DE19951508A1

DE19951508A1 - Weitwinkel-Variolinsensystem

Info

Publication number: DE19951508A1
Application number: DE19951508A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Sensui
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2000-04-27
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: US6246529B1; DE19951508B4; JP2000131611A

Abstract

Ein Weitwinkel-Variolinsensystem enthält eine negative erste Linsengruppe (10), eine positive zweite Linsengruppe (20), eine Blende (S) und eine positive dritte Linsengruppe (30). Bei der Brennweitenänderung, ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite, bewegen sich die Linsengruppen (10, 20, 30) so, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe (10, 20) sowie der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe (20, 30) kleiner wird. Das Weitwinkel-Variolinsensystem erfüllt folgende Bedingung: DOLLAR A (1) 0,36 < (D2S - D2L)/(fL - fS) < 0,7... DOLLAR A worin DOLLAR A D2S den Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe (20, 30) bei der Einstellung kürzester Brennweite, DOLLAR A D2L den Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe (20, 30) bei der Einstellung längster Brennweite, DOLLAR A fL die Brennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite und DOLLAR A fS die Brennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Weitwinkel-Variolinsensystem für ein einäugige Spiegel reflexkamera, das bei der Einstellung kürzester Brennweite einen Bildfeldwinkel (2 ω) von mehr als 90° hat.

In einer einäugigen Spiegelreflexkamera ist eine lange bildseitige Schnittweite erforderlich, da hinter dem Objektivlinsensystem ein Schnellklappspiegel ange ordnet ist. Aus diesem Grund wird für ein solche Weitwinkellinsensystem übli cherweise ein Linsensystem vom Typ umgekehrter Teleobjektive, auch als Re trofokus-Linsensystem bezeichnet, verwendet, das eine negative Linse und eine positive Linse enthält, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind in einem solchen Linsensystem ist es jedoch äußerst schwierig, die Bildfeldwölbung nahe der Einstellung kürzester Brennweite zu kor rigieren. In einem Variolinsensystem, in dem eine negative Linsengruppe einer positiven Linsengruppe vorangestellt ist, sind diese Linsengruppen üblicherweise jeweils mit einer stärkeren Brechkraft versehen, um so die Gesamtlänge des Lin sensystems bei Sicherstellung einer langen bildseitigen Schnittweite und eines kleinen Linsendurchmessers zu verringern.

Mit Anstieg cer Brechkraft der jeweiligen Linsengruppe tritt jedoch im Weitwinkel bereich am Rand der Bildfläche eine Bildverschlechterung auf. So werden die Bildfeldwölbung, die astigmatische Differenz und die Verzeichnung beträchtlich. Um nämlich zu verhindern, daß im Weitwinkelbereich eine Bildfeldwölbung, die zum Bildrand hin bekanntermaßen größer wird, in positiver Richtung auftritt, muß die Bildfeldwölbung bei geringen Bildhöhen stark in die negative Richtung "gebo gen" werden. Die im Telebereich am Rand des Bildes auftretende Bildfeldwölbung entspricht derjenigen, die im Weitwinkelbereich bei geringeren Bildhöhen auftritt, d. h. die im Telebereich am Rand des Bildes auftretende Bildfeldwölbung ist stark in die negative Richtung gerichtet. Infolgedessen ändert sich bei einem solchen Variolinsensystem die Bildfeldwölbung sehr stark, wenn man aus der Weitwinkel einstellung zur Teleeinstellung übergeht.

Wegen der eben erläuterten Probleme muß es bei einem Variolinsensystem, ins besondere einem Weitwinkel-Variolinsensystem, bei dem der Bildfeldwinkel bei der Einstellung kürzester Brennweite mehr als 90° beträgt, zum Zwecke der Mi niaturisierung und der Korrektion anderer Aberrationen als der Bildfeldwölbung in Kauf genommen werden, daß letztere bis zu einem gewissen Grad vorhanden bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Variolinsensystem für eine einäugige Spiegelre flexkamera anzugeben, das bei der Einstellung kürzester Brennweite einen Su perweit-Bildfeldwinkel von mehr als 90° hat, kompakt ist und über den gesamten Brennweitenbereich einschließlich des Bereichs nahe der Einstellung kürzester Brennweite die Bildfeldwölbung gut korrigiert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Weitwinkel-Variolinsensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der folgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei gen:

Fig. 1 die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D de Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Linsenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 4A, 4B, 4C und 4D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 die Linsenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 die Linsenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 8A, 8B, 8C und 8D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 7,

Fig. 9 die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 9,

Fig. 11 die Linsenanordnung des dritten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 12A, 12B, 12C und 12D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 11,

Fig. 13 die Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 14A, 14B, 14C und 14D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 13,

Fig. 15 die Linsenanordnung des vierten Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 16A, 16B, 16C und 16D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 15,

