DE10129579A1 - Variolinsensystem - Google Patents

Variolinsensystem

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Abstract

Ein Variolinsensystem enthält eine negative erste Linsengruppe, eine positive zweite Linsengruppe und eine negative dritte Linsengruppe. Die Brennweitenänderung erfolgt durch Bewegen der drei Linsengruppen längs der optischen Achse. Das Variolinsensystem erfüllt: 0,03 < (d¶W12¶ - d¶T12¶)/f¶W¶ < 0,1...(1); -4 < f¶T¶/f¶1G¶ < -2...(2), worin d¶W12¶ den Abstand der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der ersten Linsengruppe von der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite, d¶T12¶ den Abstand der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der ersten Linsengruppe von der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite, f¶W¶ die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, f¶T¶ die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite und f¶1G¶ die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem für eine Kompaktkamera und im engeren Sinne die Realisierung eines höheren Brennweitenverhältnisses sowie die Miniaturisierung eines solchen Variolinsensystems.
In einem Variolinsensystem für eine Kompaktkamera nahm in den vergangenen Jahren zum Erfordernis der Miniaturisierung der Wunsch nach einem höheren Brennweitenverhältnis von 3,0 oder mehr hin zu. Im Gegensatz zu einem für eine einäugige Spiegelreflexkamera, kurz SLR-Kamera, bestimmten Variolinsensystem erfordert ein für eine Kompaktkamera bestimmtes Variolinsensystem keine ver­ größerte bildseitige Schnittweite hinter dem Aufnahmelinsensystem. In einer Kompaktkamera findet deshalb ein Variolinsensystem vom Teletyp mit einer positiven vorderen Linsengruppe und einer negativen hinteren Linsengruppe Anwendung, während in einer SLR-Kamera zur Sicherstellung einer ausreichen­ den bildseitigen Schnittweite ein Retrofokus-Variolinsensystem mit einer negativen vorderen Linsengruppe und einer positiven hinteren Linsengruppe eingesetzt wird.
Wird in einem solchen für eine Kompaktkamera bestimmten Variolinsensystem ein Brennweitenverhältnis von etwa 3,5 benötigt, so wird üblicherweise ein aus drei Linsengruppen bestehendes Variolinsensystem mit einer negativen Linsen­ gruppe, einer positiven Linsengruppe und einer negativen Linsengruppe einge­ setzt. In diesem aus drei Linsengruppen bestehenden Variolinsensystem erfolgt die Brennweitenänderung, d. h. der Zoomvorgang, durch Verändern des Abstan­ des zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe. Um ein höheres Brenn­ weitenverhältnis zu erreichen, werden im Stand der Technik insbesondere die erste Linsengruppe und die zweite Linsengruppe üblicherweise so bewegt, dass ihr gegenseitiger Abstand ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite zunimmt. Mit dieser Zunahme des Ab­ standes zwischen erster und zweiter Linsengruppe müssen jedoch die Durchmes­ ser dieser Linsengruppen vergrößert werden, um die Randstrahlung zu sammeln. Infolgedessen müssen die Gesamtlänge des Variolinsensystems und die Durch­ messer der Linsengruppen vergrößert werden, was der Miniaturisierung des Variolinsensystems zuwiderläuft.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein miniaturisiertes, aus drei Linsengruppen beste­ hendes Variolinsensystem vom Teletyp anzugeben, das ein Brennweitenverhältnis von etwa 3,5 hat.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Variolinsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als erstes Ausfüh­ rungsbeispiel,
Fig. 2A, 2B, 2C und 2D in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 3A, 3B, 3C und 3D in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 4A, 4B, 4C und 4D in der Linsenanordnung nach Fig. 1 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 5 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als zweites Ausfüh­ rungsbeispiel,
Fig. 6A, 6B, 6C und 6D in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 7A, 7B, 7C und 7D in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 8A, 8B, 8C und 8D in der Linsenanordnung nach Fig. 5 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 9 die Linsenanordnung eines Variolinsensystems als drittes Ausfüh­ rungsbeispiel,
Fig. 10A, 10B, 10C und 10D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung kürzester Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 11A, 11B, 11C und 11D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei einer mittleren Brennweite auftretende Aberrationen,
Fig. 12A, 12B, 12C und 12D in der Linsenanordnung nach Fig. 9 bei der Einstellung längster Brennweite auftretende Aberrationen, und
Fig. 13 eine schematische Darstellung der Verstellwege der Linsengruppen für das erfindungsgemäße Variolinsensystem.
