DE4209901A1

DE4209901A1 - Zoom-objektiv

Info

Publication number: DE4209901A1
Application number: DE4209901A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yonezawa
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1992-10-08
Also published as: JPH04304409A; JP3042007B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv, das heißt ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zoom-Objektiv, das so gestaltet ist, daß seine Eintrittspupille näher zum Objektiv liegt als die erste Ebene der Linse auf der Objektseite, wie beispielsweise ein Tubus-Zoom- Objektiv für ein Mikroskop.

Traditionell ist ein Tubus-Zoom-Objektiv für ein Mikroskop bekannt, bei dem ein viergruppiges Zoom-Objektiv, gezählt von der Objektseite her, positive, negative, negative und positive Brechkräfte aufweist, ebenso ein dreigruppiges Zoom-Objektiv mit positiven, negativen bzw. positiven Brechkräften. Derartige Zoom-Objektive sind beispielsweise aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-54 925 bekannt. Diese Zoom-Objektive weisen beide einen Aufbau auf, bei dem eine Veränderung der Brennweite durch Verstellen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe erreicht wird.

Weiterhin wird ein viergruppiges Zoom-Objektiv mit positiven, negativen, positiven bzw. positiven Brech kräften weitverbreitet eingesetzt als photographisches Aufnahme objektiv. Ein derartiges Zoom-Objektiv ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-66 509 beschrieben. Dieses Zoom-Objektiv weist einen Aufbau auf, bei dem die erste dritte und vierte Linsen gruppe zusammen zur Objektseite hin verstellt werden, wenn die Brennweite von der Weitwinkelseite zur Teleseite ver ändert wird.

Bei den aus der vorstehend genannten japanischen Patent veröffentlichung 2-54 925 sowie der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2-66 509 bekannten herkömmlichen Zoom- Objektiven wird die Austrittspupille beim Zoomen, also beim Verändern der Brennweite, stets verändert, wenn die Eintrittspupille näher an der Objektseite gelegen ist als die Ebene der ersten Linse auf der Objektseite. Wenn diese Art Zoomobjektiv als Zoom-Tubus-Objektiv für ein Mikroskop verwendet wird, ergibt sich daher der Nachteil, daß die Position des Augenpunktes eines Okulars durch das Zoomen verändert wird. Auch dann, wenn eine optische Relais gruppe für diesen Zweck hinter einem Zoom-Tubusobjektiv ein gesetzt wird, wird die Eintrittspupille für das einfallende Licht für die optische Relaisgruppe durch das Zoomen verändert. Nachteilig dabei ist, daß der Aufbau des optischen Relaissystems kompliziert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die vorstehend genannten Nachteile der herkömmlichen Zoom- Objektive zu vermeiden und ein Zoom-Objektiv zu schaffen, dessen Eintrittspupille weiter zum Objektiv hin liegt als die erste Ebene der objektseitigen Linse, während die durch das Zoomen verursachte Veränderung ihrer Austritts pupille extrem gering ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch Schaffung eines Zoom-Objektivs, das eine positiv brechende Vordergruppe als erste Linsengruppe, ferner eine negativ brechende zweite Linsengruppe, eine positiv brechende dritte Linsengruppe und eine positiv brechende Hintergruppe als vierte Linsengruppe, wobei, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende variabel geändert wird, wenigstens die zweite Linsengruppe längs der optischen Achse so verstellt wird, daß der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe vergrößert und gleichzeitig die vierte Linsen gruppe zur Bildseite hin verstellt wird.

Durch die neuartige Maßnahme, wonach zumindest die zweite Linsengruppe verstellt wird, um den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe zu vergrößern, während die vierte Linsen gruppe dazu veranlaßt wird, wie vorstehend ausgeführt, zur Bildseite hin verstellt zu werden, ist es möglich, die Eintrittspupille auf die Objektseite zu positionieren und gleichzeitig die Veränderung der Austrittspupille extrem gering zu halten, wenn eine Veränderung der Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende statt findet.

In diesem Fall ist es wünschenswert, das System unter Einhaltung der folgenden Bedingung aufzubauen:

0 < (d_12T-d_12W)/(Bf_W-Bf_T) ≦ 1, Bf_W < Bf_T

wobei
d_12T: der axiale Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe am Teleende ist,
d_12W: der axiale Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe am Weitwinkelende ist,
Bf_W: die Schnittweite am Weitwinkelende ist und
Bf_T: die Schnittweite am Teleende ist.
Weiterhin ist es wünschenswert, daß folgende Bedingung erfüllt ist:

β_2W < 1 oder β_2W -1

Hierin bedeutet
β_2W: die Vergrößerung der zweiten Linsengruppe am Weitwinkelende.
Ferner ist es wünschenswert, daß folgende Bedingung erfüllt ist:

-1 < β_4W < 1

Hierin bedeutet
b_4W: die Vergrößerung der vierten Linsengruppe am Weitwinkelende.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs,

Fig. 2A, 2B und 2C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs,

Fig. 3A, 3B und 3C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs,

Fig. 4A, 4B und 4C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs,

Fig. 5A, 5B und 5C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer fünften Ausführungs form des erfindungsgemäßen Zoom- Objektivs,

Fig. 6A, 6B und 6C schematische Ansichten der Linsen anordnung einer sechsten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Zoom- Objektivs,

Fig. 7A und 7B Ansichten zur Verdeutlichung der erfin dungsgemäßen Linsenverstellung, und

Fig. 8 eine schematische Darstellung des optischen Systems für ein Mikroskop mit einem Unendlich-Objektiv- Tubus (infinite lens barrel length type) in den ein erfindungsgemäßes Zoom-Objektiv eingesetzt ist.

