DE202005016398U1

DE202005016398U1 - Zoom-Linsensystem

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Publication number: DE202005016398U1
Application number: DE202005016398U
Authority: DE
Original assignee: Foxlink Image Technology Co Ltd
Current assignee: Foxlink Image Technology Co Ltd
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2015-10-20

Abstract

Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem (100), das in der Reihenfolge von einer Objektseite aus folgendes aufweist:
eine erste Linsengruppe (110) mit negativem Brechungsvermögen;
eine zweite Linsengruppe (120) mit positivem Brechungsvermögen;
eine dritte Linsengruppe (130) mit negativem Brechungsvermögen;
eine vierte Linsengruppe (140) mit positivem Brechungsvermögen;
wobei sowohl die erste Linsengruppe (110) als auch die dritte Linsengruppe (130) und die vierte Linsengruppe (140) aus einem einzelnen Block gebaut sind, die erste Linsengruppe (110) und die vierte Linsengruppe (140) fix sind und die zweite Linsengruppe (120) und dritte Linsengruppe (130) beweglich sind, so daß sie wahlweise in der Weitwinkel-Zoomposition und der Telefoto-Zoomposition zu Zoomzwecken anordbar sind, wobei die erste Linsengruppe (110) zur Fokossierung fein einstellbar ist, sobald das Objekt sich einem anderen Abstand befindet.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoom-Linsensystem und insbesondere ein gestuftes, variables Zoom-Linsensystem mit einer kurzen Gesamtlänge, das für kompakte elektronische Apparate geeignet ist.
2. Diesbezüglicher Stand der Technik
In den letzten Jahren sind kompakte elektronische Apparate mit fotografischer Funktion, beispielsweise einfache Kameras, Mobiltelefone und PDAs (personal digital assistants), immer populärer geworden. Diese kompakten elektronischen Apparate sind so klein geworden, daß sie Zoom-Linsensysteme erfordern, die in ihrer gesamten Länge so klein wie möglich sind, um in ihnen untergebracht zu werden und die möglichst einfach aufgebaut sind.
US-Patent 6 233 099 vom 15.05.2005 offenbart ein Zoom-Linsensystem mit einer ersten Linsengruppe mit einem negativen Brechungsvermögen, einer zweiten Linsengruppe mit einem positiven Brechungsvermögen, einer dritten Linsengruppe mit einem negativen Brechungsvermögen und einer vierten Linsengruppe mit einem positiven Brechungsvermögen, und zwar in der Reihenfolge von der Objektseite. Während des Zoomens aus der Weitwinkel-Zoomposition in die Tele-Zoomposition bewegen sich alle Linsengruppen entlang einer optischen Achse derart, daß die Trennung zwischen der ersten Linsengruppe und der zweiten Linsengruppe sich verringert, die Trennung zwischen der zweiten Linsengruppe und der dritten Linsengruppe sich vergrößert und die Trennung zwischen der dritten Linsengruppe und der vierten Linsengruppe sich verringert. Da alle Linsengruppen für das Zoomen beweglich sind, benötigt das Linsensystem einen komplizierten Zoom-Steuermechanismus, der für kompakte elektronische Apparate nicht geeignet ist. Darüber hinaus ist die bewegliche Konstruktion der Linsengruppen in Bezug auf die Verkürzung der gesamten Länge und die Vereinfachung des Aufbaus des Linsensystems nachteilig. Gravierender jedoch ist, daß aufgrund der ersten beweglichen Linsengruppe das Linsensystem leicht beschädigt werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und hat als Aufgabe, ein gestuftes Zoom-Linsensystem zu schaffen, das eine kurze Gesamtlänge aufweist und einfach sowie kompakt aufgebaut ist.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird erfindungsgemäß ein gestuftes variables Zoom-Linsensystem vorgeschlagen, das in der Reihenfolge von einer Objektseite aus eine erste Linsengruppe mit einem negativen Brechungsvermögen, eine zweite Linsengruppe mit einem positiven Brechungsvermögen, eine dritte Linsengruppe mit negativem Brechungsvermögen und eine vierte Linsengruppe mit positivem Brechungsvermögen aufweist. Sowohl die erste Linsengruppe als auch die dritte Linsengruppe und die vierte Linsengruppe sind aus einem einzelnen Block gefertigt. Die erste Linsengruppe und die vierte Linsengruppe sind fix. Die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe sind beweglich, so daß sie wahlweise in einer Weitwinkel-Zoomposition und der Tele-Zoomposition für das Zoomen angeordnet werden können. Die dritte Linsengruppe ist schließlich zum Fokussieren einstellbar, wenn das Objekt in einem anderen Abstand angeordnet ist.
