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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung eines Zoomlinsensystems
zur Verwendung mit kompakten Videokameras und dergleichen.
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Momentan
nimmt die Verwendung kompakter Videokameras konstant zu. Derartige
kompakte Videokameras sind gewöhnlich
mit einem leichten und kleinen Zoomlinsensystem des "Zwei-Gruppen-Typs" versehen, welches
in der Reihenfolge von der Objektseite aus eine erste Linsengruppe
umfaßt,
die eine negative Brechkraft aufweist, und eine zweite Linsengruppe,
die eine positive Brechkraft aufweist, wobei das Zoomen durch Veränderung
der Entfernung zwischen den beiden Linsengruppen bewerkstelligt
wird.
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Allerdings
sind Zoomlinsensysteme dieses "Zwei-Gruppen-Typs" in ihrem Zoomverhältnis begrenzt, und
der Maximalwert kann nicht über
3 hinaus vergrößert werden.
Falls man den Anforderungen jüngerer
Versionen von kompakten Videokameras bezüglich der Verwendung eines
Zoomlinsensystems nachkommen möchte,
welches ein höheres
Zoomverhältnis
erzielen kann, so ist es erforderlich, die Brechkraft jeder Linsengruppe
zu erhöhen;
dann gibt es allerdings Schwierigkeiten bezüglich der Korrektur von Aberrationen,
beispielsweise der sphärischen
Aberration, und der Koma, und dies macht es unmöglich, zufriedenstellende optische
Eigenschaften zu erzielen.
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Aus
der Druckschrift
US 4 699 474 ist
ein Zoomlinsensystem bekannt, das von der Objektseite her betrachtet
eine erste Linsengruppe mit positiver Brechkraft, eine zweite und
eine dritte Linsengruppe jeweils mit negativer Brechkraft sowie
eine vierte Linsengruppe mit positiver Brechkraft umfaßt. Die
vierte Linsengruppe besteht aus einer ersten Untergruppe und einer
zweiten Untergruppe. Zur Brennweitenänderung wird die zweite Linsengruppe
bewegt. Um eine Verschiebung der Bildebene infolge der Brennweitenänderung
zu korrigieren, wird zudem die dritte Linsengruppe bewegt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt,
und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Zoomlinsensystem
zur Verfügung
zu stellen, welches vom „Vier-Gruppen Typ" ist, welches ein
hohes Zoomverhältnis
von bis zu 10 erzielen kann, welches eine Helligkeit in der Größenordnung
der Blendenzahl 1 1,2 bis 1,7 am Weitwinkelende aufweist, und welches
zufriedenstellende optische Eigenschaften zeigt, in Folge einer
wirksamen Korrektur verschiedener Aberrationen, beispielsweise der
sphärischen
Aberration und der Koma.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch das Zoomlinsensystem nach Anspruch 1.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein
Zoomlinsensystem gelöst, welches – in der
Reihenfolge von der Objektseite aus – eine erste Linsengruppe mit
einer positiven Brechkraft aufweist, eine zweite und eine dritte
Linsengruppe, die jeweils eine negative Brechkraft aufweisen, sowie
eine vierte Linsengruppe, die insgesamt eine positive Brechkraft
aufweist, wobei die vierte Linsengruppe aus einer ersten Untergruppe
und einer zweiten Untergruppe besteht, das Zoomlinsensystem das
Zoomen durch Bewegung der zweiten Linsengruppe in bezug auf das
Gesamtsystem durchführt,
die dritte Linsengruppe in bezug auf das Gesamtsystem in betriebsmäßiger Zuordnung
zum Zoomen bewegt wird, um die Verschiebung der Bildebene in Folge
des Zoomens zu korrigieren, wobei das Zoomlinsensystem die folgenden
Bedingungen (a) und (b) erfüllt: 0,2 ≤ d/fw ≤ 1,1 (a) 0,2 ≤ fw/f12 ≤ 0,5 (b) wobei
- fw:
- die Brennweite des
Gesamtsystems am Weitwinelende ist;
- d:
- der Abstand zwischen
der ersten Untergruppe und der zweiten Untergruppe ist; und
- f12:
- die Brennweite an
dem Weitwinkelende eines optischen Systems ist, welches die erste
Linsenfläche der
ersten Linsengruppe bis zur zweiten Linsenfläche der ersten Untergruppe
der vierten Linsengruppe umfaßt.
