DE19734921B4 - Variolinsensystem mit hohem Brennweitenverhältnis - Google Patents

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Abstract

Variolinsensystem mit, von der Objektseite her gesehen, einer ersten Linsengruppe (10) positiver Brechkraft, einer zweiten Linsengruppe (20) negativer Brechkraft, einer dritten Linsengruppe (30) negativer Brechkraft und einer vierten Linsengruppe (40) positiver Brechkraft, von denen zur Brennweitenänderung die zweite (20) und die dritte Linsengruppe (30) bewegt und die erste (10) und die vierte Linsengruppe (40) nicht bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung (1) erfüllt ist: 2,73 ≤ (D3W – D3T)/fw < 6 (1)worin D3W der Abstand der dritten Linsengruppe (30) von der vierten Linsengruppe (40) bei der Einstellung kürzester Brennweite, D3T der Abstand der dritten Linsengruppe (30) von der vierten Linsengruppe (40) bei der Einstellung längster Brennweite und fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Variolinsensystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches Variolinsensystem kann in einer TV-Kamera, z.B. einer CCTV-Kamera, verwendet werden. Bei der Vielfalt bekannter CCTV-Kameras besteht ein Bedürnis nach einem Variolinsensystem mit einem hohen Brennweitenverhältnis. Das Brennweitenverhältnis bekannter Variolinsensysteme liegt jedoch vielfach in einem Bereich von etwa 10 bis 15. Ist das Brennweitenverhältnis größer als 15, so ist die Leistung des Objektivs herabgesetzt.
  • Aus der DE-OS P 21 64 937 ist ein Variolinsensystem bekannt, das, von der Objektseite hergesehen, eine erste Linsengruppe positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe negativer Brechkraft, eine dritte Linsengruppe negativer Brechkraft und eine vierte Linsengruppe positiver Brechkraft hat. Zur Brennweitenänderung werden die zweite und die dritte Linsengruppe bewegt, während die erste und die vierte Linsengruppe ortsfest bleiben. Bezeichnet man mit D3W den Abstand zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite, mit D3T den Abstand zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe bei der Einstellung längster Brennweite und mit fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, so hat bei dem bekannten Variolinsensystem das Verhältnis (D3W – D3T)/fw den Wert 1,69.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Variolinsensystem mit einem hohen Brennweitenverhältnis von etwa 20 und hoher Leistung anzugeben, bei dem zugleich die Abbildungsfehler, die aufgrund des durch den Randbereich des Objektivs tretenden Lichtes auftreten, gering gehalten werden können.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das 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 zeigen:
  • 1 die schematische Ansicht der Linsenanordnung eines Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung kürzester Brennweite in einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2A, 2B, 2C und 2D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 1,
  • 3 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung mittlerer Brennweite in dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 4A, 4B, 4C und 4D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 3,
  • 5 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung längster Brennweite in dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 6A, 6B, 6C und 6D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 5,
  • 7 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung kürzester Brennweite in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 8A, 8B, 8C und 8D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 7,
  • 9 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung mittlerer Brennweite in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 10A, 10B, 10C und 10D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 9,
  • 11 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung längster Brennweite in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 12A, 12B, 12C und 12D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 11,
  • 13 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung kürzester Brennweite in einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 14A, 14B, 14C und 14D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 13,
  • 15 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung mittlerer Brennweite in dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 16A, 16B, 16C und 16D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 15,
  • 17 die schematische Darstellung der Linsenanordnung des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis bei der Einstellung längster Brennweite in dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 18A, 18B, 18C und 18D die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 17 und
  • 19 die Bewegungsbahnen der Linsengruppen des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis während der Brennweitenveränderung.
