DE19537307C2

DE19537307C2 - Varioobjektiv

Info

Publication number: DE19537307C2
Application number: DE19537307A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yahagi
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: US5745298A; FR2725800A1; FR2725800B1; DE19537307A1; JPH08201697A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Varioobjektiv, und insbesondere auf ein Varioobjektiv für eine TV-Kamera im Rundfunk und für kommerziellen Gebrauch.

In letzter Zeit sind Varioobjektive verwendet worden, welche vier oder fünf Linsengruppen umfassen, von welchen die erste und dritte Linsengruppe fixiert sind. Das Zoomen wird durch Bewegen der zweiten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse bewirkt, und das Verändern der Bildposition aufgrund des Zoomens oder Veränderns des Objektabstandes wird durch Bewegen der vierten Linsengruppe in Richtung der optischen Achse korrigiert. Die dritte Linsengruppe hat ein positives Brechungsvermögen. Wegen seiner einfachen Anordnung und kleinen Größe ist solch ein Varioobjektiv in Videokameras für Amateure weitgehend benutzt worden.

Wenn ein solches Varioobjektiv für eine TV-Kamera für den Rundfunk oder kommerziellen Gebrauch benutzt wird, ergeben sich folgende Probleme. Bei einem Varioobjektiv für eine solche TV-Kamera ist eine Mechanik zur Bewegung eines optischen Elementes, wie beispielsweise eines Aufweiters, einer Entzerrungslinse oder dergleichen, in die optische Achse hinein und aus der der optischen Achse heraus notwendig, und eine Kollimationszone, in der die Lichtstrahlen kollimiert sind, muß vorgesehen sein. Solch eine Kollimationszone kann zum Beispiel hinter der dritten Linsengruppe angeordnet sein. Wenn die Kollimationszone hinter der dritten Linsengruppe liegt, verlieren die Lichtstrahlen in der Kollimationszone die Parallelität, sobald die Objektent fernung sich verändert, da eine Änderung in der Bildposition wegen einer Änderung in der Objektentfernung durch die vierte Linsengruppe hinter der dritten Linsengruppe und der Kollimationszone korrigiert wird. Wenn die Paral lelität der Lichtstrahlen sich mit der Änderung der Objektsentfernung verändert, verändert sich die Funktion des Linsensystems mit dem optischen Element, welches zwischen der vierten und fünften eingesetzt ist, weitestgehend und ver schlechtert sich damit. Dadurch wird es schwierig, das Varioobjektiv als ein Varioobjektiv für Rundfunk und kommerziellen Gebrauch, wo die Leistungsanforderung hoch ist, zu benutzen. Da die Lichtstrahlen, die durch die zweite Linsengruppe divergent gemacht werden, durch die dritte Linsengruppe kollimiert werden, welche unmittelbar hinter der zweiten Linsengruppe angeordnet ist und ein positives Brechungsvermögen besitzt, kann ferner eine ausreichende Höhe der Lichtstrahlen nicht erreicht werden. Da das Brechungsvermögen des Systems, welches aus der vierten und fünften Linsengruppe zusammengesetzt ist, hinter der dritten Linsengruppe positiv ist, werden gleichzeitig die Lichtstrahlen konvergent gemacht und der erforderliche Brennpunktabstand von der Linsenrückseite kann nicht erhalten werden.

Wenn die Kollimationszone hinter der vierten Linsengruppe gebildet ist, findet eine Aufteilung des Brechungsvermögens zwischen der dritten Linsengruppe, welche ein positives Brechungsvermögen hat, und der vierten Linsengruppe statt. Wenn das Brechungsvermögen der dritten Linsengruppe groß ist, muß das Brechungsvermögen der vierten Linsengruppe klein sein, wodurch die Wegstrecke der vierten Linsengruppe zum Korrigieren der Veränderung der Bildposition aufgrund der Veränderung der Objektentfernung sehr groß macht, sodaß es unmöglich ist, das Gesamtlinsensystem zu verkleinern. Andererseits muß, wenn das Brechungsvermögen der dritten Linsengruppe klein ist, das Brechungsvermögen der vierten Linsengruppe groß sein, wodurch die Veränderung der Aberrationen aufgrund der Veränderung der Objektentfernung vergrößert wird.

