DE60302023T2

DE60302023T2 - Zoomobjektiv und Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE60302023T2
Application number: DE60302023T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Yoshimi; Fumiaki Usui
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: US20040042075A1; JP2004109993A; EP1394591A1; US6825990B2; DE60302023D1; EP1394591B1; JP4208667B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zoom-Linse mit einem Weitsichtwinkel und einer hohen Auflösung, die für ein Bildaufnahmegerät, wie bspw. eine digitale Stehbildkamera, eine Videokamera oder eine TV-Kamera und dgl. geeignet ist.
Im Stand der Technik ist eine Zoom-Linse bekannt, die in der Reihenfolge von der Objektseite aus eine erste Linseneinheit mit einer positiven optischen Brechkraft (optische Leistung), eine zweite Linseneinheit mit einer negativen optischen Brechkraft mit einer Vergrößerungsvariierungsfunktion und zumindest eine andere Linseneinheit aufweist. Bei dieser Zoom-Linse ist die erste Linseneinheit mit einer optischen Anordnung der Retrofokusart versehen, die ein erstes Linsenbauteil mit einer negativen optischen Brechkraft und ein zweites Linsenbauteil mit einer positiven optischen Brechkraft hat, wobei das erste Linsenbauteil in der Reihenfolge von der Objektseite aus ein negatives Linsenelement, dessen konkave Oberfläche zu der Objektseite hin gewandt ist, und ein oder mehrere Linsenelemente hat. Eine derartige Zoom-Linse ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H08(1996)-184 758 (die dem US-Patent Nr. 5 831 771 entspricht) offenbart.
Da bei einer derartigen Zoom-Linse der Hauptpunkt der Rückseite der ersten Linseneinheit zu der Seite der Bildebene hin herausgedrückt wird, kann der effektive Durchmesser der ersten Linseinheit so verringert werden, dass er vergleichsweise klein wird. Daher wird diese Zoom-Linse häufig als eine Zoom-Linse mit Weitwinkel und hoher Vergrößerung verwendet, deren Zoom-Verhältnis das 10-fache überschreitet.
Hierbei war für die Zoom-Linse die Verringerung der Größe und des Gewichts und auch das Erzielen von sowohl einem Weitsichtwinkel als auch einer hohen Vergrößerung stark gefordert.
Jedoch ist es bei einem herkömmlichen Aufbau, wie er in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H08(1996)-184 758 (die dem US-Patent Nr. 5 831 771 entspricht) offenbart ist, wenn versucht wird, eine kleinere Größe zu verwirklichen, während ein breiterer Sichtwinkel erreicht wird, erforderlich, die negative optische Brechkraft von der ersten Linsenkomponente und die positive optische Brechkraft von der zweiten Linsenkomponente zu erhöhen.
Wenn die positive optische Brechkraft von der zweiten Linsenkomponente zunimmt, nimmt die positive Distorsion bei einer Zoom-Position (Fokussierlänge) von fw × Z^1/4 unter der Voraussetzung zu, dass die Fokussierlänge bei einem Weitwinkelende fw ist und das Zoom-Verhältnis Z ist.
Darüber hinaus ist zusätzlich zu der Zunahme der negativen optischen Brechkraft von der ersten Linsenkomponente in einem Fall, bei dem die positive Distorsion korrigiert wird, unter der Annahme, dass die maximale Höhe von dem Maximalbildhöhen-Außerachse-Lichtstrahl an dem Weitwinkelende in einem Zustand, bei dem der Objektabstand unendlich ist, als hw definiert ist, und derselbe bei einer Zoom-Position von fw × Z^1/4 als hz definiert ist, der Krümmungsradius von der ersten Fläche (die Oberfläche von der Objektseite) von dem negativen Linsenelement bei der ersten Linsenkomponente, wobei hw ≤ hz erfüllt ist, kleiner.
Als ein Ergebnis nimmt der Lichtstrahleinfallwinkel an der ersten Fläche von dem negativen Linsenelement bei der ersten Linseneinheit zu, und die Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung nehmen bedeutend zu, obwohl die positive Distorsion in zufriedenstellender Weise korrigiert wird.
