DE10131285A1

DE10131285A1 - Objektiv mit großem Zoomverhältnis

Info

Publication number: DE10131285A1
Application number: DE10131285A
Authority: DE
Inventors: Yasuhara Yamada
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: US6437923B1; JP2002236255A; JP3672829B2; GB2372109A; GB0115593D0; DE10131285B4; GB2372109B

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf ein kompaktes und leichtes Zoomobjektiv hoher Vergrößerung gerichtet, umfassend ein Vier-Elementen-Zoomlayout von Positiven, Negativen, Positiven und Positiven in Bezug auf die Brecheigenschaft, welche etwa 75 DEG des Aufnahmeblickwinkels an einem Weitwinkelende ist, etwa F/3 bis F/4 in der F-Zahl an dem Weitwinkelende ist, etwa F/5 bis F/6 an einem Telephotoende ist und etwa 6 bis 7 in dem Zoomverhältnis. Das Objektiv mit veränderlicher Brennweite bzw. die Zoomlinse umfaßt erste bis vierte Elemente, die jeweils aus einer Mehrzahl von Linsen bestehen, und die Elemente weisen die entsprechenden Brechleistungen bzw. Brechkräfte von positiven, negativen, positiven und positiven Niveaus in der Reihenfolge von jener am nächsten zu einem Gegenstand auf. Nur das zweite Linsenelement wird zum Fokussieren bewegt, während die wie folgt beschriebenen Bedingungen erfüllt werden: DOLLAR A (1) 0,065 < DOLLAR I1 < 0,085 DOLLAR A (2) 0,35 < DOLLAR I2 < 0,55 DOLLAR A (3) 0,25 < DOLLAR I3 < 0,35 DOLLAR A (4) 0,75 < DOLLAR I4 < 0,95.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zoomlinse bzw. ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite mit großer Vergrößerung und insbe sondere bezieht sie sich auf eine kompakte, leichtgewichtige Zoomlinse bzw. ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite, welche(s) etwa 75° im Aufnahmege sichtswinkel an einem weiten Ende, etwa F/3 bis F/4 in der F-Zahl an dem weiten Ende, etwa F/5 bis F/6 an einem Teleende und 6 bis 7 im Zoomverhältnis beträgt und welche(s) für eine Einzellinsenreflexkamera, eine Videokamera, eine elektronische Standbildkamera oder dgl. geeignet ist.

Stand der Technik

In dem Stand der Technik wurde eine Vielzahl von Objektiven mit veränderlichen Brennweiten bzw. Zoomlinsen, wie 4-, 5- und 6-Elementlinsen mit einem großen Zoomverhältnis, vorgeschlagen. Derartige große Multielementlinsen sind im Hinblick auf das Korrigieren von Aberrationen vorteilhaft, jedoch tendieren sie zu einem nachteiligen Effekt eines Kostenanstiegs aufgrund einer erhöhten Anzahl von Komponenten, umfassend eine Nocken- bzw. Kurventrommel. Die Gesamtlinsen bzw. -objektive tendieren dazu nachteilig größer zu werden. Dem gegenüber trifft eine Linse mit weniger Elementen, wie eine 2-Elementlinse, auf eine Schwierigkeit dahingehend, sowohl eine Erhöhung eines Zoomverhältnisses bzw. eines Brennweitenbereichs als eine Größenverringerung aufgrund ihrer inhärenten Linseneigenschaft zu erhalten.

In bezug auf eine Verbesserung eines Objektivs mit großem, veränder lichem Brennweitenbereich, betreffend eine deutliche Größenverringerung und ein gewichtsreduziertes Design wird eine 4-Elementzoomlinse geeignet ausgeführt, wobei vier der Elemente ihre entsprechenden Brechungsindices von positiven, negativen, positiven und positiven Niveaus aufweisen in der Reihenfolge von dem zu einem Gegenstand am nächsten liegenden, was äquivalent zu jenen ist, die in der japanischen Patentoffenlegung Nr. H8-211290 und der japanischen Patentoffenlegung Nr. H9-5629 geoffenbart sind, und auch äquivalent zu einem Produkt, Zoomlinse 71 D, (18 bis 200 mm Brennweite und F/3,8 bis F/5,6 in der F- Zahl), das von TAMRON Incorporated erhältlich ist.

Obwohl ein Trend zum Größenverringern von Objektiven mit großem, veränderlichem Brennweitenbereich in den letzten Jahren drastisch und schnell war, sind Verbesserungen in dem Stand der Technik immer noch sehr voluminös und schwer für eine praktische Verwendung, verglichen mit üblichen Stan dardobjektiven mit veränderlicher Brennweite von etwa 28 bis 105 mm Brennweite und grob F/3,5 bis F/4,5 in der F-Zahl. Zusätzlich dazu bewirken unzureichend reduzierte Abmessungen in den Objektiven mit großem, veränderlichem Brenn weitenbereich gemäß dem Stand der Technik nicht nur ein Ungleichgewicht mit noch stärker größenverringerten und gewichtsreduzierten Körpern von Einzellinsen-Reflexkameras, sondern auch eine schlechte Tragbarkeit.