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Die
erste Untergruppe und die zweite Untergruppe der vierten Linsengruppe
sind voneinander in der Position getrennt, in welcher ein maximaler
Luftspalt innerhalb der vierten Linsengruppe auftritt.
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Vorzugsweise
umfaßt
die erste Untergruppe in der Reihenfolge von der Objektseite her
ein bikonvexes Linsenelement, ein positives Linsenelement, das zum
Objekt hin konvex ist, ein negatives Linsenelement, das zum Objekt
hin konkav ist, und ein positives Linsenelement, welches zum Objekt
hin konvex ist, wogegen die zweite Untergruppe in der Reihenfolge
von der Objektseite aus ein negatives Meniskuslinsenelement aufweist, welches
zum Objekt hin konvex ist, und eine Linseneinheit, die eine positive
Brechkraft aufweist, wobei die beiden Untergruppen die nachstehenden
Bedingungen (c), (d), (e), (f) und (g) erfüllen: 0,4 ≤ fa/f1 ≤ 1,0 (c) 0 ≤ fw/rb1 ≤ 0,6 (d) –1,0 ≤ ra2/ra1 ≤ –0,2 (e) 0,5 ≤ ra4/ra5 ≤ 8,0 (f) –0,8 ≤ rb3/rb4 ≤ 0 (g)wobei
- fa:
- die Brennweite der
ersten Untergruppe ist;
- f1:
- die Brennweite des
ersten Linsenelements in der ersten Untergruppe ist;
- rai:
- der Krümmungsradius
der i-ten Linsenfläche
in der ersten Untergruppe ist; und
- rbi:
- der Krümmungsradius
der i-ten Linsenfläche
in der zweiten Untergruppe ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen nähere
Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
vereinfachte Querschnittsansicht mit einer Darstellung des Zoomlinsensystems
des Beispiels 1 am Weitwinkelende;
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2 einen
Satz von Graphen, bei welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die bei dem Zoomlinsensystem gemäß Beispiel 1 an dem Weitwinkelende
erhalten werden;
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3 einen
Satz von Graphen, bei denen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die mit dem Zoomlinsenssystem des Beispiels 1 an dem Tele-Ende
erhalten werden;
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4 eine
vereinfachte Querschnittsansicht mit einer Darstellung des Zoomlinsensystems
des Beispiels 2 am Weitwinkelende;
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5 einen
Satz von Graphen, bei welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die mit dem Zoomlinsensystems des Beispiels 2 an dem Weitwinkelende
erhalten werden;
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6 einen
Satz von Graphen, bei welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die mit dem Zoomlinsensystem des Beispiels 2 an dem Tele-Ende
erhalten werden;
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7 eine
vereinfachte Querschnittsansicht mit einer Darstellung des Zoomlinsensystems
des Beispiels 3 an dem Weitwinkelende;
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8 einen
Satz von Graphen, bei denen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die mit dem Zoomlinsensystem des Beispiels 3 an dem Weitwinkelende
erhalten werden; und
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9 einen
Satz von Graphen, bei welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet
sind, die mit dem Zoomlinsensystem des Beispiels 3 an dem Tele-Ende
erhalten werden.