Die Fig. 1A-1C bis Fig. 6A-6C zeigen auf einanderfolgend den Aufbau einer ersten bis zu einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs. Die Fig. 1A, 2A, 3A, 4A, 5A und 6A zeigen dabei den Zustand des sich in der Weitwinkelstellung befindlichen Objektivs (im Zustand minimaler Brennweite). Fig. 1B, 2B, 3B, 4B, 5B und 6B zeigen den Zustand des Objektivs bei einer mittleren Brennweite und die Fig. 1C, 2C, 3C, 4C, 5C und 6C zeigen den Zustand des sich in der Telestellung befindlichen Objektivs (im Zustand maximaler Brennweite). Die Fig. 7A und 7B verdeutlichen das Prinzip der Linsen verstellung bei dem erfindungsgemäße Zoom-Objektiv und Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung des optischen Systems für ein Mikroskop mit einer Fassung für einen Unendlich-Objektiv-Tubus (infinite lens barrel length type), in den ein erfindungsgemäßes Zoom-Objektiv einge setzt ist.

Wie aus den Fig. 1A-1C bis Fig. 6A-6C deutlich wird, weist jede Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs eine positiv brechende erste Linsen gruppe G1 als Vordergruppe, eine negativ brechende zweite Linsengruppe G2, eine positiv brechende dritte Linsen gruppe G3 und eine positiv brechende vierte Linsengruppe G4 als Hintergruppe auf. Wenn die Brechkraft vom Weit winkelende zum Teleende geändert wird, wird der axiale Abstand zwischen der vordersten Linsenfläche der ersten Linsengruppe und der hintersten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe vergrößert, während die vierte Linsengruppe dazu veranlaßt wird, zur Bildseite verstellt zu werden. Dadurch wird prinzipiell eine gut abgeglichene Beschränkung einer Änderung der Austrittspupille erreicht, während die Brechkraftänderung der Eintrittspupille durch den be schriebenen Verstellmodus ausgeführt wird.

Das vorstehend erwähnte Zoom-Objektiv wird als optisches System mit veränderbarer Brechkraft für ein Objektiv eingesetzt, dessen Augenpunkt sich nicht ändert, wenn es beispielsweise für ein Mikroskop mit einem Unendlich- Objektiv-Tubus eingesetzt wird. Ein solches Mikroskop ist, wie in Fig. 8 schematisch dargestellt, mit einer objektseitigen Unendlich-Korrektions-Linsenanordnung O versehen, die aus einem ersten Linsenglied O1 besteht, das ein Strahlenbündel von einem Objekt M in parallele Strahlenbündel umwandelt, sowie einem zweiten Linsen glied O2 (einem Tubuslinsenglied zur Verwendung in einem Mikroskop), das diese parallelen Strahlenbündel zur Aus bildung eines räumlichen Bildes (eines Zwischenbildes ) I konvergiert, und einem Okular E, wobei dieses räumliche Bild (Zwischenbild) I an einer Augenpunktposition E.P. in Vergrößerung betrachtet werden kann. Die Zoomfunktion des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs wird dadurch erreicht, daß das vorstehend erwähnte zweite Linsenglied O2 gezoomt werden kann. Indem vorliegend das zweite Linsenglied O2 als Zoom-Objektiv ausgebildet ist, reicht es nicht aus, das zweite Linsenglied O2 einfach so auszulegen, daß seine Brennweite geändert werden kann, weil die Lagenänderungen von Eintrittspupille und Austrittspupille des Objektivs O, das heißt die Veränderung der Austrittspupille der objektseitigen Linsenanordnung O beim Zoomen groß wird, wie dies beim herkömmlichen Zoom-Tubusobjektiv bei Verwendung in Mikroskopen der Fall ist. Infolge davon wird die Augenpunktposition E.P. eines Mikroskops deutlich verändert, was nicht nur dazu führt, daß ein Objekt schwierig zu beobachten wird, sondern auch zu einer Verschlechterung der optischen Leistungsfähigkeit des Mikroskops.

Erfindungsgemäß ist es deshalb vorgesehen, das eine veränderliche Brechkraftfunktion aufweisende Linsen glied O₂ (auf das nachfolgend der Einfachheit halber als Zoom-Objektiv Bezug genommen wird) grundlegend mit vier Linsengruppen, nämlich positiv, negativ, positiv, positiv brechenden Linsengruppen aufzubauen, wobei eine neue Brech kraftänderungsmethode so angewendet wird, daß, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende ver ändert wird, die vierte Linsengruppe G4 veranlaßt wird, zur Bildseite hin verstellt zu werden, und der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 vergrößert wird, wodurch erreicht wird, daß eine zoombedingte Veränderung der Austrittspupillenlage während des Zoomens extrem gering wird.

