DE3330690C2 - Varioobjektiv - Google Patents

Abstract

Ein Vario-Objektiv mit einem großen veränderbaren Leistungsverhältnis einschließlich einer Weitwinkelobjektivfähigkeit umfaßt in der Reihenfolge vom Objekt her eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit einer positiven Brennweite. Die erste, zweite und dritte Linsengruppe sind mechanisch bewegbar, um die gesamte Brennweitenlänge zu verändern und eine Bildebene konstant zu halten. Die dritte Linsengruppe setzt sich in der Reihenfolge vom Objekt her zusammen aus einer dritten Linsenuntergruppe (a) mit einer positiven Linse, einer negativen Linse und einer positiven Linse und einer dritten Linsenuntergruppe (b) mit einer positiven Linse, einer negativen Linse und einer positiven Linse.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Varioobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Varioobjektiv ist aus der US-PS 42 40 700 bekannt. Bei der dort beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 5 setzt sich die erste Untergruppe der dritten Linsengruppe aus zwei positiven Linsen zusammen. Mit einem derartigen Objektiv ist eine ausreichende Korrektur der Bildfehler, vor allem hinsichtlich der Verzeichnung, nicht zu erzielen. Dasselbe gilt für den Gegenstand der DE-OS 30 18 481, die sich im übrigen auf ein Kopier-Varioobjektiv und nicht ein für Fotografierzwecke bestimmtes Varioobjektiv bezieht.

Bei der JP-OS 56-1009 umfaßt eine Untergruppe der dritten Linsengruppe eine positive, eine positive, eine negative und eine positive Linse. Die andere Linsenuntergruppe dieser dritten Linsengruppe ist nur aus einem positiven Kittglied zusammengesetzt, welches eine negative Linse und eine positive Linse umfaßt. Dabei dient das positive Kittglied in der Endstellung dem Kompensieren der chromatischen Aberration und hat einen geringen Unterschied hinsichtlich des Brechungsindexes zwischen den Linsen (die negative Linse hat einen kleineren Brechungsindex als die positive Linse). Dementsprechend wird das letzte Kittglied auf die folgende Weise erhalten. Wenn nämlich die dritte Linsengruppe in drei Komponenten aufgeteilt wird, nämlich eine positive, eine negative und eine positive Komponente, so ist die letzte positive Linsenkomponente weiter unterteilt in zwei Linsen. Dann sind die Linsenelemente miteinander verkittet.

Die US-PS 41 72 635 zeigt einen Linsenaufbau, bei dem die gesamte dritte Linsengruppe der Untergruppe a der dritten Linsengruppe der Erfindung entspricht. Wenn die dritte Linsengruppe dieser Entgegenhaltung in drei Linsenkomponenten aufgeteilt ist, d.h. eine positive, eine negative und eine positive Linsenkomponente, setzt sich die erste positive Linsenkomponente aus einer positiven, einer positiven, einer positiven und einer negativen Linse, die mittlere negative Linsenkomponente aus einer einzelnen negativen Linse und die letzte positive Linsenkomponente aus zwei positiven Linsen zusammen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Varioobjektiv der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Bildfehler, vor allem hinsichtlich der Verzeichnung, gut korrigiert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die dritte Linsengruppe jeder der genannten Entgegenhaltungen entspricht nur der Untergruppe a der dritten Linsengruppe der Erfindung. Somit schlägt keine der genannten Entgegenhaltungen vor, die dritte Linsengruppe so aufzubauen, daß sie aus einer ersten Untergruppe mit einer positiven, einer negativen und einer positiven Linse und einer zweiten Untergruppe mit einer positiven, einer negativen oder einer positiven Linse zusammengesetzt ist. Diese Zuordnung der Linsen der dritten Linsengruppe im Zusammenhang mit den zu erfüllenden Bedingungen, insbesondere den Bedingungen (3) bis (6) führen zu einer wesentlichen Verbesserung der Kompensation der Bildfehler, insbesondere der Verzeichnung. Auch wird ein größeres Varioverhältnis und eine kompaktere Frontlinse erzielt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand von in den Fig. 1 bis 14 dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1, 3, 5, 7, 9, 11 und 13 Objektive mit kurzer Brennweite, und zwar jeweils als Objektiv 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7, und

Fig. 2, 4, 6, 8, 10, 12 und 14 Diagramme, die die Aberrationen der Objektive 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 jeweils darstellen.

