ES2299152T3 - Objetivo de foco variable (zoom) y aparato de captacion de imagenes. - Google Patents
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Abstract
Un objetivo de foco variable (zom) que comprende: cuatro grupos de lentes que incluyen un primer grupo de lentes (G1) que tiene una potencia de refracción positiva, un segundo grupo de lentes (G2) que tiene una potencia de refracción negativa, un tercer grupo de lentes (G3) que tiene una potencia de refracción positiva y un cuarto grupo de lentes (G4) que tiene una potencia de refracción positiva, estando dispuestos dichos grupos de lentes primero, segundo, tercero y cuarto (G1, G2, G3, G4) en orden desde un lado del objetivo, moviéndose dicho segundo grupo de lentes (G2), cuando varía una posición de la lente desde un estado final de gran angular (W) a un estado final de teleobjetivo (T), hacia un lado de la imagen, mientras que dicho cuarto grupo de lentes (G4) se mueve para compensar una variación de posición del plano de la imagen originada por el movimiento de dicho grupo segundo de lentes (G2), en tanto que dichos grupos primero y tercero de lentes (G1, G3) están fijos en ladirección de un eje óptico (x); y un diafragma de apertura (S) dispuesto en el lado del objetivo de dicho tercer grupo de lentes (G3); incluyendo dicho tercer grupo de lentes (G3) un subgrupo negativo (L31) que tiene una potencia de refracción negativa y un subgrupo positivo (L32, L33) que tiene una potencia de refracción positiva y dispuesto en el lado de la imagen de dicho subgrupo negativo con una distancia de aire dejada entre ellos; siendo dicho subgrupo positivo desplazable con relación al grupo negativo (L31) en una dirección sustancialmente perpendicular al eje óptico (x) para desplazar una imagen en una dirección sustancialmente perpendicular al eje óptico (x); satifaciéndose una expresión condicional (1) (1) 1, 4 < |f3n|/f3 < 3 en la que f3n es la distancia focal de dicho subgrupo negativo (L31) dispuesto en dicho tercer grupo de lentes (G3), y f3 es la distancia focal de dicho tercer grupo de lentes.
Description
Objetivo de foco variable (zoom) y aparato de
captación de imágenes.
El presente invento contiene materia relacionada
con la Solicitud de Patente Japonesa P2005-183207
presentada en la Oficina de Patentes Japonesa el 23 de junio de
2005.
Este invento se refiere a un nuevo objetivo de
foco variable (zoom) y a un aparato de captación de imágenes, y más
particularmente a un objetivo de foco variable y a un aparato de
captación de imágenes que tienen una función de corrección de
movimiento brusco con la mano y suprime el deterioro de una calidad
de funcionamiento que se produce por el desplazamiento de la imagen
en tanto que la variación de potencia es alta.
Convencionalmente, como un método de registro de
una cámara, se conoce un método en el que una imagen objeto formada
sobre una superficie de un dispositivo de captación de imágenes
formado usando un elemento de conversión fotoeléctrico tal como un
CCD (Dispositivo de Carga Acoplado) o un elemento CMOS
(Semiconductor Complementario de Metal-Óxido) es registrado
convirtiendo cantidades de luz de la imagen objeto en señales
eléctricas por medio de elementos de conversión fotoeléctricos.
Juntamente con el avance técnico de las técnicas
de trabajo de afino en los últimos años, se ha conseguido una
operación a velocidad más alta de una unidad central de
procesamiento (CPU), y tal gran cantidad de datos de imagen que no
ha sido posible ser tratada puede ahora ser procesada a una alta
velocidad. También en cuanto a elementos receptores de luz, se ha
conseguido una mayor integración y miniaturización, que hace posible
conseguir el registro de frecuencias espaciales más altas, y la
miniaturización lo hace posible para conseguir la miniaturización
de toda la cámara.
Sin embargo, tal integración y miniaturización
descrita anteriormente reduce la zona que recibe la luz de cada
elemento de conversión fotoeléctrica y por tanto disminuye la
producción de la misma, lo que da lugar a un problema de aumento de
la influencia de ruido. Con el fin de evitar esto, se han tomado
medidas en contra para aumentar la cantidad de luz que puede llegar
a los elementos receptores de luz aumentando la relación de
abertura del sistema óptico o disponer elementos de lente muy
pequeños (esto es, un conjunto de microobjetivos) inmediatamente
enfrente de los elementos receptores de luz. El conjunto de
microobjetivos introduce un flujo de luz, que va a llegar a un
límite entre cada uno de los elementos contiguos, con los elementos.
En lugar de eso, el conjunto de microlentes proporciona una
limitación a la posición de la pupila de salida del sistema de
lentes. En particular, si la posición de la pupila de salida del
sistema de lentes se mueve hacia un elemento receptor de luz,
entonces el ángulo definido por un rayo de luz principal, que llega
hasta el elemento receptor de la luz, y el eje óptico se hace
grande y una luz fuera del eje dirigida hacia las partes periféricas
del elemento receptor de la luz es proporcionado con un gran ángulo
con respecto al eje óptico. Como consecuencia, el flujo de luz
fuera del eje no llega al elemento receptor de la luz, lo que da
lugar a un déficit en la cantidad de luz.
Uno de los objetivos de foco variable conocidos
para una cámara de vídeo o para una cámara digital fija para
registrar una imagen objeto es un objetivo de foco variable con una
configuración de cuatro grupos, que tiene grupos positivo,
negativo, positivo y positivo.
El objetivo de foco variable con una
configuración de cuatro grupos, que tiene grupos positivo, negativo,
positivo y positivo, incluye un primer grupo de lentes que tiene
una potencia de refracción positiva, un segundo conjunto de lentes
que tiene una potencia de refracción negativa, un tercer grupo de
lentes que tiene una potencia de refracción positiva y un cuarto
grupo de lentes que tiene una potencia de refracción positiva,
dispuestos en orden desde el lado del objetivo. Cuando cambia el
estado de posición de las lentes desde un estado final de gran
angular al estado final de teleobjetivo, los grupos de lentes
primero y tercero están fijados en la dirección del eje óptico
mientras que el segundo grupo de lentes se mueve hacia el lado de la
imagen para realizar una operación de variación de potencia y el
cuarto grupo de lentes actúa para compensar la variación de la
posición del plano de la imagen que es originado por el movimiento
del segundo grupo de lentes.
A modo de ejemplo, uno de los cuatro objetivos
de foco variable que incluye cuatro grupos que tienen potencias de
refracción positiva, negativa, positiva y positiva está explicado en
la Patente Jaaponesa Abierta a Examen Público Nº Hei
6-337353 (de aquí en adelante denominado Documento 1
de Patente).
Incidentalmente, un sistema óptico que tiene una
relación de variación de foco alta muestra un ángulo de visión
reducido en su estado final de teleobjetivo, y por lo tanto tiene el
problema de que se produce una zona borrosa con una imagen incluso
con un pequeño movimiento brusco con la mano.
Se conoce un sistema óptico de corrección de
movimiento brusco con la mano como uno de los sistemas de corrección
de movimiento brusco con la mano para corregir una zona borrosa de
una imagen producida por un movimiento brusco con la mano o
similar.
El sistema óptico de corrección de movimiento
brusco con la mano utiliza un método de desplazamiento de la lente,
en el que una parte del sistema de lentes se desplaza en una
dirección perpendicular al eje óptico, un método de prisma de
ángulo apical variable, en el que se varía el ángulo apical de un
prisma dispuesto inmediatamente delante del sistema de lentes, o
algún otro método. Sin embargo, como el prisma de ángulo apical
variable está dispuesto en el lado del objetivo con respecto al
primer grupo de lentes, que es el mayor en el sistema de lentes, el
método de prisma de ángulo apical tiene un problema que resolver, en
el que se ha intentado conseguir que la miniaturización incluya
también un sistema de guiado.
El sistema óptico del tipo de desplazamiento de
lentes puede funcionar como un sistema de corrección óptico de
movimiento brusco con la mano que incluye una combinación de un
sistema de detección para detectar un movimiento brusco de una
cámara originado por un movimiento brusco con la mano como puede
resultar de una liberación del obturador, un sistema de control
para proporcionar una cantidad de corrección a la posición de la
lente basado en una señal generada por el sistema de detección y un
sistema de guiado de desplazamiento para guiar el desplazamiento de
la lente basado en una información del sistema de control, y en el
que una zona borrosa de una imagen originada por un movimiento
brusco de la cámara es corregido mediante el desplazamiento de la
lente por el sistema de guiado.
Tal sistema óptico del tipo de desplazamiento de
lente descrito anteriormente se expone, por ejemplo, la Patente
Japonesa Abierta a Examen Público Nº 2002-244037 (en
adelante denominada Documento de Patente 2), la Patente Japonesa
Abierta a Examen Público Nº 2003-228001 (en adelante
denominada Documento de Patente 3), la Patente Japonesa Abierta a
Examen Público Nº 2002-162563 (en adelante
denominada Documento de Patente 4), o la Patente Japonesa Abierta a
Examen Público Nº 2003-295057 (en adelante
denominada Documento de Patente 5).
En los sistemas ópticos de los documentos
mencionados antes, todo el tercer grupo de lentes dispuesto en la
proximidad de un diafragma de apertura o alguna lente del tercer
grupo de lentes pueden ser desplazados en una dirección
sustancialmente perpendicular al eje óptico para desplazar la
imagen.
Como el tercer grupo de lentes está fijado en la
dirección del eje óptico, el sistema de guiado de desplazamiento,
que es mayor en una dirección diametral que el diámetro de la lente,
puede ser fijado en la dirección del eje óptico. Por lo tanto, el
sistema óptico del tipo de desplazamiento de lente es apropiado para
la miniaturización de todo el sistema.
En el objetivo de foco variable descrito en el
Documento de Patente 5, todo el tercer grupo de lentes es desplazado
para desplazar la imagen.
En los objetivos de foco variable descritos en
el Documento de Patente 3 y en el Documento de Patente 4, el tercer
grupo de lentes está formado por un subgrupo positivo y por un
subgrupo negativo, y el subgrupo positivo es desplazado para
desplazar la imagen.
En el objetivo de foco variable descrito en el
Documento de Patente 2, el tercer grupo de lentes está formado por
un subgrupo negativo y un subgrupo positivo, y el subgrupo positivo
es desplazado para desplazar la imagen.
Sin embargo, los objetivos de foco variable
descritos antes tiene los siguientes problemas en los que se intenta
obtener una relación de variación de potencia alta y un
funcionamiento de gran calidad.
Cuando se desplaza todo el tercer grupo de
lentes, es necesario corregir la variación de la aberración fuera
del eje que se produce cuando varía el estado de posición de las
lentes del tercer grupo y simultáneamente corrige la variación de
las diversas aberraciones que se producen por una corrección de
movimiento brusco con la mano. Por lo tanto, la aberración de
distorsión negativa que aparece en un estado final de gran angular
no puede ser corregida apropiadamente. Con el fin de resolver este
problema es necesario disminuir la potencia de refracción del
segundo grupo de lentes. Sin embargo, esto aumenta el diámetro de
las lentes del primer grupo de lentes, dando lugar a una falta de
miniaturización del objetivo de foco variable.
