DE4412740C2 - Varioobjektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv.

Aus der GB 22 63 345 A ist gemäß dem dortigen Ausführungs­ beispiel 4, den zugehörigen Datentabellen 7 und 8 sowie den Fig. 13 bis 16 und dem zugehörigen Text ein Varioobjek­ tiv bekannt, das aus fünf in zwei Gruppen angeordneten Lin­ sen besteht, wobei von der länger Konjugierten des Varioob­ jektivs aus gezählt, die erste, zweite und dritte Linse ei­ ne vordere Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft und die vierte und fünfte Linse eine hintere Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft bilden, wobei sich zwischen den beiden Linsengruppen ein Luftabstand befindet, der zur Brennweitenänderung änderbar ist, wobei die erste Linse ei­ ne Zerstreuungslinse, die zweite Linse eine Sammellinse mit einer der länger Konjugierten zugekehrten konvexen Linsen­ fläche, die dritte Linse eine Sammellinse, die vierte Linse ein sammelnder Meniskus mit einer der länger Konjugierten zugekehrten konkaven Linsenfläche und die fünfte Linse eine Zerstreuungslinse mit einer der länger Konjugierten zuge­ kehrten konkaven Linsenfläche ist. Insgesamt fünf Linsen­ flächen dieses Varioobjektivs sind Asphären.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv der genannten Art bereitzustellen, das bei etwa gleich gu­ tem Korrekturzustand und im wesentlichen gleichem Telever­ hältnis mit weniger Asphären auskommt, als das bekannte Va­ rioobjektiv.

Diese Aufgabe wird durch ein Varioobjektiv gelöst, das die im Patentanspruch angegebenen Merkmale aufweist.

Das erfindungsgemäße Varioobjektiv kommt vorteilhafterweise mit nur zwei Asphären aus.

Durch die Erfindung ist ein miniaturisiertes Varioobjektiv bereitgestellt, das einen kleinen Außendurchmesser, eine kurze Gesamtlänge, wenig Linsen, ein hohes Verhältnis zwi­ schen maximaler und minimaler Brennweite und eine gute Ab­ bildungsleistung aufweist.

Das erfindungsgemäße Varioobjektiv besteht aus fünf Linsen und hat ein großes Brennweitenänderungsverhältnis, eine kurze Gesamtlänge (= Baulänge plus bildseitige Schnittwei­ te) und hohe Abbildungsleistung. Es ist kompakt und für ei­ ne Linsenverschlußkamera, insbesondere zur Verwendung in einer kompakten Kleinbildkamera, geeignet.

Das erfindungsgemäße kompakte Varioobjektiv besteht nur aus fünf Linsen, wobei die ersten drei Linsen eine sammelnde vordere Linsengruppe und die zwei letzten Linsen eine zer­ streuende hintere Linsengruppe bilden. Zwischen der vorde­ ren Linsengruppe und der hinteren Linsengruppe ist ein än­ derbarer, eine variable Brennweite bewirkender Luftabstand belassen.

Beim erfindungsgemäßen Varioobjektiv bilden die von der Ob­ jektseite des Varioobjektivs gezählten ersten drei Linsen eine vordere Linsengruppe mit einer positiven Brechkraft und die letzten zwei Linsen eine hintere Linsengruppe mit einer negativen Brechkraft. Die erste Linse in der vorderen Linsengruppe ist ein zerstreuend wirkender Meniskus mit ob­ jektseitig konkaver Fläche. Sowohl die zweite als auch dritte Linse der vorderen Linsengruppe sind sammelnde Lin­ sen. Die vierte Linse in der hinteren Linsengruppe ist ein sammelnder objektseitig konkaver Meniskus und die fünfte Linse ist ein zerstreuender objektseitig konkaver Meniskus.