Die Diagramme (a, b, c) illustrieren Aberrationen, die bei kurzer Brennweite, mittlerer Brennweite und langer Brennweite auftreten. Mit r ist ein Krümmungsradius jeder Linsenoberfläche, mit d eine Linsendicke oder ein Luftabstand zwischen den Linsenoberflächen und mit A eine Blendenöffnung bezeichnet. In den Diagrammen stehen von links nach rechts die Kurven für sphärische Aberration (SA) und die Sinus-Bedingung (SC), die chromatische Aberration für die d-Linie und die g-Linie, den Astigmatismus sagittal (DS) und meridional (M) sowie die Verzeichnung.

Ein Varioobjektiv mit einem variablen hohen Leistungsverhältnis unter Einschluß eines Weitwinkelobjektivs umfaßt eine erste Linsengruppe mit einer positiven Brennweite, eine zweite Linsengruppe mit einer negativen Brennweite und eine dritte Linsengruppe mit einer positiven Brennweite. Die erste, zweite und dritte Linsengruppe sind mechanisch bewegbar, um die Brennweiten zu ändern und um eine Bildebene konstant zu machen. Die erste Linsengruppe umfaßt einen negativen Miniskus mit einer konvexen Oberfläche, die dem Objekt zugekehrt ist, eine positive Linse sowie eine weitere positive Linse. Die zweite Linsengruppe setzt sich zusammen aus zwei negativen Minisken mit konvexen Oberflächen, die dem Objekt zugekehrt sind, aus einer bikonkaven negativen Linse und einer positiven Linse. Die dritte Linsengruppe setzt sich zusammen aus einer Linsenuntergruppe a mit einer Positivlinse, einer negativen Linse und einer positiven Linse zusammen und aus einer Linsenuntergruppe b, die eine positive Linse, eine negative Linse und eine positive Linse aufweist. Die dritte Linsengruppe erfüllt die folgenden Bedingungen:

0,25 < f[tief]min/f[tief]I < 0,65; (1)

-1,25 < f[tief]min/f[tief]I II < -0,7; (2)

0,5 < f[tief]min/f[tief]I~IIIa < 1,0; (3)

1,3 < f[tief]min/f[tief]I~IIIb1 < 2,1; (4)

0,35 < |r[tief]IIIbN|/f[tief]min < 0,7 mit r[tief]IIIbN < 0; (5)

1,7 < N[tief]IIIbN (6)

worin bedeuten:

f[tief]min die Objektivbrennweite bei der minimalen Brennweite;

f[tief]I die Brennweite der ersten Linsengruppe;

f[tief]I II die Brennweite aus erster und zweiter Linsengruppe bei minimaler Brennweite;

f[tief]I~IIIa die Brennweite der ersten Linsengruppe bis einschließlich zur Linsenuntergruppe a bei minimaler Brennweite;

f[tief]I~IIIb1 die Brennweite der ersten Linsengruppe bis zur näher am Objekt liegenden positiven Linse der Linsenuntergruppe b bei minimaler Brennweite;

r[tief]IIIbN der Krümmungsradius einer dicht am Objekt befindlichen Oberfläche der negativen Linse der Linsenuntergruppe b; und

N[tief]IIIbN der Brechungsindex für die d-Linie der negativen Linse der dritten Linsenuntergruppe b.

