DE69306645T2

DE69306645T2 - Zoomlinsenanordnung

Info

Publication number: DE69306645T2
Application number: DE69306645T
Authority: DE
Inventors: Hisayuki Ii; Yasuo Nakajima; Hiroaki Okayama; Shusuke Ono
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: DE69306645D1; EP0566073A1; EP0566073B1; US5396367A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(Gebiet der Erfindung)

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Zoomlinsenanordnung zur Verwendung in beispielsweise einer Videokamera.

(Beschreibung des Standes der Technik)

In den letzten Jahren wurden Anforderungen gestellt, eine Videokamera zur Verfügung zu stellen, die nicht nur eine einfache Bedienung ermöglicht und schnell einsetzbar ist, sondern auch mit einer Möglichkeit des Darstellens von Bildern hoher Qualität ausgestattet ist und über Mehrfachfunktionen verfügt. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde weitgehend eine hochauflösende, kompakte Abbildungsvorrichtung mit einer Größe von 1/3 Inch verwendet und eine kompakte Abbildungsvorrichtung mit einer Größe von 1/4 Inch wird momentan entwickelt. Zusammen damit wird stark eine kompakte und leichte Hochleistungs-Zoomlinse mit einem großen Aperturverhältnis gewünscht. Dennoch ist nicht nur eine Verringerung der Kosten erwünscht, sondern auch eine Verwirklichung einer hochvergrößernden Zoomlinse mit einer verringerten Anzahl von Teilen ohne Verzicht auf die hohe Leistungsfähigkeit ist erwünscht.
Sofern es eine hochvergrößernde Zoomlinse betrifft, sind nicht nur ein erhöhter Linsendurchmesser und eine erhöhte Linsenlänge erforderlich, sondern eine erhöhte Anzahl von Linsenelementen ist ebenfalls erforderlich zum Verwirklichen einer strengen Korrektur von Abweichungen, resultierend in erhöhten Herstellungskosten und ebenfalls in höherer Größe und höherem Gewicht, bis zu solch einem Ausmaß, daß die resultierende Zoomlinse zur Verwendung in einer Heim- Videokamera nicht geeignet ist. Daher weisen kompakte und leichte Zoomlinsenanordnungen, die gegenwärtig hauptsächlich in Videokameras für den Hausgebrauch verwendet werden und einen Typ mit bis zu 10 Linsenelementen umfassen, eine Blendenzahl von ungefähr 1,4 bis 2,0 mit einem Zoomverhältnis von 6 bis 8 auf.
Nachfolgend wird jetzt die bekannte Zoomlinsenanordnung des oben bezeichneten Typs, der z.B. in der EP-A-405 856 oder dem US-Patent 5,100,223, erteilt am 31. März 1992 (basierend auf der japanischen Patentanmeldung 1-169295) offenbart ist, anhand von Fig. 2 erläutert. Der Oberbegriff des Anspruches 1 entspricht der EP-A-405 856.
Fig. 2 zeigt ein optisches System der bekannten Zoomlinsenanordnung zur Verwendung in einer Videokamera. Die bekannte Zoomlinsenanordnung umfaßt in der Reihenfolge von links, wie hier zu sehen, eine erste Linsengruppe 21 zum Ausbilden einer bildformenden Einheit, eine zweite Linsengruppe 22 zum Bilden einer Zoomeinheit, eine dritte Linsengruppe 23 zum Bilden einer lichtsammelnden Einheit, eine vierte Linsengruppe zum Bilden einer Fokussierungseinheit und eine Glasplatte 25, welche ein Äquivalent für ein Quarzfilter ist, und die Vorderplatte der Bildvorrichtung oder ähnliches. Bezugszeichen 26 bezeichnet eine bildformende Ebene.
Die in Fig. 2 gezeigte bekannte Zoomlinsenanordnung wirkt in der folgenden Weise. Die relativ zu der bildformenden Ebene 26 befestigte erste Linsengruppe 21 spielt eine bildformende Rolle, während die entlang der optischen Achse der Zoomlinsenanordnung zum Variieren der Vergrößerung bewegbare Linsengruppe 22 dadurch die Brennweite der Zoomlinsenanordnung als Ganzes variiert. Die dritte Linsengruppe, welche eine befestigte Linsengruppe ist, wirkt zum Sammeln von Lichtstrahlen, die durch die zweite Linsengruppe 22 aufgefächert werden, während die entlang der optischen Achse bewegbare vierte Linsengruppe 24 eine fokussierende Rolle spielt. Eine Änderung der Position des Bildes, die aus einer Bewegung der zweiten Linsengruppe 22 während eines Zoomvorganges resultiert, wird durch eine Bewegung der vierten Linsengruppe 24 kompensiert, um das Bild in der Bildebene 26 jederzeit fokussiert zu halten.
Die bekannte Zoomlinsenanordnung des oben erläuterten Typs weist jedoch ein Problem auf, indem es schwierig ist, Abweichungen über einen Zoombereich und über einen Bereich einer bilderfassenden Distanz zu korrigieren, insbesondere chromatische Abweichungen, wenn das Zoomverhältnis von 10 gewählt ist und daher ist es schwierig, ein Bild mit hoher Qualität zu verwirklichen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben erläuterten Probleme im wesentlichen zu beseitigen und ist vorgesehen, um eine verbesserte Hochleistungs-Zoomlinsenanordnung anzugeben, mit einem Zoomverhältnis von ungefähr 10, zur Verwendung in einer Videokamera, welche einen kompakten Aufbau aufweist und in der Lage ist, verschiedene Abweichungen einschließlich chromatischer Abweichungen zufriedenstellend zu korrigieren, und ebenfalls die Videokamera anzugeben, welche die verbesserte Zoomlinsenanordnung verwendet.
Daher ist eine erfindungsgemäße Zoomlinsenanordnung ausgebildet, wie in Anspruch 1 beschrieben.