Ferner enthalten bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Varioobjektivs sowohl die vordere Linsen­ gruppe als auch die hintere Linsengruppe jeweils wenigstens eine asphärische Linsenfläche.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Varioobjektiv gemäß der vorliegenden Erfin­ dung mit dem Öffnungs- und Hauptstrahlengang;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Varioobjek­ tivs gemäß der vorliegenden Erfindung bei Ein­ stellung auf minimale Brennweite;

Fig. 2A die sphärische Aberration des erfindungsgemäßen Varioobjektivs gemäß der vorliegenden Erfindung bei Einstellung auf minimale Brennweite;

Fig. 2B Astigmatismuskurven des erfindungsgemäßen Va­ rioobjektivs bei Einstellung auf minimale Brennweite;

Fig. 2C die Verzeichnungskurve des erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei Einstellung auf minimale Brennweite;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Varioobjektivs bei Einstellung auf eine mittlere Brennweite;

Fig. 3A die sphärische Aberration des erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei der mittleren Brennweite;

Fig. 3B Astigmatismuskurven des erfindungsgemäßen Va­ rioobjektivs bei der mittleren Brennweite;

Fig. 3C die Verzeichnungskurve des erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei der mittleren Brennweite;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Varioobjektivs bei Einstellung auf ma­ ximale Brennweite (Telebetrieb);

Fig. 4A die sphärische Aberration des erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei der maximalen Brennweite;

Fig. 4B Astigmatismuskurven des erfindungsgemäßen Va­ rioobjektivs bei der maximalen Brennweite; und

Fig. 4C die Verzeichnungskurve des erfindungsgemäßen Varioobjektivs bei der maximalen Brennweite.

Das in der Fig. 1 schematisch dargestellte Varioobjektiv besteht aus fünf Linsen 1, 2, 3, 4 und 5. Von der Objekt­ seite (in der Fig. 1 die linke Seite) in Richtung zur Bildebene (in der Fig. 1 auf der rechten Seite) bilden der Reihe nach die ersten drei Linsen 1, 2 und 3 eine vordere oder erste Linsengruppe F und die letzten zwei Linsen 4 und 5 eine hintere oder zweite Linsengruppe R. Die vordere Lin­ sengruppe F weist positive Brechkraft und die hintere Lin­ sengruppe negative Brechkraft auf. Zwischen der vorderen Linsengruppe F und der hinteren Linsengruppe R ist ein Luftabstand SP belassen, der änderbar ist, um die Brennwei­ te des Varioobjektivs zu verändern.

Die Fig. 2 stellt das Varioobjektiv auf minimale Brennwei­ te eingestellt dar.

Von der Objektseite des Varioobjektivs nach Fig. 2 aus ge­ zählt sind die Bezugszeichen S1 bis S11 wie folgt defi­ niert: S1, S2 stellen die Linsenflächen der ersten Linse 1, S3 und S4 die Linsenflächen der zweiten Linse 2, S5 und S6 die Linsenflächen der dritten Linse 3, S7 und S8 die Lin­ senflächen der vierten Linse 4 und S9 und S10 die Linsen­ flächen der fünften Linse 5 dar.

Das Varioobjektiv ist so ausgelegt, daß es den folgenden Bedingungen genügt:

-0,8 < R1/fw < -0,3 (1)

0,5 < f1/fw < 1,0, (2)

wobei
R1 die Radien der ersten Linse,
fw die Brennweite des Varioobjektivs bei Einstel­ lung auf minimale Brennweite, und
f1 die Brennweite der ersten Linse der vorderen Linsengruppe
bedeuten.

Die relative Stellung der Linsen des auf minimale Brennwei­ te eingestellten Varioobjektivs ist in der Fig. 2 darge­ stellt und die Aberrationen des auf diese minimale Brenn­ weite eingestellten Varioobjektivs sind in den Fig. 2A, 2B und 2C dargestellt.

Fig. 2A zeigt die sphärische Aberration des auf die mini­ male Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung des Brennpunktes längs der opti­ schen Achse des Varioobjektivs und die Y-Achse die Öffnung des Öffnungsstrahles in einem Bereich von 0-1,0 dar. Die vorliegenden fünf Kurven zeigen die verschiedenen Wellen­ längen zugeordneten sphärischen Aberrationen.