Wie im obigen zum Ausdruck gebracht, sind sowohl die erste Linsengruppe, die dritte Linsengruppe als auch die vierte Linsengruppe aus einem einzelnen Block gefertigt, so daß das Zoom-Linsensystem einfach und kompakt aufgebaut ist. Während des Zoomens sind die erste und die vierte Linsengruppe in Bezug auf den Bildsensor fix, weshalb das Zoom-Linsensystem eine fixe und kurze Gesamtlänge aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird dem Fachmann durch Lesen der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen offenbart. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Weitwinkel-Zoomposition bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Querschnittsansicht des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Telefoto-Zoomposition der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
3A – 3C sphärische Abbildungsfehler bzw. Astigmatismus und Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Weitwinkel-Zoomposition gemäß der ersten Ausführungsform;
4A – 4C sphärische Abbildungsfehler bzw. Astigmatismus und Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Tele-Zoomposition gemäß der ersten Ausführungsform;
5 eine Querschnittsansicht eines gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Weitwinkel-Zoomposition gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Querschnittsansicht des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems in der Tele-Zoomposition gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
7A – 7C sphärische Abbildungsfehler bzw. Astigmatismus und Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems gemäß der zweiten Ausführungsform in der Weitwinkel-Zoomposition; und
8A – 8C sphärische Abbildungsfehler bzw. Astigmatismus und Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems gemäß der zweiten Ausführungsform in der Tele-Zoomposition.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100 gemäß der Erfindung dargestellt. Das gestufte, variable Zoom-Linsensystem 100 weist, in der Reihefolge von einer Objektseite aus gese hen, eine erste Linsengruppe 110 mit einem negativen Brechungsvermögen, eine zweiten Linsengruppe 120 mit einem positiven Brechungsvermögen, eine dritte Linsengruppe 130 mit einem negativen Brechungsvermögen und eine vierte Linsengruppe 140 mit einem positiven Brechungsvermögen auf.
Die erste Linsengruppe 110 ist aus einem einzigen Block gebaut. Der Ausdruck "einziger Block" bedeutet (a) ein einzelnes Linsenelement oder (b) eine verbundene Linse, die aus mehreren Linsenelementen zusammengesetzt ist, welche miteinander verklebt sind, oder (c) eine hybride Linse, die aus einem gläsernen Linsenelement und einem dünnen Kunstharz-Linsenelement besteht, welche zusammengepreßt sind. Bei der ersten Ausführungsform setzt sich die erste Linsengruppe 110 aus einer doppelkonkaven, negativen Linse 110 zusammen. Die brechende Oberfläche der doppelkonkaven, negativen Linse 110, die dem Objekt zugewandt ist, ist eine sphärische Oberfläche, und eine andere brechende Oberfläche der doppelkonkaven negativen Linse 111, die von dem Objekt entfernt liegt, ist eine nichtsphärische Oberfläche. Um chromatische Abbildungsfehler zu verkleinern, ist die Abbe-Nummer der doppelkonkaven, negativen Linse 111 vorzugsweise größer als 50. Jede nichtsphärische Oberfläche entspricht der folgenden Gleichung:
Hierbei bezeichnet c eine Krümmung des nichtsphärischen Scheitels, S einen Abstand von der optischen Achse, K den konischen Koeffizienten, A₄, A₆, A₈, A₁₀, A₁₂ ... die vierten, sechsten, achten, zehnten, zwölften,... nichtsphärischen Koeffizienten und X die Durchbiegung einer Linie, gezogen von einem Punkt auf der nichtsphärischen Linsenoberfläche in einem Abstand S von der optischen Achse zur Tangentialebene des nichtsphärischen Oberflächenscheitels.