Um die Konstruktion einfacher auszubilden wird es vorgezogen, die erste und dritte Linsengruppe im Einklang miteinander oder eine Blendenöffnung zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe fest anzuordnen, wobei die Position bzw. Lage der Bildebene als eine Referenz oder Bezugsgröße während der Brennweitenänderung dient. Die Festlegung einer Blendenöffnungslage resultiert notwendigerweise in der Anordnung der Blendenöffnung vor der dritten Linsengruppe, wenn das Objektivsystem als ein Weitwinkelobjekt benutzt wird, so daß der Durchmesser der Frontlinse reduziert werden kann.

Zur Reduzierung einer Veränderung in der Krümmung des Bildfeldes in bezug auf die Veränderung des Brennpunktes ist folgendes auszuführen:

i) die Entfernung zwischen den Linsenuntergruppen a und b wird kaum bei der Bennweitenänderung verändert (Objektiv 3) und

ii) die Linsenuntergruppe a setzt sich zusammen aus einer Linsenuntergruppe a' mit einer positiven Brennweite und einer Linsenuntergruppe a" mit einer positiven Brennweite, wobei die Linsenuntergruppen a' und a" unabhängig voneinander bewegt werden, um die folgende Beziehung zu erfüllen: wobei X[tief]3a' die Bewegungsstrecke der Linsenuntergruppe a' und

X[tief]3a" die Bewegungsstrecke der Linsenuntergruppe a" ist.

Bei den Objektiven 2 und 4 wird der Abstand zwischen den Linsenuntergruppen a' und a" etwas bzw. kaum beim Wert geändert. Bei den Objektiven 5 und 6 ist die Linsenuntergruppe a' in bezug auf die Bildebene fixiert, um die Krümmung des Feldes bei X[tief]3a'/X[tief]3a" = 0 zu korrigieren. Das Objektiv 7 beinhaltet eine Anordnung zwischen diesen Objektiven. Für einen einfacheren Objektivtubus ist es vorzusehen, die Linsengruppe a' wie bei den Objektiven 5 und 6 zu fixieren. Die Konstruktion kann dadurch einfacher gemacht werden, daß vorzugsweise die erste Linsengruppe und die Linsenuntergruppe a" zusammen bewegt werden oder aber die Linsenuntergruppe b.

Wenn die durch die Gleichungen 1 und 2 definierte Leistungsanordnung gewählt wird, wird die Gesamtlänge des Objektivsystems im Weitwinkelmodus reduziert. Außerdem ist der Durchmesser der Frontlinse kleiner und zwar dadurch, daß die Blendenöffnungsposition soweit als möglich nach vorne zwischen die zweite und dritte Linsengruppe gelegt wird.

Wenn die obere Grenze der Bedingung 1 überschritten wird, kann das Objektivsystem noch kompakter gemacht werden. Jedoch würde sich die sphärische Aberration besonders bei langer Brennweite und die sphärische Aberration bei einem näheren Objekt in weiteren Grenzen ändern. Wenn die untere Grenze der Bedingung 1 überschritten wird, dann könnten die Aberrationen gut korrigiert werden. Dies würde jedoch zur Folge haben, daß der Objektivtubus für einen vergrößerten Fokussierbereich verlängert werden müßte, was dazu führen würde, daß der Durchmesser der Frontlinse größer würde. Daher wird vorzugsweise die Bedingung 1 weiterhin definiert als (1') 0,3 < f[tief]min/f[tief]I < 0,5.

Wenn die obere Grenze der Bedingung 2 überstiegen wird, kann eine größere Kompaktheit des Objektivsystems erreicht werden. Jedoch würde die Krümmung des Bildfeldes in stärkerem Maße sich mit der Brennweite ändern. Wenn die untere Grenze überschritten wird, müßte die zweite Linsengruppe bei der Brennweitenänderung um einen größeren Entfernungsbetrag bewegt werden, wobei so die Aberrationskorrektur besser sein würde. Vorzugsweise wird die Bedingung 2 weiterhin begrenzt auf die Bedingung (2') -1,1 < f[tief]min/f[tief]I II < -0,8.

