DE2410744A1 - Zoomobjektiv - Google Patents

Description

Anmelder: Canon Kabushlki Kaisha, No. 3-chome, Shimofflaruko, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Zoomobjektiv

Die Erfindung betrifft ein Zoomobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bereits eine Anzahl von Zoomobjektiv-Bauarten vorgeschlagen, beispielsweise ein Zoomobjektiv mit einer Eignung für einen Weitwinkel-Zoom-Betrieb oder ein Zoomobjektiv, bei dem die kürzeste Aufnahmeentfernung sehr gering ist und dessen äußerste Linse einen kleinen Durchmesser hat. Bei all diesen Objektiven erfolgt die Korrektur, d.h. die Nachführung der Brennebene, mechanisch. Ein derartiges bekanntes Objektiv gemäß dem Stand der Technik besteht aus einem Fokussierungsglied, einem Variatorglied, einem Kompensatorglied und einem Abbildungsglied, wobei diese Glieder im allgemeinen von mehreren Linsen oder Linsengrupnen gebildet werden

Eines dieser grundsätzlicher Glieder, das Pokussierungs- oder Scharfeinstellungsglied, bewirkt, daß jedes .Objekt an unterschiedlicher Entfernung nicht zu einer Bildver-,schiebung führt. Dem Kompensatorglied unterliegt die Aufgabe,

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eine Verschiebung des Bildes während des Zoom-Betriebs bezüglich eines Objekts zu verhindern, wobei im allgemeinen die Stabilisierung der Scharfeinstellung durch eine Bewegung des Kompensatorgliedes längs eines gekrümmten Nockens bewirkt wird.

Bei einem Zoornobjektiv, mit Ausnahme derjenigen Systeme, die eine niedrige Vergrößerung haben, weist das Scharfeinstellungsglied normalerweise eine positive, d.h. sammelnde Brechkraft auf, was im Hinblick auf die Forderung nach einer kompakten Bauweise geschieht, während das Variatorglied, das die Vergrößerungsänderung bewirkt, eine negative bzw. zerstreuende Brechkraft aufweist.

Aus diesen Gründen muß, was allgemein als Kennzeichen eines Zoomobjektivs bekannt ist, mit zunehmendem Objektabstand das Fokussierungsglied nach außen verschoben werden. Dies führt dazu, daß der Außendurchmesser der benötigten Linse erheblich zunimmt. Aus diesem Grunde erwies es sich als schwierig, den Objektabstand, bei dein noch photographiert werden kann, so klein wie möglich zu machen und gleichzeitig diesen Objektivteil klein auszubilden, wie es von dem Benutzer einer Kamera erwünscht ist.

Wenn die Funktion der Fokussierung von dem Objektivteil hinter dem Variatorglied übernommen wird, nimmt im Gegensatz zum obigen Beispiel der Außendurchmesser des Objektivs auch für die kleinsten Objektabstände nicht erheblich zu. Der Grund dafür, daß jedoch ein derartiges Objektiv mit einem rückwärtigen Scharfeinstellungssystem nicht verwendet wird, beruht darin, daß im Falle einer unterschiedlichen Objektlage für eine Zoom-Stellung der Verschiebungsbetrag des Scharfeinstellungsgliedes unterschiedlich wird.

Ferner ist zu beachten, daß im Falle einer Änderung der Zoom-Stellung während des Zoom-Betriebs sich der Betrag der Verschiebung von dem Scharfeinstellungsglied für einen Objekt-

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abstand, der der gleiche ist wie bei der Zoom-Stellung, ändert. Da es beim praktischen Photographieren eine ganze Anzahl derartiger Brennweiten gibt, bei denen die Objektentfernung von geringsten Abständen bis ins Unendliche ausgewählt und die Zoom-Stellung vom V/eitwinkel- bis zum Teleende gewählt werden kann, dürfte es aus praktischer Sicht unmöglich sein, den Betrag.der Verschiebung des Scharfeinstellungsgliedes gleichzeitig mit dem Zoom-Betrieb durchzuführen und darüber hinaus noch den Betrag der Verschiebung des Scharfeinstellungsgliedes in Abhängigkeit von der Objektentfernung mechanisch zu ändern. Es gibt zwar ein Objektivsystem, bei dem der Brennpunkt durch eine Verschiebung der Linsen hinter dem Variatorglied eingestellt wird, das als Zoomobjektiv Verwendung findet, mit dem auch Nahaufnahrnen möglich sind. Bei diesem System tritt jedoch unvermeidlich eine Verschiebung des Brennpunkts während des Zoom-Betriebs ein. Dieses Zoomobjektiv erweist sich daher lediglich für ganz spezielle photographische Zwecke als geeignet. Als normales Zoomobjektiv läßt es sich jedoch nicht verwenden. Aus diesem Grunde ist man im allgemeinen dazu übergegangen, den Teil vor dem Variatorglied in einem Zoomobjektiv die Scharfeinstellung durchführen zu lassen. Eine weitere Möglichkeit, Vielehe verwendet wurde, bestand darin, ein Zoom-Teil und ein Scharfeinstellungsglied gemeinsam zu verwenden, wobei man die Vorteile der Tiefenschärfe eines Objektivsystems ausnutzte, um dieses als Zoom-Objektiv mit einer kleinen Vergrößerung und geringer Lichtstärke als Zonenscharfeinstellungssystem zu verwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben erwähnten verschiedenartigen Nachteile ein Zoomobjektiv zu schaffen, das eine Fernsteuerung oder Voreinstellung ermöglicht und trotzdem eine hohe Genauigkeit -aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruches gelöst.