Fig. 17 die Linsenanordnung eines fünften Ausführungsbeispiels des Vario linsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 18A, 18B, 18C und 18D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 17,

Fig. 19 die Linsenanordnung des fünften Ausführungsbeispiels bei der Ein stellung längster Brennweite,

Fig. 20A, 20B, 20C und 20D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 19,

Fig. 21 die Linsenanordnung eines sechsten Ausführungsbeispiels des Va riolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite,

Fig. 22A, 22B, 22C und 22D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 21,

Fig. 23 die Linsenanordnung des sechsten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung längster Brennweite,

Fig. 24A, 24B, 24C und 24D die Aberrationen der Linsenanordnung nach Fig. 23 und

Fig. 25 die bei einer Brennweitenänderung auftretenden Bewegungen der Linsengruppen eines Variolinsensystems.

Ein aus drei Linsengruppen bestehendes Weitwinkel-Variolinsensystem, wie es in der Darstellung der Verschiebungswege der Linsengruppen nach Fig. 25 gezeigt ist, enthält eine negative erste Linsengruppe 10, eine positive zweite Linsen gruppe 20 und eine positive dritte Linsengruppe 30, die in der genannten Rei henfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind. Bei der Brennwei tenänderung aus der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung läng ster Brennweite bewegt sich die erste Linsengruppe 10 auf das Bild zu und ändert ihre Bewegungsrichtung nahe der Einstellung längster Brennweite zum Objekt hin, während die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 sich in Richtung des Objektes bewegen. Der Zwischenraum zwischen der ersten Linsen gruppe 10 und der zweiten Linsengruppe 20 sowie der Zwischenraum zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 werden dabei ver kleinert. Zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsengruppe 30 befindet sich eine Blende S. die sich einstückig mit der Linsengruppe 30 bewegt.

In dem vorstehend erläuterten Weitwinkel-Variolinsensystem kann durch Variie ren des Abstandes zwischen der zweiten Linsengruppe 20 und der dritten Linsen gruppe 30 in Abhängigkeit der Brennweite die Bildfeldwölbung über den gesam ten Brennweitenbereich einschließlich der Einstellung kürzester Brennweite korri giert werden. Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 gibt den Abstand der zweiten Linsengruppe 20 von der dritten Linsengruppe 30 an. Ist diese Bedingung erfüllt, so kann die Bildfeldwölbung in hocheffizienter Weise korrigiert werden, und an dere Aberrationen werden gut ausgeglichen, während die Länge des gesamten Linsensystems beträchtlich verkürzt werden kann.

Ist (D2S-2L)/(fL-fS) größer als die obere Grenze der Bedingung (1), d. h. sind die zweite Linsengruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 bei der Einstellung kürzester Brennweite zu weit voneinander entfernt und bei der Einstellung läng ster Brennweite zu nahe beieinander, so nimmt die Gesamtlänge des Linsensy stems zu, und es wird schwierig, eine lange bildseitige Schnittweite bei der Ein stellung kürzester Brennweite aufrecht zu erhalten. Ist dagegen (D2S-2L)/ fL-fS) kleiner als die untere Grenze der Bedingung (1), d. h. sind die zweite Linsen gruppe 20 und die dritte Linsengruppe 30 bei der Einstellung kürzester Brenn weite zu nahe beieinander und bei der Einstellung längster Brennweite zu weit voneinander entfernt, so tritt Bildfeldwölbung in einem Brennweitenbereich nahe der Einstellung kürzester Brennweite in negativer Richtung und andererseits in einem Brennweitenbereich nahe der Einstellung längster Brennweite in positiver Richtung auf, so daß sich die Bildfeldwölbung während der Brennweitenänderung ändert.

Die Bedingung (2) des Anspruchs 2 gibt die Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 an. Sollen die positive zweite Linsengruppe 20 und die positive dritte Linsen gruppe 30 die hintere Linsengruppe eines Linsensystems vom Typ umgekehrter Teleobjektive bilden, so gibt die Bedingung (2) in diesem Fall die Brechkraft der zweiten Linsengruppe 20 bezüglich der gesamten Brechkraft von zweiter und dritter Linsengruppe an.

Ist f23S/f2 größer als die obere Grenze der Bedingung (2), so ist eine lange bild seitige Schnittweite bei der Einstellung kürzester Brennweite nur schwer beizube halten, und die Aberrationskorrektion bei der Einstellung längster Brennweite wird ungenügend. Unterschreitet dagegen f23S/f2 die untere Grenze der Bedingung (2), so kann die Änderung der Bildfeldwölbung während der Brennweitenände rung nicht innerhalb tolerierbarer Grenzen gehalten werden.