Die zweite Linsengruppe 120 setzt sich aus drei Linsenelementen zusammen, die in der Reihefolge von einer Objektseite aus ein doppelkonvexes Linsenelement 121 mit einem positiven Brechungsvermögen, ein konkav-konvexes Linsenelement 122 mit einem negativen Brechungsvermögen und ein konvex-konkaves Linsenelement 123 mit einem negativen Brechungsvermögen bilden. Um den Abbil dungsfehler zu verringern, sind beide Brechungsoberflächen des dritten konvex-konkaven Linsenelementes 123 nichtsphärische Oberflächen. Jede nichtsphärische Oberfläche entspricht auch der Gleichung (1). Die zweite Linsengruppe 120 weist ferner eine Blendenöffnung (in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt) auf, die an einer Brechungsoberfläche des doppelkonvexen Linsenelementes 121 angebracht ist, das dem Objekt zugewendet ist. Die Blendenöffnung bewegt sich zusammen mit der zweiten Linsengruppe 120.
Die dritte Linsengruppe 130 ist aus einem einzelnen Block gefertigt. Der einzelne Block bildet eine konkav-konvexe negative Linse 131. Beide Brechungsoberflächen der konkav-konvexen, negativen Linse 131 sind nichtsphärische Oberflächen. Jede nichtsphärische Oberfläche erfüllt ebenfalls die Gleichung (1).
Die vierte Linsengruppe 140 ist aus einem einzelnen Block gebaut. Der einzelne Block setzt sich aus einer doppel-konvexen, positiven Linse 141 zusammen. Die vierte Linsengruppe 140 dient zur Verbesserung der Telezentrierung. Die vierte Linsengruppe 140 ist fix. Die vierte Linsengruppe 140 kann den Bildsensor schützen.
Um wieder auf die 1 und 2 zurückzukommen, wird das Zoomen des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100 im folgenden gezeigt.
Bei der vorliegenden Erfindung bewegen sich die erste Linsengruppe i 10 und die vierte Linsengruppe 140 nicht relativ zum Bildsensor, während sich die zweite und dritte Linsengruppe 120 und 130 zwecks Zoomens vorwärts und rückwärts bewegen. Die dritte Linsengruppe 130 ist zur Fokussierung feinjustierbar, sobald das Objekt in einer anderen Entfernung angeordnet ist. Beim Zoomen werden die zweite Linsengruppe 120 und die dritte Linsengruppe 130 so bewegt, daß sie wahlweise die Weitwinkel-Zoomposition und die Tele-Zoomposition einnehmen. Durch Bewegen der zweiten Linsengruppe 120 und der dritten Linsengruppe 130 aus der einen Position in die andere ändert sich die Brennweite des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100. Dieser Zoombetrieb, der nur gewisse diskrete Zoompositionen auswählt, unterscheidet sich von dem kontinuierlichen Zoombetrieb. Bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt die erste Position die Weitwinkel-Einstellung, wie in 1 dargestellt, und die zweite Position die Telefoto-Einstellung, wie in 2 dargestellt.