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Bei der Erfindung, die sich im Soeziellen mit einem Zoomobjektiv beschäftigt, bei dem die Scharfeinstellung von einem Glied hinter dem Variatorglied durchgeführt wird, werdensomit die herkömmlichen mechanischen Korrektionseinrichtungen, insbesondere ein Teil mit einem Nockenmechanismus,von einer elektrischen Einrichtung ersetzt.

Mit der Erfindung gelingt des weiteren die Gewährleistung einer derartigen Anordnung von veränderlicher Meßgenauigkeit für eine Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Lage eines beweglichen Objektivgliedes.

Mit der Erfindung gelingt es des weiteren, bestimmte signifikante Zahlenwerte für den Betrieb oder einen Rechenvorgang auszuwählen, um einen eingestellten Wert der Blendenöffnung gemeinsam mit der Ermittlung eines eingestellten Viertes der Brennweite und eines eingestellten Viertes der Bildlage festzustellen, so daß die Lagen der einzelnen Objektivglieder mit hoher Genauigkeit eingestellt werden und sich die Genauigkeit der Berechnung bezüglich dieser eingestellten Vierte als ausreichend erweist.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit in einem Zooimbjektiv zu sehen, das von der Objektseite ausgehend ein erstes fest angeordnetes Glied, ein erstes bewegliches Glied, ein zweites bewegliches Glied sowie ein weiteres fest angeordnetes Glied enthält, wobei das erste bewegliche Glied mit einem ersten Lagendetektor gekoppelt ist, und wobei das zweite bewegliche Glied mit einem zweiten .Lagendetektor gekoppelt ist und wobei es ferner gleichzeitig mit einem Linsenverschiebungs mechanismus gekoppelt ist, der von den oben erwähnten beiden Detektoren gesteuert wird. Für die Tätigung von Aufnahmen, bei denen ein Zoom-Betrieb erfolgt, werden das erste und das zweite bewegliche Glied zu Fokussierungszwecken verschoben. Anschließend wird, sobald das erste bewegliche Glied verschoben ist, der Verschiebungsbetrag von dem ersten Detektor ermittelt,

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xionach das zweite bewegliche Glied aufgrund des hiervon ermittelten Viertes verschoben wird. Der Verschiebungsbetrag des zwo it en bev.'eglichen Glieds wird von einer Punkt ionalgleichung bestimmt., welche bei der Konstruktion des Objektivs aufgestellt wird. Die Lage der Einstellung des zweiten beweglichen Glieds wird von dem Verschiebemechanismus und dem zvreiten Detektor gesteuert. Während eine Änderung in der Vergrößerung durchgeführt wird als Ergebnis einer Verschiebung des ersten beweglichen Gliedes und des zweiten beweglichen Gliedes, tritt keine Bildverschiebung in der Bildebene auf.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:·

Figur 1 eine Darstellung zur Erläuterung eines Zoomobjektivs herkömmlicher Bauart;

Figur 2A, Figur 2B und Figur 2C Darstellungen zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Grundgedankens;

Figur 3 eine Skizze zur Erläuterung eines konkreten Ausführungsbeispicls der Erfindung;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels von einem erfindungsgeinäßen Detektor;

Figur 5 ein Diagramm, aus dem ein Bereich ersichtlich ist, in dem Aufnahmen getätigt werden können;

Figur 6a, 6b und 6c Darstellungen zur Erläuterung der gegenseitigen Verschiebungen in dem erfindungsgemäßen Objektiv;

Figur 7 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines v/eiteren Beispiels eines Detektors;

Figur 8 einen vergrößerten Ausschnitt von der Darstellung von Figur 7;

Figur 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Blendenöffnung und dem Bereich, in dem Aufnahmen getätigt werden können;

Figur 10 eine Darstellung von einem weiteren abgewandelten Beispiel der vorliegenden Erfindung; und

Figur 11 ein Beispiel von einem erfindungsgemäßen Betrieb eines Zoornobjektivs, wobei jedoch in diesem Falle anstelle des

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zweiten beweglichen Gliedes zwei getrennte bewegliche Glieder vorgesehen sind.

Im folgenden soll das Prinzip der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden. In den Figuren 2A, 2B und 2C sind mit den Bezugszeichen 5,6,7 und 3 die einzelnen Glieder oder Linsengruooen des Objektivs dargestellt. Die Glieder 5 und 8 sind hierbei fest angeordnet. 9 bezeichnet eine Brennebene und 0 ein Objekt in einer gegebenan Lage. L bedeutet die rückwärtige Brennweite.

Die in Figur 2A dargestellte Lage der Objektivglieder ist eine Ausgangstage eines Zoomobjektivs, beispielsweise eine Lage, bei der die Scharfeinstellung auf einem im Unendlichen gelegene Objekt bei Verwendung dos Objektivs an seinem Teleende erfolgt. In Figur 2B ist zwecks Scharfeinstellung auf das in einem Abstand R von dem vorderen Ende des Gliedes 5 gelegenen Objekts das Glied 7 um einen Betrag a aus der in Figur 2A gezeigten Lage verschoben. Anschließend wird der Zoom-Betrieb durchgeführt, wobei das Objektiv beispielsweise in irgendeiner erwünschten Lage angehalten wird, wie dies in Figur 2C dargestellt ist. Hierbei ist das Glied 6 für die Änderung der Vergrößerung um einen Betrag c verschoben, während das Glied 7 urn einen Betrag b verschoben ist, um auf das Objekt O scharfzustellen. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich b durch die folgende Beziehung wiedergeben:

b = f (a, c)

wobei a und c die Variablen sind. Hierbei ist f (a, c) eine Funktion, die von der Brechkraft des Objektivs und dem Abstand der Hauptpunkte bestimmt ist. Gemäß obiger Darstellung wird eine Scharfeinstellung durch den Umstand bewirkt, daß b die Beziehung f (a, c) erfüllt, wenn a und c bestimmt sind. Dieses Prinzip könnte auf verschiedenen Wegen entsprechend den verschiedenen Bauarten der Zoomobjektive angewendet werden. So könnte beispielsweise das Objektivglied 8 anstelle des Gliedes 7 beweglich gestaltet "werden. Während das Glied 5 von