Nachfolgend sollen mit Bezug auf die Fig. 7A und 7B im einzelnen die Bedingungen beschrieben werden, die dafür verantwortlich sind, daß die Ausgangspupille auf grund des Zoomens keinerlei Veränderung erfährt.

Der Verlauf der Brechkräfte des Zoom-Objektivs ist in den Fig. 7A und 7B dargestellt. Fig. 7A zeigt den Brechkraftverlauf, wenn die Brennweite des Zoom-Objektivs am Weitwinkelende f ist, und Fig. 7B zeigt die Brechkraftanordnung wenn die Brennweite des Zoomlinsen glieds am Teleende Zf beträgt.

Bei dem gemäß Fig. 7A am Weitwinkelende befindlichen Zoom-Objektiv bezeichnet das Bezugszeichen H₀ eine vordere Hauptebene; H₁ eine hintere Hauptebene; S den Abstand zwischen den Hauptebenen; f die Brennweite des Zoom-Objektivs am Weitwinkelende; D₀ den Abstand von der vorderen Hauptebene zur Eintrittspupille; und D₁ den Abstand von der hinteren Hauptebene zur Austrittspupille. Die Vergrößerung der Pupillen (D₁/D₀) beträgt β.

Bei dem gemäß Fig. 7B am Teleende befindlichen Zoom- Objektiv bezeichnet das Bezugszeichen H_0T eine vordere Hauptebene; H_1T eine hintere Hauptebene; S_T den Abstand zwischen den Hauptebenen; Z ein Vario-Brechkraft verhältnis (Zoomverhältnis); Z_f die Brennweite des Zoom- Objektivs am Teleende; D_0T den Abstand von der vorderen Hauptebene zur Eingangspupille; und D_1T den Abstand von der hinteren Hauptebene zur Austrittspupille. Die Vergrößerung der pupillen (D_1T/D_0T) beträgt β_T.

Die Bedingung dafür, daß die Position B der Austritts pupille gegenüber der Position der Eintrittspupille durch eine willkürliche Zoomvergrößerung nicht verändert wird, besteht darin, daß der Abstand zwischen den Pupillen konstant ist. Aus Fig. 1A und Fig. 1B ist dafür folgende Gleichung ableitbar:

-D₀ + S + D₁ = - D_0T + S_T + D_1T (1)

Aus den Fig. 7A und 7B ist zudem folgende Gleichung ableitbar:

D_1T = D₁ + Zf - f (2)

Auf der Grundlage der Bilderzeugungsgleichung für eine Linse kann die Bilderzeugungsbeziehung zwischen den Pupillen am Teleende in Fig. 7B durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

1/D_1T = (1/Zf) + (1/D_0T) (3)

Durch Einsetzen der Gleichung (2) in Gleichung (3) ergibt sich für eine Anordnung folgende Gleichung:

D_0T = Zf{D₁ + f(Z - 1)}/(f - D₁) (4)

Weiterhin kann die Beziehung zwischen der Pupillenvergrößerung β_T und D_0T und D_1T am Teleende durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

β_T = D_1T/D_0T (5)

Durch Einsetzen der Gleichung (2) und der Gleichung (4) in die Gleichung (5) kann für eine Anordnung folgende Gleichung erhalten werden:

β_T = (D₁ + Zf - f)/[Zf{D₁ + f(Z - 1)}/(f - D₁)]
= (f - D₁)/Zf
= [1/Z] · [(f - D₁)/f] (6)

In Übereinstimmung mit Newton′s Formel für die Bilder zeugung kann für das Zoom-Objektiv am Weitwinkelende gemäß Fig. 7A folgende Formel formuliert werden:

β = (f - D₁)/f

Unter Einsetzen der Gleichungen (7) und (7′) kann die vorstehend aufgeführte Gleichung (6) wie folgt ausgedrückt werden:

β_T = β/Z (7)

β_T/β = 1/Z (7′)

Die Gleichung (7′) gibt wieder, daß das Zoomverhältnis und das Vergrößerungsverhältnis der Pupillen in umgekehrtem Verhältnis zueinander stehen.

Ferner sind in Übereinstimmung mit der Bilderzeugungs formel für eine Linse die folgenden Gleichungen am Weit winkelende entsprechend Fig. 7A ableitbar:

1/D₁ = 1/f + 1/D₀ (8)

D₁ = fD₀/(f + D₀) (8′)

Durch Einsetzen der Gleichung (2), der Gleichung (4) und der Gleichung (8′) in Gleichung (1) kann für eine An ordnung folgende Gleichung abgeleitet werden:

S_T - S = (Z - 1){D₀(Z + 1) + f(Z - 1)} (9)

Diese Gleichung (9) stellt die Bedingung dar, unter welcher die Position der Ausgangspupille durch ein willkürliches Zoom-Verhältnis Z nicht verändert wird.

