oben beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung ein Zoom-Linsensystem, das astigmatische Veränderungen unterdrückt wenn eine Zoom-Operation ausgeführt wird und die Gesamtlinsenlänge verkürzt. Es verkleinert also den notwendigen Bewegungsbereich der dritten Linsengruppe, um die Gesamtabmessung des Systems weiter herabzusetzen.

Wenn die relevanten Bedingungen erfüllt sind, kann eine Linsenbewegung realisiert werden, die sich für einen "Einhand"-Linsentubus eignet, der sowohl Fokussierung wie auch Zoomen durch Manipulation eines Einstellrings ausführt.

Tabelle 1

Tabelle 2

m2L = 0,908 (1)

m3M-m3L = 0,01 (2)

ΔX1L/ΔX2L = 1,06 (3)

m2L · m3L = 0,18 (4)

m3L = 1,08 (5)

Claims

1. Zoom-Linsensystem umfassend, in Reihenfolge von einer Objektseite (O) zu einer Bildseite (F):
eine negative erste Linseneinheit (L1), um eine konstante Brennstellung beizubehalten, eine positive zweite Linseneinheit (L2), die entlang einer zwischen einem Objekt und einem Abbild verlaufenden Achse (O-I) bewegbar ist um Zoom-Operationen auszuführen, und eine negative dritte Linseneinheit (L3), die entlang der Achse bewegbar ist, um als eine Wende-Linseneinheit zu arbeiten,
wobei sich die dritte Linseneinheit (L3) während einer Zoom-Operation, bei der sich der Zoom von einer Weitwinkel-Endstellung auf eine Mittenwinkelstellung bewegt, entlang der Achse auf das Objekt hin zu bewegt, wobei sich die dritte Linseneinheit während einer Zoom-Operation, bei der sich der Zoom von einer Mittenwinkelstellung auf eine Schmalwinkel-Endstellung bewegt, entlang der Achse auf das Abbild zu bewegt.

2. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, welches die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,8<m2L<1,0 (1)0<m3M-m3L<0,05 (2)wobei m2L eine laterale Vergrößerung der zweiten Linseneinheit (L2) bezeichnet, wenn das System an der Schmalwinkel-Endstellung positioniert wird, m3L eine laterale Vergrößerung der dritten Linseneinheit bezeichnet wenn das System an der Schmalwinkel-Endstellung positioniert wird, und m3M eine laterale Verstärkung der dritten Linseneinheit bezeichnet wenn das System an der Mittenwinkelstellung positioniert wird.

3. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 2, das außerdem die folgende Bedingung erfüllt: -0,3<ΔX1L/ΔX2L<-0,07 (3)wobei X1L einen Betrag bezeichnet, um den sich die erste Linseneinheit (L1) bewegt, und ΔX2L einen Betrag bezeichnet, um den sich die zweite Linseneinheit während Zoomens von einer Mittenwinkelstellung auf eine Schmalwinkel-Endstellung bewegt.

4. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, welches die folgende Bedingung erfüllt: 1,0<m2L · m3L (4)wobei m2L eine laterale Vergrößerung der zweiten Linseneinheit (L2) an der Schmalwinkel-Endstellung bezeichnet und m3L eine laterale Vergrößerung der dritten Linseneinheit (L3) an der Schmalwinkel-Endstellung bezeichnet.

5. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linseneinheit (L3) aus einem einzigen negativen Linsenelement besteht, das folgende Bedingung erfüllt: m3L<1,13 (5)wobei m3L eine laterale Vergrößerung der dritten Linseneinheit (L3) an der Schmalwinkel-Endstellung bezeichnet.

6. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Linseneinheit (L2) während Zoom-Operationen zwischen der Weitwinkel-Endstellung und der Schmalwinkel-Endstellung auf das Objekt hin zu bewegt, und sich die erste Linseneinheit (L1) während einer Zoom-Operation von der Weitwinkel-Endstellung auf die Schmalwinkel-Endstellung auf das Abbild zu bewegt.

7. Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linseneinheit (L3) aus einem einzigen negativen Linsenelement besteht.