Die Bedingung 3 sollte erfüllt werden, wenn die dritte Linsengruppe in die Linsenuntergruppe a und die Linsenuntergruppe b geteilt wird. Wenn die obere Grenze überschritten wird, erhält die Linsenuntergruppe b eine negative Brennweite. Die Leistung der Linsenuntergruppe a würde zu stark werden, so daß eine erhöhte Last auf die Linsenuntergruppe gelegt werden würde. Wenn umgekehrt die untere Grenze überschritten wird, würde die Linsenuntergruppe b einer größeren Belastung unterworfen sein, so daß eine Bedingung oder Zustand vom Standpunkt der Aberrationskorrektur nicht befürwortet werden kann. Die Bedingung 3 dient dazu, eine gut ausgewogene Korrektur der Aberrationen in den Linsenuntergruppen a und b zu bewirken. Vorzugsweise wird die Bedingung 3 desweiteren begrenzt auf (3') 0,6 < f[tief]min/f[tief]I~IIIa < 0,9.

Die Bedingungen 4, 5 und 6 beziehen sich auf die Linsenuntergruppe b. Wenn die obere Grenze der Bedingung 4 überschritten wird, werden Aberrationen von höherer Ordnung hervorgerufen. Die bloßen rückwärtigen negativen und positiven Linsen der Linsenuntergruppe b würden nicht ausreichen, um diese Aberrationen zu korrigieren. Wenn die untere Grenze überschritten wird, dann wird von der Linsenuntergruppe b kein Vorteil erwachsen. Vorzugsweise wird die Bedingung 4 im weiteren begrenzt auf die Bedingung (4') 1,3 < f[tief]min/f[tief]I~IIIb1 < 2,0.

Wenn die obere Begrenzung der Bedingung 5 überschritten wird, wird es schwierig, die sphärische Aberration und die Koma der Linsenuntergruppe b zu korrigieren, insbesondere der nahe am Objekt befindlichen positiven Linse. Wenn die untere Grenze überschritten wird, dann würden diese Aberrationen übermäßig korrigiert werden und die sphärische Aberration höherer Ordnung würde verstärkt werden. Vorzugsweise wird die Bedingung 5 im weiteren begrenzt auf die Bedingung (5') 0,4 < |r[tief]IIIbN|/f[tief]min < 0,7, (r[tief]IIIbN < 0).

Wenn die untere Grenze der Bedingung 6 überschritten wird, besteht eine größere Tendenz hinter die untere Grenze der Bedingung 5 zu gehen, woraus die Schwierigkeit entsteht, um die sphärische Aberration höherer Ordnung zu korrigieren.

Die Objektive 1 bis 7 werden im weiteren näher beschrieben.

In den folgenden Beispielen wird mit f die Objektiv-Brennweite, mit f[tief]B ein Brennpunktabstand von der Linsenrückseite (bildseitige Schnittweite), mit kleines Omega ein halber Bildfeldwinkel, mit d eine Linsendicke oder ein Luftabstand zwischen den Linsenoberflächen, mit N ein Brechungsindex für die d-Linie und mit kleines Ny eine Abbézahl bezeichnet.

Die Konstruktionsdaten der Objektive 1 bis 7 und die für die sechs Bedingungen entsprechend errechneten Größen ergeben sich für diese Objektive aus den Unteransprüchen 9 bis 15.