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Das
Zoomlinsensystem der betrachteten Beispiele ist vom "Vier-Gruppen-Typ" und weist in der
Reihenfolge von der Objektseite aus die erste Linsengruppe auf,
die eine positive Brechkraft hat, die zweite und die dritte Linsengruppe,
die jeweils eine negative Brechkraft haben, und die vierte Linsengruppe,
die insgesamt eine positive Brechkraft hat; die vierte Linsengruppe
besteht aus der ersten Untergruppe 4a und der zweiten Untergruppe
4b, die erste Untergruppe 4a weist in der Reihenfolge von der Objektseite
aus ein bikonvexes Linsenelement auf, ein positives Linsenelement,
welches zum Objekt hin konvex ist, ein negatives Linsenelement,
welches zum Objekt hin konkav ist, und ein positives Linsenelement,
das zum Objekt hin konvex ist, wogegen die zweite Untergruppe 4b
in der Reihenfolge von der Objektseite aus ein negatives Meniskuslinsenelement
aufweist, das zum Objekt hin konvex ist, sowie eine Linseneinheit,
die eine positive Brechkraft hat. Die erste Untergruppe 4a und die
zweite Untergruppe 4b der vierten Linsengruppe sind voneinander
in der Position getrennt, in welcher ein maximaler Luftspalt innerhalb
der vierten Linsengruppe auftritt. Dieses Linsensystem erfüllt die
nachstehenden Bedingungen (a) und (b): 0,2 ≤ d/fw ≤ 1,1 (a) 0,2 ≤ fw/f12 ≤ 0,5 (b)wobei
- fw:
- die Brennweite des
Gesamtsystems an dem Weitwinkelende ist;
- f12:
- die Brennweite, am
Weitwinkelende, eines optischen Systems ist, welches die erste Oberfläche der ersten
Linsengruppe bis zur zweiten Oberfläche der ersten Untergruppe
der vierten Linsengruppe umfaßt;
und
- d:
- der Abstand zwischen
den Untergruppen 4a und 4b ist, die voneinander in der Position
getrennt sind, in welcher ein maximaler Luftspalt innerhalb der
vierten Linsengruppe auftritt.
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Die
Bedingung (a) sollte deswegen erfüllt sein, um sicherzustellen,
daß die
erste und zweite Untergruppe 4a bzw 4b voneinander um eine geeignete
Entfernung beabstandet sind, so daß das gesamte Linsensystem
zufriedenstellende optische Eigenschaften zeigt, selbst wenn seine
Gesamtlänge
verkürzt
wird. Wird die Untergrenze dieser Bedingung nicht erreicht, so wird
der aus der ersten Untergruppe 4a austretende Lichtstrahl so stark
fokussiert, daß sich
eine übermäßige negative
sphärische
Aberration einstellt. Wird die Obergrenze der Bedingung (a) überschritten,
so wird die Gesamtlänge
des Zoomlinsensystems zu groß.
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Die
Bedingung (b) sollte aus dem Grunde erfüllt sein, damit die Gesamtlänge des
Zoomlinsensystems durch Vergrößerung der
Fokussierwirkung des ersten Linsenelememts in der ersten Untergruppe
4a der vierten Linsengruppe verkürzt
wird. Wenn die Untergrenze dieser Bedingung nicht erreicht wird,
so ist die Strahlfokussierung durch die erste Linse in der ersten
Untergruppe so stark, daß sich
eine übermäßige negative sphärische Aberration
einstellt. Wird die Obergrenze der Bedingung (a) überschritten,
so ist die Fokussierwirkung der ersten Linse zu schwach, um die
Gesamtlänge
des Zoomlinsensystems zu verkürzen.
