DE69223106T2

DE69223106T2 - Zoomobjektiv

Info

Publication number: DE69223106T2
Application number: DE69223106T
Authority: DE
Inventors: Hisayuki Ii; Shusuke Ono
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2012-09-09
Also published as: JPH0572474A; US5235466A; EP0531925A1; EP0531925B1; DE69223106D1; JP3033274B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv für eine 3-CCD- Videofilmkamera (CCD - charge coupled device, ladungsgekoppelter Baustein) oder dergleichen, die ein großes Zoomverhältnis von etwa 10 und einen großen Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite aufweist.
Zur Befriedigung der jüngsten Nachfrage nach hervorragender Bedienbarkeit, hoher Mobilität und hoher Bildqualität bei Videofilmkameras werden immer mehr hochauflösende, bis zu 1/3" kompakte Bilderzeugungselemente angeboten. Inzwischen besteht in diesem Bereich eine hohe Nachfrage nach Zoomobjektiven von hoher Leistungsfähigkeit und großer Vergrößerung, die kompakte Abmessungen und ein geringes Gewicht haben. Außerdem werden aufgrund der großen Nachfrage nach einer Verringerung der Herstellungskosten für Zoomobjektive dringend Zoomobjektive von hoher Leistungsfähigkeit und großer Vergrößerung benötigt, bei denen die Zahl der Linsenelemente verringert ist.
Bei den bekannten Zoomoblektiven von großer Vergrößerung jedoch sind nicht nur Durchmesser und Gesamtlänge des Objektivs groß, sondern es ist auch eine große Anzahl von Linsen erforderlich, die zur besseren Aberratioriskorrektur erforderlich sind. Deshalb sind die bekannten Zoomobjektive von großer Vergrößerung größer, schwerer und teurer, weshalb sie nicht für Amateur-Videofilmkameras geeignet sind. Daher haben die bekannten kompakten, leichten Zoomobjektive, die eine Blendenzah von etwa 1,4 bis 1,6 haben und etwa 10 Linsen aufweisen, ein Zoomverhältnis von etwa 6.
Nachstehend wird ein Beispiel für ein bekanntes Zoomobjektiv für Videofilmkameras, wie es beispielsweise in der EP-A-405 856 und im US-Patent 5 100 223 beschrieben ist, unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Das bekannte Zoomobjektiv enthält eine erste Linsengruppe 21, die den bilderzeugenden Teil darstellt, eine zweite Linsengruppe 22, die den die Vergrößerung ändernden Teil darstellt, eine dritte Linsengruppe 23, die den Licht sammelnden Teil darstellt, und eine vierte Linsengruppe 24, die den fokussierenden Teil bildet, sowie eine Glasplatte 25, die optisch einem Quarzkristallfilter entspricht, und eine Abdeckplatte einer Abbildungseinrichtung. Mit Bezugszeichen 26 ist eine Bildoberfläche bezeichnet.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen bekannten Zoomobjektivs beschrieben. Die erste Linsengruppe 21 ist gegenüber der Bildoberfläche 26 feststehend und hat die Aufgabe der Bilderzeugung, während die zweite Linsengruppe 22 entlang einer optischen Achse A beweglich ist, um die Vergrößerung zu verändern, so daß sich die Brennweite des Gesamtsystems ändert. Die dritte Linsengruppe 23 ist gegenüber der Bildoberfläche 26 feststehend und hat die Aufgabe, das durch die zweite Linsengruppe 22 erzeugte divergierende Licht zu sammeln. Demgegenüber ist die vierte Linsengruppe 24 entlang der optischen Achse A beweglich und dient dem Fokussieren. Änderungen der Position der Bildoberfläche 26, die durch das Verschieben der zweiten Linsengruppe 22 bei Verstellung der Brerinweile bedingt sind, werden dadurch beseitigt, daß die vierte Linsengruppe 24 so verschoben wird, daß die Bildoberfläche 26 in einer vorgegebenen Position fixiert ist.
Wenn jedoch bei dem bekannten Zoomobjektiv mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau das Zoomverhältnis auf etwa 10 gebracht wird, wird es schwierig, über den gesamten Zoombereich und die gesamte Aufnahmedistanz eine Aberrationskorrektur durchzuführen, so daß keine hohe Bildqualität erzielt werden kann. Außerdem hat das bekannte Zoomobjektiv den Nachteil, daß wegen des kurzen Brennpunktsabstands von der Linsenrückseite zwischen dem Linsensystem und der Bildoberfläche 26 kein optisches Farbtrennsystem eingesetzt werden kann, wie es für eine 3-CCD-Videofilmkamera erforderlich ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist somit eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, zur Beseitigung der Nachteile des Standes der Technik ein einfach aufgebautes asphärisches Hochleistungs- Zoomobjektiv mit einem Zoomverhältnis von etwa 10 und einem großen Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite zur Verfügung zu stellen, der das Einsetzen eines optischen Farbtrennsystems ermöglicht, wie in den Ansprüchen 1 bis 4 definiert, bei dem neue Linsentypen und optimale asphärische Konturen zur Anwendung kommen, sowie eine Videofilmkamera gemäß Anspruch 5, die das asphärische Zoomobjektiv aufweist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß das erfindungsgemäße asphärische Zoomobjektiv gemäß Anspruch 1 bis 4 von der Seite des Objekts aus nacheinander aufweist:
eine erste Linsengruppe mit positivem Brechungsvermögen bzw. Brechwert, die gegenüber der Bildoberfläche feststehend ist; eine zweite Linsengruppe mit negativem Brechwert, die auf einer optischen Achse des asphärischen Zoomobjektivs beweglich ist, so daß die Vergrößerung verändert werden kann; eine dritte Linsengruppe mit positivem Brechwert, die gegenüber der Bildoberfläche feststehend ist, so daß sie eine Lichtbündelungsfunktion hat; und eine vierte Linsengruppe mit positivem Brechwert, die auf der optischen Achse beweglich ist, so daß die Bildoberfläche entsprechend der Verschiebung der zweiten Linsengruppe versetz bar ist und die Bewegung des Objekts in einer Position fixiert wird, die von einer Bezugsoberfläche einen vorgegebenen Abstand hat; wobei zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe ein relativ großer Luftspalt gegeben ist, und wobei von der Seite des Objekts aus nacheinander betrachtet die erste Linsengruppe aufgebaut ist aus einer Konkavlinse, einer Doppelkonvexlinse und einer Meniskuskonvexlinse, die nacheinander angeordnet sind, die zweite Linsengruppe aufgebaut ist aus einer Meniskuskonkavlinse, einer Doppel konkavlinse und einer Konvexlinse, die nacheinander angeordnet sind, die dritte Linsengruppe von einer einzigen Linse mit mindestens einer asphärischen Oberfläche gebildet wird und die vierte Linsengruppe aufgebaut ist aus einer Konkavlinse, einer ersten und einer zweiten Konvexlinse, von denen mindestens eine zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, wobei die Linsen nacheinander angeordnet sind.
Die Linsen der Linsengruppen 1 bis 4 sind nach Typ und Oberflächenkonturen für ein hervorragendes Aberrationsverhalten vorteilhaft sind. Zu diesem Zweck sollte die Linse der dritten Linsengruppe eine konvexe Oberfläche aufweisen, die zum Objekt zeigt. Außerdem sollte bei der vierten Linsengruppe die Konkavlinse eine konkave Oberfläche haben, die zum Objekt zeigt, und die zweite Konvexlinse eine konvexe Oberfläche haben, die zur Bildoberfläche zeigt.
Insbesondere genügt das erfindungsgemäße asphärische Zoomobjektiv den folgenden Bedingungen 1 bis 8:
1 3,0 < f1/fW < 8,0
2 0,5 < f2 /fW < 1,6
3 2,0 < f3/fW < 7,0
4 2,0 < f4/fW < 5,0
5 0,02 < d12/f4 < 1,0
6 0,3 < r11/f3 < 1,5
7 0,3 < r13 /f4 < 2,0
8 0,3 < r18 /f4 < 1,5,
wobei fW die Brennweite des asphärischen Zoomobjektivs im Weitwinkelbereich bedeutet, fi (i = 1-4) eine Brennweite der i-ten Linsengruppe bedeutet, d12 den Luftspalt zwischen der dritten und der vierten Linsengruppe bedeutet, r11 den Krümmungsradius einer zum Objekt weisenden Oberfläche der Linse der dritten Linsengruppe bedeutet, r13 den Krümmungsradius einer zum Objekt weisenden Oberfläche der Konkavlinse der vierten Linsengruppe bedeutet und r18 den Krümmungsradius einer zur Bildoberfläche weisenden Oberfläche der zweiten Konvexlinse bedeutet.
Zur Lösung der Aufgabe der. Erfindung weist die erfindungsgemäße Videofilmkamera mindestens das vorbezeichnete erfindungsgemäße asphärische Zoomobjektiv, ein optisches Farbtrennsvslem, drei Abbildungseinrichtungen, eine Signalverarbeitungsschaltung und einen Sucher auf.
Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau der Erfindung können die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden. Bei schrittweiser Betrachtung von Objektseite aus setzt sich die erste Linsengruppe durch die Konkavlinse, die Doppelkonvexlinse und die Meniskuskonvexlinse zusammen, die zweite Linsengruppe durch die Meniskuskonkavlinse, die Doppel konkavlinse und die Konvexlinse, die dritte Linsengruppe durch die einzelne asphärische Linse, deren konvexe Oberfläche zum Objekt zeigt und die einen positiven Brechwert hat, und die vierte Linsengruppe durch die Korikavlinse, deren konkave Oberfläche zum Objekt zeigt, die erste Konvexlinse und die zweite Konvexlinse, deren konvexe Oberfläche zur Bildoberfläche zeigt, so daß von der Konkavlinse, der ersten und der zweiten Konvexlinse mindestens eine zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist. Durch diesen einfachen Aufbau erhält man folglich das asphärische Zoomobjektiv mit einem Zoomverhältnis von etwa 10 und einem großen Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite.
Wenn die genannten Bedingungen 1 bis 8 erfüllt sind, erhält man ein einfach aufgebautes asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv mit hervorragender Aberrationskorrektur.
Außerdem erhält man durch Verwendung des erfindungsgemäßen asphärischen Zoomobjektivs eine kompakte, leichtgewichtige 3-CCD-Videofilm kamera mit hoher Vergrößerung und hoher Bildqualität.
Wie aus dem Vorstehenden klargeworden ist, erhält man erfindungsgemäß das asphärische Hochleistungs-Zoomobjektiv mit einer Blendenzahl von etwa 1,6 und einem Zoomverhältnis von etwa 10 mit nur 10 Linsenbauteilen und die kompakte, leichtgewichtige Hochleistungs-3-CCD-Videofilm kamera durch Verwendung dieses asphärischen Zoomobjektivs.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Aufgabe und Merkmale der Erfindung werden aus nachfolgender Beschreibung anhand der bevorzugten Ausfführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