Die vorliegende Erfindung geht von dem Fall aus, daß die Eintrittspupille um ein gewisses Ausmaß mit Abstand von der ersten Ebene des Zoom-Objektivs zur Objektseite angeordnet ist. Insbesondere wird ein Fall betrachtet, bei dem der Abstand von der Eingangspupille zur vorderen Hauptebene H₀ länger ist als die Brennweite am Weitwinkel ende. Mit anderen Worten wird die Bedingung

D₀ -f (10)

in Betracht gezogen. Unter Einsetzen der Bedingung (10) in Gleichung (9) wird für eine Anordnung folgende Bedingung erhalten:

S_T - S -2f(Z - 1) < 0 (11)

wobei f < 0, Z < 1.

Aus den vorstehend genannten Bedingungen (10) und (11) wird verständlich, daß, wenn die Eintrittspupille an der Objektseite weiter von der vorderen Hauptebene H₀ als f (Brennweite am Weitwinkelende) entfernt ist, der Hauptebenenabstand S_T am Teleende kürzer sein muß als der Hauptebenenabstand S am Weitwinkelende, um die Bedingung zu erfüllen, daß die Ausgangspupille unveränderlich ist.

Wenn beispielsweise die Brennweite F am Weitwinkelende mit 200, das Zoomverhältnis mit 2 und der Abstand von der Eintrittspupille zur vorderen Hauptebene H₀ als D₀ = -250 angenommen wird, dann ist in Übereinstimmung mit der vorstehend genannten Gleichung (9) S_T-S -550. Um in diesem Fall mit anderen Worten die Position der Austritts pupille unveränderlich oder invariabel zu machen, muß der Hauptebenenabstand am Teleende um 550 kürzer sein als der Hauptebenenabstand S am Weitwinkelende.

Aus der Gleichung (7) sind außerdem die folgenden Bedingungen ableitbar.

D_1T/D_0T = (1/Z) (D₁/D₀)
D₀/D_0T = (1/Z) (D₁/D_1T)

Hierbei ist Z < 1. Außerdem gilt, wie aus den Fig. 7A und 7B hervorgeht, D_1T < D₁. Deshalb gilt D₀/D_0T < 1. Unter der Berücksichtigung, daß D_0T < 0 und D₀ < 0, läßt sich jetzt folgende Bedingung ableiten:

D₀ < D_0T (12)

Da ferner D_0T < 0 und D₀ < 0 jeweils negative Zahlen sind, läßt sich folgende Bedingung ableiten:

|D₀| < |D_0T| (13)

Aus der Bedingung (13) ergibt sich, daß der Abstand von der Position A der Eintrittspupille zur vorderen Haupt ebene H_0T beim Zoomverhältnis Z größer sein muß als dieser Abstand am Weitwinkelende. Mit anderen Worten zeigt diese Bedingung an, daß dann, wenn die Brechkraft vom Weitwinkel ende zum Teleende variiert wird, die Lage der vorderen Hauptebene in Richtung auf das Bild verstellt werden muß.

Wie vorstehend beschrieben, lautet die Bedingung, die die Austrittspupillenlage beim Zoomen unveränderlich macht: Der Abstand zwischen den Hauptebenen eines optischen Systems ist zu verkürzen, wenn vom Weitwinkelende zum Teleende gezoomt wird, und die vordere Hauptebene muß in Richtung Bild verschoben werden.

In Anbetracht der vorstehend genannten Bedingung zur Beschränkung der Veränderung der Pupille ist erfindungs gemäß gefunden worden, daß durch Vergrößern des Abstandes zwischen der positiv brechenden ersten Linsengruppe G1 und der negativ brechenden zweiten Linsengruppe G2 des viergruppigen Systems mit positiven, negativen, positiven bzw. positiven Brechkräften die Brechkraftveränderung be wirkt werden kann, während der Abstand zwischen den Haupt ebenen verkürzt wird, und daß durch Verstellen der positiv brechenden vierten Linsengruppe G4 in Richtung zum Bild die Lage der vorderen Hauptebene zum Bild hin verstellt werden kann. Mit anderen Worten ist es erfindungs gemäß prinzipiell möglich, die Veränderung der Austrittspu pillenlage während einer Brechkraftveränderung mit Hilfe einer neuen Brechkraftänderungsmethode zu beschränken, bei der der Abstand zwischen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 erhöht wird, während die vierte Linsengruppe G4 zur Bild seite verschoben wird, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende verändert wird.

Deshalb ist es für ein erfindungsgemäßes Zoomlinsenglied weiterhin wünschenswert, die nachfolgend genannte Bedingung (101) auf der Grundlage der vorstehend genannten Brech kraftveränderungsmethode zu erfüllen:

0 < (d_12T-d_12W)/(Bf_W-Bf_T) ≦ 1, Bf_W < Bf_T (101)

wobei
d_12W: der axiale Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe am Weitwinkelende ist,
d_12T: der axiale Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe am Teleende ist,
Bf_W: die Schnittweite des Zoomlinsenglieds am Weitwinkelende ist und
Bf_T: die Schnittweite des Zoomlinsenglieds am Teleende ist.