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Figur 2 lediglich zwecks Korrektur der Aberrationen vorgesehen ist, ließe sich das Glied 5 auch anstelle des Gliedes 6 verwenden, wobei jedoch in diesem Falle der Außendurchmesser desselben größer würde. Des weiteren gibt es ein Variatorglied und ein Kompensatorglied wie beim herkömmlichen Zoomobjektiv, und es ist möglich, das letzte Glied 8 in zwei Gruppen zu unterteilen, wobei eine von diesen zum Zwecke der Scharfeinstellung verwendet wird.

Im folgenden sollen Beispiele der Erfindung beschrieben Vi er den.

In Figur 3 sind mit den Bezugszeichen 10 und 13 fest angeordnete Glieder bezeichnet, während das Bezugszeichen 11 ein Variatorglied zur Änderung der Vergrößerung und das Bezugszeichen 12 ein Kompensatorglied darstellt. Mit 14 ist ein Detektor bezeichnet, der den Verschiebungsbetrag des Variatorgliedes 11 ermittelt und diesen in ein elektrisches Signal ■umformt. 15 bezeichnet einen ähnlichen Detektor, der dem Glied 12 zugeordnet ist.

Mit l6 ist eine Rechenschaltung bezeichnet, in der die Signale von den beiden Detektoren eingegeben werden. YJ bezeichnet eine Antriebsschaltung für die Betätigung eines Motors l8 durch ein von der Rechenschaltung erhaltenes Signal. 19 bezeichnet ein Zahnrad, das von dem Motor l8 angetrieben wird. Eine Zahnstange 20 steht in Eingriff mit dem Zahnrad 19, wobei sie dazu dient, das Objektivglied 12 längs der optischen Achse zu verschieben.

Im folgenden soll die Wirkungsweise dieser Anordnung erläutert v/erden. Gemäß den Ausführungen zu Figur 2A, 2B und 2C erfolgt zuerst eine Scharfeinstellung, indem eine Halterung P des Gliedes 12 in Richtung der optischen Achse mittels eines Motors oder manuell verschoben wird. Anschließend erfolgt die Zoom-Einstellung, indem eine Halterung Q, des Gliedes 11 in

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Richtung der optischen Achse mittels eines Motors oder manuell verschoben wird. Die Detektorschaltungen lh und 15 ermitteln den Betrag der Verschiebung a des Gliedes 12 und den Betrag der Verschiebung c des Gliedes 11. Hieraus werden elektrische Signale gebildet, die der Rechenschaltung l6 zugeführt werden.

In der Rechenschaltung erfolgt eine im vorhinein bestimmte Operation, wobei das dem Ergebnis dieser Operation entsprechende Signal der Antriebsschaltung 17 zugeführt wird. Auf der Grundlage dieses Signals wird der Motor 18 angetrieben, wobei er das Zahnrad 19 dreht und die Zahnstange 20 verschiebt, so daß das ObjektLvgiied 12 aufgrund dieser Operation verschoben und nach Durch¹aufen einer Strecke b angehalten wird. Durch die Verschiebung des Gliedes 12 in diese Lage erfolgt die Fokussierung.

Figur 4 zeigt ein konkretes Beispiel eines Detektors. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Tubus der an dem in der Zeichnung nicht gezeigten Kameragehäuse derart befestigt ist, daß er frei um seine eigene Mittenaehse gedreht werden kann. Die Glieder des Objektivs werden von einer Fassung 23 gehaltert, in der die beiden Teile beispielsweise mittels einer schraubenförmigen Linie miteinander gekoppelt sind. Der Tubus 21 wird um die optische Achse mittels einer Rotat'.onseinrichtung gedreht, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, wobei der Drehwinkel in einer Beziehung zu dem Betrag der Verschiebung der beweglichen Objektivglieder in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung steht. Auf den Tubus 21 sind Markierungen 22 eingepreßt. Diese Markierungen können mit einer entsprechenden Markierung 24 auf der Fassung 23 zum Fluchten gebracht werden, wobei sie dazu dienen, die Einstellwerte der Brennweite oder des Objektabstandes in der Objektivstellung zu finden.

Der Tubus 21 ist des weiteren mit einer Zahnung 25 versehen, die mit einem kleinen Zahnrad 26 in Eingriff steht. Ein

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Schleifer 27 ist fest mit dem kleinen Zahnrad 26 verbunden, so daß er mit der Drehung des kleinen Zahnrades 26 ebenfalls gedreht wird. Eine Bürste 27' Ist an dem vorderen Ende des Schleifkontaktes 27 befestigt, wobei sie ebenfalls verschoben wird, während sie einen Kontakt mit der Fläche eines Widerstandskörpers 28 herstellt. Ein Leitungsdraht j5O ist an dem Schleifer 27 befestigt, während ein vreiterer Leitungsdraht Jl mit einem Ende 29 des Viiderstandskörpers 28 verbunden ist. Zwischen den Ausgangssignal en der Leitungsdrähte 30 und Jl besteht in diesem Widerstandskörper 28 eine vorbestimmte proportionale Beziehung, wenn sich der· Abstand des einen Endes 29 zu dem Kontakt der Bürste 27' ändert. Die Drehung des Schle'fers 27 und die Verschiebungsstreeke des Objektivgliedes mit der Drehung des Tubus 21 durch das Zahnrad 25 sind somit zu dem Ausgangssignal proportional, das von dem Widerstandskörper 28 erhalten xvird. Der ermittelte Betrag dient a¹ s Eingangssignal für die Rechenschaltung.

