DE3110772C2 - Vario-Objektiv - Google Patents

Abstract

Ein kleindimensioniertes Zoomobjektiv weist eine vordere und eine hintere Linsengruppe auf. Die vordere Linsengruppe hat eine Streucharakteristik und ist auf der Gegenstandsseite angeordnet, während die hintere Gruppe eine Sammelcharakteristik hat und auf der Bildseite angeordnet ist. Die vordere Gruppe ist aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Linse gebildet, während die hintere Gruppe aus einer vierten, einer fünften, einer sechsten und einer siebten Linse gebildet ist. Die erste Linse ist eine negative Meniskuslinse, deren konvexe Fläche zu der Gegenstandsseite hin ausgerichtet ist. Die zweite Linse ist eine negative Linse, deren konkave Fläche eine hohe, zu der Bildseite hin ausgerichtete Krümmung aufweist. Die dritte Linse ist eine positive Linse, deren konvexe Fläche eine hohe, zu der Gegenstandsseite hin ausgerichtete Krümmung aufweist. Die vierte Linse ist eine Positivlinse, die fünfte Linse ist eine positive Meniskuslinse, deren konvexe Fläche zu der Gegenstandsseite hin ausgerichtet ist, die sechste Linse ist eine Negativlinse, deren konkave Oberfläche eine hohe, zu der Bildseite hin ausgerichtete Krümmung hat und die siebte Linse ist eine Positivlinse. Wenn der Krümmungsradius einer i-ten Linsenfläche, die von der Gegenstandsseite aus gezählt wird, mit r ↓i (r = 1 bis 14), der j-te Axialabstand zwischen den Linsenoberflächen mit d ↓j (j = 1 bis 13), der Brechungsindex jeder Linse bezüglich der d-Linie des Spektrums mit n ↓1 bis n ↓7, wenn von der ......

Description

d₂ = 8,01

di = 2,5

di = 3,66

d₅ = 3,85

n, = 1,74950, v, = 35,0

/i₂ = 1,69680, v, = 55,5

n₃ = 1,76182, V₃ = 26,6

d_b = 38,962 - 16,732 - 0,557

dix - 4,45 rf₇₂ = 1,1 rfs =öy rf, = 3,97 rfio - 4,46 rf„ = 3,43

wobei mit v, bis v₇ die Abbesche Zahl der sieben Linsenglieder (Z., bis L₁) mit v₄,, v₄₂, /I₄₁, n₄₂ bzw. d_lu rf?: Abbesche Zahl, der Berechnungsindex bzw. der axiale Abstand zwischen den Linsenflächen der H₄, = 1,69680, v₄, = 55,5
/i₄₂ = 1,72825, v₄₂ = 28,3

/I₅ = 1,67790, v₅ = 55,5
/I₆ = 1,74000, v₆ = 28,2

beiden Linsen des sammelnden Linsengliedes (ΖΛ) und mit Z₇ der Krümmungsradius der Kittfläche dieses sammeinden Linsengliedes L'₄ bezeichnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Vario-Objektiv der in den Oberbegriffen 4er Ansprüche 1 und 2 angegebenen Gattung.

Ein Vario-Objektiv mit sieben Linsengliedern wird beispielsweise in der JP-OS 51-83543 beschrieben. Dieses Vario-Objektiv hat eine größte Blende von 1 :2,8, also insoweit eine ausreichende Lichtstärke, ist jedoch in Bezug auf'.üe sphärische AberratioE und Koma noch nicht optimal ausgelegt. Außerdem ist bei der kleinsten erreichbaren Brennweite die Verzeichnung noch relativ stark und liegt in der Größenordnung von etwa -5%. jo

Ein weiteres Vario-Ob}-ktiv wird in der JP-OS 53-60246 beschrieben; dieses Vario-Objektiv erreicht jedoch nicht den Weitwinkelbereich, da bei der kleinsten Brennweite das maximale Bildfeld nur 54° beträgt; außerdem ist bei der größten Brennweite die maximale Blendenöffnung nur Ί : 4,5, so daß die Lichtstärke nicht ausreicht; und schließlich wird die Korrektur der sphärischen Aberration bei größeren Brennweiten schwierig und kann nur mit weiteren Einbußen an Lichtstärke erkauft werden.

