DE3935696A1 - Zoomsucher - Google Patents

Zoomsucher

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zoomsucher zur Verwendung bei Kameras und betrifft insbesondere einen Zoomsucher, der einen Schlitzverschluß aufweist, kompakt ist und eine hohe Vergrößerung liefert.
Moderne "Schlitzverschluß"-Kameras haben eine im Abbildungslinsensystem eingebaute Zoomlinse. Dies hat Anlaß zu den Erfordernissen gegeben, einen Zoomsucher im optischen Suchersystem anzuordnen. Zoomsucher dieser Art sind bekannt und bestehen aus drei Linsengruppen mit einer positiven, negativen und positiven Prägungskraft, gesehen von der Objektseite, wobei die negative Linsengruppe längs der optischen Achse bewegbar ist, um das Zoomen zu bewirken. Beispiele dieser Art von Zoomsuchern sind in den japanischen offengelegten, nicht geprüften Patentanmeldungen Nr. 61-87 122 und 63-52 114 beschrieben.
Bei diesen üblichen Zoomsuchern besteht jedoch das Problem, daß ihre Vergrößerung so gering ist, daß das Objekt sehr klein im Sichtfeld erscheint.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zoomsucher der obengenannten Art derart weiterzubilden, daß er eine hohe Vergrößerung und ein zufriedenstellendes Suchen ohne Steigerung seiner Größe liefert.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst, d. h., es wird ein Zoomsucher geschaffen, umfassend folgende Linsen, gesehen von der Objektseite: eine positive, längs einer optischen Achse bewegbare erste Linse; eine negative, längs der optischen Achse bewegbare zweite Linse; eine negative, dritte, mit einer augenseitigen, als Halbspiegel dienenden Oberfläche; eine parallelplanare, in Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegbare Scheibe mit einem optischen Rahmen auf einer Oberfläche, der den Abbildungsrahmen angibt; und eine vierte positive Linse.
Dieser Zoomsucher bewirkt ein Zoomen durch Bewegen der ersten und zweiten Linsen längs der optischen Achse und kompensiert die Parallaxe durch Bewegen der parallelplanaren Scheibe in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse. Dieser Zoomsucher erfüllt die folgenden Bedingungen:
0,5 < f₁/LDt < 1,5 (1)
0,1 < |f₂|/LDt < 0,7 (2)
R 2 < 0 (3)
R 3 < 0 (4)
0,1 < R 3/R 2 < 0,9 (5)
wobei:
f₁ die Brennweite der ersten Linse;
f₂ die Brennweite der zweiten Linse;
LDt die gesamte Linsenlänge bei kleinem Sichtfeld und hoher Vergrößerung;
R 2 der paraxiale Krümmungsradius der zweiten, von der Objektseite her gesehenen Oberfläche; und
R 3 der paraxiale Krümmungsradius der dritten, von der Objektseite her gesehenen Oberfläche ist.