Numerische Daten der Ausführungsbeispiele werden im folgenden angegeben. In den Diagrammen der chromatischen Aberration, dargestellt durch die sphärische Aberration (axiale chromatische Aberration) bezeichnen die durchgezogenen Li nien sowie die beiden Arten von gestrichelten Linien die sphärischen Aberratio nen bei der d-, der g- und der C-Linie. Entsprechend bezeichnen in den Dia grammen der lateralen chromatischen Aberration die durchgezogenen Linien so wie die beiden Arten von gestrichelten Linien den Abbildungsmaßstab bei der d-, der g- und der C-Linie. S gibt das Sagittal-Bild und M das Meridional-Bild an. In den Tabellen der folgenden Ausführungsbeispiele bezeichnet F_NO die F-Zahl, d. h. die relative Öffnung, f die Brennweite des gesamten Linsensystems, W den hal ben Bildfeldwinkel, f_B die bildseitige Schnittweite, R den Krümmungsradius der je weiligen Linsenfläche, D die Linsendicke oder den Abstand zwischen den Linsen, N_d den Brechungsindex bei der d-Linie und ν die Abbe-Zahl. Die Werte von D für die Position der Blende bezeichnen jeweils den Abstand der Blende S von der am weitesten objektseitig angeordneten Fläche der dritten Linsengruppe.

Eine asphärische Fläche, die zur optischen Achse symmetrisch ist, kann wie folgt ausgedrückt werden:

x = Ch²/{1+(1-(1+K)C²h²]^1/2}+A4h⁴+A6h⁶+A8h⁸+A10h¹⁰ . . . ;

darin bezeichnet:
x den Abstand der asphärischen Fläche von der Tangentialebene an den Scheitel der Linsenfläche,
C die Krümmung (1/R) des asphärischen Scheitels,
h den Abstand von der optischen Achse,
K den Kegelschnittkoeffizienten sowie
A4 den Asphärenkoeffizienten vierter Ordnung,
A6 den Asphärenkoeffizienten sechster Ordnung und
A8 den Asphärenkoeffizienten achter Ordnung.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1 und 3 zeigen die Linsenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 2A bis 2D und 4A bis 4D zeigen die Diagramme der Aberra tionen der Linsenanordnungen nach Fig. 1 bzw. Fig. 3. Tabelle 1 zeigt die zuge hörigen numerischen Daten. Die Flächennummern 1 bis 7 beziehen sich auf die erste Linsengruppe 10, die Flächennummern 8 bis 10 auf die positive zweite Lin sengruppe 20 und die Flächennummern 11 bis 21 auf die positive dritte Linsen gruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 enthält eine negative Linse, eine Hybrid linse, deren bildseitige Fläche asphärisch ist, und eine positive Linse. Diese Lin sen sind dabei in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet. Die zweite Linsengruppe 20 enthält eine verkittete Unterlinsengruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse. Die dritte Linsengruppe 30 enthält eine positive Linse, eine verkittete Unterlinsengruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse, eine negative Linse, eine positive Linse und eine weitere positive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihenfolge angeordnet.

Tabelle 1

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 5 und 7 zeigen die Linsenanordnungen eines zweiten Ausführungsbeispiels bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 6A bis 6D und 8A bis 8D zeigen die Diagramme der Aberrationen der Linsenanord nungen nach Fig. 5 bzw. 7. In Tabelle 2 sind die zugehörigen numerischen Daten angeführt. Die Flächennummern 1 bis 7 beziehen sich auf die negative erste Lin sengruppe 10, die Flächennummern 8 bis 11 auf die positive zweite Linsengruppe 20 und die Flächennummern 12 bis 22 auf die positive dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 enthält eine negative Linse, eine Hybridlinse, deren bild seitige Fläche asphärisch ist, und eine positive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihenfolge angeordnet. Die zweite Linsengruppe 20 enthält eine positive Linse und eine negative Linse, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind. Die dritte Linsengruppe 30 enthält eine positive Linse, eine verkittete Unterlinsen gruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse, eine negative Linse, eine positive Linse und eine weitere positive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihenfolge angeordnet.

Tabelle 2

Ausführungsbeispiel 3

Die Fig. 9 und 11 zeigen die Linsenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 10A bis 10D und 12A bis 12D zeigen die Diagramme der Aberrationen der Linsenanordnungen nach Fig. 9 bzw. 11. In Tabelle 3 sind die zugehörigen numerischen Daten angeführt. Die Flächennummern 1 bis 7 bezie hen sich auf die negative erste Linsengruppe 10, die Flächennummern 8 bis 10 auf die positive zweite Linsengruppe 20 und die Flächennummern 11 bis 19 auf die positive dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 enthält eine nega tive Linse, eine Hybridlinse, deren bildseitige Fläche asphärisch ist, und eine po sitive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihenfolge angeordnet. Die zweite Linsengruppe 20 enthält eine ver kittete Unterlinsengruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse. Die dritte Linsengruppe 30 enthält ein positive Linse, eine verkittete Unterlinsen gruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse, eine negative Linse und eine positive Linse. Diese Linsen sind dabei in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet.

