DE2408871A1

DE2408871A1 - Zoomobjektiv

Info

Publication number: DE2408871A1
Application number: DE19742408871
Authority: DE
Inventors: Eiichi Takano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1973-02-24
Filing date: 1974-02-23
Publication date: 1974-08-29
Also published as: JPS49112631A; JPS5141354B2; US3918797A

Description

Anmelder: Canon Kabushiki Kaisha, No. 3-chome, Shimomaruko, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Zoom-Objektiv

Die Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung befasst sich mit Zoom-Objektiven, insbesondere mit derartigen Zoom-Objektiven, welche eine verschiebbare Blende aufweisen.

Die Zoom-Objektive lassen sich im Hinblick auf die Wirkung einer Blende in zwei große Gruppen unterteilen. Man darf davon ausgehen, daß die meisten Zoom-Objektive der einen Gruppe Zoom-Glieder enthalten, z.B. ein Variatorglied und ein Kompensätorglied, die für den Zoom-Betrieb beweglich sind, eine Blende, die soweit dies den, Zoom-Betrieb betrifft, als stationär verbleibt, und ein Relaissystem. Diese Glieder sind in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite des Objektives aus gerechnet angeordnet. Ein derartiges Zoom-Objektiv soll im folgenden als Zoom-Objektiv

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mit stationärer Blende "bezeichnet" werden. Die andere Gruppe der Zoom-Objektive verwendet eine Blende, die so angeordnet ist, daß sie während des Zoom-Betriebs verschoben werden kann und zwar in einem Raum, der zwischen den beweglichen Gliedern liegt. Derartige Zoom*-Objektive sollen im folgenden als "Zoom-Objektive mit verschieblicher Blende" bezeichnet werden.

Bei einem Zoom-Objektiv mit stationärer Blende ist die Blende an einer Stelle angeordnet, bei der das axiale Strahlenbündel während des Zoom-Betriebs nicht geändert wird, so daß es nicht notwendig ist, die Öffnung der Blende entsprechend der Bewegung des Variator-und des Kompensatorgliedes zu steuern. Auch in dem Relaissystem wird das Strahlenbündel, das durch die Blende mit konstanter Öffnung hindurchgeht, nicht von dem Zoom-Betrieb geändert, so daß die Restaberrationen höherer Ordnung in dem Relaissystem abgeglichen werden können. Das Zoom-Objektiv mit stationärer. Blende kann in einer Farbfernsehkamera verwendet werden, da das Strahlenteilersystem, welches dichroitische Spiegel enthält, in dem rückwärtigen Fokus angebracht werden kann. In diesem Falle wird während des Zoom-Betriebs keine Änderung der Farbabschatüung hervorgerufen.

Ein Nachteil des Zoom-Objektivs mit ,stationärer Blende beruht jedoch darin, daß die Blende eine bemerkenswert- große Strecke rückwärts von der Mitte des gesamten Objektivs angeordnet sein muß'. Eine derartige Anordnung der Blende macht die Verwendung von vergrößerten Durchmessern für die vorderen Linsenglieder notwendig, da ansonsten die wirksame Leistungsfähigkeit des Objektivs nicht über den gesamten Zoom-Bereich aufrechterhalten werden kann, insbesondere in den Lagen mit kürzester Brennweite. Eine Vergrößerung des Durchmessers der Frontlinsengruppe erhöht die Schwierigkeit, die Aberrationen zu korrigieren. Es läßt sich daher bei einem Zoom-Objektiv mit stationärer Blende ein großer Bildfeldwinkel nicht verwirklichen, insbesondere wenn dieses ein großes Zoom-Verhältnis und eine große relative Öffnung aufweist.