Fig. 1: ein schematisches Schnittbild eines asphärischen Zoomobjektivs in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2: ein schematisches Schnittbild eines herkömmlichen asphärischen Zoomobjektivs (bereits erwähnt);
Fig. 3(a), 3(b) und 3(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 1 im Weitwinkelbereich;
Fig. 4(a), 4(b) und 4(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 1 in Standardeinstellung;
Fig. 5(a), 5(b) und 5(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 1 im Telebereich;
Fig. 6(a), 6(b) und 6(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung im Weitwinkel bereich des asphärischen Zoomobjektivs in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
Fig. 7(a), 7(b) und 7(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 6 in Standardeinstellung;
Fig. 8(a), 8(b) und 8(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 6 im Telebereich;
Fig. 9(a), 9(b) und 9(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung im Weitwinkelbereich des asphärischen Zoomobjektivs in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 10(a), 10(b) und 10(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 9 in Standardeinstellung;
Fig. 11(a), 11(b) und 11(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 9 im Telebereich;
Fig. 12: ein schematisches Schnittbild eines Zoomobjektivs in einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform
Fig. 13(a), 13(b) und 13(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 12 im Weitwinkelbereich;
Fig. 14(a), 14(b) und 14(c): Diagramme der sphärischen Aberration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 12 in Standardeinstellung;
Fig. 15(a), 15(b) und 15(c): Diagramme der sphärischen Aberrration, des Astigmatismus und der Verzeichnung des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Fig. 12 im Telebereich; und
Fig. 16: ein Blockdiagramm, das eine erfindungsgemäße Videofilmkamera zeigt, die das erfindungsgemäße asphärische Zoomobjektiv aufweist.
In den Diagrammen der sphärischen Aberration geben die durchgezogene Linie, die getrichelte Linie und die unterbrochene Linie die d-Linie bzw. die F-Linie bzw. die C-Linie wieder, während in den Diagrammen des Astigmatismus die durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie die sagittale Bildoberfläche bzw. die meridionale Bildoberfläche darstellen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß in allen Zeichnungen gleiche Teile jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Von den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein asphärisches Zoomobjektiv in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das asphärische Zoomobjektiv enthält eine erste Linsengruppe 1 mit positivem Brechwert, eine zweite Linsengruppe 2 mit negativem Brechwert, eine dritte Linsengruppe 3, gebildet durch eine asphärische Linse mit positivem Brechwert, eine vierte Linsengruppe 4 mit positivem Brechwert, eine ebene Glasplatte 5, die optisch einem optischen Farbtrennsystem entspricht, und eine ebene Glasplatte 6, die optisch einem Quarzkristallfilter entspricht, sowie eine Deckplatte einer Abbildungseinrichtung. Mit Bezugszeichen 7 ist eine Bildoberfläche bezeichnet.
Die erste Linsengruppe 1 hat die Aufgabe der Bilderzeugung und ist relativ zur Bildoberfläche 7 feststehend. Die zweite Linsengruppe 2 ist entlang einer optischen Achse A beweglich, so daß die Vergrößerung verändert werden kann. Die dritte Linsengruppe 3 hat die Aufgabe der Lichtbündelung und ist relativ zur Bildoberfläche 7 feststehend. Die vierte Linsengruppe 4 ist zur Brennpunkteinstellung entlang der optischen Achse A beweglich und beinhaltet eine asphärische Linse. Zwischen der dritten Linsengruppe 3 und der vierten Linsengruppe 4 ist ein relativ großer Luftspalt d12 vorgesehen. Bei schrittweiser Betrachtung von Gegenstandsseite aus umfaßt die erste Linsengruppe 1 eine aufgeklebte Linse und eine Meniskuslinse mit positivem Brechwert, während die zweite Linsengruppe 2 eine Meniskuslinse mit negativem Brechwert und eine aufgeklebte Linse umfaßt. Die dritte Linsengruppe dagegen wird von einer einzigen asphärischen Linse gebildet, deren konvexe Oberfläche zum Gegenstand zeigt. Bei schrittweiser Betrachtung von Gegenstandsseite aus wird die vierte Linsengruppe 4 von einer Konkavlinse, deren konkave Oberfläche zum Gegenstand zeigt, einer ersten Konvexlinse und einer zweiten Konvexlinse, deren konvexe Oberfläche zur Bildoberfläche 7 zeigt, gebildet und von der Konkavlinse, der ersten und der zweiten Konvexlinse weist mindestens eine zumindest eine asphärische Oberfläche auf.
Das Zoomobjektiv genügt folgenden Bedingungen 1 bis 8:
1 3,0 < fl/fW < 8,0
2 0,5 < f2 /fW < 1,6
3 2,0 < f3/fW < 1 ,0
4 2,0 < f4/fW < 5,0
5 0,02 < d12/f4 < 1,0
6 0,3 < r11/f3 < 1,5
7 0,3 < r13 /f4 < 2,
8 0,3 < r18 /f4 < 1,5