Fig. 13 zeigt in schematischer Darstellung die Verstellwege der Linsengruppen eines Variolinsensystems. Das Variolinsensystem enthält eine negative erste Linsengruppe 10, eine positive zweite Linsengruppe 20 und eine negative dritte Linsengruppe 30, die in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet sind. In dem aus drei Linsengruppen bestehenden Variolinsensystem werden bei der Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die erste Linsengruppe 10, die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 unabhängig voneinander auf das Objekt zu bewegt, während ihr gegenseitiger Abstand voneinander abnimmt. Zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 befindet sich eine Blende S. die bei der Brennweitenänderung zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20 bewegt wird.
Bedingung (1) des Anspruchs 1 gibt die Größe der Änderung des Abstandes zwischen erster Linsengruppe 10 und zweiter Linsengruppe 20 bei der Brennwei­ tenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Ein­ stellung längster Brennweite an. Durch Erfüllen dieser Bedingung wird bei der zur Brennweitenänderung erfolgenden Bewegung der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 deren gegenseitiger Abstand nicht vergrößert, so dass für das gesamte Variolinsensystem ein hohes Brennweitenverhältnis und eine Miniaturisierung des Linsensystems erreicht werden können. Wie aus der Bedingung (1) hervorgeht, kann also mit anderen Worten bei dem in Fig. 13 gezeigten Variolinsensystem ein hohes Brennweitenverhältnis erreicht werden, während der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe deutlich verringert ist.
Übersteigt (dW12-dT12)/fW die obere Grenze der Bedingung (1), so nimmt die Größe der Änderung des Abstandes zwischen erster Linsengruppe 10 und zweiter Linsengruppe 20 zu, und eine Miniaturisierung des Variolinsensystems kann nicht erreicht werden.
Unterschreitet dagegen (dW12-dT12)/fw die untere Grenze der Bedingung (1), so wird die Brennweitenänderungs- oder Zoomwirkung der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 klein, und das Brennweitenverhältnis kann nicht vergrößert werden.
Bedingung (2) des Anspruchs 1 gibt die Brennweite der negativen ersten Linsen­ gruppe 10 an. Durch Erfüllen dieser Bedingung kann die Bewegungsstrecke der ersten Linsengruppe 10 verkürzt und somit eine Miniaturisierung des Variolinsen­ systems erreicht werden.
Übersteigt dagegen fT/f1G die obere Grenze der Bedingung (2), so wird die Bewe­ gungsstrecke der ersten Linsengruppe 10 größer, und eine Miniaturisierung des Variolinsensystems kann nicht erreicht werden.
Unterschreitet fT/f1G die untere Grenze der Bedingung (2), so wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 zu stark, und die in der ersten Linsengruppe 10 auftretenden Aberrationen nehmen zu, so dass die Aberrationsschwankungen bei der Brennweitenänderung größer werden.
Bedingung (3) des Anspruchs 2 gibt die zusammengesetzte Brennweite aus erster Linsengruppe 10 und zweiter Linsengruppe 20 an. Durch Erfüllen dieser Bedin­ gung kann durch die durch die erste Linsengruppe 10 und die zweite Linsengrup­ pe 20 erfolgende Brennweitenänderungs- oder Zoomoperation das Brennweiten­ verhältnis vergrößert werden.
Übersteigt f12T/f12W die obere Grenze der Bedingung (3), so nimmt die Größe der Änderung des Abstandes zwischen der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 zu, und eine Miniaturisierung des Variolinsensystems kann nicht erreicht werden.
Unterschreitet dagegen f12T/f12W die untere Grenze der Bedingung (3), so wird die Brennweitenänderungs- oder Zoomwirkung der ersten Linsengruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 klein, wodurch ein höheres Brennweitenverhältnis nicht realisierbar ist.
Bedingung (4) des Anspruchs 3 gibt das Verhältnis der Brennweiten zwischen negativer erster Linsengruppe 10 und positiver erster Unterlinsengruppe unter der Bedingung an, dass die negative erste Linsengruppe 10 eine positive erste Unter­ linsengruppe und eine negative zweite Unterlinsengruppe in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet enthält. Durch Erfüllen dieser Bedingung können die in der ersten Linsengruppe 10 auftretenden Aberrationen sowie die Aberrations­ schwankungen an Brennweitenpunkten in einem Bereich verringert werden, der durch die Einstellung kürzester Brennweite und die Einstellung längster Brenn­ weite begrenzt ist.
Übersteigt f1G/f1a die obere Grenze der Bedingung (4), so nimmt die Brechkraft der ersten Linsengruppe 10 ab, und die Zoomwirkung wird geringer.