Jenseits der oberen Grenze der Bedingung (101) wird der Betrag der Veränderung zwischen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 groß, wenn die Brech kraft vom Weitwinkelende zum Teleende variiert wird (Zoomen). Obwohl es vorteilhaft ist, ein großes Verhältnis der Vario-Brechkräfte (Zoomverhältnis) zu gewinnen, wird der Verstellbetrag der vierten Linsengruppe G4 zur Bildseite hin zu klein im Vergleich zum erhöhten Betrag des Abstands zwischen den Gruppen der ersten Linsen gruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 auf der optischen Achse. Verglichen mit dem zwischen den Hauptebenen des Zoomlinsenglieds reduzierten Betrag wird deshalb der Verstellbetrag der vorderen Hauptfläche des Zoom-Objektivs zu klein, wodurch es schwierig wird, die Veränderung der Ausgangspupille zu korrigieren. Andererseits wird unterhalb der Untergrenze der Bedingung (101) der Abstand zwischen den Gruppen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 auf der optischen Achse nicht erhöht, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende verändert wird (Zoomen). Deshalb wird es nicht nur schwierig, ein ausreichendes Vario-Brechkraftverhältnis (Zoomverhältnis) zu gewinnen, sondern es ist auch unmöglich, den Abstand zwischen den Hauptebenen am Teleende verglichen mit dem jenigen am Weitwinkelende ausreichend klein zu machen. Im Ergebnis kann die Veränderung der Austrittspupillenlage nur schwerlich beschränkt werden.

Auch ist vorzugsweise folgende Bedingung zu erfüllen:

β_2W < 1 oder β_2W -1 (102)

mit

β_2W = Vergrößerung der zweiten Linsengruppe am Weitwinkelende.

Außerhalb des Bereichs der Bedingung (102) gilt die nachfolgend genannte Bedingung. Mit anderen Worten werden, wenn die Vergrößerung β_2W der zweiten Linsengruppe G2 -1 < β_2W < 0 ist, die schiefen Strahlen durch die zweiten Linsengruppe G2 stark divergiert, und die Durchmesser der dritten Linsengruppe G3 und der vierten Linsengruppe G4 würden übermäßig groß werden. Aus diesem Grund ist es schwierig, das Linsensystem kompakt auszulegen. Auch wird, wenn die Bedingung 0 β_2W 1 lautet, zwischen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 ein reelles Bild erzeugt. Es ist dann unvermeidlich, hinter der zweiten Linsengruppe G2 ein Re-Fokussierungssystem anzuordnen. Die Gesamtlänge des optischen Systems wird deshalb in uner wünschter Weise extrem groß.

Bei dem erfindungsgemäßen Zoom-Objektiv ist außerdem ein spezieller Verstellmodus vorgesehen, wonach die vierte Linsengruppe G4 in die Richtung zum Bild hin verstellt wird, wenn, wie im vorstehend abgehandelten Fall, von der Weitwinkel- zur Teleseite gezoomt wird. Wenn die Vergrößerung der vierten Linsengruppe G4 am Weitwinkelende mit β_4W bezeichnet wird, gilt vorzugsweise die Bedingung:

-1 < β_4W < 1 (103)

Außerhalb des Bereiches der Bedingung (103) wird die vierte Linsengruppe G4 in Richtung zum Objektiv verstellt, wenn vom Weitwinkelende zum Teleende gezoomt wird. Dann unterscheidet sich der Verstellmodus von dem erfindungs gemäßen und die Veränderung der Austrittspupille durch das Zoomen b wird extrem groß.

Um nun die Schnittweite durch Reduzieren des Verstellbetrages der vierten Linsengruppe G4 in Richtung zum Bild hin zu gewährleisten, wenn vom Weitwinkelende zum Teleende ge zoomt wird, wird beim erfindungsgemäßen Zoom-Objektiv diesem Zweck die erste Linsengruppe G1, wie in Fig. 5 gezeigt zum Objekt hin verstellt.

Um andererseits die Schnittweite sicherzustellen, während die erste Linsengruppe G1 mit Bezug auf die Bildfläche oder Bildebene feststeht, ist es wünschens wert, folgende Bedingung zu erfüllen:

β_4W < 1,8 - 0,8 Z (104)

Solange diese Bedingung nicht erfüllt wird, ist es schwierig, ausreichende Schnittweite am Teleende zu gewährleisten. Wenn aber Schnittweite auf jeden Fall zu gewährleisten ist, wird der Aufbau der vierten Linsen gruppe G4 unvermeidlich kompliziert.

Wenn mit Bezug hierauf das erfindungsgemäße Zoom-Objektiv vom Weitwinkelende zum Teleende gezoomt wird, wird es bevorzugt, die dritte Linsengruppe G3, wie in den Fig. 2 bis 6 gezeigt, zu verstellen, um eine vollständige Beschränkung der Ausgangspupillenveränderung in verbesserter Weise zu erzielen.