Bei vorstehenden Bedingungen 1 bis 8 haben die einzelnen Buchstaben folgende Bedeutung: fW: Brennweite des asphärischen Zoomobjektivs im Weitwinkelbereich, fi (i = 1-4): Brerinweile einer i-ten Linsengruppe, d12: Luftspalt zwischen der dritten Linsengruppe 3 und der vierten Linsengruppe 4, r11: Krümmungsradius der konvexen Oberfläche der asphärischen Linse, die die dritte Linsengruppe 3 bildet, wobei die Oberfläche zum Gegenstand zeigt, r13: Krümmungsradius einer zum Gegenstand weisenden Oberfläche der Konkavlinse der vierten Linsengruppe 4 und r18: Krümmungsradius der konvexen Oberfläche der zweiten Konvexlinse, die der Bildoberfläche 7 benachbart ist, wobei die konvexe Oberfläche zur Bildoberfläche 7 weist.
Damit das Zoomobjektiv kompakte Abmessungen erhalten kann, muß der Brechwert der einzelnen Linsengruppen 1 bis 4 erhöht werden. Die vorstehenden Bedingungen 1 bis 4 bezeichnen den Brechwert der Linsengruppen 1 bis 4. Wenn also die Bedingungen 1 bis 4 erfüllt sind, hat von der ersten Linsengruppe 1 bis zur vierten Linsengruppe 4 jede einen hohen Brechwert, so daß das Zoom objektiv kompakt wird, und es kann eine hervorragende Aberrationskorrektur erreicht werden, indem der Typ, die Oberflächenkonturen usw. der Linsen der einzelnen Linsengruppen 1 bis 4 optimal gestaltet werden.
Die Tatsache, daß die dritte Linsengruppe 3 von der asphärischen Linse, deren konvexe Oberfläche zum Gegenstand zeigt, gebildet wird, ist wesentlich für die Bedingung, daß die dritte Linsengruppe 3 von einer einzigen Linse gebildet wird und daß verschiedene Aberrationen bei großer Blende mit der Blendenzahl von etwa 1,6 korrigiert werden. Insbesondere die asphärische Oberfläche der Linse der dritten Linsengruppe 3 hat große Bedeutung für die Korrektur der sphärischen Aberration.
Die Tatsache, daß die vierte Linsengruppe 4 von einer Konkavlinse und zwei Konvexlinsen gebildet wird und daß von der Konkavlinse und den beiden Konvexlinsen mindestens eine zumindest eine asphärische Oberfläche hat, ist wesentlich für die Bedingung, daß das Zoomobjektiv einen großen Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite hat und daß die chromatische Aberration von der optischen Achse A und die monochromatische Aberration von der optischen Achse A korrigiert werden.
Im folgenden werden die Bedingungen 1 bis 8 näher beschrieben. Die Bedingung 1 betrifft den Brechwert der ersten Linsengruppe 1. Wenn das Verhältnis f1/fW der Bedingung 1 den unteren Grenzwert 3,0 unterschreitet, ist der Brechwert der ersten Linsengruppe 1 zu groß, so daß es schwierig wird, die sphärische Aberration im Telebereich zu korrigieren. Wenn dagegen das Verhältnis der Bedingung 1 den oberen Grenzwert 8,0 überschreitet, ist die Linsenlänge zu groß, so daß es unmöglich wird, das Zoomobjektiv kompakt zu gestalten.
Die Bedingung 2 betrifft den Brechwert der zweiten Linsengruppe 2. Wenn das Verhältnis f2 /fW von Bedingung 2 den unteren Grenzwert 0,5 unterschreitet, kann das Zoomobjektiv kompakt gestaltet werden, jedoch wird die Petzvalsumme des Gesamtsystems stark negativ, so daß die Feldkrümmung nicht dadurch korrigiert werden kann, daß lediglich ein entsprechendes Glasmaterial ausgewählt wird. Überschreitet das Verhältnis von Bedingung 2 dagegen den oberen Grenzwert 1,6, kann zwar die Aberrationskorrektur auf einfache Weise erreicht werden, jedoch wird das System zur Veränderung des Vergrößerungsmaßstabs groß, so daß das Gesamtsystem nicht kompakt gestaltet werden kann.
Die Bedingung 3 betrifft den Brechwert der dritten Linsengruppe 3. Wenn das Verhältnis f3/fW von Bedingung 3 den unteren Grenzwert 2,0 unterschreitet, ist der Brechwert der dritten Linsengruppe 3 zu groß. Infolgedessen ist der Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite nicht ausreichend groß, um das optische Farbtrennsystem einsetzen zu können, und es wird schwierig, die sphärische Aberration zu korrigierren. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 3 den oberen Grenzwert 7,0, ergibt die Kombination aus der ersten, der zweiten und der dritten Linsengruppe (1, 2 und 3) ein divergierendes System, so daß der Durchmesser der Linsen der vierten Linsengruppe 4, die rückseitig vom divergierenden System angeordnet sind, nicht klein gewählt werden und die Petzvalsumme des Gesamtsystems keinen kleinen Wert annehmen kann.
Die Bedingung 4 betrifft den Brechwert der vierten Linsengruppe 4. Unterschreitet das Verhältnis f4/fW von Bedingung 4 den unteren Grenzwert 2,0, wird der das Bild enthaltende Bereich schmal. Um einen gewünschten Bild enthaltenden Bereich zu erhalten, muß also der Durchmesser der Linsen der ersten Linsengruppe 1 vergrößert werden, so daß das Zoomobjektiv nicht kompakt und leichtgewichtig gestaltet werden kann. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 4 den oberen Grenzwert 5,0, kann zwar die Aberrationskorrektur auf einfache Weise erreicht werden, jedoch wird der Verschiebeweg der vierten Linsengruppe 4 bei Nahaufnahmen groß. Infolgedessen kann nicht nur das Gesamtsystem nicht kompakt gestaltet werdon, sondern es wird auch schwierig, das Ungleichgewicht zwischen der Aberration von der optischen Achse A bei Nahaufriahmen und der Aberration bei Fernaufnahmen zu korrigieren.
