DE69022493T2

DE69022493T2 - Zoomobjektiv.

Info

Publication number: DE69022493T2
Application number: DE69022493T
Authority: DE
Inventors: Rieko Hiramoto; Hisayuki Ii; Keizo Ishiguro; Yasuo Nakajima; Shusuke Ono
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: EP0405856B1; EP0405856A3; EP0405856A2; US5100223A; EP0405856B2; DE69022493D1; DE69022493T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv zur Verwendung in einer Videokamera, einer elektronischen Standbildkamera oder dergleichen, welches kompakt ist und verbesserte Eigenschaften aufweist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Seit einiger Zeit sollen Videokameras gut bedienbar und handhabbar sein, und eine bessere Bildqualität erzeugen. In Reaktion auf diese Anforderungen spielen hochauflösende Bildgeräte mit kleinen Abmessungen, etwa 1/2" oder 1/3" langsam eine führende Rolle. In diesem Zusammenhang wurde besonderer Wert darauf gelegt, Zoom-Objektive zu verwenden, welche ein hohes Auflösungsvermögen aufweisen, geringe Abmessungen, ein geringes Gewicht, und eine hohe Leistungsfähigkeit. Darüber hinaus wurde auch eine wesentliche Kostenersparnis gefordert. Es ist daher unbedingt erforderlich, Zoom-Objektive zu verwirklichen, welche eine Verringerung der Anzahl an Linsenbauteilen ermöglichen, während die Leistung auf hohem Niveau gehalten wird.
Konventionelle Videokamera-Zoom-Objektive mit einer Blendenzahl von etwa 1,4 und einem Zoom-Verhältnis von etwa 6 waren sogenannte Objektivsysteme mit vier Gruppen, die mehr als 13 Linsenelemente verwendeten.
Ein konventionelles Zoom-Objektiv mit vier Gruppen ist beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 4 749 267 beschrieben, wobei - von der Objektseite aus gesehen - die erste Gruppe, die eine positive Brechkraft aufweist, sich auf der optischen Achse bewegt, um die Fokussierung durchzuführen. Die zweite Gruppe mit negativer Brechkraft bewegt sich auf der optischen Achse, um das Zoomen durchzuführen. Die dritte Gruppe mit negativer Brechkraft bewegt sich auf der optischen Achse, und hält dabei eine konstante Beziehung zur zweiten Gruppe ein, um hierdurch die Bildoberflächenposition entsprechend der Bewegung der zweiten Gruppe in einer konstanten Positionsbeziehung zur Bezugsoberfläche zu ändern. Die vierte Gruppe mit positiver Brechkraft bewegt die Bildoberfläche, die durch die erste, zweite und dritte Gruppe erzeugt werden soll, in die gewünschte Position und führt darüber hinaus erforderliche Aberrationskorrekturen durch, damit eine hohe Bildqualität erzielt werden kann. Beim Fokussieren wird die erste Gruppe in Vorwärtsrichtung herausgezogen, so daß in der Hinsicht Schwierigkeiten auftraten, daß Linsen, die zur Ausbildung dieser Gruppe verwendet werden sollen, einen großen Durchmesser und ein hohes Gewicht annehmen, was dazu führt, daß es schwierig ist, geringe Abmessungen zu realisieren. Weiterhin ändert sich beim Fokussieren der Bildwinkel, so daß beim Fokussiervorgang ein Bild schwanken kann, was in der Hinsicht zu einer Schwierigkeit geführt hat, daß die Qualität der Fokussierung beeinträchtigt werden kann.
Zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten wurde konventionellerweise ein Verfahren verwendet, bei welchem andere Gruppen als die erste Gruppe eines Zoom-Qbjektivs beim Fokussiervorgang bewegt werden, ein sogenanntes inneres Fokussierverfahren.
Ein Verfahren, bei welchem die dritte Gruppe bewegt wird, ist beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 4 364 642 beschrieben, und ein weiteres Fokussierverfahren, bei welchem die zweiten und dritten Gruppen bewegt werden, ist in dem U.S.-Patent Nr. 4 460 251 geschildert. Allerdings wird bei dem Fokussiervorgang bei den voranstehend angegebenen Verfahren das Ausmaß der Bewegung der Linsengruppe oder der Linsengruppen groß, und dies führt in der Hinsicht zu einem Problem, nämlich daß die Gesamtlänge des Linsensystems nicht verringert werden kann.
In dem U.S.-Patent Nr. 4 859 042 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem die vierte Gruppe eine Fokussierfunktion aufweist, um diese Probleme zu lösen. In diesem Fall wird jedoch die Anzahl an Linsen in der dritten Gruppe groß (siehe die Ausführungsformen 1, 2, 3, 8 und 9). Die dritte Gruppe besteht aus einer Linsengruppe, die aus einer konvexen, einer konkaven und einer konvexen Linse besteht, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind, so daß die Durchmesser dieser Linsen groß werden (siehe die Ausführungsformen 4, 5 und 6). Da die dritte Gruppe eine konvexe, kugelförmige Linse und eine konkave, kugelförmige Linse aufweist, die in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus angeordnet sind, wird darüber hinaus die Blendenzahl groß so daß es dunkel wird (siehe Ausführungsform 7), und das Zoom- Verhältnis klein ist (Ausführungsformen 10, 11 und 12).