Nachfolgend werden Objektivaufbau und Verstellmodus für die einzelnen Ausführungsformen näher beschrieben.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist die positiv brechende erste Linsengruppe G1, wie in den Fig. 1A, 1B und 1C gezeigt, durch eine bikonvexe Sammellinse L₁₁ und eine mit dieser gekoppelten zerstreuenden Meniskuslinse L₁₂ mit konvexer Hinterfläche gebildet. Die negativ brechende zweite Linsengruppe G2 besteht aus einer Sammelmeniskus linse L₂₁ mit konvexer Hinterfläche und einer mit dieser gekoppelten zerstreuenden Linse L₂₂ sowie einer bikonkaven zerstreuenden Linse L₂₃. Die dritte Linsengruppe G3 und die vierte Linsengruppe G4 bestehen aus bikonvexen Sammel linsen L₃₁ und L₄₁ und den an diesen gekoppelten zer streuenden Linsen L₃₂ und L₄₂.

Der Verstellmodus des ersten Ausführungsbeispiels mit dem vorstehend genannten Aufbau besteht, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende (Fig. 1A) zum Teleende (Fig. 1C) verändert wird, darin, daß die erste Linsengruppe G1 und die dritte Linsengruppe G3 mit Bezug auf die Bildfläche feststehend sind, während der axiale Zwischenraum zwischen der hintersten Ebene der zweiten Linsengruppe G2 und der vordersten Ebene der vierten Linsengruppe G4, zwischen denen die dritte Linsengruppe G3 liegt, vergrößert wird, indem die zweite Linsengruppe G2 und die vierte Linsengruppe G4 zur Bildseite hin (nach hinten) verschoben werden.

Wie aus Fig. 1A hervorgeht, befindet sich die Eintritts pupille 150 mm entfernt von der ersten Ebene der ersten Linsengruppe G1 zum Objekt hin und die Austrittspupille befindet sich (a) 312,5 mm, (b) 403,6 mm und (c) 323,1 mm hinter der Bildebene bei Brennweiten (a) f = 200 mm, (b) f = 300 mm bzw. (c) f = 400 mm. Daraus wird deutlich, daß die Veränderung der Austrittspupille beschränkt ist, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende ver ändert wird.

Die optischen Größen sind unten (Tabelle I) angegeben.

In der Tabelle sind in der linken Spalte die Linsenflächen fortlaufend durchnumeriert, ausgehend von der Objektseite. Die darauffolgenden Spalten enthalten den Krümmungsradius r der Linsenflächen, den Scheitelabstand d zwischen den Linsen flächen (Linsendicken bzw. Luftabstände) sowie die Abbe′sche Zahl ν_d und den Brechungsindex n_d bei der d-Linie (λ = 587,6 nm) der einzelnen Linsenglieder. B.F. bezeichnet die Schnittweite und f die Gesamtbrenn weite. Die in der Tabelle aufgeführten Bezeichnungen gelten auch für alle weiteren Ausführungsbeispiele.

Tabelle I

Optische Größen (Erstes Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Erstes Ausführungsbeispiel)

In diesem Zusammenhang ist der Wert (Erstes Ausführungs beispiel) entsprechend jeder Bedingung wie folgt:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_r) = 0.251
β_2W = -1.54
β_4W = -0.1

Nachfolgend soll in Zusammenhang mit den Fig. 2A, 2B und 2C ein zweites Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Die Fig. 2A bis 2C zeigen die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels verdeutlichende Darstellungen.

Eine nähere Beschreibung von Punkten, die dem ersten Ausführungsbeispiel gleichen oder ähnlich sind, erübrigt sich.

Bei der Verstellung vom Weitwinkelende (Fig. 2A) zum Teleende (Fig. 2C) steht die erste Linsengruppe G1 mit Bezug auf die Bildfläche fest und die zweite Linsengruppe G2 und die vierte Linsengruppe G4 werden beide zur Bildseite hin verstellt; es wird also der axiale Zwischenraum zwischen der hintersten Linsenebene der zweiten Linsengruppe G2 und der vordersten Linsenebene der vierten Linsengruppe G4 zur Bildseite hin verstellt. Auch die dritte Linsengruppe G3 wird verstellt, und zwar so, daß der Abstand zwischen ihr und der zweiten Linsengruppe G2 verringert wird, ferner so, daß ihr Abstand zur vierten Linsengruppe G4 erhöht wird (siehe Fig. 2A bis 2C).

Die Eintrittspupille befindet sich 150 mm vor der ersten Ebene der ersten Linsengruppe und die Austrittspupille befindet sich (a) 312,5 mm, (b) 314,7 mm und (c) 313,0 mm hinter der Bildebene bei Brennweiten von (a) f = 200 mm, (b) f = 300 mm bzw. (c) f = 400 mm.

Die Korrektur der Austrittspupillenveränderung wird im Vergleich zum ersten Beispiel durch Verstellen der dritten Linsengruppe G3 in stärkerem Maße durchgeführt.