Obenstehend war ein Beispiel des Detektors beschrieben worden. Es ist jedoch möglich, auch andere Einrichtungen, wie beispielsweise solche zu verwenden, die unter der Handelsbezeichnung "Magnescale" bekannt sind.

Das Ausgangssignal der in Figur 3 gezeigten Detektorschaltungen 14 und 15, bei denen eine derartige Detektoreinrichtung zur Verwendung kommt, wird der Rechenschaltung 12 eingeprägt. Tn der Rechen schaltung 12 wird aufgrund der eingestellten Vierte für die Brennweite und für den Objektabstand ein Ausgangssignal entsprechend einer Beziehung b = f (a,c) erhalten, wobei diese Beziehung bei der Konstruktion des Zoomobjektivs festgelegt wird.

Bei der Ermittlung des Verschiebungsbetrages läßt sich im Falle, daß der zu ermittelnde Betrag ein Analogwert ist, die

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Rechenschaltung einfach durch herkömmlich bekannte Analogrechnerschaltungen bilden. Wenn der Verschiebungsbetrag durch ein Ausgangssignal von einem Drehkodierer, insbesondere als Verschiebung einer unterteilten Skala oder eines "Magnescale" usw. wiedergegeben wird, d.h. als digitaler Wert, kann die Betriebsschaltung in einfacher Weise entsprechend durch eine normale digitale Schaltung gebildet werden.

Wenn beispielsweise ein Gleichstrommotor usw. als Motor verwendet wird, kann eine RUckfUhrungsschleife mittels eines mit dem Objektivglied 12 verbundenen Lagendetektors gebildet werden. Auch wenn ein Schrittmotor verwendet wird, läßt sich durch die impulsförmlgen Ausgangssignale, Vielehe den Eingangssignalen der Antriebsschaltung entsprechen, ein weiterer einfacher Lagendetektor fUr das Objektivglied 12 bilden. Die Entscheidung darUber, ob hierbei der Betrieb wahlweise digital oder analog erfolgen soll, hängt von der Geschwindigkeit oder der Genauigkeit der Ermittlung, des Betriebes und der Lageneinstellung, sowie den Kosten und weiteren Faktoren ab.

Mit der Erfindung wird, wie bereits oben erwähnt wurde, ein elektrisches System neu in das Steuersystem zur Verschiebung eines Zoomobjektivs eingebracht, das eine große Lichtstärke bei hoher Vergrößerung aufweist und das bisher Insofern lediglich von dem Prinzip der herkömmlichen geometrischen Optik entwickelt wurde. Zum anderen hängt die Genauigkeit in der Einstellung der Lage der beweglichen Linsenglieder in einem Zoomobjektiv von der Brennweite und der Objektentfernung zu diesem Zeitpunkt ab. Diese Beziehung soll nun erläutert werden. In Figur 5 ist die Brennweite f des Zoomobjektivs auf der Ordinatenachse aufgetragen, während auf der Abszisse der Objektabstand R wiedergegeben ist. Die Markierung T zeigt die Lage einer langen Brennweite, d.h. den Fokus am Teleende, während W eine kurze Brennweite, d.h. einen Weitwinkel wiedergibt. Mit L ist der Fall bezeichnet, wenn sich ein Objekt im Unendlichen befindet, während N einen sehr kurzen Objektabstand andeutet.

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Wenn eine .Scharfeinstellung auf ein Objekt durchgeführt wird, das sich in irgendeiner gegebenen Entfernung befindet, wie es beispielsweise von der Markierung M- wiedergegeben wird, liegt der für die Tätigung der Aufnahmen zulässige Tiefenbereich bei voller Öffnung des Objektives innerhalb des in der Zeichnung von dem geschlossenen Kur-zenzug a-b-c-d-a wiedergegebenen Gebietes. Da die Schärfentiefe bei den Aufnahmen mit zunehmender Verschiebung vom WeitwLnkelbereich zu dem Teleende abnimmt, wird auch die Anforderung an die Einstellgenauigkeit zunehmend kritischer. Wenn der Objektabstand zunimmt, wird des weiteren der Bereich der Schärfentiefe bei den Aufnahmen groß, so daß die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit sich in tolerierbaren Grenzen halten.

.Tm folgenden soll als Beispiel die Beziehung zwischen dem Schärfentiefenbereich und der Lage jedes Objektivglieds in einem Zoomobjektiv beschrieben werden, wenn eine Änderung in der Vergrößerung durchgeführt wird, während der Objektabstand konstant gehalten ist. Dieser Vorgang ist in den Figuren 6A, 6b und 6C wiedergegeben. Figur 6A zeigt den Fall einer langen Brennweite, bei dem das Zoomobjektiv eine Telestellung einnimmt, Figur 6C zeigt den Fall einer kurzen Brennweite, bei dem das Zoomobjektiv sich auf seiner Weitwinkelsette befindet. Tn Figur 6b ist schließlich ein mittlerer Bereich zwischen diesen beiden Grenzlagen dargestellt. Das Objektivglied 6 bewegt sich zwischen den mit U-V-W gekennzeichneten Lagen, welche dem TeIe-,dem Standard- und dem Weitwinkelbereich entsprechen Das Objektivglied 7 bewegt sich zwischen den mit X-Y-Z dargestellten Lagen. Tn diesem Falle muß die ELnstellgenauigkeit für das Objektivglied 6, welches als Variator dient, in der Reihenfolge von U-V-W größer werden. Andererseits genügt der gleiche Genauigkeitsgrad für die Lagen X, Y, Z entsprechend für das Objektivglied 7, wenn es die Änderung der Bildebene bei der Durchführung der Vergrößerungsänderung kompensiert. Es sollte hier erwähnt werden, daß die Genauigkeitsanforderungen