Ein Vario-Objektiv der angegebenen Gattung geht ausschließlich noch aus der DE-OS 27 50 342 hervor und weist eine vordere Zerstreuungslinsengruppe und eine hintere Sammellinsengruppe mit jeweils dem angegebenen Aufbau auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gut korrigiertes, mechanisc'ii-kompensiertes Vario-Objektiv der angegebenen Gattung tu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegpbenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß ein solches Vario-Objektiv sehr klein und kompakt ausgelegt werden kann und trotzdem auch bei größeren Brennweiten eine gute Korrektur der sphärischen und anderer Aberrationen zeigt; außerdem stellt die Verzeichnung bei kleineren Brennweiten kein Problem mehr dar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform des crfmdungsgemäßen Vario-Objektivs mit sieben Linsen,

Fig. 2 ein Schnittoild einer zweiten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Vario-Objektivs mit sieben Linsengliedern und acht Linsen,

Fig. 3 Darstellungen der verschiedenen Aberrationen der ersten Ausführungsform und

Fig. 4 Darstellungen der verschiedenen Aberrationen der zweiten Ausführungsform.

Wie man in Fig. 1 erkennt, weist dieses Vario-Objektiv eine vordere Zerstreuungslinsengruppe und eine hintere Sammellinsen;iruppe auf. Die vordere Zerstreuungslinsengruppe enthält einen ersten, zerstreuenden Meniskus Z.,, dessen konvexe Fläche zur Objekt-

seite hin gewandt ist. Eiine erste Zerstreuungslinse /., weist eine zur Bildseite hin gewandte konkave Fläche mit relativ starker Krümmung auf. Die dritte Linse A₁ der vorderen Zerstreuungslinsengruppe wird durch eine erste Sammellinse gebildet, deren konvexe, zur Objektseite hin gewandte Fläche ebenfalls eine relativ hohe Krümmung hat.

Die vierte Linse /.,, also die erste Linse der hinteren Sammellinsengruppe, wird durch eine zweite Sammellinse gebildet; die fünfte Linse A^ ist ein sammelnder Meniskus, dessen konvexe Fläche zur Objektseite hin gewandt ist; die sechste Linse L_b ist eine zweite Zerstreuungslinse mit zur Bildseite hin gewandter konkaver Fläche mit relativ starker Krümmung; die siebte Linse A₇ ist schließlich eine dritte Sammellinse.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erste Linse der hinteren Sammellinsengruppe, also die zweite Sammellinse A₄, durch ein Linsenglied A₄ aus einer Sammellinse A₄₁ und einer Zerstreuungslinse A₄> gebildet wird, die auf der Bildseite der Sammeiiinse A₄, angeordnet und mit dieser verbunden ist.

Die Krümmungsradien der einzelnen Linsenflächen sind nacheinander mit /·,, r,,... r,₄ bezeichnet. Die axialen Abstände zwischen den Linsenflächen sind nacheinander mit d_[%d₂,... i/u bezeichnet (siehe Fig. 1). Bei der Ausfuhrungsform mit sieben Linsengliedern und acht Linsen wird der Krümmungsradius der Kittfläche zwischen der Sammellinse A_4: und der Zerstreuungslinse A₄₂ mit Z₇ bezeichnet; der axiale Abstand zwischen den Linsenflächen der Linsen A₄, und A₄₂ ist mit d_7i bzw. Cl₁₂ bezeichnet.

Außerdem sind die Brechzahlen der einzelnen Linsen in Bezug auf die rf-Linie des Spektrums nacheinander mit /ι,, n₂,... /J₇ bezeichnet. Wenn die erste Linse A₄ der hinteren Sammellinsengruppe durch eine einzige Sammellinse A₄ gebildet wird, ist der Brechungsindex mit n_t bezeichnet; wird stattdessen ein Linsenglied A₄ verwendet so ist der Brechun^Dsindex der Linsen A-- und L-. mit n_t[ und n_i2 bezeichnet.