Cuando se desplaza el subgrupo positivo
dispuesto en el lado del objetivo del tercer grupo de lentes, las
distancias hacia adelante y hacia atrás de un diafragma de apertura
no pueden ser aseguradas suficientemente, y esto da lugar a
interferencias con una sección de mecanismo de iris.
Cuando se desplaza el subgrupo positivo
dispuesto en el lado de la imagen del tercer grupo de lentes, si se
intenta elevar la relación de variación de portencia, entonces la
cantidad de desplazamiento del subgrupo positivo se hace muy
grande, lo que da lugar a un problema de aumento en la escala del
mecanismo de guiado y a una complicación de la estructura.
Es un objeto del presente invento proporcionar
un objetivo de foco variable y un aparato de captación de imágenes
que son superiores en la reducción del diámetro de la lente y pueden
suprimir la degradación de la calidad de funcionamiento a la vez
que se consigue una relación de variación de foco alta.
Con el fin de alcanzar el objetivo descrito
anteriormente, de acuerdo con una realización del presente invento,
se ha proporcionado un objetivo de foco variable que consta de
cuatro grupos de lentes que incluyen un primer grupo de lentes que
tiene una potencia de refracción positiva, un segundo grupo de
lentes que tiene una potencia de refracción negativa, un tercer
grupo de lentes que tiene una potencia de refracción positiva y un
cuarto grupo de lentes que tiene una potencia de refracción
positiva, estando dispuestos los grupos de lentes primero, segundo,
tercero y cuarto en orden desde el lado del objetivo, moviéndose el
segundo grupo de lentes, cuando varía el estado de posición de la
lente desde un estado final de gran angular a un estado final de
teleobjetivo, hacia un lado de la imagen, mientras que el cuarto
grupo de lentes se mueve para compensar una variación de una
posición del plano de la imagen originada por el movimiento del
segundo grupo de lentes, en tanto que los grupos de lentes primero
y tercero están fijados en la dirección de un eje óptico, y un
diafragma de apertura dispuesto en el lado del objetivo del tercer
grupo de lentes, incluyendo el tercer grupo de lentes un subgrupo
negativo que tiene una potencia de refracción negativa y un subgrupo
positivo que tiene una potencia de refracción positiva y dispuesto
en el lado de la imagen del subgrupo negativo con una distancia de
aire dejada entre ellos, siendo el subgrupo positivo desplazable en
una dirección sustancialmente perpendicular al eje óptico para
desplazar una imagen en una dirección sustancialmente perpendicular
al eje óptico, satisfaciéndose una expresión condicional (1) 1.4
< |f3n|/f3 < 3, en la que f3n es la distancia focal del
subgrupo negativo dispuesto en el tercer grupo de lentes y siendo
f3 la distancia focal del tercer grupo de lentes.
Con el objetivo de foco variable, la imagen es
desplazada y se suprime la degradación de la calidad de
funcionamiento por desplazamiento de la imagen desplazando el
subgrupo positivo del tercer grupo de lentes. Además, se puede
anticipar la miniaturización del objetivo de foco variable.
Preferiblemente, el objetivo de foco variable
está configurado de forma tal que se satisface una expresión
condicional (2) -0,3 < (Rn+Rp)/(Rn-Rp) < 0,3,
en la que Rn es el radio de curvatura de la cara de la lente del
subgrupo negativo dispuesta en el tercer grupo de lentes que está
situado más cerca del lado de la imagen y Rp es el radio de
curvatura de esa cara de la lente del subgrupo positivo dispuesta en
el tercer grupo de lentes que está situado más cerca del lado del
objetivo. Con el objetivo de foco variable, se puede corregir
favorablemente una variación de coma que aparece cuando el subgrupo
positivo es desplazado.
Preferiblemente, el objetivo de foco variable
está configurado de tal forma que el subgrupo negativo incluye dos
lentes que tienen una lente positiva y una negativa, mientras que el
subgrupo positivo incluye tres lentes que tienen una lente
positiva, una lente negativa y otra lente positiva, y se satisface
una expresión condicional (3) 0 <
(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2) < 2, en la que Rp1 es el
radio de curvatura de una cara de la lente en el lado del objetivo
de aquélla de los grupos de lentes positivas del subgrupo positivo
que está situado más cerca del lado de la imagen, y Rp2 es el radio
de curvatura de una cara de lente del lado de la imagen de aquélla
de las lentes positivas del subgrupo positivo que está situado más
cerca del lado de la imagen. Con el objetivo de foco variable, una
variación de coma aparece por la variación del ángulo de visión que
puede ser corregido favorablemente.
Preferiblemente, el objetivo de foco variable
está configurado de tal forma que se satisface una expresión
condicional (4) 0,42 < |f2|/(fw.ft)^{1/2} < 0,5,
en la que f2 la distancia focal del segundo grupo de lentes, fw es
la distancia focal de todo el sistema de lentes en el estado final
de gran angular, y ft es la distancia focal de todo el sistema de
lentes en el estado final de teleobjetivo. Con el objetivo de foco
variable, se puede además corregir favorablemente una variación de
aberración de fuera del eje que aparece debida a la variación de la
potencia.
Preferiblemente, el objetivo de foco variable
está configurado de tal forma que se satisface una expresión
condicional (5) 0,8 < Dt/Z2 < 1,2, en la que Dt es la
distancia desde el diafragma de apertura a esa cara de lente del
cuarto grupo de lentes que está situado más cerca del lado de la
imagen a lo largo del eje óptico en el estado final de
teleobjetivo, y Z2 es la cantidad de desplazamiento del segundo
grupo de lentes cuando el estado de posición de la lente varía
desde el estado final de gran angular al estado final de
teleobjetivo. Con el objetivo de foco variable, se puede conseguir
simultáneamente una miniaturización y una mejora adicionales de la
calidad de funcionamiento.
De acuerdo con otra realización del presente
invento, se ha proporcionado un aparato de captación de imágenes
que comprende un objetivo de foco variable, y un elemento de
captación de imágenes para convertir una imagen óptica formada por
el objetivo de foco variable en una señal eléctrica, incluyendo el
objetivo de foco variable cuatro grupos de lentes que incluye un
primer grupo de lentes que tiene una potencia de refracción
positiva, un segundo conjunto de lentes que tiene una potencia de
refracción negativa, un tercer grupo de lentes que tiene una
potencia de refracción positiva y un cuarto grupo de lentes que
tiene una potencia de refracción positiva, estando dispuestos los
grupos de lentes primero, segundo, tercero y cuarto en orden desde
el lado del objetivo, moviéndose el segundo grupo de lentes cuando
cambia el estado de posición de las lentes desde un estado final de
gran angular a un estado final de teleobjetivo, hacia el lado de la
imagen mientras el cuarto grupo de lentes se mueve para compensar
una variación de una posición del plano de la imagen originada por
el movimiento del segundo grupo de lentes, en tanto que los grupos
de lentes primero y tercero están fijados en la dirección de un eje
óptico, y un diafragma de apertura dispuesto en el lado del objetivo
del tercer grupo de lentes, incluyendo el tercer grupo de lentes un
subgrupo negativo que tiene una potencia de refracción negativa y
un subgrupo positivo que tiene una potencia de refracción negativa y
dispuesto en el lado de la imagen del subgrupo negativo con una
distancia de aire dejada entre ellos, siendo el subgrupo positivo
desplazable en una dirección sustancialmente perpendicular a la del
eje óptico para desplazar una imagen en una dirección
sustancialmente perpendicular al eje óptico, satisfaciéndose una
expresión condicional (1) 1,4 < |f3n|/f3 < 3, en la que
f3n es la distancia focal del subgrupo negativo dispuesto en el
tercer grupo de lentes y siendo f3 la distancia focal del tercer
grupo de lentes.
\newpage
También con el aparato de captación de imágenes,
la imagen es desplazada y se suprime la degradación en la calidade
funcionamiento por el desplazamiento de la imagen desplazando el
subgrupo positivo del tercer grupo de lentes. Además, se puede
anticipar la miniaturización del objetivo de foco variable.
Preferiblemente, el aparato de captación de
imágenes comprende además una sección de detección de movimiento
brusco con la mano para detectar una zona borrosa del elemento de
captación de imágenes, una sección de control de movimiento brusco
con la mano para calcular un ángulo de corrección de zona borrosa
para corregir una zona borrosa de la imagen por el movimiento
brusco del elemento de captación de imágenes detectada por la
sección de detección de movimiento brusco con la mano y
transmitiendo una señal de guiado para colocar el subgrupo positivo
del tercer grupo de lentes en una posición basada en el ángulo de
corrección de la zona borrosa, y una sección de guiado de
movimiento brusco con la mano para recibir la señal de guiado
enviada desde la sección de control de movimiento brusco con la
mano y desplazar el subgrupo positivo en una dirección perpendicular
al eje óptico basado en la señal de guiado recibida. Con el aparato
de captación de imágenes, se puede corregir una zona borrosa de una
imagen por un movimiento brusco del elemento de captación de
imágenes por un movimiento brusco con la mano o similar, y se puede
obtener un estado bien enfocado. Por lo tanto, con el aparato de
captación de imágenes se puede conseguir una imagen de alta calidad
cuyas diversas aberraciones sean corregidas favorablemente.
Los anteriores y otros objetivos,
características y ventajas del presente invento se harán evidentes a
partir de la siguiente descripción, y las reivindicaciones que se
acompañan, tomadas conjuntamente con los dibujos que se acompañan,
en los que partes o elementos iguales están representados por
símbolos de referencia iguales.