Eine weitere Zoom-Objektivanordnung ist in der US-A-4 818 083 beschrieben. Diese Anordnung weist ebenfalls vier Linsengruppen auf, wobei die erste eine positive Brennweite aufweist, die zweite eine negative Brennweite, die dritte eine positive Brennweite und die vierte eine positive Brennweite, in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus. Die erste und die dritte Gruppe werden festgehalten, die zweite Linsengruppe ist beweglich, um die Brennweite des Linsensystems insgesamt zu variieren, und die vierte Gruppe ist beweglich, um die Verschiebung des Brennpunkts zu kompensieren, die auftritt, wenn die zweite Gruppe bewegt wird. Dieses System weist einige der voranstehend geschilderten Nachteile auf, einschließlich der Tatsache, daß eine relativ hohe Anzahl an Linsen erforderlich ist.
Ein ähnliches System wie jenes, das in der US-A-4 818 083 beschrieben ist, ist in der JP-A-63-029719 beschrieben. Hier ist die Anzahl an Linsenbauteilen relativ gering, da sämtliche Ausführungsformen 11 oder 12 Einzellinsen aufweisen. Es wäre immer noch wünschenswert, die Anzahl an Linsen noch weiter zu verringen, um geringe Abmessungen zu erzielen.
Ein Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Zoom-Objektivs zur Verwendung in Videokameras, welches eine geringe Anzahl an zu verwendenden Linsenbauteilen aufweist, ein hohes Öffnungsverhältnis, geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht, sowie eine hohe Leistung.
Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen, weist ein Zoom-Objektiv gemäß der vorliegenden Erfindung in dieser Reihenfolge von der Objektseite aus eine erste Gruppe mit positiver Brechkraft auf, die aus einer Negativlinse besteht, einer Positivlinse und einer positiven Meniskuslinse; eine zweite Gruppe mit negativer Brechkraft zur Durchführung einer Änderung der Bildvergrößerung durch Bewegung entlang der optischen Achse, wobei diese Gruppe aus einer negativen Meniskuslinse, einer Negativlinse und eine Positivlinse besteht; eine dritte Gruppe mit positiver Brechkraft; und eine vierte Gruppe mit positiver Brechkraft, die sich entlang der optischen Achse bewegt, um eine Fokussierung und eine Korrektur der Defokussierung durchzuführen, wenn eine Änderung der Bildvergrößerung durch eine Bewegung der zweiten Gruppe beeinflußt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Gruppe aus einer Positivlinse besteht, die zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, und daß die vierte Gruppe aus einer verkitteten Linse besteht, die zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist. Der maximale Luftspalt zwischen der dritten und vierten Gruppe ist vorzugsweise größer als das Ausmaß der Bewegung der vierten Gruppe. Jede Gruppe besteht aus einem Linsentyp, und weist eine Oberflächenform auf, die unter Berücksichtigung der Aberrationseigenschaften vorzuziehen ist.
Die dritte Gruppe besteht vorzugsweise aus einer einzelnen asphärischen Linse, die eine positive Brechkraft aufweist.
Durch die voranstehend geschilderte Anordnung können Schwierigkeiten ausgeschaltet werden, die beim Stand der Technik noch zu überwinden waren, so daß ein Zoom-Objektiv mit hoher Leistung, geringer Größe und geringem Gewicht zur Verwendung in Videokameras realisiert werden kann, welches eine geringe Anzahl an Linsenbauteilen aufweist, eine Blendenzahl von etwa 1,4 hat, und ein Zoom-Verhältnis von etwa 6.
Nachstehend werden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Linsenanordnung, aus welcher sich die vorliegende Erfindung entwickelt hat, gezeigt zum Zwecke der Erläuterung;
Figur 2 und 3 Aberrationseigenschaftsdiagramme für zwei bestimmte Beispiele der in Figur 1 gezeigten Linsenanordnung;
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer Linsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Figur 5 bis 8 Aberrationseigenschaftsdiagramme von vier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnen die lateinischen Bezugsziffern I, II, III, IV und V eine erste Gruppe mit positiver Brechkraft, eine zweite Gruppe mit negativer Brechkraft, eine dritte Gruppe mit positiver Brechkraft, eine vierte Gruppe mit positiver Brechkraft und eine optische äquivalente Glasplatte, welche einem Quarzkristallfilter und der Frontplatte einer Abbildungsvorrichtung und dergleichen entspricht.
