DE60302305T2

DE60302305T2 - Zoomobjektiv und dessen Benutzung in einer Kamera

Info

Publication number: DE60302305T2
Application number: DE60302305T
Authority: DE
Inventors: Nurishi Ryuji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: DE60302305D1; EP1396746A3; US20040051966A1; JP2004093938A; EP1396746B1; US6847495B2; JP4298241B2; EP1396746A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zoomlinsengerät, das in einer Kamera, wie beispielsweise einer TV-Kamera und einer Videokamera angewendet wird.
Eine Zoomlinse der hinteren Fokusart mit einer Fokussierlinseneinheit (Linseneinheit mit hinterem Fokus), die näher zu der Bildebene als eine Variator-Linseneinheit angeordnet ist, hat einen Vorteil beim Verringern der Größe und des Gewichtes der Fokussierlinseneinheit und wird daher weitgehend für eine Zoomlinse der Autofokusart angewendet.
Andererseits hält ein Vorderfokussystem mit einer Fokussierlinseneinheit (Linseneinheit mit Vorderfokus), die näher zu einem Objekt als eine Variator-Linseneinheit angeordnet ist, den gleichen Bewegungsbetrag der Fokussierlinseneinheit sogar dann bei, wenn die Vergrößerung sich ändert, und hat einen Vorteil für die Variator-Linseneinheit und wird daher für ein Zoomlinsengerät für eine Fernsehübertragung und bei professionellem Einsatz weitgehend verwendet, was die manuellen Vorgänge bedeutsam macht.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Positionen ist die Zoomlinse, die eine Fokussierlinseneinheit verwendet, die näher zu der Bildebenenseite einer Variator-Linseneinheit ist für ein Autofokussieren, und die eine Fokussierlinseneinheit anwendet, die näher zu einem Objekt als eine Variator-Linseneinheit ist für ein manuelles Fokussieren in der Veröffentlichung des japanischen Gebrauchsmusters Nr. S-62 (1987)-43 286, in der Veröffentlichung des japanischen Patents Nr. H5 (1993)-6163, in dem japanischen Patent Nr. 2 505 835, in dem japanischen Patent Nr. 2 505 840 und in dem japanischen Patent Nr. 2 561 637 offenbart.
Beispielsweise führen Videozoomlinsen für eine Fernsehübertragung oder für eine professionelle Anwendung Fokussiervorgänge oder beabsichtigte Fokussiervorgänge für Bildeffekte im Vergleich zu solchen für Verbraucher schneller und genauer aus. Jedoch kann es sein, dass diese Fokussiervorgänge nicht ausreichend durch das Autofokussieren allein gestützt sind, und so manuelle Hilfsfokussiervorgänge für das Autofokussieren erforderlich machen.
Genauer gesagt gilt Folgendes:

1. Manueller Fokussiervorgang unter hoher Geschwindigkeit: beispielsweise, wenn ein Außer-Fokus-Betrag groß ist und es schwierig ist, eine Fokussierbestimmung vorzunehmen, oder wenn ein manuelles Fokussieren bis zu einer Position ausgeführt wird, die nahe zu einer In-Fokus-Position ist.
2. Ein manueller Fokussiervorgang, mit hoher Genauigkeit: wenn ein Feinfokussieren durch ein manuelles Fokussieren ausgeführt wird, beispielsweise wenn die Nase einer Person als ein Objekt fokussiert wird, wobei der Fokus zu dem Auge wechselt.
3. Beabsichtigter manueller Fokussiervorgang: beispielsweise, wenn ein Verschwimmen oder Verschleiern in beabsichtigter Weise angewendet wird, wenn ein Objekt in der Nähe von dem Rand des Bildschirms fokussiert wird oder wenn der Fokus zwischen einer Vielzahl an Objekten bei verschiedenen Abständen bei einer feststehenden Geschwindigkeit schaltet.

Jedoch kann die Fokussierlinseneinheit mit den Zoomlinsen, die in den vorstehend beschriebenen Veröffentlichungen offenbart sind, nicht beim Feinfokussieren arbeiten, da die jeweiligen Vorder-Fokus-Linseneinheiten während des Autofokussierens fixiert sind.