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Zev oben bescEüriebene Maehteil wird bei einem Zoom-Objektiv ...It verschiebbarer· Blende überwunden, das im Journal of SMPTE, August I960, Seite 538, Fig. 5, dargestellt ist. Bei dieser. Objektiv ist öle Blende verschiebbar in einem verhältnismäßig kurzen Abstand von der Mitte des gesamten Objektivs angeordnet^ woraus siebt der Vorteil ergibt, daß der Durchmesser des Fron«- linsengliedes abnissEt- Dieses Objektiv weist jedoch keine ce.— artige LiBsengruppe auf, das im Falle der Durchführung des Zoom-Betriebs das axiale Lichtbündel, das durch es-hindurch ■· tritt, über den gesamten Zoom-Bereich unverändert bleibe, u... aie Restabenrationen mit den Aberrationen höherer Ordnung &.': ^- gleichen, welche in der Linsengruppe bestehen. Einer der G-... aafür, daß ein Abgleich bei dem Fehlen einer derartigen Lir.^ '■-gruppe unmöglich ist, beruht darin, vorausgesetzt,daß das Zz:.::.-Verhältnis auf einen niedrigeren Wert beschränkt ist, daß die Glieder Tür die Aberrationen höherer Ordnung der in das axxaln Strahlenbündel endenden Linsengruppe den für die Stabilisieru/.r der Aberrationen bei dem Zoom-Betrieb notwendigen Freiheitsg.-ac überschreiten.

Desweiteren lassen sich Zoom-Objektive mit verschiebbarer ~ .. _ae bei denen die Äustrittspupillen während des Zoom-Betriebs v-_-' schoben werden, nicht bei Farbfernsehkameras verwenden, da sich hierdurch der Farbwert im großen Maße ändert, solange das Strahlenteilersystem im rückwärtigen Fokus angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die oben erwähnten Macnteile im Falle eines Zoom-Objektivs mit verschiebbarer Blende zu beheben.' Her vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zoom-Objektiv zu schaffen, das eine 31ende aufweist, die bei der Durchführung des Zoom-Betriebeverschoben wird, während nichtsdestotrotz der Korrektionszustand der Bildaberrationen über den gesamten Zoom-Bereich hervorragend bleibt. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruches gelöst.

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ORIGINAL INSPECTED

Mit der Erfindung wird ein Zoom-Objektiv mit verschiebbarer Blende geschaffen, das -sich für eine Verwendung in einer stationären Farbfernsehkamera eignet, ohne daß hierbei eine Änderung des Farbtons, d.h. der Farbwertesignale, durch die Verschiebung der Blende hervorgerufen wird.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, daß ein Zoom-Objektiv mit einer Blende und vier koaxial angeordneten Gliedern von Linsenelementen geschaffen wird, welche bezüglich des einfallenden Lichtes derart angeordnet sind, daß das erste Glied zum Zwecke der Scharfeinstellung in axialer Richtung bewegt werden kann, daß das zweite Glied für den Zoombetrieb in axialer Richtung bewegt werden kann und wobei das erste und das zweite Glied vor der Blende angeordnet sind, daß das dritte Glied mit dem zweiten Glied bewegt werden kann und daß das vierte Glied während des Zoom-Betriebs stationär verbleibt j wobei das dritte und das vierte Glied hinter der Blende angeordnet sind, wobei die Blende längs der optischen Achse verschoben wird, während die Lage des von dem dritten Glied erzeugten Blendenbildes in Bezug auf das vierte Glied während :es Zoom-Betriebs festgehalten wird und wobei die öffnung der verschobenen Blende gleichzeitig so eingestellt wird, daß der Durchmesser der Austrittspupille der Blende konstant gehalten wird, so daß die gleichzeitig durch die Verschiebung der Blende hervorgerufene Änderung des F-Wertes kompensiert wird.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, der von der Anordnung herrührt, daß die Blende näher an der Mitte des gesamten Objektivs angebracht werden.„kann als es bisher möglich war, ist uerjenige, daß der Durchmesser der Frontlinsenkomponenten um einen großen Betrag bezüglich der Durchmesser der restlichen Objektivkomponenten vermindert werden kann, gegenüber dem Durchmesser, den das" Zoom-Objektiv bei einer anderen Konstruktion aufweisen würde. Die Austrittspupille wird während des Zoom-Betriebs festgehalten, so daß das axiale Lichtbündel der konstanten Winkelausdehnung zu dem vierten Glied gelangt . Hierbei ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, daß die Restaberrationen durch eine

