DE4224394B4

DE4224394B4 - Zoomlinsen-System

Info

Publication number: DE4224394B4
Application number: DE4224394A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ito; Yasuyuki Sugano
Original assignee: Pentax Corp; Pentax Precision Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp; Pentax Precision Co Ltd
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2012-07-24
Also published as: US5371630A; DE4224394A1

Abstract

Zoomlinsensystem, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linseneinheit, die während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die die Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Untergruppe (4a) mit positiver Brechkraft und eine zweite Untergruppe (4b) mit positiver Brechkraft umfaßt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der zweiten Untergruppe (4b) entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,20 < m < 0,70 (1) 0,40 < f4a/f4b < 0,79 (2),wobei
m: die Quervergrößerung der zweiten Untergruppe (4b);
f4a: die Brennweite der ersten Untergruppe (4a); und...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoomlinsen-System, das sich zur Verwendung 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 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 derart, 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 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. 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 tritt bei diesem herkömmlichen Einstellverfahren das Problem auf, 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 dahingehend, 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, womit der Durchmesser eines durch den Blendenanschlag hindurchgehenden Lichtstrahls groß genug ist, daß ein sperriger Anschlagmechanismus erforderlich ist.

In der US-A-4 618 219 ist ein Zoomobjektiv beschrieben, das, von der Objektseite her betrachtet, eine erste Linseneinheit positiver Brechkraft zur Scharfeinstellung des Objektivs, eine zweite Linseneinheit negativer Brechkraft zur Änderung des Abbildungsmaßstabs, eine dritte Linseneinheit negativer Brechkraft zum Kompensieren der durch die Änderung des Abbildungsmaßstabs verursachten Bildverschiebung und eine vierte Linseneinheit positiver Brechkraft zur Bilderzeugung hat. Die vierte Linseneinheit enthält, von der Objektseite her betrachtet, eine erste Untergruppe und eine zweite Untergruppe. Die erste Untergruppe hat, von der Objektseite her betrachtet, ein bikonvexes Linsenelement positiver Brechkraft, ein weiteres bikonvexes Linsenelement positiver Brechkraft, ein Linsenelement negativer Brechkraft sowie ein Linsenelement positiver Brechkraft. Die zweite Untergruppe enthält, von der Objektseite her betrachtet, ein bikonkaves Linsenelement negativer Brechkraft, ein bikonvexes Linsenelement positiver Brechkraft sowie ein weiteres bikonvexes Linsenelement positiver Brechkraft.

Der Erfindung liegen die oben erläuterten Umstände zugrunde, und ihre Aufgabe ist es, 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 Linseneinheit, die während des Zoomens festbleibt und positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die eine Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens festbleibt und positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit in Reihenfolge von der Objektseite eine erste Untergruppe mit positiver Brechkraft und eine zweite Untergruppe mit positiver Brechkraft besitzt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der zweiten Untergruppe entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,20 < m < 0,70 (1) 0,40 < f4a/f4b < 0,79 (2) wobei

m:: die Quervergrößerung der zweiten Untergruppe;
f4a:: die Brennweite der ersten Untergruppe; und
f4b:: die Brennweite der zweiten Untergruppe

ist.

Zusätzlich zur Bedingung für 0,20 < m < 0,70 erfüllt das Zoomlinsensystem der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die folgenden Bedingungen: 1,00 < εI4b < 5,00 (5),wobei

εI4b: die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten der zweiten Untergruppe

ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Vier-Gruppenzoomlinsensystem zu schaffen, das eine kleine Anzahl von Linsenelementen in der vierten Linsengruppe verwendet und es 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 Linseneinheit, die während des Zoomens festbleibt und positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die eine Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens festbleibt und die positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit eine erste Untergruppe, die, in Reihenfolge von der Objektseite, aus einem positiven Linsenelement, einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement besteht und positive Gesamtbrechkraft hat, und eine zweite Untergruppe umfaßt, die, in Reihenfolge von der Objektseite, aus einem positiven Linsenelement, einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement besteht und positive Gesamtbrechkraft hat, wobei das Zoomlinsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,8 < fM/f4 < 1,4 (6) 0,75 < f4/f4a < 1,35 (7) 0,4 < f4a/f4b < 0,79 (2) 1,715 < N4ap (8) 0,4 < L4a/fM < 0,65 (9),wobei

fM: = √(fw × ft);
fw:: die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende;
ft:: die Brennweite des Gesamtsystems am Teleobjektivende;
f4:: die Brennweite der vierten Linseneinheit;
f4a:: die Brennweite der ersten Untergruppe;
f4b:: die Brennweite der zweiten Untergruppe;
N4ap:: der durchschnittliche Brechungsindex der positiven Linsenelemente in der ersten Untergruppe; und
L4a:: die Gesamtlänge der ersten Untergruppe ist.