Die Bedingung 5 betrifft den Luftspalt zwischen der dritten Linsengruppe 3 und der vierten Linsengruppe 4. Unterschreitet das Verhältnis d12/f4 von Bedingung 5 den unteren Grenzwert 0,02, wird die Höhe des Lichtstrahls jenseits der optischen Achse A klein, so daß es schwierig wird, die chromatische Aberration von der optischen Achse A lediglich dadurch zu korrigieren, daß ein entsprechendes Glasmaterial ausgewählt wird. Da der Verschiebeweg der vierten Linsengruppe 4 bei Nahaufnahmen begrenzt ist, kann keine ausreichend kurze Nahdistanz erreicht werden. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 5 den oberen Grenzwert 1,0, ist es schwierig, das Gesamtsystem kompakt zu gestalten. Wenn eine ausreichend große Lichtmenge an der Bildebene sichergestellt wird, kann der Durchmesser der Linsen der vierten Linsengruppe 4 nicht verringert werden.
Die Bedingung 6 betrifft den Krümmungsradius einer Oberfläche der asphärischen Linse der dritten Linsengruppe 3, die zum Gegenstand weist. Wird auf der Oberfläche der asphärischen Linse, die zum Gegenstand weist, oder auf der anderen Oberfläche der asphärischen Linse, die zur Bildoberfläche 7 weist, oder auf beiden Oberflächen der asphärischen Linse eine asphärische Oberfläche geschaffen und werden die Konturen der asphärischen Oberfläche optimal gestaltet, können trotz der Tatsache, daß die dritte Linsengruppe 3 von einer einzigen. Linse gebildet wird, zahlreiche Aberrationen ausreichend korrigiert werden. Unterschreitet jedoch das Verhältnis r11/f3 von Bedingung 6 den unteren Grenzwert 0,3, wird es schwierig, die sphärische Aberration zu korrigieren. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 6 den oberen Grenzwert 1,5, wird es schwierig, die chromatische Aberration des Lichtstrahls von der optischen Achse A unterhalb des Hauptlichtstrahls zu korrigieren.
Die Bedingung 7 betrifft den Krümmungsradius der konkaven Oberfläche der Konkavlinse der vierten Linsengruppe 4, die zum Gegenstand weist. Unterschreitet das Verhältnis r13/f4 von Bedingung 7 den unteren Grenzwert 0,3, wird der Einfallswinkel bezüglich der konkaven Oberfläche der Konkavlinse groß, so daß es schwierig wird, die chromatische Aberration des Lichtstrahls von der optischen Achse A unterhalb des Hauptlichtstrahls zu korrigieren. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 7 den oberen Grenzwert 2,0, kann der Brechwert der Konkavlinse nicht erhöht, werden, und damit kann kein ausreichend großer Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite erzielt werden.
Die Bedingung 8 betrifft den Krümmungsradius einer Oberfläche der zweiten Konvexlinse der vierten Linsengruppe 4, die zur Bildoberfläche 7 weist. Unterschreitet das Verhältnis r18 /f4 den unteren Grenzwert 0,3, wird der Austrittswinkel an der einen Oberfläche der zweiten Konvexlinse groß, so daß es schwierig wird, die chromatische Aberration des Lichtstrahls von der optischen Achse A über dem Hauptlichtstrahl und die Feldkrümmung im Weitwinkelbereich zu korrigieren. Überschreitet dagegen das Verhältnis von Bedingung 8 den oberen Grenzwert 1,5, ist der Brechwert der ersten Konvexlinse der vierten Linsengruppe 4 groß, so daß kein ausreichend großer Brennpunktsabstand von der Linsenrückseite erreicht werden kann.
Von dem Zoomobjektiv gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist in nachstehender Tabelle 1 ein konkretes Beispiel angegeben, das den Bedingungen 1 bis 8 genügt. In Tabelle 1 bezeichnet r den Krümmungsradius einer Oberfläche der einzelnen Linsen des Zoomobjektivs, d die Dicke der einzelnen Linsen des Zoomobjektivs oder den Luftspalt zwischen den Linsen, n den Brechungsindex für die d-Linie der einzelnen Linsen des Zoomobjektivs, v die Abbesche Zahl für die d- Linie der einzelnen Linsen des Zoomobjektivs, f die Brennweite im Weitwinkelbereich und im Telebereich des Zoomobjektivs und BZ die Blendenzahl im Weitwinkelbereich und im Telebereich des Zoomobjektivs. Tabelle 1
Die Kontur der asphärischen Oberfläche wird durch folgende Gleichung definiert:
In vorstehender Gleichung bezeichnet Z einen Abstand zwischen einem Scheitelpunkt der asphärischen Oberfläche und einem Punkt auf der asphärischen Oberfläche, wenn die Höhe des Punktes über der optischen Achse A mit Y ausgedrückt wird; C bezeichnet die Krümmung des Scheitelpunkts der asphärischen Oberfläche; K bezeichnet eine Konizitätskonstante, und D bis I bezeichnen asphärische Koeffizienten.
In Tabelle 1 sind die Oberflächen 11, 12, 15 und 16 asphärisch, und die Konizitätskonstante K und die asphärischen Koeffizienten D bis 1 dieser Oberflächen sind in nachstehenden Tabellen 2(a) und 2(b) angegeben. Tabelle 2(a) Tabelle 2(b)