Jede der Linsen im Zoomsucher gemäß der Erfindung ist ein einziges Linsenelement, wobei die dritte und vierte Linse festliegen. Der erfindungsgemäße Zoomsucher verwendet vorzugsweise aspherische Linsen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfüllt die dritte Oberfläche von der Objektseite her gesehen (d. h. die Oberfläche der zweiten Linse, die auf der Objektseite liegt) die folgende Bedingung:
0,003 < Δ X₃(0,2 LDt)/LDt < 0,05 (6)
wobei Δ X ein Versetzungsbetrag der aspherischen Oberfläche darstellt und die Geometrie der aspherischen Oberfläche bestimmt wird durch:
wobei:
α der Index zur Bestimmung einer Brechungsfläche;
H die Höhe von der optischen Achse;
K der Koeffizient einer gekrümmten Fläche zweiter Ordnung;
R ein paraxialer Krümmungsradius; und
A 2i der Koeffizient einer aspherischen Oberfläche höherer Ordnung ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt eines Zoomsuchers gemäß einer ersten Ausführungsform, die in Beispiel 1 beschrieben ist, unter der Bedingung eines weiten Sichtfelds und einer geringen Vergrößerung;
Fig. 2 ein Diagramm von Aberrationskurven des Zoomsuchers gemäß Fig. 1;
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt eines Zoomsuchers gemäß der ersten Ausführungsform, die in Beispiel 1 beschrieben ist, unter den Bedingungen eines kleinen Sichtfelds und einer hohen Vergrößerung;
Fig. 4 ein Diagramm der Aberrationskurven des Zoomsuchers gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ein Diagramm der Aberrationskurven eines Albada- Suchers gemäß der ersten Ausführungsform, die in Beispiel 1 beschrieben ist;
Fig. 6 einen Schnitt eines Zoomsuchers gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in Beispiel 2 beschrieben ist, unter der Bedingung eines weiten Sichtfelds und einer geringen Vergrößerung;
Fig. 7 ein Diagramm der Aberrationskurven des Zoomsuchers gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Zoomsuchers gemäß der zweiten Ausführungsform, die in Beispiel 2 beschrieben ist, unter der Bedingung eines schmalen Sichtfelds und einer hohen Vergrößerung;
Fig. 9 ein Diagramm der Aberrationskurven des Zoomsuchers gemäß Fig. 8; und
Fig. 10 ein Diagramm der Aberrationskurven eines Albada- Suchers gemäß der zweiten Ausführungsform, die in Beispiel 2 beschrieben ist.
Der Linsenaufbau des Zoomsuchers ist bereits oben beschrieben worden. Die obigen Bedingungen (1) bis (5) müssen von dem Zoomsucher erfüllt werden, wohingegen die Bedingung (6) bevorzugt, jedoch fakultativ ist. Jede dieser Bedingungen wird im folgenden beschrieben.
Bedingung (1): 0,5 < f₁/LDt < 1,5
Die Bedingung (1) bezieht sich auf das Verhältnis der Brennweite der ersten Linse zur Gesamtlinsenlänge bei kleinem Sichtfeld und hoher Vergrößerung. Wenn die untere Grenze der Bedingung nicht erreicht wird, nimmt die Kraft der ersten Linse zu, und man kann durch eine kleine Bewegung der ersten und zweiten Linse ein hohes Zoomverhältnis erreichen, es wird jedoch schwierig, Koma und Verzerrung zu kompensieren. Umgekehrt nimmt, wenn die obere Grenze der Bedingung (1) überschritten wird, die Kraft der ersten Linse ab, wodurch man eine leichte Kompensation für Koma und Verzerrung erreicht, man jedoch kein hohes Zoomverhältnis erhält, ohne die erste und zweite Linse um einen großen Betrag zu bewegen. Dies ist ebenfalls unerwünscht, da die Gesamtlinsenlänge zunimmt.
Bedingung (1): 0,1 < |f₂|/LDt < 0,7
Die Bedingung (2) bezieht sich auf das Verhältnis der Brennweite der zweiten Linse zur Gesamtlinsenlänge bei kleinem Sichtfeld und hoher Vergrößerung. Wenn die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird, nimmt die Kraft der zweiten Linse zu, und man kann ein hohes Zoomverhältnis durch eine kleine Bewegung der ersten und zweiten Linse erreichen, jedoch wird es schwierig, Koma und Verzerrung zu kompensieren. Wenn umgekehrt die obere Grenze der Bedingung (2) überschritten wird, nimmt die Kraft der zweiten Linse ab, wodurch man eine leichte Kompensation von Koma und Verzerrung erreicht, man jedoch kein hohes Zoomverhältnis ohne Bewegen der ersten und zweiten Linse um einen großen Betrag erhalten kann. Dies ist ebenfalls unerwünscht, da die Gesamtlinsenlänge zunimmt.
Bedingung (3): R 2 < 0; R 3 < 0
Die Bedingungen (3) und (4) beziehen sich auf Werte der paraxialen Krümmungsradien der zweiten und dritten Oberfläche. Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt werden, sind die erste und zweite Linse nicht in der Lage, eine hohe Kraft zu erzeugen und müssen um einen hohen Betrag bewegt werden, um ein hohes Zoomverhältnis zu verwirklichen. Dies ist unerwünscht, da die Gesamtlinsenlänge zunimmt.