La Figura 1 es una vista esquemática que ilustra
una distribución de la potencia de refracción de un objetivo de
foco variable de acuerdo con el presente invento;
la Figura 2 es una vista esquemática que muestra
una configuración de un objetivo de foco variable al que se ha
aplicado el presente invento;
la Figura 3 es una vista diagramática que
ilustra la aberración esférica, el astigmatismo, la aberración de
distorsión y el coma en un estado final de gran angular del objetivo
de foco variable de la Figura 2 de acuerdo con un ejemplo 1 con
valores numéricos, en el que al objetivo de foco variable se aplican
valores numéricos particulares;
la Figura 4 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado intermedio de distancia focal del objetivo de
foco variable de la Figura 2 de acuerdo con el ejemplo numérico 1
con valores numéricos;
la Figura 5 es una vista similar pero que
ilustra que ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración
de distorsión y coma en un estado final de teleobjetivo del objetivo
de foco variable de la Figura 2 de acuerdo con el ejemplo numérico
1 con valores numéricos;
la Figura 6 es una vista diagramática que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado de gran angular del objetivo de foco
variable de la Figura 2 de acuerdo con el ejemplo 1 con valores
numéricos;
la Figura 7 es una vista similar pero que
ilustra la aberración lateral en un estado de desplazamiento de
lente de 0,5 grados en un estado intermedio de distancia focal del
objetivo de foco variable de la Figura 2 de acuerdo con el ejemplo
1 con valores numéricos;
la Figura 8 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de imagen
de 0,5 grados en un estado final de teleobjetivo del objetivo de
foco variable de la Figura 2 de acuerdo con el ejemplo 1 con
valores numéricos;
la Figura 9 es una vista esquemática que muestra
una configuración de otro objetivo de foco variable al que se ha
aplicado el presente invento;
la Figura 10 es una vista diagramática que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado de gran angular del objetivo de foco variable de
la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo 2 con valores numéricos, en
el que al objetivo de foco variable se le han aplicado valores
numéricos particulares;
la Figura 11 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado intermedio de distancia focal del objetivo de
foco variable de la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo 2 con
valores numéricos;
la Figura 12 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado final de teleobjetivo del objetivo de foco
variable de la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo 2 con valores
numéricos;
la Figura 13 es una vista diagramática que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de gran angular del objetivo de
foco variable de la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo 2 con
valores numéricos;
la Figura 14 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado intermedio de distancia focal del
objetivo de foco variable de la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo
2 con valores numéricos;
la Figura 15 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de teleobjetivo del objetivo de
foco variable de la Figura 9 de acuerdo con el ejemplo 2 con
valores numéricos;
la Figura 16 es una vista esquemática que
muestra una configuración de otro objetivo de foco variable al que
se ha aplicado el presente invento;
la Figura 17 es una vista diagramática que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado de gran angular del objetivo de foco variable de
la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo 3 con valores numéricos, en
el que al objetivo de foco variable se le han aplicado valores
numéricos particulares;
la Figura 18 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado intermedio de distancia focal del objetivo de
foco variable de la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo 3 con
valores numéricos;
la Figura 19 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado final de teleobjetivo del objetivo de foco
variable de la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo 3 con valores
numéricos;
la Figura 20 es una vista diagramática que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de gran angular del objetivo de
foco variable de la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo 3 con
valores numéricos;
la Figura 21 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado intermedio de distancia focal del
objetivo de foco variable de la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo
3 con valores numéricos;
la Figura 22 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de teleobjetivo del objetivo de
foco variable de la Figura 16 de acuerdo con el ejemplo 3 con
valores numéricos;
la Figura 23 es una vista esquemática que
muestra una configuración de todavía otro objetivo de foco variable
al que se ha aplicado el presente invento;
la Figura 24 es una vista diagramática que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado de gran angular del objetivo de foco variable de
la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo 4 de valores numéricos, en
el que al objetivo de foco variable se le han aplicado valores
numéricos particulares;
la Figura 25 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado intermedio de distancia focal del objetivo de
foco variable de la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo 4 con
valores numéricos;
la Figura 26 es una vista similar pero que
ilustra aberración esférica, astigmatismo, aberración de distorsión
y coma en un estado final de teleobjetivo del objetivo de foco
variable de la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo 4 con valores
numéricos;
la Figura 27 es una vista diagramática que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de gran angular del objetivo de
foco variable de la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo 4 con
valores numéricos;
la Figura 28 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado intermedio de distancia focal del
objetivo de foco variable de la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo
4 con valores numéricos;
la Figura 29 es una vista similar pero que
ilustra aberración lateral en un estado de desplazamiento de lente
de 0,5 grados en un estado final de teleobjetivo del objetivo de
foco variable de la Figura 23 de acuerdo con el ejemplo 4 con
valores numéricos; y
la Figura 30 es un diagrama de bloques que
muestra un aparato de captación de imágenes al que se ha aplicado
el presente invento.
En lo que sigue, se describen con referencia a
los dibujos que se acompañan el objetivo de foco variable y el
aparato de captación de imágenes del presente invento.
Un objetivo de foco variable de acuerdo con el
presente invento consta de cuatro grupos de lentes que incluyen un
primer grupo de lentes que tiene una potencia de refracción
positiva, un segundo grupo de lentes que tiene una potencia de
refracción negativa, un tercer grupo de lentes que tiene una
potencia de refracción positiva y un cuarto grupo de lentes que
tiene una potencia de refracción positiva, dispuestos en orden desde
el lado del objetivo. En el objetivo de foco variable, cuando un
estado de posición de la lente varía desde un estado de gran
angular, en el que la distancia focal de todo el sistema de lentes
es la más corta, hasta un estado final de teleobjetivo en el que la
distancia focal de todo el sistema de lentes es la más larga,
mientras que los grupos primero y tercero de lentes están fijados
en la dirección del eje óptico, el segundo grupo de lentes se mueve
hacia el lado de la imagen para realizar una acción de variación de
potencia y el cuarto grupo de lentes se mueve para realizar una
acción de compensación de la variación de la posición del plano de
la imagen debido al movimiento del segundo grupo de lentes y a una
acción de enfoque a corta distancia.
El tercer grupo de lentes incluye un subgrupo
negativo que tiene una potencia de refracción negativa y un
subgrupo positivo que tiene una potencia de refracción positiva
dispuesto en el lado de la imagen del subgrupo negativo. El
subgrupo positivo es desplazable en una dirección sustancialmente
perpendicular a la del eje óptico para desplazar una imagen en una
dirección sustancialmente perpendicular al eje óptico.
El objetivo de foco variable que tiene la
configuración anteriormente descrita puede suprimir la degradación
en la calidad de funcionamiento que ocurre en el desplazamiento de
la imagen mientras que la relación de variación de potencia es
alta, configurando el objetivo de foco variable de la siguiente
manera.
En particular:
(A) un diafragma de apertura está dispuesto en
el lado del objetivo del tercer grupo de lentes; y
(B) se fija de forma aproximada la potencia de
refracción del subgrupo negativo.
La posición del diafragma de apertura es muy
importante con el fin de conseguir un buen equilibrio entre la
mejora de la calidad de funcionamiento y la miniaturización.
Puesto que un flujo de luz fuera del eje que
pasa un grupo de lentes separado del diafragma de apertura pasa
lejos del eje óptico, en el que el diafragma de apertura está
dispuesto en la proximidad del centro del sistema de lentes, está
más preparado para disminuir los diámetros de las lentes de los
grupos de lentes. Especialmente como el primer grupo de lentes está
situado más alejado de la posición del plano de la imagen, está
obligado a tener un diámetro de lente mayor, y por tanto, es
preferible disponer el diafragma de apertura en una posición más
bien cerca del lado del objetivo del centro del sistema de
lentes.
Además, cuando varía el estado de posición de la
lente, la altura de un flujo de luz fuera del eje que pasa los
grupos varía una gran cantidad. Por lo tanto, la variación en altura
puede ser variada para corregir favorablemente la variación de la
aberración fuera del eje que aparece cuando varía el estado de
posición de la lente. Sobre todo si uno o más grupos de lentes
móviles están dispuestos a cada lado del objetivo y del lado de la
imagen del diafragma de apertura, la corrección de la aberración
puede realizarse otro tanto mejor.
De lo que antecede, con el objetivo de foco
variable del presente invento, el diafragma de apertura está
dispuesto en el lado del objetivo del tercer grupo de lentes, y por
lo tanto, el diámetro de las lentes del primer grupo que es
obligado a tener un diámetro de lente grande puede ser suprimido
hasta un valor bajo y además se puede anticipar la mejora de la
calidad de funcionamiento.
Se debe tener en cuenta que, en el objetivo de
foco variable del presente invento, cuando la posición del
diafragma de apertura está fijado en la dirección del eje óptico, el
mecanismo de iris puede ser fijado en la dirección del eje óptico y
se puede anticipar la simplificación del tubo de lentes.
Mientras que el tercer grupo de lentes en el
objetivo de foco variable del presente invento está formado por el
subgrupo negativo y el subgrupo positivo, la potencia de refracción
del subgrupo negativo es significativo cuando se intente reducir el
diámetro de la lente.
A medida que aumenta la potencia de refracción
del subgrupo negativo, un flujo de luz fuera del eje que pasa el
subgrupo positivo está separado del eje óptico, lo cual lleva a
aumentar el diámetro de las lentes del subgrupo positivo y por
tanto a un aumento del peso, lo que da lugar a un aumento del tamaño
y complicación de un mecanismo de guiado de desplazamiento para
desplazar el subgrupo positivo. Simultáneamente, como también un
flujo de luz fuera del eje que pasa el cuarto grupo de lentes está
separado del eje óptico, se produce el aumento de tamaño y de la
complicación también de un mecanismo de guiado para el grupo de
enfoque, lo que da lugar a una dificultad para conseguir la
miniaturización.
Por lo tanto, en el objetivo de foco variable
del presente invento, la reducción del diámetro de la lente puede
conseguirse fijando adecuadamente la distancia focal del subgrupo
negativo con respecto a la distancia focal del tercer grupo de
lentes.
Desde el punto de vista descrito anteriormente,
es importante que se satisfaga una expresión condicional
\vskip1.000000\baselineskip
(1)1,4 <
|f3n|/f3 <
3
donde f3n es la distancia focal del
subgrupo negativo dispuesto en el tercer grupo de lentes y f3 es la
distancia focal del tercer grupo de lentes, y f3 es la distancia
focal del tercer grupo de
lentes.
Esta expresión condicional (1) define la
distancia focal del subgrupo negativo en el tercer grupo de
lentes.
Cuando la distancia focal del subgrupo negativo
es más corta que el límite inferior de la expresión condicional
(1), como también la potencia de refracción del subgrupo positivo
tiene un valor mayor que el descrito anteriormente, un flujo de luz
principal que pasa el subgrupo positivo está separado del eje
óptico, y por tanto, la cantidad de luz periférica es
insuficiente.
Por el contrario, cuando la distancia focal del
subgrupo negativo es más larga que el valor límite superior de la
expresión condicional (1), un flujo de luz fuera del eje que pasa el
primer grupo de lentes está separado del eje óptico, y es grande la
variación de la cantidad de luz periférica cuando el grupo de lentes
desplazable (subgrupo positivo del tercer grupo de lentes) está
desplazado.
Se debe tener en cuenta que, en el objetivo de
foco variable del presente invento, con el fin de conseguir una
mejora adicional de la calidad de funcionamiento, el valor límite
superior de la expresión condicional (1) está preferiblemente
fijada en 2,5. Si el valor de la expresión condicional (1) excede de
2,5, entonces un flujo de luz fuera del eje que pasa el primer
grupo de lentes está separado del eje óptico, el coma que aparece
en las partes periféricas de una pantalla no puede ser corregido
mejor, y es difícil conseguir un funcionamiento óptico de más
calidad.
En un objetivo de foco variable que tiene una
relación de variación de potencia alta es necesario conseguir una
mejor corrección de la variación de coma que aparece cuando el grupo
de lentes de desplazamiento es desplazado, sobre todo en un estado
final de teleobjetivo. En otras palabras, es importante
(C) formar la distancia de aire entre el
subgrupo negativo y el subgrupo positivo de una forma adecuada.
Por lo tanto, en el objetivo de foco variable
del presente invento, la variación del coma se corrige
favorablemente disminuyendo la variación de la longitud del alcance
óptico que se produce cuando el grupo de lentes de desplazamiento
es desplazado.