Die unten angegebene Tabelle 1 gibt die Oberflächennummer in der Reihenfolge von der Objektseite aus an, sowie den Krümmungsradius R (in mm) jeder optischen Oberfläche an der optischen Achse, den Abstand d₁ (in mm) zwischen den Scheiteln der benachbarten optischen Oberflächen, sobald die zweite Linsengruppe 120 in der ersten Stellung angeordnet ist, den Abstand d₂ (in mm) zwischen den Scheiteln benachbarter optischer Oberflächen, sobald die zweite Linsengruppe 120 sich in der zweiten Position befindet, die Abbe-Nummer v und den Brechungsindex n_d (an der d-Linie von ^ = 587,6 nm) jedes Linsenelements für die erste Ausführungsform.
Tabelle 1
Die unten angegebene Tabelle 2 enthält die Werte der Konstanten K, A₄, A₆, A₈, A₁₀, die in der obigen Gleichung (1) für jede nichtsphärische Linsenoberfläche der Tabelle 1 benutzt wird.
Tabelle 2
Bei der ersten Ausführungsform ist die Brennweite jeder Linsengruppe wie folgt:
f₁ = –5,9428, f₂ = 2,8059, f₃ = –21,1167, f₄ = 7,8855.
Hier bezeichnet f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe 110, f₂ die Brennweite der zweiten Linsengruppe 120, f₃ die Brennweite der dritten Linsengruppe 130, f₄ die Brennweite der vierte Linsengruppe 140.
Die 3A – 3C und die 4A – 4C zeigen sphärische Abbildungsfehler bzw. Astigmatismus, bzw. Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100 in der ersten Position bzw. der zweiten Position, gemäß der ersten Ausführungsform. PR in den 3A und 4A bezeichnen den Lichtloch(Pupillen)Halbradius des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100. MF in den 3B – 3C und 4B – 4C bezeichnen das maximale Feld des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100. In den 3A – 3C und den 4A – 4C stehen D, F und C für D-Linie (^ = 546,0740 nm) bzw. F-Linie (^ = 486,1327 nm) bzw. C-Linie (^ = 632,8000 nm). Eine durchgehende Linie S zeigt einen Abbildungsfehler in dem Sagittalbild und eine gebrochene Linie einen Abbildungsfehler in dem Tangentialbild.
In den 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Das gestufte, variable Zoom-Linsensystem 100 der vorliegenden Ausführungsform ist dem gezeigten der ersten Ausführungsform ähnlich. Der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die erste Linseneinheit 131' der dritten Linsengruppe 130' der zweiten Ausführungsform eine doppeltkonkave-negative Linse ist.
Verschiedene Werte der zweiten Ausführungsform sind in den Tabellen 3 und 4 angegeben, wobei dieselben Symbole für dieselben Bedeutungen wie in der ersten Ausführungsform verwendet sind.
Tabelle 3
Die folgende Tabelle 4 gibt die Werte der Konstanten K, A₄, A₆, A₈, A₁₀ an, die in der obigen Gleichung (1) für jede der nichtsphärischen Linsenoberflächen der Tabelle 3 benutzt werden.
Tabelle 4
Bei der zweiten Ausführungsform beträgt die Brennweite jeder Linsengruppe:
f₁ = –5,78, f₂ = 2,70, f₃ = –12,73, f₄ = 6,62.
Hierin bezeichnen f₁ die Brennweite der ersten Linsengruppe 110, f₂ die Brennweite der zweiten Linsengruppe 120, f₃ die Brennweite der dritten Linsengruppe 130', f₄ die Brennweite der vierte Linsengruppe 140.
Die 7A – 7C und 8A – 8C zeigen sphärische Abbildungsfehler, Astigmatismus bzw. die Verzerrung des gestuften, variablen Zoom-Linsensystems 100 in der ersten Position bzw. zweiten Position gemäß der zweiten Ausführungsform. Dieselben Symbole in diesen Figuren haben dieselbe Bedeutung wie in der gezeigten ersten Ausführungsform.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll die Beschreibung und Darstellung keinen begrenzenden Charakter haben. Vielfältige Abänderungen der Erfindung lassen sich an den bevorzugten Ausführungsformen durch den Fachmann vornehmen, ohne daß vom Erfindungsgedanken abgewichen oder der Schutzumfang der Erfindung gemäß den folgenden Ansprüchen überschritten wird.