In den Zeichnungen zeigt:

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

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

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

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

5 einen vereinfachten Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem am Weitwinkelende zeigt, das aus dem System von Beispiel 1 hervorgegangen ist, indem der Abstand zwischen den Untergruppen 4a und 4b um 0.5 mm verkürzt wurde;

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

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

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

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;

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

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

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

13 einen vereinfachten Querschnitt, der das Zoomlinsensystem aus Beispiel 2 an dem Weitwinkelende zeigt;

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

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

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

17 einen vereinfachten Querschnitt, der ein Zoomlinsensystem an dem Weitwinkelende zeigt, das aus dem System aus Beispiel 2 hervorgegangen ist, indem der Abstand zwischen den Untergruppen 4a und 4b um 0.5 mm verkürzt wurde;

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

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

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

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 des Abstandes zwischen den Untergruppen 4a und 4b korrigiert wird;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 Linseneinheit 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 den Beispielen 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 auf die Bewegung der Untergruppe 4b hin ändern, und somit erhöht sich der Betrag des einzustellenden hinteren Brennpunktes, was 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 derart 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 erleidet, 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 Linseneinheit zu erreichen. Hat die Untergruppe 4a eine größere Brechkraft als die Untergruppe 4b, um so Bedingung (2) zu erfüllen, können sphärische Aberration und Astigmatismus in einer ausgeglichenen Art und Weise korrigiert werden. 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, sphärische Aberration und Astigmatismus, die sich während des Zoomens entwickeln, effektiv zu korrigieren.
Das Linsensystem der Beispiele erfüllt außerdem die folgenden Bedingungen (3) bis (5): 0,90 < f4b/f4p < 1,50 (3) –2,10 < f4b/f4n < –1,20 (4) 1,00 < εI4b < 5,00 (5),wobei

f4p:: die Brennweite des positiven ersten Linsenelements in der Untergruppe 4b;
f4n:: die Brennweite der negativen zweiten Linsengruppe der Untergruppe 4b;
m:: die Quervergrößerung der Untergruppe 4b; und
εI4b:: die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten von Untergruppe 4b ist.