En particular, la distancia entre el radio de
curvatura de esa cara de lente del subgrupo negativo que está
situado más cerca del lado de la imagen y el radio de curvatura de
esa cara de la lente del subgrupo positivo que está situado más
cerca del lado del objetivo se reduce, por lo tanto, para formar la
distancia de aire entre el subgrupo negativo y el subgrupo positivo
de una forma adecuada para corregir bien la variación del coma.
Para este fin, el objetivo de foco variable del
presente invento está configurado preferiblemente de forma que se
satisfaga una expresión condicional (2)
\vskip1.000000\baselineskip
(2)-0,3 <
(Rn+Rp)/(Rn-Rp) <
0,3
\vskip1.000000\baselineskip
en la que Rn es el radio de
curvatura de esa cara de la lente del subgrupo negativo dispuesto
en el tercer grupo de lentes que está situado más cerca del lado de
la imagen, y Rp es el radio de curvatura de esa cara de la lente
del subgrupo positivo dispuesto en el tercer grupo de lentes que
está situado más cerca del lado del
objetivo.
Como se ha descrito anteriormente, la expresión
condicional (2) define la distancia de aire formada entre el
subgrupo negativo y el subgrupo positivo.
Cuando la relación definida en la expresión
condicional (2) es inferior que el valor límite inferior de la
expresión (2) de condición es difícil corregir favorablemente el
coma excéntrico que aparece en las partes periféricas de una
pantalla cuando el subgrupo positivo es desplazado en un estado
final de teleobjetivo. Por el contrario, cuando la relación
definida en la expresión condicional (2) es más alta que el valor
límite superior de la expresión condicional (2), se hace
excesivamente grande la variación del coma que aparece en las
partes periféricas de una pantalla cuando el subgrupo positivo es
desplazado en un estado final de teleobjetivo, lo que da lugar a un
fallo en la consecución de un funcionamiento óptico de calidad.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, preferiblemente el subgrupo negativo de entre los dos
subgrupos que forman el tercer grupo de lentes incluye al menos una
lente positiva y una lente negativa mientras que el subgrupo
positivo incluye al menos dos lentes positivas y una lente
positiva.
Con el fin de corregir favorablemente la
variación de las diversas aberraciones que aparecen cuando el
subgrupo positivo está desplazado, es necesario suprimir en alguna
medida la aberración esférica que aparece en cada uno de los
subgrupos negativos y en el subgrupo positivo.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, la potencia de refracción del subgrupo negativo en el
tercer grupo de lentes es menor que el del subgrupo positivo
indicado por el intervalo condicional de la expresión condicional
(1) dada anteriormente. Como el índice de refracción del subgrupo
negativo es bajo, es posible corregir favorablemente la aberración
esférica positiva que aparece solamente en el subgrupo negativo en
la configuración de doblete. Mientras que, el subgrupo positivo
está formado en una configuración de triplete que incluye tres
lentes de una lente positiva, una lente negativa y otra lente
positiva. Por la configuración en triplete, la aberración esférica
negativa aparece solamente en el subgrupo positivo puede ser
corregido bien.
Con el fin de corregir favorablemente la
variación del coma causada por la variación del ángulo de visión,
preferiblemente el objetivo de foco variable del presente invento
está configurado de una forma tal que se satisface la expresión
(3)
(3)0 <
(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2) <
2
en la que Rp1 es el radio de
curvatura de una cara de la lente en el lado del objetivo de uno de
los grupos de lentes positivas del subgrupo positivo que está
situado más cerca del lado de la imagen, y Rp2 es el radio de
curvatura de una cara de la lente en el lado de la imagen de una de
las lentes positivas del subgrupo positivo que está situado más
cerca del lado de la
imagen.
La expresión condicional (3) define la forma de
aquélla de las lentes positivas del subgrupo positivo que está
dispuesta más cerca del lado de la imagen.
Cuando la relación en la expresión condicional
(3) es más baja que el valor límite de la expresión condicional
(3), no se puede corregir bien una distorsión negativa del plano de
la imagen, y no se puede obtener un correcto funcionamiento de
formación de la imagen en las partes periféricas de una
pantalla.
Por otra parte, cuando la relación en la
expresión condicional (3) es más alta que el valor límite superior
de la expresión condicional (3), el coma interno que aparece en las
partes periféricas de una pantalla no puede ser corregido bien, y
no se puede obtener un funcionamiento correcto de formación de
imagen que también sea bueno en las partes periféricas de una
pantalla.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, como el segundo grupo de lentes es solamente un grupo de
lentes negativo, con el fin de corregir más favorablemente la
variación de la aberración fuera del eje que aparece por la
variación de potencia, es importante fijar apropiadamente la
potencia de refracción del segundo grupo de lentes. Por lo tanto,
el objetivo de foco variable está configurado preferiblemente de una
forma tal que se satisface una expresión condicional (4)
(4)0,42 <
|f2|/(fw\cdotft)^{1/2} <
0,5
en la que f2 es la distancia focal
del segundo grupo de lentes, fw es la distancia focal de todo el
sistema de lentes en el estado final de gran angular, y ft es la
distancia focal de todo el sistema de lentes en el estado final de
teleobjetivo.
La expresión condicional (4) define la distancia
focal del segundo grupo de lentes.
Cuando la relación en la expresión condicional
(4) es más alta que el valor del límite superior de la expresión
condicional (4), un flujo de luz fuera del eje que pasa el segundo
grupo de lentes está separado del eje óptico una gran cantidad.
Como consecuencia, es difícil favorecer la corrección del coma que
aparece en las partes periféricas de una pantalla en un estado
final de gran angular.
Por el contrario, cuando la relación en la
expresión condicional (4) es más bajo que el valor límite inferior
de la expresión condicional (4), es difícil corregir favorablemente
la variación de la aberración fuera del eje que aparece cuando
varía el estado final de posición de la lente.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, con el fin de conseguir la reducción de la longitud total
del sistema de lentes y la reducción del diámetro de las lentes del
primer grupo de lentes, se toma una contramedida de forma que pasa
un flujo de luz fuera del eje que pasa el primer grupo de lentes en
la proximidad del eje óptico particularmente en un estado final de
teleobjetivo.
\newpage
Mientras que una variación del ángulo de visión
aparece cuando el subgrupo positivo está desplazado, como el ángulo
de visión es particularmente estrecho en un estado final de
teleobjetivo, la variación del ángulo de visión es grande, y como
consecuencia, es obligado que ocurra el eclipse por el diámetro
exterior de la lente del primer grupo de lentes, por lo tanto, para
originar una escasez en la cantidad de luz periférica. Por lo
tanto, con el fin de reducir el diámetro de la lente del primer
grupo de lentes, es importante hacer que el flujo de luz fuera del
eje que pasa el primer grupo de lentes pase en la proximidad del eje
óptico.
En particular, en el objetivo de foco variable
del presente invento, el ángulo definido por un flujo de luz
principal que pasa la posición del diafragma de apertura y el eje
óptico se fija en un ángulo pequeño, de forma que un flujo de luz
fuera del eje que pasa el primer grupo de lentes pase en la
proximidad del eje óptico.
En un sistema óptico del triple captador de
imágenes, en el que está dispuesto un prisma de separación de
colores en el lado de la imagen del sistema óptico, se usa
principalmente un sistema óptico telecéntrico lateral cuya posición
de la pupila de salida está cerca del infinito.
Por lo tanto, a medida que aumenta la distancia
desde el diafragma de apertura a la posición del plano de la
imagen, disminuye la potencia de refracción de los grupos de lentes
dispuestos en el lado de la imagen con respecto al diafragma de
apertura, y como consecuencia, el ángulo definido por el flujo de
luz principal y el eje óptico pueden reducirse. A medida que
disminuye el ángulo definido por el flujo de luz principal, un
flujo de luz fuera del eje incidente en el primer grupo de lentes
pasa más cerca del eje óptico.
Sin embargo, a medida que aumenta la distancia
desde el diafragma de apertura a la posición del plano de la
imagen, la posición del diafragma de apertura se aproxima al lado
del objetivo y aumenta el espacio para movimiento del segundo grupo
de lentes por la variación de la potencia. Por lo tanto, es
necesario aumentar la potencia de refracción del primer grupo de
lentes y del segundo grupo. Por lo tanto, la variación de la
aberración fuera del eje que aparece cuando el estado de posición
varía no puede suprimirse, y no se puede conseguir una mejora
suficiente de la calidad de funcionamiento.
Con el fin de conseguir simultáneamente más
miniaturización y más mejora de la calidad de funcionamiento, el
objetivo de foco variable del presente invento está configurado
preferiblemente de una forma tal que satisface una expresión
condicional (5)
(5)0,8 <
Dt/Z2 <
1,2
en la que Dt es la distancia desde
el diafragma de apertura de esa cara de la lente del cuarto grupo de
lentes que está situada más cerca del lado de la imagen a lo largo
del eje óptico en el estado final de teleobjetivo, y Z2 es la
cantidad de movimiento del segundo grupo de lentes cuando varía el
estado de posición de la lente desde el estado final de gran
angular al estado final de
teleobjetivo.
La expresión condicional (5) define la distancia
desde el diafragma de apertura al cuarto grupo de lentes en un
estado final de teleobjetivo y la cantidad de movimiento del segundo
grupo de lentes.
Cuando la relación en la expresión condicional
(5) es mayor que el límite superior de la expresión condicional (5)
es difícil corregir favorablemente la variación de la aberración
fuera del eje que aparece en el segundo grupo de lentes cuando el
estado de posición del nivel varía para conseguir una mejora
adicional de la calidad de funcionamiento.
Por el contrario, cuando la relación en la
expresión condicional (5) es más baja que el límite inferior de la
expresión condicional (5) es menor que el límite inferior de la
expresión condicional (5), la distancia focal compuesta del tercer
grupo de lentes y del cuarto grupo de lentes se hace excesivamente
corta. Como consecuencia, el ángulo definido por un flujo de luz
principal y el eje óptico se hace excesivamente grande, y resulta
difícil reducir el diámetro de la lente del primer grupo de
lentes.
Incidentalmente, en el objetivo de foco variable
del presente invento es preferible para que un flujo de luz en el
eje salga en un estado divergente del subgrupo negativo dispuesto en
el tercer grupo de lentes. En otras palabras, es preferible fijar
la ampliación lateral del subgrupo positivo dispuesto en el tercer
grupo de lentes en un valor negativo.
Cuando la ampliación lateral del subgrupo
positivo en el tercer grupo de lentes está representado por \betaa
y la ampliación lateral del cuarto grupo de lentes está
representado por \betab, el coeficiente \betas de corrección de
mancha borrosa y la sensibilidad de enfoque \betaf están
representados respectivamente por
\vskip1.000000\baselineskip
\betas =
(1-\betaa)\betab
\betaf =
(1-\betaa^{2})\betab^{2}
\newpage
En el objetivo de foco variable del presente
invento, fijando la ampliación lateral \betaa del subgrupo
positivo de forma que se cumpla que \betaf < 0, es posible
elevar el coeficiente \betas de corrección de mancha borrosa y
disminuir la sensibilidad de enfoque \betaf, con lo que se hace
posible desplazar una imagen una pequeña cantidad de desplazamiento
mientras que la relación de variación de potencia es mayor y
disminuir la precisión de posición en la dirección del eje
óptico.