Um dies zu korrigieren, ist es erforderlich, die Abbe-Zahl von dem negativen Linsenelement bei der ersten Linseneinheit größer zu gestalten, jedoch führt dies zu einer unzureichenden Korrektur der axialen chromatischen Aberration an dem Telefotoende, und es wird schwierig, einen breiteren Winkel und eine höhere Vergrößerung zu erreichen, während die hohe optische Leistung und darüber hinaus eine kleinere Größe und ein geringes Gewicht beibehalten wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zoom-Linse mit einer geringen Größe und einem geringen Gewicht mit einem Weitsichtwinkel und einer hohen Vergrößerung zu schaffen, die eine hohe optische Leistung hat, indem der Linsenaufbau und die Bedingungen sauber eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Zoom-Linse, bei der eine erste Linseneinheit mit einer positiven optischen Brechkraft, eine zweite Linseneinheit mit einer negativen optischen Brechkraft und einer Vergrößerungsänderungsfunktion und zumindest einer anderen Linseneinheit in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Linseneinheit in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus hat:
ein erstes Linsenelement mit einer negativen optischen Brechkraft, deren erste Oberfläche an der äußersten Objektseite zu der Objektseite hin konkav ist;
ohne dass irgendein Linsenelement dazwischen liegt, ein zweites Linsenelement mit einer negativen optischen Brechkraft; und
zumindest ein Linsenelement mit einer positiven optischen Brechkraft, das näher zu der Bildebenenseite als das zweite Linsenelement ist; und
die erste Linseneinheit die folgende Bedingung erfüllt: –1,28 < fn/f1,wobei fn die zusammengesetzte Fokussierlänge von dem ersten Linsenelement und dem zweiten Linsenelement bezeichnet und f1 die Fokussierlänge der ersten Linseneinheit bezeichnet.
Die Eigenschaften einer Zoom-Linse und eines Bildaufnahmegeräts der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor.
1 zeigt eine Schnittansicht einer Zoom-Linse gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wenn diese bei dem Weitwinkelende und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
2 zeigt eine Schnittansicht von einer Zoom-Linse gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung, wenn diese bei dem Weitwinkelende und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
3 zeigt eine Schnittansicht von einer Zoom-Linse gemäß Ausführungsbeispiel 3, wenn diese bei dem Weitwinkelende und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
4 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 1, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
5 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 1, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
6 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse bei dem Telefotoende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
7 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
8 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
9 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse bei dem Telefotoende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
10 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 3, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
11 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 3, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
12 zeigen Aberrationsdarstellungen von Ausführungsbeispiel 3, wenn die Linse bei dem Telefotoende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
13 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 1, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
14 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 1, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
15 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
16 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 2, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
17 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 3, wenn die Linse bei dem Weitwinkelende ist und auf Unendlichkeit fokussiert ist.
18 zeigt eine Darstellung der optischen Bahn gemäß Ausführungsbeispiel 3, wenn die Linse auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
19 zeigt eine schematische Darstellung von einem Bildaufnahmegerät, das die Zoom-Linse von jedem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel anwendet.
Nachstehend sind die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1, 2 und 3 zeigen Schnittdarstellungen von Zoom-Linsen der jeweiligen Ausführungsbeispiele 1, 2 bzw. 3, wenn diese bei dem Weitwinkelende sind und auf Unendlichkeit fokussiert sind.
In 1, 2 und 3 ist in der Reihenfolge von einer Objektseite aus (die linke Seite in den Zeichnungen) mit dem Bezugszeichen 1 eine erste Linseneinheit bezeichnet, die eine Fokussierfunktion und eine positive optische Brechkraft oder optische Leistung hat. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine zweite Linseneinheit bezeichnet, die eine Vergrößerungsvariierfunktion durch Bewegen an der optischen Achse hat und eine negative optische Brechkraft oder optische Leistung hat. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine dritte Linseneinheit bezeichnet, die sich an der optischen Achse bewegt, wenn die Vergrößerung variiert, und die Bildebenenvariation korrigiert, die durch eine Vergrößerungsvariation bewirkt wird. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine vierte Linseneinheit bezeichnet, die eine Funktion zum Erzeugen eines Bildes an der Bildebene hat und eine positive optische Brechkraft oder optische Leistung hat.
Mit dem Bezugszeichen 31 ist eine Aperturblende bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 32 ist eine optische Einheit bezeichnet, die ein optisches Farbensystem und einen optischen Filter und dgl. hat, die durch Glasblöcke oder Linsenblöcke, die ihnen entsprechen, in den Zeichnungen gezeigt sind.