Aus der DE 26 34 964 A1 ist ein Zoom-Linsensystem bekannt, das aus einem negativen Vorsatzglied und aus einem pankratischen Objektiv mit einer Verstelleinrichtung zum Fokusieren des Objektivs auf ein im Makrobereich befindliches Objekt besteht. Durch das Vorsatzglied in Verbindung mit dem pankratischen Objektiv soll ein extremer Weitwinkeleffekt erzielbar sein, in dem das Vorsatzglied eine Brennweite aufweist, die im Makrobereich des Objektivs liegt. Das pankratische Objektiv ist aus einem ersten, positiven Glied (Frontglied), aus zweiten und dritten negativen Gliedern, wobei das dritte Glied verschiebbar ist, einem vierten ortsfesten positiven Glied und einem positiven Grundobjekt aufgebaut. Das Objektiv kann auf ein im extremen Nahbereich befindliche Ebene eingestellt werden, in dem das dritte negative Glied 4 verschoben wird. Auch bei diesem Varioobjektiv gibt es die eingangs erwähnten Probleme, insbesondere was die Kollimationszone und deren Änderung bei Änderung der Objektentfernung betrifft.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein in der Größe kompaktes Varioobjektiv zu schaffen, dessen Kollimationszone sich durch Änderungen in der Objektentfernung nicht ändert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Linsenelemente in einem Varioobjektiv gemäß einer Anwendungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 2A-2C sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung des Varioobjektivs an seinem Weitwinkelende,

Fig. 3A-3C sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung des Varioobjektivs an seinem teleseitigen Ende, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Linsenelemente in einem Varioobjektiv gemäß einer anderen Anwendungsform der Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt ein Varioobjektiv 1 die erste bis fünfte Linsengruppe I bis V. Die erste, dritte und fünfte Linsengruppe I, III und V sind fixiert, und die zweite und vierte Linsengruppe II und IV sind beweglich in Richtung der optischen Achse (gestrichelte Linie). Die zweite Linsengruppe II ist ein Zoom-System (Vergrößerungswechselsystem), und die vierte Linsengruppe IV ist ein Korrekturlinsensystem für das Korrigieren einer Veränderung in der Bildposition aufgrund der Zoomfunktionen der zweiten Linsengruppe II oder aufgrund der Veränderung des Objektabstandes.

Ein Prisma 3, ein Tiefpassfilter 4 und eine CCD 5 sind hinter der fünften Linsengruppe angeordnet. Der Radius der Krümmung r (mm) der Brechungsoberfläche, die Scheitelabstände d (mm), die Brechungsindizes n der Linsen und die Abbe'schen Zahlen ν der Linsen des Varioobjektivs, gezeigt in Fig. 1, sind in Tabelle I aufgezeigt. Die Zahlen in der linken Spalte der Tabelle I bezeichnet die Nummern der Oberflächen, durchgezählt von der Objektseite her.

Tabelle I

In Tabelle I zeigen D1 bis D4 die Abstände zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe, beziehungsweise zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe, zwischen der dritten und vierten Linsengruppe und zwischen der vierten und fünften Linsengruppe an. Die Werte von D1 bis D4 bei einer Brennweite von 8.30 und bei einer Brennweite von 120.35 sind in Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

Sphärische Aberration, Randschärfe und Verzerrung bei einer Brennweite von 8.30 des Varioobjektivs von dieser Ausführungsform sind in Fig. 2A bis 2C gezeigt bzw. solche bei einer Brennweite von 120.35 sind in Fig. 3A bis 3C gezeigt. In den Figuren bezeichnet x den Blickwinkel.