Si se aumenta la precisión de colocación en la
dirección del eje óptico, entonces como es necesario mantener el
grupo de lentes desplazable, el subgrupo positivo, en un estado en
el que está desviado en la dirección del eje óptico, se provoca la
complicación de un mecanismo de guiado para desplazar el subgrupo
positivo en una dirección perpendicular al eje óptico. Por lo
tanto, en el objetivo de foco variable del presente invento se
disminuye la precisión de posición en la dirección del eje óptico y
se simplifica la estructura del tubo del objetivo de una manera tal
como se ha descrito anteriormente.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, con el fin de conseguir una mejora adicional de la calidad
de funcionamiento, el primer grupo de lentes está formado por cuatro
lentes que incluyen una lente cementada de una lente negativa y una
lente positiva y dos lentes positivas dispuestas en orden desde el
lado del objetivo.
En el primer grupo de lentes la aberración
esférica negativa es probable que se produzca sobre todo en un
estado final de teleobjetivo debido a que un flujo de luz en el eje
incide con un diámetro grande de flujo de luz. Además, como un
flujo de luz fuera del eje incide remotamente desde el eje óptico,
es probable que se produzca una aberración fuera del eje.
Sin embargo, en el objetivo de foco variable del
presente invento la aberración esférica negativa y la aberración
cromática en el eje se corrigen bien disponiendo la lente cementada
de una lente negativa y de una lente positiva lo más cerca del lado
del objetivo del primer grupo de lentes. Además, mientras que el
primer grupo de lentes en el objetivo de foco variable convencional
de una configuración de cuatro grupos que consta de grupos positivo,
negativo, positivo y positivo está formado por una lente cementada
y una lente positiva situada en el lado de la imagen de la lente
cementada, cuando se usan dos lentes positivas, a pesar de que la
potencia de variación es alto, es posible suprimir la ocurrencia de
la aberración esférica negativa en un estado final de teleobjetivo
y corregir la variación del coma que aparece por la variación del
ángulo de visión. Por lo tanto, se puede conseguir una gran calidad
de funcionamiento óptico.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, con el fin de corregir más favorablemente diversas
aberraciones que aparecen en el segundo grupo de lentes para
conseguir un funcionamiento óptico de más calidad, preferiblente el
segundo grupo de lentes está formado por cuatro lentes que incluyen
una lente negativa con forma de menisco que tiene una cara cóncava
dirigida hacia el lado de la imagen, una lente negativa, otra lente
positiva y otra lente negativa dispuestas en orden.
Como el segundo grupo de lentes se encarga de
una acción de variación de potencia, es importante corregir
favorablemente las diversas aberraciones que aparecen en el segundo
grupo de lentes para conseguir una mejora adicional de la calidad
de funcionamiento. En el objetivo de foco variable del presente
invento, la lente negativa de una forma de lente de menisco
dispuesta más cerca del lado del objetivo en el segundo grupo de
lentes y que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado de la
imagen se encarga de corregir la variación del coma que aparece por
la variación del ángulo de visión en un estado final de gran angular
mientras que el triplete de lentes dispuesto en el lado de la
imagen de la lente negativa desempeña un papel de corregir
favorablemente la aberración en el eje. De esta forma, los papeles
de las lentes del segundo grupo de lentes en la corrección de la
aberración están asignados independientemente, de forma que se pueda
conseguir una buena calidad de formación de la imagen.
Se debe tener en cuenta que, en el objetivo de
foco variable del presente invento, como la degradación de la
calidad de funcionamiento por la excentricidad de las lentes
positivas del triplete de lentes y de la lente negativa dispuesta
en el lado de la imagen de las lentes positivas es significativa, se
cementan para reducir la influencia del error de excentricidad en
la fabricación, para obtener así una calidad óptica
estabilizada.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, con el fin de corregir favorablemente la variación de
diversas aberraciones que aparecen por la variación de la posición
del objeto, el cuarto grupo de lentes está compuesto por una lente
positiva que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del
objetivo, una lente negativa que tiene una cara cóncava dirigida
hacia el lado de la imagen y otra lente positiva que tiene una cara
convexa dirigida hacia el lado del objetivo, dispuestas en orden
desde el lado del objetivo.
Cuando el cuarto grupo de lentes está formado en
una configuración de triplete es posible corregir al mismo tiempo
la aberración fuera del eje y la aberración en el eje, y la
variación de las diversas aberraciones que aparecen cuando la
posición del objeto varía pueden corregirse favorablemente.
Se debe tener en cuenta que, en el objetivo de
foco variable del presente invento, con el fin de suprimir
favorablente la ocurrencia de la aberración cromática, es preferible
usar un material vítreo que tenga una dispersión anómala alta para
el primer grupo de lentes.
\newpage
Particularmente, cuando la lente positiva en la
lente cementada de entre las lentes que componen el primer grupo de
lentes está hecha de un material vítreo que tiene una alta
dispersión anómala, se puede corregir favorablemente una dispersión
de segundo orden que aparece en una parte central de una pantalla en
un estado final de teleobjetivo.
Además, cuando una de las dos lentes positivas
dispuestas en el lado de la imagen del primer grupo de lentes está
hecha de un material vítreo de una dispersión baja, cuyo número de
Abbe es mayor de 65, se puede corregir más favorablemente la
aberración cromática de ampliación que aparece en las partes
periféricas de una pantalla en un estado final de teleobjetivo.
Además, cuando las dos de las dos lentes positivas descritas antes
están hechas de un material vítreo que tiene una dispersión baja,
la aberración cromática de ampliación puede corregirse más
favorablemente.
En el objetivo de foco variable del presente
invento, como se usa una lente asférica, se puede obtener una mayor
calidad de funcionamiento óptico. En especial introduciendo una cara
asférica en el grupo de lentes final, se puede anticipar una mejora
adicional de un funcionamiento central. Además, cuando se usa una
lente asférica en el segundo grupo de lentes también es posible
corregir favorablemente la variación del coma que es causada por el
ángulo de visión que aparece en un estado final de gran angular.
Naturalmente, se puede obtener un mayor calidad
de funcionamiento usando una pluralidad de caras asféricas.
Naturalmente, también es posible disponer un
filtro de paso bajo en el lado de la imagen con el fin de evitar la
aparición de franjas irisadas o disponer un filtro de corte de rayos
infrarrojos en respuesta a una sensibilidad espectral
característica del elemento receptor de luz.
En lo que sigue, se describen los objetivos de
foco variable de varias realizaciones del presente invento y varios
ejemplos con valores numéricos.
Se debe tener en cuanta que, mientras que una
lente asférica se usa en los objetivos de foco variable de las
realizaciones, la forma de la cara asférica está representada por la
siguiente expresión:
x =
cy^{2}/(1+(1-(1+k)c^{2}y^{2})^{1/2})+Ay^{4}+By^{6}+...
en la que y es la altura desde el
eje óptico, x es la cantidad de desviación de la vertical, c es la
curvatura, k es la constante cónica, y A, B,... representan
constantes
asféricas.
La Figura 1 ilustra una distribución de potencia
de refracción del objetivo de foco variable del presente invento.
Con referencia a la Figura 1, el objetivo de foco variable incluye
un primer grupo G1 de lentes que tiene una potencia de refracción
positiva, un segundo grupo de lentes G2 que tiene una potencia de
refracción negativa, un tercer grupo de lentes G3 que tiene una
potencia de refracción positiva, y un cuarto grupo de lentes G4 que
tiene una potencia de refracción positiva, dispuestos en orden desde
el lado del objetivo. Por la variación de potencia desde un estado
final (W) de gran angular ilustrado en una etapa superior en la
Figura 1 a un estado final de teleobjetivo (T) ilustrado en una
etapa inferior en la Figura 1, el segundo grupo de lentes G2 se
mueve hacia el lado de la imagen (con referencia a una línea
continua en una etapa intermedia en la Figura 1) de tal forma que
aumenta la distancia de aire entre el primer grupo de lentes G1 y el
segundo grupo de lentes G2 mientras que disminuye la distancia de
aire entre el segundo grupo de lentes G2 y el tercer grupo de
lentes G3. En este momento, el primer grupo de lentes G1 y el tercer
grupo de lentes G3 están fijos (con referencia a la línea
discontinua en una fase intermedia en la Figura 1), y el cuarto
grupo de lentes G4 se mueve para corregir la variación de la
posición del plano de la imagen originado por el movimiento del
segundo grupo de lentes G2. Además, cuando se enfoca a una distancia
corta, el cuarto grupo de lentes G4 se mueve hacia el lado del
objetivo (con referencia a una línea continua en una fase intermedia
en la Figura 1).
La Figura 2 muestra una configuración de lentes
de un objetivo de foco variable de una primera realización del
presente invento. Con referencia a la Figura 2, el primer grupo de
lentes G1 incluye una lente cementada L11 de una lente negativa de
una forma de menisco que tiene una cara convexa dirigida hacia el
lado del objetivo y una lente positiva L12 que tiene una cara
convexa dirigida hacia el lado del objetivo, y una lente positiva
L13 que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del objetivo.
El segundo grupo de lentes G2 incluye una lente negativa L21 de una
forma de menisco que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado
de la imagen, una lente negativa L22 que tiene una forma bicóncava,
y una lente cementada L23 de una lente biconvexa y una lente
bicóncava. El tercer grupo de lentes G3 incluye una lente negativa
L31 de una lente bicóncava y una lente positiva que tiene una cara
convexa dirigida hacia el lado del objetivo, una lente cementada L32
de una lente biconvexa que tiene una cara asférica en el lado del
objetivo y una lente negativa que tiene una cara cóncava dirigida
hacia el lado del objetivo, y una lente positiva L33 que tiene una
cara convexa dirigida hacia el lado de la imagen. El cuarto grupo
de lentes G4 incluye una lente positiva L41 que tiene una cara
convexa dirigida hacia el lado del objetivo, y una lente cementada
L42 de una lente negativa que tiene una cara asférica en el lado
del objetivo y que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado de
la imagen y una lente positiva que tiene una cara convexa dirigida
hacia el lado del objetivo.
En el objetivo de foco variable 1 de la primera
realización, la lente negativa cementada L31 dispuesta en el tercer
grupo de lentes G3 forma un subgrupo negativo, y la lente cementada
L32 y la lente positiva L33 en el tercer grupo de lentes G3 forman
un subgrupo positivo. Entonces, el subgrupo positivo L32 y L33 es
desplazado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje
óptico x para desplazar una imagen en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje óptico x.
En el objetivo de foco variable 1, un prisma PP
de separación de colores está dispuesto de forma fija en el lado de
la imagen del cuarto grupo de lentes G4 en la dirección del eje
óptico. Mientras que, un diafragma de apertura S está dispuesto en
el lado de la imagen del tercer grupo de lentes G3 y está fijado en
la dirección del eje óptico juntamente con el tercer grupo de
lentes G3 cuando varía el estado de posición de las lentes.