Claims (15)

1. Varioobjektiv mit einem großen Brennweitenänderungsverhältnis bis in den Weitwinkelbereich, bestehend aus

a) einer positiven ersten Linsengruppe,

b) einer negativen zweiten Linsengruppe und

c) einer positiven dritten Linsengruppe, wobei

d) die drei Linsengruppen zur Änderung der Objektivbrennweite unter Konstanthaltung der Bildebene bewegbar sind, wobei

e) die dritte Linsengruppe aufgebaut ist aus einer Linsenuntergruppe a, die zumindest zwei positive Linsen aufweist und aus einer Linsenuntergruppe b, die eine positive Linse, eine negative Linse und eine positive Linse aufweist, und wobei

f) folgende Bedingungen erfüllt sind:

0,25 < f[tief]min/f[tief]I < 0,65; (1)

-1,25 < f[tief]min/f[tief]I II < -0,7; (2)

1,7 < N[tief]IIIbN (6)

dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Linsenuntergruppe a nach den beiden positiven Linsen noch eine negative Linse und ein Kittglied mit einer negativen und einer positiven Linse aufweist und

h) das Varioobjektiv die folgenden weiteren Bedingungen erfüllt:

0,5 < f[tief]min/f[tief]I~IIIa < 1,0; (3)

1,3 < f[tief]min/f[tief]I~IIIb1 < 2,1; (4)

0,35 < |r[tief]IIIbN|/f[tief]min < 0,7 mit r[tief]IIIbN < 0; (5)

wobei ist

f[tief]min die minimale Objektivbrennweite,

f[tief]I die Brennweite der ersten Linsengruppe,

f[tief]I II die Brennweite aus erster und zweiter Linsengruppe bei der minimalen Objektivbrennweite,

f[tief]I~IIIa die Brennweite der ersten Linsengruppe bis einschließlich zur Linsenuntergruppe a der dritten Linsengruppe bei der minimalen Objektivbrennweite,

f[tief]I~IIIb1 die Brennweite der ersten Linsengruppe bis zur näher am Objekt liegenden positiven Linse der dritten Linsenuntergruppe b bei der minimalen Objektivbrennweite,

r[tief]IIIbN der Krümmungsradius einer näher am Objekt liegenden Oberfläche der negativen Linse der dritten Linsenuntergruppe b, und

N[tief]IIIbN der Brechungsindex an der d-Linie der negativen Linse der dritten Linsenuntergruppe b.

2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

0,3 < f[tief]min/f[tief]I < 0,5; (1')

-1,1 < f[tief]min/f[tief]I II < -0,8; (2')

0,6 < f[tief]min/f[tief]I~IIIa < 0,9; (3')

1,3 < f[tief]min/f[tief]I~IIIb1 < 2,0; (4')

0,4 < |r[tief]IIIbN|/f[tief]min < 0,7 mit r[tief]IIIbN < 0; (5')

3. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Linsengruppe miteinander zur Veränderung der Objektivbrennweite bewegbar sind.

4. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende zwischen der zweiten und dritten Linsengruppe angeordnet ist, wobei die Blendenöffnung bei der Bewegung der Linsengruppen gegenüber der Bildebene unbeweglich gehalten ist.

5. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenuntergruppen a und b der dritten Linsengruppe in einem Abstand voneinander entfernt sind, der bei der Änderung der Brennweite nur wenig veränderlich ist.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenuntergruppe a sich zusammensetzt aus einer Linsenuntergruppe a' mit einer positiven Brennweite und einer Linsenuntergruppe a" mit einer positiven Brennweite und daß diese Linsenuntergruppen a' und a" die folgende Bedingung erfüllen: wobei X[tief]3a' die Bewegungsstrecke der Linsenuntergruppe a' und X[tief]3a" die Bewegungsstrecke der Linsenuntergruppe a" ist.

7. Varioobjektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe und die Linsenuntergruppe a oder b bei der Änderung der Brennweite zusammen bewegbar sind.

8. Varioobjektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe und die Linsenuntergruppe a' oder b' bei der Änderung der Brennweite zusammen bewegbar sind.

9. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

10. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

11. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

12. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

13. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

14. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.

15. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Konstruktionsdaten hat:

wobei ist:

f die Objektiv-Brennweite,

f[tief]B der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite,

kleines Omega der halbe Bildfeldwinkel,

d die Linsendicke oder der Luftabstand,

N der Brechungsindex für die d-Linie, und

kleines Ny die Abbé-Zahl.