Dieses Vario-Objektiv genügt den folgenden sechs Bedingungen:

-L>o.

'3

0,8 <

Z₄ - rf,

0 <-iL

'6

n-, < 1,68.

(D

(H)

(III)

(IV)

(V) (VI)

Die Bedeutung dieser Bedingungen wird nachstehend beschrieben:

Die Bedingung (I), d. h. die Bedingung I//3 >0 ist vorgesehen, um eine Zunahme der negativen Verzeichnung zur kleineren Brennweite hin zu verhindern und um ein möglichst ebenes Bildfeld zu erhalten. Wenn dieser Bedingung nicht entsprochen wird oder !Zr₃ SO ist, kommt es zu einer merklichen Krümmung des Bildfeldes zum Objektiv hin, bei deren Korrektion mittels

Verringerung der Durchbiegung der dritten Linse A₁ zur Gegenstandsseite in unvorteilhafter Weise der Betrag der negativen Verzeichnung größer würde. Der Zweck der zweiten Bedingung (II) besteht darin, eine angemessene Verteilung der negativen Brechkraft in der vorderen Gruppe zu erhalten. Wenn der Wert von r, unter einen Grenzwert verringert wird, hat die vordere Gruppe eine zu große negative Brechkraft. Wenn diese größere negative Brechkraft durch eine Verringerung der negativen Urechkraft der ersten Linse L_{ ausgeglichen wird, wird das Bildfeld erheblich zum Objektiv hin gewölbt. Liegt der Wert von r_t über dem oberen Grenzwert, wird die negative Brechkraft der vorderen Gruppe zu stark herabgesetzt. Wenn dies durch einen größeren Wert der negativen Brechkraft der ersten Linse L₁ ausgeglichen wird, führt dies zu einer unvorteilhaften Zunahme in der Queraberration.

Die Bedingung (III) wird durch eine Luftlinse erreicht, die durch die konkave Fläche auf der Bildseite der zweiten Linse L₂ und durch die konvexe Fiäche auf der Gegenstandsscite der dritten Linse A₁ unter Beachtung der Bedingung (II) in einem vorgegebenen Bereich ausgebildet ist, wodurch die Koma und die sphärische Aberration unterdrückt sind, welche bei zunehmendem ) Wert der Brennweite in einem günstigen Bereich größer werden. Wenn der untere Grenzwert unterschritten wird, erhält man eine starke Koma, und es ist eine Überkorrektur der sphärischen Aberration festzustellen. Wenn utxlererseits der obere Grenzwert überschritten wird, nimmt die positive Koma zu, während die sphärische Aberration zunehmend unterkorrigiert wird.

Die Bedingung {IV) legt eine Beziehung zwischen dem Krümmungsradius /5 der objektseitigen Linsenfläche der dritten Linse A₃ und dem Krümmungsradius r₆ der bildseitigen Linsenfläche derselben Linse unter der Voraussetzung der Bedingung (II) und (III) fest und unterdrückt in Verbindung mit der Bedingung (I) die verschiedenen Aberrationen in einem vorteilhaften Bereich, ohne die negative Verzeichnung bei der minimalen Brennweite zu erhöhen. Wenn der untere Grenzwert unterschritten wird, wird der Wert des Radius r₆ unendlich oder negativ. Insbesondere die Form der dritten Linse A₃ ist plankonvex oder bikonvex, was eine große Änderung in der Verzeichnung zur Folge hat, wenn die Brennweite geändert wird, so daß dann die negative Verzeichnung bei der minimalen Brennweite zunimmt. Wenn der obere Grenzwert überschritten wird, liegt die dritte Linse A₃ in Form einer positiven Meniskuslinse vor, die objektseitig eine starke Krümmung aufweist. Obwohl dies wirksam bezüglich einer Korrektur der Verzeichnung ist, wird dadurch unvorteilhaft die sphärische Aberration größer.

