DE4224394A1 - Zoomlinsen-system - Google Patents

Description

Die Anmeldung basiert auf und beansprucht Prioritäten von den japanischen Anmeldungen mit den Nr. HEI 3-2 73 023, eingereicht am 23. Juli 1991 und HEI 3-2 05 246, eingereicht am 15. August 1991, deren Offenbarung in dieser Anmeldung unter Bezugnahme eingeschlossen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoomlinsen-System, das sich zur Verwendung im Zusammenhang mit einer kleinen Fernsehkamera beispielsweise einer CCTV-Kamera eignet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Zoomlinsensystem von jenem Typ, der eine Brennpunkteinstellung ermöglicht. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Zoomlinsensystem mit einem Zoomverhältnis von 6 bis 12, das sich zur Verwendung im Zusammenhang mit einer kleinen Fernsehkamera beispielsweise einer CCTV-Kamera eignet.

Eine der zu erfüllenden Anforderungen bei kleinen Fernsehkameras des von der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogenen Typs, ist eine kompakte und hochauflösende Abbildungsvorrichtung zu verwenden. Um diese Anforderung zu erfüllen wird ein Aufnahmelinsensystem mit einer kleinen F-Zahl benötigt.

Wenn die F-Zahl eines Linsensystems verkleinert wird, verringert sich ihre Tiefenschärfe zu einem derartigen Ausmaß, daß Fehler beim Anbringen der Abbildungsvorrichtung manchmal größer werden als die Tiefenschärfe jenes Linsensystems. In einem derartigen Fall ist eine Brennpunkteinstellung nach Anbringen der Abbildungseinrichtung notwendig.

In vielen Fällen wird das gleiche Linsensystem mit verschiedenen Arten von Fernsehkameras verwendet und in Abhängigkeit von der spezifischen Art von Kamera können Filter beispielsweise eine Frontplatte, ein IR-Filter oder ein Tiefpaßfilter vor der Abbildungsebene vorgesehen werden oder nicht, oder deren Dicke wird sich verändern und als Folge davon muß der Brennpunkt des Linsensystems entsprechend der Dicke des verwendeten Filters eingestellt werden. In herkömmlichen Fernsehkameras wird eine Brennpunkteinstellung für eine einzelne Kamera durchgeführt, indem das Linsensystem als Ganzes bewegt wird wenn es in der Kamera angebracht ist.

Jedoch besitzt dieses herkömmliche Einstellverfahren das Problem, daß wenn ein zur Diskussion stehendes Linsensystem in verschiedenen Arten von Fernsehkameras angebracht werden soll, eine Verschlechterung der Aberrationen aufgrund von verschiedenen Filterdicken auftritt, wobei es für das Linsensystem schwierig ist, seine volle Leistungsfähigkeit zu entfalten. Eine weitere Anforderung, die von kleinen Fernsehkameras von der Art, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, erfüllt werden muß, ist die Gesamtgröße kompakt genug zu machen um mit den kleinen Abmessungen von Abbildungseinrichtungen die sie verwenden kompatibel zu sein. Außerdem wird das Zoomlinsensystem wünschenswerterweise so kompakt wie möglich gemacht um außerdem einen bestimmten Raum für elektrische Teile beispielsweise einen elektrischen Motor und eine Blenden-Stopeinheit sicherzustellen.

Jedoch besitzen die bis jetzt bekannten Vier-Gruppen-Zoomlinsensysteme mit einem Öffnungsverhältnis von 1 : 1.2 und Zoomverhältnissen von circa 6 bis 12 Nachteile hinsichtlich der Tatsache, daß die vierte Linsengruppe aus wenigstens sieben Linsenelementen zusammengesetzt ist, oder daß ihre Gesamtlänge nicht angemessen klein ist.

Zusätzlich besitzen derartige Zoomlinsensysteme einen Blendenanschlag, der zwischen den dritten und den vierten Linsengruppen oder innerhalb der vierten Linsengruppe an einer Position vergleichsweise nahe an dem Objekt vorgesehen ist, und somit der Durchmesser eines durch den Blendenanschlag hindurchgehenden Lichtstrahls groß genug ist, um einen sperrigen Anschlagmechanismus zu benötigen.