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in dem oben beschriebenen Beispiel auf ein derartiges Objektiv bezogen sind, das aus einem sammelnden Vorderglied, einem zerstreuenden Variatorglied, einem zerstreuenden Kompensatorglied und einem Relaislinsenglied bestellt und daß die Anforderung an die Genauigkeit in einem Zoom-Objektiv mit einem unterschiedlichen Aufbau der Glieder von dem oben beschriebenen Falle abweicht.

Als Nächstes soll ein Beispiel von einem Lagendetektor beschrieben v/erden, der zu einer Einstellung der Lage mit einem hohen Genauigkeitsgrad verwendet werden kann. Dieser Detektor ist in Figur 7 dargestellt. Ein Tubus IPO ist an dem nicht dargestellten Kamerakörper derart gehaltert, daß er um eine optische Achse frei drehbar ist. Tn dem Tubus ist eine schraubenförmige Fläche vorgesehen, wobei er an diesem Bereich mit einer schraubenförmigen Fläche gekoppelt ist, die an der Außenfläche einer inneren rohrartigen Fassung 121 angebracht ist. An der Innenseite dieser rohrartigen Fassung 121 ist beispielsweise ein Variatorglied befestigt.

Ein FUhrungsstift 123 steht in Eingriff mit einer Führungsnut 122. Der FUhrungsstift ist in dem in der Zeichnung nicht dargestellten Kameragehäuse eingesetzt Die Aufgabe dieser Führungsnut und des Stifts beruht darin, die innere rohrartige Fassung 121 bei einer Verschiebung derselben in Richtung der optischen Achse, ohne daß hierbei eine Drehung stattfindet, zu führen.

Auf den Tubus 120 sind Markierungen 124 eingepreßt. Eine weitere fest angebrachte Markierung 125 ist in die innere rohrartige Fassung 121 eingepreßt. Die Markierungen erweisen sich für ein Ablesen der eingestellten Information als nützlich.

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An dem Tubus 120 ist des weiteren eine Zahnung 126 in Form eines Zahnkranzes angebracht, die einheitlich mit dem Tubus ausgebildet ist. Diese Zahnung 126 tritt mit einem kleinen Zahnrad 127 in Eingriff, das sich um eine Welle 128 dreht. An einem Bereich der Welle 128 ist eine Transfersehnecke 1?9 angebracht. Die Transferschnecke 129 steht mit einem Innengewinde in Eingriff, das auf einem Verschiebungstell I30 angebracht Ist. An dem Versohiebungstell Ist eine Kodierplatte I3I befestigt. Auf dieser Kodierplatte I3I sind beispielsweise Leiter I32 entsprechend einer vorbestimmten Beziehung angebracht, wobei alle diese Leiter mit einem Anschluß 133 an ihrem anderen Ende verbunden sind.

Des weiteren stehen Kontaktstücke 134, 135, 136 und I37 in Druckkontakt mit diesen Leitern. Tm folgenden soll insbesondere auf den Anschluß 133 und das Kontaktstück 134 Bezug genommen v/erden. Die Kodierplatte I3I wLrd mit der Verschiebung des VerschiebungsteLles 130* d.h. mit der Drehung des Tubus 120, in Längsrichtung verschoben. Von dem Drehwinkel des Tubus 120, der manuell oder elektrisch betrieben werden kann, hängt es ab, ob zwischen dem Anschluß 133 und dem Kontaktstück 134 eine leitende Verbindung besteht oder nicht.

Aufgrund dieser relativen Lagenbeziehung zwischen der Kodierplatte I3I und den Kontaktstücken ändert sich die Kombination der Leitfähigkeit und Nichtleitfähigkeit zwischen dem Anschluß 133 und jedem der Kontaktstücke I34, 135, I36 und I37, und es gelingt, die Lage des Variatorgliedes aus der jeweiligen Kombination in Form von digital kodierten Signalen zu erhalten.

Eine derartige Ermittlung kann anstelle des in Figur 3 gezeigten Detektors l4 treten. Eine ähnliche Einrichtung kann ferner für den Kompensator vorgesehen sein, die dann dem in Figur 3 mit 15 bezeichneten Detektor entspricht.

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Bei einer derartigen Feststellung der Lage ist es zweckmäßig, das Muster der Leiter auf dem in Figur 8 gezeigten Kodierer in Abhängigkeit davon zu gestalten, ob bei der jeweiligen Lage nur eine geringe Genauigkeit für die Lageneinstellung oder eine höhere Genauigkeit notwendig ist.

In einem Endbereich A, in dem eine hohe Genauigkeit f^Tir die Lageneinstellung erforderlich ist, d.h. in dem Falle der Ermittlung der Lage nahe an dem Teleende des Objektivs, sind die Leiter in engen Abständen voneinander angeordnet. An den Bereichen, an denen die Genauigkeit der Lageneinstellung niedrig ist, d.h. im Falle der Weitwinkeleinstellung, kann die Anordnung der Leiter und Nichtleiter gröber sein, wie dies in dem Bereich B der Fall ist. Wenn das Objektiv auf einen Gegenstand scharfgestellt wird, ergibt sich eine grobe Anordnung der einzelnen Lagen auf dem Kodierer, wenn die Scharfeinstellung auf ein entferntes Objekt erfolgt, sowie eine feiner gerasterte Anordnung, wenn die Scharfeinstellung für ein nahes Objekt erfolgt.