Unterschreitet f1G/f1a die untere Grenze der Bedingung (4), so werden die in der ersten Linsengruppe 10 auftretenden Aberrationen größer, wodurch die Aberrati­ onsschwankungen an Brennweitenpunkten in einem Bereich, der durch die Ein­ stellung kürzester Brennweite und die Einstellung längster Brennweite begrenzt ist, zunehmen.
Bedingung (5) des Anspruchs 4 gibt die Größe der Änderung der sphärischen Aberration infolge einer asphärischen Fläche unter der Bedingung an, dass in der positiven zweiten Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer solchen asphärischen Fläche vorgesehen ist. Durch Erfüllen dieser Bedingung kann die Zahl der in der positiven zweiten Linsengruppe vorgesehenen Linsenelemente verringert werden. Insbesondere kann die sphärische Aberration bei der Einstel­ lung längster Brennweite korrigiert werden.
Übersteigt ΔIASP die obere Grenze der Bedingung (5), wird die von der asphäri­ schen Fläche ausgehende Wirkung der Korrektion der sphärischen Aberration kleiner, so dass eine ausreichende Korrektion nicht erreicht wird.
Unterschreitet dagegen ΔIASP die untere Grenze der Bedingung (5), so wird die Größe der Asphärizität größer, wodurch die Fertigung des mit der asphärischen Fläche versehenen Linsenelementes erschwert wird.
Bedingung (6) des Anspruchs 5 gibt die Größe der Änderung des Verzeichnis­ koeffizienten infolge einer asphärischen Fläche unter der Bedingung an, dass in der negativen dritten Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer sol­ chen asphärischen Fläche vorgesehen ist. Durch Erfüllen dieser Bedingung kann die Zahl der Linsenelemente in der negativen dritten Linsengruppe verringert und insbesondere die Verzeichnung bei der Einstellung kürzester Brennweite korrigiert werden.
Übersteigt ΔVASP die obere Grenze der Bedingung (6), so nimmt die Größe der Asphärizität zu, wodurch die Fertigung des mit der asphärischen Fläche versehe­ nen Linsenelementes erschwert wird.
Unterschreitet ΔVASP die untere Grenze der Bedingung (6), so wird die von der asphärischen Fläche ausgehende Wirkung der Korrektion der Verzeichnung geringer, so dass eine ausreichende Korrektion nicht erreicht wird.
Im Folgenden werden spezielle numerische Daten der einzelnen Ausführungsbei­ spiele angegeben. In den Diagrammen der chromatischen Aberration (chromati­ sche Längsaberration), dargestellt durch die sphärische Aberration, bezeichnen die durchgezogene Linie und die beiden Arten von gestrichelten Linien die sphäri­ schen Aberrationen bei der d-, der g- bzw. der C-Linie. Entsprechend bezeichnen in den Diagrammen der chromatischen Queraberration die beiden Typen von gestrichelten Linien den Abbildungsmaßstab bei der g- und der C-Linie. Die d- Linie fällt als Basislinie mit der Ordinate zusammen. S bezeichnet das Sagittalbild und M das Meridionalbild. In den Tabellen bezeichnet FNO die F-Zahl, f die Brenn­ weite des gesamten Variolinsensystems, W den halben Bildfeldwinkel (°), fB die die bildseitige Schnittweite, r den Krümmungsradius, d die Linsenelementdicke bzw. den Abstand zwischen den Linsenelementen, Nd den Brechungsindex bei der d-Linie und ν die Abbe-Zahl.
Eine zur optischen Achse symmetrische, asphärische Fläche ist wie folgt definiert:
x = cy2/(1+[1-{1+K}c2y2]1/2)+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10. . .
worin
c die Krümmung (1/r) der asphärischen Fläche im Scheitel,
y die Höhe über der Achse,
K den Kegelschnittkoeffizienten sowie
A4 einen Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung,
A6 einen Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung,
A8 einen Asphärenkoeffizienten achter Ordnung und
A10 einen Asphärenkoeffizienten zehnter Ordnung bezeichnet.
Ausführungsbeispiel 1
Die Fig. 1 bis 4D zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Fig. 1 zeigt die Linsenanordnung des Variolinsensystems. Die erste Linsengruppe 10 enthält eine positive erste Unterlinsengruppe 10a, die aus einem positiven Linsenelement besteht, und eine negative zweite Unterlinsengruppe 10b, die aus einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement besteht. Die eben genannten Elemente sind dabei in der dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet angeordnet. Die zweite Linsengruppe 20 enthält ein positives Lin­ senelement und ein negatives Linsenelement, die miteinander verkittet sind, und ein positives Linsenelement in dieser Reihenfolge vom Objekt her betrachtet. Die dritte Linsengruppe 30 enthält, vom Objekt her betrachtet, ein positives Lin­ senelement und ein negatives Linsenelement. Bildseitig der zweiten Linsengruppe 20 befindet sich eine Blende S, die sich bei der Brennweitenänderung zusammen mit der zweiten Linsengruppe 20 bewegt. Die Fig. 2A bis 2D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brennweite auftreten. Die Fig. 3A bis 3D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei einer mittleren Brennweite auftreten. Die Fig. 4A bis 4D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Einstellung längster Brennweite auftreten. In Tabelle 1 sind die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels angegeben.
