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Die
Erfindung betrifft ein Varioobjektivsystem mit einer positiven ersten
Linsengruppe, einer negativen zweiten Linsengruppe und einer positiven
dritten Linsengruppe.
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Ein
solches Varioobjektivsystem ist insbesondere für eine kompakte Videokamera,
eine elektronische Einzelbildkamera oder dergleichen bestimmt.
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In
den letzten Jahren wurden kompakte Videokameras und elektronische
Einzelbildkameras entwickelt, die einen Halbzoll- oder Drittelzollschirm und ein CCD-Element
als Lichtempfangselement haben.
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Ein
Aufnahmeobjektiv für
diese Art von Kamera ist ein kompaktes Varioobjektivsystem mit einer
kleinen Blendenzahl, d.h. hoher Lichtstärke. Ein Retro-Focus-Varioobjektivsystem
des zwei Linsengruppen umfassenden Typs, das eine negative erste
Linsengruppe hat, ist als herkömmliches,
kompaktes Varioobjektivsystem bekannt. Wenn bei einem solchen Objektivsystem
aber die Blendenzahl ca. 1 : 2 beträgt, wird der Durchmesser einer
Linse der rückwärtigen Gruppe
groß.
Darüber
hinaus tritt eine sphärische
Aberration hoher Ordnung auf.
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Ferner
ist ein Varioobjektivsystem mit vier Linsengruppen bekannt, das
eine kleine Blendenzahl hat. Dieses Objektivsystem hat eine positive
erste Linsengruppe, eine negative zweite Linsengruppe zur Verstellung
der Brennweite, eine negative dritte Linsengruppe als Kompensator
und eine positive vierte Linsengruppe als Hauptlinsengruppe.
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Dieses
vier Linsengruppen umfassende Varioobjektivsystem hat jedoch eine
große
Gesamtlänge,
wobei insbesondere der Durchmesser einer Frontlinse groß wird.
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Bei
einem herkömmlichen
drei Linsengruppen umfassenden Varioobjektivsystem werden eine erste Linsengruppe
oder ein Teil einer dritten Linsengruppe (Hauptlinsengruppe) entlang
der optischen Achse bewegt, um den Fokus einzustellen.
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Wenn
jedoch die erste Linsengruppe bewegt wird und der minimale Aufnahmeabstand
verkürzt
wird, werden der Stellweg der ersten Linsengruppe und der Durchmesser
des Objektivsystems groß.
Wenn ferner die dritte Linsengruppe bewegt wird, wird die Änderung
der Aberration beim Fokussieren groß.
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Zum
Stand der Technik wird ferner auf die Druckschriften US-A-4 991
942 und
DE 28 28 215
A1 verwiesen, die jeweils ein Varioobjektiv zum Gegenstand
haben, das ausgehend von der Objektseite eine positive erste Linsengruppe,
eine negative zweite Linsengruppe und eine positive dritte Linsengruppe
hat.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektivsystem der
eingangs genannten Art anzugeben, dessen Blendenzahl in der Weitwinkeleinstellung
ca. 1 : 2 beträgt
und dessen Vergrößerungsänderungsverhältnis ca.
3 ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein kompaktes Varioobjektivsystem
mit langer bildseitiger Schnittweite anzugeben, das für eine Videokamera
oder eine elektronische Einzelbildkamera geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demgemäß umfaßt das erfindungsgemäße Varioobjektivsystem – ausgehend
von der Objektivseite – eine
positive erste Linsengruppe, eine negative zweite Linsengruppe und
eine positive dritte Linsengruppe. Mindestens die zweite Linsengruppe und
die dritte Linsengruppe sind entlang der optischen Achse verstellbar,
um die Vergrößerung,
das heißt
die Brennweite zu verändern.
