DE4429247C2

DE4429247C2 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE4429247C2
Application number: DE4429247A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2014-08-19
Also published as: JP3351578B2; DE4429247A1; JPH0756086A; US5572365A

Description

Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dieses Objektiv hat ein hohes Brenn weitenverhältnis von mehr als 3 und ist physikalisch klein. Es kann vorteilhaft bei einer Kompaktkamera eingesetzt wer den, die eine begrenzte Bildbrennweite (bildseitige Schnitt weite) hat.

Bei einem bekannten Varioobjektiv für eine Kompaktkamera mit großem Abbildungsmaßstab und geringer Gesamtlänge ist die Scharfeinstellempfindlichkeit (Verhältnis der Verlagerung des Brennpunktes (Scharfstellpunkt) zu einem Verstellfehler der Linsengruppen in Richtung der optischen Achse) bei Einstel lung einer langen Brennweite sehr groß. Dies bedeutet, daß der Brennpunkt (Scharfstellpunkt) wesentlich von der Filmebe ne durch einen kleinen Fehler in der Verstellung der Linsen gruppen abweichen kann, wodurch sich eine Verschlechterung der Bildqualität ergibt. Um dies zu vermeiden, wurde ein Va rioobjektiv mit drei Linsengruppen, und zwar mit einer er sten, positiven Linsengruppe, einer zweiten, positiven Lin sengruppe und einer dritten, negativen Linsengruppe vorge schlagen, bei dem die erste und die dritte Linsengruppe ge meinsam bewegt werden (siehe z. B. JP-A Hei 2-256015). Die va riable Leistung (Vergrößerung) dieses Varioobjektivs ist aber etwa 2,5 und bedarf daher einer Erhöhung.

Aus der US 5 166 828 ist ein Varioobjektiv bekannt, das aus drei Linsengruppen besteht. Zur Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite werden dabei die Linsengruppen in der Weise bewegt, daß der Abstand zwischen der ersten Linsengrup pe und der zweiten Linsengruppe zunimmt, während der Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengrup pe abnimmt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein physikalisch kleines Vario objektiv hoher Leistung anzugeben, dessen Abbildungsmaßstab (Vergrößerung) über 3 liegt, das jedoch eine geringe Scharf einstellempfindlichkeit hat und sich für eine Kompaktkamera eignet, in der die gesamte Objektivlänge bei langen Brennwei ten gering sein soll.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung bedeutet "Scharfeinstellempfindlichkeit" das Verhältnis der Verlagerung (oder Abweichung) des Brenn punktes (Scharfstellpunkt) zu einem Einstellfehler der zuge ordneten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse. Wenn die Scharfeinstellempfindlichkeit groß ist, ergibt sich eine große Verlagerung des Brennpunktes (Scharfstellpunkt) bei kleiner Verstellung der Linsengruppe. Der "Einflußgrad" auf die Änderung der Vergrößerung bezeichnet eine Variation der lateralen Vergrößerung pro Verstelleinheit der Linsengruppe. Bei der Erfindung wird die Linsengruppe mit kleinem Einfluß grad als Linsengruppe α und die Linsengruppe mit großem Ein flußgrad als Linsengruppe β bezeichnet.

Bei der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 erfüllen die Linsengruppen α und β die folgende Beziehung:

9 < |Kα + Kβ| < 20 (3)

Dabei werden bei einem physikalisch kleineren Varioobjektiv die Formeln (1) und (3) nach Anspruch 1 durch die folgenden Formeln ersetzt:

14 < |Kβ| (1')

10 < |Kα + Kβ| < 20 (3')

Bei dieser Weiterbildung hat die Linsengruppe β eine große Leistung und ist vorzugsweise als asphärische Linse ausge führt.

Um den mechanischen Aufbau des Varioobjektivs zu vereinfa chen, wird die Scharfeinstellung vorzugsweise mit einer an deren Linsengruppe als die Linsengruppen α und β durchge führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen nä her erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Varioobjektivs als erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2, 3 und 4 verschiedene Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach Fig. 1,

Fig. 5 eine beispielsweise Darstellung der Ver stellung von Linsengruppen in einem Varioobjektiv nach Fig. 1 bei der Brenn weitenänderung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Varioobjektivs als zwei tes Ausführungsbeispiel,

Fig. 7, 8 und 9 verschiedene Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach Fig. 6,

Fig. 10 eine beispielsweise Darstellung der Ver stellung von Linsengruppen in einem Varioobjektiv nach Fig. 6 während der Brennweitenänderung,

Fig. 11 eine schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Varioobjektivs als drit tes Ausführungsbeispiel,

Fig. 12, 13 und 14 verschiedene Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach Fig. 11,

Fig. 15 eine beispielsweise Darstellung der Stel lung von Linsengruppen in einem Varioob jektiv nach Fig. 11 während der Brennwei tenänderung,

Fig. 16 eine schematische Darstellung der Linsen anordnung eines Varioobjektivs als vier tes Ausführungsbeispiels,

Fig. 17, 18 und 19 verschiedene Aberrationsdiagramme des Varioobjektivs nach Fig. 16 und

Fig. 20 eine beispielsweise Darstellung der Ver stellung von Linsengruppen in einem Varioobjektiv nach Fig. 16 bei der Brenn weitenänderung.

