DE19900146A1

DE19900146A1 - Optisches Zoom-System

Info

Publication number: DE19900146A1
Application number: DE19900146A
Authority: DE
Inventors: Sachio Hasushita; Takayuki Ito
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: DE19900146B4; US6169853B1; JPH11194270A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Zoom-System, die eine Funktion zum Kom pensieren von Bildschwingungen hat und für Kameras verwendbar ist, z. B. für Kameras mit einem fotografischen Film, Einzelbild- oder Videokameras etc.

Es sind Kameras bekannt, die mit einem System zur Kompensation von Bild schwingungen ausgestattet sind, die durch das auf die Kamera übertragene Handzittern verursacht werden.

Ein Beispiel eines solchen Kompensationssystems für eine Kamera ist in der Ja panischen Patentveröffentlichung HEI 6-265827 beschrieben. Bei dem in der eben genannten Veröffentlichung beschriebenen Kompensationssystem wird eine Kompensationslinse dezentriert (d. h. in einer zur optischen Achse des Fotoob jektivs senkrechten Ebene bewegt), um das Zittern des Bildes zu kompensieren, welches durch das auf die Kamera übertragene Handzittern verursacht wird. Insbesondere ist in der vorstehend genannten Veröffentlichung ein optisches Zoom-System für eine Kamera beschrieben, das eine Kompensationslinse zur Kompensation der Bildschwingungen enthält. Die beschriebene Kompensations linse hat jedoch eine vergleichsweise starke Brechkraft, so daß verschiedene Arten von Aberrationen bei der zur Kompensation bestimmten Dezentrierung der Kompensationslinse auftreten, welche die Bildqualität beeinträchtigen können.

Um solche Aberrationen zu beseitigen, müssen weitere Linsen vorgesehen wer den. Die Anzahl der in dem Kompensationslinsensystem enthaltenen Linsen steigt so an. Wegen der vergleichsweise großen Anzahl an Linsen ist das Gewicht des Kompensationslinsensystems erhöht, so daß ein schnelles Bewegen der Kompensationslinse unmöglich wird. Da die Kompensationslinse starke Brechkraft hat, kann die Kompensation theoretisch durch eine vergleichsweise kleine Bewegung durchgeführt werden. In der Praxis sollte jedoch die Kompensationslinse mit hoher Genauigkeit angesteuert werden. Die Ansteuerung eines vergleichsweise schweren Linsensystems mit hoher Genauigkeit ist jedoch schwierig, so daß ein ausreichendes Kompensationsergebnis in solch einem System nur schwer zu erreichen ist.

Gemäß der vorstehend genannten Veröffentlichung erfolgt das Scharfstellen durch Bewegen (1) einer der Bildebene am nächsten angeordneten Linsen gruppe, (2) einer gesamten Linsengruppe einschließlich einer Blende oder (3) einer Linsengruppe einschließlich der Blende und einer Linsengruppe zur Kom pensation der Bildschwingungen.

In einem kürzlich entwickelten Zoomobjektiv für eine Einzelbildkamera oder eine Videokamera ist die hintere Bildweite bei der kürzesten Brennweite des Zoomob jektivs sehr kurz. Die am nächsten der Bildebene angeordnete Linsengruppe muß deshalb einen vergleichsweise großen Durchmesser haben. Eine auf der Seite der Bildebene angeordnete Linsengruppe ist deshalb möglicherweise zu schwer, um zur Fokussierung bewegt zu werden.

Nahe dem Blendenelement angeordnete Linsen sind vergleichsweise klein. Kürzlich entwickelte Zoomobjektive müssen jedoch ein vergleichsweise großes Verhältnis variabler Brechkraft haben, so daß die Anzahl der Linsen, die in einer das Blendenelement enthaltenen Linsengruppe vorgesehen sind, vergleichsweise groß ist. Eine solche Linsengruppe ist deshalb möglicherweise zu schwer, um zur Fokussierung bewegt zu werden.