Die Erfindung ist unter diesen Umständen durchgeführt worden und besitzt die Aufgabe ein Zoomlinsensystem zu schaffen, das eine einfache Brennpunkteinstellung sogar dann erlaubt, wenn große Fehler beim Anbringen einer Abbildungseinrichtung auftreten, oder die eine einfache Einstellung eines Brennpunktes entsprechend der Dicke von zu verwendenden Filtern erlaubt, wobei die Verschlechterung von Aberrationen unterdrückt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Zoomlinsensystem gelöst, das in der Reihenfolge von der Objektseite umfaßt: Eine erste Linsengruppe, die während eines Zoomens festbleibt und die eine positive Brechkraft besitzt, eine zweite Linsengruppe, die eine Zoommöglichkeit besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und die eine negative Brechkraft besitzt, eine dritte Linsengruppe, die eine Möglichkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, und eine vierte Linsengruppe, die eine Abbildungsmöglichkeit besitzt, während eines Zoomens festbleibt und eine positive Brechkraft besitzt, wobei die vierte Linsengruppe in Reihenfolge von der Objektseite eine Untergruppe 4a mit einer positiven Brechkraft und eine Untergruppe 4b mit einer positiven Brechkraft besitzt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der Untergruppe 4b entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (1)  0,20<m<0,70
• (2)  0,40<f4a/f4b<0,79

wobei
m: die Quervergrößerung der Untergruppe 4b;
f4a: die Brennweite der Untergruppe 4a; und
f4b: die Brennweite der Untergruppe 4b
ist.

Zusätzlich der Bedingung für 0,20<m<0,70 erfüllt das Zoomlinsensystem der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die folgenden Bedingungen:

• (5)  1,00<ΣI4b<5,00,

wobei
ΣI4b die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten der Untergruppe 4b
ist.

Die vorliegende Erfindung schafft als eine weitere Aufgabe ein kompaktes Vier-Gruppenzoomlinsensystem, das eine kleine Anzahl von Linsenelementen in der vierten Linsengruppe verwendet und das erlaubt, einen Blendenanschlag näher an der Abbildungsebene anzuordnen als im Stand der Technik.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch ein Zoomlinsensystem gelöst werden, das in der Reihenfolge von der Objektseite umfaßt: Eine erste Linsengruppe, die während eines Zoomens festbleibt und eine positive Brechkraft besitzt, eine zweite Linsengruppe, die eine Zoommöglichkeit besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, eine dritte Linsengruppe, die eine Möglichkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, und eine vierte Linsengruppe die eine Abbildungsmöglichkeit besitzt, während eines Zoomens festbleibt und die eine positive Brechkraft besitzt, wobei die vierte Linsengruppe eine erste Untergruppe 4a, die in Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt, und eine zweite Untergruppe 4b umfaßt, die in Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt, wobei das Zoomlinsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (6)  0,8<fM/f4<1,4
• (7)  0,75<f4/f4a<1,35
• (2)  0,4<f4a/f4b<0,79
• (8)  1,715<N4ap
• (9)  0,4<L4a/fM<0,65,

wobeifM=;
fw: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende;
ft: die Brennweite des Gesamtsystems am Teleobjektivende;
f4: die Brennweite der vierten Linsengruppe;
N4ap: der durchschnittliche Brechungsindex der positiven Linsenelemente in der Untergruppe 4a; und
L4a: die Gesamtlänge der Untergruppe 4a
ist.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt, der das Zoomlinsensystem von Beispiel 1 an dem Weitwinkelende zeigt;

Fig. 2 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 1 an dem Weitwinkelende erhaltene Aberrationskurven darstellen;

Fig. 3 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 1 bei dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 4 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 1 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 5 ein vereinfachter Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem am Weitwinkelende zeigt, das aus dem System von Beispiel 1 hervorgegangen ist, indem die Entfernung zwischen den Untergruppen 4a und 4b um 0,5 mm verkürzt wurde;

Fig. 6 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 5 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 7 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 5 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven zeigen;

Fig. 8 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 5 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 9 einen vereinfachten Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem an dem Weitwinkelende zeigt, das aus dem System von Beispiel 1 hervorgegangen ist, indem die planparallele Platte, die sich am nächsten zu dem Bild befindet 1,0 mm dicker gemacht wird, wobei die sich ergebende Brennpunktverschiebung durch Verkürzung der Entfernung zwischen den Untergruppen 4a und 4b korrigiert wird;

Fig. 10 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 9 bei dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 11 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 9 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 12 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 9 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 13 ein vereinfachter Querschnitt, der das Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Weitwinkelende zeigt;