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Vorzugsweise
erfüllt
das beschriebene Zoomlinsensystem die nachstehenden Bedingungen
(c), (d), (e), (f) und (g): 0,4 ≤ fa/f1 ≤ 1,0 (c) 0 ≤ fw/rb1 ≤ 0,6 (d) –1,0 ≤ ra2/ra1 ≤ –0,2 (e) 0,5 ≤ ra4/ra5 ≤ 8,0 (f) –0,8 ≤ rb3/rb4 ≤ 0 (g)wobei
- fw:
- die Brennweite des
Gesamtsystems am Weitwinkelende ist;
- fa:
- die Brennweite der
ersten Untergruppe 4a der vierten Linsengruppe ist;
- f1:
- die Brennweite des
ersten Linsenelements in der ersten Untergruppe 4a ist;
- rai:
- der Krümmungsradius
der i-ten Linsenfläche
in der ersten Untergruppe 4a ist; und
- rbi:
- der Krümmungsradius
der i-ten Linsenfläche
in der zweiten Untergruppe 4b ist.
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Die
Bedingung (c) sollte deswegen erfüllt sein, um zufriedenstellende
optische Eigenschaften des gesamten Linsensystems dadurch zu erzielen,
daß dem
ersten Linsenelement in der ersten Untergruppe 4a der vierten Linsengruppe
eine geeignete Brechkraft gegeben wird, wobei die Fokussierwirkung
des ersten Linsenelements durch die Bedingung (b) festgelegt ist.
Wird die Untergrenze der Bedingung (c) nicht erreicht, so ist die
Brechkraft des ersten Linsenelements zu schwach, um die erforderliche
Fokussierwirkung zu erzielen. Wird die Obergrenze dieser Bedingung überschritten,
so ist die Brechkraft des ersten Linsenelements so stark, daß sich eine übermäßige negative
sphärische
Aberration einstellt.
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Die
Bedingung (d) sollte deswegen erfüllt sein, um zufriedenstellende
optische Eigenschaften des Zoomlinsensystems dadurch zu erzielen,
daß der
Krümmungsradius
der ersten Linsenfläche
in der zweiten Untergruppe 4b der vierten Linsengruppe geeignet
gewählt
wird. Diese Bedingung ist deswegen erforderlich, da der aus der
ersten Untergruppe 4a der vierten Linsengruppe austretende Lichtstrahl
einer starken Fokussierwirkung unterworfen wurde. Wird die Untergrenze
dieser Bedingung nicht erreicht, so ist die Divergenz an der ersten
Linsenfläche
in der zweiten Untergruppe 4b so stark, daß sich eine übermäßige positive
sphärische Aberration
einstellt. Wird die Obergrenze der Bedingung (d) überschritten,
so ist die Konvergenz an der ersten Linsenfläche so stark, daß sich eine übermäßige negative
sphärische
Aberration einstellt.
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Die
Bedingung (e) sollte deswegen erfüllt sein, um mit dem Zoomlinsensystem
ordnungsgemäße optische
Eigenschaften zu erzielen, und zwar dadurch, daß dem ersten Linsenelement
in der ersten Untergruppe 4a, die bezüglich der Brechkraft durch
die Bedingung (c) festgelegt ist, eine ordnungsgemäße Oberflächengeometrie
gegeben wird. Wird die Untergrenze dieser Bedingung nicht erreicht,
so stellt sich eine übermäßige negative
sphärische
Aberration ein. Wird die Obergrenze der Bedingung (e) überschritten,
so entwickelt sich eine übermäßige positive
sphärische
Aberration.
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Die
Bedingung (f) sollte deswegen erfüllt sein, um mit dem Zoomlinsensystem
dadurch ordnungsgemäße optische
Eigenschaften zu erzielen, daß eine
geeignete Oberflächengeometrie
nicht nur der Auntrittsstirnfläche
des zweiten Linsenelements in der ersten Untergruppe 4a gegeben
wird, welches eine starke Fokussierwirkung aufweist, sondern auch
der Eintrittsstirnfläche
des dritten Linsenelements in der ersten Untergruppe 4a, die eine
stark divergente Wirkung ausübt.