Insbesondere beinhaltet die vierte Linsengruppe bevorzugt eine negative Linse mit einer konkaven Oberfläche, die zu der Bildebene hin orientiert ist, und eine positive Linse mit einer konvexen Oberfläche, die zu der Objektseite hin orientiert ist, wobei die negative und positive Linse zusammengeklebt sind.
Die Zoomlinsenanordnung der vorliegenden Erfindung erfüllt bevorzugt insbesondere die folgenden Bedingungen.
(1) 3.0 < f1/fW < 8.0
(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6
(3) 2.0 < f3/fW < 7.0
(4) 2.0 < f4/fW < 5.0
(5) 0.02 < d14/f4 < 1.0
(6) 0.3 < r11/f3 < 1.5
(7) 0.2 < r16 < 1.5
wobei fW die Brennweite eines weitwinkligen Endes darstellt; fi (i = 1, 2, 3 und 4) stellt die Brennweite der i-ten Linsengruppe dar; d14 stellt einen Luftraum zwischen der dritten und vierten Linsengruppe dar; r11 stellt den Krümmungsradius der objektseitigen Oberfläche der positiven Linse dar, welche die dritte Linsengruppe bildet; r16 stellt den Krümmungsradius der geklebten Oberflächen der Linsen der vierten Linsengruppe dar.
Insbesondere bevorzugt wird der Z-Wert der negativen Linse der vierten Linsengruppe gewählt, um die folgende Bedingung zu erfüllen.
(9) Z = (1/r16 - 1/r15) D/4 > 0.09
wobei r15 den Krümmungsradius einer objektseitigen Oberfläche der negativen Linse, welche die vierte Linsengruppe bildet, die der Objektseite zugewandt ist, darstellt; r16 stellt den Krümmungsradius der geklebten Oberflächen der geklebten Linsen der vierten Linsengruppe dar; und D stellt den Durchmesser der negativen Linse der vierten Linsengruppe dar.
Weiterhin bevorzugt weist die zweite negative Linse der zweiten Linsengruppe, gezählt von der Objektseite her, die Form einer konkaven Oberfläche auf, deren gegenüberliegende Oberflächen einen gleichen Krümmungsradius haben.
Eine erfindungsgemäße Videokamera, die so ausgebildet ist, daß sie die oben beschriebene Aufgabe verwirklicht, umfaßt wenigstens die erfindungsgemäße Zoomlinsenanordnung, ein Bildelement, eine Signalverarbeitungsschaltung und einen Sucher.
Erfindungsgemäß ermöglicht das Vorsehen der ersten Linsengruppe mit einer negativen Linse, einer positiven Linse und einer positiven Meniskuslinse, der zweiten Linsengruppe mit einer negativen Meniskuslinse, einer negativen Linse und einer positiven Linse, der dritten Linsengruppe mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche und mit einer positiven Linse und einer negativen Linse und der vierten Linsengruppe mit einer Linse mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche und ebenfalls mit einer negativen Linse und einer positiven Linse, eine Zoomlinsenanordnung mit einer hohen Vergrößerung mit einem vereinfachten Aufbau mit einem Zoomverhältnis von etwa 10 anzugeben.
Wenn die Bedingungen (1) bis (7) erfüllt werden, kann die Hochleistungs- Zoomlinsenanordnung mit vereinfachtem Aufbau, die eine zufriedenstellende Abweichungskorrektur bewirkt, verwirklicht werden.
Wenn die Bedingung (9) zusätzlich erfüllt ist, kann jeder mögliche Zentrierfehler, welcher auftreten kann, wenn die negative Linse der vierten Linsengruppe einem Zentrierprozeß unterworfen ist, vorteilhaft minimiert werden, um schließlich die Hochleistungs-Zoomlinsenanordnung bereitzustellen, die sehr exakt verarbeitet wurde.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Zoomlinsenanordnung ermöglicht es, die kompakte und leichte, stark vergrößernde Videokamera zu verwirklichen, die zum Bereitstellen qualitativ hochwertiger Bilder in der Lage ist.
Somit kann die vorliegende Erfindung z.B. eine Hochleistungs-Zoomlinsenanordnung mit einer minimierten Anzahl von z.B. 10 Linsenelementen und mit einer Blendenzahl von etwa 1.8, einem Zoomverhältnis von etwa 10 mit zufriedenstellend korrigierten chromatischen Abweichungen angeben. Zusätzlich kann, wenn diese Zoomlinsenanordnung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die kompakte, leichte Hochleistungs-Videokamera verwirklicht werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines optischen Systems einer Zoomlinsenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des in der bekannten Zoomlinsenanordnung verwendeten optischen Systems;
Fig. 3
bis 5 Graphen der verschiedenen Abweichungen, die durch die Zoomlinsenanordnung in Fig. 1 gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung jeweils an ein weitwinkliges Ende, in eine Standardeinstellung und eine Fernfotoeinstellung eingestellt wird;
Fig. 6
bis 8 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden;
Fig. 9
bis 11 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden;
Fig. 12
bis 14 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden;
Fig. 15
bis 17 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden;
Fig. 18
bis 20 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden;
Fig. 21
bis 23 jeweils mit den Fig. 3 bis 5 vergleichbare Graphen, die durch die Zoomlinsenanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden; und
Fig. 24 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Videokamera.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