Die erste Linseneinheit 1 hat in der Reihenfolge von der Objektseite aus eine erste Linsenkomponente 11, die eine negative optische Leistung hat und die beim Fokussieren fixiert ist, und eine zweite Linsenkomponente 12, die eine positive optische Leistung hat und sich beim Fokussieren an der optischen Achse bewegt.
Die erste Linsenkomponente 11 hat in der Reihenfolge von der Objektseite aus ein erstes negatives Linsenelement, bei dem eine erste Fläche an der äußersten Objektseite konkav zu der Objektseite hin ist, ein zweites negatives Linsenelement und zumindest ein positives Linsenelement.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel der ersten Linsenkomponente 11, die in der Reihenfolge von der Objektseite aus ein erstes negatives Linsenelement 21 und eine zweite Linsenelementeinheit 22 aufweist, die ein zweites negatives Linsenelement 22a und ein positives Linsenelement 22b hat, gezeigt.
Somit kann, indem die erste Linsenkomponente 11 so gestaltet wird, dass sie in der Reihenfolge von der Objektseite aus das negative Linsenelement, das negative Linsenelement und zumindest ein positives Linsenelement hat, der Krümmungsradius von der ersten Fläche des ersten negativen Linsenelements 21 sogar dann erhöht werden, wenn die negative optische Leistung von der ersten Linsenkomponente 11 und die positive optische Leistung von der zweiten Linsenkomponente 12 für einen breiteren Feldsichtwinkel und eine Verringerung der Größe und eine Verringerung des Gewichts der Zoom-Linse erhöht sind. Daher wird es möglich, die Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung zu unterdrücken, während die positive Distorsion zufriedenstellend korrigiert wird, die bei einer Zoom-Position von fw × Z^1/4 maximal wird, unter der Voraussetzung, dass die Fokussierlänge bei dem Weitwinkelende fw ist und das Zoom-Verhältnis Z ist.
Darüber hinaus ist bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ein Beispiel gezeigt, bei dem ein positives Linsenelement 23 näher zu der Bildebenenseite als das positive Linsenelement 22b angeordnet ist. Indem dieses positive Linsenelement 23 angeordnet wird, kann die Höhe von dem Brechungspunkt des Außerachse-Lichtstrahls an der Weitwinkelseite zusätzlich den vorstehend erwähnten Effekten verringert werden, so dass der Durchmesser der vorderen Linse (die erste Linsenkomponente 11) verringert werden kann. Darüber hinaus wird bei den Ausführungsbeispielen 1, 2 und 3 ein Aufbau mit in der Reihenfolge von der Objektseite aus: negativ, negativ und positiv angewendet, jedoch kann ein Aufbau mit: negativ, negativ, negativ und positiv angewendet werden. Durch einen derartigen Aufbau kann der Krümmungsradius der ersten Fläche von dem ersten negativen Linsenelement 21 erhöht werden und ein Glasmaterial mit einer hohen Abbe-Zahl kann für das erste negative Linsenelement 21 verwendet werden, so dass die Unterdrückung der Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung möglich ist.
Darüber hinaus ist es erwünscht, dass der folgende Konditionalausdruck erfüllt ist: –1,28 < fn < f1 (1)
Hierbei ist mit fn die zusammengesetzte Fokussierlänge von dem ersten negativen Linsenelement 21 und dem zweiten negativen Linsenelement 22a bezeichnet, und mit f1 ist die Fokussierlänge von der ersten Linseneinheit 1 bezeichnet. Wenn der untere Grenzwert von dem Ausdruck (1) überschritten wird, wird es schwierig, gleichzeitig die Unterdrückung der Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung und einen breiteren Winkel zu verwirklichen, während ausgezeichnet die positive Distorsion korrigiert wird, die bei einer Zoom-Position von fw × Z^1/4 bei dem herkömmlichen Aufbau zunimmt. Gleichzeitig wird der Vorgang des Bewegens von dem Hauptpunkt der ersten Linseneinheit 1 zu der Seite der zweiten Linseneinheit verringert, so dass es schwierig wird, die Größe der gesamten Zoom-Linse zu verringern.