Bedingungen (3) und (4) betreffen die Brechkraftverteilung in der Untergruppe 4b. 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 Abbildungsleistung zu reduzieren.
Falls der obere Grenzewert von Bedingung (3) überschritten wird, werden sowohl die positive Brechkraft des ersten Linsenelements in der Untergruppe 4b als auch die negative Brechkraft des zweiten Linsenelements in der gleichen Untergruppe 4b übermäßig, und es entwickeln sich Aberrationen höherer Ordnung. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (3) nicht erreicht wird, wird die Effektivität eines Anordnens eines positiven Elementes als 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 zu 1 berechnet wird.
Beispiel 1
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 bei der d-Linie, ν die Abbe-Zahl, f die Brennweite bei der d-Linie (588 nm), fB den hinteren Brennpunkt, Fno. die F-Zahl, und ω den Halbsichtswinkel.
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 1 (Fortsetzung)
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 planparallele Platte (definiert von Oberflächen 20 und 21) dienendes Filter zwischen Untergruppen 4a und 4b vorgesehen. Es soll darauf hingewiesen 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 der Bewegung der Untergruppe 4b wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Δab = Δp/(1 – m2).
Es soll zum Beispiel der Fall betrachtet werden, bei dem die Position, in der sich die Abbildungsebene befindet, 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 5 gezeigt 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.
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 durch die 28. und 29. Oberfläche vor der Abbildungsebene, als n bezeichnet wird und der Betrag der Änderung der Dicke d18 als Δt, ist die folgende Beziehung erfüllt: Δab = –(1 – n–1)Δt/(1 – 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 m 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 9 gezeigt, verkleinert wird, wird TL bei 72,00 mm festgehalten, wodurch ermöglicht wird, die Brennpunktverschiebung, die auf die Dickenänderung der planparallelen Platte hin auftritt, zu korrigieren.
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 Plusrichtung ändern. Somit wird die oben erwähnte Bedingung (5) vorzugsweise erfüllt, um sicherzustellen, daß sich die sphärische Aberration in Minusrichtung ändert, wenn die Abstände zwischen Linsengruppen Δab verkleinert wird.
Beispiel 2
13 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Spezielle numerische Daten für dieses System sind in Tabellen 3 und 4 angegeben. 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 3 (Fortsetzung)
TABELLE 4
Beispielsweise soll der Fall von Beispiel 2 betrachtet werden, bei dem die Position, in 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 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.
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, in dem diese planparallele Platte, definiert durch die 28. und 29. Oberfläche 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 21 gezeigt, verkleinert wird, wird TL bei 85,55 mm festgehalten, wodurch es ermöglicht wird, die Brennpunktverschiebung, die auf die Änderung der Dicke der planparallelen Platte hin auftritt, zu korrigieren.
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 die 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 zusammenzusetzen, die in der Reihenfolge eines positiven, eines positiven und eines negativen Elementes angeordnet sind, und um sicherzustellen, daß Aberrationen effektiv dermaßen korrigiert werden, daß 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 erstes 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 der Abbildungsebene, kann die Größe des Anschlagmechanismus herabgesetzt werden, welches zu niedrigeren Kosten führt.
Jedes der Linsensysteme entsprechend der folgenden Beispiele erfüllt die Bedingungen (6), (7), (2), (8) und (9).
Bedingung (6) betrifft die Brechkraft der vierten Linseneinheit. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Viergruppentyp besitzt die vierte Linseneinheit 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 Linseneinheit zu groß, um das gesamte Linsensystem kompakt zu machen. Falls der obere Grenzwert von Bedingung (6) überschritten wird, wird die Brechkraft der vierten Linseneinheit übermäßig, und es entwickeln sich derartig große Aberrationen in der vierten Linseneinheit, daß 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 Linseneinheit 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 die Untergruppe 4a ausreichend größer als diejenige der Untergruppe 4b gemacht wird, um Bedingung (2) zu erfüllen, kann die vierte Linseneinheit 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. Dann ist es aber schwierig, die sphärische Aberration dermaßen zu unterdrücken, daß solche positiven Elemente bei einer Linse mit großer Blendenöffnung mit einer F-Zahl von ca. 1,2 verwendet 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 hinsichtlich kleinerer Größenabmessungen und niedrigerer Kosten nicht erfüllt werden.
Bedingung (9) betrifft die Gesamtlänge 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. Dies stellt aber eine Schwierigkeit bei der Linsenherstellung dar.
Die Linsensysteme der Beispiele erfüllen außerdem die folgenden Bedingungen (10) bis (12): 0,12 < L4ab/ft < 0,25 (10) 0,9 < f4b/fp < 1,5 (11) –2,1 < f4b/fn < –1,2 (12),wobei

L4ab:: der Abstand zwischen den 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 den 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 Ganzes kompakt gehalten werden. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (10) überschritten wird, wird die Gesamtlänge der vierten Linseneinheit übermäßig, uns sie ist nicht mehr kompakt. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (10) nicht erreicht wird, wird es schwierig, eine Krümmung des Feldes und die 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 der Untergruppe 4b als auch die negative Brechkraft des zweiten Linsenelements in derselben Untergruppe übermäßig, und es entwickeln sich Aberrationen höherer Ordnung. Falls der untere Grenzwert von Bedingung (11) nicht erreicht wird, wird die Effektivität des Anordnens eines positiven Elements als 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
25 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Spezifische numerische Daten für dieses System sind in den Tabellen 6 und 7 angegeben. 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 6 (Fortsetzung)
TABELLE 7
Beispiel 4
29 zeigt das Zoomlinsensystem entsprechend Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Spezifische numerische Daten für dieses System sind in den Tabellen 8 und 9 angegeben. 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 8 (Fortsetzung)
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