In Fig. 1 umfaßt eine erfindungsgemäße Zoomlinsenanordnung in der Reihenfolge von der Objektseite her, wo ein zu fotografierendes oder aufzuzeichnendes Objekt plaziert ist, eine erste Linsengruppe 1, eine zweite Linsengruppe 2, eine dritte Linsengruppe 3, eine vierte Linsengruppe 4, eine flache Platte 5, welche ein optisches Äquivalent eines Quarzfilters und die Vorderplatte der Bildvorrichtung o.ä. ist und eine Bildebene 6. Die erste Linsengruppe hat eine positive Brechkraft und ebenfalls eine bildformende Funktion, eine zweite Linsengruppe weist eine negative Brechkraft auf und ist zum Zoomen, d.h. zur Brennweiteneinstellung, entlang der optischen Achse der Zoomlinsenanordnung bewegbar; eine dritte Linsengruppe weist eine positive Brechkraft auf und hat eine Lichtsammelfunktion und eine vierte Linsengruppe hat eine positive Brechkraft und ist entlang der optischen Achse der Zoomlinsenanordnung zur Fokussierungseinstellung bewegbar.
In der aufeinanderfolgenden Reihenfolge von der Objektseite her beinhaltet die erste Linsengruppe zusammengeklebte Linsen und eine Meniskuslinse mit einer positiven Brechkraft; die zweite Linsengruppe 2 beinhaltet eine Meniskuslinse mit einer negativen Brechkraft und zusammengeklebte Linse; die dritte Linsengruppe weist wenigstens eine asphärische Oberfläche auf und beinhaltet eine positive Linse und eine negative Linse; und die vierte Linsengruppe beinhaltet eine Linse mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche und beinhaltet ebenfalls eine negative Linse und eine positive Linse, welche mit der negativen Linse zusammengeklebt ist.
Um die Zoomlinsenanordnung kompakt zu machen ist es erforderlich, die Brechkraft von jeder der Linsengruppen zu erhöhen. Die Bedingungen (1), (2), (3) und (4), die vorstehend erläutert wurden, bestimmen die Brechkraft jeder der Linsengruppen und legen die entsprechenden Bereiche fest, welche eine erhöhte Brechkraft ergeben, die erforderlich ist, um die Kompaktheit zu verwirklichen und die Linsentypen und die Oberflächenbeschaffenheit jeder Linsengruppe zu optimieren.
Die Bedingung, nach welcher die dritte Linsengruppe wenigstens eine asphärische Oberfläche aufweist und in der Reihenfolge von der Objektseite her eine positive Linse mit einer zu der Objektseite hin orientierten konvexen Oberfläche und eine negative Linse mit einer zu der bildformenden Platte 6 hin orientierten konkaven Oberfläche beinhaltet, macht es wesentlich, zwei Linsen zu verwenden, um die dritte Linsengruppe 3 zu bilden und ebenfalls verschiedene Abweichungen zu kompensieren, die aus der großen Apertur von etwa 1.8 in der Blendenzahl resultieren. Tatsächlich bewirkt die asphärische Oberflächenbeschaffenheit der dritten Linsengruppe die Korrektur einer sphärischen Abweichung.
Die Bedingung, nach welcher die vierte Linsengruppe 4 eine negative Linse mit einer zu der bildformenden Ebene hin orientierten konkaven Oberfläche und eine positive Linse mit einer zu der Objektseite hin orientierten konvexen Oberfläche, die mit der negativen Linse zusammengeklebt ist, beinhaltet, die auch wenigstens eine asphärische Oberfläche aufweist, ist wesentlich zur Verwendung einer minimierten Anzahl von z.B. zwei Linsen zum Bilden der vierten Linsengruppe 4 und um axiale und außeraxiale chromatische Abweichungen und außerdem eine monochromatische außeraxiale Abweichung und insbesondere Koma zu kompensieren.
Jede dieser Bedingungen (1) bis (9) wird jetzt detailliert erläutert.
Die Bedingung (1) ist der Brechkraft der ersten Linsengruppe 1 zugeordnet.
Wenn das Verhältnis f1/fW kleiner als die untere Grenze ist, wird die Brechkraft der ersten Linsengruppe 1 zu groß und macht es schwierig, die sphärische Abweichung bei einer Einstellung einer großen Brennweite zu kompensieren. Wenn andererseits das Verhältnis f1/fW größer als die obere Grenze ist, wird die Zoomlinsenanordnung als Ganzes eine erhöhte Länge aufweisen und eine kompakte Zoomlinsenanordnung kann nicht verwirklicht werden.
Die Bedingung (2) ist der Brechkraft der zweiten Linsengruppe 2 zugeordnet. Obwohl die Zoomlinsenanordnung als Ganzes kompakt ausgeführt werden kann, wenn das Verhältnis f2 /fW kleiner als die untere Grenze ist, wird die Petzval- Summe der Zoomlinsenanordnung als Ganzes groß und in solch einem Maße negativ, daß die Selektion eines Glasmaterials nicht länger eine Korrektur einer Feldkrümmung ermöglicht. Wenn andererseits das Verhältnis f2/fW größer als die Obergrenze ist, kann eine Abweichung leicht korrigiert werden, aber das Zoomsystem neigt zu einer Verlängerung und macht es unmöglich, die kompakte Zoomlinsenanordnung bereitzustellen.