Die erste Gruppe I und die dritte Gruppe III sind bei dem Zoomen und der Fokussierung ortsfest. Eine variable Brechkraft beim Zoom-Vorgang kann hauptsächlich durch die Bewegung der zweiten Gruppe II erzielt werden, und die Änderung der Bilderzeugungsposition, die in diesem Fall hervorgerufen wird, wird durch Bewegung der vierten Gruppe IV in Reaktion auf die Position der zweiten Gruppe II korrigiert. Die Fokussierung wird durch Bewegung der vierten Gruppe IV durchgeführt. Dies führt dazu, daß sowohl die Fokussierung als auch das Zoomen durch Bewegung nur von zwei Gruppen von den vier voranstehend geschilderten Gruppen durchgeführt werden können, welche das Zoom-Objektivsystem bilden, so daß das optische System einfach aufgebaut sein und kostengünstig hergestellt werden kann. Da die erste Gruppe I beim Fokussiervorgang nicht in Vorwärtsrichtung herausgezogen wird, können die Durchmesser der jeweiligen Linsen, welche die erste Gruppe I bilden, verringert werden, was zu geringeren Abmessungen führt.
Weiterhin kann dadurch, daß die Brechkraft der ersten Gruppe so gewählt ist, daß sie positiv ist, jene der zweiten Gruppe so, daß sie negativ ist, und jene der dritten Gruppe so, daß sie positiv ist, die Änderung des Bildwinkels infolge der Bewegung der vierten Gruppe beim Fokussiervorgang bis zu einem Niveau verringert werden, welches praktisch vernachlässigbar ist, was es ermöglicht, eine hervorragende Fokussierung zu erzielen.
In diesem Fall wird vorzugsweise ein Zwischenraum d&sub1;&sub6; zwischen der dritten Gruppe III und der vierten Gruppe IV so eingestellt, daß er größer ist als das Ausmaß der Bewegung der vierten Gruppe IV, um zu verhindern, daß diese beim Zoomund Fokussiervorgang mit der dritten Gruppe III kollidiert, wodurch ein geringerer Mindestabstand beim Photographieren erzielt werden kann. Die Gesamtlänge des Objektivsystems ist nicht unbeträchtlich, jedoch können die Linsen, welche die vierte Gruppe IV bilden, einen relativ geringen Durchmesser und ein relativ geringes Gewicht aufweisen, so daß das gesamte optische System einschließlich einer Antriebseinheit in vorteilhafter Weise kompakt ausgebildet werden kann.
Das Zoom-Objektiv gemäß Fig. 1 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß bei einer Betrachtung von der Objektseite aus die erste Gruppe I eine Negativlinse L&sub1;&sub1; aufweist, eine Positivlinse L&sub1;&sub2; und eine positive Meniskuslinse L&sub1;&sub3;, die zweite Gruppe II eine negative Meniskuslinse L&sub2;&sub1; aufweist, eine Negativlinse L&sub2;&sub2; und eine Positivlinse L&sub2;&sub3;, die dritte Gruppe III zwei Positivlinsen L&sub3;&sub1; und L&sub3;&sub2; sowie eine Negativlinse L&sub3;&sub3; aufweist, und die vierte Gruppe IV eine verkittete Linse aufweist, die aus einer Negativlinse L&sub4;&sub1; einer Positivlinse L&sub4;&sub2; und einer Positivlinse L&sub4;&sub3; besteht. Bei einer derartigen Anordnung, wie voranstehend geschildert, kann das gezeigte Zoom-Objektiv sowohl die monochromatischen als auch chromatischen Aberrationen jeweiliger Gruppen korrigieren, unter Verwendung von nur 12 Linsenbauteilen, und darüber hinaus lassen sich gute Aberrationseigenschaften über den gesamten Zoom-Bereich von Weitwinkel-Ende bis zum Tele- Ende erreichen, und ebenso über die gesamte Photographierentfernung von unendlich bis zum nächsten Punkt. Zusätzlich werden alle Gruppen jeweils durch drei Linsen gebildet, so daß sich eine sehr gut ausgeglichene Aberrationskorrektur erzielen läßt. In der dritten Gruppe III ist, gesehen von der Objektseite aus, eine erste Linse L&sub3;&sub1; eine Positivlinse, deren Bildseitenoberfläche r&sub1;&sub2; konvex ist, eine zweite Linse L&sub3;&sub2; ist eine Positivlinse, deren Objektseitenoberfläche r&sub1;&sub3; konvex ist, und eine dritte Linse L&sub3;&sub3; ist eine Negativlinse, deren Objektseitenoberfläche r&sub1;&sub5; konkav ist. Dies führt dazu, daß trotz der Tatsache, daß das Öffnungsverhältnis einen so hohen Wert wie eine Blendenzahl von 1,4 erreicht, die sphärische Aberration und die chromatische Aberration auf der Achse zufriedenstellend korrigiert werden können. Durch Anordnung der beiden zwei Positivlinsen auf der Objektseite kann verhindert werden, daß die Höhe eines Lichtstrahls auf der Achse zunimmt, wodurch die Durchmesser der jeweiligen Linsen verringert werden können, welche die dritte Gruppe III bilden.
Weiterhin ist vorzugsweise bei der dritten Gruppe III die Positivlinse L&sub3;&sub1; und/oder die Positivlinse L&sub3;&sub2; eine doppelt konvexe Linse, und ihr Krbmmungsradius auf der Objektseite und ihr Krümmungsradius auf der Bildseite weisen den gleichen Absolutwert auf. Dies bringt einen wesentlichen Vorteil bei der Herstellung des Zoom-Objektivs mit sich, da es nämlich nicht erforderlich ist, die Möglichkeit zu berücksichtigen, daß beim Zusammenbau ein Einbau in entgegengesetzter Richtung erfolgt.
Weiterhin weist die vierte Gruppe IV vorzugsweise eine verkittete Linse auf, deren verkittete Oberfläche r&sub1;&sub8; zwischen den Linsen L&sub4;&sub1; und L&sub4;&sub2; konvex zur Objektseitenrichtung hin ist, und weist die Positivlinse L&sub4;&sub3; auf, deren Objekt seitenoberfläche r&sub2;&sub0; konvex ist. Bei einer derartigen Anordnung können eine Koma-Aberration und die chromatische Aberration in Querrichtung ausreichend korrigiert werden.