Dieses Objektiv erfüllt
ferner die folgenden Bedingungen: 0 < fw/f1 < 0,25 (a) –0,9 < fw/f2 < –0,4 (b) 0,3 < fw/f3 < 0,8 (c) 0,7 < logz3/logz < 1,0 (d)
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Dabei
gilt:
fw ist die Brennweite des gesamten Systems in der Weitwinkelendstellung,
fi
(i = 1, 2, 3) ist die Brennweite der i-ten Linsengruppe,
z
ist das Änderungsverhältnis der
Vergrößerung des
Gesamtsystems (z = ft/fw),
ft ist die Brennweite des Gesamtsystems
in der Teleendstellung,
z3 ist das Änderungsverhältnis der
Vergrößerung der
dritten Linsengruppe (z3 = m3t/m3w),
m3t ist der Abbildungsmaßstab der
dritten Linsengruppe in der Weitwinkelendstellung und
m3w ist
der Abbildungsmaßstab
der dritten Linsengruppe in der Teleendstellung.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Varioobjektivsystem
anzugeben, bei dem der minimale Aufnahmeabstand verkürzt werden
kann, ohne daß der
Durchmesser des Objektivs vergrößert wird,
wobei die Änderung
der Aberration beim Fokussieren reduziert werden soll.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
schematischen, die optische Achse enthaltenden Schnitt durch ein
Objektiv gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 ein
Aberrationsdiagramm für
die Weitwinkelendstellung der in 1 dargestellten
Ausführungsform,
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3 ein
Aberrationsdiagramm für
eine mittlere Brennweiteneinstellung für die erste Ausführungsform,
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4 ein
Aberrationsdiagramm für
die Teleendstellung der ersten Ausführungsform,
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5 eine
der 1 entsprechende Schnittdarstellung durch ein Objektiv
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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6 ein
Aberrationsdiagramm für
die Weitwinkelendstellung der zweiten Ausführungsform,
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7 ein
Aberrationsdiagramm für
eine mittlere Brennweiteneinstellung der zweiten Ausführungsform,
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8 ein
Aberrationsdiagramm für
die Teleendstellung der zweiten Ausführungsform,
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9 einen
der 1 entsprechenden Schnitt durch eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Objektivs,
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10 ein
Aberrationsdiagramm für
die Weitwinkelendstellung der dritten Ausführungsform,
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11 ein
Aberrationsdiagramm für
eine mittlere Brennweiteneinstellung der dritten Ausführungsform,
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12 ein
Aberrationsdiagramm für
die Teleendstellung der dritten Ausführungsform,
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13 einen
der 1 entsprechenden Schnitt durch eine vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Objektivs,
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14 ein
Aberrationsdiagramm für
die Weitwinkelendstellung der vierten Ausführungsform,
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15 ein
Aberrationsdiagramm für
eine mittlere Brennweiteneinstellung der vierten Ausführungsform,
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15 ein
Aberrationsdiagramm für
die Teleendstellung der vierten Ausführungsform,
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17 einen
der 1 entsprechenden Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Objektivs,
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18 ein
Aberrationsdiagramm für
die Weitwinkelendstellung der fünften
Ausführungsform,
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19 ein
Aberrationsdiagramm für
eine mittlere Brennweiteneinstellung der fünften Ausführungsform und
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20 ein
Aberrationsdiagramm für
die Teleendstellung der fünften
Ausführungsform.
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Das
erfindungsgemäße Varioeinstellverfahren
und die Einstellung bei einem herkömmlichen Variosystem mit vier
Linsengruppen werden im Folgenden verglichen. Die zweite und die
dritte Linsengruppe bewegen sich in beiden Systemen. Bei dem bekannten
System jedoch erfolgt die Änderung
der Vergrößerung hauptsächlich durch
die zweite Linsengruppe, wobei die dritte Linsengruppe dazu dient,
den von der Änderung
der Brennweite herrührenden
Fokussierungsfehler zu kompensieren.
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Bei
dem erfindungsgemäßen System
dagegen hat die dritte Linsengruppe die Funktion einer Hauptlinsengruppe
und dient dazu, die Vergößerung zu
verändern.
Die zweite Linsengruppe hat als Nebenfunktion die Änderung
der Brennweite und dient hauptsächlich
dazu, den von der Änderung
der Vergößerung herrührenden
Fokussierungsfehler zu kompensieren.