Fig. 14 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 15 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 16 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 17 einen vereinfachten Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem an dem Weitwinkelende zeigt, das aus dem System aus Beispiel 2 hervorgegangen ist, indem die Entfernungen zwischen den Untergruppen 4a und 4b um 0,5 mm verkürzt wurde;

Fig. 18 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 17 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 19 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 17 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 20 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 17 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 21 einen vereinfachten Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem an dem Weitwinkelende zeigt, das aus dem System aus Beispiel 2 hervorgegangen ist, indem die planparallele Platte die sich am nächsten zu dem Bild befindet 1,0 mm dicker gemacht wurde, wobei die sich ergebende Brennpunktverschiebung durch Verkürzung der Entfernung zwischen den Untergruppen 4a und 4b korrigiert wird;

Fig. 22 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 21 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 23 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 21 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 24 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Fig. 21 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 25 einen vereinfachten Querschnitt, der das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 3 an dem Weitwinkelende zeigt;

Fig. 26 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 3 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 27 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 3 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 28 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 3 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 29 einen vereinfachten Querschnitt der das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 4 an dem Weitwinkelende zeigt;

Fig. 30 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 4 an dem Weitwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen;

Fig. 31 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 4 an dem Mittenwinkelende erhaltenen Aberrationskurven darstellen; und

Fig. 32 eine Anzahl von Kurvenverläufen, die die mit Zoomlinsensystem aus Beispiel 4 an dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen.

Mehrere Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Jedes der Zoomlinsensysteme entsprechend der Beispiele umfaßt vier Gruppen, die in der Reihenfolge einer positiven Gruppe, einer negativen Gruppe und einer positiven Gruppe angeordnet sind. Die erste Linsengruppe umfaßt in der Reihenfolge der Objektseite eine verkittete Linse, bestehend aus einem positiven Linsenelement, das an ein negatives Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche gekittet ist, und ein positives Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche.

Die zweite Linsengruppe umfaßt in der Reihenfolge von der Objektseite ein negatives Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche mit kleinem Krümmungsradius, ein bikonkaves Linsenelement und ein von diesem bikonkaven Linsenelement durch einen kleinen Abstand beabstandetes positives Linsenelement.

Die dritte Linsengruppe besteht aus einem negativen Linsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konkaven Oberfläche eines kleinen Krümmungsradius.

Die vierte Linsengruppe umfaßt die erste Untergruppe 4a die in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt, und die zweite Untergruppe 4b, die in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt.

Jedes der Linsensysteme entsprechend der Beispiele erfüllt die Bedingungen (1) und (2).

Bedingung (1) betrifft die Einstellung eines hinteren Brennpunkts. Falls der obere Grenzwert dieser Bedingung überschritten wird, wird sich der hintere Brennpunkt nur um einen kleinen Betrag im Ansprechen auf die Bewegung der Untergruppe 4b ändern und somit erhöht sich der Betrag von einzustellendem hinteren Brennpunkt, welches die Verwendung eines sperrigen Einstellmechanismus erfordert. Falls der untere Grenzwert von Bedingung 1 nicht erreicht wird, wird sich der hintere Brennpunkt um einen großen Betrag ändern, aber zugleich werden Aberrationen zu so einem Ausmaß ansteigen, daß es schwierig wird sie effektiv zu korrigieren. Das Problem ist besonders auffallend, wenn der hintere Brennpunkt eingestellt wird. Zusätzlich werden Lichtstrahlen von der Untergruppe 4a fast parallel zu der optischen Achse austreten, so daß das reflektierte Licht von der Untergruppe 4b und von darauffolgenden Komponenten durch das Filter eine weitere Reflektion erleiden um wieder auf der Bildebene einzufallen, falls ein Nd-Filter oder irgendein anderes Filter vor der Untergruppe 4b vorgesehen ist, wodurch die Möglichkeit des Auftretens von Geisterbildern oder Verzerrungen vergrößert wird.