Darüber hinaus wird es, indem der folgende Konditionalausdruck erfüllt wird, möglich, die Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung und der axialen chromatischen Aberration an dem Telefotoende zu korrigieren, während in zufriedenstellender Weise die positive Distorsion korrigiert wird: ν1 – ν2 > 8 (2) ν3 > 60 (3)
Hierbei ist mit ν1 und ν2 die Abbe-Zahl von dem ersten negativen Linsenelement 21 bzw. von dem zweiten negativen Linsenelement 22a bezeichnet. Mit ν3 ist die Abbe-Zahl des positiven Linsenelements bezeichnet, das näher zu der Bildebenenseite als das zweite negative Linsenelement 22a und am nächsten zu der Objektseite innerhalb der ersten Linseneinheit mit Ausnahme des ersten Linsenelements 21 und des zweiten negativen Linsenelements 22a angeordnet ist.
Die Ausdrücke (2) und (3) geben eine Bedingung an, die zum Erzielen einer Korrektur der beiden Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung und der axialen chromatischen Aberration an dem Telefotoende erforderlich ist. Wenn ν1 – ν2 und ν3 gleich wie oder geringer als der untere Grenzwert der Ausdrücke (2) und (3) jeweils sind, können die Distorsionskomponenten der chromatischen Aberrationsvergrößerung nicht in zufriedenstellender Weise korrigiert werden, was zu einer Verringerung der Bildqualität führt.
Darüber hinaus ist es in einem Fall, bei dem die erste Linsenkomponente 11, die einen Teil der ersten Linseneinheit 1 bildet, in der Reihenfolge von der Objektseite aus das erste negative Linsenelement 21, dessen erste Fläche zu der Objektseite hin konkav ist, das zweite negative Linsenelement 22a und das positive Linsenelement 22b aufweist, erwünscht, dass die Zoom-Linse die folgenden Konditionalausdrücke erfüllt: Z > 10 (4) fw/IS < 0,75 (5)
Hierbei ist mit Z ein Zoom-Verhältnis bezeichnet, ist mit fw eine Fokussierlänge des gesamten Systems bei dem Weitwinkelende bezeichnet und ist mit IS eine Bildgröße bezeichnet.
Mit dem Ausdruck (4) ist gemeint, dass die Zoom-Linse eine hochgradige Vergrößerungs-Zoomlinse ist, die ein Zoom-Verhältnis hat, das das 10-fache überschreitet. Wenn das Zoom-Verhältnis Z niedriger als der untere Grenzwert von dem Ausdruck (4) wird, wird es unnötig, die positive optische Leistung von der ersten Linseneinheit 1 und die negative optische Leistung von der Linseneinheit 2 zu erhöhen, und die Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung können unterdrückt werden, während die positive Distorsion selbst bei dem herkömmlichen Aufbau genau korrigiert ist. Daher wird der Aufbau eines negativen Linsenelements, eines negativen Linsenelements und eines positiven Linsenelements in der Reihenfolge von der Objektseite aus bei der ersten Linsenkomponente 11 unnötig.
Mit dem Ausdruck (5) ist gemeint, dass der Feldwinkel bei dem Weitwinkelende 67° oder mehr beträgt. Wenn fw/IS größer als der obere Grenzwert von (5) wird, wird es unnötig, die positive optische Leistung der ersten Linseneinheit 1 und die negative optische Leistung der zweiten Linseneinheit 2 zu erhöhen, und der Aufbau aus einem negativen Linsenelement, einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement in der Reihenfolge von der Objektseite aus bei der ersten Linsenkomponente 11 wird unnötig.
Sämtliche Zoom-Linsen der Ausführungsbeispiele 1, 2 und 3 sind Zoom-Linsen mit hoher Vergrößerung und Weitwinkel, die die Ausdrücke (1), (2), (3), (4) und (5) erfüllen, wie dies in den nachstehenden Tabellen 1, 2 und 3 gezeigt ist, wobei die erste Linsenkomponente 11 in der Reihenfolge von der Objektseite aus ein negatives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement aufweist.