Als Beispiel für den durch Verstellung der Brennweite veränderlichen Luftspalt sind in den nachstehenden Tabellen 3, 4 und 5 Werte für den Luftspalt bei Anordnung des Gegenstandspunkts mi Abstand unendlich zum Zoomobjektiv bzw. Werte für den Luftspalt bei Anordnung des Gegenstandspunkts im Abstand von 2 m von der Oberfläche r1 der ersten Linsengruppe 1 bzw. Werte für den Luftspalt bei Anordnung des Gegenstandspunkts im Abstand von 1 m zur Oberfläche r1 der ersten Linsengruppe 1 angegeber. Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5
In den Tabellen 3 bis 5 ist mit "Normal" die Normaleinstellung bezeichnet, die einer Brennweiteneinstellung entspricht, bei der die vierte Linsengruppe 4 bei jeder Position des Gegenstandspunkts der dritten Linsengruppe 3 am nächsten ist.
Die Abbildungen 3, 4 und 5 zeigen Aberrationen im Weitwinkel bereich, bei Normaleinstellung und im Tele bereich des in Tabelle 1 angegebenen asphärischen Teleobjektivs und belegen eine hervorragende optische Leistung des Zoomobjektivs von Tabelle 1. Tabelle 6
Die Werte eines Zoomobjektivs in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind in vorstehender Tabelle 6 angegeben. Da die Linsenanordnung dieses Zoomobjektivs ähnlich ist wie beim Zoomobjektiv der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 1, wird im Interesse einer knappen Darstellung auf eine Beschreibung verzichtet. In Tabelle 6 sind die Oberflächen 11, 12, 15 und 16 asphärisch; die Konizitätskonstante K und die asphärischen Koeffizienten D bis dieser Oberflächen sind in den nachstehenden Tabellen 7(a) und 7(b) angegeben. Tabelle 7(a) Tabelle 7(b)
Als Beispiel für den durch Verstellen der Brennweite veränderlichen Luftspalt sind in nachstehender Tabelle 8 Luftspaltwerte bei Plazierung des Gegenstandspunkts im Abstand von 2 m von der Oberfläche r1 der ersten Linsengruppe 1 angegeben. Tabelle 8
Fig. 6, 7 und 8 zeigen Aberrationen im Weitwinkelbereich, bei Normaleinstellung und im Telebereich des asphärischen Zoomobjektivs gemäß Tabelle 6 und belegen die hervorragende optische Leistungsfähigkeit des Zoomobjektivs gemäß Tabelle 6.
In nachstehender Tabelle 9 sind Werte eines Zoomobjektivs gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform angegeben. Da bei diesem Zoomobjektiv die Linsenanordnung ähnlich ist wie beim Zoomobjektiv in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird im Interesse einer knappen Darstellung auf eine Beschreibung verzichtet.
In Tabelle 9 sind die Oberflächen 11, 12 und 18 asphärisch; die Konizitäskonstante K und die asphärischen Koeffizienten D bis I dieser Oberflächen sind in nachstehender Tabelle 10 angegeben. Tabelle 9 Tabelle 10
Als Beispiel für den durch Verstellen der Brennweite variablen Luftspalt sind in nachstehender Tabelle 11 Luftspaltwerte bei Plazierung des Gegenstandspunkts im Abstand von 2 m von der Oberfläche r1 der ersten Linsengruppe 1 angegeben. Tabelle 11
Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen Aberrationen im Weitwinkelbereich, bei Normalemstellung und im Telebereich des Zoomobjektivs gemäß Tabelle 9 und belegen die hervorragende optische Leistungsfähigkeit des Zoomobjektivs gemäß Tabelle 9.
Fig. 12 zeigt ein Zoomobjektiv in einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Zoomobjektiv gemäß Fig. 12 unterscheidet sich im Aufbau vom Zoomobjektiv gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Konkavlinse und die erste Konvexlinse der vierten Linsengruppe 4 in Fig. 1 getrennt voneinander vorhanden sind, während die Konkavlinse und die erste Konvexlise der vierten Linsengruppe 4 gemäß Fig. 12 miteinander verklebt sind.
In nachstehender Tabelle 12 sind Werte für das Zoom objektiv von Fig 12 angegeben. Tabelle 12 Tabelle 13
In Tabelle 12 sind die Oberflächen 11, 12 und 15 asphärisch, und die Konizitätskonstante K und die asphärischen Koeffizienten D bis I dieser Oberflächen sind in obiger Tabelle 13 angegeben.
Als Beispiel für den durch Verstellung der Brennweite veränderlichen Luftspalt sind in nachstehender Tabelle 14 Luftspaltwerte bei Plazierung des Gegenstandspunkts im Abstand von 2 m zur Oberfläche r1 der ersten Linsengruppe 1 angegeben. Tabelle 14
Fig. 13, 14 und 15 zeigen Aberrationen im Weitwinkel bereich, bei Normalemstellung und im Telebereich des Zoomobjektivs gemäß Fig. 12 und belegen die hervorragende optische Leistungsfähigkeit des Zoomobjektivs gemäß Fig. 12.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen hat von der ersten und der zweiten Konvexlinse der vierten Linsengruppe 4 eine eine oder zwei asphärische Oberflächen. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die Erfindung nicht nur den Fall betrifft, daß sowohl die erste als auch die zweite Konvexlinse der vierten Linsengruppe 4 eine asphärische Oberfläche hat, sondern auch den Fall, daß die Konkavlinse der vierten Linsengruppe 4 mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist.
Fig. 16 zeigt eine erfindungsgemäße 3-CCD-Videofilm kamera 100. Die Videofilmkamera 100 beinhaltet mindestens ein erfindungsgemäßes Zoomobjektiv 51 mit großem Vergrößerungsvermögen, ein optisches System 52, beispielsweise ein Farbtrennprisma usw., drei CCDS 53, eine Signalverarbeitungsschaltung 54 und einen Sucher 55.