Die Fig. 2B zeigt die Astigmatismuskurven des auf minimale Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung der Brennebene längs der optischen Achse des Varioobjektivs und die Y-Achse den Bildwinkel des Va­ rioobjektivs in einem Bereich von 0° bis zu einem maximalen Winkel von 30,83° dar. Die Kurven S und T stellen die tan­ gentiale bzw. sagittale Bildfeldkrümmung dar. Der Astigma­ tismus des Varioobjektivs kann aus der von den Kurven S und T ablesbaren Verschiebung erhalten werden.

Fig. 2C zeigt eine Verzeichnungskurve des auf minimale Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die prozentuale Verzeichnung und die Y-Achse den Bild­ winkel des Varioobjektivs im Bereich von 0° bis zu einem maximalen Winkel von 30,33° dar.

Die relative Stellung der Linsen des auf mittlere Brennwei­ te eingestellten Varioobjektivs ist in der Fig. 3 darge­ stellt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Luftabstand Sp zwischen der dritten Linse 3 und der vierten Linse 4 im Vergleich zu dem in Fig. 2 gezeigten Luftabstand Sp bei Einstellung auf minimale Brennweite kleiner ist. Die Aber­ rationen des auf mittlere Brennweite eingestellten Varioob­ jektivs sind in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellt.

Die Fig. 3A zeigt die sphärische Aberration des auf mitt­ lere Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung des Brennpunktes längs der opti­ schen Achse des Varioobjektivs und die Y-Achse die Öffnung des Öffnungsstrahles dar. Die vorliegenden fünf Kurven stellen die verschiedenen Wellenlängen zugeordneten ver­ schiedenen sphärischen Aberrationen dar.

Fig. 3B zeigt die Astigmatismuskurven des auf mittlere Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung der Brennebene längs der optischen Achse des Varioobjektivs und die Y-Achse dessen Bildwinkel in ei­ nem Bereich von 0° bis zu einem maximalen Winkel von 30,83° dar. Die Kurven S und T stellen die tangentiale bzw. sagit­ tale Bildfeldkrümmung dar. Der Astigmatismus des Varioob­ jektivs kann aus der von den Kurven S und T ablesbaren Ver­ schiebung erhalten werden.

Die Fig. 3C zeigt eine Verzeichnungskurve des auf mittlere Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die prozentuale Verzeichnung und die Y-Achse den Bildwinkel des Varioobjektivs in einem Bereich von 0° bis zu einem ma­ ximalen Winkel von 30,83° dar.

Die Stellung der Linsen des auf maximale Brennweite einge­ stellten Varioobjektivs ist in der Fig. 4 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, daß der Luftabstand zwischen der dritten Linse 3 und der vierten Linse 4 im Vergleich zu dem in der Fig. 2 gezeigten Luftabstand bei Einstellung auf die minimale Brennweite und zu dem in der Fig. 3 gezeigten Luftabstand bei Einstellung auf mittlere Brennweite am kleinsten ist. Die Aberrationen des Varioobjektivs bei ma­ ximaler Brennweite sind in den Fig. 4A, 4B und 4C ge­ zeigt.

Die Fig. 4A zeigt die sphärische Aberration des auf maxi­ male Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung des Brennpunktes längs der opti­ schen Achse des Varioobjektivs dar. Die fünf vorliegenden Kurven zeigen die verschiedenen Wellenlängen zugeordneten verschiedenen sphärischen Aberrationen.

Die Fig. 4B zeigt die Astigmatismuskurven des auf maximale Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die Verschiebung der Brennebene längs der optischen Achse des Varioobjektivs und die Y-Achse den Bildwinkel des Va­ rioobjektivs in einem Bereich von 0° bis zu einem maximalen Winkel von 30,83° dar. Die Kurven S und T stellen die tan­ gentiale bzw. sagittale Bildfeldkrümmung dar. Der Astigma­ tismus des Varioobjektivs kann aus der den Kurven S und T entnehmbaren Verschiebung erhalten werden.

Die Fig. 4C zeigt die Verzeichnungskurve des auf maximale Brennweite eingestellten Varioobjektivs. Die X-Achse stellt die prozentuale Verzeichnung und die Y-Achse den Bildwinkel des Varioobjektivs in einem Bereich von 0° bis zu einem ma­ ximalen Winkel von 30,83° dar.