Bedingung (5): 0,1 < R 3/R 2 < 0,9
Die Bedingung (5) bezieht sich auf das Verhältnis des paraxialen Krümmungsradius der dritten Oberfläche zu dem der zweiten Oberfläche. Wenn die untere Grenze dieser Bedingung nicht erreicht wird, unterscheiden sich die Formen der zweiten und dritten Oberfläche so groß, daß es schwierig wird, eine wirksame Kompensation von Koma zu erreichen, wenn das Sichtfeld klein und die Vergrößerung gering ist. Wenn umgekehrt die obere Grenze der Bedingung (5) überschritten wird, nehmen nicht nur die Kraft der ersten und zweiten Linse ab, sondern ihre Formen werden einander ähnlich. Somit kann Koma leicht bei einem weiten Sichtfeld und einer niedrigen Vergrößerung kompensiert werden. Ein hohes Zoomverhältnis kann jedoch nicht erreicht werden, wenn nicht die erste und zweite Linse um einen großen Betrag bewegt werden.
Bedingung (6): 0,003 < Δ X₃(0,2 LDt)/LDt < 0,05
Die Bedingung (6) bezieht sich auf den Versetzungsbetrag der aspherischen dritten Oberfläche. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, wird es schwierig, wirksam Koma und Verzerrung bei einem weiten Sichtfeld und einer niedrigen Vergrößerung zu kompensieren.
Der Zoomsucher gemäß der Erfindung weist eine parallelplanare Scheibe mit einem optischen Rahmen auf einer Oberfläche auf, die den Abbildungsrahmen angibt. Die parallelplanare Scheibe wird in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegt, um eine leichte Kompensation der Parallaxe zu erreichen, da nur der Rahmen, der den Abbildungsbereich angibt, innerhalb des Sichtfelds des Suchers bewegt werden muß.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Tabellen beschrieben, wobei α die Oberflächenzahl, gezählt von der Objektseite, R α den Krümmungsradius der α-ten Oberfläche, d α den Abstand von der α-ten Oberfläche zu der α + 1-ten Oberfläche, n β ( b ist ein Index zur Angabe des verwendeten optischen Materials) den Brechungsindex an der d-Linie, * eine aspherische Oberfläche, f₃ die Brennweite der dritten Linse, f₄ die Brennweite der vierten Linse und Augenpunkt die Abbildungsseite des Suchers darstellen.
Beispiel 1
In Beispiel 1 dient die sechste Oberfläche als Halbspiegel, während die siebte Oberfläche mit einem optischen Rahmen versehen ist.
Koeffizient der aspherischen Oberfläche
wobei:
f₁ =   32,325
f₂ = -14,143
f₃ = -41,443
f₄ =   32,773
LDt = 29,406
f₁/LDt = 1,099
|f₂|/LDt = 0,481
R 3/R 2 = 0,521
Beispiel 2
In Beispiel 2 dient die sechste Oberfläche als Halbspiegel, während die siebte Oberfläche mit einem optischen Rahmen versehen ist.
Koeffizient der aspherischen Oberfläche
wobei:
f₁ =   29,282
f₂ = -10,983
f₃ = -57,162
f₄ =   32,789
LDt = 30,976
f₁/LDt = 0,945
|f₂|/LDt = 0,355
R 3/R 2 = 0,329
In Fig. 1 bis 5 ist das oben beschriebene Beispiel 1 des Zoomsuchers dargestellt. Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt des Zoomsuchers entsprechend Beispiel 1 unter der Bedingung eines weiten Sichtfelds und einer geringen Vergrößerung. Die positive Linse 10 befindet sich am nächsten an der Objektseite und ist längs der optischen Achse bewegbar. Die negative Linse 20 ist ebenfalls längs der optischen Achse bewegbar. Der Zoomsucher bewirkt das Zoomen durch Bewegen der Linsen 10 und 20 längs der optischen Achse. Die negative Linse 30 ist festgelegt und hat auf der Augenseite eine Oberfläche, die als Halbspiegel dient. Die parallelplanare Platte 40 ist in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegbar. Zusätzlich weist eine Oberfläche der parallelplanaren Platte 40 einen optischen Rahmen auf, der den Abbildungsbereich angibt. Der Zoomsucher kompensiert die Parallaxe durch Bewegen der Linse 40 in der Richtung senkrecht zur optischen Achse. Die positive Linse 50 befindet sich am nächsten an der Augenseite und ist festgelegt.