Als Nächstes soll die Abhängigkeit des Genauigkeitsgrades von der Schärfentiefe bestimmt werden, die sich mit dem Öffnungsgrad der Blende ändert.

Tn dieser Phase der vorliegenden Erfindung muß als erstes die Genauigkeit bei der Einstellung der Lage der Linsenglieder in Abhängigkeit von der Schärfentiefe bestimmt werden, d.h. der Blendenwert des Objektives.

Da die Genauigkeit des Zoom-Betriebes von der Genauigkeit abhängt, mit der die eingestellten Werte der Brennweite und der Bildlage festgestellt werden, sowie von der Genauigkeit, mit der die Lage des Kompensatorgliedes eingestellt wird, und da die Ansprechzeit des Zoom-Betriebs von der Geschwindigkeit der Recheneinrichtung bestimmt ist, werden anschließend als zweiter Punkt die für den Betrieb kennzeichnenden

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Zahlen für die Einstellparameter ausgewählt, um die Genauigkeit der Lageneinstellung der Objektivglieder ro einzustellen, wie es bezüglich des eingestellten Blendenwerts des Objektivs und der beiden oben genannten eingestellten Vierte zweckmäßig ist, während gleichzeitig die Ansprechzeit verbessert wird.

Als Nächstes soll im folgenden die Beziehung zwischen dem Brennweiteneinstellwert, dem Bildlageneinstellwert, dem Blendenöffnungseinstellwert und der Genauigkeit erläutert werden. In Figur 9 sind auf der Abszisse die Brennweiten f, auf der Ordinate die Objektabstände R aufgetragen. Die Markierung T kennzeichnet die lange Brennv/eite des Objektivs, d.h.seinen Telebereich, und W die kurze Brennweite des Objektivs, d.h. seinen Weitwinkelbereich. Mit L ist der Fall bezeichnet, wenn sich das Objekt im Unendlichen befindet, mit N der Fall eines kurzen Objektabstands und N¹ der Fall eines noch kürzeren Objektabstands.

Der bei einer vollen öffnung des Objektivs zulässige Schärfentiefenbereich liegt bei einer Scharfeinstellung auf ein Objekt, das sich in einer gegebenen Entfernung, im vorliegenden Falle in der Entfernung M befindet, innerhalb eines Bereiches, der in Figur 9 von den Kurvenzügen a-b-c-d-a eingeschlossen ist. Die Schärfentiefe wird ausgehend vom Weitwinkelbereich in Richtung auf den Telebereich zunehmend geringer, wobei sie sich in allgemein bekannter V/eise in Abhängigkeit vom Objektabstand ändert.

Anschließend wird das Objektiv abgeblendet, wodurch sich ein Schärfentiefenbereich ergibt, der in dem von den Kurvenzügen a¹ - b¹ - c' - d^T - a¹ umschlossenen Bereich liegt. Dies bedeutet, daß mit zunehmender Abblendung des Objektivs die Schärfentiefe zunimmt, so daß die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit weniger kritisch werden. Figur 6A, OB und 6c zeigen die Beziehung zwischen der Änderung der Brennweite und der Lage von jedem Glied in dem Zoomobjektiv, wenn eine Änderung der

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Vergrößerung durchgeführt wird, während der Objektabstand konstant gehalten ist. Die in Figur 6A gezeigte Lagenbeziehung erläutert den Fall, bei dem eine lange Brennweite eingenommen wird, d.h. bei dem das Zoomobjektiv als Teleobjektiv wirkt. Figur ^r:C zeigt das Zormobjektiv für eine kurze Brennweite, d.h. als Weitwinkelobjektiv. Tn Figur 6b ist eine Zwisehenstellung dargestellt. Das Objektivglied 6 bewegt seine I>ge von U nach V und nach W, wenn eine Zoom-Verschiebung von dem TeIe- zu dem Standard- und zu dem Weitwinkelbereich durchgeführt wird.

Das Objektivglied 7 bewegt sich bei einer derartigen Verschiebung von der Lage X in die Lage Y und in die Lage Z. In diesem Falle muß die Genauigkeit der Lageeinstellung des Objektivglieds 6, das als Variator dient, größer gemacht werden, wenn es sich in dieser Reihenfolge von U nach V und nach W bewegt. Für das Objektivglied "J, das als Kompensator für die Verschiebung der Bildebene durch diese Glieder dient, kann dieselbe Genauigkeit für jede der Lagen X, Y und Z zur Anwendung kommen.

Die Einstellgenauigkeit der Objektivglieder sollte, wie oben bereits erwähnt worden war, wUnschenswerterweise in Abhängigkeit von der Brennweite, dem Objektabstand und der Blendenöffnung geändert werden. Tm Falle der Einstellung des in Figur J5 gezeigten Objektivgliedes IP ist ersichtlich, daß die für die Oberation benötigte Zeit verkürzt werden kann, wenn die Information für die Einstellung des Blendenwertes von dem Objektiv der Rechensehaltung l6 zusätzlich zu der Information über die Lage des Objektivgliedes, d.h. die Tnformation über die Entfernung, und zusätzlich zu der Information fiber die Lage des Objektivgliedes Π, d.h. kurz gesagt die Information über die Brennweite eingegeben werden, und wenn die kennzeichnenden Werte oder Ziffern des Ergebnisses der Operation von den oben erwähnten beiden Informationen von der zuerst genannten Information ausgewählt werden. Hierdurch wird die Einstellzeit für das öbjektivglied 3 kurz, so daß eine erheblich höhere Zoom-Geschwindigkeit möglich wird.