Bei einem Aufbau unter Erfüllung der nachstehend angegebenen Bedingungen sind darüber hinaus die Aberrationseigenschaften äußerst hervorragend, und kann ein kompaktes Zoom-Objektiv mit einer verringerten Anzahl an Linsen realisiert werden.
4,0 < f&sub1; / fw < 7,0 (1)
0,8 < f&sub2; / fw < 1,6 (2)
2,0 < f&sub3; / fw < 6,0 (3)
2,0 < f&sub4; / fw < 3,0 (4)
0,3 < d&sub1;&sub6; / f&sub4; < 1,0 (5)
0,4 < r&sub1;&sub2; / f&sub3; < 4,0 (6)
0,6 < r&sub1;&sub3; / f&sub3; < 3,0 (7)
0,3 < r&sub1;&sub5; / f&sub3; < 2,0 (8)
0,3 < r&sub1;&sub8; / f&sub4; < 1,0 (9)
0,6 < r&sub2;&sub0; / f&sub4; < 1,8 (10)
Hierbei ist fw: die gesamte Brennweite am Weitwinkel-Ende, fi (i = 1, 2, 3, 4): die Brennweite des Linsensystems der i-ten Gruppe, d&sub1;&sub6;. der 16-te Luftspalt von der Objektseite aus, rj, (j = 12, 13, 15, 18, 20): der Krümmungsradius der Linsenoberfläche der j-ten Linse.
Diese Bedingungen decken Brechkräfte, Oberflächenformen und dergleichen von Linsen jeweiliger Gruppen ab, und geben Bereiche an, durch welche kompakte Abmessungen erzielt werden können, und sich zufriedenstellende Aberrationseigenschaften erzielen lassen, bei einer verringerten Anzahl an Linsenbauteilen.
Nachstehend erfolgt im einzelnen eine Beschreibung jeder Bedingung.
Die Bedingung (1) betrifft die Brechkraft der ersten Gruppe I. Wenn die untere Grenze überschritten wird, so wird die Brechkraft der Gruppe I zu groß, so daß die Korrektur der sphärischen Aberration auf der Tele-Seite schwierig wird. Wenn die obere Grenze überschritten wird, so wird die Länge des Objektivs groß, was dazu führt, daß es unmöglich wird, das Zoom- Objektiv kompakt auszubilden.
Die Bedingung (2) betrifft die Brechkraft der zweiten Gruppe II. Außerhalb der unteren Grenze können zwar kompakte Abmessungen realisiert werden, jedoch wird die Petzval-Summe des Gesamtsystems stark negativ, so daß eine Korrektur der Bildkrümmung nicht nur durch Auswahl des zu verwendenden Glasmaterials erzielt werden kann. Wenn die obere Grenze überschritten wird, so kann die Aberrationskorrektur einfach werden, jedoch wird der Betrag der Bewegung für das Zoomen groß, so daß das gesamte Objektivsystem nicht kompakt ausgebildet werden kann.
Die Bedingung (3) betrifft die Brechkraft der dritten Gruppe III. Wenn die untere Grenze überschritten wird, so wird die Brechkraft dieser Gruppe III zu groß, so daß die Korrektur der sphärischen Aberration auf der Weitwinkel-Seite schwierig wird. Wird die obere Grenze überschritten, so wird das Gesamtsystem aus den Gruppen I, II und III ein divergentes System, so daß die vierte Gruppe IV, die nachfolgend daneben angeordnet wird, keine Linsen mit verringertem Durchmesser haben kann. Außerhalb des oberen und unteren Grenzwertes wird darüber hinaus die Änderung des Bildwinkels infolge der Bewegung der vierten Gruppe IV beim Fokussiervorgang groß, so daß die Bildschwankungen nicht klein gemacht werden können.
Die Bedingung (4) betrifft die Brechkraft der Gruppe IV. Ausserhalb der unteren Grenze wird die Lichtmenge in einer Ecke des Bildes klein, so daß der Durchmesser des Linsensystems der ersten Gruppe I erhöht werden muß, um eine gewünschte Lichtmenge zu erhalten, was dazu führt, daß keine kompakte Ausbildung möglich ist. Wird die obere Grenze überschritten, so wird zwar die Korrektur der Aberration einfach, jedoch wird der Betrag der Bewegung der vierten Gruppe IV groß, wenn Aufnahmen im Nahbereich durchgeführt werden, was dazu führt, daß nicht nur das Gesamtsystem nicht kompakt ausgebildet werden kann, sondern auch die Korrektur in bezug auf den Ausgleich der Aberration entfernt von der Achse zwischen Nahbereichs- und Fernbereichsaufnahmen schwierig wird.
Die Bedingung (5) betrifft den Luftspalt zwischen den Gruppen III und IV. Wenn die untere Grenze überschritten wird, so wird die Höhe von Lichtstrahlen entfernt von der Achse gering, so daß die Korrektur der chromatischen Aberration in Querrichtung schwerlich nur durch die Auswahl des zu verwendenden Glasmaterials erzielt werden kann. Zusätzlich gibt es eine Begrenzung für das Ausmaß der Bewegung der vierten Gruppe IV, wenn Nahbereichsaufnahmen gemacht werden, wodurch es unmöglich wird, die gewünschte kürzeste Entfernung für Aufnahmen zu erzielen. Wenn die Obergrenze überschritten wird, so wird es schwierig, das gesamte System kompakt auszubilden. Damit eine ausreichende Lichtmenge um die Bildebene herum sichergestellt wird, kann darüber hinaus das Linsensystem der vierten Gruppe IV bezüglich seines Durchmessers nicht verkleinert werden.