Wenn ein Varioobjektiv hoher Leistung miniaturisiert wird, nimmt die Scharfeinstellempfindlichkeit einer oder mehrerer Linsengruppen, die hauptsächlich zur Vergrößerungsänderung beiträgt, mit der Vergrößerung dramatisch zu. Um dies zu verhindern, werden gemäß der Erfindung zwei Linsengruppen mit unterschiedlichen Vorzeichen der Scharfeinstellempfind lichkeit mechanisch einander so zugeordnet, daß sie bei der Brennweitenänderung gemeinsam bewegt werden, wodurch die Scharfeinstellempfindlichkeit optisch verringert wird. Dies kann unter Verwendung eines einfachen Mechanismus erreicht werden, und die Auswirkung einer solchen Maßnahme nimmt mit zunehmender Vergrößerung zu.

Die Formel (1) gibt die Scharfeinstellempfindlichkeit der Linsengruppe β, die hauptsächlich die Vergrößerung ändert, für lange Brennweiten an. Wenn der Wert der Formel (1) un ter dem unteren Grenzwert liegt, können die beiden Anforderungen der zunehmenden Vergrößerung und der Miniaturisierung des Varioobjektivs nicht erfüllt werden. In bisherigen Vari oobjektiven liegt der Wert der Formel (1) unter dem unteren Grenzwert.

Die Formel (2) gibt den Grad der Verringerung der Scharfein stellempfindlichkeit an, wenn die Linsengruppen α und β als eine Einheit bewegt werden. Wenn der Wert der Formel (2) grö ßer als der obere Grenzwert ist, beträgt die Scharfeinstell empfindlichkeit höchstens 10%. Wenn der Wert der Formel (2) kleiner als der untere Grenzwert ist, kann die Scharfein stellempfindlichkeit effektiv verringert werden, jedoch nimmt nicht nur die Leistung der Linsengruppe β, sondern auch die jenige der Linsengruppe α zu, so daß eine Korrektion der sich ergebenden Aberration schwierig ist.

Die Formeln (3), (4) und (5) spezifizieren die Anforderungen an ein Varioobjektiv für eine Kompaktkamera, deren Vario verhältnis über 3 liegt. Wenn der Wert der Formel (3) über dem oberen Grenzwert liegt, tritt eine unerwünschte Verlage rung des Brennpunktes (Scharfstellpunkt) im Objektivtubus ei ner normalen Kompaktkamera auf, auch wenn die Linsengruppen α und β gemeinsam bewegt werden. Dadurch ergibt sich eine große Abweichung zwischen der Filmebene und der Bildebene. Dies führt zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Wenn der Wert der Formel (3) unter dem unteren Grenzwert liegt, kann die Scharfeinstellempfindlichkeit effektiv verringert werden, jedoch ist das Varioverhältnis kleiner als 3.

Die Formeln (4) und (5) geben die laterale Vergrößerung und das Varioverhältnis der Linsengruppe β für die Tele-Grenz stellung an. Wenn die Werte der Formeln (4) und (5) über dem jeweiligen oberen Grenzwert liegen, nimmt die Scharfeinstell empfindlichkeit stark zu. Liegen die Werte unter dem jeweili gen unteren Grenzwert, so ist eine Erhöhung der variablen Leistung des gesamten Objektivsystems schwierig.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs mit großer variabler Leistung als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Varioobjektiv besteht aus drei Linsengruppen, bei denen die erste und die dritte mit α und β bezeichnet sind. Fig. 5 zeigt, auf welchen Linien die drei Linsengruppen bei einer Verstellung von der Weitwinkel-Grenzstellung W zur Tele-Grenzstellung T bewegt werden. Die Scharfeinstellung wird hier mit der zweiten Linsengruppe vorgenommen.

Die numerischen Daten des in Fig. 1 gezeigten Varioobjek tivs sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Verschie dene Aberrationen bei unterschiedlichen Brennweiten sind in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. In Fig. 2 bis 4 sind SA die sphärische Aberration, SC die Sinusbedingung, die d-Linie, die g-Linie und die c-Linie die chromatische Aberration, dargestellt durch die sphärische Aberration für die jewei ligen Wellenlängen, S der Sagitalstrahl und M der Meridio nalstrahl.