    •
  • Wie in 19 zu erkennen ist, enthält ein erfindungsgemäßes Variolinsensystem mit hohem Brennweitenverhältnis eine erste positive Linsengruppe 10, eine zweite negative Linsengruppe 20, eine dritte negative Linsengruppe 30 und eine vierte positive Linsengruppe 40. Diese Linsengruppen 10 bis 40 sind ausgehend von der Objektseite in dieser Reihenfolge angeordnet. Bei der Brennweitenänderung werden die erste und die vierte positive Linsengruppe 10 und 40 nicht bewegt, während die zweite Linsengruppe 20 (Variator) und die dritte Linsengruppe 30 (Kompensator) bewegt werden. Das Scharfstellen erfolgt durch die erste Linsengruppe 10. Da die zweite und dritte Linsengruppe 20 und 30 negative Brechkraft haben, trifft das Achsenbündel als divergentes Licht auf die vierte Linsengruppe 40.
  • In dem Vier-Linsengruppen-Variolinsensystem, das objektseitig betrachtet eine positive, eine negative, eine negative und eine positive Linsengruppe hat, kann der Durchmesser der dritten Linsengruppe verringert werden, indem die Entfernung der dritten Linsengruppe von der vierten Linsengruppe bei der Einstellung kürzester Brennweite verringert wird, um so die Aberrationen zu verringern, die weit weg von der optischen Achse erzeugt werden. Die dritte Linsengruppe wird nahe an die vierte Linsengruppe heranbewegt, um die Scharfstellposition bei der Einstellung längster Brennweite zu korrigieren. In der optischen Anordnung, in der die Blendenzahl (F-Zahl) bei der Einstellung längster Brennweite größer als die Blendenzahl bei der Einstellung kürzester Brennweite ist, tritt jedoch keine Verdunkelung des auf der Achse verlaufenden Lichtes auf, falls die dritte Linsengruppe nahe an die vierte Linsengruppe herangebracht wird.
  • Die Bedingung (1) des Anspruchs 1 spezifiziert die Bewegungsentfernung der dritten Linsengruppe ausgehend von der Einstellung kürzester Brennweite zur Einstellung längster Brennweite. Ist die Bedingung (1) erfüllt, so kann der Durchmesser der dritten Linsengruppe verringert werden. Auf diese Weise kann die durch den Randbereich des Objektivs erzeugte Aberration verringert werden, so daß sich eine hohe Leistung ergibt.
  • Überschreitet das in der Bedingung (1) angegebene Verhältnis die obere Grenze, so wächst die Gesamtlänge des Linsensystems an. Ist das in der Bedingung (1) angegebene Verhältnis kleiner als die untere Grenze, so wächst der Durchmesser der dritten Linsengruppe (Kompensator) an, so daß Aberrationen aufgrund des Lichtes auftreten, das durch den von der optischen Achse entfernten Bereich der dritten Linsengruppe tritt.
  • Die Bedingung (2) des Anspruchs 2 spezifiziert die Bewegungsentfernung der zweiten Linsengruppe. Ist die Bedingung (2) erfüllt, so ist die Bewegungsentfernung der zweiten Linsengruppe groß genug, um ein Brennweitenverhältnis zu erhalten, das näherungsweise gleich oder größer als 20 ist. Überschreitet das in der Bedingung (2) angegebene Verhältnis die obere Grenze, so wird die Gesamtlänge des Objektivs unannehmbar groß. Ist das in der Bedingung (2) angegebene Verhältnis kleiner als die untere Grenze, so ist es unmöglich, ein Brennweitenverhältnis von etwa 20 zu erhalten.
  • Die Bedingung (3) des Anspruchs 3 spezifiziert die Brechkraft der ersten Linsengruppe. Ist die Bedingung (3) erfüllt, so kann die Aberration der ersten Linsengruppe eingeschränkt werden, so daß der Einfluß der Aberrationen über den gesamten Brennweitenbereich von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite kleiner ist.
  • Ist die Brechkraft der ersten Linsengruppe größer als die in der Bedingung (3) angegebene obere Grenze, so ist die Koma-Aberration der ersten Linsengruppe so groß, so daß die Koma-Aberration über den gesamten Brennweitenbereich von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite einen Einfluß ausübt. Ist das in der Bedingung (3) angegebene Verhältnis kleiner als die untere Grenze, so wird die Bewegungsentfernung der Linse der ersten Linsengruppe beim Scharfstellen groß, und der Durchmesser des vordersten Linsenelementes der ersten Linsengruppe muß vergrößert werden.