Die Bedingungen (6), (7) und (8) betreffen Krümmungsradien der Linsen, welche die dritte Gruppe III bilden. Wenn die unteren Grenzen der Bedingungen (6) und (7) überschritten werden, so werden die Eintrittswinkel von Lichtstrahlen entfernt der Achse auf die Oberflächen r&sub1;&sub2; und r&sub1;&sub3; groß, wodurch es schwierig wird, die Koma-Aberration entfernt von der Achse zu korrigieren. Wenn die oberen Grenzen der Bedingungen (6) und (7) überschritten werden, so ergibt sich eine Unterkorrektur der sphärischen Aberration. Wird andererseits die Obergrenze der Bedingung (8) überschritten, so führt dies zu einer Überkorrektur der sphärischen Aberration. Wenn die Obergrenze der Bedingung (8) überschritten wird, so kann die Koma-Aberration für Lichtstrahlen entfernt der Achse auf der Seite abgesehen vom Hauptstrahl schwer zu korrigieren sein.
Die Bedingungen (9) und (10) betreffen die Krümmungsradien der Linsen, welche die vierte Gruppe IV bilden. Wenn die unteren Grenzen der Bedingungen (9) und (10) überschritten werden, so werden die Einfallswinkel eines Lichtstrahls auf diese Oberflächen r&sub1;&sub8; und r&sub2;&sub0; groß, so daß es schwierig wird, die Koma-Aberration für den Lichtstrahl entfernt der Achse auf der Seite über dem Hauptstrahl zu korrigieren. Und wenn die Untergrenze der Bedingung (9) überschritten wird, so gibt es eine Schwierigkeit in bezug auf die sphärische Aberration eines Lichtstrahls mit kurzer Wellenlänge, also der F-Linie oder der g-Linie. Wenn die Obergrenze der Bedingung (9) überschritten wird, so können chromatische Aberrationen auf der Achse und in Querrichtung nicht in dem Bereich korrigiert werden, für welchen ein zu verwendendes Glasmaterial in der Praxis verfügbar ist. Wenn die Obergrenze der Bedingung (10) überschritten wird, so ist die sphärische Aberration schwer zu korrigieren.
Anordnungen, welche die voranstehend geschilderten Bedingungen erfüllen, werden nachstehend gezeigt, wobei r&sub1; , r&sub2;, ... und r&sub2;&sub3; jeweils Krümmungsradien von Oberflächen von Linsen in aufeinanderfolgender Reihenfolge von der Objekt seite aus bezeichnen, d&sub1;, d&sub2;, ... und d&sub2;&sub2; jeweils die Dicke von Linsen oder Luftspalte zwischen einander benachbarten Linsen bezeichnen, n&sub1;, n&sub2; Linsen für die d-Linie bezeichnen, und ,ν&sub1;, \ν&sub2;, ... und ν&sub1;&sub2; jeweils Abbe-Zahlen von Linsen für die d-Linie bezeichnen. Der Buchstabe f bezeichnet eine Brennweite des gesamten Linsensystems, und F/No bezeichnet die Blendenzahl. (Erstes Beispiel) (variabel)
Nachstehend werden variable Luftspalte infolge des Zoom-Vorgangs bei diesen Beispielen wie nachstehend angegeben verdeutlicht.
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der Linse L&sub1;&sub1; in Fig. 1 wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist. (Zweites Beispiel) (variabel)
Nachstehend werden variable Luftspalte infolge des Zoom-Vorgangs bei diesem Beispiel wie nachstehend angegeben verdeutlicht.
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der Linse L&sub1;&sub1; in Fig. 1 wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Aberrationseigenschaften, die bei dem ersten bzw. zweiten Beispiel erhalten werden. In diesen Figuren bezeichnet (A) die Aberrationseigenschaften am Weitwinkel-Ende, (B) die Aberrationseigenschaften in einer mittleren Zoom-Position, und (C) die Aberrationseigenschaften am Telephoto-Ende. In jeder der Figuren mit der Bezeichnung (A), (B) und (C) bezeichnet (a) die sphärischer Aberration (mm), (b) den Astigmatismus (mm), und (c) die Feldkrümmung (%). In den Diagrammen für die sphärische Aberration zeigen durchgezogene Linien, gepunktete Linien bzw. gestrichelte Linien die Aberrationseigenschaften bezüglich der d-Linie, der F-Linie bzw. der C-Linie. In den Astigmatismusdiagrammen zeigen gepunktete Linien und durchgezogene Linien Meridional- Bildoberflächen bzw. Sagittal-Bildoberflächen.
Aus diesen Diagrammen wird deutlich, daß die Linsensysteme gemäß den voranstehend geschilderten ersten und zweiten Beispielen jeweils gute optische Eigenschaften aufweisen.
Eine Zoom-Objektivanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist schematisch im Querschnitt in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 weist der Zoom-Objektiv in dieser Reihenfolge von der Objekt seite aus eine erste Gruppe I auf, die aus einer Negativlinse L&sub1;&sub1;, einer Positivlinse L&sub1;&sub2; und einer positiven Meniskuslinse L&sub1;&sub3; besteht, eine zweite Gruppe II, die aus einer negativen Meniskuslinse L&sub2;&sub1; , einer Negativlinse L&sub2;&sub2; und einer Positivlinse L&sub2;&sub3; besteht, eine dritte Gruppe III, die aus einer Positivlinse L&sub3;&sub1; besteht, bei welcher zumindest eine ihrer Oberflächen asphärisch ist, und eine vierte Gruppe IV, die aus einer verkitteten Linse besteht, die aus Linsen L&sub4;&sub1; und L&sub4;&sub2; besteht, bei