Darüber hinaus ist es außerdem möglich, eine Hinter-Fokus-Linseneinheit für ein manuelles Feinfokussieren während des Autofokussierens anzuwenden, jedoch erfordert dies einen Betriebsmechanismus, der sich von dem Betriebsmechanismus der Vorder-Fokus-Linseneinheit, wie beispielsweise ein elektronischer Ring, unterscheidet, was den Aufbau kompliziert gestaltet und ein unbequemes Empfinden während des Vorgangs für solche Anwender wie beispielsweise Fernsehkamerabediener erzeugt, die die Fokussiervorgänge unter Verwendung der Vorder-Fokus-Linseneinheit anwenden.
Darüber hinaus kann es sein, dass, wenn eine Vorder-Fokus-Linseneinheit ohne Begrenzung während des Autofokussierens bewegt werden kann, ein Fokus-Bereich durch ein Autofokussieren durch die Position der Vorder-Fokus-Linseneinheit eingeschränkt wird, was verhindert, dass das Autofokussieren in der Nähe der Unendlichkeit oder bei dem minimalen Objektabstand ausgeführt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine Zoomlinse zu schaffen, die mit Leichtigkeit ein Fokussieren in hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit durch manuelle Vorgänge ausführen kann und ein Fokussieren durch manuelle Vorgänge ermöglichen kann, wenn sie in einem Autofokusmodus ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Zoomlinsengerät gemäß Anspruch 1 auf.
Bei einem anderen Aspekt ist dieses in ein Kamerasystem gemäß Anspruch 7 eingebaut.
Damit die vorliegende Erfindung ohne weiteres verständlich ist, ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel von ihr in beispielartiger Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein optische Schnittansicht von einem Zoomlinsengerät, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht beim Ausführen eines Fokussiervorgangs durch eine Vorder-Fokus-Linseneinheit von dem Zoomlinsengerät.
3 zeigt eine schematische Ansicht beim Ausführen eines Fokussiervorgangs durch eine Hinter-Fokus-Linseneinheit von dem Zoomlinsengerät.
4 zeigt eine schematische Ansicht, die darstellt, dass die Vorder-Fokus-Linseneinheit von dem Zoomlinsengerät um Δx1 zu einem Objekt bei dem Autofokusmodus bewegt wird.
5 zeigt eine schematische Ansicht, die darstellt, dass die Vorder-Fokus-Linseneinheit von dem Zoomlinsengerät um Δx1 zu einer Bildebene bei dem Autofokusmodus bewegt wird.
6 zeigt eine Schnittansicht von einem numerischen Beispiel von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bei einem Weitwinkelende.
7 zeigt die Aberration von dem vorstehend beschriebenen numerischen Beispiel.
8 zeigt die Aberration von dem vorstehend beschriebenen numerischen Beispiel.
9 zeigt die Aberration von dem vorstehend beschriebenen Beispiel.
10 zeigt die Aberration von dem vorstehend beschriebenen numerischen Beispiel.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
1 zeigt eine optische Schnittansicht von einem Zoomlinsengerät ZA, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einem Weitwinkelende ist.
Hierbei ist die Linseneinheit von dem Zoomlinsengerät aufeinanderfolgend, beginnend bei den Bauteilen an der Objektseite (die linke Seite in 1) erläutert.
Zunächst ist mit dem Bezugszeichen F1 eine Vorder-Fokus-Linseneinheit (eine Fokussierlinseneinheit an der Objektseite) bezeichnet, die eine positive Brechkraft d.h. eine positive optische Leistung (reziprok von der Fokussierlänge) hat, als eine erste Linseneinheit.
Mit dem Bezugszeichen V ist eine Variator-Linseneinheit mit einer negativen Brechkraft zum Variieren der Brechkraft als eine zweite Linseneinheit bezeichnet, die die Brechkraft variiert durch ein monotones Bewegen an der optischen Achse zu der Bildebene hin von dem Weitwinkelende zu dem Telefotoende.
Mit dem Bezugszeichen C ist eine Kompensatorlinseneinheit mit einer negativen optischen Brechkraft als eine dritte Linseneinheit bezeichnet, zum Kompensieren von Variationen in der Bildebene, die durch eine Brechkraftvariation verursacht werden, wobei diese sich an der optischen Achse bewegt, wobei sie eine nichtlineare Bahn beschreibt, die zu einem Objekt hin konvex ist.