Darüber hinaus ist es in einem Fall, bei dem die erste Linsenkomponente 11, die einen Teil der ersten Linseneinheit 1 bildet, in der Reihenfolge von der Objektseite aus das negative Linsenelement 21, dessen erste Fläche zu der Objektseite hin konkav ist, das zweite negative Linsenelement 22a und das positive Linsenelement 22b hat, erwünscht, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: hw < hz (6)
Hierbei zeigen hw und hz die maximalen Höhen der Außerachse-Lichtstrahlen bei der maximalen Bildhöhe, die durch die erste Fläche der ersten Linseneinheit 1 (das erste negative Linsenelement 21) treten, wenn die Zoom-Linse auf Unendlichkeit bei dem Weitwinkelende bzw. bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist.
Bei einer derartigen Zoom-Linse wird in den meisten Fällen ein negatives Linsenelement, dessen konkave Oberfläche der Bildebenenseite zugewandt ist, als das erste negative Linsenelement 21 der ersten Linseneinheit 1 verwendet. Bei der Zoom-Linse, die den Ausdruck (5) erfüllt, ist in einem Fall, bei dem eine positive Distorsion korrigiert wird, eine Korrektur durch die erste Fläche von dem ersten Linsenelement 21 bei der ersten Linsenkomponente 11, die hw < hz erfüllt, am geeignetsten. Daher treten Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung mit Leichtigkeit auf. Daher besteht bei der Zoom-Linse, die den Ausdruck (6) erfüllt, die ersten Linsenkomponente 11, in der Reihenfolge von der Objektseite aus gesehen, aus einem negativen Linsenelement, einem negativen Linsenelement und einem positiven Linsenelement.
Die 13 bis 18 zeigen Darstellungen einer optischen Bahn, wobei Außerachse-Lichtstrahlen bei der maximalen Bildhöhe dargestellt sind, die durch die erste Fläche von der ersten Linseneinheit 1 bei dem Weitwinkelende und bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 bei dem Ausführungsbeispiel 1, dem Ausführungsbeispiel 2 und dem Ausführungsbeispiel 3 treten.
Wie dies in diesen Zeichnungen und in den Tabellen 1 bis 3 gezeigt ist, hat bei diesem Ausführungsbeispiel bei den Zoom-Linsen, die den Ausdruck (6) erfüllen, die erste Linsenkomponente 11 ein negatives Linsenelement, ein negatives Linsenelement und ein positives Linsenelement.
Als ein noch eher zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel ist es erwünscht, dass das zweite negative Linsenelement 22a und das positive Linsenelement 22b, die die erste Linsenkomponente 11 ausbilden, miteinander zementiert sind.
Das positive Linsenelement 22b hat eine Funktion zum Korrigieren der sphärischen Aberration an dem Telefotoende, jedoch nimmt in einem Fall, bei dem ein Luftraum zwischen dem zweiten negativen Linsenelement 22a und dem positiven Linsenelement 22b vorhanden ist, die Empfindlichkeit der sphärischen Aberration gegenüber dem Intervall zwischen dem zweiten negativen Linsenelement 22a und dem positiven Linsenelement 22b zu, was zu einer stärkeren Produktionsschwierigkeit führt. Daher wird bevorzugt, dass das zweite negative Linsenelement 22a und das positive Linsenelement 22b miteinander zementiert werden, um die zweite Linsenelementeinheit 22 als eine zementierte Linse auszubilden.
(Numerische Beispiele)
Numerische Daten der Zoom-Linse von Ausführungsbeispiel 1 gemäß 1 sind in Tabelle 1 gezeigt, numerische Daten der Zoom-Linse von Ausführungsbeispiel 2 gemäß 2 sind in Tabelle 2 gezeigt und numerische Daten der Zoom-Linse von Ausführungsbeispiel 3 gemäß 3 sind in Tabelle 3 gezeigt.
In diesen Tabellen ist mit ri der Krümmungsradius der i-ten Fläche in der Reihenfolge von der Objektseite aus bezeichnet, ist mit di das Intervall zwischen der i-ten Fläche und der (i + 1)-ten Fläche bezeichnet und sind mit ni und νi der Brechungsindex bzw. die Abbe-Zahl von dem Glasmaterial bezeichnet, das die i-te Fläche ausbildet.