denen zumindest eine ihrer Oberflächen asphärisch geformt ist. Mit einer derartigen Anordnung wird beim Zoom-Objektiv gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht, daß sowohl die monochromatischen als auch die chromatischen Aberrationen unter Verwendung von nur 9 Linsen korrigiert werden können, also eine geringere Anzahl als bei den voranstehend geschilderten Beispielen, und sich dennoch hervorragende Aberrationseigenschaften über den gesamten Zoom- Bereich erzielen lassen, vom Weitwinkel-Ende bis zum Tele- Ende, und ebenso über die gesamte Aufnahmeentfernung von unendlich bis zum nächsten Punkt. Wie in Fig. 4 gezeigt bestehen die Gruppen I und II jeweils aus drei Linsen, die in der Mitte angeordnete Gruppe III besteht aus einer einzigen, asphärischen Linse, und die Gruppe IV, die am nächsten an der Bildseite angeordnet ist, besteht aus zwei Linsen, die asphärische Oberflächen aufweisen, so daß eine gut ausgeglichene Korrektur der Aberration ermöglicht wird.
Eine derartige Bedingung, nämlich daß die dritte Gruppe III aus eine asphärischen Linse besteht, die eine positive Brechkraft aufweist und zur Objektseite hin konvex ist, stellt einen unverzichtbaren Faktor in der Hinsicht dar, die dritte Gruppe als Einzellinse auszubilden, und darüber hinaus verschiedene Aberrationen zu korrigieren, insbesondere die sphärische Aberration, und zwar unter der Bedingung, daß das Öffnungsverhältnis eine Größe entsprechend einer Blendenzahl von 1,4 aufweist.
Bei der vierten Gruppe IV ist vorzugsweise zumindest eine der Oberflächen der Linsen L&sub4;&sub1; und L&sub4;&sub2;, welche die verkittete Linse bilden, asphärisch, und dennoch die verkittete Oberfläche r&sub1;&sub4; konvex zur Objektseite hin. Bei einer derartigen Anordnung können Koma-Aberration und die chromatische Aberration bei der Vergrößerung unter Verwendung von nur zwei Linsen ausreichend korrigiert werden.
Bei einer Anordnung, bei welcher die folgende Bedingungen erfüllt sind, ergeben sich darüber hinaus extrem hervorragende Aberrationseigenschaften, und läßt sich ein kompaktes Zoom- Objektiv mit einer kleinen Anzahl an Linsenbauteilen erhalten:
3,0 < / fw < 7,0 (11)
0,5 < f&sub2; / fw < 1,6 (12)
2,0 < f&sub3; / fw < 7,0 (13)
2,0 < f&sub4; / fw < 4,0 (14)
0,05 < d&sub1;&sub2; / f&sub4; < 1,0 (15)
0,4 < r&sub1;&sub1; / f&sub3; < 1,5 (16)
0,2 < r&sub1;&sub4; / f&sub4; < 1,5 (17)
Hierbei ist fw: die Gesamtbrennweite am Weitwinkel-Ende, f&sub1; (i = 1, 2, 3, 4): die Brennweite der i-ten Gruppe, d&sub1;&sub2;: der zwölfte Luftspalt von der Objektseite aus, und rj (j = 11, 14): der Krümmungsradius der j-ten Linsenoberfläche.
Diese Bedingungen decken Brechkräfte, Oberflächenformen und dergleichen von Linsen jeweiliger Gruppen ab, und geben Bereiche an, innerhalb derer sich kompakte Abmessungen erzielen lassen, und zufriedenstellende Aberrationseigenschaften mit einer verringerten Anzahl an Linsenbauteilen erhalten werden können.
Nachstehend folgt im einzelnen eine Beschreibung dieser Bedingungen.
Die Bedingungen (11), (12), (13), (14) und (15) betreffen dasselbe wie die Bedingungen (1), (2), (3), (4) bzw. (5).
Die Bedingung (16) betrifft den Krümmungsradius der Oberfläche r&sub1;&sub1; auf der Objektseite der asphärischen Linse L&sub3;&sub1; der dritten Gruppe III. Bei der Linse L&sub3;&sub1; können, durch Ausbildung der Oberfläche r&sub1;&sub1; auf der Objektseite und/oder der Oberfläche r&sub1;&sub2; auf der Bildseite asphärisch, und durch Optimierung von deren Form, verschiedene Aberrationen zufriedenstellend korrigiert werden, trotz der Verwendung einer Einzellinse. Wenn jedoch die Untergrenze der Bedingung (16) überschritten wird, so wird die Korrektur der sphärischen Aberration schwierig, und wenn deren Obergrenze überschritten wird, so wird die Korrektur der Koma-Aberration für Lichtstrahlen entfernt der Achse auf der Seite unterhalb des Hauptstrahls schwierig.
Die Bedingung (17) betrifft den Krümmungsradius der verkitteten Oberfläche r&sub1;&sub4; der verkitteten Linse der vierten Gruppe IV. Bei der Linse L&sub4;&sub1; mit negativer Brechkraft und der Linse L&sub4;&sub2; mit positiver Brechkraft, welche die vierte Gruppe IV bilden, können durch asphärische Ausbildung zumindest der einen Oberfläche r&sub1;&sub3; auf der Objektseite der Linse L&sub4;&sub1;, der verkitteten Oberfläche r&sub1;&sub4;, und der Oberfläche r&sub1;&sub5; auf der Bildseite der Linse L&sub4;&sub2;, und durch Optimierung von deren Formen, Korrekturen der monochromatischen Aberration leicht erzielt werden, während chromatische Aberrationen auf der Achse und in Querrichtung korrigiert werden. Wenn jedoch die Untergrenze der Bedingung (17) überschritten wird, werden Einfallswinkel eines Lichtstrahls auf diese Oberflächen groß, so daß die Korrektur der Koma-Aberration für den Lichtstrahl entfernt von der Achse auf der Seite oberhalb des Hauptstrahls schwierig wird, und sich darüber hinaus eine Überkorrektur der sphärischen Aberration für die F-Linie ergibt. Wenn die Obergrenze überschritten wird, so können chromatische Aberrationen auf der Achse und in Querrichtung nicht in dem Bereich korrigiert werden, für welchen zu verwendendes Glasmaterial in der Praxis verfügbar ist.