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Das
erfindungsgemäße Varioobjektivsystem
umfaßt – von der
Objektseite her betrachtet – eine
positive erste Linsengruppe, eine negative zweite Linsengruppe und
eine positive dritte Linsengruppe. Mindestens die zweite Linsengruppe
und die dritte Linsengruppe werden entlang der optischen Achse zur
Veränderung
der Brennweite verstellt. Dieses Objektiv genügt ferner den folgenden Bedingungen: 0 < fw/f1 < 0,25 (a) –0,9 < fw/f2 < –0,4 (b) 0,3 < fw/f3 < 0,8 (c) 0,7 < logz3/logz < 1,0 (d)
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Dabei
bedeuten die Bezeichnungen folgendes:
fw ist die Brennweite
des gesamten Systems in der Weitwinkelendstellung,
fi (i =
1, 2, 3) ist die Brennweite der i-ten Linsengruppe,
z ist das Änderungsverhältnis der
Vergrößerung des
gesamten Systems (z = ft/fw),
ft ist die Brennweite des Gesamtsystems
in der Teleendstellung,
z3 ist das Änderungsverhältnis der
Vergrößerung der
dritten Linsengruppe (z3 = m3t/m3w),
m3t ist der Abbildungsmaßstab der
dritten Linsengruppe in der Weitwinkelendstellung,
m3w ist
der Abbildungsmaßstab
der dritten Linsengruppe in der Teleendstellung.
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Bedingung
(a) dient dazu, die Brechkraft der ersten Linsengruppe zu bestimmen.
Wenn die untere Grenze der Bedingung (a) überschritten und die Brechkraft
der ersten Linsengruppe negativ wird, wird der Durchmesser einer
Linse einer rückwärtigen Gruppe
groß.
Ein lichtstarkes Varioobjektivsystem mit einer Blendenzahl von cirka
1 : 2 kann nicht erhalten werden. Wenn auf der anderen Seite die
obere Grenze überschritten wird,
wird die positive Brechkraft der ersten Linsengruppe groß, die Vergrößerungsänderungsfunktion
der zweiten Linsengruppe nimmt zu und die Änderung der Aberration mit
der Änderung
der Vergrößerung wird ebenfalls
groß.
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Bedingung
(b) spezifiziert die Brechkraft der zweiten Linsengruppe. Wenn die
untere Grenze der Bedingung (b) überschritten
wird, wird die negative Brechkraft groß und die Aberration verändert sich
mit der Änderung
der Vergrößerung.
Auf der anderen Seite wird die Linse groß, wenn der obere Grenzwert überschritten wird.
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Bedingung
(c) spezifiziert die Brechkraft der dritten Linsengruppe. Wenn der
untere Grenzwert der Bedingung (c) überschritten wird und somit
die Brechkraft der dritten Linsengruppe klein wird, wird der Stellweg der
dritten Linsengruppe zur Veränderung
der Vergrößerung oder
Brennweite groß.
Damit wird auch die Gesamtlänge
des Objektivs groß.
Wenn auf der anderen Seite der obere Grenzwert der Bedingung (c) überschritten
wird und damit die Brechkraft groß wird, wird auch die Änderung
der Aberration bei einer Veränderung
der Brennweite groß.
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Bedingung
(d) spezifiziert die Ausweitung der Vergrößerungsänderungsfunktion der dritten
Linsengruppe gegenüber
der selben Funktion der zweiten Linsengruppe. Wenn der untere Grenzwert
der Bedingung (d) überschritten
wird, nimmt die Vergrößerungsänderungsfunktion
der zweiten Linsengruppe zu, wobei eine Korrektur der Aberration
schwierig wird. Wenn auf der anderen Seite der obere Grenzwert überschritt
wird und somit nur die dritte Linsengruppe eine Vergrößerungsänderungsfunktion
hat, kann das Vergrößerungsänderungsverhältnis nicht
hoch gemacht werden.
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Wenn
ein Varioobjektivsystem diese Bedingungen gleichzeitig erfüllt, kann
ein kompaktes Varioobjektivsystem erhalten werden, das ein Vergrößerungsänderungsverhältnis von
ungefähr
3 hat.