Einer der Faktoren der Objektive mit großem, veränderlichem Brennweitenbereich, die größer bleiben als die Standardzoomlinsen, ist, daß eine Verlagerung von jedem der Elemente, bestehend aus einer Mehrzahl von Linsen, erhöht ist, um einen größeren Brennweitenbereich bzw. ein größeres Zoom verhäitnis zu erhalten, und eine nachfolgende Änderung in der Aberration ist ebenfalls erhöht, was wiederum eine Schwierigkeit beim Korrigieren der Aberration in jedem Punkt des Brennweitenbereichs bewirkt. Um einen derartigen Nachteil zu beseitigen, wurden zahlreiche Ansätze versucht, umfassend Wege eines Reduzierens einer Brechkraft von jedem Element bestehend aus Linsen, um die Aberration zu korrigieren, eines Erhöhens der Anzahl von Linsen in jedem Element, um die Aberration zu korrigieren, ohne die Brechkraft des Elements zu reduzieren, eines Konfigurierens einer asphärischen Oberfläche, um die Aberration zu korrigieren, usw.

Die Wege, außer jenem, der eine asphärische Geometrie verwendet, machen jedoch unvermeidbar die Gesamtlinsendimensionen größer. Wie bei dem Weg einer Verwendung der asphärischen Geometrie bewirkt jedoch einfach ein Erhöhen der Anzahl von Oberflächen weitere Probleme einer Leistungsreduktion aufgrund einer schlechten Oberflächenpräzision und einer Erhöhung der Kosten für eine Metallform. Beispielsweise besteht die zuvor erwähnte Zoomlinse 71 D aus 16 Linsenstücken, die 2 der asphärischen Oberflächen bilden, und dieses Modell ist 81,5 mm in gesamter Linsenlänge an einem Weitwinkelende und ϕ 72 mm im Filterdurchmesser, was 6 mm oder mehr größer in der Gesamtlänge und 10 mm oder mehr größer in dem Filterdurchmesser ist als die oben beschriebenen Standardzoomlinsen.

Die Zoomlinsen bzw. Objektive mit veränderlicher Brennweite, wie sie in den japanischen Patentoffenlegungen Nr. H8-211290 und H9-5629 geoffenbart sind, sind, wenn sie mit dem Modell 71 D verglichen werden, im wesentlichen die gleichen im effizienten bzw. wirksamen Durchmesser einer vorderen Linse, ob wohl sie einige Änderungen in der Gesamtlinsenlänge an einem weiten Ende aufweisen, und daher können diese Linsen ähnlich wie das Modell 71D, aufgrund ihrer unzureichend verringerten Abmessungen nicht in die Standardobjektive mit veränderlichem Brennweitenbereich kategorisiert werden.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Nachteile der Zoomlinsen bzw. Objektive mit großem, veränderlichem Brenn weitenbereich gemäß dem Stand der Technik zu berücksichtigen, und demen tsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kompakte und leichte Zoomlinse bzw. ein Objektiv mit großem, veränderlichem Brennweitenbereich zur Verfügung zu stellen, welche(s) in einem 4-Element-Zoomformat konfiguriert ist, mit einer Anordnung in der Reihenfolge von positiven, negativen, positiven und positiven Linsenelementen, die etwa 75° im Aufnahmegesichtswinkel an einem weiten Ende, etwa F/3 bis F/4 in der F-Zahl an dem weiten Ende und etwa F/5 bis F/6 in der F-Zahl an einem Teleende ist, um ein vergrößertes Zoomverhältnis von etwa 6 bis 7 zur Verfügung zu stellen, und welche(s) lediglich so groß wie Standardzoomlinsen ist (klassifiziert in jene, welche 28 bis 105 mm in der Brennweite sind und F/3,5 bis F/4,5 in der F-Zahl).