Wird die Linsengruppe, die auch die zur Kompensation der Bildschwingungen bestimmte Linse enthält, auch zum Zwecke der Fokussierung bewegt, so ist ein Mechanismus erforderlich, der ausgebildet ist, die Kompensationslinse entweder in eine Richtung parallel zur optischen Achse oder in eine Richtung senkrecht zur optischen Achse zu bewegen. Ein solcher Mechanismus wäre sehr kompliziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Zoom-System anzugeben, das ein System zur Kompensation von Bildschwingungen enthält, in dem eine Linsen gruppe zur Schwingungskompensation mit einem vergleichsweise einfachen Auf bau schnell bewegt werden kann und das den Zoom- und den Fokussiermecha nismus nicht zu kompliziert werden läßt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Zoom-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Erfindung sieht ein optisches Zoom-System vor, das mehrere Linsengruppen enthält, die zur Änderung der Brennweite des Zoom-Systems bewegt werden. Je de dieser Linsengruppen wird so angetrieben, daß sie sich zur Brennweitenände rung als Einheit bewegt. Eine der Linsengruppen, die ein Blendenelement enthält, hat eine Fokussierlinsengruppe, die zum Zwecke der Fokussierung bewegt wird, und eine Kompensationslinsengruppe, die zur Kompensation von Bildzitter bewegungen bewegt wird, welche durch das auf das Zoom-System übertragene Handzittern verursacht werden.

Da der Teil der Linsengruppe (d. h. die Fokussierlinsengruppe), der das Blen denelement enthält, zur Fokussierung bewegt wird und der andere Teil der Lin sengruppe (d. h. die Kompensationslinsengruppe) zur Schwingungskompensation bewegt wird, kann jede der zur Fokussierung bzw. zur Kompensation bestimmten Linsen mit verhältnismäßig geringem Gewicht ausgebildet werden und deshalb schnell und genau angetrieben werden. Auch die Antriebsmechanismen zur Fo kussierung und zur Kompensation der Bildschwingungen können vereinfacht wer den.

Optional kann das Blendenelement zwischen der Fokussierlinsengruppe und der Kompensationslinsengruppe angeordnet sein. Auch dies vereinfacht den Aufbau der zur Fokussierung und der Kompensation der Bildschwingungen vorgesehe nen Antriebsmittel.

Objektseitig der Linsengruppe, die das Blendenelement sowie die zur Fokussie rung bzw. zur Kompensation der Bildschwingungen bestimmten Linsengruppen enthält, ist vorzugsweise eine weitere Linsengruppe angeordnet. Bei diesem Auf bau können die Antriebsmittel für die zur Fokussierung und zur Kompensation der Bildschwingungen bestimmten Linsengruppen im mittleren Abschnitt aller in dem Zoom-System enthaltenen Linsengruppen angeordnet werden. Durch diese An ordnung können Störungen zwischen den Antriebsmechanismen und anderen strukturellen Komponenten vermieden werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Kompen sationslinsengruppe mindestens eine asphärische Fläche. Durch diese können Aberrationen leicht kompensiert werden.

Das Zoom-System kann so ausgebildet sein, daß sich das Blendenelement nicht bewegt, wenn die Kompensationslinsengruppe senkrecht zur optischen Achse des Zoom-Systems bewegt wird. Optional oder alternativ kann vorgesehen sein, daß sich das Blendenelement nicht bewegt, wenn sich die Fokussierlinsengruppe zum Zwecke der Fokussierung bewegt.

Das Blendenelement enthält im allgemeinen einen Öffnungs- /Schließmechanismus zum Ändern des Durchmessers der Blendenöffnung. Wird das Blendenelement beim Bewegen der Kompensationslinsengruppe nicht be wegt, ist deshalb eine schnelle und genaue Bewegung möglich.

Die Erfindung ermöglicht es, die Kompensationslinsengruppe schnell und mit vergleichsweiser geringer Leistung zu bewegen. Die Kompensation kann so ge nau durchgeführt werden, und der Aufbau des Zoom- und/oder des Fokussierme chanismus wird nicht verkompliziert.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter ansprüche sowie der folgenden Beschreibung.

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

Fig. 1 den Aufbau eines fotografischen Systems für eine Kamera mit einem erfindungsgemäßen Zoom-System,

Fig. 2A den Aufbau und die Anordnung der Linsen des fotografischen Sy stems bei der längsten Brennweite gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2B den Aufbau und die Anordnung der Linsen des fotografischen Sy stems bei der kürzesten Brennweite,

Fig. 3A bis 3C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 2A,

Fig. 4A bis 4C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 2B,

Fig. 5A bis 5C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 2A für einen Kippwinkel von 0,3°,

Fig. 6A bis 6C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 2B für einen Kippwinkel von 0,3°,

Fig. 7A den Aufbau und die Anordnung der Linsen für ein zweites Ausfüh rungsbeispiel bei der längsten Brennweite,

Fig. 7B den Aufbau und die Anordnung der Linsen des zweiten Ausfüh rungsbeispiels bei der kürzesten Brennweite,

Fig. 8A bis 8C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 7A,

Fig. 9A bis 9C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 7B,

Fig. 10A bis 10C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 7A für einen Kippwinkel von 0,3°,