Wie aus Fig. 2A bis 2C und aus Fig. 3A bis 3C zu verstehen ist, ist das Varioobjektiv dieser Ausführungsform in den Aberrationen ausgezeichnet.

Das Varioobjektiv wird durch Bewegen der zweiten Linsengruppe II gezoomt, und das Verändern der Bildposition wird durch Bewegen der vierten Linsengruppe IV korrigiert. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Bewegung der beweglichen Linsengruppen für Fokussierungs- und Zoomfunktionen ist sehr hoch. Daher kann die Fokussierung zufriedenstellend einem Hochgeschwindig keitsobjekt folgen, sogar wenn das Fokussieren elektrisch und automatisch bewirkt wird.

Da die dritte Linsengruppe III ein negatives Brechungsvermögen hat, werden ferner die Lichtstrahlen durch die dritte Linsengruppe III gestreut, und der Brennpunktabstand von der Linsenrückseite kann ausreichend lang sein, selbst wenn hinter der vierten Linsengruppe IV eine Kollimationszone gebildet wird. Gleichzeitig muß die vierte Linsengruppe IV nicht eine lange Strecke zurücklegen und muß keinen großen Durchmesser haben. Dementsprechend kann das Varioobjektiv kleinbauend sein.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann ein Aufweiter 10 zum Verändern der Brennweite des Varioobjektivs vorgesehen sein, der zwischen der vierten und fünften Linsengruppe IV und V eingesetzt und herausgezogen werden kann. Anstelle des Aufweiters 10, kann auch eine Entzerrungslinse zum Verändern des Bildformats eines Bildes in der Bildposition vorgesehen sein, die zwischen der vierten und fünften Linsengruppe IV und V eingesetzt und ausgezogen werden kann.

Claims

1. Varioobjektiv bestehend aus ersten bis fünften Linsengruppen, die von der Objektseite her in der Reihenfolge angeordnet sind, wobei
die erste Linsengruppe fixiert ist und ein positives Brechungsvermögen hat, daß
die zweite Linsengruppe in Richtung der optischen Achse des Varioobjektivs beim Zoomen des Varioobjektivs bewegt wird und ein negatives Brechungsvermögen hat, daß
die dritte Linsengruppe fixiert ist und ein negatives Brechungsvermögen hat, daß
die vierte Linsengruppe in die Richtung der optischen Achse bewegt wird, um eine Veränderung in der Bildposition aufgrund des Zoomens und um eine Veränderung in der Bildposition aufgrund einer Veränderung in dem Objektabstand zu korrigieren, und ein positives Brechungsvermögen hat, und daß
fünfte Linsengruppe fixiert ist und ein positives Brechungsvermögen hat.

2. Varioobjektiv gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Linsengruppe so angeordnet ist, daß Lichtstrahlen, die von der vierten Linsengruppe ausgehen, im Unendlichen oder in einer hinreichend entfernten Position fokussiert werden.

3. Varioobjektiv gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Parameter hat:
wobei r der Radius der Krümmung (mm) der Brechungsoberfläche, d die Scheitelabstände (mm), n die Brechungsindizes der Linsen und ν die Abbe'schen Zahlen der Linsen des Varioobjektivs sind, und die Zahlen in der linken Spalte die Nummern der Oberflächen von der Objektseite her bezeichnet, und wobei gilt:
wobei D1 bis D4 die Abstände zwischen der ersten und der zweiten Linsengruppe, beziehungsweise zwischen der zweiten und der dritten Linsengruppe, zwischen der dritten und vierten Linsengruppe und zwischen der vierten und fünften Linsengruppe bei einer Brennweite von 8.30 und bei einer Brennweite von 120.35 angeben.

4. Varioobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß ein optisches Element vorgesehen ist, das zwischen der vierten und fünften Linsengruppe einzufügen und herauszuziehen ist.

5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element einen Aufweiter (10) aufweist.

6. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Entzerrungslinse zum Verändern des Bildformats eines Bildes in der Bildposition aufweist.