Die Spezifikationen der Linsen 10, 20, 30 und 50 und der Scheibe 40 sind in den Tabellen für Beispiel 1 oben angegeben. Die Oberflächenziffer α in den Tabellen reicht von 1 bis 10, wobei 1 die der Objektseite nächste Oberfläche und 10 die der Augenseite nächste Oberfläche darstellt, wie in Fig. 1 gezeigt.
Fig. 2 ist ein Diagramm der verschiedenen Aberrationskurven des in Fig. 1 dargestellten Zoomsuchers.
Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt des Zoomsuchers gemäß Beispiel 1 unter der Bedingung eines schmalen Sichtfelds und einer hohen Vergrößerung. Die in Fig. 3 dargestellten Elemente sind die gleichen wie in Fig. 1, sind jedoch unterschiedlich infolge der unterschiedlichen Sichtfeld- und Vergrößerungsbedingung angeordnet. Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Aberrationskurven des Zoomsuchers gemäß Fig. 3. Fig. 5 ist ein Diagramm der verschiedenen Aberrationskurven, die man unter Verwendung eines Albada- Suchers gemäß Beispiel 1 erhält.
Fig. 6 bis 10 stellen das oben beschriebene Beispiel 2 dar. Fig. 6 und 8 zeigen vertikale Schnitte des Zoomsuchers gemäß Beispiel 2 unter der Bedingung eines weiten Sichtfelds und einer geringen Vergrößerung bzw. eines schmalen Sichtfelds und einer hohen Vergrößerung. Die Linsen 60, 70, 80 und 100 und die parallelplanare Scheibe 90 entsprechen den Linsen 10, 20, 30 und 50 und der Scheibe 40 gemäß Fig. 1 bzw. 3. Die Linsen 60, 70, 80 und 100 und die Scheibe 90 weisen die in den Tabellen für Beispiel 1 oben angegebenen Spezifikationen auf.
Fig. 7 und 9 sind Diagramme verschiedener Aberrationskurven für den Zoomsucher gemäß Fig. 6 bzw. 8. Fig. 10 ist ein Diagramm der verschiedenen Aberrationskurven, die man unter Verwendung eines Albada-Suchers gemäß Beispiel 2 erhält.
Wie oben beschrieben, weist der Zoomsucher eine einfache Konstruktion auf. Durch Erfüllen der Bedingungen 1 bis 5 (und vorzugsweise der Bedingungen 1 bis 6) erreicht dieser Zoomsucher eine wirksame Kompensation der Aberrationen und ein zufriedenstellendes Suchen trotz seiner Kompaktheit und seiner Fähigkeit, eine hohe Vergrößerung zu liefern.
Der Zoomsucher stellt eine leichte Kompensation der Parallaxe durch Bewegen der parallelplanaren Platte in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse sicher.

Claims (11)

1. Zoomsucher, gekennzeichnet durch folgende Linsen, gesehen von der Objektseite:
  • - eine positive, längs einer optischen Achse bewegbare erste Linse (10);
  • - eine negative, längs der optischen Achse bewegbare zweite Linse (20);
  • - eine negative dritte Linse (30) mit einer augenseitigen, als Halbspiegel dienenden Oberfläche;
  • - eine parallelplanare, in Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegbare Scheibe (40) mit einem optischen Rahmen auf einer Oberfläche, der den Abbildungsrahmen angibt; und
  • - eine positive vierte Linse (50).