In den Tabellen und den Figuren bezeichnet F_NO die f-Zahl, F die Brennweite, ω den halben Sichtwinkel, FB die Bildbrenn weite, ri den Krümmungsradius einer jeden Linsenfläche, di die Linsendicke oder den Abstand zwischen den Linsen, N den Brechungsindex und ν die Abbezahl.

Die Form der asphärischen Fläche kann allgemein folgender maßen ausgedrückt werden

X = CY²/{1 + [1 - (1 + K)C²Y²]^½} + A4Y⁴ + A6Y⁶ + A8Y⁸ + A10Y¹⁰ + . . .

darin sind Y eine Höhe über der Achse, X ein Abstand zu ei ner tangentialen Ebene an einem asphärischen Scheitelpunkt,
C eine Krümmung an dem asphärischen Scheitelpunkt (1/r),
K eine Konizitätskonstante,
A4 ein asphärischer Aberrationsfaktor vierter Ordnung,
A6 ein asphärischer Aberrationsfaktor sechster Ordnung,
A8 ein asphärischer Aberrationsfaktor achter Ordnung und
A10 ein asphärischer Aberrationsfaktor zehnter Ordnung.

Tabelle 1

In dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Scharfein stellempfindlichkeiten K₁, K₂ und K₃ der ersten, der zweiten und der dritten Linsengruppe mit den folgenden Gleichungen angegeben:

K₁ = (m_T2.m_T3)² = 4,1 = Kα

K₂ = m_T3 ² - K1 = 13,3

K₃ = 1 - m_T3 ² = -16,4 = Kβ

Kα/Kβ = -0,25

|Kα + Kβ| = 12,3

m_T2 = 0,48

m_T3 = 4,17 = m_Tβ

M_W3 = 1,48 = m_Wβ

m_Tβ/m_Wβ = 2,82

Darin sind m_T2 die laterale Vergrößerung der zweiten Linsen gruppe in der Tele-Grenzstellung,
m_T3 die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe in der Tele-Grenzstellung,
m_W3 die laterale Vergrößerung der dritten Linsengruppe in der Weitwinkel-Grenzstellung.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs gro ßer Leistung als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Varioobjektiv besteht aus drei Linsengruppen, von denen die erste und die dritte mit α und β bezeichnet sind. Fig. 10 zeigt die Linien, auf denen das Linsensystem wäh rend der Brennweitenänderung bewegt wird. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Scharfeinstellung mit der zweiten Linsengruppe ähnlich wie bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel.

Die numerischen Daten des in Fig. 6 gezeigten Objektivs sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Diagramme ver schiedener Aberrationen sind in Fig. 7, 8 und 9 darge stellt.

Tabelle 2

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Scharfein stellempfindlichkeiten K₁, K₂ und K₃ der ersten, der zweiten und der dritten Linsengruppe durch folgende Gleichungen ge geben:

K₁ = (m_T2.m_T3)² = 4,6 = Kα

K₂ = m_T3 ² - K₁ = 13,2

K₃ = 1 - m_T3 ² = -16,8 = Kβ

Kα/Kβ = -0,27

|Kα + Kβ| = 12,2

m_T2 = 0,51

m_T3 = 4,22 = m_Tβ

m_W3 = 1,51 = m_Wβ

m_Tβ/m_Wβ = 2,80

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 11 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs gro ßer Leistung als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Varioobjektiv besteht aus vier Linsengruppen, von denen die erste und die dritte mit α und β bezeichnet sind. Fig. 5 zeigt Linien, auf denen das Linsensystem zwischen der Weitwinkel-Grenzstellung W und der Tele-Grenzstellung T bei der Brennweitenänderung bewegt wird. Die Scharfeinstel lung erfolgt mit der zweiten Linsengruppe.

Die numerischen Daten des in Fig. 11 gezeigten Objektivs sind in der folgenden Tabelle 3 aufgeführt. Verschiedene Aberrationen bei unterschiedlichen Brennweiten zeigen die Fig. 12, 13 und 14.