Darüber hinaus zeigt die Fläche, zu der ein "*" hinzugefügt ist, dass die Fläche eine asphärische Fläche ist. Die Form der asphärischen Fläche erfüllt den folgenden Ausdruck, wenn die Richtung der optischen Achse als die Achse x definiert ist, die Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse steht, als die Achse y definiert ist, die Lichtstrahl-Vorwärtsbewegungsrichtung als positiv definiert ist, R als der paraxiale Krümmungsradius definiert ist, und k, B, C, D, E, F, A', B', C', D', E' als asphärische Koeffizienten definiert sind: x = {(y2/R)/(1 – (1 + k)·(y/R)2)1/2}+ By4 + Cy6 + Dy8 + Ey10 + Fy12 + A'y3 + B'y5 + C'y7 + D'y9 + E'y11
<Tabelle 1> Zoom-Verhältnis: 21× Feldwinkel bei dem Weitwinkelende: 70,4 Grad
Asphärischer Koeffizient der zwölften Fläche
<Tabelle 2> Zoom-Verhältnis: 18× Feldwinkel bei dem Weitwinkelende: 72,5 Grad
Asphärischer Koeffizient der zwölften Fläche
<Tabelle 3> Zoom-Verhältnis: 20× Feldwinkel bei dem Weitwinkelende: 67,7 Grad
Asphärischer Koeffizient der zwölften Fläche
Des weiteren sind bei dem Ausführungsbeispiel 1, dem Ausführungsbeispiel 2 und dem Ausführungsbeispiel 3 Aberrationsdarstellungen, bei denen die Linsen an dem Weitwinkelende sind und auf Unendlichkeit fokussiert sind, Aberrationsdarstellungen, bei denen die Linsen auf Unendlichkeit bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert sind, und Aberrationsdarstellungen, bei denen die Linsen an dem Telefotoende sind und auf Unendlichkeit fokussiert sind, in den 4 bis 12 gezeigt.
In sämtlichen Fällen sind, obwohl die Distorsionskomponenten bei der chromatischen Aberration der Vergrößerung an dem Weitwinkelende gering sind, die positive Distorsion bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 und die axiale chromatische Aberration an dem Telefotoende zufriedenstellend korrigiert.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist gemäß jedem Ausführungsbeispiel eine Zoom-Linse, die eine geringe Größe hat und ein geringes Gewicht hat, während sie eine hohe optische Leistung, einen breiten Feldwinkel und eine hohe Vergrößerung hat, verwirklicht.
19 zeigt eine Videokamera (Bildaufnahmegerät), die die bei jedem Ausführungsbeispiel beschriebene Zoom-Linse als ein optisches Bildaufnahmesystem anwendet.
In 19 ist mit dem Bezugszeichen 50 der Hauptkörper der Videokamera bezeichnet, ist mit dem Bezugszeichen 51 ein optisches Bildaufnahmesystem bezeichnet, das die bei jedem Ausführungsbeispiel beschriebene Zoom-Linse aufweist, und ist mit dem Bezugszeichen 52 ein Bildaufnahmeelement als eine fotoelektrisches Wandlerelement, wie bspw. ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor und dgl. bezeichnet, der ein durch das optische Bildaufnahmesystem 51 erzeugtes Objektbild empfängt und fotoelektrisch umwandelt.
Ein Aufzeichnungsmedium 53 ist ein Halbleiterspeicher, eine magnetische Scheibe oder eine optische Scheibe und dgl., der oder die die Bildsignale aufzeichnet, die durch das Bildaufnahmeelement 52 erhalten werden. Ein Sucher 54 dient der Beobachtung eines Objektbildes, das an einer (nicht dargestellten) internen Anzeigetafel, wie bspw. eine Flüssigkristalltafel und dgl. dargestellt wird, im Ansprechen auf die Bildsignale, die durch das Bildaufnahmeelement 52 erhalten werden.
Eine externe Anzeigetafel 55 hat eine Funktion, die derjenigen des Suchers 54 äquivalent ist, und ist eine Flüssigkristalltafel und dgl., die Objektbilder und verschiedene Bildaufnahmeinformationen anzeigt. Diese externe Anzeigetafel 55 kann in dem Hauptkörper 50 der Videokamera untergebracht und entwickelt werden, und der Unterbringzustand ist in der Zeichnung dargestellt.