Fig. 11A bis 11C die lateralen Aberrationen des Systems nach Fig. 7B für einen Kippwinkel von 0,3° und

Fig. 12 das Blockdiagramm eines Steuersystems zum Ansteuern der Lin sengruppen des optischen Zoom-Systems.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Zoom-Systems nach der Erfindung. Das Zoom-System enthält eine erste, eine zweite und eine dritte Lin sengruppe 10, 20 und 30, die in der genannten Reihenfolge von der Objektseite aus betrachtet, d. h. in Fig. 1 von links nach rechts, angeordnet sind. Die erste, die zweite und die dritte Linsengruppe 10, 20 und 30 sind zwischen zwei Positionen bewegbar: nämlich der Position für das Weitwinkel-Extremum und der Position für das Tele-Extremum. Der Begriff "Position" bezeichnet in diesem Zusammenhang Lage und Anordnung der Linsengruppen und nicht einen einzelnen Punkt.

Fig. 1 zeigt in ihrem oberen Teil einen Zustand, in dem die Linsengruppen in der Position für das Weitwinkel-Extremum angeordnet sind, und in ihrem unteren Teil einen Zustand, in dem die Linsengruppen in einer Position für das Tele-Extremum angeordnet sind. Zwischen den Anordnungen an dem Weitwinkel- und dem Tele- Extremum sind die Orte der Linsengruppen 10, 20 und 30 illustriert. Die Linsen gruppen 10, 20 und 30 werden für den Zoom-Vorgang, d. h. zur Brennweitenände rung, von einem Zoom-Mechanismus 51 längs einer optischen Achse OX ange trieben.

Die zweite Linsengruppe 20 enthält eine Fokussierlinsengruppe 21, ein Blenden element S und eine Kompensationslinsengruppe 22, die der Kompensation von Bildschwingungen dient. Die eben genannten Komponenten sind von der Objekt seite aus betrachtet in der vorstehend genannten Reihenfolge angeordnet. In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Begriff "Blendenelement" ein Element, dessen Blendendurchmesser veränderbar ist, z. B. ein Element, das als Verschluß oder Iris-Blende arbeitet. Die Fokussierlinsengruppe 21, das Blendenelement S und die Kompensationslinsengruppe 22 bewegen sich während des Zoom- Vorgangs als Einheit.

Die Fokussierlinsengruppe 21 befindet sich im neutralen Zustand unabhängig von der Brennweite des optischen Zoom-Systems in einer Unendlich-Position, d. h. in einer Position, bei der auf ein Objekt im Unendlichen scharfgestellt ist. Zum Durchführen der Fokussierung (z. B. beim Fotografieren) wird die Fokussierlin sengruppe 21 längs der optischen Achse OX zur Objektseite hin bewegt, um auf das Objekt fokussiert zu werden.

Die Kompensationslinsengruppe 22 ist im neutralen Zustand so angeordnet, daß ihre optische Achse unabhängig von der Brennweite des Zoom-Systems mit des sen optischer Achse OX zusammenfällt. Zum Kompensieren der Bildschwingun gen wird die Kompensationslinsengruppe 22 senkrecht zur optischen Achse OX bewegt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Fokussierlinsengruppe 21 zum Fokussieren von ei nem Fokussier-Mechanismus 61 bewegt. Zum Kompensieren des Zitterns des Bildes, welches durch das Verwackeln mit der Hand verursacht wird, wird die Kompensationslinsengruppe 22 von einem Kompensationsmechanismus 62 be wegt. Ausmaß und Richtung der Bewegung der Kompensationslinsengruppe 22 sind auf Grundlage des auf das Zoom-System übertragenen Handzitterns festge legt.

Fig. 12 zeigt in einem Blockdiagramm ein Steuersystem zum Steuern der Bewe gung der Linsengruppen.

Das Steuersystem enthält einen Schwingungssensor 201, der das auf die Kamera übertragene Handzittern erfaßt. Insbesondere enthält der Schwingungssensor 201 ein Paar Winkelgeschwindigkeitssensoren, welche die Winkelgeschwindig keiten in zueinander orthogonalen Richtungen bezüglich eines Punktes bestim men, in dem sich die äußerste Fläche des optischen Zoom-Systems und die opti sche Achse OX schneiden. Weiterhin enthält das Steuersystem einen AF-Sensor (automatische Fokussierung), der den Objektabstand erfaßt. Der Schwingungs sensor 201 und der AF-Sensor 202 sind mit einer zentralen Steuereinheit CPU) 200 verbunden. Ein Zoom-Hebel 203 ist ebenfalls mit der CPU 200 verbunden.