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Zoomlinse bzw. ein Objektiv mit veränderlicher Brennweite gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt erste bis vierte Elemente, jeweils bestehend aus einer Mehrzahl von Linsen, welche Elemente entsprechende Brechungsindices von positiven, negativen, positiven und positiven Niveaus in der Reihenfolge von dem einem Gegenstand am nächsten liegenden aufweisen. Beim Zoomen von einem Weitwinkelende zu einem Telephotoende weisen die ersten und zweiten Linsenelemente dazwischen einen vergrößerten (Luft-) Raum auf, die zweiten und dritten Linsenelemente weisen einen verschmälerten bzw. verengten (Luft-)Raum dazwischen auf und die dritten und vierten Linsenelemente weisen einen verengten bzw. verschmälerten, (luftgefüllten) Raum dazwischen auf, während die ersten, dritten und vierten Linsenelemente sich zu dem Gegenstand bewegen und das zweite Linsenelement sich hin und her entlang einer optischen Achse bewegt. In einem derartigen Objektiv mit veränderlichem Brennweitenbereich wird nur das zweite Linsenelement zum Fokussieren bewegt, während die wie folgt beschriebenen Bedingungen erfüllt werden:

(1) 0,065 < ϕT/|ϕ2| < 0,085

(2) 0,35 < ϕT/ϕ1 < 0,55

(3) 0,25 < ϕT/ϕ4 < 0,35

(4) 0,75 < |β2T| < 0,95

worin ϕT eine Brechkraft des Gesamtsystems an dem Telephotoende ist, ϕ2 eine Brechkraft des zweiten Linsenelementes ist, ϕ1 eine Brechkraft des ersten Linsenelementes ist, ϕ4 eine Brechkraft des vierten Linsenelementes ist und β2T eine Bilderzeugungs- bzw. Abbildungskraft bzw. -leistung des zweiten Linsen elementes an dem Telephotoende ist (β2T < 0).

Die beste Art der Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt wie unten beschriebene Ausbildungen.

Die Linsen des dritten Elements sind eine Blendeinrichtung bzw. ein Aper turanschlag, eine doppelseitige konvexe, positive Linse, eine Linse mit positivem Meniskus, die eine konvexe Oberfläche aufweist, die zu dem Gegenstand gerichtet ist, und eine negative Linse, welche alle in der Reihenfolge von der zu einem Gegenstand am nächsten liegenden angeordnet sind, und der Aperturanschlag wird zum Zoomen gemeinsam mit anderen Linsen bewegt. Die doppelseitige konvexe, positive Linse weist ihre eine Seite als eine asphärischen Oberfläche konfiguriert auf, die zu dem Gegenstand gerichtet ist, und eine derartige asphärische Geometrie verleiht eine Eigenschaft, daß jeder Punkt in den Kanten bzw. Rändern weiter von dem Zentrum der Linse weg größer in der positiven Brechkraft wird.

Zusätzlich genügt die Zoomlinse bzw. das Objektiv mit veränderlicher Brennweite gemäß der vorliegenden Erfindung der folgenden Bedingung:

(5) -0,05 < 1/β3w < 0 < 1/β3T < 0,30

worin β3w eine Abbildungskraft des dritten Linsenelementes an dem Weit winkelende ist und β3T eine Abbildungsleistung bzw. -kraft des dritten Linsen elementes an dem Telephotoende ist.

Darüber hinaus genügt die Zoomlinse gemäß der vorliegenden Erfindung der folgenden Bedingung:

(6) DWENP < 28

worin DWENP ein Abstand von einem Scheitel von einer Seite des ersten Linsenelementes, das zu dem Gegenstand gerichtet ist, an dem Weitwinkelende bis zu dem Zentrum einer Eintrittspupille ist.

Weiters genügt das Objektiv mit veränderlicher Brennweite bzw. die Zoomlinse den folgenden Bedingungen:

(7) 0,22 < |β2W| < 0,3

(8) e0 < 5

(9) h1 + e0 × tanαW + fW/(2 × FW) < 25

worin β2W eine Abbildungskraft des zweiten Linsenelementes an dem Weit winkelende (β2W < 0) ist, e0 ein Abstand von dem Scheitel einer Seite des ersten Linsenelementes, das zu dem Gegenstand gerichtet ist, bis zu einem vorderen Hauptpunkt des ersten Elementes ist, h1 ein Niveau ist, an welchem Verlängerungen von in einem halben Gesichtswinkel einfallenden Hauptstrahlen quer zu einer vorderen Hauptebene des ersten Linsenelementes an dem Weitwinkelende kommen, welches durch eine Berechnungsgleichung in Relation mit paraxialen Strahlen wie folgt ausgedrückt ist;

h1 = e1 × e2 × tanαW × (1/e1 + 1/e2 - ϕ2)/ ((1 - e1 × ϕ1) × (1 -e2 × ϕ2) - e2 × ϕ1)

worin e1 ein Abstand zwischen primären Punkten der ersten und zweiten Linsenelemente ist, welcher durch eine Gleichung

e1 = (ϕ1 + ϕ2 - ϕ1/β2W)/(ϕ1 × ϕ2)

ausgedrückt ist, und e2 ein Abstand zwischen primären Punkten des zweiten Linsenelementes und einer Blendeneinrichtung bzw. einem Aperturanschlag ist, welcher durch eine Gleichung

e2 = (1 - hSTP × FW/fW - ϕ1 × e1) × β2W/ϕ1

ausgedrückt ist, worin hSTP ein offener Radius des Aperturanschlags ist, αW ein halber Gesichtswinkel an dem Weitwinkelende ist, fW eine Brennweite des Ge samtsystems an dem Weitwinkelende ist, und FW eine F-Zahl an dem Weitwin kelende ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausbildungen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail beschrieben und werden am besten verstanden werden, wenn sie gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, worin