Die Bedingung (3) ist der Brechkraft der dritten Linsengruppe 3 zugeordnet. Wenn das Verhältnis f3/fW kleiner als die Untergrenze ist, wird die Brechkraft der dritten Linsengruppe 3 außerordentlich groß und nicht nur eine rückwärtige Brennweite, in welcher der Quarzfilter eingefügt wird, kann nicht verwirklicht werden, sondern die Korrektur der sphärischen Abweichung ist schwierig zu verwirklichen. Wenn dieses Verhältnis andererseits größer als die Obergrenze ist, wird ein zusammengesetztes optisches System mit der ersten bis dritten Linsengruppe 1 bis 3 ein divergentes optisches System und daher kann der Linsendurchmesser der vierten Linsengruppe 4 nicht verringert werden, während die Petzval-Summe des gesamten optischen Systems ebenfalls nicht verringert werden kann.
Die Bedingung (4) ist der Brechkraft der vierten Linsengruppe 4 zugeordnet. Wenn das Verhältnis f4/fW kleiner als die untere Grenze wird, wird die Lichtmenge in einer Ecke des Bildes gering und die Linsengröße der ersten Linsengruppe 1 muß erhöht werden, um die Verringerung der Lichtmenge in der Ecke des Bildes zu kompensieren, und dies macht es unmöglich, kompakte und leichte Merkmale der Zoomlinsenanordnung zu verwirklichen. Wenn andererseits dieses Verhältnis über die Obergrenze hinausgeht, können Abweichungen leicht korrigiert werden, aber die vierte Linsengruppe 4 benötigt einen verlängerten Weg für ihre Bewegung, wenn die Zoomlinsenanordnung in einem engen Fotoaufnahmebereich eingesetzt wird, der es nicht nur unmöglich macht, ein kompaktes Merkmal der Zoomlinsenanordnung zu verwirklichen, sondern es außerdem schwierig macht, ein Ungleichgewicht zwischen der außeraxialen Abweichung, die sich zeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung in einen engen Fotoaufnahmebereich eingesetzt wird und wenn dieselbe in einem Fern-Fotoaufnahmebereich eingesetzt wird, zu kompensieren.
Die Bedingung (5) ist dem Luftraum zugeordnet, der zwischen der dritten Linsengruppe 3 und der vierten Linsengruppe 4 vorhanden ist. Wenn das Verhältnis d14/f4 kleiner als die Untergrenze ist, wird die Höhe der außeraxialen Lichtstrahlen klein bis zu einem solchen Ausmaß, daß die Auswahl eines Glasmaterials nicht länger eine Korrektur der lateralen chromatischen Abweichungen ermöglicht und gleichzeitig wird der Bewegungsweg der vierten Linsengruppe zum Zeitpunkt einer Fotoaufnahme in einem engen Bereich begrenzt, darin resultierend, daß die Zoomlinsenanordnung nicht in der Lage ist, ein Objekt in einer nächstmöglichen Entfernung von der Linsenanordnung entfernt zu fokussieren. Wenn andererseits dieses Verhältnis größer als die Obergrenze wird, kann die Zoomlinsenanordnung als Ganzes nicht kompakt ausgebildet werden. Wenn zusätzlich eine ausreichende Lichtmenge um die Bildebene herum sichergestellt sein soll, kann die Linsengröße der vierten Linsengruppe nicht verringert werden.
Die Bedingung (6) ist dem Krümmungsradius der objektseitigen Oberfläche der positiven Linse, die einen Teil der dritten Linsengruppe 3 bildet, zugeordnet. Durch Einführen einer asphärischen Oberfläche auf einer oder beiden Seiten des zu fotografierenden Objektes und der Seite der Bildebene und nachfolgendes Selektieren von deren optimaler Form können verschiedene Abweichungen zufriedenstellend korrigiert werden. Wenn jedoch das Verhältnis r11/f3 kleiner als die Untergrenze ist, ist die Korrektur der sphärischen Abweichung schwer zu verwirklichen, wenn aber das Verhältnis größer als die Obergrenze ist, ist die Korrektur des Komas, das durch den außeraxialen Lichstrahl gebildet wird, der unterhalb der Hauptlichtstrahlen verläuft, schwer zu verwirklichen.
Die Bedingung aus Anspruch 1 ist dem Krümmungsradius der bildseitigen Oberfläche der negativen Linse, die einen Teil der dritten Linsengruppe 3 bildet, zugeordnet. Durch Einführen einer asphärischen Oberfläche auf einer oder beiden Seiten des zu fotografierenden Objektes und der Seite der Bildebene und nachfolgendes Selektieren von deren optimaler Form können mehrere Abweichungen zufriedenstellend korrigiert werden. Wenn jedoch das Verhältnis f14 /f4 kleiner als die Untergrenze ist, kann eine übermäßige Korrektur der sphärischen Abweichung auftreten, wenn aber das Verhältnis größer als die Obergrenze ist, kann eine ausreichende Korrektur des Komas, das durch den außeraxialen Lichtstrom gebildet wird, der unterhalb der Hauptlichtstrahlen verläuft, schwer verwirklicht werden und keine Optimierung der Form der asphärischen Oberfläche führt zu annähernd zufriedenstellender Abweichungsleistung.