An die CPU 200 ist der Zoom-Mechanismus 51 über einen ersten Treiber 151, der Fokussier-Mechanismus 61 über einen zweiten Treiber 161 und der Kompensati ons-Mechanismus 62 über einen dritten Treiber 162 angeschlossen.

Zum Antreiben des Zoom-Mechanismus 51 steuert die CPU 200 den ersten Trei ber 151 auf Grundlage der Betätigung des Zoom-Hebels 202 an. Die CPU 200 steuert den zweiten Treiber 161 an, um den Fokussier-Mechanismus 61 auf Grundlage des von dem AF-Sensor 202 erfaßten Objektabstandes anzutreiben. Weiterhin berechnet die CPU 200 auf Grundlage der von dem Schwingungssen sor 201 erfaßten Handschwingung einen Wert für die Bewegung der Kompensa tionslinsengruppe 22 und steuert den dritten Treiber 162 an, um den Kompensati onsmechanismus 62 anzutreiben.

Die Erfindung ist auf ein optisches System gerichtet, die einen Schwingungssen sor, einen AF-Sensor und Mechanismen zum Bewegen der Linsengruppen ent hält. Die Details dieser Komponenten sind jedoch nicht Teil der Erfindung. Das in Fig. 12 gezeigte Steuersystem soll dem Verständnis der Erfindung dienen. Es können beliebige Arten von geeigneten Schwingungssensoren, AF-Sensoren und Bewegungsmechanismen eingesetzt werden.

In dem vorstehend beschriebenen Zoom-System wird die Kompensationslinsen gruppe 22 gemäß Gleichung (1) angesteuert:

DEC = (f_1a.f_1b.tanε)/(f_1a-f_1b) (1)

worin,
DEC eine Bewegungsstrecke der Kompensationslinsengruppe senkrecht zur optischen Achse OX,
f_1a die zusammengesetzte Brennweite der objektseitig der Kompensati onslinsengruppe 22 angeordneten Linsengruppen (ausschließlich der Kompensationslinsengruppe),
f_1b die zusammengesetzte Brennweite der objektseitig der Kompensati onslinsengruppe 22 angeordneten Linsengruppen und der Kompensa tionslinsengruppe 22 sowie
ε einen Kippwinkel bezeichnet, um den die optische Achse OX aufgrund des Handzitterns um einen Punkt gedreht ist, in dem die optische Achse OX eine objektseitige Fläche der dem Objekt am nächsten an geordneten Linse schneidet (vgl. Fig. 2A, 2B, 7A oder 7B).

Die Gleichung (1) legt die Beziehung zwischen der Strecke DEC und dem Kipp winkel ε fest. Durch Bewegen der Kompensationslinsengruppe 22 um die Strecke DEC kann das Bild stabilisiert werden. Experimente haben gezeigt, daß der Kippwinkel etwa 0,3° beträgt.

Im Hinblick auf die Genauigkeit des Antriebsmechanismus und des zu dessen Unterbringung benötigten Platzbedarfs erfüllt die Strecke DEC, wenn ε gleich 0,3 ist, vorzugsweise folgende Bedingung:

0,8 < DEC < 1,5

Ist DEC kleiner als die untere Grenze, d. h. kleiner als 0,8, so ist die Bewegungs strecke des Bildes beim Bewegen der Linsengruppe 22 gegenüber der Bewegung der Kompensationslinsengruppe 22 zu groß, und die Bewegung der Kom pensationslinsengruppe 22 kann zur Kompensation nicht genau gesteuert wer den. Übersteigt DEC die obere Grenze, so werden der Durchmesser der Kom pensationslinsengruppe und der für diese vorgesehene Antriebsmechanismus zu groß, wodurch die Abmessungen der Kamera ansteigen.

Vorzugsweise erfüllt das Zoom-System folgende Bedingung (2).

0,15 < s_min/y < 0,5 (2)

worin
s_min den minimalen Wert eines äquivalenten Luftabstandes s zwischen ei ner Linsenfläche oder einer Blendenebene, die objektseitig der Kom pensationslinsengruppe und am nächsten zu dieser angeordnet ist, und einer Linsenfläche oder eine Blendenebene bezeichnet, die bild seitig der Kompensationslinsengruppe und dieser am nächsten ange ordnet ist (vgl. Fig. 2A, 2B, 7A und 7B), und
y die größte Bildhöhe des Zoom-Systems bezeichnet.