Fig. 1 ein Diagramm ist, das eine optische Konfiguration einer exemplarischen Zoomlinse bzw. eines Objektivs mit veränderlicher Brennweite gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 Graphe von verschiedenen Aberrationsmustern an einem Weit winkelende in der Zoomlinse von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 Graphe von verschiedenen Aberrationsmustern an einer zwischen liegende Fokuslänge in der Zoomlinse von Fig. 1 zeigt; und

Fig. 4 Graphe von verschiedenen Aberrationsmustern an einem Tele photoende in der Zoomlinse von Fig. 1 zeigt.

Detaillierte Beschreibung der besten Art der Ausführung der Erfindung

Alle Formeln derselben Zahl bezeichnen idente Elemente innerhalb dieser Beschreibung.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 in den anhängigen Ansprüchen definiert ist, benutzt das Objekt mit veränderlicher Brennweite bzw. die Zoomlinse ein inneres Fokussierverfahren, in welchem nur das zweite Linsenelement zum Fokussieren bewegt wird. Das Verfahren ist dahingehend unvollkommen, daß eine Brennweite, die mit dem Fokussieren ver bunden ist, in einem bemerkenswert großen Bereich verändert wird, während es für ein Größenverringern praktisch vorteilhaft ist, daß keine Notwendigkeit für ein Bewegen von großen, schweren Linsen, wie in dem ersten Element, besteht, was teilweise eine Notwendigkeit zum Betätigen eines Motors, um die Linsen während eines Autofokussierens anzutreiben, um eine schnelle Brennweiteneinsteüung zu erreichen bzw. zu ermöglichen, eliminiert und auch dahingehend, daß ein effizienter Durchmesser einer Frontlinse relativ klein während eines Aufnehmens eines Gegenstands in einem Zoom-in-Modus gehalten werden kann.

Die Formel (1) definiert ein Verhältnis der Brechkraft ϕT des Gesamt systems zu der Brechkraft ϕ2 des zweiten Linsenelements am Telephotoende der Zoomlinse. Jenseits eines oberen Grenzwerts, wie er in der Formel (1) definiert ist, ist die Brechkraft des zweiten Linsenelements verkleinert und dies bewirkt, daß Verlagerungen der Linsen während eines Zoomens in einem derartigen Ausmaß ansteigen, daß es ein Hindernis für eine Größenverringerung ist. Unter einem un teren Grenzwert, der in der Formel (1) definiert ist, ist die Brechkraft des zweiten Linsenelements bis zu einem derartigen Ausmaß vervielfacht bzw. multipliziert, daß es zu einer Schwierigkeit beim Korrigieren der Aberration führt.

Die Formel (2) definiert ein Verhältnis der Brechkraft ϕT des Gesamt systems zu der Brechkraft ϕ1 am Telephotoende der Zoomlinse. Über einem oberen Grenzwert, wie er in der Formel (2) definiert ist, ist die Brechkraft des ersten Linsenelements bis zu einem derartigen Ausmaß verringert, daß sie beim Korrigieren von verschiedenen Aberrationen effizient ist, jedoch nachteilig die Verlagerungen bzw. Verschiebungen der Linsen während des Zoomens erhöht, was zu einer Notwendigkeit führt, daß die Gesamtlänge von Linsen verlängert oder vergrößert ist. Unter einem unteren Grenzwert, der in der Formel (2) definiert ist, ist die Brechkraft des ersten Linsenelements in einem derartigen Ausmaß intensiviert bzw. vergrößert, daß eine Schwierigkeit beim Korrigieren von verschiedenen Aberrationen bewirkt wird.

Die Formel (3) definiert ein Verhältnis der Brechkraft ϕT des Gesamt systems zu der Brechkraft ϕ4 des vierten Linsenelements an dem Telephotoende des Objektivs mit veränderlicher Brennweite. Über einem oberen Grenzwert, der in der Formel (3) definiert ist, ist die Brechkraft des vierten Linsenelements in einem derartigen Ausmaß verringert, daß es beim Korrigieren der verschiedenen Aberrationen effizient ist, jedoch nachteilig einen rückwärtigen Fokus ausdehnt bzw. vergrößert, um folglich zu einer Notwendigkeit zu führen, daß die Gesamtlänge der Linsen in einem derartigen Ausmaß vergrößert ist, daß dies ein Hindernis für eine Größenverringerung ist. Unter einem unteren Grenzwert, der in der Formel (3) definiert ist, ist die Brechkraft des vierten Linsenelements bis zu einem derartigen Ausmaß vergrößert, daß es einen verkürzten, rückwärtigen Fokus aufweist, um eine Schwierigkeit beim Sicherstellen eines Spiegelantriebsbereichs in einer Einzellinsenreflexkamera zu bewirken. Dies führt auch zu einer weiteren Schwierigkeit beim Korrigieren der verschiedenen Aber rationen.

