DE19537307A1

DE19537307A1 - Zoom-Linsensystem

Info

Publication number: DE19537307A1
Application number: DE19537307A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yahagi
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: FR2725800B1; FR2725800A1; US5745298A; DE19537307C2; JPH08201697A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zoom-Linsensystem, und insbesondere auf ein Zoom-Linsensystem für eine TV-Kamera im Rundfunk und für kommerziellen Gebrauch.

Zoom-Linsensysteme für eine TV-Kamera im Rundfunk oder für kommerziellen Gebrauch umfassen im allgemeinen eine erste Linsengruppe, welche eine Veränderung in der Bildposition aufgrund einer Veränderung in dem Objektabstand durch Bewegen der gesamten ersten Linsengruppe oder eines Teiles der ersten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse korrigiert, eine zweite Linsengruppe, welche in die Richtung der optischen Achse auf dieselbe Weise wie die erste Linsengruppe bewegt und die Fokuslänge des gesamten Zoom-Linsensystems verändert, eine dritte Linsengruppe und eine vierte Linsengruppe, welche mit einem Stop ausgestattet ist und ein positives Lichtbre chungsvermögen für die Bildwiedergabe hat.

Die vierte Linsengruppe ist in eine vordere und eine hintere Hälfte aufgeteilt, welche in Richtung der optischen Achse weit voneinander entfernt sind. Ein optisches Element, wie beispielsweise ein Aufweiter, eine Entzerrungslinse oder der gleichen, wird manchmal zwischen der vorderen und der hinte ren Hälfte der vierten Linsengruppe ein- und ausgesetzt, und die vordere Hälfte der vierten Linsengruppe ist so angeord net, daß ein Lichtbündel, welches von dort ausgestrahlt wird, weitgehend zu kollimieren, um die Konstruktion und die Anord nung des optischen Elementes zu vereinfachen, das zwischen der vorderen und der hinteren Hälfte ein- und ausgesetzt wer den soll. Ein Prisma und/oder ein Tiefpaßfilter ist hinter der vierten Linsengruppe angeordnet, um das Lichtbündel in rote, grüne und blaue Lichtbündel aufzuteilen.

Solche Zoom-Linsensysteme werden schon lange für TV-Kameras wegen der Einfachheit bei der Konstruktion verwendet, da die Funktionen der jeweiligen Linsengruppen klar gegeben sind. Auch ist die Linse, die Schwankungen in der Aberration auf grund des Zoomens verursacht, in solchen Linsensystemen klar ausgemacht werden können.

Solche Zoom-Linsensysteme sind dadurch nachteilig, daß die erste Linsengruppe, welche ein Linsenelement umfaßt, welches den größten oder einen größeren Durchmesser in dem gesamten Zoom-Linsensystem hat, in Richtung der optischen Achse bewegt wird, wenn das Zoom-Linsensystem fokussiert wird. Wenn das Fokussieren elektrisch bewirkt wird, wird daher die Reaktion der Bewegung der ersten Linsengruppe für die Fokus sierungsfunktion wegen eines schweren Gewichtes der ersten Linsengruppe langsam, so daß die Gefahr besteht, daß die Fo kussierung einem Hochgeschwindigkeitsobjekt nicht zu friedenstellend folgen kann.

In letzter Zeit sind Zoom-Linsensystem verwendet worden, wel che vier oder fünf Linsengruppen umfassen, von welchen die erste und dritte Linsengruppe fixiert sind. Das Zoomen wird durch Bewegen der zweiten Linsengruppe in Richtung der opti schen Achse bewirkt, und das Verändern der Bildposition auf grund des Zoomens oder Veränderns des Objektabstandes wird durch Bewegen der vierten Linsengruppe in Richtung der opti schen Achse korrigiert. Die dritte Linsengruppe hat ein posi tives Lichtbrechungsvermögen.

Wegen seiner einfachen Anordnung und kleinen Größe ist solch ein Zoom-Linsensystem in Videokameras für Amateure weitgehend benutzt worden.