Die Bedingung (7) ist dem Krümmungsradius der geklebten Oberflächen der Linsen zugeordnet, die Teile der vierten Linsengruppe 4 bilden. Durch Einführen einer asphärischen Oberfläche auf wenigstens einer objektseitigen Oberfläche einer Linse, die eine negative Brechkraft aufweist und einen Teil der vierten Linsengruppe 4 bildet, der geklebten Oberfläche und der bildseitigen Oberfläche einer Linse, die eine positive Brechkraft aufweist und einen Teil der vierten Linsengruppe 4 bildet, und nachfolgendes Auswählen von deren optimaler Form kann eine monochromatische Abweichung zufriedenstellend korrigiert werden, während gleichzeitig axiale und laterale chromatische Abweichungen korrigiert werden. Wenn jedoch das Verhältnis r16 /f4 kleiner als die Untergrenze ist, wird der Einfallswinkel des Lichtes auf dieser Oberfläche groß und macht es schwierig, das Koma zu korrigieren, das durch den außeraxialen Lichtstrahl gebildet wird, der oberhalb der Hauptlichtstrahlen verläuft, und gleichzeitig ergibt sich eine außerordentliche sphärische Abweichung der F-Linie. Wenn andererseits dies Verhältnis größer als die Obergrenze ist, führt keine praktische Auswahl von Glasmaterial die axiale und laterale chromatische Abweichung in einen akzeptablen Bereich.
Die Bedingung (9) ist dem Z-Wert der negativen Linse zugeordnet, die einen Teil der vierten Linsengruppe 4 bildet. Wenn diese Bedingung erfüllt wird, kann jeder mögliche Zentrierfehler, welcher auftreten kann, wenn die negative Linse der vierten Linsengruppe einem Zentrierprozeß unterworfen wird, vorteilhaft minimiert werden, um es möglich zu machen, letztlich die Hochleistungs-Zoomlinsenanordnung bereitzustellen, welche sehr genau verarbeitet wurde.
Die Bedingung, bei welcher die zweite negative Linse der Linsengruppe 2, gezählt von der Objektseite her, einen Absolutwert des gleichen Krümmungsradius aufweist, ist dadurch vorteilhaft, daß die kleine Linse, welche allgemein sehr schwer im Krümmungsradius zu unterscheiden ist, wie die zweite negative Linse, während der Montage nicht irrtümlich in der falschen Orientierung eingesetzt wird. Es ist anzumerken, daß in Fig. 1 der Luftraum zwischen der positiven und negativen Meniskuslinse vorhanden ist.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle I
dabei ist:
r: Krümmungsradius der Oberfläche,
d: Linsendicke oder Luftraum zwischen den Linsen,
n: Brechungsindex im Verhältnis zu der d-Linie jeder Linse, und
v: Abbe'sche Zahl relativ zu der d-Linie jeder Linse.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle von der Zoomlinsenanordnung entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkelende eingestellt ist, sind in den Fig. 3(a) bis 3(c) gezeigt, in den Fig. 4(a) bis 4(c), wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist, und in Fig. 5(a) bis 5(c), wenn die Zoomlinsenanordnung entsprechend auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist. Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 3(a), 4(a) und 5(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien entsprechende Werte relativ zu der d-Linie, der F-Linie und der C-Linie darstellen und daß in jeder der Fig. 3(b), 4(b) und 5(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien Abweichungen jeweils in meridionaler und sagittaler Bildebene darstellen.
Die asphärische Form wird bestimmt durch die folgende Gleichung.
Dabei ist:
Z: die Distanz von der Spitze der asphärischen Oberfläche an einem Punkt der asphärischen Oberfläche, der eine Höhe Y von der optischen Achse entfernt ist,
Y: die Höhe von der optischen Achse,
C: die Krümmung (1/r) der Spitze der asphärischen Oberfläche,
K: eine konische Konstante, und
D, E, F, G: Asphärizitäts-Koeffizienten.
Die elfte, vierzehnte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
Werte der Lufträume, welche mit der Veränderung der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind, sind in Tabelle 3 dargestellt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt im Unendlichen fokussiert ist, in Tabelle 4, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert ist, das zwei Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, und in Tabelle 5, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert ist, das 1 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist. Tabelle 3 Objekt bei unendlich Tabelle 4 Objekt in 2 Meter Entfernung Tabelle 5 Objekt in 1 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
In den Tabellen 3 bis 5 belegt bei der Standardeinstellung der Zoomlinsenanordnung die vierte Linsengruppe 4 die der Linsengruppe 3 nächstgelegene Position unabhängig von der Linse-Objekt-Entfernung.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7