Nachstehend werden Ausführungsformen vorgestellt, welche die voranstehend geschilderten Bedingungen erfüllen. Bei diesen Ausführungsformen verwendete Symbole sind die gleichen, wie bei den Beispielen 1 und 2.
Zusätzlich wird die Form der asphärischen Oberfläche durch den folgenden Ausdruck festgelegt:
Hierbei bezeichnet Z: die Entfernung eines Punktes auf der asphärischen Oberfläche von der Kontaktebene am Scheitelpunkt der asphärischen Oberfläche, wenn die Höhe gegenüber der optischen Achse durch Y ausgedrückt wird. Weiterhin bezeichnet Y: die Höhe gegenüber der optischen Achse, C: den Krümmungsradius des Scheitelpunkts der asphärischen Oberfläche (= 1 / r), K: die Konizitätskonstante, und D, E, F, G: asphärische Koeffizienten. (Erste Ausführungsform) (variabel)
Zusätzlich sind zwölfte und fünfzehnte Oberflächen asphärisch, deren asphärische Koeffizienten nachstehend angegeben sind: zwölfte Oberfläche fünfzehnte Oberfläche
Als nächstes werden variable Luftspalte infolge eines Zoom- Vorgangs bei dieser Ausführungsform folgendermaßen verdeutlicht:
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der in Fig. 4 gezeigten Linse L&sub1;&sub1; wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine solche Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist. (Zweite Ausführungsform) (variabel)
Zusätzlich sind zwölfte und fünfzehnte Oberflächen asphärisch, deren asphärische Koeffizienten nachstehend angegeben sind: zwölfte Oberfläche fünfzehnte Oberfläche
Als nächstes werden variable Luftspalte infolge eines Zoom- Vorgangs bei dieser Ausführungsform folgendermaßen verdeutlicht:
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der in Fig. 4 gezeigten Linse L&sub1;&sub1; wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine solche Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist. (Dritte Ausführungsform) (variabel)
Die Linsen der ersten Gruppe I und der zweiten Gruppe II, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, sind identisch zu jenen, die beim Beispiel 1 verwendet werden.
Zusätzlich sind elfte und fünfzehnte Oberflächen asphärisch, deren asphärische Koeffizienten nachstehend angegeben sind: elfte Oberfläche fünfzehnte Oberfläche
Als nächstes werden variable Luftspalte infolge eines Zoom- Vorgangs bei dieser Ausführungsform folgendermaßen verdeutlicht:
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der in Fig. 4 gezeigten Linse L&sub1;&sub1; wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist. (Vierte Ausführungsform) variabel
Die Linsen der ersten Gruppe I und der zweiten Gruppe II, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, sind identisch zu jenen, die beim Beispiel 1 verwendet werden.
Zusätzlich sind elfte und dreizehnte Oberflächen asphärisch, deren asphärische Koeffizienten nachstehend angegeben sind: elfte Oberfläche dreizehnte Oberfläche
Als nächstes werden variable Luftspalte infolge eines Zoom- Vorgangs bei dieser Ausführungsform folgendermaßen verdeutlicht:
Bei einem Objektpunkt in einer Entfernung von 2 m von der ersten Oberfläche r&sub1; der in Fig. 4 gezeigten Linse L&sub1;&sub1; wurden die folgenden Daten erhalten: Weitwinkel Standard Tele
Hierbei ist die Standardposition eine Zoom-Position, in welcher die vierte Gruppe IV am nächsten an die dritte Gruppe III angenähert ist.
Die Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen Aberrationseigenschaften, die bei der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Ausführungsform erhalten werden. In jeder der Fig. 5 bis 8 bezeichnet (A) Aberrationseigenschaften am Weitwinkel-Ende, (B) Aberrationseigenschaften in einer mittleren Zoom-Position, und (C) Aberrationseigenschaften am Tele-Ende. In jeder der Figuren, die mit (A), (B) und (C) bezeichnet sind, bezeichnet (a) die sphärische Aberration (mm), (b) den Astigmatismus (mm) und (c) die Feldkrümmung (%). In den Diagrammen für die spharische Aberration zeigen durchgezogene Linien, gepunktete Linien bzw. gestrichelte Linien die Eigenschaften in bezug auf die sphärische Aberration bezüglich der d-Linie, der F-Linie bzw. der C-Linie. In den Astigmatismus-Diagrammen zeigen gepunktete Linien bzw. durchgezogene Linien Meridional-Bildoberflächen bzw. Sagittal-Bildoberflächen.
Aus den Diagrammen wird deutlich, daß die Objektivsysteme gemäß diesen Ausführungsformen jeweils gute optische Eigenschaften zeigen.