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Um
ein noch kompakteres Varioobjektivsystem zu erhalten, ist es wünschenswert,
daß folgende
Bedingungen (e) und (f) erfüllt
sind: –1 < m2 < 0 (e) m3t < –1 < m3w (f)
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Dabei
bezeichnet m2 den Abbildungsmaßstab
oder die Lateralvergrößerung der
zweiten Linsengruppe beim Übergang
von der Weitwinkelseite zur Teleseite.
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Die
Bedingungen (e) und (f) spezifizieren den Abbildungsmaßstab der
zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe. Durch Erfüllen dieser
Bedingungen wird die Bewegungsrichtung der zweiten Linsengruppe
in einem mittleren Längenbereich
geändert.
Da ferner die dritte Linsengruppe bei der Zunahme der Brennweite
zum Objekt hin bewegt wird, kann man ein kompakteres Varioobjektivsystem
erhalten.
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Um
einen Strahlteiler zwischen der Bildfläche und dem Objektiv anordnen
zu können,
ist es wünschenswert,
daß die
folgende Bedingung (g) erfüllt
ist: 1,5 < fBw/fw. (g)
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Dabei
bezeichnet FBw die bildseitige Schnittweite in der Weitwinkelendstellung.
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Die
hintere Schnittweite ist definiert als der Abstand zwischen der
letzten Fläche
eines Linsensystems und einer Bildfläche.
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Die
Bedingung (g) spezifiziert eine hintere Schnittweite. Durch die
Erfüllung
dieser Bedingung können zwei
oder mehr Strahlteiler zwischen einem Objektiv und einer Bildfläche angeordnet
werden.
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Zusätzlich kann
eine Aperturblende vor der dritten Linsengruppe oder innerhalb derselben
angeordnet werden. Wenn die Aperturblende vor der dritten Linsengruppe
angeordnet wird, kann der Durchmesser einer Linse an der Frontseite
klein gewählt
werden. Wenn ferner die Aperturblende innerhalb der dritten Linsengruppe
angeordnet wird, kann die Bildung von Geisterbildern auf der Bildfläche oder
einer Fläche
der Hauptlinsengruppe wirksam verhindert werden.
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Es
ist wünschenswert,
der zweiten Linsengruppe, deren Brechkraft größer ist als die der ersten
Linsengruppe, eine Fokussierungsfunktion zu geben. Wenn die erste
Linsengruppe die Fokussierungsfunktion hat, wird das Licht im Randbereich
des Feldes gedämpft.
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Gleichzeitig
ist es wünschenswert,
daß die
folgende Bedingung (h) erfüllt
ist: 0,0 < logz2/logz < 0,3 (h)
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Dabei
bezeichnet z2 das Vergrößerungsverhältnis (z2
= m2L/m2S) der zweiten Linsengruppe,
m2L den Abbildungsmaßstab oder
die Lateralvergrößerung der
zweiten Linsengruppe in der Teleendstellung,
m2S die Lateralvergrößerung oder
den Abbildungsmaßstab
der zweiten Linsengruppe in der Weitwinkelendstellung.
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Bedingung
(h) spezifiziert die Vergrößerungsänderungsfunktion
der zweiten Linsengruppe. Durch Erfüllen dieser Bedingung ist es
möglich,
die Dispersion des Linsenstellweges für die Fokussierung bei jeder Brennweite
zu verringern.
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Wenn
beispielsweise die Entfernung zwischen einem Objekt und der Bildfläche 0.2
m beträgt,
ergeben sich für
die Ausführungsbeispiele
1 und 2 die in der folgenden Tabelle aufgeführten Werte für eine Beziehung zwischen
der Brennweite (f) und dem Linsenstellweg (X).
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Wenn
beim Ausführungsbeispiel
3 der Abstand zwischen dem Objekt und einer Bildfläche 0,1
m beträgt,
liegt der Bereich für
den Linsenstellweg X zwischen 2,95 – 3,06. Daher kann die Dispersion
des Stellweges X auf einen Betrag unter 0,1 mm reduziert werden.