Werte der Lufträume, welche mit der Änderung der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind, und welche sich zeigen, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt in 2 Meter Entfernung von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung fokussiert ist, sind in Tabelle 8 dargestellt. Tabelle 8 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die von der Zoomlinsenanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 6(a) bis 6(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 7(a) bis 7(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 8(a) bis 8(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 6(a), 7(a) und 8(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien die jeweiligen Werte für die d-Linie, die F-Linie und die C-Linie darstellen, und daß in jeder der Fig. 6(b), 7(b) und 8(b) die durchgezogenen Linien und die gestrichelten Linien Abweichungen in meridionaler und sagittaler Bildebene darstellen.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 9
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 10 wiedergegeben. Tabelle 10
Werte der Lufträume, welche mit Änderung der Brennweite infolge von Zoomen veränderbar sind, und welche sich zeigen, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert ist, das 2 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, sind in Tabelle 11 wiedergegeben. Tabelle 11 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle durch die Zoomlinsenanordnung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 9(a) bis 9(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 10(a) bis 10(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 11(a) bis 11(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 9(a), 10(a) und 11(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien entsprechende Werte für die d-Linie, die F-Linie und die C-Linie darstellen und daß in jeder der Fig. 9(b), 10(b) und 11(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien jeweils Abweichungen in einer meridionalen und sagittalen Bildebene darstellen.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 12 dargestellt. Tabelle 12
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 13 dargestellt. Tabelle 13
Werte des Luftraumes, welche mit der Änderung der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind, und welche gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert ist, das 2 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, sind in Tabelle 14 dargestellt. Tabelle 14 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle von der Zoomlinsenanordnung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 12(a) bis 12(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 13(a) bis 13(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 14(a) bis 14(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 12(a), 13(a) und 14(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien jeweils zu der d-Linie, der F-Linie und der C-Linie gehörende Werte darstellen, und daß in jeder der Fig. 12(b), 13(b) und 14(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien Abweichungen in einer meridionalen und sagittalen Bildebene darstellen.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 15 dargestellt. Tabelle 15
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 16 dargestellt. Tabelle 16
Werte der Lufträume, welche mit der Änderung der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind und welche gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert ist, das 2 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, sind in Tabelle 17 wiedergegeben. Tabelle 17 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle durch die Zoomlinsenanordnung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 15(a) bis 15(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 16(a) bis 16(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 17(a) bis 17(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 15(a), 16(a) und 17(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien jeweils die zu der d-Linie, der F-Linie und der C-Linie gehörenden Werte darstellen, und daß in jeder der Fig. 15(b), 16(b) und 17(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien die Abweichungen in einer meridionalen und sagittalen Bildebene darstellen.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 18 dargestellt. Tabelle 18
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 19 dargestellt. Tabelle 19