Bedingung (2) spezifiziert die Brechkraft der Untergruppen 4a und 4b und muß erfüllt sein um ein Brechkraftgleichgewicht in der vierten Linsengruppe zu erreichen. Durch Festlegen der Untergruppe 4a auf eine größere Brechkraft als die Untergruppe 4b um so Bedingung (2) zu erfüllen, können die sphärische Aberration und Astigmatismus in einer ausgeglichenen Art und Weise korrigiert werden und zugleich kann eine Defokussierung aufgrund von Veränderungen in der sphärischen Aberration effektiv korrigiert werden. Falls der obere Grenzwert von Bedingung (2) überschritten wird, wird die Brechkraft der Untergruppe 4a unzulässig klein oder alternativ wird die Brechkraft der Untergruppe 4b zu groß. In jedem Fall werden sich erhöhte Aberrationen aufgrund der Bewegung der Untergruppe 4b zur Brennpunkteinstellung entwickeln. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (2) nicht erreicht wird, wird die Brechkraft der Untergruppe 4a übermäßig wodurch es schwierig wird, die sphärische Aberration und Astigmatismus die sich während eines Zoomens entwickeln, effektiv zu korrigieren.

Das Linsensystem der Beispiele erfüllt außerdem die folgenden Bedingungen (3) bis (5):

• (3)    0,90<f4b/f4p<1,50
• (4)  -2,10<f4b/f4n<-1,20
• (5)    1,00<ΣI4b<5,00,

wobei
f4p: die Brennweite des ersten Linsenelements in der Untergruppe 4b;
f4n: die Brennweite der negativen zweiten Linsengruppe der Untergruppe 4b;
m: die Quervergrößerung der Untergruppe 4b; und
ΣI4b: die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten von Untergruppe 4b ist.

Bedingungen (3) und (4) betreffen die Brechkraftverteilung in der Untergruppe 4b und sie müssen erfüllt sein um sicherzustellen, daß die Aberrationen die sich entwickeln wenn die Untergruppe 4b zur Brennpunkteinstellung bewegt wird, effektiv unterdrückt werden um die mögliche Verschlechterung der Leistungsfähigkeit zu reduzieren.

Falls der obere Grenzwert von Bedingung (3) überschritten wird, werden sowohl die positive Brechkraft des ersten Linsenelements in Untergruppe 4b als auch die negative Brechkraft des zweiten Linsenelements in der gleichen Untergruppe 4b übermäßig und höher geordnete Aberrationen werden sich entwickeln. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (3) nicht erreicht wird, wird die Effektivität eines Anordnens eines positiven Elementes als die erste Linse der Untergruppe 4b reduziert, wohingegen die positive Brechkraft, die von der Untergruppe 4a übernommen werden soll, übermäßig wird.

Falls der obere Grenzwert von Bedingung (4) überschritten wird, können die Aberrationen, die sich in der positiven Untergruppe 4a und in dem positiven ersten Linsenelement der Untergruppe 4b entwickeln nicht effektiv korrigiert werden. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (4) nicht erreicht wird, werden solche Aberrationen überkorrigiert.

Bedingung (5) sollte erfüllt sein, um sicherzustellen, daß die Änderungen von Brennweite und sphärischer Aberration aufgrund der Änderung der Dicke eines Filters gleichzeitig durch Bewegen der Untergruppe 4b korrigiert werden können. Falls der obere Grenzwert dieser Bedingung überschritten wird, wird sphärische Aberration überkorrigiert. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (5) nicht erreicht wird, wird die sphärische Aberration unterkorrigiert.

Die Koeffizienten von sphärischer Aberration die im folgenden aufgelistet sind, sind die Werte die erhalten werden, wenn die Brennweite des Gesamtsystems an dem Weitwinkelende als 1 berechnet wird.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt ein Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Spezifische numerische Daten für dieses System sind in Tabellen 1 und 2 angegeben in denen r den Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche bezeichnet, d die Linsendicke oder den Luftraum zwischen Linsenoberflächen, N den Brechungsindex an der d-Linie, ν die Abbe-Zahl, f die Brennweite der d-Linie (588 nm), fB den hinteren Brennpunkt, FNo. die F-Zahl, und ω den Halbsichtswinkel.

Fig. 2, 3 und 4 sind Kurvenverläufe die die mit dem Zoomlinsensystem von Beispiel 1 an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Im folgenden wird eine kurze Beschreibung einer Brennpunkteinstellung durchgeführt, bei der die Quervergrößerung der Untergruppe 4b als m bezeichnet wird, die Entfernung zwischen den Untergruppen 4a und 4b als Δab, und der Betrag der Brennpunktverschiebung als Δp.

In den Zoomlinsensystemen der Beispiele ist ein als eine planparallele Platte (definiert von Oberflächen 20 und 21) dienendes Filter zwischen Untergruppen 4a und 4b vorgesehen. Es soll daraufhingewiesen werden, daß dieses Filter nicht zu irgendeiner der Linsengruppen gehört und daß somit der Abstand zwischen den Untergruppen 4a und 4b durch d19 + d20 + d21 ausgedrückt werden soll.