Mit dem Bezugszeichen SP ist ein Diaphragma (Blende) bezeichnet und mit dem Bezugszeichen FR ist eine Übertragungslinseneinheit mit einer positiven Brechkraft als eine vierte Linseneinheit bezeichnet, die während der Brechkraftvariation fixiert ist.
Mit dem Bezugszeichen F2 ist eine Hinter-Fokus-Linseneinheit (Fokussierlinseneinheit der Bildebenenseite) mit einer positiven optischen Brechkraft als eine fünfte Linseneinheit bezeichnet.
Wie dies vorstehend dargelegt ist, ist es möglich, ein Zoomlinsengerät zu erhalten, das einen breiten Feldwinkel und eine hohe Brechkraft hat und klein ist, indem die optische Brechkraft von jeder Linseneinheit spezifiziert wird.
Mit dem Bezugszeichen P ist ein optisches Element wie beispielsweise ein Farbseparierprisma und ein optischer Filter bezeichnet, wobei dieses als ein Glasblock in der Zeichnung dargestellt ist.
Mit dem Bezugszeichen Ri (i = 1 – 32) in 1 ist eine i-te optische Ebene von der Objektseite aus bezeichnet. Jedoch zeigt 1 die Bezugszeichen lediglich bei den optischen Flächen der jeweiligen Linseneinheiten, die zu dem Objekt am nächsten sind oder die zu der Bildebene und der Diaphragma SP am nächsten sind, und der Rest ist weggelassen worden.
Darüber hinaus ist mit dem Bezugszeichen 10 ein manueller Fokussierring bezeichnet, der die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 in der Richtung der optischen Achse durch manuelle Vorgänge bewegt. Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Motor bezeichnet, der die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 in der Richtung der optischen Achse antreibt.
Mit dem Bezugszeichen 12 ist eine Steuereinrichtung bezeichnet, die den Motor 11 antreibt und die eine Autofokus-Steuerung unter Verwendung der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 in Übereinstimmung mit einem Fokussierbefehlssignal von einer Kamera (einer TV-Kamera oder Videokamera oder dergleichen) CM ausführt, in der dieses Zoomlinsengerät montiert ist oder als ein einstückiges Teil vorgesehen ist.
Mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Moduswahlschalter bezeichnet, der zwischen einem manuellen Fokussiermodus und einem Autofokusmodus schaltet. Bei einem manuellen Fokussiermodus wird keine Autofokus-Steuerung durch die Steuereinrichtung 12 ausgeführt, und bei einem Autofokusmodus wird eine Autofokus-Steuerung durch die Steuereinrichtung 12 ausgeführt, und manuelle Vorgänge von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1, die nachstehend beschrieben sind, können ebenfalls ausgeführt werden.
Mit dem Bezugszeichen EP ist in der Kamera CM ein Bildaufnahmeelement bezeichnet, das das Bild von einem Objekt, das durch das Zoomlinsengerät ZA erzeugt wird, empfängt und fotoelektrisch dieses umwandelt. Das Ausgabesignal von dem Bildaufnahmeelement EP wird verschiedenen Verarbeitungsarten durch eine (nicht dargestellte) Bildverarbeitungsschaltung unterworfen, die im Inneren der Kamera CM vorgesehen ist und wird in einem (nicht gezeigten) Zeichnungsmedium, wie beispielsweise ein Magnetband, ein Halbleiterspeicher und eine optische Scheibe aufgezeichnet.
Die 2 bis 5 zeigen schematische Ansichten von dem optischen System von diesem Zoomlinsengerät ZA. Nach oben gerichtete Pfeile in der oberen Hälfte von jeder Zeichnung zeigen, dass die Linseneinheit eine positive optische Brechkraft hat, und nach unten gerichtete Pfeile in der unteren Hälfte zeigen, dass die Linseneinheit eine negative optische Brechkraft hat. Darüber hinaus zeigen gerade Linien oder Kurven in der unteren Hälfte von jeder Zeichnung die Bewegungsspuren oder Bewegungsbahnen zwischen dem Weitwinkelende und dem Telefotoende von der beweglichen Linseneinheit. Mit dem Bezugszeichen MOD ist der minimale Objektabstand bezeichnet und mit dem Bezugszeichen ∞ ist die Unendlichkeit bezeichnet.