Die Formel (4) definiert eine Abbildungskraft bzw. -leistung des zweiten Linsenelements an dem Teleende. Über einem oberen Grenzwert, wie er in der Formel (4) definiert ist, wird eine Verlagerung des zweiten Linsenelements wäh rend des Fokussierens erhöht bzw. vergrößert und folglich wird eine erhöhte Variation in der Aberration während des Fokussierens an dem Telephotoende bewirkt. Unter einem unteren Grenzwert, der in der Formel (4) definiert ist, bewir ken ein paraxiale Strahlen, die von dem zweiten Linsenelement auf das dritte Linsenelement einfallen, größere Winkel an dem Telephotoende, und daher wird eine vergrößerte Variation in der sphärischen Aberration in dem dritten Lin senelement während des Fokussierens in einem derartigen Ausmaß bewirkt, daß eine Schwierigkeit beim Korrigieren der Aberration auftritt bzw. angetroffen wird. In einem alternativen Konzept können die Einfallswinkel durch ein Verkleinern der Brechkraft des zweiten Linsenelements reduziert werden, wobei dies jedoch in einer Verlagerung des zweiten Linsenelements resultiert, die sich während des Zoomens in einem derartigen Ausmaß erhöht, daß sie ein Hindernis für ein Größenverringern wird.

Das Objektiv mit großem veränderlichen Brennweitenbereich, wie es in Anspruch 1 definiert ist, wird in wünschenswerter Weise durch Erfüllen von wenigstens einem der in den Ansprüchen 2 bis 5 definierten Erfordernisse modifi ziert, um effizient Änderungen in der Aberration während des Einwärts- und Auswärts-Zoomens zu korrigieren und um ein größenverringertes und gewichts reduziertes Design wie bei kompakten und leichtgewichtigen Standardzoomlinsen (etwa 28 bis 105 mm Brennweite und grob F/3,5 bis F/4,5 in der F-Zahl) auszu führen.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 2 definiert ist, besteht das dritte Linsenelement aus einer Blendeneinrichtung bzw. einem Aperturanschlag, einer doppelseitig konvexen, positiven Linse, einer Linse mit positivem Meniskus, die ihre konvexe Seite zu einem Objekt gerichtet auf weist, und einer negativen Linse und der Aperturanschlag bewegt sich gemeinsam mit anderen Linsen während des Zoomens, um verschiedene Aberrationen gut zu korrigieren und die Anzahl von Komponenten, wie eine Kurventrommel, zu redu zieren, was für das Größenverringern günstig ist. Da die Zoomlinse bzw. das Objektiv mit veränderlichem Brennweitenbereich gemäß der vorliegenden Erfin dung auch einen effizienten Durchmesser einer vorderen Linse auf eine Länge beschränkt, die kleiner als jene in den Objektiven mit veränderlichem Brenn weitenbereich gemäß dem Stand der Technik ist, schneidet die Blende bzw. der Stop bzw. Anschlag, (die) der direkt vor dem dritten Linsenelement angeordnet ist, Strahlen in einem Zoom-in-Modus. Um einen derartigen Effekt der Vignettierung zu vermeiden, wird das zweite Linsenelement zu dem Gegenstand in einem Zoombereich, der unmittelbar bis zu Telephotobereichen reicht, gleiten gelassen, wo die Vignettierung auftreten könnte. Wenn das zweite Linsenelement, das eine starke, negative Brechkraft ausübt, zu dem Gegenstand bewegt wird, ist jedoch die sphärische Aberration empfänglich, übermäßig korrigiert zu werden, und eine Linsenleistung ist ebenfalls merkbar abgesenkt. So weist das dritte Linsenelement seine eine Seite, die am nächsten zum Gegenstand gerichtet ist, in einer asphärischen Geometrie konfiguriert auf, um eine verstärkte positive Brechkraft aufzuweisen, welche mehr verstärkt ist an in jeder Position näher zu den Linsenkanten, um geeignet die Aberration zu korrigieren.