Die Brennpunktverschiebung aufgrund Bewegung der Untergruppe 4b wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Δab = Δp/(l-m²).

Es soll zum Beispiel der Fall betrachtet werden, bei dem die Position an der die Abbildungsebene angebracht ist näher an das Linsensystem gebracht wird, als der Entwurfswert von 0,41 mm. Falls m = 0,43, dann ist ab = -0,5. Mit anderen Worten falls d21 um 0,5 mm auf 4,07 mm wie in Fig. 5 gezeigt wird, reduziert wird, wird TL oder der Abstand von der ersten Linsenoberfläche zu der Abbildungsebene von 72,00 mm auf 71,59 mm verkleinert, wodurch eine Brennpunkteinstellung von -0,41 mm ermöglicht wird.

Fig. 6, 7, und 8 sind Kurvenverläufe die die mit dem Zoomlinsensystem von Beispiel 1 an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven nach Brennpunkteinstellung darstellen.

Wenn der Brechungsindex der planparallelen Platte definiert von den 28. und 29. Oberflächen vor der Abbildungsebene als n bezeichnet wird und der Betrag der Änderung der Dicken d18 als Δt, ist die folgende Beziehung erfüllt:
Δab = -(l-n^-1) Δt/(l-m²).

Es soll zum Beispiel der Fall betrachtet werden, bei dem die planparallele Platte gegen eine dickere Platte mit dem Wert von d28 angehoben um 1 mm auf 5,70 mm ersetzt wird. Dann gilt Δab = -0,42. Mit anderen Worten, falls d21 um 0,42 mm auf 4,15 mm wie in Fig. 9 gezeigt verkleinert wird, wird TL bei 72,00 mm festgehalten, wodurch ermöglicht wird, die Brennpunktverschiebung, die in Ansprechen auf die Dickenänderung der planparallelen Platte auftritt, zu korrigieren.

Fig. 10, 11 und 12 sind Kurvenverläufe, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 1 an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen, nachdem es bezüglich einer Brennpunktverschiebung korrigiert wurde.

Falls die Dicke von Filtern zunimmt, wird sich die sphärische Aberration, die sich im Linsensystem mit großer Öffnung entwickelt theoretisch in eine Plusrichtung ändern. Somit wird die oben erwähnte Bedingung (5) vorzugsweise erfüllt, um sicherzustellen, daß sich die sphärische Aberration in eine Minusrichtung ändert, wenn die Abstände zwischen Linsengruppen Δab verkleinert wird.

Beispiel 2

Fig. 13 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Spezielle numerische Daten für dieses System sind in Tabellen 3 und 4 angegeben. Fig. 14, 15 und 16 sind Kurvenverläufe, die die mit diesem System an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen.

Tabelle 3

Tabelle 4

Beispielsweise soll der Fall von Beispiel 2 betrachtet werden, bei dem die Position an der sich die Abbildungsebene befindet näher an das Linsensystem als der Entwurfswert von 0,39 mm gebracht wird. Falls m = 0,48 ist, dann ist Δab = -0,5. Mit anderen Worten, falls d21 um 0,5 mm auf 7,80 mm wie in Fig. 17 gezeigt verkleinert wird, wird TL oder der Abstand von der ersten Linsenoberfläche zur Abbildungsebene von 85,55 mm auf 85,16 mm verkleinert, wodurch eine Brennpunkteinstellung von -0,39 mm ermöglicht wird.

Fig. 18, 19 und 20 sind Kurvenverläufe, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen nachdem eine Brennpunkteinstellung vorgenommen wurde.

Zum Beispiel soll der Fall betrachtet werden wo diese planparallele Platte, definiert durch die 28. und 29. Oberflächen vor der Abbildungsebene durch eine dickere Platte mit dem Wert von d28 vergrößert von 1 mm auf 5,70 mm ersetzt wird. Dann ist Δab = -0,44. Mit anderen Worten, falls d21 um 0,44 mm auf 7,86 mm wie in Fig. 21 gezeigt verkleinert wird, wird TL bei 85,55 mm festgehalten, wodurch es möglich wird die Brennpunktverschiebung die in Ansprechen auf die Änderung der Dicke der planparallelen Platte auftritt, zu korrigieren.