Wenn ein solches Zoom-Linsensystem für eine TV-Kamera für den Rundfunk oder kommerziellen Gebrauch benutzt wird, ergibt sich das folgende Problem. Bei einem Zoom-Linsensystem für eine solche TV-Kamera ist eine Mechanik zur Bewegung eines optischen Elementes, wie beispielsweise eines Aufweiters, ei ner Entzerrungslinse oder dergleichen, in die optische Achse hinein und aus der der optischen Achse heraus notwendig, und eine Kollimationszone, in der die Lichtstrahlen kollimiert sind, muß vorgesehen sein. Solch eine Kollimationszone kann zum Beispiel hinter der dritten Linsengruppe angeordnet sein. Wenn die Kollimationszone hinter der dritten Linsengruppe liegt, verlieren die Lichtstrahlen in der Kollimationszone die Parallelität, sobald die Objektentfernung sich verändert, da eine Änderung in der Bildposition wegen einer Änderung in der Objektentfernung durch die vierte Linsengruppe hinter der dritten Linsengruppe und der Kollimationszone korrigiert wird. Wenn die Parallelität der Lichtstrahlen sich mit der Änderung der Objektentfernung verändert, verändert sich die Funktion des Linsensystems mit dem optischen Element, welches zwischen der vierten und fünften eingesetzt ist, weitestge hend und verschlechtert sich damit. Dadurch wird es schwie rig, das Zoom-Linsensystem als ein Zoom-Linsensystem für Rundfunk und kommerziellen Gebrauch, wo die Leistungsanforde rung hoch ist, zu benutzen. Da die Lichtstrahlen, die durch die zweite Linsengruppe divergent gemacht werden, durch die dritte Linsengruppe kollimiert werden, welche unmittelbar hinter der zweiten Linsengruppe angeordnet ist und ein posi tives Lichtbrechungsvermögen besitzt, kann ferner eine aus reichende Höhe der Lichtstrahlen nicht erreicht werden. Da das Lichtbrechungsvermögen des Systems, welches aus der vier ten und fünften Linsengruppe zusammengesetzt ist, hinter der dritten Linsengruppe positiv ist, werden gleichzeitig die Lichtstrahlen konvergiert gemacht und ein erforderlicher Brennpunktabstand von der Linsenrückseite kann nicht erhalten werden.

Wenn die Kollimationszone hinter der vierten Linsengruppe ge bildet ist, findet eine Aufteilung des Lichtbrechungsvermö gens zwischen der dritten Linsengruppe, welche ein positives Lichtbrechungsvermögen hat, und der vierten Linsengruppe statt. D.h., wenn das Lichtbrechungsvermögen der dritten Lin sengruppe groß ist, muß das Lichtbrechungsvermögen der vier ten Linsengruppe klein sein, wodurch die Wegstrecke der vier ten Linsengruppe zum Korrigieren der Veränderung der Bildpo sition aufgrund der Veränderung der Objektentfernung sehr groß macht, so daß es unmöglich ist, das Gesamtlinsensystem zu verkleinern. Andererseits muß, wenn das Lichtbre chungsvermögen der dritten Linsengruppe klein ist, das Lichtbrechungsvermögen der vierten Linsengruppe groß sein, wodurch die Veränderung der Aberrationen aufgrund der Verän derung der Objektentfernung vergrößert wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein in der Größe kompak tes Zoom-Linsensystem zu schaffen, dessen Kollimationszone sich durch Änderungen in der Objektentfernung nicht ändert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs ge löst.

Vorzugsweise ist die vierte Linsengruppe so angeordnet, daß Lichtstrahlen, die von der vierten Linsengruppe ausgehen, im Unendlichen oder in einer hinreichend entfernten Position fo kussiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Lin senelemente in einem Zoom-Linsensystem gemäß einer Anwendungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 2A-2C sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung des Zoom-Linsensystems an seinem Weitwinkelende,

Fig. 3A-3C sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung des Zoom-Linsensystems an seinem teleseitigen Ende, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Lin senelemente in einem Zoom-Linsensystem gemäß einer anderen Anwendungsform der Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt ein Zoom-Linsensystem 1 die erste bis fünfte Linsengruppe I bis V. Die erste, dritte und fünfte Linsengruppe I, III und V sind fixiert, und die zweite und vierte Linsengruppe II und IV sind beweglich in Richtung der optischen Achse (gestrichelte Linie). Die zweite Linsen gruppe II ist ein Zoom-System (Vergrößerungswechselsystem), und die vierte Linsengruppe IV ist ein Korrekturlinsensystem für das Korrigieren einer Veränderung in der Bildposition aufgrund der Zoomfunktionen der zweiten Linsengruppe II oder aufgrund der Veränderung des Objektabstandes.

Ein Prisma 3, ein Tiefpaßfilter 4 und eine CCD 5 sind hinter der fünften Linsengruppe angeordnet. Der Radius der Krümmung r (mm) der Lichtbrechungsoberfläche, die axialen Oberflächen abschnitte d (mm) (die zentrale Dicke der Linsen oder des Luftabschnittes), die Lichtbrechungsindizes n der Linsen und die Abbe′schen Zahlen ν der Linsen des Zoom-Linsensystems, gezeigt in Fig. 1, sind in Tabelle I aufgezeigt. Die Zahlen in der linken Spalte der Tabelle I bezeichnet die Nummern der Oberflächen, durchgezählt von der Objektseite her.