In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 3 definiert ist, definiert die Formel (5) ein Verhältnis von Abbildungs verhältnissen des dritten Linsenelements zwischen dem Weitwinkelende und dem Teleende. Über oberen und unteren Limits, wie sie in der Formel (5) definiert sind, bewirken von den dritten Linsenelementen auf die vierten Linsenelemente einfallende, paraxiale Strahlen erhöhte Winkel an dem weiten Ende bzw. dem Teleende und eine Änderung in der sphärischen Aberration an dem vierten Linsenelement wird in einem derartigen Ausmaß erhöht, daß eine Korrektur der Aberration gestört ist. In einem alternativen Design kann das dritte Linsenelement eine reduzierte Brechkraft aufweisen, um die einfallenden Winkel kleiner zu machen, während eine Verlagerung des dritten Linsenelements während des Zoomens erhöht ist, was zu einem Hindernis beim Größenverringern führt. Indem das Abbildungsverhältnis des dritten Linsenelements als größer und kleiner als das Nullniveau definiert ist, wie dies in Formel (5) gesehen werden kann, werden epaxiale Strahlen die auf das vierte Linsenelement einfallen, in einer in etwa afokalen Weise durch die gesamte Ausdehnung des Zoombereichs kollimiert bzw. gesammelt und daher kann die Änderung der asphärischen Aberration reduziert werden, wenn das vierte Linsenelement in Richtungen entlang der optischen Ach se bewegt wird (d. h. in axialen Richtungen).

In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er in Anspruch 4 definiert ist, definiert die Formel (6) einen Abstand von dem Scheitel von einer Seite des ersten Linsenelements, die zu dem Gegenstand gerichtet ist, zu dem Zentrum einer Eintrittspupille an dem weiten Ende. Über einem oberen Grenzwert der Formel (6) bringt ein effizienter Durchmesser einer Frontlinse ebenso wie in den Standardzoomlinsen eine unzureichende Lichtintensität nahe der Kanten eines Gesichtsfelds an dem weiten Ende. Um diesen Nachteil zu beseitigen, muß ein Durchmesser des Stops bzw. Anschlags und der effiziente Durchmesser der Frontlinse größer gemacht werden und dies resultiert in einem weiteren Hindernis in bezug auf die Größenverringerung.

In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 5 definiert ist, definiert Formel (7) ein Abbildungsverhältnis des zweiten Linsenelements an dem Weitwinkelende. Über einem oberen Grenzwert, wie er in Formel (7) definiert ist, ist eine Verlagerung des zweiten Linsenelements während eines Fokussierens an dem Weitwinkelende vergrößert und folglich ist ein Freiraum, der gemeinsam mit dem ersten Linsenelement definiert ist, in einem Zoom-in-Modus weggeschnitten, d. h. der Raum kann schwer größer als ein Zuführungsspalt des zweiten Linsenelements werden. Obwohl ein Versuch zum Vermeiden einer derartigen Schwierigkeit das Vergrößern eines Raums (luft gefüllt) zwischen den ersten und zweiten Linsenelementen ist, bewirkt dies resultierend eine Erhöhung der Gesamtlänge der Linsen und des effektiven Durchmessers der Frontlinse und ein derartiges Resultat bewirkt daher einen nachteiligen Effekt entgegen einem Größenverringern. Über einem unteren Grenzwert, wie er in Formel (7) definiert ist, wird, da paraxiale Strahlen, die von dem zweiten Linsenelement auf das dritte Linsenelement einfallen, vergrößerte Winkel an dem Weitwinkelende bewirken, eine Änderung in der sphärischen Aberration an dem dritten Linsenelement während des Fokussierens vergrößert und dies resultiert ebenfalls in einer Schwierigkeit beim Korrigieren der Aberration.

Die Formel (8) definiert einen Abstand von einem Scheitel von einer Seite des ersten Linsenelements, der zu dem Gegenstand schaut, zu einem vorderen Hauptpunkt des ersten Linsenelements. Über einem oberen Grenzwert, wie er in Formel (8) definiert ist, werden Strahlen im Verhältnis mit den Kanten bzw. Rändern des Gesichtsfelds entfernt von einem Zentralpunkt des Anschlags an dem Weitwinkelende vorbeigeleitet und werden teilweise mit einer minimalen Ver schlußapertur weggeschnitten. So ist es notwendig, die Brechkraft des ersten Linsenelements zu verringern und/oder die Brechkraft des zweiten Linsenelements zu intensivieren bzw. zu vergrößern, um einen Abstand zwischen Hauptpunkten der ersten und zweiten Linsenelemente zu reduzieren, so daß ein vorderer Linsendurchmesser so groß wie jener in den Standardzoomlinsen nicht ein Grund einer Störung der Strahlen oder Vignettierung bewirken kann, und stattdessen erlauben kann, daß die Strahlen durch den zentralen Punkt des Stops bzw. Anschlags hindurchtreten. In jeder Weise ist es schwierig, paraxiale Strahlen zu erhalten, welche eine erhöhte Leistung, die in der vorliegenden Erfindung gewünscht ist, bringen können, während ein ausreichend kompaktes und in tensiviertes Zoomverhältnis-Linsendesign verfolgt wird.