Fig. 22, 23 und 24 sind Kurvenverläufe, die die mit dem Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen, nachdem es bezüglich einer Brennpunktverschiebung korrigiert wurde.

Tabelle 5 zeigt, wie Bedingungen (1) bis (5) in Beispielen 1 und 2 erfüllt sind.

Tabelle 5

In jedem der Zoomlinsensysteme von Beispielen 1 und 2 befindet sich eine planparallele Platte äquivalent einem Filter an der Position eines Blendenanschlages zwischen den Untergruppen 4a und 4b. Jedoch ist diese planparallele Platte keineswegs ein wesentliches Element für die vorliegende Erfindung und ein System, das eine derartige planparallele Platte nicht enthält, fällt auch in den Umfang der vorliegenden Erfindung.

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung ein Zoomlinsensystem, das sich zur Verwendung mit kleinen Fernsehkameras eignet, das billig ist, ein kleines Öffnungsverhältnis besitzt, kompakt ist und ein Zoomverhältnis von ca. 6 bis 12 aufweist.

Weitere Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Um die Untergruppe 4a aus drei Elementen zusammenzu­ setzen, die in der Reihenfolge eines positiven, eines positiven und eines negativen Elementes angeordnet sind und um sicherzustellen, daß Aberrationen effektiv auf ein solches Ausmaß korrigiert werden, das die Untergruppe als eine Linse mit großer Öffnung mit einer F-Zahl von ca. 1,2 verwendet werden kann, wird vorzugsweise eine positive Linse als das erste Element der Untergruppe 4b verwendet.

Der Blendenanschlag zum Einstellen der Lichtmenge ist zwischen den Untergruppen 4a und 4b vorgesehen. Durch Anordnen des Blendenanschlages in der vierten Linsengruppe an einer Position vergleichsweise nahe an der Abbildungsebene, kann die Größe des Anschlagmechanismus herabgesetzt werden, welches zu niedrigeren Kosten führt.

Jedes der Linsensysteme entsprechend der folgenden Beispiele erfüllt Bedingungen (6), (7), (2), (8) und (9).

Bedingung (6) betrifft die Brechkraft der vierten Linsengruppe. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Viergruppentyp besitzt die vierte Linsengruppe in dem System der vorliegenden Erfindung eine größere Brechkraft, um eine kompakte Anordnung zu realisieren. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (6) nicht erreicht wird, wird die Länge der vierten Linsengruppe zu groß, um das gesamte Linsensystem kompakt zu machen. Falls der obere Grenzwert von Bedingung (6) überschritten wird, wird die Brechkraft der vierten Linsengruppe übermäßig und derartig große Aberrationen werden sich in der vierten Linsengruppe entwickeln, das es schwierig wird, sie mit einer angemessenen kleinen Anzahl von Linsenelementen zu korrigieren.

Bedingungen (7) und (2) spezifizieren die Brechkraft der Untergruppen 4a und 4b und sie müssen erfüllt sein, um ein Brechkraftgleichgewicht innerhalb der vierten Linsengruppe mit einer großen Brechkraft zu erzielen. Falls die oberen Grenzwerte dieser Bedingungen überschritten werden, werden die Brechkräfte der Untergruppen 4a und 4b übermäßig und es ist schwierig, daß eine kleine Anzahl von Linsenelementen eine effektive Korrektur von Aberrationen so erreicht, daß die Öffnung auf eine F-Zahl von ungefähr 1,2 erhöht werden kann. Falls die unteren Grenzwerte von Bedingungen (7) und (2) nicht erreicht werden, kann das gesamte Linsensystem nicht kompakt gemacht werden.

Indem die Brechkraft der Untergruppe 4a ausreichend größer als diejenige der Untergruppe 4b gemacht wird, um Bedingung (2) zu erfüllen, kann die vierte Linsengruppe kompakt gemacht werden und zugleich sphärische Aberration und Astigmatismus in einer ausgeglichenen Art und Weise korrigiert werden.

Bedingung (8) spezifiziert den durchschnittlichen Brechungsindex der positiven Linsenelemente in der Untergruppe 4a. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, kann eine gewünschte Brechkraft mit den zwei positiven Linsenelementen nicht erreicht werden, außer ihre Krümmungsradien werden verkleinert, aber dann ist es schwierig, die sphärische Aberration zu einem derartigen Ausmaß zu unterdrücken, daß solche positiven Elemente bei einer Linse mit großer Blendenöffnung mit einer F-Zahl von ca. 1,2 angewendet werden können. Mit anderen Worten, falls die Bedingung (8) nicht erfüllt ist, muß die Untergruppe 4a aus wenigstens drei positiven Linsenelementen zusammengesetzt sein, um die sphärische Aberration zu unterdrücken, aber dies hat ganz einfach zur Folge, daß die Erfordernisse für kleinere Größenabmessungen und niedrigere Kosten nicht erfüllt werden.