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geeignete Konstruktion des vierten Gliedes oder des Relaislinsengliedes abgeglichen werden können. Ein Konstruktionsbeispiel des Relaislinsengliedes ist derart gewählt, daß Aberrationen höherer Ordnung des Relaisgliedes so eingestellt werden, daß sie mit Aberrationen niederer Ordnung ausgeglichen sind. In diesem Falle läßt sich eine große Änderung"von Aberrationen höherer Ordnung mit dem Zoom-Betrieb verhindern, so daß man lediglicn die Aberrationen niedrigerer Ordnung für den gesamten Zoom-Bereich abgleichen muß. Die Aberrationen niedrigerer Ordnung sind zahlenmäßig weniger, so daß sie verhältnismäßig leicht korrigiert werden können. Darüberhinaus wird das Strahlenbünael im rückwärtigen Fokus von dem Zoom-Betrieb nicht beeir.träclrci " so daß ein Strahlenteilersystem einer Farbfernsehkamera in aeu rückwärtigen Fokus angeordnet werden kann. Mit der Erfindung wird somit ein Zoom-Objektiv mit einer Blende und vier koaxial in axialen Abständen voneinander angeordneten Linsengliedern geschaffen, wobei das erste zu Fokusierungszwecken bewegliche 31:.eö und das zweite für den Zoom-Betrieb bewegliche Glied vor d<=r-Blende angeordnet sind, während das dritte mit dem zweiten Glied bewegliche Glied und das vierte stationäre Glied hinter der ■ Blende angeordnet sind. Bei der Durchführung des Zoom-Betriebs wird die Blende verschoben, während die Lage, der Austrittspupille von der Blende, die durch das dritte Glied gebildet ist, gegenüber dem vierten Glied konstant gehalten wird. Die öffnung der verschobenen Blende wird gleichzeitig so eingestellt, daß der Durchmesser der Austrittspupille während des Zoom-Betriebs konstant gehalten wird. Hierdurch wird die von der Verschiebung hervorgerufene Änderung des F-Wertes kompensiert. -Es gelingt mit dieser Anordnung den Durchmesser des Frontlinsengliedes relativ zu vermindern mit einer gleichzeitigen Abnahme in den Aberrationen, da die Blende in einer kurzen Entfernung von der Mitte des Gesamtobjektivs angeordnet werden kann, wie es bisher nicht möglich war. Das axiale Strahlenbündel, das durch die feste Austritt spupille hindurchgehen kann, wird in dem vie.rten Glied hinsichtlich seiner winkelmäßigen Erstreckung während des Zoom-Betriebs nic-ht geändert, so daß Aberrationen höherer Ordnung durch eine geeignete Konstruktion des vierten Gliedes über den gesamten Zoom-Bereich stabilisiert werden können. .

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ORIGINAL INSPECTED

Das Zoom-Objektiv kann mit einer Farbfernsehkamera verwendet werden, in die man deren Strahlenteilersystem hinter dem vierten Glied anbringt, da eine Veränderung in dem Farbton durch den Zoom-Betrieb nicht hervorgerufen wird.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:

Pig. 1 schematisch in graphischer -Darstellung die Wirkung der Blendenverschiebung auf die Lage der Austrittspupille, wobei die Objektivglieder durch eine Anordnung von dünnen Linsen wiedergegeben sind, wobei die Zoom-Komponenten in unterschiedlicher Beziehung zueinander bewegt werden, wenn ein Zoom-Betrieb in einer Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs durchgeführt wird.

Fig. 2 schematisch.eine graphische Darstellung desselben Effekts für eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zoom-Objektivs.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Zoom-Objektiv dargestellt, das fünf dünne Linsenglieder enthält, die in der folgenden angegebenen Reihenfolge bezüglich des einfallenden Lichtes angeordnet sind. Das erste Glied L₁ kann zur Scharfeinstellung bewegt werden. Es ist jedoch während des Zoom-Betriebs stationär und weist eine sammelnde Brechkraft auf. Das zweite Glied L₂ stellt ein vorderes Zoom-Glied mit zerstreuender 3rechkräft dar. Es ist längs der optischen Achse derart verschiebbar, wie dies durch die Linie (1) wiedergegeben wird, wenn ein Zoom-Betrieb von dem Bereich der längsten Brennweiten zu dem Bereich der kürzesten^Brennweiten durchgeführt wird. Das dritte Linsenglied L-z ist ein rückwärtiges Zoom-Glied mit sammelnder Brechkraft. Es ist mit dem vorderen Zoom-Glied Lp in der durch die Kurve (2) dargestellten V/eise beweglich. Das vierte und das fünfte Gliec bilden ein Relaissystem, das während des Zoom-Betriebes stationär verbleibt, wobei sie eine zerstreuende und eine sammelnde Brechkraft aufweisen. Das Zoom-Objektiv ist mit einer Blende S versehen, die vor dem rückwärtigen Zoom-Glied L, angeordnet ist.