Formel (9) definiert einen maximalen Abstand von der optischen Achse in Ebenen tangential zu einem Scheitel auf einer Seite des ersten Linsenelements, das zu einem Gegenstand schaut, innerhalb welchem die Strahlen im Verhältnis mit den Rändern des Gesichtsfelds ohne Obstruktion bzw. Verschluß oder Vignettierung an dem Weitwinkelende hindurchgeleitet werden können (ein effektiver Radius einer vorderen Linse an dem Weitwinkelende, der basierend auf paraxialen Strahlen berechnet ist). Über einem oberen Grenzwert der Formel (9) ist der effektive Durchmesser der vorderen Linse bis zu einem derartigen Ausmaß vergrößert, daß eine Schwierigkeit beim Implementieren eines Objektivs mit großem, veränderlichem Brennweitenbereich ebenso kompakt und leicht wie jene in Standardzoomlinsen angetroffen wird, wie dies in der vorliegenden Erfindung gewünscht ist.

BEVORZUGTE AUSBILDUNGEN

Bevorzugte Ausbildungen des Objektivs mit großer, veränderlicher Brenn weite gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun in größerem Detail beschrieben. Unter den in der folgenden Tabelle aufgelisteten Punkten be zeichnen Zahlen mit einem Sternchen * asphärische Oberflächen. Obwohl eine Gleichung, die eine asphärische Geometrie ausdrückt, unten gezeigt ist, ist H eine Höhe senkrecht zu der optischen Achse, ist X(H) eine Änderung in der Höhe in Richtungen entlang der optischen Achse mit einem Ursprung eines Scheitels in der asphärischen Geometrie, ist R ein paraxialer Krümmungsradius, ist ε eine Konuskonstante, ist An ein Koeffizient der asphärischen Oberflächen in Verhältnis zu einem Exponenten n:

X(H) = (H²/R)/[1 + {1 - (1 + ε)*(H²/R²)}^½] + A₄H⁴ + A₆H⁶ + A₈H⁸ + A₁₀H₁₀ (10)

TABELLE 1

KOEFFIZIENT DER ASPHÄRISCHEN OBERFLÄCHE

r7
ε = 1,8366
A4 = 9,76517 × 10 - 06
A6 = -8,27233 × 10 - 09
A8 = -1,82191 × 10 - 11
A10 = 6,33815 × 10 - 13
r17
ε = -0,1979
A4 = 3,72528 × 10 - 06
A6 = 3,39383 × 10 - 08
A8 = 1,62580 × 10 - 11
A10 = -1,73954 × 10 - 12
r30
e = 1,3716
A4 = 6,11041 × 10 - 07
A6 = -1,08319 × 10 - 07
A8 = -2,76656 × 10 - 10
A10 = -1,51768 × 10 - 11

In den obigen Ausbildungen des Objektivs mit großem, veränderlichem Brennweitenbereich gemäß der vorliegenden Erfindung werden Terme in den Bedingungsungleichungen (1) bis (9) wie folgt ausgedrückt:

(I) ϕT/|ϕ2| = 0,079

(II) ϕT/ϕ1 = 0,418

(III) ϕT/ϕ4 = 0,304

(IV) |β2T| = 0,895

(V) 1/β3w = -0,010
1/β3T = 0,204

(VI) DWENP = 27,01

(VII) |β2W| = 0,265

(VIII) e0 < 5 = 4,121

(IX) h1 + e0 × tanαW + FW/(2 × FW) = 24,22

Claims

1. Objektiv bzw. Zoomlinse mit großem, veränderlichem Brennwei tenbereich bzw. Zoomverhältnis umfassend erste bis vierte Elemente jeweils um fassend eine Mehrzahl von Linsen, welche Elemente entsprechende Brechungsin dizes von positiven, negativen, positiven und positiven Niveaus in der Reihenfolge von dem zu einem Gegenstand am nächsten liegenden aufweisen,
wobei beim Zoomen von einem Weitwinkelende zu einem Telephotoende die ersten und zweiten Linsenelemente einen vergrößerten (Luft) Raum dazwischen aufweisen, die zweiten und dritten Linsenelemente einen verschmälerten bzw. verengten (Luft) Raum dazwischen aufweisen und die dritten und vierten Linsenelemente einen verengten bzw. verschmälerten (Luft) Raum dazwischen aufweisen, während die ersten, dritten und vierten Linsenelemente sich zu dem Gegenstand bewegen, und das zweite Linsenelement sich hin und her entlang einer optischen Achse bewegt,
wobei nur das zweite Linsenelement zum Fokussieren bewegt ist, während die wie folgt beschriebenen Bedingungen erfüllt werden:
(1) 0,065 < ϕT/|ϕ2| < 0,085
(2) 0,35 < ϕT/ϕ1 < 0,55
(3) 0,25 < ϕT/ϕ4 < 0,35
(4) 0,75 < |β2T| < 0,95
worin ϕT eine Brechkraft des Gesamtsystems an dem Telephotoende ist, ϕ2 eine Brechkraft des zweiten Linsenelementes ist, ϕ1 eine Brechkraft des ersten Linsenelementes ist, ϕ4 eine Brechkraft des vierten Linsenelementes ist und β2T eine Bilderzeugungs- bzw. Abbildungskraft bzw. -leistung des zweiten Linsen elementes an dem Teleende ist (β2T < 0).