  • Die Bedingung (4) des Anspruchs 3 spezifiziert die Brechkraft der zweiten Linsengruppe. Ist die Bedingung (4) erfüllt, so kann die Aberration der zweiten Linsengruppe eingeschränkt werden, so daß der Einfluß der Aberrationen über den gesamten Brennweitenbereich von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite klein ist. Darüber hinaus kann die Fluktuation der Aberrationen während der Brennweitenänderung verringert werden.
  • Ist das in der Bedingung (4) angegebene Verhältnis größer als die obere Grenze, so ist die Bewegungsentfernung der zweiten Linsengruppe groß, und die Gesamtlänge des Objektivs wird größer. Ist die Brechkraft der zweiten Linse so groß, daß das in der Bedingung (4) angegebene Verhältnis kleiner als die untere Grenze ist, so ist die Koma-Aberration der zweiten Linsengruppe so groß, daß die Koma-Aberration über den gesamten Brennweitenbereich von der Einstellung kürzester Brennweite bis zur Einstellung längster Brennweite einen Einfluß ausübt. Darüber hinaus wird die Balance der Aberrationen in dem gesamten Brennweitenbereich aufgrund der Koma-Aberration bei der Brennweitenänderung verschlechtert.
  • Die Bedingungen (5) des Anspruchs 4 und (6) des Anspruchs 5 spezifizieren die Abbe-Zahl mindestens eines Glaslinsenelementes der ersten und vierten Linsengruppe. Ist insbesondere die Bedingung (5) erfüllt, so kann die longitudinale chromatische Aberration bei der Einstellung längster Brennweite kompensiert werden. Sind beide Bedingungen (5) und (6) erfüllt, so kann die longitudinale chromatische Aberration nicht nur bei der Einstellung längster Brennweite sondern auch bei der Einstellung kürzester Brennweite kompensiert werden.
  • Im folgenden werden numerische Beispiele des Variolinsensystems diskutiert.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Die 1 bis 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems mit hohen Brennweitenverhältnis. Die 1, 3 und 5 zeigen eine Linsenanordnung des Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. In dem ersten Ausführungsbeispiel besteht das Variolinsensystem aus einer ersten positiven Linsengruppe 10, einer zweiten negativen Linsengruppe 20, einer dritten negativen Linsengruppe 30, einer vierten positiven Linsengruppe 40 und einer Glasabdeckung CG. Die Linsengruppen 10 bis 40 und die Glasabdeckung CG sind ausgehend von der Objektseite in dieser Reihenfolge angeordnet. Die erste und die vierte Linsengruppe 10 und 40 sind stationär. Bei der Brennweitenänderung werden die zweite und die dritte Linsengruppe 20 und 30 bewegt. In der vierten Linsengruppe 40 befindet sich eine Blende S. Die 2A bis 2D, 4A bis 4D und 6A bis 6D zeigen die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach 1 bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite.
  • In Tabelle 1 sind numerische Daten des Linsensystems angegeben. In den Diagrammen der Aberrationen repräsentieren die d-Linie, g-Linie und C-Linie die chromatischen Aberrationen, dargestellt durch sphärische Aberrationen und laterale chromatische Aberrationen bei den jeweiligen Wellenlängen, SA die sphärischen Aberrationen, SC die Sinusbedingungen, S die Sagittalstrahlen und M die Meridionalstrahlen.
  • In den folgenden Tabellen und Zeichnungen ist FNO die F-Zahl, F die Brennweite, W der halbe Feldwinkel, fB die hintere Bildweite einschließlich der Glasabdeckung (reduzierte hintere Bildweite zwischen der letzten Fläche der vierten Linsengruppe und der CCD-Bildaufnahmefläche, d.h. der letzten Fläche der Glasabdeckung), R der Krümmungsradius, D die Entfernung zwischen den Linsen, Nd der Brechungsindex der d-Linie und νd die Abbe-Zahl.