Zoomlinsensystem, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linseneinheit, die während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die die Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Untergruppe (4a) mit positiver Brechkraft und eine zweite Untergruppe (4b) mit positiver Brechkraft umfaßt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der zweiten Untergruppe (4b) entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,20 < m < 0,70 (1) 0,40 < f4a/f4b < 0,79 (2),wobei m: die Quervergrößerung der zweiten Untergruppe (4b); f4a: die Brennweite der ersten Untergruppe (4a); und f4b: die Brennweite der zweiten Untergruppe (4b) ist.
Zoomlinsensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Untergruppe (4b) in der Reihenfolge von der Objektseite ein positives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement umfaßt und die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,90 < f4b/f4p < 1,50 (3) –2,10 < f4b/f4n < –1,20 (4)wobei f4p: die Brennweite des positiven ersten Linsenelementes in der zweiten Untergruppe (4b); und f4n: die Brennweite des negativen zweiten Linsenelementes in der zweiten Untergruppe (4b) ist.
Zoomlinsensystem, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite. eine erste Linseneinheit, die während des Zoomens fest bleibt und eine positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die eine Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Untergruppe (4a) mit positiver Brechkraft und eine zweite Untergruppe (4b) mit positiver Brechkraft umfaßt, wobei das Zoomlinsensystem den Brennpunkt durch Bewegen der zweiten Untergruppe (4b) entlang der optischen Achse einstellt und die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,20 < m < 0,70 (1) 1,00 < εI4b < 5,00 (5),wobei m: die Quervergrößerung der zweiten Untergruppe (4b); und εI4b: die Summe der sphärischen Aberrationskoeffizienten der zweiten Untergruppe (4b) ist.
Zoomlinsensystem, umfassend in der Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linseneinheit, die während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, eine zweite Linseneinheit, die eine Zoomfähigkeit besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, eine dritte Linseneinheit, die eine Fähigkeit zum Kompensieren der Position des Brennpunktes besitzt, sich während des Zoomens bewegt und negative Brechkraft hat, und eine vierte Linseneinheit, die eine Abbildungsfähigkeit besitzt, während des Zoomens fest bleibt und positive Brechkraft hat, wobei die vierte Linseneinheit eine erste Untergruppe (4a), die, in der Reihenfolge von der Objektseite, aus einem positiven Linsenelement, einem positiven Linsenelement und einem negativen Linsenelement besteht und positive Gesamtbrechkraft hat, und eine zweite Untergruppe (4b) umfaßt, die, in der Reihenfolge von der Objektseite, aus einem positiven Linsenelement, einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement besteht und positive Gesamtbrechkraft hat, wobei das Zoomlinsensystem die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,8 < fM/f4 < 1,4 (6) 0,75 < f4/f4a < 1,35 (7) 0,4 < f4a/f4b < 0,79 (2) 1,715 < N4ap (8) 0,4 < L4a/fM < 0,65 (9),wobei fM = √(fw × ft); fw die Brennweite des Gesamtsystems am Weitwinkelende; ft: die Brennweite des Gesamtsystems am Teleobjektivende; f4: die Brennweite der vierten Linseneinheit; f4a: die Brennweite der ersten Untergruppe (4a); f4b: die Brennweite der zweiten Untergruppe (4b); N4ap: der durchschnittliche Brechungsindex der positiven Linsenelemente in der ersten Untergruppe (4a); und L4a: die Gesamtlänge der ersten Untergruppe (4a) ist.
Zoomlinsensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linseneinheit 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.
Zoomlinsensystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linseneinheit 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 dem bikonkaven Linsenelement durch einen kleinen Abstand beabstandetes positives Linsenelement umfaßt.
Zoomlinsensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linseneinheit aus einem negativen Linsenelement mit einer auf das Objekt gerichteten konkaven Oberfläche mit kleinem Krümmungsradius besteht.
Zoomlinsensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blendenanschlag zum Einstellen der Lichtmenge zwischen der ersten Untergruppe (4a) und der zweiten Untergruppe (4b) vorgesehen ist.
Zoomlinsensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die folgende Bedingung erfüllt: 0,12 < L4ab/ft < 0,25 (10)wobei L4ab: der Abstand zwischen den Untergruppen (4a, 4b) ist.
Zoomlinsensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, das außerdem die folgenden Bedingungen erfüllt: 0,9 < f4b/fp < 1,5 (11) –2,1 < f4b/fn < –1,2 (12),wobei fp: die Brennweite des positiven ersten Linsenelements in der zweiten Untergruppe (4b); und fn: die Brennweite des negativen zweiten Linsenelements in der zweiten Untergruppe (4b) ist.