Die Bedingung (V) legt den Anteil derBrechkraft zwischen den gegenstandsseitigen Linsenflächen des vierten Linsengliedes L₄ (oder A₄) und des fünften Linsengliedes L₅ fest, d. h. des ersten und des zweiten positiven Linsengliedes der hinteren Gruppe. Sie ist notwendig, um die sphärische Aberration in vorteilhafter Weise zu unterdrücken und um die Lage des vorderen Hauptpunktes der hinteren Gruppe zu der Gegenstandsseite hin zu verschieben.

Da die vordere Gruppe negativ ist, ist es zur Korrektur der sphärischen Aberration vorteilhaft, daß der Krümmungsradius /7 der ersten Linsenfläche der hinteren Gruppe einen negativen Wert oder einen großen positiver. Wert hat, um sie aplanatisch zu machen. Wenn jedoch der Wert von r-, zu groß ist, wird die Lage der vorderen Hauptebene der hinteren Gruppe zu der Bildseite

hin verschoben, was einen ungenügenden Abstand bei den größeren Brennweiten zur Folge hat, so daß die vorderen und hinteren Linsengruppen dann näher beieinander liegen. Wenn der Wert des Verhältnisses γ₇/λ, über den oberen Grenzwert von 2,0 ansteigt, wird die maximale Brennweite verringert, was ein geringeres Brennweitenänderungsverhältnis zur Folge hat. Wenn dagegen der untere Grenzwert von 1,3 unterschritten wird, korn hu es aus den vorerwähnten Gründen zu einem Anwachsen der sphärischen Aberration.

Die Bedingung (VI) ist notwendig, um den richtigen Wert der Petzval-Summc und einen vorteilhaften Bildfeldbereich zu erhalten. Wenn der Wert /I₇ über 1,68 ansteigt, ist die Petzval-Summe zu klein, weil es dann schwierig wird, den Astigmatismus und die Bildfeldkrümmung auszugleichen.

Bezüglich des Unterschieds zwischen einer siebenlinsigen (Fig. I) und einer achtlinsigen Linsenanordnung (Fi^g. 2) für das kompakte Vario-Objektiv gemäß der Erfindung ist bereits ausgeführt worden, daß in der sie-

benlinsigen Linsenanordnung das vierte Linsenglied eine positive Einzellinse L₄ ist, während in der achtlinsigen Linsenanordnung ein Kittglied L₄ die positive Linse /..,ι und die negative Linse L_n aufweist. Bei Verwendung der positiven Einzellinse L_x als viertes Linsenglied ergibt sich der Vorteil, daß das Objektiv im Vergleich zum Objektiv mit dem Kittglied L₄ kompakt ist. Das Kitlglied U₄ kann achromatisch gebildet werden, so daß die Änderung der axialen chromatischen Aberration auf ein Minimum herabgesetzt werden kann, wenn die Brennweite geändert wird. Nachstehend werdenjeweils für eine sieben- und eine uchtlinsige Anordnung zwei Austührungsbeispiele beschrieben. Bei der Beschreibung dieser Beispiele sind mit V₁, v₂,... v₇ die Abbesche Zahl der ersten bis siebten Linse bezeichnet. Mit der Bezeichnung ι·₄ ist die Abbesche Zahl der positiven Einzellinse L_x bezeichnet, während mit v₄₁ und v₄₂ die Abbesche Zahl der Linsen Z._4! und L₄₂ im Kittglied U₄ bezeichnet ist.

Objektiv I

Öffnungsverhältnis 1 : 3,5

/ι = -67

Brennweite/= 36 - 49,477 -

Bildfeld: 63,8° - 47,2° - 35°

r, = 53,889

T₁ = 25,690
r₃ =313,691
.'₄ =4!,9!2
r₅ = 36,338
r₆ = 96,561
r-, = 41,575
r_t = -147,457
λ, = 25,664
T₁₀= 88,569
/·„ = -87,097
r_n= 20,811
T₁₃= 178,809
T₁₄= -29,038

d_t = 2,2

(I₁ = 8,03

d_} = 2,5

d_A = 3,58

d_s = 3,35

n_x = 1,74950, v, = 35,0

n₂ = 1,69680, v₂ = 55,5

= 1,76180, V₃ = 26,9

38,962 - 16,732 - 0,557

d₁ = 5,43 di = 0,2 d₉ - 4,1 d_xo = 4,54 du = 3,52 d_a = 6,29 du = 4,01 n₄ = 1,69680, v₄ = 55,5