2 zeigt einen Fall, bei dem die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 fixiert ist und ein Fokussieren ausgeführt wird unter Verwendung von lediglich der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 zwischen dem minimalen Objektabstand und der Unendlichkeit. In diesem Fall ändert sich der Bewegungsbetrag von der Vorder-Fokus- Linseneinheit F1 nicht mit dem Zoomzustand (Fokussierlänge von dem gesamten System).
3 zeigt einen Fall, bei dem ein Fokussieren unter Verwendung der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zwischen dem minimalen Objektabstand und der Unendlichkeit ausgeführt wird. In diesem Fall ändert sich der Bewegungsbetrag von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 mit dem Zoomzustand und nimmt zu, wenn der Zoomzustand näher zu der Seite des Telefotos gelangt.
4 zeigt die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1, die von der Position, bei der ein Fokussieren zu der Unendlichkeit erzielt wird (nachstehend ist diese als die Unendlichkeitsfokussierposition bezeichnet), zu dem Objekt um Δx1 (–Δx1) für eine Feineinstellung zum Fokussieren bei einem Autofokusmodus, bei dem ein Autofokussieren ausgeführt wird, durch die Steuereinrichtung 12, die die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 antreibt, bewegt worden ist.
In 4 weicht die Bewegungsbahn von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zwischen der Unendlichkeit und dem minimalen Objektabstand von der in 3 gezeigten Bewegungsbahn zu der Bildebene hin ab und der Abweichbetrag Δx2 (+Δx2) wird zu einem Maximum an dem Telefotoende.
5 zeigt die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1, die von der Unendlichkeitsfokussierposition zu der Bildebene um Δx1 (+Δx1) bewegt worden ist. In diesem Fall weicht die Bewegungsbahn von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zu dem Objekt hin ab, wobei es sich um die Richtung handelt, die entgegengesetzt zu der in dem Fall von 4 ist, und der Abweichbetrag Δx2 (–Δx2) erreicht ein Maximum an dem Telefotoende.
Hierbei werden, wenn konvertierte Neigungswinkel von dem axialen Strahl (axialer Randstrahl) vor und nach der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 (Objektseite und Bildebenenseite) α1 und α1' sind und konvertierte Neigungswinkel von dem axialen Strahl vor und nach der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 α2 und α2' sind, eine Rückfokussierabstandsempfindlichkeit dsk1 und dsk2 von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 und der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 ausgedrückt durch: dsk1 = α1'2 – α12 (1) dsk2 = α2'2 – α22 (2)
Daher wird, wenn die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 um Δx1 bewegt wird, die Variation Δsk1 von dem Rück-Fokus-Abstand ausgedrückt durch: Δsk1 = Δx1 × dsk1 = Δx1 (α1'2 – α12) (3)
In ähnlicher Weise wird, wenn die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 um Δx2 bewegt wird, die Variation Δsk2 von dem Rück-Fokussierabstand ausgedrückt durch Δsk2 = Δx2 × dsk2 = Δx2 (α2'2 – α22) (4)
Ein Bewegungsbetrag Δx2 von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zum Kompensieren der Variation Δsk1 bei dem Rück-Fokussierabstand, der durch die Bewegung von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 erzeugt wird, wobei Δsk1 = –Δsk2 ist, beträgt: Δx2 = –Δx1 × (α2'2 – α22)/(α1'2 – α12) (5)
Daher ist es, um zu ermöglichen, dass die Hinter-Fokussier-Linseneinheit F2 ein Fokussieren ausführt von der Unendlichkeit zu dem minimalen Objektabstand mit der um +/–Δx1 bewegten Vorder-Fokus-Linseneinheit F1, erforderlich, einen Bewegungsspielraum von zumindest Δx2 sicherzustellen, der durch den Ausdruck (5) ausgedrückt wird, für die Seite der Unendlichkeit und für die Seite des minimalen Objektabstandes von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2, wobei dies zuvor geschieht. Darüber hinaus erfüllt das Zoomlinsengerät von diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise den folgenden Bedingungsausdruck (6): 1 < |Δx2 × (α2'2 – α22)/Δx1 × (α1'2 – α12)| < 1.2 (6)
Dieser Konditionalausdruck oder Bedingungsausdruck (6) ist eine Bedingung zum Verhindern, dass der Fokussierbereich von dem Autofokus durch die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 von der Unendlichkeit zu dem minimalen Objektabstand begrenzt wird, wenn die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 bewegt wird, als ein Ergebnis der Feineinstellung zum Fokussieren, und spezifiziert die Beziehung zwischen dem Bewegungsbetrag Δx1 von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 und dem Bewegungsbetragsspielraum Δx2 von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2.