Werte der Lufträume, welche mit der Änderung der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind und welche gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert wird, welches 2 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, sind in Tabelle 20 dargestellt. Tabelle 20 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle durch die Zoomlinsenanordnung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 18(a) bis 18(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 19(a) bis 19(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 20(a) bis 20(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 18(a), 19(a) und 20(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien jeweils zu der d-Linie, der F-Linie und der C-Linie gehörende Werte darstellen, und daß in jeder der Fig. 18(b), 19(b) und 20(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien Abweichungen in einer meridionalen und sagittalen Bildebene darstellen.
Bestimmte Werte der verschiedenen Parameter der Zoomlinsenanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in Tabelle 21 wiedergegeben. Tabelle 21
Die elfte, zwölfte und siebzehnte Oberfläche sind asphärische Oberflächen mit entsprechenden Koeffizienten der Asphärizität, wie in Tabelle 22 dargestellt. Tabelle 22
Werte der Lufträume, welche mit der Änderung in der Brennweite infolge des Zoomens veränderbar sind und welche gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf ein Objekt fokussiert wird, das 2 Meter von der Vorderseite der Zoomlinsenanordnung beabstandet ist, sind in Tabelle 23 dargestellt. Tabelle 23 Objekt in 2 Meter Entfernung
wobei f und F/NO jeweils die Brennweite und die Blendenzahl darstellen.
Sphärische Abweichung, Astigmatismus und Feldverzerrung, die alle von der Zoomlinsenanordnung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt werden, wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Weitwinkel- Ende eingestellt ist, sind in den Fig. 21(a) bis 21(c) gezeigt, wenn die Zoomlinsenanordnung auf die Standardeinstellung eingestellt ist in den Fig. 22(a) bis 22(c) und wenn die Zoomlinsenanordnung auf das Fernfoto-Ende eingestellt ist in den Fig. 23(a) bis 23(c). Es ist anzumerken, daß in jeder der Fig. 21(a), 22(a) und 23(a) durchgezogene Linien, gestrichelte Linien und unterbrochene Linien jeweils zu der d-Linie, der F-Linie und der C-Linie gehörende Werte darstellen, und daß in jeder der Fig. 21(b), 22(b) und 23(b) durchgezogene Linien und gestrichelte Linien Abweichungen in einer meridionalen und sagittalen Bildebene darstellen.
Der Durchmesser und der Z-Wert der negativen Linse, die einen Teil der vierten Linsengruppe 4 bildet, die in jeder der ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind in Tabelle 24 dargestellt. Diese Tabelle 24 verdeutlicht, daß der Z-Wert in jeder der vierten bis siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung größer als 0.09 ist und daher der mögliche Zentrierfehler während des Zentriervorganges minimiert werden kann. Tabelle 24
Eine erfindungsgemäße Videokamera ist vereinfacht in Fig. 24 gezeigt. Wie dort gezeigt, umfaßt die Videokamera wenigstens eine stark vergrößernde Zoomlinsenanordnung 11 in einer der oben erläuterten Ausführungsformen, ein Bildelement 12, eine Signalverarbeitungsschaltung 13 und einen Sucher 14 und mit diesen Teilen kann eine kompakte und leichte Hochleistungs-Videokamera verwirklicht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist anzumerken, daß vielfältige Änderungen und Modifikationen für den Durchschnittsfachmann erkennbar sind. Obwohl beispielsweise die positive Linse, die einen Teil der dritten Linsengruppe 3 bildet, als mit einer asphärischen Oberfläche versehen beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung gleichwertig ausgeführt werden unter Verwendung einer negativen Linse mit einer asphärischen Oberfläche oder der Verwendung beider Linsen mit einer asphärischen Oberfläche.
Obwohl weiterhin die zusammengeklebten Linsen Teile der vierten Linsengruppe 4 bilden, wobei die positive Linse als eine asphärische Oberfläche aufweisende beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung gleichwertig ausgeführt werden unter Verwendung der negativen Linse mit einer asphärischen Oberfläche oder der Verwendung von asphärischen Linsen, die beide an asphärischen Oberflächen geklebt sind.
Daher werden solche Änderungen und Modifikationen als im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten aufgefaßt, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist, solange sie nicht davon abweichen.