Durch die Anwendung der vorstehend beschriebenen Zoom-Linse als ein optisches Bildaufnahmesystem wird ein Bildaufnahmegerät verwirklicht, das eine geringe Größe hat und ein geringes Gewicht hat, während es eine hohe Bildaufnahmeleistung hat und ein Bildaufnehmen mit einem breiten Feldwinkel und einer hohen Vergrößerung ermöglicht. Die bei jedem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel beschriebene Zoom-Linse kann für verschiedene Bildaufnahmegeräte verwendet werden, die digitale Stehbildkameras, TV-Kameras und Filmkameras und auch Videokameras umfassen.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben sind, sollte verständlich sein, dass Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung ohne Abweichen von dem Umfang der nachstehend dargelegten Ansprüche gemacht werden können.

Claims

Zoomlinse, bei der eine erste Linseneinheit (1) mit einer positiven optischen Brechkraft, eine zweite Linseneinheit (2) mit einer negativen optischen Brechkraft und einer Vergrößerungsänderungsfunktion und zumindest eine andere Linseneinheit (3, 4) in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus hat: ein erstes Linsenelement (21) mit einer negativen optischen Brechkraft, deren erste Oberfläche an der äußersten Objektseite zu der Objektseite hin konkav ist; wobei direkt nach einem Luftraum ein zweites Linsenelement (22a) mit einer negativen optischen Brechkraft folgt; und zumindest ein Linsenelement (22b) mit einer positiven optischen Brechkraft, das näher zu der Bildebenenseite als das zweite Linsenelement ist; und die erste Linseneinheit die folgende Bedingung erfüllt –1,28 < fn/f1,wobei fn die zusammengesetzte Fokussierlänge von dem ersten Linsenelement und dem zweiten Linsenelement bezeichnet und f1 die Fokussierlänge der ersten Linseneinheit bezeichnet.
Zoomlinse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: ν1 – ν2 > 8 ν3 > 60wobei ν1 und ν2 Abbe-Zahlen von dem ersten Linsenelement (21) und dem zweiten Linsenelement (22a) jeweils bezeichnen und ν3 eine Abbe-Zahl von dem Linsenelement (22b) mit positiver optischer Brechkraft bezeichnet, das näher zu der Bildebenenseite als das zweite Linsenelement angeordnet ist und am nächsten zu der Objektseite innerhalb der ersten Linseneinheit ist mit Ausnahme des ersten Linsenelementes und des zweiten Linsenelementes.
Zoomlinse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Linsenelement (22a) und das Linsenelement (22b) mit der positiven optischen Brechkraft, die ein Teil der ersten Linseneinheit bilden, miteinander zementiert sind.
Zoomlinse gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Bedingung erfüllt ist: hw < hzwobei hw und hz die maximalen Höhen von außerhalb der Achse befindlichen Lichtstrahlen bei der maximalen Bildhöhe bezeichnen, die durch die erste Fläche der ersten Linseneinheit (1) dann treten, wenn die Zoomlinse auf Unendlichkeit bei dem Weitwinkelende bzw. bei einer Fokussierlänge von fw × Z^1/4 fokussiert ist, und fw eine Fokussierlänge von dem gesamten System der Zoomlinse bei dem Weitwinkelende bezeichnet.
Zoomlinse gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind: Z > 10 Fw/IS < 0,75wobei Z ein Zoomverhältnis bezeichnet, fw eine Fokussierlänge des gesamten Systems bei dem Weitwinkelende bezeichnet und IS eine Bildgröße bezeichnet.
Zoomlinse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (1) eine erste Linsenkomponente (11) mit einer negativen optischen Brechkraft und eine zweite Linsenkomponente (12) mit einer positiven optischen Brechkraft, die eine Fokussierfunktion hat, aufweist, wobei die erste Linsenkomponente in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus ein erstes Linsenelement (21) mit einer negativen optischen Brechkraft, deren erste Fläche an der äußersten Objektseite zu der Objektseite hin konkav ist, ein zweites Linsenelement (22a) mit einer negativen optischen Brechkraft und zumindest ein Linsenelement (22b) mit einer positiven optischen Brechkraft aufweist und beim Fokussieren fixiert ist; und die zweite Linsenkomponente eine Vielzahl an Linsenelementen mit positiver optische Brechkraft aufweist und sich beim Fokussieren an der optischen Achse bewegt.
Bildaufnahmegerät, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Zoomlinse (51) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und ein fotoelektrisches Wandlerelement (52), das ein Objektbild, das durch die Zoomlinse erzeugt wird, empfängt und fotoelektrisch umwandelt.