Claims

1. Zoom-Objektiv zur Verwendung in einer Videokamera oder einer elektronischen Standbildkamera, welches aufeinanderfolgend von der Objektseite aus eine erste Gruppe (I) mit positiver Brechkraft aufweist, die aus einer Negativlinse (L11) besteht, einer Positivlinse (L12), und einer positiven Meniskuslinse (L13); eine zweite Gruppe (II) mit negativer Brechkraft zur Beeinflussung einer Änderung der Bildvergrößerung durch Bewegung entlang ihrer optischen Achse, bestehend aus einer negativen Meniskuslinse (L21), einer Negativlinse (L22) und einer Positivlinse (L23); eine dritte Gruppe (III) mit positiver Brechkraft; und eine vierte Gruppe (IV) mit positiver Brechkraft, die sich entlang ihrer optischen Achse bewegt, um eine Fokussierung und eine Korrektur der Defokussierung durchzuführen, wenn eine Änderung der Bildvergrößerung durch eine Bewegung der zweiten Gruppe beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Gruppe (III) aus einer Positivlinse (L31) besteht, die zumindest eine asphärische Oberfläche (r11; r12) aufweist, und daß die vierte Gruppe (IV) aus einer verkitteten Linse (L41, L42) besteht, die zumindest eine asphärische Oberfläche (r13; r15) aufweist.

2. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, bei welchem die positive, asphärische Linse (L31 ) der dritten Gruppe zur Objektseite hin konvex ist.

3. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die verkittete Linse der vierten Gruppe (IV) eine verkittete Oberfläche aufweist, die konvex zur Objektseite hin ist.

4. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die verkittete Linse der vierten Gruppe zwei Linsen (L41 , L42) aufweist, die asphärische Oberflächen haben.

5. Zoom-Objektiv nach einem der voranstehenden Ansprüche, welches im wesentlichen die folgenden Bedingungen erfüllt:

3,0 < f&sub1; / fw < 7,0

0,5 < f&sub2; / fw < 1,6

2,0 < f&sub3; / fw < 7,0

2,0 < f&sub4; / fw < 4,0

0,05< d&sub1;&sub2; / f&sub4; < 1,0

0,4 < r&sub1;&sub1; / f&sub3; < 1,5

0,2 < r&sub1;&sub4; / f&sub4; < 1,5

wobei fw die gesamte Brennweite am Weitwinkelende bezeichnet, fi (i = 1, 2, 3, 4) die Brennweite der i-ten Gruppe, d&sub1;&sub2; den 12-ten Luftspalt von der Objektseite aus, und rj (j = 11, 14) den Krümmungsradius der Linsenoberfläche der j-ten Linse.