Wenn der Wert von dem vorstehend beschriebenen Verhältnis einen unteren Grenzwert von dem Konditionalausdruck (6) überschreitet, kann ein Fokussieren nicht in der Nähe der Unendlichkeit oder in der Nähe von dem minimalen Objektabstand erzielt werden, wenn sich die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 bewegt. Andererseits nimmt, wenn der Wert von dem vorstehend beschriebenen Verhältnis einen oberen Grenzwert von dem Konditionalausdruck (6) überschreitet, der Bewegungsraum von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zu und die Gesamtlänge von der Zoomlinse nimmt zu, was nicht zu bevorzugen ist.
Darüber hinaus erfüllt das Zoomlinsengerät von diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise in folgenden Konditionalausdruck (7): |Δx1/Sx1| < 0,5 (7)wobei Sx1 den Bewegungsbetrag von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 von der Position, bei der das Fokussieren zu dem minimalen Objektabstand ausgeführt wird (nachstehend ist diese als die Fokussierposition des minimalen Objektabstandes bezeichnet), bis zu dem Objekt in Bezug auf die Unendlichkeitsfokussierposition bezeichnet.
Durch das Spezifizieren des oberen Grenzwertes von Δx1 gemäß dem Konditionalausdruck (7) wird bevorzugt, dass ein Größerwerden des Zoomlinsengerätes aufgrund einer Zunahme von dem Bewegungsbetrag der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 unterdrückt wird, d.h. wenn der Wert von dem vorstehend beschriebenen Verhältnis den oberen Grenzwert von dem Konditionalausdruck (7) überschreitet, nimmt der Bewegungsbetrag von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 zu, was den Durchmesser der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 und die Gesamtlänge von der Zoomlinse beträchtlich erhöht.
Darüber hinaus nimmt der Bewegungsbetrag Δx2 von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 zum Kompensieren des Defokussierens, das durch die Bewegung der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 erzeugt wird, erheblich ab, was zu eine Zunahme des Raumes, der vor und nach der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 erforderlich ist, zu einer Zunahme der Größe der Zoomlinse oder zu einer Zunahme der Aberrationsvariationen mit der Zunahme von dem Bewegungsbetrag der Hinter-Fokus-Linseneinheit F1 führt, was nicht zu bevorzugen ist. Um zu verhindern, dass der Bewegungsbereich von der Fokussierlinseneinheit F1 den Bewegungsbetrag Δx1, der durch zumindest einen der Konditionalausdrücke (6) und (7) spezifiziert ist, bei dem Autofokusmodus überschreitet, wird bevorzugt, den Bewegungsbereich von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 zu begrenzen, indem eine bewegliche Blende (Stopper) (siehe Bezugszeichen S in 1) als ein Begrenzungselement vorgesehen wird, das lediglich in dem Autofokusmodus arbeitet. Dies stellt sicher, dass jeglicher überflüssiger manueller Vorgang (ein fehlerhaftes Betreiben) von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 in dem Autofokusmodus verhindert wird.
Die bewegliche Blende S kann spezifisch aufgebaut sein, beispielsweise aus einer Blende S, einem (nicht dargestellten) Mechanismus, der bewirkt, dass diese Blende S innerhalb des Betriebsbereichs von dem manuellen Fokusring 10 in dem Autofokusmodus heraussteht und von dem Arbeitsbereich in den manuellen Fokussiermodus herausgeht, und einem (nicht gezeigten) Mechanismus, der die Blende S zu einer Position in dem Betriebsbereich von dem manuellen Fokusring 10 bewegt, in dem es möglich ist, Δx1 zu erhalten, das die Konditionalausdrücke (6) und (7) erfüllt. Jedoch kann ein beliebiger Aufbau angewendet werden, wenn dieser zumindest im Hinblick auf die Funktion äquivalent ist.