Die Bedingung (2) bezieht sich auf die Größe des Zoom-Systems. Ist s_min/y kleiner als die untere Grenze, so ist s zu klein und der Einsatz eines Antriebsmecha nismus für die Kompensationslinsengruppe bereitet Schwierigkeiten. Ist s_min/y größer als die obere Grenze der Bedingung (2), so ist das Fotoobjektiv sowohl in Richtung des Durchmessers als auch in Richtung der optischen Achse OX zu groß, so daß das Zoom-System nicht tragbar ausgeführt werden kann.

Vorzugsweise hat die Kompensationslinsengruppe mindestens zwei Linsen. Die beiden Linsen sind vorzugsweise eine positive und eine negative Linse, so daß die chromatische Aberration der Kompensationslinsengruppe kompensiert werden kann. Die positive und die negative Linse können eine verkittete Linse bilden. Ist dies der Fall, so ist die optische Leistung selbst dann stabil, wenn die positive und die negative Linse zueinander dezentriert sind. Ist mindestens eine Fläche der Kompensationslinsengruppe als asphärische Fläche ausgebildet, so zeigt die Linsengruppe geringere Aberrationen, selbst wenn sie zur Stabilisierung bewegt wird.

Vorzugsweise erfüllt das Zoom-System die Bedingung (3).

20 < νp - νn (3)

worin
νp ein Mittel der Abbe-Zahlen der positiven Linsen, die in der verkitteten Linse enthalten sind, und
νn ein Mittel der Abbe-Zahlen der negativen Linsen bezeichnet, die in der verkitteten Linse enthalten sind.

Durch die Bedingung (3) ist eine Bedingung für den Fall festgelegt, in dem eine aus mindestens einer positiven Linse und mindestens einer negativen Linse be stehende verkittete Linse in der Kompensationslinsengruppe 22 enthalten ist. Ist die Bedingung (3) erfüllt, so kann die chromatische Aberration der Kompensati onslinsengruppe 22 gut kompensiert werden. Dies ermöglicht die Kompensatio nen der longitudinalen chromatischen Aberration und der lateralen chromatischen Aberrationen des Zoom-Systems für den gesamten Zoom-Bereich. Weiterhin kann die chromatische Aberration der Kompensationslinsengruppe ausreichend unterdrückt werden, wenn diese senkrecht zur optischen Achse OX bewegt wird. Ist die Bedingung (3) nicht erfüllt, so bereitet es Schwierigkeiten, beide Aberra tionen, nämlich die longitudinale chromatische Aberration und die laterale chro matische Aberration, in ausgeglichener Weise zu kompensieren.

Vorzugsweise erfüllt das Zoom-System die Bedingung (4).

1,0< ft/f3< 2,0 (4)

worin
ft die Brennweite des Zoom-Systems im Tele-Extremum und
f3 die Brennweite der Kompensationslinsengruppe 22 bezeichnet, wenn sich das Zoom-System im Tele-Extremum befindet.

Die Bedingung (4) legt die Brechkraft der Kompensationslinsengruppe 22 fest. Ist ft/f3 kleiner als die untere Grenze, so sollte die Bewegungsstrecke der Kom pensationslinsengruppe vergleichsweise groß angesetzt werden. Es ist deshalb schwierig, den Antriebsmechanismus in ausreichender Weise anzutreiben, um die Kompensationslinsengruppe 22 zur Stabilisierung des Bildes zu bewegen. Übersteigt ft/f3 die obere Grenze, so kann die Bewegungsstrecke zur Kompensa tion klein gehalten werden. Die Aberrationen bei Dezentrierung der Kompensati onslinsengruppe können jedoch beträchtlich sein, so daß zur Kompensation der Aberrationen weitere Linsen in der Kompensationslinsengruppe vorgesehen sein sollten, wodurch deren Gewicht ansteigen würde. Die Steuerung der genauen Bewegung einer solch schweren Linsengruppe würde vergleichsweise schwierig sein.

Vorzugsweise ist auch die Bedingung (5) erfüllt.

0,09 < L3/y < 0,25 (5)

worin
L3 einen äquivalenten Luftabstand bezeichnet zwischen einer dem Objekt am nächsten angeordneten Fläche der Kompensationslinsengruppe und einer dem Bild am nächsten angeordneten Fläche der Kompensa tionslinsengruppe.

Ist L3/y kleiner als die untere Grenze, d. h. kleiner als 0,09, so ist eine Ausbildung der Kompensationslinsengruppe 22 nicht möglich. Ist dagegen L3/y größer als die obere Grenze, d. h. größer als 0,25, so werden die Abmessungen der Kompensa tionslinsengruppe größer, wodurch das Gewicht der Linsengruppe ansteigt und somit eine genaue Steuerung des Systems zur Kompensation der Bildschwingun gen vergleichsweise schwierig wird.