Die optischen Größen für das zweite Ausführungsbeispiel sind in Tabelle II zusammengefaßt:

Tabelle II

Optische Größen (Zweites Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Zweites Ausführungsbeispiel)

Dabei ist der Wert (Zweites Ausführungsbeispiel) der jeder Bedingung entspricht, wie folgt:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_T) = 0.249
β_2W = -1.54
β_4W = -0.1

Nachfolgend soll in Verbindung mit den Fig. 3A, 3B und 3C ein drittes Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Die Fig. 3A bis 3C zeigen die Linsenanordnung für das dritte Ausführungsbeispiel.

Die erste Linsengruppe G2 ist feststehend; die zweite Linsengruppe G2 wird verstellt; die dritte Linsengruppe G3 wird verstellt; und die vierte Linsengruppe G4 wird ebenfalls verstellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist denselben Verstellmodus auf wie das zweite Ausführungs beispiel.

Die Eintrittspupille befindet sich 150 mm vor der vordersten Ebene der ersten Linsengruppe und die Austrittspupille liegt (a) 310,3 mm, (b) 309,4 mm und (c) 309,8 mm hinter der Bildfläche bei Brennweiten von (a) f = 200 mm, (b) f = 300 mm bzw. (c) f = 400 mm.

Die optischen Größen für das dritte Ausführungsbeispiel sind in Tabelle III zusammengefaßt:

Tabelle III

Optische Größen (Drittes Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Drittes Ausführungsbeispiel)

Dabei beträgt der Wert (Drittes Ausführungsbeispiel) der jeder Bedingung entspricht:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_T) = 0.188
β_2W = -4.33
β_4W = -0.133

Nachfolgend soll in Verbindung mit den Fig. 4A, 4B und 4C ein viertes Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden; die Fig. 4A bis 4C zeigen Linsenanordnungen für das vierte Ausführungsbeispiel.

Die erste Linsengruppe G1 ist feststehend; die zweite Linsengruppe G2 wird verstellt; die dritte Linsengruppe G3 wird verstellt; und die vierte Linsengruppe G4 wird ebenfalls verstellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist außerdem denselben Verstellmodus auf wie das zweite Ausführungsbeispiel.

Die Eintrittspupille befindet sich 150 mm vor der vordersten Ebene der ersten Linsengruppe und die Austrittspupille befindet sich (a) 293,0 mm, (b) 295,2 mm und (c) 296,4 mm hinter der Bildfläche bei Brennweiten von (a) f = 200 mm, (b) f = 300 mm bzw. (c) f = 400 mm.

Die optischen Größen für das vierte Ausführungsbeispiel sind in Tabelle IV zusammengefaßt:

Tabelle IV

Optische Größen (Viertes Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Viertes Ausführungsbeispiel)

Dabei beträgt der Wert (Viertes Ausführungsbeispiel) der jeder Bedingung entspricht:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_T) = 0.293
β_2W = -1
β_4W = -0.297

Nachfolgend soll in Verbindung mit den Fig. 5A, 5B und 5C ein fünftes Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Die Fig. 5A bis 5C zeigen Linsenanordnungen für das fünfte Ausführungsbeispiel.

Die erste Linsengruppe G1, die zweite Linsengruppe G2, die dritte Linsengruppe G3 und die vierte Linsengruppe G4 werden alle verstellt, wenn die Brechkraft variiert wird. Beim Verstellen vom Weitwinkelende (Fig. 5A) zum Teleende (Fig. 5C) werden die erste Linsengruppe G1 und die dritte Linsengruppe G3 nach vorn oder zur Objektseite hin verstellt, und wird der Abstand, wie in den Fig. 5A bis 5C gezeigt, zwischen der ersten Linsengruppe G1 und der zweiten Linsengruppe G2 vergrößert, während der Abstand zwischen der dritten Linsengruppe G3 und der Linsengruppe G2 verringert wird. Auch die vierte Linsen gruppe G4 wird nach hinten so verstellt, daß der axiale Abstand zwischen der hintersten Fläche der zweiten Linsengruppe G2 und der vordersten Linsenfläche der vierten Linsengruppe G4 vergrößert wird.

Die Eintrittspupille befindet sich 150 mm vor der vordersten Ebene der ersten Linsengruppe, und die Austrittspupille befindet sich 312,6 mm, 303,0 mm und 288,5 mm hinter der Bildfläche bei Brennweiten von f = 200 mm, f = 300 mm bzw. f = 400 mm.

Die Schnittweite Bf am Teleende beträgt 50,1 mm und ist verglichen mit der Schnittweite Bf des zweiten Ausführungsbeispiels lang, weil die erste Linsengruppe nach vorn oder zur Objektseite hin verstellt wird.

In der Tabelle V sind die optischen Größen für das fünfte Ausführungsbeispiel zusammengefaßt:

Tabelle V

Optische Größen (Fünftes Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Fünftes Ausführungsbeispiel)

Dabei beträgt der Wert (Fünftes Ausführungsbeispiel) der jeder Bedingung entspricht:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_T) = 0.259
β_2W = -1.54
β_4W = -0.1

Nachfolgend soll in Verbindung mit den Fig. 6A, 6B und 6C ein sechstes Ausführungsbeispiel beschrieben werden; die Fig. 6A bis 6C zeigen die Linsenan ordnung des sechsten Ausführungsbeispiels.