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Ferner
ist es wünschenswert,
daß die
Bedingungen (i) und (j) erfüllt
werden, um eine lange hintere Schnittweite zu erhalten. 1,0 < dS/ft < 2,0 (i) 2,1 < fBw/fw < 3,5 (j)
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Dabei
bezeichnet dS den Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe und
der dritten Linsengruppe.
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Die
Bedingung (i) spezifiziert den Abstand zwischen der zweiten und
der dritten Linsengruppe. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung
(i) überschritten
wird, wird die Änderung
der Abbildungsfehler mit der Änderung
der Vergrößerung groß, wenn
man eine große
hintere Schnittweite erhalten will.
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Wenn
die obere Grenze der Bedingung (i) überschritten wird, werden die
Gesamtlänge
des Varioobjektivsystems und der Durchmesser einer Linse einer Frontgruppe
groß.
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Die
Bedingung (j) spezifiziert die hintere Schnittweite in einem engeren
Bereich als die Bedingung (g).
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Im
Folgenden werden nummerische Beispiele der Erfindung näher erläutert.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Spezielle nummerische Beispiele sind
in den Tabellen 1 und 2 angegeben.
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In
den Tabellen bezeichnet r den Krümmungsradius,
d den Abstand zwischen zwei Flächen,
N den Brechungsindex, die Abbe-Zahl, f eine Brennweite, fB die hintere
Schnittweite, FNo die Blendenzahl und den halben Blickwinkel. Bei
den folgenden Ausführungsbeispielen
ist die hintere Schnittweite durch die folgende Gleichung definiert: fB = d20 + d21/n21
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Eine
planparallele Platte, die durch die Flächen 21 und 22 dargestellt
ist, bildet einen Strahlteiler, der in ausgedehnter Form zwischen
dem Varioobjektivsystem und einer Bildfläche angeordnet ist.
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Die 2, 3 und 4 zeigen
die sphärische
Aberration SA, die Sinusbedingung SC, die chromatische Aberration
dargestellt durch die sphärischen
Aberrationen bei der d-Linie (588 nm), der g-Linie (436 nm) und
der C-Linie (656 nm), die chromatische Aberration der Vergrößerung,
den Astigmatismus (S: sagittal, M: meridional) wobei diese Abbildungsfehler
bei dieser Anordnung in der Weitwinkelendstellung, einer mittleren
Stellung und der Teleendstellung auftreten.
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Ausführungsbeispiel 2
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung. Spezielle nummerische Beispiele sind in den Tabellen
3 und 4 angegeben. Die 6, 7 und 8 zeigen
die von dieser Anordnung erzeugten Abbildungsfehler in der Weitwinkelendstellung,
einer mittleren Position bzw. der Teleendstellung.
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Ausführungsbeispiel 3
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9 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Spezielle nummerische Beispiele sind
in den Tabellen 5 und 6 aufgeführt.
Die 10, 11 und 12 zeigen
Abbildungsfehler, die von dieser Anordnung in der Weitwinkelendstellung,
einer mittleren Position bzw. der Teleendstellung erzeugt werden.
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Ausführungsbeispiel 4
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13 zeigt
eine vierte Ausführungsform
der Erfindung. Spezielle nummerische Beispiele sind in den Tabellen
7 und 8 wiedergegeben. Die 14, 15 und 16 zeigen
die Abbildungsfehler, die von dieser Anordnung in der Weitwinkelendstellung,
einer mittleren Position bzw. der Teleendstellung erzeugt werden.
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Ausführungsbeispiel 5
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17 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Spezielle nummerische Beispiele sind in den Tabellen
9 und 10 angegeben. Die 18, 19 und 20 zeigen
die Abbildungsfehler, die von dieser Anordnung in der Weitwinkelendstellung,
einer mittleren Position bzw. der Teleendstellung erzeugt werden.
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Die
folgende Tabelle 11 zeigt die Beziehung zwischen den Bedingungen
und den entsprechenden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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