Das Blendenelement ist mit einem Öffnungs-/Schließmechanismus versehen, wo durch das Gewicht der das Blendenelement enthaltenden Linsengruppe ansteigt. Insbesondere wird in modernen Kompakt-Zoomkameras die Blende auch als Ver schluß verwendet. Das Blendenelement ist deshalb vergleichsweise schwer, so daß es vorzugsweise nicht bewegt wird, wenn die Fokussierlinsengruppe längs der optischen Achse OX und/oder wenn die Kompensationslinsengruppe senk recht zur optischen Achse OX bewegt wird. Auch unter dem Gesichtspunkt, die Ausbreitung unerwünschten Lichtes innerhalb des optischen Systems zu verhin dern, wird das Blendenelement vorzugsweise nicht bewegt, selbst wenn die Fo kussierlinsengruppe und/oder die Kompensationslinsengruppe bewegt wird.

Numerische Beispiele

Im folgenden werden numerische Beispiele optischer Fernrohrsysteme unter Be zug auf die Figuren und Tabellen erläutert.

In den Figuren und Tabellen bezeichnet Fno die F-Zahl, f (mm) die Brennweite, 2 ω den doppelten Feldwinkel, f_B (mm) die hintere Bildweite, r (mm) den Krüm mungsradius einer Fläche (die Werte am Scheitel für asphärische Flächen), d (mm) den Abstand zwischen den Flächen längs der optische Achse, Nd den Bre chungsindex bei einer Wellenlänge von 587,6 nm (d-Linie) und νd die Abbe-Zahl. Ist der Abstand d variabel, so werden der Abstand dw für die Positionierung des optischen Systems im Weitwinkel-Extremum und der Abstand dt für die Positionie rung des optischen Systems im Tele-Extremum in der genannten Reihenfolge als dw-dt angeführt.

Eine asphärische Fläche wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

worin X(h) ein SAG ist, d. h. der Abstand von der Tangentialebene an einem Punkt auf der asphärischen Fläche, in dem die Höhe gegenüber der optischen Achse h beträgt. C ist die Krümmung (1/r) des Scheitels der Fläche, k bezeichnet die Kegelschnittkonstante und A₄, A₆, A₈ und A₁₀ sind Asphärizitätskoeffizienten vierter, sechster, achter und zehnter Ordnung.

Erstes Beispiel

Die Fig. 2A und 2B zeigen den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des optischen Zoom-Systems nach der Erfindung. Fig. 2A zeigt die Anordnung für die Positionierung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum und Fig. 2B die An ordnung für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum.

Das Zoom-System enthält, von der Objektseite aus betrachtet (d. h. in der Zeich nung von der linken Seite aus betrachtet), eine erste Linsengruppe 10 (Flächen Nr. #1 bis #5) mit positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe 20 (Flächen Nr. #6 bis #15) mit einer Blende S und eine dritte Linsengruppe 30 (Flächen Nr. #16 bis #20). Die zweite Linsengruppe 20 hat eine objektseitig der Blende S ange ordnete Fokussier-Linsengruppe 21 und eine rückseitig (in der Figur rechts) an geordnete Kompensationslinsengruppe 22. Sowohl die Fokussierlinsengruppe 21 als auch die Kompensationslinsengruppe 22 haben positive Brechkraft. Die numerischen Daten für das erste Ausführungsbeispiel sind in Tabelle 1 angeführt.

Tabelle 1

Die Kegelschnittkonstante K und die Asphärizitätskoeffizienten A₄, A₆, A₈ sind in Tabelle 2 angeführt. A₁₀ ist in diesem Ausführungsbeispiel gleich Null.

Tabelle 2

Wird die Brennweite des Zoom-Systems vom Weitwinkel-Extremum zum Tele-Ex tremum hin verändert, so nimmt der Abstand der ersten Linsengruppe 10 von der zweiten Linsengruppe 20 zu und der Abstand der zweiten Linsengruppe 20 von der dritten Linsengruppe 30 ab. Die in der zweiten Linsengruppe 20 enthaltene Fokussierlinsengruppe 21 wird bei der Fokussierung gegenüber der Kompensa tionslinsengruppe 22 bewegt, und die Kompensationslinsengruppe 22 wird bei der Bildschwingungskompensation gegenüber der Fokussierlinsengruppe 21 bewegt.

Das Blendenelement S bleibt unbewegt, wenn die Fokussierlinsengruppe 21 oder die Kompensationslinsengruppe 22 bewegt wird.