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In Figur 10 ist ein Blockdiagrsmm für eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Teil der in Figur 10 dargestellten Bestandteile trägt dieselben Bezugszeichen wie die Bestandteile der in Figur 3 dargestellten Anordnung. Diese Bestandteile sind ähnlich zueinander ausgebildet, wobei sie insbesondere die gleiche Funktion ausüben. Das Bezugszeichen Pl? bezeichnet eine Blende,213 einen Detektor zur Feststellung der Blendenöffnung und 214 eine Schaltung zur Auswahl der kennzeichnenden Werte. Das von dem ersten Detektor lh und das von dem zweiten Detektor 15 kommende Signal werden in eine Rechenschaltung l6 eingeführt, in der die Lage, in welche das Objektivglied 1? eingestellt werden soll, entsprechend einer vorgegebenen Funktionalgleichung bestimmt wird. Das Ausgangssignal von dieser Schaltung wird als Eingangssignal der Auswahlschaltung ?\h für einen bestimmten Wert oder eine bestimmte Ziffer zugeführt. In dem hier beschriebenen Falle sollen beispielsweise, falls die Betriebsschaltung l6 usw. digital ausgebildet sind, die entsprechenden Ziffern durch Auswahl eines von vielen möglichen Verfahren gebildet v/erden. Derartige Verfahren sind: Ein Aufrunden an dem Dezimalwerte von einer bestimmten Stelle mit 5 und darüber als eins gerechnet und darunterliegende Dezimalstellen vernachlässigt werden; ein Abrunden der Zahl an dieser Stelle; ein Verfahren, an dem an einer bestimmten Stelle Dezimalziffern von 3 oder darunter vernachlässigt und Dezimalziffern von 7 oder darüber als Einheit gezählt werden, wobei die· in Betracht gezogenen Dezimalstellen jeweils eine Stufe unter der erwünschten Einheit liegen. Eine v/eitere Möglichkeit besteht darin, die Dezimalstellen von h mit 6 als 5 zu zählen usw. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt auch die Festlegung der Anzahl von Ziffern von den kennzeichnenden Ziffern entsprechend dem Ausgangsignal von der Einrichtung 13, um den Einstellwert der Blende 12 zu ermitteln.

Es ist jedoch auch möglich, die Auswahl der kennzeichnenden Ziffern im Inneren der Rechenschaltung l6 durchzuführen.

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Bei der Ermittlung des Blendenv/erts ist es zweckmäßig, einen kreisscheibenartigen Kodierer zu verwenden, der mit einem Hebel zur Betätigung der Blendenlameli en verbunden ist. Da sich in diesem Falle der Drehwinkel des Hebels mit der Lichtstärke, d.h. dem F-^Tl'ert, ändert, ist es besser, die Dichte der Anordnung auf dem Kodierer zu ändern.

Aus vorstehender Erläuterung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung eine Anordnung geschaffen ist, bei der sieh die Genauigkeit in der Einstellung der Objektivglieder in Abhängigkeit von der Brennweite des Objektivs, dem Objektabstand und dem Blendenwert ändert. ^T>Jenn beispielsweise ein Kodierer zur Ermittlung des Einstellwerts.der Brennweite und des Einstellwerts des Objektabstandes verwendet wird, ändert sich die Ermittlungsgenauigkeit des Kodierers im erwünschten Maße, wobei des weiteren der von dem Detektor zur Peststellung der Blendenöffnung ermittelte Wert hinzugefügt wird, so daß eine Einstellung der Objektivglieder mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit möglich ist. Indem man des weiteren kennzeichnende Ziffern auswählt, wird ein Hochgeschwindigkeits-Zoombetrieb möglich.

Als Nächstes soll ein Beisniel von dem Betrieb in einer Rechenschaltung wiedergegeben werden, die von elektronischen Schaltungen aufgebaut ist, und zwar anhand eines vereinfachten Beispiels. Bei einem ootischen System, wie es in Figur 11 dargestellt ist, bedeutet I ein fest angeordnetes Vorderglied, II ein Variatorglied, Hi ein Kompensatorglied und IV ein Scharfeinstellungsglied, das auch als Kompensator im Falle der Tätigung von Nahaufnahmen dient. Es ist auch möglich, das Kompensatorglied III und das Scharfeinstellungsglied IV als ein Glied zusammenzufassen, das eine Funktion aufweist. S₁ bedeutet den Objektabstand von der Vorderfläche des Vordergliedes I, O. bedeutet die Lage des vorderen Hauptpunktes des Gliedes I. f bedeutet die Brennweite des Gliedes I, f_? diejenige des Gliedes II, f., diejenige des Gliedes III und f^ diejenige des Gliedes IV.

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Wenn ein Objekt im Unendlichen angeordnet ist und wenn das Objektiv seine kleinste Brennweite einnimmt, ergibt sich ein Abstand (e,)_Q zwischen den Hauptpunkten des Gliedes I und des Gliedes II. (ep)_Q ist der Abstand zwischen den Hauptnunkten des Gliedes II und des Gliedes III. (e _/' ist der Abstand zwischen den Hauptpunkten des Gliedes III und des Gliedes IV. Schließlich ist (β|.) der Abstand zwischen den Hauptpunkten des Gliedes IV und des Gliedes V. O, bezeichnet den Abstand zx\^Tischen einem von dem Glied IV gebildeten Bildpunkt und dem vorderen Hauptpunkt des Gliedes V. Schließlich ist £^. der Abstand zwischen den Hauptpunkten im Inneren des Gliedes IV.