(Numerisches Beispiel)
Tabelle 1 zeigt ein numerisches Beispiel von dem Zoomlinsengerät von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. In Tabelle 1 ist mit dem Bezugszeichen f die Fokussierlänge von dem gesamten System bezeichnet, sind mit ri, di, ni und vi der Krümmungsradius, der Abstand zwischen den optischen Flächen, der Brechungsindex und die Abbe-Zahl von der m-ten optischen Fläche von der Objektseite jeweils bezeichnet.
Darüber hinaus zeigen die 6 bis 10 die Aberration von diesem numerischen Beispiel. 6 zeigt eine Aberration bei einer Fokussierlänge (Brennweite) f = 8,14 mm und einem Abstand von dem Objekt, der unendlich ist, 7 zeigt eine Aberration bei einer Fokussierlänge f = 30,12 mm, wobei der Abstand von dem Objekt unendlich ist, 8 zeigt eine Aberration bei einer Fokussierlänge f = 111,51 mm, wobei der Abstand von dem Objekt unendlich ist, 9 zeigt eine Aberration bei einer Fokussierlänge f = 111,51 mm und einem Fokussieren, das durch die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 erreicht wird, wenn der Abstand von dem Objekt 1 m beträgt, und 10 zeigt eine Aberration bei einer Fokussierlänge f = 111,51 mm, wobei ein Fokussieren erreicht wird durch die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 bei einem Abstand von dem Objekt von 1 m.
Numerische Referenz
Zunächst wird das Merkmal von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 als die erste Linseneinheit in diesem numerischen Beispiel erläutert. Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 als Ganzes eine positive optische Brechkraft (positive optische Leistung) und bewegt sich zu der Objektseite an der optischen Achse beim Fokussieren an einem Objekt bei einem kurzen Abstand.
Bei diesem numerischen Beispiel wird der Bewegungsbetrag Sx1 von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 bei dem minimalen Objektabstand von 1,0 mm zu –6,3173 mm in dem gesamten Bereich des Zoomens, wenn die Bildebenenseite als positiv angenommen wird. Die Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 hat einen Luftabstand von 2,77 mm von der Variator-Linseneinheit V, wenn ein Fokussieren bei der Unendlichkeit erzielt wird, und stellt 2,0 mm als den im Bewegungsbereich Δx1 bei dem Autofokusmodus sicher.
Der Wert von der linken Seite von dem Ausdruck (7) bei diesem numerischen Beispiel beträgt: |Δx1/Sx1| = 0,317wodurch die Bedingung erfüllt ist und eine Zunahme von dem Durchmesser der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 und der Gesamtlänge der Zoomlinse bei der Zunahme des Bewegungsbetrags der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 unterdrückt ist.
Darüber hinaus betragen die konvertierten Neigungswinkel α1 und α1' von dem axialen Strahl vor und nach der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1:
α1 = 0
α1' = 1,456.
Daher beträgt die Hinter-Fokussierabstandsempfindlichkeit dsk1 von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 an dem Telefotoende: dsk1 = α1'2 – α12 = 2,121
Nachstehend ist das Merkmal von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 als die fünfte Linseneinheit bei diesem numerischen Beispiel erläutert. Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 als Ganzes eine positive optische Brechkraft und bewegt sich zu der Objektseite an der optischen Achse beim Fokussieren an einem Objekt an einem kurzen Abstand. Bei diesem numerischen Beispiel beträgt der Bewegungsbetrag von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 bei dem minimalen Objektabstand von 1,0 m dann –0,065 mm bei dem Weitwinkelende und –8,239 mm bei dem Telefotoende, wobei die Bildebenenseite als positiv angenommen wird.