Bei einer Brechkraftveränderung bleibt die erste Linsengruppe G1 feststehend; die zweite Linsengruppe G2 wird verstellt; die dritte Linsengruppe G3 wird verstellt; und die vierte Linsengruppe G4 wird verstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird derselbe Verstellmodus wie beim zweiten Ausführungsbeispiel angewandt.

Die Eintrittspupille befindet sich 150 mm vor der vordersten Ebene der ersten Linsengruppe, und die Austrittspupille befindet sich (a) 332,3 mm, (b) 332,4 mm und (c) 332,4 mm hinter der Bildfläche bei Brennweiten von (a) f = 200 mm, (b) f = 300 mm bzw. (c) f = 400 mm.

Die Korrektur der Austrittspupillenveränderung wird in stärkerem Maße ausgeführt, weil die dritte Linsen gruppe G3 verstellt wird.

Die optischen Größen des sechsten Ausführungsbeispiels sind in der Tabelle VI zusammengefaßt:

Tabelle VI

Optische Größen (Sechstes Ausführungsbeispiel)

Scheitelabstand (Sechstes Ausführungsbeispiel)

Dabei beträgt der Wert (Sechstes Ausführungsbeispiel) der jeder Bedingung entspricht:

(d_12T - d_12W)/(Bf_w - Bf_T) = 0.243
β_2W = -1.54
β_4W = -0.0497

Wie vorstehend beschrieben, wird, wenn in einem erfindungs gemäßen viergruppigen Zoom-Objektiv mit positiv, negativ, positiv bzw. positiv brechenden Gruppen die Brechkraft verändert wird, der Abstand zwischen den Linsengruppen der positiv brechenden ersten Linsengruppe und der negativ brechenden zweiten Linsengruppe vergrößert, und die positiv brechende vierte Linsengruppe wird nach hinten oder zur Bildseite hin verstellt. Auf diese Weise wird ein Tubus-Zoom-Objektiv geschaffen, das einen vergleichs weise einfachen Linsenaufbau aufweist, dessen Eintritts pupille näher zur Objektseite liegt als die erste Ebene der ersten Linsengruppe, und dessen zoombedingte Austritts pupillenveränderung extrem gering ist.

Claims

1. Viergruppiges Zoom-Objektiv, das von der Objektseite aus aufeinanderfolgend eine positiv brechende Vordergruppe als erste Linsengruppe, eine negativ brechende zweite Linsen gruppe, eine positiv brechende dritte Linsengruppe und eine positiv brechende Hintergruppe als vierte Linsengruppe auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Brechkraft vom Weitwinkelende zum Teleende verändert wird, zumindest die zweite Linsengruppe längs der optischen Achse verstellt wird, um den Abstand zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe zu verändern, wobei gleichzeitig die vierte Linsengruppe zur Bildseite hin verstellt wird.

2. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Bedingungen 0 < (d_12T-d_12W)/(Bf_W-Bf_T) 1, Bf_W < Bf_Tmit
d_12W, d_12T = axialer Abstand zwischen erster und zweiter Linsengruppe am Weitwinkel- bzw. am Teleende;
Bf_W, Bf_T = Schnittweiten am Weitwinkel- bzw. Teleende.

3. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Bedingung β_2W < 1 oder β_2W -1mit
β_2W = Vergrößerung der zweiten Linsengruppe am Weitwinkelende.

4. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Bedingung -1 < β_4W < 1mit
β_4W = Vergrößerung der vierten Linsengruppe am Weitwinkelende.

5. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch folgende Bedingung β_4W < 1,8 - 0,8 Zmit
Z = Zoomverhältnis und
β_4W = Vergrößerung der vierten Linsengruppe am Weitwinkelende
bei gegenüber der Bildfläche feststehender erster Linsengruppe.

6. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe und die dritte Linsengruppe gegenüber der Bildfläche feststehen und daß die zweite und vierte Linsengruppe dafür ausgelegt sind, zur Bildseite hin verstellt zu werden, wenn die Brech kraft vom Weitwinkel- zum Teleende verändert wird, und zwar derart, daß dabei der axiale Abstand zwischen der vordersten Linsenfläche der zweiten Linsengruppe und der hintersten Linsenfläche der vierten Linsengruppe vergrößert wird.

7. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung der Brechkraft vom Weitwinkel- zum Teleende die erste Linsengruppe gegenüber der Bildfläche feststeht und die zweite und die vierte Linsengruppe zur Bildseite hin verstellt werden, und dabei die dritte Linsengruppe bewegbar ist, derart, daß sich der Abstand zwischen zweiter und dritter Linsengruppe verringert und der Abstand zwischen vierter und dritter Linsengruppe vergrößert.

8. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Änderung der Brechkraft vom Weitwinkel- zum Teleende die erste und dritte Linsengruppe zur Objekt seite hin verstellt werden, und dabei die zweite Linsen gruppe so bewegbar ist, daß der Abstand zwischen ihr und der ersten vergrößert und der Abstand zwischen ihr und der dritten Linsengruppe verringert wird.