Bei der oben beschriebenen Anordnung bedeute^ falls lediglich das Glied II um einen Betrag P verschoben wird, g den Betrag der Verschiebung des Gliedes III, während r den Grad der Verschiebung des Gliedes IV bezeichnet, der hier aufgesucht werden soll. E ist eine Konstante, wobei diese automatisch aus ?₁₃f₂, fy f^ Ce₁^₀, (e_p^₀, (⁰^₀' (*Vo' °r^4 bestimmt ist.

Im vorliegenden Falle kann die anhand der Figuren ?A, 2B und 2C abgeleitete Beziehung dargestellt werden durch r = f (S., C), viobei der Wert von r durch die im folgenden dargestellte Operation bestimmt wird. Die Gleichungen legen die Beziehung zwischen einem Objektpunkt und einem Bildpunkt hinsichtlich der geometrischen Optik fest, r wird durch die Ausführungen der folgenden Operationen (l) bis (21) erhalten.

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Lösung eingesetzt in

"(1) U₁-S₁- O > fiu ' > (2)

•ie ^w mim ™"

ro) J__ _J_ JU-- ~» ^bl ► ^⁴)

^bi ^ai " h

O) O₁ β Ce₁J₀ + P —» e_x * (4)

(4) a₂ - b_x -O₁ -^a₂ : 9· (5)

111

(6) Ca₂)_o . T₁ - Co₁J₀ —> (a₂) (7)

₂)₀ 1 1 1 _ _(h)

^f2

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(B) A

(9) B

(10) <a,

(a₂)₀ +

1

ι ■' < a ■ ι

(12) C

(13) D « -4 | (b₃)₀ - f₃"l

(14)

..2

P + B

(15) q -

η +

(16) G₂ » (g₂)₀ - P + q

(17)

(18)

(19)

(20) x'

b₂ -

- (2f_/

- q'

x«

(21) r - (e₄)₀ + Q - x» - f₄ (14)

(10) (12)

(12) (13)

■ (15) » (15)

' (15)

- do)

" (17) ' (IS)

ι· (19) -> (20)

(21)

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Ί.Ι Zoomobjektiv, bei dem das Vorderglied nicht eine einzelne Scharfeinstellungslinse enthält, mit zumindest zwei beweglichen Gliedern, einer Blende und einem fest angeordneten Glied vor der Ebene eines lichtemnfindlichen Materials, gekennzeichnet durch

   einen ersten Detektor (l4^ zur Ermittlung der Lage des ersten beweglichen Gliedes (H) auf der optischen Achse, welches es eine Änderung der Vergrößerung bewirkt, einen zweiten Detektor (15) zur Ermittlung der Lage des weiteren oder zweiten beweglichen Gliedes (12^N auf der optischen Achse, das zur Konstanthaltung der Bildlage dient, eine Einrichtung zur Durchführung mathematischer Operationen (l6), Vielehe dazu dient, aufgrund der Information des ersten und des zweiten Detektors (l4, 15) die Lage des zweiten Objektivgliedes (12) auf der optischen Achse derart zu bestimmen, daß das Bild auf der Ebene des Iichtempfind!ichen Materials nicht in Richtung der ontischen Achse verschoben wird, selbst dann nicht, wenn das bewegliche Glied (ll) das zur Änderung der Vergrößerung dient, längs der optischen Achse verschoben wird, und

   eine Einstelleinrichtung (l8, 19, 20) für die Einstellung des zweiten bevreglichen Objektivglieds (12) in die entsprechend bestimmte Lage.
2. 2. Zoomobjektiv nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der erste Detektor (1*0 so ausgebildet ist, daß sich seine Nachweisemnfindlichkeit in Abhängigkeit von der Lage ändert,die von dem beweglichen Objektivglied (H) für die Änderung der Vergrößerung auf der optischen Achse eingenommen wird.

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3. 3. Zoomobjektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren Kodiereinrichtungen (131! darstellen und daß der Abstand der das Signal erzeugenden Elemente (132) auf der Kodiereinrichtung in Abhängigkeit von der Lage des Elementes variiert.
4. K. Zoomobjektiv nach einem der vorstehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (213^ zur Ermittlung der Blendeneinstellwerte von der Blende (212^ vorgesehen ist und daß eine weitere Einrichtung (214) vorgesehen ist, welche die Elnstellgenauigke.it der Einstelleinrichtung (17 mit 20) in Abhängigkeit von der Information ändert, die von der Einrichtung (213^ zur Feststellung des Blendenwertes geliefert wird.
5. 5. Zoomobjektiv nach einem der vorstehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fest angeordnete Objektivglied (10) näher an dem Objekt als die beweglichen Glieder (11, 12) angeordnet ist.
6. 6. Zoomobjektiv nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das sammelnde fest angebrachte Objektivglied (lO), daß das zerstreuende bewegliche Objektivglied (ll\ welches die Vergrößerungsänderung bewirkt, und daß das zerstreuende zweite bewegliche Objektivglied (12) und das sammelnde fest angebrachte Objektivglied (13) in obiger Reihenfolge von der Objektseite aus gerechnet angeordnet sind.
7. 7. Zoomobjektiv nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren bewegliche Widerstände enthalten (Figur k).
8. 8. Zoomobjektiv nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren Kodiereinrichtungen enthalten (Figur 7).

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