Tabelle I

In Tabelle I zeigen D1 bis D4 die Abschnitte zwischen der er sten und der zweiten Linsengruppe, beziehungsweise zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe, zwischen der drit ten und vierten Linsengruppe und zwischen der vierten und fünften Linsengruppe an. Die Werte von D1 bis D4 bei einer Brennweite von 8.30 und bei einer Brennweite von 120.35 sind in Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

Sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung bei einer Brennweite von 8.30 des Zoom-Linsensystems von dieser Ausfüh rungsform sind in Fig. 2A bis 2C gezeigt bzw. solche bei ei ner Brennweite von 120.35 sind in Fig. 3A bis 3C gezeigt. In den Figuren bezeichnet ω den Blickwinkel.

Wie aus Fig. 2A bis 2C und aus Fig. 3A bis 3C zu verstehen ist, ist das Zoom-Linsensystem dieser Ausführungsform in den Aberrationen ausgezeichnet.

Das Zoom-Linsensystem wird durch Bewegen der zweiten Linsen gruppe II gezoomt, und das Verändern der Bildposition wird durch Bewegen der vierten Linsengruppe IV korrigiert. Da die zweite und vierte Linsengruppe II und IV wesentlich kleiner in Gewicht und Größe sind als die erste Linsengruppe, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Bewegung der beweglichen Linsen gruppen für Fokussierungs- und Zoomfunktionen sehr hoch im Vergleich zum Bewegen der ersten Linsengruppe I. Daher kann die Fokussierung zufriedenstellend einem Hochgeschwindig keitsobjekt folgen, sogar wenn das Fokussieren elektrisch und automatisch bewirkt wird.

Da die dritte Linsengruppe III ein negatives Lichtbrechungs vermögen hat, werden ferner die Lichtstrahlen durch die dritte Linsengruppe III gestreut, und der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite kann ausreichend lang sein, selbst wenn hinter der vierten Linsengruppe IV eine Kollimationszone gebildet wird. Gleichzeitig muß die vierte Linsengruppe IV nicht eine lange Strecke zurücklegen und muß keinen großen Durchmesser haben. Dementsprechend kann das Zoom-Linsensystem kleinbauend sein.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann ein Aufweiter 10 zum Verän dern der Brennweite des Zoom-Linsensystems vorgesehen sein, der zwischen der vierten und fünften Linsengruppe IV und V eingesetzt und herausgezogen werden kann.

Anstelle des Aufweiters 10, kann auch eine Entzerrungslinse zum Verändern des Bildformats eines Bildes in der Bild position vorgesehen sein, die zwischen der vierten und fünf ten Linsengruppe IV und V eingesetzt und ausgezogen werden kann.

Claims

1. Zoom-Linsensystem mit ersten bis fünften Linsengruppen, die von der Objektseite her in der Reihenfolge angeordnet sind, wobei die erste, dritte und fünfte Linsengruppe fi xiert sind, die zweite Linsengruppe in Richtung der opti schen Achse des Zoom-Linsensystems beim Zoomen des Zoom- Linsensystems bewegt wird und die vierte Linsengruppe in die Richtung der optischen Achse bewegt wird, um eine Veränderung in der Bildposition aufgrund des Zoomens zu korrigieren und um eine Veränderung in der Bildposition aufgrund einer Veränderung in dem Objektabstand zu korri gieren, dadurch gekennzeichnet, daß

- die erste Linsen gruppe ein positives Lichtbrechungsvermögen hat,
- daß die zweite Linsengruppe ein negatives Lichtbre chungsvermögen hat,
- daß die dritte Linsengruppe ein negatives Lichtbre chungsvermögen hat,
- daß die vierte Linsengruppe ein positives Lichtbre chungsvermögen hat und
- daß die fünfte Linsengruppe ein positives Lichtbre chungsvermögen hat.

2. Zoom-Linsensystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die vierte Linsengruppe so angeordnet ist, daß Lichtstrahlen, die von der vierten Linsengruppe ausgehen, im Unendlichen oder in einer hinreichend entfernten Posi tion fokussiert werden.

3. Zoom-Linsensystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß ein optisches Element vorgesehen ist, das zwischen der vierten und fünften Linsengruppe einzu fügen und herauszuziehen ist.