  • Tabelle 1
    • FNO = 1:1,6-1,6-2,8
    • F = 12,02-54,00-234,00 (Brennweitenverhältnis; 19,47)
    • W = 19,5-4,2-1,0
    • fB = 19,83 (=D30 + D31/N31, reduzierte hintere Bildweite)
  • Figure 00090001
  • Figure 00100001
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Die 7 bis 12 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis. Die 7, 9 und 11 zeigen dessen Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. Die 8A bis 8D, 10A bis 10D und 12A bis 12D zeigen Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach den 7, 9 und 11. In Tabelle 2 sind numerische Daten des zweiten Ausführungsbeispiels des Variolinsensystems aufgeführt.
  • Tabelle 2
    • FNO = 1:1,6-1,6-2,8
    • F = 12,00-54,00-234,00 (Brennweitenverhältnis; 19,50)
    • W = 19,5-4,2-1,0
    • fB = 19,44 (=D30 + D31/N31, reduzierte hintere Bildweite)
  • Figure 00110001
  • Figure 00120001
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Die 13 bis 18 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Variolinsensystems mit hohem Brennweitenverhältnis. Die 13, 15 und 17 zeigen dessen Linsenanordnung bei der Einstellung kürzester Brennweite, mittlerer Brennweite und längster Brennweite. Die 14A bis 14D, 16A bis 16D und 18A bis 18D zeigen die Diagramme der Aberrationen des Variolinsensystems nach den 13, 15 und 17. In Tabelle 3 sind numerische Daten des dritten Ausführungsbeispiels des Variolinsensystems ausgeführt.
  • Tabelle 3
    • FNO = 1:1,6-1,6-2,8
    • F = 12,01-54,00-234,00 (Brennweitenverhältnis; 19,48)
    • W = 19,5-4,2-1,0
    • fB = 21,81 (=D30 + D31/N31, reduzierte hintere Bildweite)
  • Figure 00130001
  • Figure 00140001
  • Die Werte für die in den Bedingungen (1) bis (6) angegebenen Verhältnisse sind für jedes Ausführungsbeispiel in Tabelle 4 aufgeführt .
  • Tabelle 4
    Figure 00140002
  • Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, genügen die numerischen Werte des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels den Bedingungen (1) bis (6).
  • Das Variolinsensystem gemäß der Erfindung liefert somit ein Brennweitenverhältnis von etwa 20 und zeigt eine hohe Leistung.

Claims (5)

  1. Variolinsensystem mit, von der Objektseite her gesehen, einer ersten Linsengruppe (10) positiver Brechkraft, einer zweiten Linsengruppe (20) negativer Brechkraft, einer dritten Linsengruppe (30) negativer Brechkraft und einer vierten Linsengruppe (40) positiver Brechkraft, von denen zur Brennweitenänderung die zweite (20) und die dritte Linsengruppe (30) bewegt und die erste (10) und die vierte Linsengruppe (40) nicht bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung (1) erfüllt ist: 2,73 ≤ (D3W – D3T)/fw < 6 (1)worin D3W der Abstand der dritten Linsengruppe (30) von der vierten Linsengruppe (40) bei der Einstellung kürzester Brennweite, D3T der Abstand der dritten Linsengruppe (30) von der vierten Linsengruppe (40) bei der Einstellung längster Brennweite und fw die Brennweite des gesamten Variolinsensystems bei der Einstellung kürzester Brennweite ist.
  2. Variolinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung (2) erfüllt ist: 6 < (D2w + D3w)/fw < 12 (2)worin D2w die Entfernung der zweiten Linsengruppe (20) von der dritten Linsengruppe (30) bei der Einstellung kürzester Brennweite ist.
  3. Variolinsensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingungen (3) und (4) erfüllt sind: 0,05 < fW/f1 < 0,12 (3) –0,5 < fw/f2 < –0,1 (4)worin f1 die Brennweite der ersten Linsengruppe (10) ist und f2 die Brennweite der zweiten Linsengruppe (20).
  4. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Linsenelement der ersten Linsengruppe (10) folgende Bedingung (5) erfüllt: 80 < νd1 (5)worin νd1 die Abbe-Zahl dieses Linsenelementes der ersten Linsengruppe (10) ist.
  5. Variolinsensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Linsenelement der vierten Linsengruppe (40) folgende Bedingung (6) erfüllt: 80 < νd4 (6)worin νd4 die Abbe-Zahl dieses Linsenelementes der Vierten Linsengruppe (40) ist.
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