Tabelle 1
Daten der asphärischen Fläche (nicht aufgeführte Asphärenkoeffizienten sind Null (0,00)):
Ausführungsbeispiel 2
Die Fig. 5 bis 8D zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Die Fig. 6A bis 6D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Ein­ stellung kürzester Brennweite auftreten. Die Fig. 7 A bis 7D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei einer mittleren Brennweite auftreten. Die Fig. 8A bis 8D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Einstellung läng­ ster Brennweite auftreten. In Tabelle 2 sind die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem zweiten Ausführungsbeispiel zugrun­ deliegende Linsenanordnung ist im wesentlichen die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Tabelle 2
Daten der asphärischen Fläche (nicht aufgeführte Asphärenkoeffizienten sind Null (0,00)):
Ausführungsbeispiel 3
Die Fig. 9 bis 12D zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems. Die Fig. 10A bis 10D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brennweite auftreten. Die Fig. 11A bis 11 D zeigen Aberra­ tionen, die in der Linsenanordnung bei einer mittleren Brennweite auftreten. Die Fig. 12A bis 12D zeigen Aberrationen, die in der Linsenanordnung bei der Ein­ stellung längster Brennweite auftreten. In Tabelle 3 sind die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels angegeben. Die dem dritten Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Linsenanordnung ist im wesentlichen die gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Tabelle 3
Daten der asphärischen Fläche (nicht aufgeführte Asphärenkoeffizienten sind Null (0,00)):
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erfüllen alle Ausführungsbeispiele die Bedingungen (1) bis (6). Wie außerdem aus den Figuren hervorgeht, sind die verschiedenen Aberrationen ausreichend korrigiert.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein aus drei Linsen­ gruppen bestehendes, verkleinertes Variolinsensystem vom Teletyp bereit, das ein Brennweitenverhältnis von etwa 3,5 hat.

Claims (5)

1. Variolinsensystem mit, vom Objekt her betrachtet, einer negativen ersten Linsengruppe, einer positiven zweiten Linsengruppe und einer negativen dritten Linsengruppe, wobei die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe zur Brennweitenänderung längs der optischen Achse bewegt werden und folgenden Bedingungen erfüllt sind:
0,03 < (dW12 - dT12)/fW < 0,1 (1)
-4 < fT/f1G < -2 (2)
worin
dW12 den Abstand der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der ersten Linsengruppe von der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite,
dT12 den Abstand der am weitesten bildseitig angeordneten Fläche der ersten Linsengruppe von der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der zweiten Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite,
fW die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,
fT die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite, und
f1G die Brennweite der negativen ersten Linsengruppe bezeichnet.
2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgen­ de Bedingung erfüllt ist:
1,0 < f12T/f12W < 1,2 (3)
worin
f12T die zusammengesetzte Brennweite von erster und zweiter Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite und
f12W die zusammengesetzte Brennweite von erster und zweiter Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.
3. Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linsengruppe, vom Objekt her betrachtet, eine positive erste Unter­ linsengruppe und eine negative zweite Unterlinsengruppe enthält und dass die erste Unterlinsengruppe folgende Bedingung erfüllt:
-1 < f1G/f1a < 0 (4)
worin
f1a die Brennweite der ersten Unterlinsengruppe bezeichnet.
4. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die positive zweite Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche enthält und dass diese asphäri­ sche Fläche folgende Bedingung erfüllt:
-800 < ΔIASP < -300 (5)
worin
ΔIASP die Größe der durch die asphärische Fläche verursachten Änderung des sphärischen Aberrationskoeffizienten unter der Bedingung bezeichnet, dass die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite auf 1,0 normiert ist.
5. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die negative dritte Linsengruppe ein Linsenelement mit mindestens einer asphärischen Fläche enthält und dass diese asphäri­ sche Fläche folgende Bedingung erfüllt:
0 < ΔVASP < 0,4 (6)
worin
ΔVASP die Größe der durch die asphärische Fläche verursachten Änderung des Verzeichnungskoeffizienten unter der Bedingung bezeichnet, dass die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite auf 1,0 normiert ist.
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