En la Tabla 1 que sigue se aplican valores
numéricos de las diversas dimensiones de un ejemplo 1 con valores
numéricos, en el que se aplican valores numéricos particulares al
objetivo de foco variable de la primera realización. En las tablas
dimensionales del ejemplo 1 con valores numéricos y en los otros
ejemplos con valores numéricos descritos en adelante, "Número de
cara" indica la cara i-ésima contada desde el lado del objetivo;
"Radio de curvatura" indica el radio de curvatura de la cara
óptica i-ésima; "Distancia entre caras" indica la distancia
entre caras en el eje entre la cara óptica i-ésima y la cara óptica
i+1-ésima medida desde el lado del objetivo; "Índice de
refracción" indica el índice de refracción del material vítreo
que tiene la cara óptica i-ésima en el lado del objetivo con
respecto a la línea d (\lambda = 587,6 nm), y "Número de
Abbe" indica el número de Abbe del material vítreo que tiene la
cara óptica i-ésima en el lado del objetivo con respecto a la línea
d. Además, "Di" representa que la distancia entre caras es una
distancia variable; el radio de curvatura de 0 representa que la
cara es una cara plana; y Bf representa que la distancia entre
caras es una distancia de la lente al foco.
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En el objetivo de foco variable 1, cuando varía
el estado de posición de la lente desde un estado final de gran
angular a un estado final de teleobjetivo, varían la distancia D7
entre el primer grupo de lentes G1 y el segundo grupo de lentes G2,
la distancia D14 entre el segundo grupo de lentes G2 y el diafragma
de apertura S, la distancia D23 entre el tercer grupo de lentes G3
y el cuarto grupo de lentes G4 y la distancia D28 entre el cuarto
grupo de lentes G4 y el prisma PP de separación de colores. Por lo
tanto, los valores de las distancias de la cara en el ejemplo 1 con
valores numéricos en el estado final de gran angular, en un estado
intermedio de distancia focal entre el estado final de gran angular
y el estado final de teleobjetivo, y en el estado final de
teleobjetivo están indicados en la Tabla 2 que viene a continuación
juntamente con los de la distancia focal f, número Fnº F y ángulo
de visión 2\omega.
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La cara 19ª y la cara 24ª en el objetivo de foco
variable 1 está cada una formada por una cara asférica. Por lo
tanto, los coeficientes asféricos de orden cuarto, sexto, octavo y
décimo A, B, C y D de las caras asféricas en el ejemplo 1 con
valores numéricos están indicados en la Tabla 3 posterior junto con
la constante k del cono. Se debe tener en cuenta que, en la Tabla 3
y en las tablas siguientes en las que está indicado su coeficiente
asférico, "E-i" es una expresión en la que la
base es 10, esto es, 10^{-i}, y por ejemplo
"0,12345-05" representa "0,12345x10 x
10^{-5}".
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Los valores correspondientes de las expresiones
condicionales (1), (2), (3), (4) y (5) del ejemplo 1 con valores
numéricos descrito anteriormente están indicados en la Tabla 4 que
viene a continuación.
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Las Figuras 3 a 5 ilustran diversas aberraciones
en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 1 con valores
numéricos. Particularmente, la Figura 3 ilustra diversas
aberraciones en un estado final de gran angular (f = 1,000); la
Figura 4 ilustra diversas aberraciones en un estado intermedio de
distancia focal (f = 9,430); y la Figura 5 ilustra diversas
aberraciones en un estado final de teleobjetivo (f = 21,047).
En los diagramas de aberración de las Figuras 3
a 5, una línea continua en un diagrama de aberración esférica
indica aberración esférica, y una línea continua en un diagrama de
astigmatismo indica un plano de imagen sagital y una línea
discontinua indica un plano de imagen meridional. En un diagrama del
coma, y indica una altura de la imagen. Además, en los diagramas de
aberración, Fnº representa un número F, y A representa un
semiángulo de visión.
Las Figuras 6 a 8 ilustran la aberración lateral
en un estado de desplazamiento de lente correspondiente a 0,5
grados en un estado de enfoque en el infinito en el ejemplo 1 con
valores numéricos. Particularmente, la Figura 6 ilustra la
aberración lateral en un estado final de gran angular (f = 1,000)
del objetivo con foco variable; la Figura 7 ilustra la aberración
lateral en un estado intermedio de distancia focal (F = 9,430); y
la Figura 8 ilustra la aberración lateral en un estado final de
teleobjetivo (f = 21,047).
Se puede ver evidentemente a partir de los
diagramas de aberración que el ejemplo 1 con valores numéricos
indica las aberraciones corregidas favorablemente y tiene una
facultad superior de formación de imágenes.
La Figura 9 muestra una configuración de lentes
de un objetivo de foco variable de acuerdo con una tercera
realización del presente invento. Con referencia a la Figura 9, el
primer grupo de lentes G1 incluye una lente cementada L11 de una
lente negativa con forma de menisco que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo y una lente positiva que tiene
una cara convexa dirigida hacia el lado del objetivo, una lente
positiva L12 que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del
objetivo, una lente positiva L13 que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo. El segundo grupo de lentes G2
incluye una lente negativa L21 con forma de menisco que tiene una
cara cóncava dirigida hacia el lado de la imagen, una lente negativa
L22 que tiene una forma bicóncava, y una lente cementada L23 de una
lente biconvexa y una lente bicóncava. El tercer grupo G3 incluye
una lente negativa cementada L31 de una lente bicóncava y una lente
positiva que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del
objetivo, una lente cementada L32 de una lente biconvexa que tiene
una cara asférica en el lado del objetivo y una lente negativa que
tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado del objetivo, y una
lente positiva L33 que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado
de la imagen. El cuarto grupo de lentes G4 incluye una lente
positiva L41 que tiene una cara convexa de una forma asférica
dirigida hacia el lado del objetivo, y una lente cementada L42 de
una lente negativa que tiene una cara cóncava dirigida hacia el
lado de la imagen y una lente positiva que tiene una lente convexa
dirigida hacia el lado del objetivo.
En el objetivo de foco variable 2 de la segunda
realización la lente negativa cementada L31 dispuesta en el tercer
grupo de lentes G3 forma un subgrupo negativo y la lente cementada
L32 y la lente positiva L33 en el tercer grupo de lentes G3 forman
un subgrupo positivo. A continuación, el subgrupo positivo L32 y L33
es desplazado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje
óptico x para desplazar una imagen en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje óptico x.
En el objetivo de foco variable 2 un prisma PP
de separación de colores está dispuesto en el lado de la imagen del
cuarto grupo de lentes G4 de forma fija en la dirección del eje
óptico. En tanto que, un diafragma S de apertura está dispuesto en
el lado del objetivo del tercer grupo de lentes G3 y está fijado en
la dirección del eje óptico juntamente con el tercer grupo de
lentes G3 cuando varía el estado de posición de las lentes.
En la Tabla 5 que sigue se indican los valores
numéricos de las diversas dimensiones de un ejemplo 2 con valores
numéricos, en el que se aplican valores numéricos particulares al
objetivo de foco variable 2 de la segunda realización.
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En el objetivo de foco variable 2, cuando varía
el estado de posición de la lente desde un estado final de gran
angular a un estado final de teleobjetivo, varían la distancia D7
entre el primer grupo de lentes G1 y el segundo grupo de lentes G2,
la distancia D14 entre el segundo grupo de lentes G2 y el diámetro
de apertura S, la distancia D23 entre el tercer grupo de lentes G3
y el cuarto grupo de lentes G4 y la distancia D28 entre el cuarto
grupo de lentes G4 y el prisma PP de separación de colores. Por lo
tanto, los valores de las distancias de la cara en el ejemplo 2 con
valores numéricos en el estado final de gran angular, en un estado
intermedio de distancia focal entre el estado final de gran angular
y el estado final de teleobjetivo, y en el estado final de
teleobjetivo están indicados en la Tabla 6 que sigue juntamente con
los de la distancia focal f, Fnº F y ángulo de visión
2\omega.
La cara 19ª y la cara 24ª en el objetivo de foco
variable 2 está cada una formada por una cara asférica. Por lo
tanto, los coeficientes asféricos de orden cuarto, sexto, octavo y
décimo A, B, C y D de las caras asféricas en el ejemplo 2 con
valores numéricos están indicados en la Tabla 7 que sigue junto con
la constante k del cono.
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Los valores correspondientes de las expresiones
condicionales (1), (2), (3), (4) y (5) del ejemplo 2 con valores
numéricos descrito anteriormente están indicados en la Tabla 8 que
viene a continuación.
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Las Figuras 10 a 12 ilustran diversas
aberraciones en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 2
con valores numéricos. Particularmente, la Figura 10 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de gran angular (f =
1,000); la Figura 11 ilustra diversas aberraciones en un estado
intermedio de distancia focal (f = 8,860); y la Figura 12 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de teleobjetivo (f =
21,057).
En los diagramas de aberración de las Figuras 10
a 12, una línea continua en un diagrama de aberración esférica
indica aberración esférica, y una línea continua en un diagrama de
astigmatismo indica un plano sagital de imagen, y una línea
discontinua indica un plano meridional de imagen. En un diagrama de
coma, y indica una altura de la imagen. Además, en los diagramas de
aberración, Fnº representa un número F, y A representa un
semiángulo de visión.
Las Figuras 13 a 15 ilustran la aberración
lateral en un estado de desplazamiento de lente correspondiente a
0,5 grados en un estado de enfoque en el infinito en el ejemplo 2
con valores numéricos. Particularmente, la Figura 13 ilustra la
aberración lateral en un estado final de gran angular (f = 1,000)
del objetivo con foco variable; la Figura 14 ilustra la aberración
lateral en un estado intermedio de distancia focal (F = 8,860); y
la Figura 15 ilustra la aberración lateral en un estado final de
teleobjetivo (f = 21,057).
Se puede ver evidentemente a partir de los
diagramas de aberración que el ejemplo 2 con valores numéricos
indica las aberraciones corregidas favorablemente y tiene una
capacdad superior de formación de imágenes.
La Figura 16 muestra una configuración de lentes
de un objetivo de foco variable de acuerdo con una tercera
realización del presente invento. Con referencia a la Figura 16, el
primer grupo de lentes G1 incluye una lente cementada L11 de una
lente negativa con forma de menisco que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo y una lente positiva que tiene
una cara convexa dirigida hacia el lado del objetivo, una lente
positiva L12 que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del
objetivo, y una lente positiva L13 que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo. El segundo grupo de lentes G2
incluye una lente negativa L21 de una forma de menisco que tiene
una cara cóncava dirigida hacia el lado de la imagen, una lente
negativa L22 que tiene una forma bicóncava, y una lente cementada
L23 de una lente biconvexa y una lente bicóncava. El tercer grupo
de lentes G3 incluye una lente negativa negativa L31 de una lente
bicóncava y una lente positiva que tiene una cara convexa dirigida
hacia el lado del objetivo, una lente cementada L32 de una lente
biconvexa que tiene una cara asférica en el lado del objetivo y una
lente negativa que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado
del objetivo, y una lente positiva L33 que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado de la imagen. El cuarto grupo de lentes G4
incluye una lente positiva L41 que tiene una cara convexa de una
forma asférica dirigida hacia el lado del objetivo, y una lente
cementada L42 de una lente negativa que tiene una cara cóncava
dirigida hacia el lado de la imagen y una lente positiva que tiene
una lente convexa dirigida hacia el lado del objetivo.