2. Objektiv bzw. Zoomlinse mit großem, veränderlichem Brennwei tenbereich nach Anspruch 1, worin die Linsen des dritten Elements aus einem Aperturanschlag bzw. einer Blendeneinrichtung, einer doppelseitig konvexen, positiven Linse, einer Linse mit positivem Meniskus, die eine konvexe Oberfläche aufweist, die zu dem Gegenstand gerichtet ist, und einer negativen Linse besteht, welche alle in der Reihenfolge von der dem Gegenstand am nächsten liegenden angeordnet sind,
wobei die Blendeneinrichtung bzw. der Aperturanschlag für das Zoomen gemeinsam mit anderen Linsen bewegt wird,
wobei die doppelseitig konvexe, positive Linse ihre eine Seite in einer asphärischen Oberfläche konfiguriert aufweist, die zu dem Gegenstand schaut, so daß eine asphärische Geometrie eine Eigenschaft verleiht, daß jeder Punkt in den Kanten bzw. Rändern weiter von dem Zentrum der Linse weg größer in der positiven Brechkraft wird.

3. Objektiv bzw. Zoomlinse mit großem, veränderlichem Brennwei tenbereich nach Anspruch 1 oder 2, worin die Zoomlinse eine Bedingung wie folgt erfüllt:
(5) -0,05 < 1/β3w < 0 < 1/β3T < 0,30
worin β3w eine Abbildungskraft des dritten Linsenelementes an dem weiten Ende ist und β3T eine Abbildungskraft des dritten Linsenelementes an dem Te lephotoende ist.

4. Objektiv bzw. Zoomlinse mit großem, veränderlichem Brennwei tenbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Zoomlinse einer folgenden Bedingung genügt:
(6) DWENP < 28
worin DWENP ein Abstand von einem Scheitel von einer Seite des ersten Linsenelementes, das zu dem Gegenstand gerichtet ist, an dem weiteren Ende bis zu dem Zentrum einer Eintrittspupille ist.

5. Objektiv bzw. Zoomlinse mit großem, veränderlichem Brennwei tenbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Objektiv bzw. die Zoomlinse den folgenden Bedingungen genügt:
(7) 0,22 < |β2W| < 0,3
(8) e0 < 5
(9) h1 + e0 × tanαW + fW/(2 × FW) < 25
worin β2W eine Abbildungskraft des zweiten Linsenelementes an dem Weitwinkelende (β2W < 0) ist, e0 ein Abstand von dem Scheitel einer Seite des ersten Linsenelementes, das zu dem Gegenstand gerichtet ist, bis zu einem vorderen Hauptpunkt des ersten Elementes ist, h1 ein Niveau ist, an welchem Verlängerungen von in einem halben Gesichtswinkel einfallenden Hauptstrahlen quer zu einer vorderen Hauptebene des ersten Linsenelementes an dem Weitwinkelende kommen, welches durch eine Berechnungsgleichung in Relation mit paraxialen Strahlen wie folgt ausgedrückt ist;
h1 = e1 × e2 × tanαW × (1/e1 + 1/e2 - ϕ2)/ ((1 - e1 × ϕ1) × (1 - e2 × ϕ2)- e2 × ϕ1)
worin e1 ein Abstand zwischen primären Punkten der ersten und zweiten Linsenelemente ist, welcher durch eine Gleichung
e1 = (ϕ1 + ϕ2 - ϕ1/β2W)/(ϕ1 × ϕ2)
ausgedrückt ist, und e2 ein Abstand zwischen primären Punkten des zweiten Linsenelementes und einem Aperturanschlag ist, welcher durch eine Gleichung
e2 = (1 - hSTP × FW/fW - ϕ1 × e1) × β2W/ϕ1
ausgedrückt ist, worin hSTP ein offener Radius des Aperturanschlags ist, αW ein halber Gesichtswinkel an dem Weitwinkelende ist, fW eine Brennweite des Gesamtsystems an dem weiten Ende ist, und FW eine F-Zahl an dem weiten Ende ist.