Die konvertierten Neigungswinkel α2 und α2' von dem axialen Strahl vor und nach der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 betragen:
α2 = 0,158
α2' = 1
Daher beträgt die Rück-Fokus-Abstandsempfindlichkeit dsk2 von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 an dem Telefotoende: dsk = α2'2 – α22 = 0,975
Bei diesem numerischen Beispiel beträgt das Luftintervall (der Luftzwischenraum zwischen der Übertragungslinseneinheit FR), die die vierte Linseneinheit ist, und der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 nunmehr 22,0 mm, beträgt der Rück-Fokussier-Abstand 37,2 mm (Äquivalent in der Luft) und 4,5 mm ist sichergestellt als der Betrag von dem Bewegungsspielraum Δx2 von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2.
Aus der vorstehenden Darlegung ergibt sich der Wert von dem Konditionalausdruck (7) mit: |(4,5 × 0,975)/(–2,0 × 2,121)| = 1,03wodurch die Bedingung erfüllt ist. Dadurch wird eine Zunahme der Gesamtlänge von der Zoomlinse unterdrückt, die durch eine Zunahme von dem Bewegungsbetrag von der Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 verursacht wird, und es wird ermöglicht, ein Fokussieren von der Unendlichkeit zu dem minimalen Objektabstand durch die Hinter-Fokus-Linseneinheit F2 während des Autofokussierens zu erreichen, selbst wenn die Vorder-Fokus-Linseneinheit F2 von der Unendlichkeitsposition sich um einen maximalen Wert von +/–Δx1 als ein Ergebnis der Feineinstellung des Fokussierens bewegt hat.
Bei diesem numerischen Beispiel ist eine bewegliche Blende S, die lediglich in dem Autofokusmodus arbeitet, so vorgesehen, dass der Bewegungsbetrag von der Vorder-Fokus-Linseneinheit F1 nicht den Wert +/–2,0 mm überschreitet.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist anhand eines Zoomlinsengerätes auf der Grundlage von einem Zoomsystem beschrieben, das die zweite Linseneinheit und die dritte Linseneinheit bei einem Aufbau mit einer positiven, einer negativen, einer negativen oder einer positiven Linse, die sich während einer Brechkraftvariation bewegen, hat, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Zoomsystem beschränkt und sie ist ebenfalls bei einer Zoomlinse anwendbar, die Fokussierlinseneinheiten hat, die näher zu dem Objekt und der Bildebene als die Variator-Linseneinheit ist.
Beispielsweise verwendet ein Zoomlinsengerät für eine Fernsehübertragung oder ein professionelles Video häufig ein Zoomsystem, bei dem sich die zweite Linseneinheit für eine Variation der optischen Leistung bewegt, und sich die dritte Linseneinheit zum Zwecke der Kompensation Variationen der Bildebene bewegt, bei einem Aufbau einer positiven, einer negativen, einer positiven und einer positiven Linse, jedoch ist es ebenfalls möglich, die erste Linseneinheit als die Fokussierlinseneinheit an der Objektseite und die vierte Linseneinheit als die Fokussierlinseneinheit an der Bildebenenseite anzuwenden. Darüber hinaus können auch drei oder mehr Linseneinheiten vorhanden sein, die sich während der Variation der optischen Leistung bewegen.
Darüber hinaus führt das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ein Fokussieren aus durch eine Bewegung der gesamten ersten Linseneinheit, jedoch kann die vorliegende Erfindung bei einem Zoomlinsengerät aufgegriffen werden, bei dem lediglich einige Linsenelemente von der ersten Linseneinheit für ein Fokussieren verwendet werden.
Darüber hinaus ist das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben, bei dem die Linseneinheit, die am nächsten zu der Bildebene ist, als die Fokussierlinseneinheit der Bildebenenseite verwendet wird, jedoch kann eine beliebige Linseneinheit als die Fokussierlinseneinheit der Bildebenenseite verwendet werden, wenn sie zumindest näher zu der Bildebene als die Variator-Linseneinheit ist.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann dieses Ausführungsbeispiel ein kleines Zoomlinsengerät verwirklichen, das zu einem Realisieren von einem schnelleren und genaueren Fokussieren durch manuelle Vorgänge und zu einem leichten Ausführen von einem beabsichtigen Fokussieren für Bildeffekte in der Lage ist und ein Fokussieren durch manuelle Vorgänge bei dem Autofokusmodus ermöglicht, ohne dass ein Betätigungsempfinden eines manuellen Fokussierens verloren geht.