/J₅ = 1,67790, V₅ = 55,5

n₆ = 1,78472, v₆ = 25,7

/I₇= 1,56732, v₇ = 42,8

Die Aberrationskurven dieses Ausführungsbeispiels sind in Fig. 3 für einen minimalen,einen Zwischen· und einen maximalen Wert der Brennweite/dargestellt

Objektiv II

Öffnungsverhaltnis 1 : 3,5

/. = -67

Brennweite/= 36 - 49,477 -

Bildfeld: 63,8° - 47.2° - 35°

r, = 54,394

r₂ = 25,901
/j = 305,774
r₄ = 40,949
r_} = 36,350
/·„ = 98,974
η = 41,399
/₇ = -82,687
r„ = -143,791
η, = 25,646
/·,„= 87,287
r„ = -86,306
r₁₂= 20,136
η,= 172,589
r₁₄= -28,518

d\ = 2,2

r/₂ = 8,01

d, =2,5

r/₄ = 3,66

</, = 3,85 f/,

= 1,74950, v, = 35,0

n₂ = 1,69680, v₂ = 55,5

/Ij = 1,76182, Vj = 26,6

■„ - 38,962 - 16,732 - 0,557

— λ A C « —

dn' 1,1 </« = 0,2 </„ = 3,97 i/i„ =■· 4,46 du = 3,43 </i2 = 6,19 f/ij = 4,35 /I₄₂ = 1,72825,

ς«; ς

28,3

Die Aberrationskurven dieses Ausführungsbeispiels $ind in F ig. 4 Tür einen Minimal-, einen Zwischen-und einen Maximalwert der Brennweite/dargestellt. Aus den in Fig. 3 und4 dargestellten Aberrationskurven ist zu ersehen, daß die Verzeichnung in vorteilhafter Weise bei der minimalen Brennweite unterdrückt ist, während der Wert der sphärischer; Aberration bei der maximalen Brennweite sehr klein ist. Auch werden die verschiedenen Aberrationen in vorteilhafter Weise über den ganzen Brennweitenänderungbereich korrigiert und der Abstand von der ersten Linsenfläche des Objektivs zur /is = 1,67790, V₅ = 55,5

/I₆ = 1,74000, V₆ = 28,2

= 1,53172, v₇ =48,8

Bildebene bei der maximalen Brennweite/,,,,, ist klein, nämlich 1,68 f_max, wodurch ein kompaktes Objektiv geschaffen ist.

Mit den Vario-Objektiven gemäß den Ansprüchen 1 und 2 sind auch Objektive offenbart, die in ihrem Korrektionszustand der Bildfehler 3. Ordnuo? mit den Objektiven gemäß den Ansprüchen 1 und 2 im wesentlichen übereinstimmen. Dies ist der Fall, wenn alle Brennweiteneinstellungen Tür jeden Bildfehler 3. Ordnung folgende Bedingung erfüllt ist:

wobei

SderSeidel-Koeffizient einer Linsenfläche des Objektivs gemäß einer Datentabelle für eine vorgegebene Brennweiteneinstellung und

s' der Seidel-Koeffizient des von der Datentabelle abweichenden Objektes bei derselben Brennweiteneinsteilung an der entsprechenden Linsenfläche ist.

S und S' sind für die jeweilige tatsächliche Blendenlage zu berechnen.

Der Querstrich über einer Größe bedeutet Mittelwertbildung dieser Größe durch Summation der entsprechenden Werte über alle Linsenflächen und Division durch die Anzahl der Linsenfiächen.