Bedingung (9) betrifft die Gesamtlinsenlänge der Untergruppe 4a. Falls der obere Grenzwert dieser Bedingung überschritten wird, führt die Verwendung von drei Elementen zu einer übermäßigen Linsendicke und ein kompaktes System kann nicht erhalten werden. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (9) nicht erreicht wird, muß die Linsendicke sowohl in der Mitte als auch auf dem Umfang verkleinert werden, aber dies stellt eine Schwierigkeit bei der Linsenherstellung dar.

Die Linsensysteme der Beispiele erfüllen außerdem die folgenden Bedingungen (10) bis (12):

• (10)    0,12<L4ab/ft<0,25
• (11)    0,9<f4b/fp<1,5
• (12)  -2,1<f4b/fn<-1,2

wobei
L4ab: der Abstand zwischen Untergruppen 4a und 4b;
fp: die Brennweite des positiven ersten Linsenelements in der Untergruppe 4b; und
fn: die Brennweite des negativen zweiten Linsenelements in der Untergruppe 4b
ist.

Bedingung (10) spezifiziert den Abstand zwischen Untergruppen 4a und 4b, um sicherzustellen, daß von der Untergruppe 4a austretende Lichtstrahlen durch die Untergruppe 4b gehen, um an einer geeigneten Position abgebildet zu werden. Durch Erfüllen dieser Bedingung können die Brechkräfte von Untergruppen 4a und 4b mit den sich in ihnen entwickelnden Aberrationen in Gleichgewicht gebracht werden und als Folge davon kann die vierte Linsengruppe als ein Ganzes kompakt gemacht werden. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (10) überschritten wird, wird die Gesamtlänge der vierten Linsengruppe übermäßig und sie ist nicht mehr kompakt. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (10) nicht erreicht wird, wird es schwierig, eine Krümmung des Feldes und Verzerrung zu korrigieren.

Bedingungen (11) und (12) betreffen die Brechkraftverteilung in der Untergruppe 4b. Falls der obere Grenzwert von Bedingung (11) überschritten wird, werden sowohl die positive Brechkraft des ersten Linsenelements in Untergruppe 4b als auch die negative Brechkraft des zweiten Linsenelements in derselben Untergruppe übermäßig und höher geordnete Aberrationen werden sich entwickeln. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (11) nicht erreicht wird, wird die Effektivität des Anordnens eines positiven Elements als die erste Linse der Untergruppe 4b herabgesetzt, wohingegen die positive Brechkraft, die von der Untergruppe 4a übernommen werden muß, übermäßig wird. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (12) überschritten wird, können die sich in der positiven Untergruppe 4a und in dem positiven ersten Linsenelement in der Untergruppe 4b entwickelnden Aberrationen nicht effektiv korrigiert werden. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (12) nicht erreicht wird, werden diese Aberrationen überkorrigiert.

Beispiel 3

Fig. 25 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Spezifische numerische Daten für dieses System sind in den Tabellen 6 und 7 angegeben. Fig. 26, 27 und 28 sind Kurvenverläufe, die die mit diesem System an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen.

Tabelle 6

Tabelle 7

Beispiel 4

Fig. 29 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Spezifische numerische Daten für dieses System sind in den Tabellen 8 und 9 angegeben. Fig. 30, 31 und 32 sind Kurvenverläufe, die die mit diesem System an dem Weitwinkelende, dem Mittenwinkelende bzw. dem Teleobjektivende erhaltenen Aberrationskurven darstellen.

Tabelle 8

Tabelle 9

Tabelle 9 zeigt, wie Bedingungen (2) und (6) bis (12) in den Beispielen 1 bis 4 erfüllt sind.

Tabelle 10

Wie auf den vorangegangenen Seiten beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung ein Zoomlinsensystem, das sich zur Verwendung mit kleinen Fernsehkameras eignet, das niedrige Kosten aufweist, ein kleines Öffnungsverhältnis aufweist, kompakt ist und ein Zoomverhältnis von ungefähr 6 bis 12 besitzt.