Die erste Linsengruppe 10 ist eine Linsengruppe mit zwei Gruppen und drei Lin senelementen. Sie enthält, von der Objektseite aus betrachtet, eine positive und eine negative Linse, die miteinander verkittet sind, und eine positive Linse. Die Fokussierlinsengruppe 21 ist eine Linsengruppe mit zwei Gruppen und vier Lin senelementen. Jede ihrer Gruppen enthält eine negative und eine positive Linse, die miteinander verkittet sind. Die Kompensationslinsengruppe 22 besteht aus einer positiven und einer negativen Linse, die miteinander verkittet sind. Die dritte Linsengruppe 30 ist eine Linsengruppe mit zwei Gruppen und drei Linsen elementen. Sie enthält eine negative Linse sowie eine negative und eine positive Linse. Die beiden zuletzt genannten Linsen sind miteinander verkittet.

Die Fig. 3A bis 3C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum. In den dort gezeigten Diagrammen zeigen die durchgezogenen Linien die Aberrationen bei der d-Linie (587,56 nm), die gestrichelten Linien die Aberrationen bei der g-Linie (435,83 nm) und die strichpunktierten Linien die Aberrationen bei der C-Linie (656,27 nm). Die Fig. 4A bis 4C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum.

Die Fig. 5A bis 5C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum, und die Kompensa tionslinsengruppe 22 ist zur Kompensation des Kippwinkels ε = 0,3° gemäß Glei chung (1) bewegt worden. Die Fig. 6A bis 6C zeigen die longitudinalen chromati schen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum, und die Kompensationslinsengruppe 22 ist zur Kompensation des Kippwinkels ε = 0,3° gemäß Gleichung (1) bewegt worden.

Die Brennweiten f1a, f1b und DEC (mm) für ε = 0,3° sind in Tabelle 3 angeführt.

Tabelle 3

Der Abstand s ist am kleinsten, wenn das Zoom-System im Tele-Extremum posi tioniert ist. In diesem Fall ist y = 21,64. Deshalb gilt

s_min/y = 0,29
L3/y = 0,14
νp - νn = 24,5 und ft/f3 = 1,48

Die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels erfüllen die Bedingun gen (2) bis (5).

Zweites Beispiel

Die Fig. 7A und 7B zeigen den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels des Zoom-Systems nach der Erfindung. Fig. 7A zeigt die Anordnung für die Positionie rung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum und Fig. 7B die Anordnung für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum.

Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel enthält das Zoom-System, von der Objektseite aus betrachtet (in der Zeichnung von links aus betrachtet), eine erste Linsengruppe 10 (Flächen Nr. #1 bis #5) mit positiver Brechkraft, eine zweite Linsengruppe 20 (Flächen Nr. #6 bis #15) mit einer Blende S und eine dritte Linsengruppe 30 (Flächen Nr. #16 bis #20). Die zweite Linsengruppe 20 hat eine objektseitig der Blende S angeordnete Fokussierlinsengruppe 21 und eine rückseitig (in der Zeichnung rechts) angeordnete Kompensationslinsengruppe 22. Sowohl die Fokussierlinsengruppe 21 als auch die Kompensationslinsengruppe 22 haben positive Brechkraft. Die numerischen Daten des zweiten Ausfüh rungsbeispiels sind in Tabelle 4 angeführt.

Tabelle 4

Die Kegelschnittkonstante K und die Asphärizitätskoeffizienten A₄ und A₆ sind in Tabelle 5 angeführt. A₈ und A₁₀ sind in diesem Ausführungsbeispiel gleich Null.

Tabelle 5

Die Fig. 8A bis 8C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum. Die Fig. 9A bis 9C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum.

Die Fig. 10A bis 10C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Weitwinkel-Extremum, für den Fall, daß die Kompensationslinsengruppe 22 zur Kompensation der Bildschwingung für ei nen Kippwinkel ε = 0,3° gemäß Gleichung (1) bewegt worden ist. Die Fig. 11A bis 11C zeigen die longitudinalen chromatischen Aberrationen für die Positionierung des Zoom-Systems im Tele-Extremum, für den Fall, daß die Kompensations linsengruppe 22 zur Kompensation der Bildschwingung für den Kippwinkel ε = 0,3° gemäß Gleichung (1) bewegt worden ist.

Die Brennweiten f1a, f1b und DEC (mm) für ε = 0,3° sind in Tabelle 6 angeführt.