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Die Blende S wird in der aus der Kurve (3) ersichtlichen Weise während des Zoom-Betriebes verschoben, so daß die Lage eines Bildes S' der Blende S₅ welche von dem rückwärtigen Glied L^. gebildet wird, gegenüber dem Heiaissystem während des gesainten Zoom-Bereichs stationär verbleibt, beispielsweise in einer Entfernung a von dem Glied L₂,. In diesem Falle wird die Öffnung der verschobenen Blende gleichzeitig so eingestallt, daß die von der Verschiebung hervorgerufene Änderung in dem öffnungsverhältnis kompensiert wird. Mit P ist eine Brennebene, mit S die Blendenl^ge bei einem Zoom-Objektiv gemäß dem Stand der Technik bezeichnet. Herkömmlicherweise wird die Blende im allgemeinen hinter dem Kompensatorglied angeordnet und kurz vor dem Relaissystem, so daß man annehmen kann, daß die Austrittspupille der Blende S, welche von dem Glied L,, - d.h. dem Kompensator, gebildet wird, an den gleichen Ort zu liegen kommt wie die Blende S selbst. Bei dem erfindungsgemäßen Zoom-Objektiv wird jedoch die Austrittspupille S^f an einer um eine große Entfernung/^a von der Lage der Blende S nach vorne verschobenen Stelle gebildet.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 dargestelle Zoom-Objektiv abgewandelt, indem das dritte und das vierte Glied durch Glieder ersetzt sind, die eine zerstreuende und eine sammelnde Brechkraft aufweisen. Aufgrund der zerstreuenden Brechkraft des dritten Gliedes wird die Lage der Austrittspupille S¹ beidseitig von der Blende S erzeugt, wobei jedoch die Wirkung der Blendenverschiebung hinsichtlich der Lage der Äustrittspupille die gleiche ist wie in Fig. 1.

Bei dem Stand der Technik werden das vorderseitige und das rückwärtige bewegliche Glied für den Zoom-Betrieb bei der vorliegenden Erfindung allgemein als "Variator¹¹ und "Kompensator" bezeichnet. Es spielt jedoch keine Rolle,welches das Vordere und welches das Hintere oer beiden ist, da in einigen Zoom-Objektiven das vordere und das rückwärtige Zoom-Glied als Variator und Kompensator in einem Teil des gesamten Zoom-Betriebs arbeiten, während sie in einem anderen Bereich als Kompensator und Variator wirken. Die vorliegende Erfindung ist auf beide Fälle anwendbar.

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Aus diesem Grunde werden das vordere und das rückwärtige Glied, die für den Zoom-Betrieb bewegt werden,in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung nicht als Variator und Kompensator bezeichnet.

Das Zoom-Objektiv kann gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und entsprechend den folgenden numerischen in den Tabellen 1 und 2 wiedergegebenen Vierten konstruiert werden. In den Tabellen sind die Werte für die Brennweite f des Gesamtobjektivs, die Brennweiten f^ mit f,- der Objektivkomponenten L₁ mit L₅, die axialen Abstände d. mit d^ der aufeinanderfolgenden Objektivglieder- wobei jedoch dp und d^ die Abstände von der Blende gemessen wiedergeben- den rückwärtigen Fokus bf und das Zoom-Verhältnis Z wiedergegeben.