Claims (16)

1. Zoomlinsensystem umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite, eine erste Linseneinheit, die während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoommöglichkeit besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, eine dritte Linseneinheit, die eine Möglichkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes aufweist, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsmöglichkeit besitzt, während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, wobei die vierte Linseneinheit in der Reihenfolge von der Objektseite eine Untergruppe 4a mit einer positiven Brechkraft und eine Untergruppe 4b mit einer positiven Brechkraft umfaßt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegung der Untergruppe 4b entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (1)  0,20<m<0,70
• (2)  0,40<f4a/f4b<0,79,

wobei
m: die Quervergrößerung der Untergruppe 4b;
f4a: die Brennweite der Untergruppe 4a; und
f4b: die Brennweite der Untergruppe 4b
ist.

2. Zoomlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppe 4b in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfaßt und die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (3)    0,90<f4b/f4p<1,50
• (4)  -2,10<f4b/f4n y 1,20

wobei
f4p: die Brennweite des positiven ersten Linsenelementes in der Untergruppe 4b; und
f4n: die Brennweite des negativen zweiten Linsenelementes in der Untergruppe 4b
ist.

3. Zoomlinsensystem umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linsengruppe, die während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, eine zweite Linsengruppe, die eine Zoommöglichkeit besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, eine dritte Linsengruppe, die eine Möglichkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brennkraft besitzt, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsmöglichkeit besitzt, während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, wobei die vierte Linsengruppe in der Reihenfolge von der Objektseite eine Untergruppe 4a mit einer positiven Brechkraft und eine Untergruppe 4b mit einer positiven Brechkraft umfaßt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der Untergruppe 4b entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (1)  0,20<m<0,70
• (5)  1,00<ΣI4b<5,00,

wobei
m: die Quervergrößerung der Untergruppe 4b; und
ΣI4b: die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten der Untergruppe 4b
ist.

4. Zoomlinsensystem umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linseneinheit, die während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoommöglichkeit besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, eine dritte Linseneinheit, die eine Möglichkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während eines Zoomens bewegt und eine negative Brechkraft besitzt, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsmöglichkeit besitzt, während eines Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft besitzt, wobei die vierte Linseneinheit eine erste Untergruppe 4a umfaßt, die in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt, und eine zweite Untergruppe 4b umfaßt, die in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfaßt und eine positive Gesamtbrechkraft besitzt, wobei das Zoomlinsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (6)  0,8<fM/f4<1,4
• (7)  0,75<f4/f4a<1,35
• (2)  0,4<f4a/f4b<0,79
• (8)  1,715<N4ap
• (9)  0,4<L4a/fM<0,65,

wobeifM=;
fw: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende;
ft: die Brennweite des Gesamtsystems am Teleobjektivende;
f4: die Brennweite der vierten Linsengruppe;
f4a: die Brennweite der Untergruppe 4a;
f4b: die Brennweite der Untergruppe 4b;
N4ap: der durchschnittliche Brechungsindex der positiven Linsenenlemente in der Untergruppe 4a; und
L4a: die Gesamtlänge der Untergruppe 4a
ist.

5. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe in der Reihenfolge von der Objektseite eine verkittete Linse umfaßt, die aus einem positiven Linsenelement, die an ein negatives Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche gekittet ist, und einem positiven Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche besteht.

6. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linsengruppe in der Reihenfolge von der Objektseite ein negatives Meniskuslinsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konvexen Oberfläche mit kleinem Krümmungsradius, ein bikonkaves Linsenelement, und einem von dem bikonkaven Linsenelement durch einen kleinen Abstand beabstandetes positives Linsenelement umfaßt.

7. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe aus einem negativen Linsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konkaven Oberfläche mit kleinem Krümmungsradius besteht.

8. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blendenanschlag zum Einstellen der Lichtmenge zwischen der Untergruppe 4a und der Untergruppe 4b vorgesehen ist.

9. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die folgende Bedingung erfüllt:

• (10)  0,12<L4ab/ft<0,25

wobei
L4ab: der Abstand zwischen Untergruppen 4a und 4b;
ist.

10. Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, das außerdem die folgenden Bedingungen erfüllt:

• (11)    0,9<f4b/fp<1,5
• (12)  -2,1<f4b/fn<-1,2,

wobei
fp: die Brennweite des positiven ersten Linsenelements in der Untergruppe 4b; und
fn: die Brennweite des negativen zweiten Linsenelements in der Untergruppe 4b
ist.