Tabelle 6

Der Abstand s ist am kleinsten, wenn das Zoom-System im Tele-Extremum posi tioniert ist. In diesem Fall ist y = 21,64. Es gilt deshalb

s_min/y = 0,37
L3/y = 0,25
νp - νn = 40,3 und
ft/f3 = 1,48

Wie aus dem vorstehend Erläuterten hervorgeht, erfüllt das zweite Ausführungs beispiel die Bedingungen (2) bis (5).

In Tabelle 7 sind die die Gleichungen und Bedingungen betreffenden Werte der Ausführungsbeispiele angeführt.

Tabelle 7

Claims

1. Optisches Zoom-System mit mehreren Linsengruppen (10, 20, 30), die zur Änderung der Brennweite des Zoom-Systems bewegbar sind, wobei eine der Linsengruppen (20) versehen ist mit einem Blendenelement (S), einer zur Fokussierung bewegbaren Fokussierlinsengruppe (21) und einer Kom pensationslinsengruppe (22), die zur Kompensation von durch Handzitter bewegungen auf das Zoom-System übertragenen Bildschwingungen beweg bar ist.

2. Zoom-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blen denelement (S) zwischen der Fokussierlinsengruppe (21) und der Kompen sationslinsengruppe (22) angeordnet ist.

3. Zoom-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ob jektseitig der mit dem Blendenelement (S) versehenen Linsengruppe eine andere Linsengruppe (10) angeordnet ist.

4. Zoom-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dezen trierung der Kompensationslinsengruppe (22) durch die Gleichung (1) fest gelegt ist:
DEC = (f_1a.f_1b.tanε)/(f_1a-f_1b) (1)
worin
DEC eine Bewegungsstrecke der Kompensationslinsengruppe (22) senk recht zur optischen Achse (OX) bezeichnet,
f_1a die zusammengesetzte Brennweite der objektseitig der Kompensati onslinsengruppe (22) angeordneten Linsengruppen bezeichnet, wobei die Kompensationslinsengruppe (22) ausgenommen ist,
f_1b die zusammengesetzte Brennweite der objektseitig der Kompensati onslinsengruppen (22) angeordneten Linsengruppen sowie der Kom pensationslinsengruppe (22) bezeichnet und
ε einen Winkel angibt, um den die optische Achse (OX) um einen Punkt gedreht ist) in dem sie eine objektseitige Fläche einer dem Objekt am nächsten liegenden Linse schneidet.

5. Zoom-System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingung (2) erfüllt ist:
0,15 < s_min/y < 0,5 (2)
worin
s_min einen minimalen Wert eines äquivalenten Luftabstandes zwischen ei ner Linsenfläche oder einer Blendenebene, die objektseitig der Kom pensationslinsengruppe (22) dieser am nächsten angeordnet ist, und einer Linsenfläche oder einer Blendenebene, die bildseitig der Kom pensationslinsengruppe (22) dieser am nächsten angeordnet ist, be zeichnet und
y die größte Bildhöhe des Zoom-Systems bezeichnet.

6. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kompensationslinsengruppe (22) mindestens zwei Linsen enthält.

7. Zoom-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom pensationslinsengruppe (22) mindestens eine positive und mindestens eine negative Linse enthält.

8. Zoom-System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationslinsengruppe (22) mindestens ein verkittetes Linsenpaar aus einer positiven und einer negativen Linse enthält und die Bedingung (3) er füllt ist:
20 < νp - νn (3)
worin
νp ein Mittel der Abbe-Zahlen der in der verkitteten Linse enthaltenen positiven Linsen und
νn ein Mittel der Abbe-Zahlen der in der verkitteten Linse enthaltenen ne gativen Linsen bezeichnet.

9. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kompensationslinsengruppe (22) mindestens eine asphärische Fläche enthält.

10. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bedingung (4) erfüllt ist:
1,0< ft/f3 < 2,0 (4)
worin
ft die Brennweite des Zoom-Systems bei dessen Positionierung im Tele- Extremum und
f3 die Brennweite der Kompensationslinsengruppe (22) ist.

11. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bedingung (5) erfüllt ist:
0,09 < L3/y < 0,25 (5)
worin
L3 ein äquivalenter Luftabstand einer dem Objekt am nächsten angeord neten Fläche der Kompensationslinsengruppe (22) von einer dem Bild am nächsten angeordneten Fläche der Kompensationslinsengruppe (22) ist.

12. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Blendenelement (S) bei Bewegen der Kompensati onslinsengruppe (22) senkrecht zur optischen Achse des Zoom-Systems unbeweglich ist.

13. Zoom-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Blendenelement bei der zur Fokussierung bestimm ten Bewegung der Fokussierlinsengruppe (21) unbeweglich ist.