In der vorderen Linsengruppe F des erfindungsgemäßen Va­ rioobjektivs weist die dritte Linse 3 wenigstens eine as­ phärische Linsenfläche bzw. Asphäre auf. In der hinteren Linsengruppe B ist ebenfalls wenigstens eine asphärische Linsenfläche bzw. Asphäre enthalten. Die asphärische Lin­ senfläche kann durch die folgende Gleichung gekennzeichnet werden:

wobei
Z der Abstand eines Punktes der Asphäre von deren Scheitel längs der optischen Achse gemessen,
CURV die Scheitelkrümmung der Asphäre,
K den Kegelschnittkoeffizienten,
Y den Abstand des Punktes auf der Asphäre von der optischen Achse,
A den Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung,
B den Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung,
C den Asphärenkoeffizienten achter Ordnung und
D den Asphärenkoeffizienten zehnter Ordnung
bedeuten.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 sind die numerischen Daten des erfindungsgemäßen Varioobjektivs folgende:

wobei
f die Brennweite des Varioobjektivs,
i die Nummer der jeweiligen Linsenfläche des Va­ rioobjektivs,
ri den Krümmungsradius der jeweiligen Linsenflä­ che,
di den Abstand zwischen jeweiligen Linsenflächen längs der optischen Achse des Varioobjektivs,
ni die Brechzahl der jeweiligen Linse und
vi die Abbesche Zahl der jeweiligen Linse
bedeuten.

Claims (1)

1. Varioobjektiv, bestehend aus fünf in zwei Gruppen (F, B) ange­ ordneten Linsen (1 bis 5), wobei von der länger Konjugierten des Varioobjektivs aus gezählt die erste, zweite und dritte Linse (1, 2, 3) eine vordere Linsengruppe (F) mit einer positi­ ven Brechkraft und die vierte und fünfte Linse (4, 5) eine hin­ tere Linsengruppe (B) mit einer negativen Brechkraft bilden, wobei sich zwischen den beiden Linsengruppen (F, B) ein Luftab­ stand (SP) befindet, der zur Brennweitenänderung änderbar ist, wobei

• 1. die erste Linse (1) ein zerstreuender Meniskus mit einer der länger Konjugierten zugekehrten konkaven Linsenfläche (S1),
• 2. die zweite Linse (2) ein sammelnder Meniskus mit einer von der länger Konjugierten abgekehrten konkaven Linsenfläche (S3),
• 3. die dritte Linse (3) eine Sammellinse,
• 4. die vierte Linse (4) ein sammelnder Meniskus mit einer der länger Konjugierten zugekehrten konkaven Linsenfläche (S7) und
• 5. die fünfte Linse (5) eine Zerstreuungslinse mit einer der länger Konjugierten zugekehrten konkaven Linsenfläche (S9) ist,
• 6. mit den folgenden Konstruktionsdaten:
  wobei
  f die Brennweite,
  i die Nummer der jeweiligen Linsenfläche des Varioobjektivs von der länger Konjugierten aus gezählt,
  ri den Krümmungsradius der i-ten Linsenfläche i,
  di den Abstand zwischen der i-ten Linsenfläche i und der (i + 1) -ten Linsenfläche i + 1 längs der optischen Achse des Varioobjektivs,
  ni die Brechzahl der Linse mit der der länger Konjugierten zugekehrten Linsenfläche i,
  vi die Abbesche Zahl der Linse mit der der länger Konjugierten zugekehrten Linsenfläche i bedeuten, und
• 7. wobei die fünfte Linsenfläche (S5) und die achte Linsenfläche (S8) des Objektivs jeweils eine Asphäre bilden, für die gilt:
  wobei
  Z der Abstand eines Punktes der Asphäre von deren Scheitel längs der optischen Achse gemessen,
  CURV die Scheitelkrümmung der Asphäre,
  K den Kegelschnittskoeffizienten
  Y den Abstand des Punktes auf der Asphäre von der opti­ schen Achse,
  A den Deformationskoeffizienten vierter Ordnung
  B den Deformationskoeffizienten sechster Ordnung
  C den Deformationskoeffizienten achter Ordnung und
  D den Deformationskoeffizienten zehnter Ordnung
  bedeuten, mit