En el objetivo de foco variable 3 de la tercera
realización, la lente negativa cementada L31 dispuesta en el tercer
grupo de lentes G3 forma un subgrupo negativo y la lente cementada
L32 y la lente positiva L33 en el tercer grupo de lentes G3 forma
un subgrupo positivo. A continuación, el subgrupo positivo L32 y L33
es desplazado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje
óptico x para desplazar una imagen en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje óptico x.
En el objetivo de foco variable 3 un prisma PP
de separación de colores está dispuesto en el lado de la imagen del
cuarto grupo de lentes G4 de forma fija en la dirección del eje
óptico. Mientras que, un diagrama S de apertura está dispuesto en
el lado del objetivo del tercer grupo de lentes G3 y está fijado en
la dirección del eje óptico juntamente con el tercer grupo de
lentes G3 cuando varía el estado de posición de las lentes.
En la Tabla 9 que sigue se indican los valores
numéricos de las diversas dimensiones de un ejemplo 3 con valores
numéricos, en el que se aplican valores numéricos particulares al
objetivo de foco variable 3 de la tercera realización.
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En el objetivo de foco variable 3, cuando varía
el estado de posición de la lente desde un estado final de gran
angular a un estado final de teleobjetivo, varían la distancia D7
entre el primer grupo de lentes G1 y el segundo grupo de lentes G2,
la distancia D14 entre el segundo grupo de lentes G2 y el diafragma
de apertura S, la distancia D23 entre el tercer grupo de lentes G3
y el cuarto grupo de lentes G4 y la distancia D28 entre el cuarto
grupo de lentes G4 y el prisma PP de separación de colores. Por lo
tanto, los valores de las distancias entre caras en el ejemplo 3
con valores numéricos en el estado final de gran angular, en un
estado intermedio de distancia focal entre el estado final de gran
angular y el estado final de teleobjetivo, y en el estado final de
teleobjetivo están indicados en la Tabla 10 que sigue juntamente con
los de la distancia focal f, Fnº F y ángulo de visión
2\omega.
La cara 19ª y la cara 24ª en el objetivo de foco
variable 3 está cada una formada por una cara asférica. Por lo
tanto, los coeficientes asféricos de orden cuarto, sexto, octavo y
décimo A, B, C y D de las caras asféricas en el ejemplo 3 con
valores numéricos están indicados en la Tabla 11 que sigue junto con
la constante k del cono.
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Los valores correspondientes de las expresiones
condicionales (1), (2), (3), (4) y (5) del ejemplo 3 con valores
numéricos descrito anteriormente están indicados en la Tabla 12 que
sigue.
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Las Figuras 17 a 19 ilustran diversas
aberraciones en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 3
con valores numéricos. Particularmente, la Figura 17 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de gran angular (f =
1,000); la Figura 18 ilustra diversas aberraciones en un estado
intermedio de distancia focal (f = 9,196); y la Figura 19 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de teleobjetivo (f =
21,061).
En los diagramas de aberración de las Figuras 17
a 19, una línea continua en un diagrama de aberración esférica
indica aberración esférica, y una línea continua en un diagrama de
astigmatismo indica un plano sagital de imagen, y una línea
discontinua indica un plano meridional de imagen. En un diagrama del
coma, y indica una altura de la imagen. Además, en los diagramas de
aberración, Fnº representa un número F, y A representa un
semiángulo de visión.
Las Figuras 20 a 22 ilustran la aberración
lateral en un estado de desplazamiento de lente correspondiente a
0,5 grados en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 3 con
valores numéricos. Particularmente, la Figura 20 ilustra la
aberración lateral en un estado final de gran angular (f = 1,000)
del objetivo con foco variable; la Figura 21 ilustra la aberración
lateral en un estado intermedio de distancia focal (F = 9,196); y
la Figura 22 ilustra la aberración lateral en un estado final de
teleobjetivo (f = 21,061).
Se puede ver evidentemente a partir de los
diagramas de aberración que el ejemplo 3 con valores numéricos
indica las aberraciones corregidas favorablemente y tiene una
capacidad superior de formación de imágenes.
La Figura 23 muestra una configuración de lentes
de un objetivo de foco variable de acuerdo con una cuarta
realización del presente invento. Con referencia a la Figura 23, el
primer grupo de lentes G1 incluye una lente cementada L11 de una
lente negativa con forma de menisco que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo y una lente positiva que tiene
una cara convexa dirigida hacia el lado del objetivo, una lente
positiva L12 que tiene una cara convexa dirigida hacia el lado del
objetivo, y una lente positiva L13 que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado del objetivo. El segundo grupo de lentes G2
incluye una lente negativa L21 de una forma de menisco que tiene
una cara cóncava dirigida hacia el lado de la imagen, una lente
negativa L22 que tiene una forma bicóncava, y una lente cementada
L23 de una lente biconvexa y una lente bicóncava. El tercer grupo
de lentes G3 incluye una lente negativa cementada L31 de una lente
bicóncava y una lente positiva que tiene una cara convexa dirigida
hacia el lado del objetivo, una lente cementada L32 de una lente
biconvexa que tiene una cara asférica en el lado del objetivo y una
lente negativa que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado
del objetivo, y una lente positiva L33 que tiene una cara convexa
dirigida hacia el lado de la imagen. El cuarto grupo de lentes G4
incluye una lente positiva L41 que tiene una cara convexa dirigida
hacia el lado del objetivo y que tiene caras asféricas en los lados
opuestos de ella, y una lente cementada L42 de una lente negativa
que tiene una cara cóncava dirigida hacia el lado de la imagen y
una lente positiva que tiene una lente convexa dirigida hacia el
lado del objetivo.
En el objetivo de foco variable 4 de la cuarta
realización, la lente negativa cementada L31 dispuesta en el tercer
grupo de lentes G3 forma un subgrupo negativo y la lente cementada
L32 y la lente positiva L33 en el tercer grupo de lentes G3 forman
un subgrupo positivo. A continuación, el subgrupo positivo L32 y L33
es desplazado en una dirección sustancialmente perpendicular al eje
óptico x para desplazar una imagen en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje óptico x.
En el objetivo de foco variable 4, un prisma PP
de separación de colores está dispuesto en el lado de la imagen del
cuarto grupo G4 de forma fija en la dirección del eje óptico. En
tanto que, un diafragma S de apertura está dispuesto en el lado del
objetivo del tercer grupo de lentes G3 y está fijado en la dirección
del eje óptico juntamente con el tercer grupo de lentes G3 cuando
varía el estado de posición de las lentes.
En la Tabla 13 que sigue se indican los valores
numéricos de las diversas dimensiones de un ejemplo 4 con valores
numéricos, en el que se aplican valores numéricos particulares al
objetivo de foco variable 3 de la tercera realización.
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En el objetivo de foco variable 4, cuando varía
el estado de posición de la lente desde un estado final de gran
angular a un estado final de teleobjetivo, varían la distancia D7
entre el primer grupo de lentes G1 y el segundo grupo de lentes G2,
la distancia D14 entre el segundo grupo de lentes G2 y el diafragma
de apertura S, la distancia D23 entre el tercer grupo de lentes G3
y el cuarto grupo de lentes G4 y la distancia D28 entre el cuarto
grupo de lentes G4 y el prisma PP de separación de colores. Por lo
tanto, los valores de las distancias entre caras en el ejemplo 4
con valores numéricos en el estado final de gran angular, en un
estado intermedio de distancia focal entre el estado final de gran
angular y el estado final de teleobjetivo, y en el estado final de
teleobjetivo están indicados en la Tabla 14 que sigue juntamente con
los de la distancia focal f, Fnº F y ángulo de visión
2\omega.
La cara 19ª, la cara 24ª y la cara 25ª en el
objetivo de foco variable 4 está cada una formada por una cara
asférica. Por lo tanto, los coeficientes asféricos de orden cuarto,
sexto, octavo y décimo A, B, C y D de las caras asféricas en el
ejemplo 4 con valores numéricos están indicados en la Tabla 15 que
sigue junto con la constante k del cono.
Los valores correspondientes de las expresiones
condicionales (1), (2), (3), (4) y (5) del ejemplo 4 con valores
numéricos descrito anteriormente están indicados en la Tabla 16 que
sigue.
Las Figuras 24 a 26 ilustran diversas
aberraciones en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 4
con valores numéricos. Particularmente, la Figura 24 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de gran angular (f =
1,000); la Figura 25 ilustra diversas aberraciones en un estado
intermedio de distancia focal (f = 8,896); y la Figura 26 ilustra
diversas aberraciones en un estado final de teleobjetivo (f =
19,496).
En los diagramas de aberración de las Figuras 24
a 26, una línea continua en un diagrama de aberración esférica
indica aberración esférica, y una línea continua en un diagrama de
astigmatismo indica un plano sagital de imagen, y una línea
discontinua indica un plano meridional de imagen. En un diagrama del
coma, y indica una altura de la imagen. Además, en los diagramas de
aberración, Fnº representa un número F, y A representa un
semiángulo de visión.
Las Figuras 27 a 29 ilustran la aberración
lateral en un estado de desplazamiento de lente correspondiente a
0,5 grados en un estado enfocado en el infinito en el ejemplo 4 con
valores numéricos. Particularmente, la Figura 27 ilustra la
aberración lateral en un estado final de gran angular (f = 1,000)
del objetivo con foco variable; la Figura 28 ilustra la aberración
lateral en un estado intermedio de distancia focal (F = 8,896); y
la Figura 29 ilustra la aberración lateral en un estado final de
teleobjetivo (f = 19,496).
Se puede ver evidentemente a partir de los
diagramas de aberración que el ejemplo 4 con valores numéricos
indica las aberraciones corregidas favorablemente y tiene una
facultad superior de formación de imágenes.
La Figura 30 muestra un aparato de captación de
imágenes al que se ha aplicado el presente invento.
Con referencia a la Figura 30, el aparato de
captación de imágenes mostrado está señalado con 10 e incluye un
objetivo de foco variable 20 y un dispositivo 30 de captación de
imágenes para convertir una señal óptica formada por el objetivo de
foco variable 20 en una señal eléctrica. Se debe observar que el
dispositivo 30 de captación de imágenes puede ser formado a partir
de elementos de conversión fotoeléctricos tales como los
dispositivos CCD (Dispositivos Acoplados de Carga) o CMOS
(Semiconductor Complementario de Óxido Metálico). Mientras tanto,
el objetivo de foco variable 20 puede estar formado a partir del
objetivo de foco variable de acuerdo con el presente invento. En la
Figura 30 se muestra en una forma simplificada de una sola lente
cada uno de los grupos de lentes del objetivo de foco variable 1 de
acuerdo con la primera realización descrita anteriormente.