Tabelle 3

Ausführungsbeispiel 4

Die Fig. 13 und 15 zeigen die Linsenanordnung eines vierten Ausführungsbei spiels des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 14A bis 14D und 16A bis 16D zeigen die Dia gramme der Aberrationen der Linsenanordnungen nach Fig. 13 bzw. 15. In Ta belle 4 sind die zugehörigen numerischen Daten angeführt. Die Linsenanordnung dieses Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen der des ersten Ausfüh rungsbeispiels.

Tabelle 4

Ausführungsbeispiel 5

Die Fig. 17 und 19 zeigen die Linsenanordnung eines fünften Ausführungsbei spiels des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 18A bis 18D und 20A bis 20D zeigen die Dia gramme der Aberrationen der Linsenanordnungen nach Fig. 17 bzw. 19. In Ta belle 5 sind die zugehörigen numerischen Daten angeführt. Die Linsenanordnung dieses Ausführungsbeispiels entspricht im wesentlichen der des dritten Ausfüh rungsbeispiels.

Tabelle 5

Ausführungsbeispiel 6

Die Fig. 21 und 23 zeigen die Linsenanordnung eines sechsten Ausführungsbei spiels des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bzw. längster Brennweite. Die Fig. 22A bis 22D und 24A bis 24D zeigen die Dia gramme der Aberrationen der Linsenanordnungen nach Fig. 21 bzw. 23. In Ta belle 6 sind die zugehörigen numerischen Daten angeführt. Die Flächennummern 1 bis 6 beziehen sich auf die negative erste Linsengruppe 10, die Flächennum mern 7 bis 9 auf die positive zweite Linsengruppe 20 und die Flächennummern 10 bis 18 auf die positive dritte Linsengruppe 30. Die erste Linsengruppe 10 enthält eine negative Linse, eine weitere negative Linse und eine positive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genannten Reihen folge angeordnet. Die zweite Linsengruppe 20 enthält eine verkittete Unterlinsen gruppe mit einer positiven Linse und einer negativer Linse. Die dritte Linsen gruppe 30 enthält eine positive Linse, eine verkittete Unterlinsengruppe mit einer positiven Linse und einer negativen Linse, eine negative Linse und eine positive Linse. Diese Linsen sind dabei von der Objektseite aus betrachtet in der genann ten Reihenfolge angeordnet.

Tabelle 6

Tabelle 7 zeigt für die einzelnen Ausführungsbeispiele die Werte für die Bedin gungen (1) bis (4).

Tabelle 7

Wie aus Tabelle 7 hervorgeht, sind die Bedingungen durch die Ausführungsbei spiele erfüllt. Die unterschiedlichen Aberrationen sind dabei vergleichsweise gut korrigiert. Die Bildfeldwölbung wird durch den Astigmatismus angezeigt.

Wie aus vorstehender Beschreibung hervorgeht, stellt die Erfindung ein Weitwin kel-Variolinsensystem bereit, das bei der Einstellung kürzester Brennweite einen Bildfeldwinkel von mehr als 90° hat, kompakt ist und die Bildfeldwölbung gut kor rigiert.

Claims

1. Weitwinkel-Variolinsensystem mit einer negativen ersten Linsengruppe (10), einer positiven zweiten Linsengruppe (20), einer Blende (S) und einer positi ven dritten Linsengruppe (30), die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet angeordnet sind, wobei
bei einer Brennweitenänderung ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite hin zur Einstellung längster Brennweite die Linsengruppen (10, 20, 30) so bewegbar sind, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe (10, 20) sowie der Abstand zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe (20, 30) kleiner wird, und
folgende Bedingung erfüllt ist:
0,36 < (D2S-D2L)/(fL-fS) <0,7 (1)
worin
D2S den Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe (20) und der dritten Linsengruppe (30) bei der Einstellung kürzester Brennweite,
D2L den Abstand zwischen der zweiten Linsengruppe (20) und der dritten Linsengruppe (30) bei der Einstellung längster Brennweite,
fL die Brennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung längster Brennweite und
fS die Brennweite des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite bezeichnet.

2. Weitwinkel-Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist:
0,25 < f23S/f2 <0,5 (2)
worin
f23S die zusammengesetzte Brennweite von zweiter und dritter Linsen gruppe (20, 30) bei der Einstellung kürzester Brennweite und
f2 die Brennweite der zweiten Linsengruppe (20) bezeichnet.

3. Weitwinkel-Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Blende (S) einstückig mit der dritten Linsengruppe (30) bewegbar ist.