Claims

Zoomlinsengerät mit Autofokus und einem manuellen Fokussiermodus und das folgendes aufweist: eine Variatorlinseneinheit (V), die eine Brechkraftvariation durch eine Bewegung entlang der optischen Achse von dem Gerät ausführt; eine Objektseiten-Fokussierlinseneinheit (F1), die näher zu dem Objekt als die Variatorlinseneinheit (V) vorgesehen ist, um ein Fokussieren durch eine Bewegung entlang der optischen Achse auszuführen; eine Bildebenenseiten-Fokussierlinseneinheit (F2), die näher zu der Bildebene als die Variatorlinseneinheit (V) vorgesehen ist, um ein Fokussieren durch eine Bewegung entlang der optischen Achse auszuführen; und eine Steuereinrichtung (12), die den Autofokusmodus steuert durch ein Antreiben der Bildebenenseiten-Fokussierlinseneinheit (F2) entlang der optischen Achse, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit (F1) durch eine manuelle Fokussiereinrichtung (10) bei dem Autofokusmodus ausgeführt werden kann, und wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: |Δx1/Sx1| < 0,5wobei Δx1 der zulässige Bewegungsbetrag von der Objektseiten-Fokkussierlinseneinheit (F1) von einer Position ist, bei der ein Fokussieren in die Unendlichkeit zu der Objektseite oder Bildebenenseite bei dem Autofokusmodus erzielt wird, und Sx1 der Bewegungsbetrag von der Objektseiten-Fokkussierlinseneinheit (F1) von der minimalen Fokussierposition zu der unendlichen Fokussierposition ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, das des weiteren ein Begrenzungselement aufweist, das den Bewegungsbereich von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit bei dem Autofokusmodus begrenzt.
Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: 1 < |Δx2·(a2'2 – a22)/Δx1·(a1'2 – a1'2)| < 1,2wobei Δx1 der zulässige Bewegungsbetrag von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit von einer Position ist, bei der das Fokussieren in die Unendlichkeit erreicht wird, zu einer Objektseite oder Bildebenenseite, wenn der Autofokusmodus eingestellt ist, Δx2 ein zulässiger Bewegungsbetrag von der Bildebenenseiten-Fokussierlinseneinheit von der unendlichen Fokussierposition zu der Bildebene ist oder ein zulässiger Betrag der Bewegung von einer Position ist, bei der ein Fokussieren auf einen minimalen Objektabstand zu der Objektseite erreicht wird, a1 und a1' konvertierte Neigungswinkel von einem axialen Strahl an der Objektseite und an der Bildebenenseite von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit an dem Telefotoende sind und a2 und a2' konvertierte Neigungswinkel von dem axialen Strahl an der Objektseite und der Bildebenenseite von der Bildebenenseiten-Fokussierlinseneinheit an dem Telefotoende sind.
Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein bewegliches Begrenzungselement aufweist, das den Bewegungsbereich von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit bei dem Autofokusmodus so begrenzt, dass die zulässige Bewegung Δx1 nicht überschritten wird, die durch die Bedingung gemäß Anspruch 3 spezifiziert ist.
Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein bewegliches Begrenzungselement aufweist, das den Bewegungsbereich von der Objektseiten-Fokussierlinseneinheit bei dem Autofokusmodus so begrenzt, dass der zulässige Bewegungsbetrag Δx1 nicht überschritten wird, der durch die Bedingung gemäß Anspruch 3 spezifiziert ist.
Gerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: eine Objektseitenlinseneinheit, die eine positive optische Brechkraft hat und die während der Brechkraftvariation fixiert ist; eine Variatorlinseneinheit, die eine negative optische Brechkraft hat; eine dritte Linseneinheit, die Bildebenenschwankungen ausgleicht, die durch eine Brechkraftschwankung verursacht werden, durch ein Bewegen in der Richtung der optischen Achse; eine vierte Linseneinheit; und eine positive Bildebenenseiten-Einheit in dieser Reihenfolge von dem Objekt zu der Bildseite.
Kamerasystem, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes aufweist: ein Zoomlinsengerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, und eine Kamera, bei der das Zoomlinsengerät montiert ist, um ein Objektbild aufzuzeichnen, das durch das Zoomlinsengerät erzeugt wird.