	179,0	^dl	Tabelle 1	^ 54,546 r	^ 203,845
f =			15,745 ,
^fl ⁼	-35,0	^d2		r^ 69,785 ^	y 113,519
			= ■ 1,776 .
^f2 =		^d3		■^ 54,109 ^	^ 11,5
			= 131,417,
S	38,0	^d4		^ 16,326 -	^ 6,0
			14,714 ,
^f3 ⁼	-31,0	^d5		^ 17,187	^y 26,388
			9,5 r
^f4 ⁼	52,0			_/ 45,0 ,.	^J 45,0
			= 45,0 ^
^f5 *				,798
			bf = 68	,947
		•Ζ = 12	,513
		a =-33	,0
		Aa =-31

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.Tabelle 2

f =	201	,05	^dl ⁼	16,401	^y 37,950	/^ 196,944
^fi ^s
	-3,	20	^d2 =	9,05	r^ 7.8,016	r^ 147,751
^f2 ⁼
			^d3 ⁼	151,084	^ 85,497	^ 16,846
S
	-90	,0	^d4 ^s	22,516	^ 10,647	fsj 2,0
^f3 ⁼
	53,	9	^d5 ⁼	. 14,5	^ 22,989	^ 30,554
^f4 ⁼
	176	,9	60,0 .	^/ 60,0	^y 60,0
^f5 ⁼

bf = 70,087
Z = 12,008

a = -32,510

Aa = -23,5

In praktischen Ausführungsformen der Erfindung, die an spezielle Bauarten von Zoom-Objektiven oder spezielle Bauarten von Zoom-Mechanismen angepasst sind, ist es notwendig, einen gewissen Kompromiß zwischen der Verschiebung der Blende und der Bewegung der Zoom-Glieder einzugehen, damit man eine mechanische Störung oder ein Zusammenstoßen zwischen ihren Halterungen in .einem Teil des gesamten Zoom-Bereichs vermeidet. Das erfindungsgemäße Objektiv läßt sich jedoch niehtsdestotrotz so konstruieren oder auslegen, daß das bekannte Objektiv bezüglich der Minimierung des Frontlinsenglieddurchmessers mit der Auswahl eines abgewandelten variablen Luftspalts zwischen der Blende und dem Zoom-Glied in 'lediglich dem sich gegenseitig störenden Teil des Zoom-Bereichs- verbessert wird,während ein Qualitätsabbildungsvermöge-n über dem Ganzen aufrechterhalten wird. In einigen Fällen sind beispielsweise die Beziehungen, welche in Tabelle 2 wiedergegeben sind, mit der Auswahl von praktischen Objektivparameter.in einem kleinen

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Bereich nahe der Stellung mit der größten Brennweite unverträglich, da sich die Blende S und das dritte Linsenglied L-, gegenseitig stören. In diesem Falle kann die Verschiebung der Blende' S so abgewandelt sein, daß sie der Bewegung des Linsengliedes L, in möglichst nahem gegenseitigen Abstand lediglich in dem störenden Teil des Zoom-Bereichs folgt. Diese Abwandlung be-¹ wirkt, daß das Bild S^f der Blende von der vorgeschriebenen Lage verschoben wird, wobei sich jedoch diese Verschiebung in einem Bereich von Toleranzgrenzen bewegt, soweit hiermit die Konstruktion:.von Zoom-Objektiven für allgemeine Zwecke betroffen ist, auch wenn derartige Toleranzgrenzen für Zoom-Objektive unannehmbar sind, die für eine Verwendung mit Farbfernsehkameras bestimmt sind.

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Claims

Patentanspruch

Zoom-Objektiv mit einem Scharfeinstellungsglied, einer für den Zoom-Betrieb längs der optischen Achse verschiebbaren Linsengruppe und einer verschiebbaren, sowie in ihrer Öffnung veränderbaren Blende, die in einem Abstand innerhalb der verschieblichen Linsengruppe angeordnet-ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relaislinsengruppe (Lh₉L₁-) hinter der beweglichen Linsengruppe (Lp, L,) vorgesehen ist und daß die verschiebliche Blende (S) bei der Durchführung des Zoom-Betriebs verschoben wird, während die Lage eines Bildes (S¹) der Blende (S), welches von der beweglichen Linsengruppe (Lp,L,) erzeugt ist," konstant bezüglich der Re lais lins engruppe (L₁,,Lj-) über -den gesamten Zoom-Betrieb verbleibt.