2. Zoomsucher nach Anspruch 1, wobei der Zoomsucher das Zoomen durch Bewegen der ersten und zweiten Linse (10, 20) längs der optischen Achse bewirkt.
3. Zoomsucher nach Anspruch 1, wobei der Zoomsucher die Parallaxe durch Bewegen der parallelplanaren Platte (40) in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse bewirkt.
4. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Bedingungen erfüllt: 0,5 < f₁/LDt < 1,5;
0,1 < |f₂|/LDt < 0,7;
R 2 < 0;
R 3 < 0;
0,1 < R 3/R 2 < 0,9;wobei:
f₁ die Brennweite der ersten Linse (10);
f₂ die Brennweite der zweiten Linse (20);
LDt die gesamte Linsenlänge bei kleinem Sichtfeld und hoher Vergrößerung;
R 2 den paraxialen Krümmungsradius der zweiten, von der Objektseite her gesehenen Oberfläche (2); und
R 3 den paraxialen Krümmungsradius der dritten, von der Objektseite her gesehenen Oberfläche (3) darstellen.
5. Zoomsucher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (3) der zweiten Linse (20) auf der Objektseite eine aspherische Oberfläche darstellt und folgende Bedingung erfüllt: 0,003 < Δ X₃(0,2 LDt)/LDt < 0,05;wobei Δ X ein Versetzungsbetrag der aspherischen Oberfläche darstellt und die Geometrie der aspherischen Oberfläche bestimmt wird durch: wobei:
α der Index zur Bestimmung einer Brechungsfläche;
H die Höhe von der optischen Achse;
K der Koeffizient einer gekrümmten Fläche zweiter Ordnung;
R ein paraxialer Krümmungsradius; und
A 2i der Koeffizient einer aspherischen Oberfläche höherer Ordnung ist.
6. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Linsen eine aspherische Linse darstellt.
7. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und vierte Linse festgelegt ist.
8. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zoomsucher einen Schlitzverschluß aufweist.
9. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen ein einziges Lichtelement darstellen.
10. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Tabellen erfüllt werden, wobei α eine Oberflächenziffer, gezählt von der Objektseite, R α der Krümmungsradius der α-ten Oberfläche, d α der Abstand von der α-ten Oberfläche zu der ( α + 1)-ten Oberfläche, n β ( β ist ein Index, der das verwendete optische Material bestimmt) den Brechungsindex an der d-Linie, * eine aspherische Oberfläche, f₃ die Brennweite der dritten Linse, f₄ die Brennweite der vierten Linse und der Augenpunkt die Abbildungsseite des Suchers ist: Koeffizient der aspherischen Oberfläche wobei die sechste Oberfläche (6) als Halbspiegel dient, während die siebte Oberfläche (7) mit einem optischen Rahmen versehen ist, und wobei:
f₁ =   32,325
f₂ = -14,143
f₃ = -41,443
f₄ =   32,773
LDt = 29,406
f₁/LDt = 1,099
|f₂|/LDt = 0,481
R 3/R 2 = 0,521
11. Zoomsucher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er die folgenden Tabellen erfüllt, wobei α eine Oberflächenzahl, gezählt von der Objektseite R a der Krümmungsradius der α-ten Oberfläche, d α der Abstand von der α-ten Oberfläche zu der ( α + 1)-ten Oberfläche, n β (n β ist ein Index zur Bestimmung des verwendeten optischen Materials) der Brechungsindex an der d-Linie, * eine aspherische Oberfläche, f₃ die Brennweite der dritten Linse (80), f₄ die Brennweite der vierten Linse (100) und Augenpunkt der Abbildungsseite des Suchers sind: Koeffizient der aspherischen Oberfläche wobei die sechste Oberfläche (6) als Halbspiegel dient, während die siebte Oberfläche (7) mit einem optischen Rahmen versehen ist, und wobei:
f₁ =   29,282
f₂ = -10,983
f₃ = -57,162
f₄ =   32,789
LDt = 30,976
f₁/LDt = 0,945
|f₂|/LDt = 0,355
R 3/R 2 = 0,329
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