Ein gestuftes, variables Zoom-Linsensystem weist in der Reihenfolge von einer Objektseite ausgehend eine erste Linsengruppe mit einem negativen Brechungsvermögen, eine zweite Linsengruppe mit einem positiven Brechungsvermögen, eine dritte Linsengruppe mit einem negativen Brechungsvermögen und eine vierte Linsengruppe mit einem positiven Brechungsvermögen auf. Sowohl die erste als auch die dritte und vierte Linsengruppe sind aus einem einzelnen Block gebaut. Die erste Linsengruppe und die vierte Linsengruppe sind fix. Die zweite Linsengruppe und die dritte Linsengruppe sind beweglich, so daß sie wahlweise in der Weitwinkel-Zoomposition und der Tele-Zoomposition für Zoomzwecke angeordnet werden können. Die dritte Linsengruppe ist schließlich zur Fokussierung einstellbar, sobald das Objekt in einer anderen Entfernung angeordnet ist.

Claims

Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem (100), das in der Reihenfolge von einer Objektseite aus folgendes aufweist: eine erste Linsengruppe (110) mit negativem Brechungsvermögen; eine zweite Linsengruppe (120) mit positivem Brechungsvermögen; eine dritte Linsengruppe (130) mit negativem Brechungsvermögen; eine vierte Linsengruppe (140) mit positivem Brechungsvermögen; wobei sowohl die erste Linsengruppe (110) als auch die dritte Linsengruppe (130) und die vierte Linsengruppe (140) aus einem einzelnen Block gebaut sind, die erste Linsengruppe (110) und die vierte Linsengruppe (140) fix sind und die zweite Linsengruppe (120) und dritte Linsengruppe (130) beweglich sind, so daß sie wahlweise in der Weitwinkel-Zoomposition und der Telefoto-Zoomposition zu Zoomzwecken anordbar sind, wobei die erste Linsengruppe (110) zur Fokossierung fein einstellbar ist, sobald das Objekt sich einem anderen Abstand befindet.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe (110) aus einer doppelkonkaven, negativen Linse (111) zusammengesetzt ist, wobei eine brechende Oberfläche der doppelkonkaven, negativen Linse, die dem Objekt zugewendet ist, eine sphärische Oberfläche ist und eine andere brechende Oberfläche der doppelkonkaven, negativen Linse (111), die von dem Objekt weiter entfernt ist, eine nichtsphärische Oberfläche ist.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe (120) eine doppelkonvexes Linsenelement (121) aufweist, das ein positives Brechungsvermögen besitzt, sowie ein konkav-konvexes Linsenelement (122), das ein negatives Brechungsvermögen besitzt, und ein konvex-konkaves Linsenelement (123), das ein negatives Brechungsvermögen besitzt.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Brechungsoberflächen des konvex-konkaven Linsenelements (123) der zweiten Linsengruppe (120) nichtsphärische Oberflächen sind.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linsengruppe (120) ferner eine Blende aufweist, die an einer brechenden Oberfläche des doppel-konvexen Linsenelementes (121) angebracht ist, welche dem Objekt zugewendet ist, und daß die Blende sich zusammen mit der zweiten Linsengruppe (120) bewegt.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe (130) aus einer doppelkonkaven, negativen Linse zusammengesetzt ist, deren beide brechenden Oberflächen nichtsphärische Oberflächen sind.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe (130) aus einer konkav-konvexen negativen Linse (131) zusammengesetzt ist, deren beide brechende Oberflächen nichtsphärische Oberflächen sind.
Gestuftes, variables Zoom-Linsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Linsengruppe (140) aus einer doppelkonvexen, positiven Linse (141) zusammengesetzt ist.