Naturalmente, se pueden usar para el objetivo de foco variable 20 no
solamente el objetivo de foco variable 1 de acuerdo con la primera
realización sino también cualesquiera de los objetivos de foco
variable 2 a 4 de acuerdo con las realizaciones segunda a cuarta y
los objetivos de foco variable de acuerdo con el presente invento
que están configurados con formas diferentes de las realizaciones
explicadas en la presente aplicación.
Una señal eléctrica formada por el dispositivo
30 de captación de imágenes es suministrada a un circuito 40 de
separación de imagen. Por lo tanto, se envía una señal de control de
enfoque desde el circuito 40 de separación de imagen, y desde el
circuito de separación de imagen se envía una señal de imagen se
envía una señal de imagen a un circuito 40 de procesamiento de la
imagen. La señal enviada al circuito 40 de separación de imagen es
transformada en una señal de una forma apropiada para procesamiento
posterior de forma que es después sometida a diversos procesos
tales como visualización por un aparato visualizador, registro en un
medio de registro, transferencia por una sección de comunicación y
así sucesivamente.
Un circuito de control 50 recibe diversas
señales de operación desde el exterior tal como una señal de
operación representativa de una operación de un botón de objetivo
de foco variable y realiza diversos procesos en respuesta a las
señales de operación recibidas. Por ejemplo, si en el circuito de
control 50 se introduce una instrucción al objetivo de foco
variable desde el botón del objetivo de foco variable, entonces el
circuito de control 50 controla los circuitos de guiado 60 y 70
para operar las secciones de guiado 61 y 71 para mover los grupos
GR2 segundo y cuarto de lentes a las respectivas posiciones
determinadas. La información de posición de los grupos GR2 segundo
y cuarto de lentes obtenida en consecuencia de los sensores 62 y 72
es introducida en el circuito de control 50, y es enviada por el
circuito de control 50 cuando el circuito de control 50 va a generar
señales de instrucción a los circuitos de guiado 60 y 70. Además,
el circuito de control 50 comprueba el estado de enfoque basado en
una señal recibida desde el circuito 40 de separación de imagen y
controla el circuito de guiado 70 para operar la sección de guiado
71 para controlar la posición del cuarto grupo GR4 de lentes de
forma que se pueda obtener un estado óptimo de enfoque.
El aparato 10 de captación de imágenes tiene una
función de corrección de movimiento brusco con la mano. Por
ejemplo, si se provoca un movimiento brusco del dispositivo 30 de
captación de imágenes, tal como por presión sobre el botón pulsador
de obturación, esto es detectado por una sección de detección 80 que
puede ser, por ejemplo, un sensor giroscópico, entonces una señal
de la sección de detección 80 es introducida en el circuito de
control 50. Por lo tanto, el circuito de control 50 calcula un
ángulo de corrección de mancha borrosa para compensar la mancha
borrosa de la imagen por el movimiento brusco del dispositivo 30 de
captación de imágenes. Con el fin de situar el subgrupo positivo
L32 y L33 del tercer grupo GR3 de lentes para que esté basado en el
ángulo calculado de corrección de mancha borrosa, el circuito de
control 50 controla un circuito de guiado 90 para operar una
sección de guiado 91 para mover el subgrupo positivo L32 y L33 en
una dirección perpendicular al eje óptico. Las posiciones del
subgrupo positivo L32 y L33 son detectadas por un sensor 92, y la
información de posición del subgrupo L32 y L33 obtenida por el
sensor 92 es introducida en el circuito de control 50 y enviada por
el circuito de control 50 cuando el circuito de control 50 trata de
transmitir una señal de instrucción al circuito de guiado 90.
El aparato 10 de captación de imágenes descrito
antes puede adoptar diversas formas como un producto particular.
Por ejemplo, el aparato 10 de captación de imágenes puede ser
ampliamente aplicado en cámaras fijas, cámaras de vídeo digitales y
secciones de cámaras y así sucesivamente de aparatos digitales de
entrada/salida tales como equipos de teléfono móvil en los que
estén incorporados una cámara o PDAs (Asistentes Digitales
Personales) en los que estén incorporada una cámara.
En tanto que las realizaciones preferidas del
presente invento han sido descritas usando términos específicos,
tal descripción tiene solamente un propósito ilustrativo y ha de
entenderse que se pueden realizar cambios y variaciones sin
apartarse del alcance definido en las reivindicaciones que
siguen.
Claims (8)
1. Un objetivo de foco variable (zoom) que
comprende:
cuatro grupos de lentes que incluyen un primer
grupo de lentes (G1) que tiene una potencia de refracción positiva,
un segundo grupo de lentes (G2) que tiene una potencia de
refracción negativa, un tercer grupo de lentes (G3) que tiene una
potencia de refracción positiva y un cuarto grupo de lentes (G4)
que tiene una potencia de refracción positiva, estando dispuestos
dichos grupos de lentes primero, segundo, tercero y cuarto (G1, G2,
G3, G4) en orden desde un lado del objetivo, moviéndose dicho
segundo grupo de lentes (G2), cuando varía una posición de la lente
desde un estado final de gran angular (W) a un estado final de
teleobjetivo (T), hacia un lado de la imagen, mientras que dicho
cuarto grupo de lentes (G4) se mueve para compensar una variación
de posición del plano de la imagen originada por el movimiento de
dicho grupo segundo de lentes (G2), en tanto que dichos grupos
primero y tercero de lentes (G1, G3) están fijos en la dirección de
un eje óptico (x); y
un diafragma de apertura (S) dispuesto en el
lado del objetivo de dicho tercer grupo de lentes (G3);
incluyendo dicho tercer grupo de lentes (G3) un
subgrupo negativo (L31) que tiene una potencia de refracción
negativa y un subgrupo positivo (L32, L33) que tiene una potencia de
refracción positiva y dispuesto en el lado de la imagen de dicho
subgrupo negativo con una distancia de aire dejada entre ellos;
siendo dicho subgrupo positivo desplazable con
relación al grupo negativo (L31) en una dirección sustancialmente
perpendicular al eje óptico (x) para desplazar una imagen en una
dirección sustancialmente perpendicular al eje óptico (x);
satifaciéndose una expresión condicional (1)
(1)1,4 <
|f3n|/f3 <
3
en la que f3n es la distancia focal
de dicho subgrupo negativo (L31) dispuesto en dicho tercer grupo de
lentes (G3), y f3 es la distancia focal de dicho tercer grupo de
lentes.
2. El objetivo de foco variable de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que se satisface una expresión
condicional (2)
(2)-0,3 <
(Rn+Rp)/(Rn-Rp) <
0,3
en la que Rn es el radio de
curvatura de esa cara de la lente de dicho subgrupo negativo (L31)
dispuesto en dicho tercer grupo de lentes (G3) que está situado más
cerca del lado de la imagen, y Rp es el radio de curvatura de esa
cara de la lente de dicho subgrupo positivo (L32, L33) dispuesto en
dicho tercer grupo de lentes (G3) que está situado más cerca del
lado del
objetivo.
3. El objetivo de foco variable de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que dicho subgrupo negativo (L31)
incluye dos lentes que tienen una lente positiva y una lente
negativa, mientras que dicho subgrupo positivo (L32, L33) tiene
tres lentes que incluyen una lente positiva, una lente negativa y
otra lente positiva, y se satisface una expresión condicional
(3)
(3)0 <
(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2) <
2
en la que Rp1 es el radio de
curvatura de una cara de la lente en el lado del objetivo de aquélla
de los grupos de lentes positivos de dicho subgrupo positivo (L32,
L33) que está situado más cerca del lado de la imagen, y Rp2 es el
radio de curvatura de una cara de la lente en el lado de la imagen
de aquélla de las lentes positivas de dicho subgrupo positivo (L32,
L33) que está situado más cerca del lado de la
imagen.
4. El objetivo de foco variable de acuerdo con
la reivindicación 2, en el que dicho subgrupo negativo (L31)
incluye dos lentes que tienen una lente positiva y una lente
negativa, mientras que dicho subgrupo positivo (L32, L33) tiene
tres lentes que incluyen una lente positiva, una lente negativa y
otra lente positiva, y se satisface una expresión condicional
(3)
(3)0 <
(Rp1+Rp2)/(Rp1-Rp2) <
2
en la que Rp1 es el radio de
curvatura de una cara de la lente en el lado del objetivo de aquélla
de los grupos de lentes positivos de dicho subgrupo positivo que
está situado más cerca del lado de la imagen, y Rp2 es el radio de
curvatura de una cara de la lente en el lado de la imagen de aquélla
de las lentes positivas de dicho subgrupo positivo que está situado
más cerca del lado de la
imagen.
5. El objetivo de foco variable de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que se satisface una expresión
condicional (4)
(4)0,42 <
|f2|/(fw\cdotft)^{1/2} <
0,5
en la que f2 es la distancia focal
de dicho segundo grupo de lentes (G2), fw es la distancia focal de
todo el sistema de lentes en el estado final de gran angular (W), y
ft es la distancia focal de todo el sistema de lentes en el estado
final de teleobjetivo
(T).
6. El objetivo de foco variable de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que se satisface una expresión
condicional (5)
(5)0,8 <
Dt/Z2 <
1,2
en la que Dt es la distancia desde
dicho diafragma de apertura (S), de forma que la cara de la lente de
dicho cuarto grupo de lentes (G4), que está situado más cerca del
lado de la imagen a lo largo del eje óptico en el estado final de
teleobjetivo, y Z2 es la cantidad de movimiento de dicho segundo
grupo de lentes (G2) cuando el estado de posición de la lente varía
desde el estado final de gran angular al estado final de
teleobjetivo.
7. Un aparato de captación de imágenes (10), que
comprende:
un objetivo de foco variable (20) de acuerdo con
la reivindicación 1; y
un elemento de captación de imágenes (30) para
convertir una imagen óptica formada por dicho objetivo de foco
variable (20) en una señal eléctrica.
8. El aparato de captación de imágenes de
acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende:
una sección de detección de movimiento brusco
con la mano (80) para detectar un movimiento brusco de dicho
elemento de captación de imágenes;
una sección de control de movimiento brusco con
la mano para calcular un ángulo de corrección de mancha borrosa
para corregir una mancha borrosa de la imagen por el movimiento
brusco de dicho elemento de captación de imágenes detectada por
dicha sección de detección de movimiento brusco con la mano y
enviando una señal de guiado para colocar dicho subgrupo positivo
de dicho tercer grupo de lentes en una posición basado en el ángulo
de corrección de mancha borrosa; y
una sección de guiado de movimiento brusco con
la mano para recibir la señal de guiado enviada a partir de dicha
sección de control, y desplazar dicho subgrupo positivo en una
dirección perpendicular al eje óptico y desplazar dicho subgrupo
positivo en una dirección perpendicular al eje óptico basada en la
señal de guiado recibida.
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