Die Objektive im genannten Toleranzbereich der Setdel-Koeffizienten lassen sich problemlos berechnen, da die Bildfehler 3. Ordnung im wesentlichen übereinstimmen und hierdurch sowie aufgrund des vorgegebenen allgemeinen Linsenaufbaues im wesentlichen äquivalente Mittel zur Korrektur der Bildfehler höherer Ordnung vorgegeben sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 31 10 772
   2 1. Vario-Objektiv dx =2,2 r₂ = 25,690 d₂ = 8,03 /•₃ =313,691 dy = 2,5 r₄ = 41,912 d₄ =3,58 /5 = 36,338 d₅ = 3,85 r₆ = 96,561 d₆ = 38,962 - r-, = 41,575 d-, = 5,43 /g = -Ih 7,457 d_s = 0,2 λ₉ = 25,664 d, = 4,1 /-,„ = 88,569 d_w = 4,54 /·„ = -87,097 d_u = 2,52 r_n= 20,811 du = 6,29 /■_I3= 178,809 bb) aus einem ersten sammelnden Meniskus Patentansprüche: a) mit einer vorderen Zerstreuungslinsengruppe 5 P d_n = 4,01 mit zur Objektseite hin konvexer Ober aa) aus einem ersten, zerstreuenden Meniskus i r,4 = -29,038 fläche, mit zur Objektseite hin konvexer Ober wobei mit v, bis v₇ die Abbesche Zahl der sieben bc) aus einer zweiten Zerstreuungslinse mit fläche, Linsen (L, bis L₁) bezeichnet ist. zur Bildseite hin konkaver Oberfläche und ab) aus einer Zerstreuungslinse mit zur Bild bd) aus einer dritten Sammellinse, seite hin konkaver Oberfläche und io 2. Vario-Objektiv 60 c) wobei der Abstand zwischen der vorderen Zer ac) aus einer ersten Sammellinse mit zur a) mit einer vorderen Zerstreuungslinsengruppe streuungslinsengruppe und der hinteren Sam Objektseite hin konvexer Oberfläche und aa) aus einem ersten, zerstreuenden Meniskus mellinsengruppe veränderbar ist, b) mit einer hinteren Sammellinsengruppe mit zur Objektseite hin konvexer Ober gekennzeichnet durch folgende Daten: ba) aus einer zweiten Sammellinse, fläche, Öfihungsverhältnis 1 :3,5 ab) aus einer ersten Zerstreuungslinse mit zur 65 /. = -67 Bildseite hin konkaver Oberfläche und Brennweite/= 36 - 49,477 - 68 ac) aus einer ersten Sammellinse mit zur Bildfeld: 63,8° - 47,2° - 35° Objektseite hin konvexer Oberfläche und /·, = 53,889 /z, = 1,74950, v, = 3,50 /J₂ = 1,69680, v₂ = 55,5 /I₃ = 1,76180, v₃ = 26,9 - 16,732 - 0,557 /J₄ = 1,69680, v₄ = 55,5 n₅ = 1,67790, V₅ = 55,5 /I₆ = 1,78472, v₆ = 25,7 /J₇ = 1,56732, v₇ = 42,8 b) mit einer hinteren Sammellinsengruppe ba) aus einem zweiten Sammellinsenglied, bb) aus einem ersten sammelnden Meniskus mit zur Objektseite hin konvexer Ober fläche, bc) aus einer zweiten Zerstreuungslinse mit zur Bildseite hin konkaver Oberfläche und bd) aus einer dritten Sammellinse, c) wobei der Abstand zwischen der vorderen Zer streuungslinsengruppe und der hinteren Sam- meliinsengruppe veränderbar ist, gekennzeichnet durch folgende Daten:

   Öffnungsverhältnis 1 :3.5
   Λ=-67

   Brennweite/= 36 - 49,477 Bildfeld: 63,8° - 47,2° - 35°

   r, = 54,394

   r, = 25,901
   O = 305,774
   r₄ = 40,949
   r₅ = 36,350
   /a - 98,974
   r₇ = 41,399
   Z₇ = -82,687
   /g = -143,791
   r„ = 25,646
   T₁₀ = 87,287
   /·„ = -86,306
   T₁₂= 20,136

   d\ =2,2