Wird die Untergrenze dieser Bedingung nicht erreicht, so ist die
Divergenzwirkung der Eintrittsstirnfläche des dritten Linsenelements
so schwach, daß sich
eine übermäßige negative
sphärische
Aberration und Koma einstellen. Wird die Obergrenze der Bedingung
(f) überschritten,
so ist die Divergenzwirkung der Eintrittsstirnfläche des dritten, Linsenelements
so stark, daß sich
eine übermäßige positive
sphärische
Aberration und Koma einstellen.
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Die
Bedingung (g) sollte aus dem Grunde erfüllt sein, um mit dem Linsensystem
ordnungsgemäße optische
Eigenschaften zu erzielen, und zwar dadurch, daß der positiven Linseneinheit
in der zweiten Untergruppe 4b, die eine starke Fokussierwirkung
ausübt,
eine geeignete Geometrie gegeben wird. Wird die Untergrenze dieser
Bedingung nicht erreicht, so entwickelt sich eine übermäßige negative
sphärische
Aberration. Wird die Obergrenze der Bedingung (g) überschritten,
so stellt sich eine übermäßige positive
sphärische
Aberration ein.
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Drei
bestimmte Beispiele des Zoomlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung
sind nachstehend unter Bezug auf Datentabellen beschrieben, in welchen
f die Brennweite (mm) bezeichnet, ω den halben Betrachtungswinkel
(Grad), fB den hinteren Brennpunkt (mm), r den Krümmungsradius einer
einzelnen Linsenoberfläche
(mm), d die Linsendicke oder den Luftspalt zwischen Linsenoberflächen (mm),
n den Brechungsindex einer einzelnen Linse an der d-Linie, und ν die Abbé-Zahl
einer einzelnen Linse.
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BEISPIEL 1
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1 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht, die das Zoomlinsensystem
des Beispiels 1 zeigt. Spezifische Daten für dieses Linsensystem sind
nachstehend in der Tabelle 1 angegeben. Graphen, bei denen die Aberrationskurven
aufgezeichnet sind, die mit diesem Linsensystem am Weitwinkelende
und Tele-Ende erhalten werden, sind in 2 bzw. 3 gezeigt.
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Die
Werte für
d5, d11 und d13 variieren, wie nachstehend angegeben.
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BEISPIEL 2
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4 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht mit einer Darstellung des
Zoomlinsensystems gemäß Beispiel
2. Spezifische Daten für
dieses Linsensystem sind nachstehend in der Tabelle 2 angegeben.
Graphen, bei denen die Aberrationskurven aufgezeichnet sind, die
mit diesem Linsensystem an dem Weitwinkelende und den Tele-Ende
erhalten werden, sind in den 5 bzw. 6 gezeigt.
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Die
Werte für
d5, d11 und d15 variieren, wie nachstehend angegeben.
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BEISPIEL 3
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7 ist
eine vereinfachte Querschnittsansicht mit einer Darstellung des
Zoomlinsensystems gemäß Beispiel
3. Spezifische Daten für
dieses Linsensystem sind nachstehend in Tabelle 3 angegeben. Graphen, bei
denen die Aberrationskurven aufgezeichnet sind, die mit diesem Linsensystem
am Weitwinkelende und am Tele-Ende erhalten werden, sind in 8 bzw. 9 gezeigt.
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Die
Werte für
d5, d11 und d13 variieren, wie nachstehend angegeben.
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Die
Bedingungen (a) bis (g) sind in jedem der Beispiele 1 bis 3 erfüllt, wie
nachstehend in Tabelle 4 angegeben ist. TABELLE
4
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Wie
auf den voranstehenden Seiten beschrieben wurde, stellt die vorliegende
Erfindung ein kompaktes Zoomlinsensystem des Vier-Gruppen-Typs zur
Verfügung,
welches ein hohes Zoomverhältnis
von bis zu 10 erzielen kann, weiches eine Helligkeit in der Größenordnung
der Blendenzahl 1 : 1,2 bis 1,7 am Weitwinkelende aufweist, und
welches wirksam unterschiedliche Aberrationen korrigieren kann,
beispielsweise sphärische
Aberration und Koma.