Claims

1. Zoomlinsenanordnung (11), welche in der Reihenfolge von der Objektseite her umfaßt;

eine erste Linsengruppe (1) mit einer positiven Brechkraft, die relativ zu einer Bildebene (6) befestigt ist;

eine zweite Linsengruppe (2) mit einer negativen Brechkraft zum Bewirken einer Veränderung der Bildvergrößung durch Bewegen entlang einer optischen Achse der Zoomlinsenanordnung (11);

eine dritte Linsengruppe (3) mit einer positiven Brechkraft, wobei die dritte Linsengruppe (3) relativ zu der Bildebene (6) befestigt ist; und

eine vierte Linsengruppe (4) mit einer positiven Brechkraft und bewegbar entlang der optischen Achse zum Fokussieren und zum Einstellen der Fokussierung, wenn eine Veränderung der Bildvergrößerung durch eine Bewegung der zweiten Gruppe (2) bewirkt wird;

wobei die erste Linsengruppe (1) eine negative Linse, eine positive Linse und eine positive Meniskuslinse in der Reihenfolge von der Objektseite her beinhaltet;

wobei die zweite Linsengruppe (2) eine negative Meniskuslinse, eine negative Linse und eine positive Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her beinhaltet;

wobei die dritte Linsengruppe (3) wenigstens eine asphärische Fläche aufweist und eine positive Linse mit einer konvexen Oberfläche beinhaltet, die zur Objektseite hin orientiert ist; und

wobei die vierte Linsengruppe (4) eine Linse mit wenigstens einer asphärischen Oberfläche beinhaltet und ebenfalls eine negative Linse und eine positive Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her beinhaltet, wobei die negative und die positive Linse der vierten Linsengruppe (4) zusammengeklebt sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Linsengruppe (3) zusätzlich zu der positiven Linse in der Reihenfolge von der Objektseite her eine negative Linse mit einer konkaven Oberfläche beinhaltet, die zu der Bildebene hin orientiert ist, und das 0,3 < r14 /f4 < 2.0 ist, wobei r14 den Krümmungsradius an der bildseitigen Oberfläche der negativen Linse der dritten Linsengruppe (3) und f4 die Brennweite der vierten Linsengruppe darstellen.

2. Zoomlinsenanordnung (11) nach Anspruch 1,

bei welcher die vierte Linsengruppe (4) in der Reihenfolge von der Objektseite her eine negative Linse mit einer konkaven Oberfläche beinhaltet, die zu der Bildebene (6) orientiert ist, und eine positive Linse mit einer konvexen Oberfläche, die zu der Objektseite hin orientiert ist, wobei die negative und die positive Linse zusammengeklebt sind und wenigstens eine asphärische Fläche aufweisen.

3. Zoomlinsenanordnung (11) nach Anspruch 1,

bei welcher die Zoomlinsenanordnung (11) die folgenden Bedingungen erfüllt:

(1) 3.0 < f1/fW < 8.0

(2) 0.5 < f2 /fW < 1.6

(3) 2.0 < f3/fW < 7.0

(4) 2.0 < f4/fW < 5.0

(5) 0.02 < d14/f4 < 1.0

(6) 0.3 < r11/f3 < 1.5

(7) 0.2 < r16 /f4 < 1.5

wobei fW die Brennweite eines weitwinkeligen Endes darstellt; fi (i = 1, 2, 3 und 4) die Brennweite der i-ten Linsengruppe (1, 2, 3, 4) darstellt; d14 einen Luftspalt zwischen der dritten (3) und der vierten Linsengruppe (4) darstellt; r11 den Krümmungsradius einer objektseitigen Oberfläche der positiven Linse darstellt, welche die dritte Linsengruppe (3) bildet; r16 den Krümmungsradius der geklebten Oberflächen der Linsen der vierten Linsengruppe (4) darstellt.

4. Zoomlinsenanordnung (11) nach Anspruch 1,

bei welcher die negative Linse der vierten Linsengruppe (4) einen Z-Wert aufweist, der so gewählt ist, daß er die folgende Bedingung erfüllt:

(9) Z = (1/r16 - 1/r15) x D/4 > 0.09,

wobei r15 den Krümmungsradius einer objektseitigen Oberfläche der negativen Linse darstellt, welche die vierte Linsengruppe (4) bildet; r16 den Krümmungsradius der geklebten Oberflächen der geklebten Linsen der vierten Linsengruppe (4) darstellt und D den Durchmesser der negativen Linse der vierten Linsengruppe (4) darstellt.

5. Zoomlinsenanordnung (11) nach Anspruch 1,

bei welcher die zweite negative Linse der zweiten Linsengruppe (2), gezählt von der Objektseite her, die Form von konkaven Oberflächen mit gegenüberliegenden Oberflächen gleicher Krümmungsradien aufweist.

6. Videokamera, welche wenigstens die Zoomlinsenanordnung (11) nach Anspruch 1 umfaßt, ein Abbildungselement (12), eine Signalverarbeitungsschaltung (13) und einen Sucher (14).