Tabelle 3

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden die Scharfein stellempfindlichkeiten K₁, K₂, K₃ und K₄ der vier Linsengrup pen durch folgende Gleichungen angegeben:

K₁ = (m_T2.m_T3.m_T4)² = 4,1 = Kα

K₂ = (m_T3.m_T4)² - K₁ = 12,2

K₃ = m_T4 ² - (m_T3.m_T4)² = -15,5 = Kβ

K₄ = 1 - m_T4 ² = 0,3

Kα/Kβ = -0,26

|Kα + Kβ| = 11,4

m_T2 = 0,50

m_T3 = 4,73 = m_Tβ

m_T4 = 0,85

m_W3 = 1,50 = m_Wβ

m_Tβ/m_Wβ = 3,15

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 16 zeigt die Linsenanordnung eines Varioobjektivs gro ßer Leistung als viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Varioobjektiv besteht aus vier Linsengruppen, von denen die erste und die vierte mit α und β bezeichnet sind. Fig. 20 zeigt die Bewegungslinien des Linsensystems bei der Brennweitenänderung zwischen der Weitwinkel-Grenzstellung W und der Tele-Grenzstellung T. Die Scharfeinstellung erfolgt mit der zweiten und der dritten Linsengruppe, die gemeinsam bewegt werden. Die numerischen Daten des in Fig. 16 gezeig ten Objektivs sind in Tabelle 4 aufgeführt. Verschiedene Aberrationen für unterschiedliche Brennweiten zeigen die Fig. 17, 18 und 19.

Tabelle 4

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel werden die Scharfein stellempfindlichkeiten K₁, K₂, K₃ und K₄ der vier Linsengrup pen durch die folgenden Gleichungen angegeben:

K₁ = (m_T2.m_T3.m_T4)² = 3,5 = Kα

K₂ = (m_T3.m_T4)² - K₁ = -3,4

K₃ = m_T4 ² - (m_T3.m_T4)² = 13,9

K₄ = 1 - m_T4 ² = -13,0 = Kβ

Kα/Kβ = -0,27

|Kα + Kβ| = 9,5

m_T2 = -5,50

m_T3 = -0,097

m_T4 = 3,75 = m_Tβ

m_W4 = 1,42 = m_Wβ

m_Tβ/m_Wβ = 2,64

Die Werte der Formeln (1) bis (5) der vorstehend beschrie benen vier Ausführungsbeispiele sind in der folgenden Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5

Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, erfüllen alle vier Ausfüh rungsbeispiele die durch die Formeln (1) bis (5) gestellten Anforderungen. Gemäß der Erfindung ist das Varioverhältnis etwa 3, und die Aberrationen sind korrekt kompensiert.

Die Erfindung führt also zu einem physikalisch kleinen Varioobjektiv mit großer Leistung, das aus drei oder mehr Linsengruppen besteht.

Dabei gelten vorzugsweise folgende Beziehungen:

3,3 < m_Tβ < 6 (4)

2,5 < m_Tβ/m_Wβ < 4 (5)

wobei m_Tβ die laterale Vergrößerung der Linsengruppe β bei der Tele-Grenzstellung und m_Wβ die laterale Vergrößerung der Linsengruppe β in der Weitwinkel-Grenzstellung ist.

Claims

1. Varioobjektiv mit mindestens drei Linsengruppen, von denen zwei (α, β) mit gegenseitigem konstantem Abstand während einer Brennweitenänderung gemeinsam bewegt werden und die eine (α) verglichen mit der anderen (β) einen kleinen Einfluß auf die Vergrößerungsänderung hat und beide Linsen gruppen (α, β) Scharfeinstellempfindlichkeiten mit unterschiedlichen Vorzei chen haben, wobei die jeweilige Scharfeinstellempfindlichkeit definiert ist als das Verhältnis der durch einen Einstellfehler der jeweiligen Linsengruppe (α, β) verursachten Verschiebung des Scharfstellpunktes in Richtung der op tischen Achse zu diesem Einstellfehler, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharfeinstellempfindlichkeiten die folgenden Beziehungen erfüllen:
12 < |Kβ| (1)
-0,5 < Kα/Kβ < -0,1, (2)
wobei Kα die Scharfeinstellempfindlichkeit der einen Linsengruppe (α) bei der Tele-Grenzstellung und Kβ die Scharfeinstellempfindlichkeit der anderen Linsengruppe (β) bei der Tele-Grenzstellung ist.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Linsengruppen (α, β) ferner die folgende Beziehung erfüllen:
9 < |Kα + Kβ| < 20 (3)

3. Varioobjektiv nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Beziehun gen:
3,3 < m_Tβ < 6 (4)
2,5 < m_Tβ/m_Wβ < 4 (5)
wobei m_Tβ die Lateralvergrößerung der Linsengruppe β bei der Tele- Grenzstelleung und m_Wβ die Lateralvergrößerung der Linsengruppe β in der Weitwinkel-Grenzstellung ist.

4. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Scharfeinstellung mit einer von den beiden Linsengruppen (α, β) verschiedenen Linsengruppe erfolgt.

5. Varioobjektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Kompaktkamera.