Claims

1. Asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv, nacheinander von der Seite des Objekts aus aufweisend:

eine erste Linsengruppe (1) mit positivem Brechungsvermögen, die gegenüber einer Bildoberfläche (7) feststehend ist;

eine zweite Linsengruppe (2) mit negativem Brechungsvermögen, die auf einer optischen Achse (A) des asphärischen Zoomobjektivs beweglich ist, so daß sie eine veränderliche Vergrößerung aufweist;

eine dritte Linsengruppe (3) mit positivem Brechungsvermögen, die gegenüber der Bildoberfläche (7) feststehend ist, so daß sie eine Lichtbündelungsfunktion hat;

eine vierte Linsengruppe (4) mit positivem Brechungsvermögen, die auf der optischen Achse (A) beweglich ist, so daß die Bildoberfläche (7) entsprechend der Verschiebung der zweiten Linsengruppe (2) versetzbar ist und die Bewegung des Objekts in einer Position fixiert wird, die von einer Bezugsoberfläche einen vorgegebenen Abstand hat; und

ein optisches Farbtrenn/Filter-System (5, 6);

wobei bei Betrachtung nacheinander von der Seite des Objekts aus die erste Linsengruppe (1) aufgebaut ist aus einer Konkavlinse, einer Doppelkonvexlinse und einer Meniskuskonvexlinse, die Krümmungsradien r1 bis r5 und Dicken d1 bis d4 aufweisen,

die zweite Linsengruppe (2) von der ersten Linsengruppe (1) durch einen veränderlichen Abstand d5 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Meniskuskonkavlise, einer Doppelkonkavlinse und einer Konvexlinse, die Krümmungsradien r6 bis r10 und Dicken d6 bis d9 aufweisen,

die dritte Linsengruppe (3) von der zweiten Linsengruppe (2) durch einen veränderlichen Abstand d10 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Einzellinse, die mindestens eine asphärische Oberfläche hat und Krümmungsradien r11, r12 und eine Dicke d11 aufweist,

die vierte Linsengruppe (4) von der dritten Linsengruppe (3) durch einen relativ großen Luftspalt mit veränderlichem Abstand d12 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Konkavlinse und einer ersten und einer zweiten Konvexlinse, die Krümmungsradien r13 bis r18 und Dicken d13 bis d17 aufweisen, wobei mindestens eine der ersten oder der zweiten Konvexlinse mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist, wobei die Konkavlinse eine konkave Oberfläche hat, die dem Objekt gegenübersteht und die erste und die zweite Konvexlinse eine konvexe Oberfläche haben, die der Bildoberfläche (7) gegenübersteht, und

das optische Farbtrenn/Filter-System (5, 6) von der vierten Linsengruppe (4) durch einen veränderlichen Abstand d18 beabstandet ist und eine Dicke d19, d20 hat;

wobei das Zoomobjektiv den nachfolgenden Bedingungen (1) bis (8) genügt:

(1) 3.0 < f1/fW < 8.0

(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6

(3) 2.0 < f3/fW < 7.0

(4) 2.0 < f4/fW < 5.0

(5) 0.02 < d12/f4 < 1.0

(6) 0.3 < r1/f3 < 1.5

(7) 0.3 < r13 /f4 < 2.0

(8) 0.3 < r18 /f4 < 1.5,

wobei

fW die Brennweite des asphärischen Zoomobjektivs im Weitwinkelbereich bedeutet,

fi (i = 1-4) die Brennweite der i-ten Linsengruppe bedeutet, d12 den relativ großen Luftspalt bedeutet,

r11 den Krümmungsradius der Oberfläche der Linse bedeutet, die die dritte Linsengruppe (3) bildet, wobei diese Oberfläche dem Objekt gegenübersteht;

r13 den Krümmungsradius der Oberfläche der Konkavlinse der vierten Linsengruppe (4) bedeutet, wobei diese Oberfläche dem Objekt gegenübersteht und

r18 den Krümmungsradius der Oberfläche der zweiten Konvexlinse der vierten Linsengruppe (4) bedeutet, wobei diese Oberfläche der Bildoberfläche (7) gegenübersteht;

wobei das Zoomobjektiv ein Zoomverhältnis von etwa 10 hat; und wobei die Linsenparameter die folgenden sind:

wobei n den Brechungsniex (d-Linie) und v die Abbesche Zahl (d-Linie) der Linsen bedeutet.

2. Asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv, nacheinander von der Seite des Objekts aus aufweisend:

ein optisches Farbtrenn/Filter-System (5, 6);

wobei bei Betrachtung nacheinander von der Seite des Objekts aus die erste Linsengruppe (1) aufgebaut ist aus einer Konkavlinse, einer Doppelkonvexlinse und einei Meniskuskonvexlinse, die Krümmungsradien r1 bis r5 und Dicken d1 bis d4 aufweisen,

die zweite Linsengruppe (2) von der ersten Linsengruppe (1) durch einen veränderlichen Abstand d5 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Meniskuskonkavlinse, einer Doppelkonkavlinse und einer Konvexlinse, die Krümmungsradien r6 bis r10 und Dicken d6 bis d9 aufweisen, die dritte Linsengruppe (3) von der zweiten Linsengruppe (2) durch einen veränderlichen Abstand dlo beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Einzellinse, die mindestens eine asphärische Oberfläche hat und Krümmungsradien r11, r12 und eine Dicke d11 aufweist,

die vierte Linsengruppe (4) von der dritten Linsengruppe (3) durch einen relativ großen Luftspalt mit veränderlichem Abstand d12 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Konkavlinse und einer ersten und einer zweiten Konvexlinse, die Krümmungsradien r13 bis r18 und Dicken d13 bis d17 aufweisen, wobei mindestens eine der ersten oder der zweiten Konvexlinse mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist, wobei die Konkavlinse eine konkave Oberfläche hat, die dem Objekt gegenübersteht und die erste und die zweite Knnvexlinse eine konvexe Oberfläche haben, die der Bildoberfläche (7) gegenübersteht, und

wobei das Zoomobjektiv den nachfolgenden Bedingungen (1) bis (8) genügt:

(1) 3.0 < fl/fW < 8.0

(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6

(3) 2.0 < f3/fW < 7.0

(4) 2.0 < f4/fW < 5.0

(5) 0.02 < d12/f4 < 1.0

(6) 0.3 < r11/f3 < 1.5

(7) 0.3 < r13 /f4 < 2.0

(8) 0.3 < r15 /f4 < 1.5,

wobei

wobei das Zoomobjektiv ein Zoomverhältnis von etwa 10 hat; und

wobei die Linsenparameter die folgenden sind:

wobei n den Brechung sindex (d-Linie) und v die Abbesche Zahl (d-Linie) der Linsen bedeutet.

3. Asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv, nacheinander von der Seite des Objekts aus aufweisend:

ein optisches Farbtrenn/Filter-System (5, 6);

wobei bei Betrachtung nacheinander von der Seite des Objekts aus die erste Linsengruppe (1) aufgebaut ist aus einer Konkavlinse, einer Doppelkonvexlinse und eine: Meniskuskonvexlinse, die Krümmungsradien r1 bis r5 und Dicken d1 bis d4 aufweisen,

die zweite Linsengruppe (2) von der ersten Linsengruppe (1) durch einen veränderlichen Abstand d5 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Meniskuskonkavlinse, einer Doppelkonkavlinse und einer Konvexlinse, die Krümmungsradien r6 bis r10 und Dicken d6 bis d9 aufweisen,

die dritte Linsengruppe (3) von der zweiten Linsengruppe (2) durch einen veränderlichen Abstand dlo beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Einzellinse, die mindestens eine asphärische Oberfläche hat und Krümmungsradien r11, r12 und eine Dicke d11 aufweist,

die vierte Linsengruppe (4) von der dritten Linsengruppe (3) durch einen relativ großen Luftspatt mit veränderlichem Abstand d12 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Konkavlinse und einer ersten und einer zweiten Konvexlinse, die Krümmungsradien r13 bis r18 und Dicken d13 bis d17 aufweisen, wobei mindestens eine der ersten oder der zweiten Konvexlinse mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist, wobei die Konkavlinse eine konkave Oberfläche hat, die dem Objekt gegenübersteht und die erste und die zweite Konvexlinse eine konvexe Oberfläche haben, die der Bildoberfläche (7) gegenübersteht, und

wobei das Zoomobjektiv den nachfolgenden Bedingungen (1) bis (8) genügt:

(1) 3.0 < f1/fW < 8.0

(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6

(3) 2.0 < f3/fW < 7.0

(4) 2.0 < f4/fW < 5.0

(5) 0.02 < d12/f4 < 1.0

(6) 0.3 < r11/f3 < 1.5

(7) 0.3 < r13 /f4 < 2.0

(8) 0.3 < r18 /f4 < 1.5,

wobei

wobei das Zoom objektiv ein Zoomverhältnis von etwa 10 hat; und wobei die Linsenparameter die folgenden sind:

wobei n den Brechungsindex (d-Linie) und v die Abbesche Zahl (d-Linie) der Linsen bedeutet.

4. Asphärisches Hochleistungs-Zoomobjektiv, nacheinander von der Seite des Objekts aus aufweisend:

eine vierte Linsengruppe (4) mit positivem Brechungsvermögen, die auf der optischen Achse (A) beweglich ist, so daß die Bildoberfläche (7) entsprechend der Verschiebung der zweiten Linsengruppe (2) versetzbar ist und die Bewegung des Objekts in einer Position fixiert wird, die von einer Bezugsoberfläche einen vcrgegebenen Abstand hat; und

ein optisches Farhtrenn/Filter-System (5, 6);

die dritte Linsengruppe (3) von der zweiten Linsengruppe (2) durch einen veränderlichen Abstand dlo beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Einzellinse, die mindestens eine asphärische Oberfläche hat und Krümmungsradien r11, r12 und eine Dicke dli aufweist,

die vierte Linsengruppe (4) von der dritten Linsengruppe (3) durch einen relativ großen Luftspalt mit veränderlichem Abstand d12 beabstandet ist und aufgebaut ist aus einer Konkavlinse und einer ersten und einer zweiten Konvexinse, die Krümmungsradien r13 bis r17 und Dicken d13 bis d16 aufweisen, wobei mindestens eine der ersten oder der zweiten Konvexlinse mindestens eine asphärische Oberfläche aufweist, wobei die Konkavlinse eine konkave Oberfläche hat, die dem Objekt gegenübersteht und die erste und die zweite Konvexlinse eine konvexe Oberfläche haben, die der Bildoberfläche (7) gegenübersteht, und

das optische Farbtrenn/Filter-System (5, 6) von der vierten Linsengruppe (4) durch einen veränderlichen Abstand d17 beabstandet ist und eine Dicke d18, d19 hat;

wobei das Zoomobjektiv den nachfolgenden Bedingungen (1) bis (8) genügt:

(1) 3.0 < fl/fW < 8.0

(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6

(3) 2.0 < f3/fW < 7.0

(4) 2.0 < f4/fW < 5.0

(5) 0.02 < d12/f4 < 1.0

(6) 0.3 < rll/f3 < 1.5

(7) 0.3 < r13 /f4 < 2.0

(8) 0.3 < r18 /f4 < 1.5,

wobei

r11 den Krümmungsradius der Oberfläche der Linse bedeutet, die die dritte Linsengruppe (3) bifdet, wobei diese Oberfläche dem Objekt gegenübersteht;

5. Videokamera (100) aufweisend ein asphärisches Zoomobjektiv (51) gemäß Definition nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein optisches System (52), mehrere Abbildungseinrichtungen (53), eine Signalverarbeitungsschaltung (54) und einen Sucher (55).