DE3011046A1

DE3011046A1 - Stellverbindungsmechanik fuer ein verstellbares linsensystem

Info

Publication number: DE3011046A1
Application number: DE19803011046
Authority: DE
Inventors: Takashi Isobe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-03-24
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS5926323Y2; JPS55138607U; US4340280A

Description

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

r* η DipJ.-lng. H.Tiedtke

V3RUPE - rELLM*NN

Dipl.-Chem. G. Bühling _ 2 - Dipl.-lng. R. Kinne

üipl.-lng. P. Grupe *3 Π 1 1 Π L R Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München DE 0301

21. März 1980

Canon Kabushiki Kaisha Tokyo, Japan

Stellverbindungsmechanxk für ein verstellbares Linsensystem

Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Fassung für ein Linsensystem in einem photographischen Gerät und insbesondere einen StellVerbindungsmechanismus für eine verschiebbare Linsenfassung in dem Gerät.

Beim Entwurf eines Haltemechanismus für eine Linsenfassung, die durch die Bedienung eines Betätigungselementes axial in dem Linsensystem verschiebbar sein solI^ ergibt sich durch die Stellverbindungsvorrrchtungen zwischen der Linsenfassung und dem Betätigungselement eine Vielzahl funktioneller Probleme.

Eines dieser Probleme rührt von der Tatsache her, daß der mechanische Aufwand für ein solches System zu erhöhten Herstellungskosten führt. Es ist heute allgemein üblich, das Betätigungselement mit der Linsenfassung Mü/13

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stellbar mittels eines Splintes zu verbinden, der in einem Schlitz des stationären Objektivtubus des Linsensystems mit den Elementen in Eingriff steht, die gegeneinander durch die Verwendung von Schraubbefestigungen oder etwas ähnlichem festgelegt sind. Aus diesem Grund wird die Teilezahl sowie die Zahl der Herstellungs- und Fertigungsschritte erhöht. Dies führt notwendigerweise dazu, daß Schwierigkeiten bei der Reduzierung des Preises eines solchen Gerätes auftreten.

Ein zusätzliches Problem erwächst aus der Schwierigkeit, die Stabilität der verschiebbaren Linse innerhalb ihres gesamten Verschiebungsbereiches so zu gewährleisten, daß die Linse selbst genau in einer Stellung senkrecht zu der Achse des Linsensystems gehalten wird. In einem Linsensystem, bei dem die Gesamtlänge ausreichend groß ist, über die die Linsenfassung und die Linse entlang des inneren Durchmessers des Objektivtubus verschoben werden müssen, tritt eine geringere Schwierigkeit aufgrund des Einflusses einer zusätzlichen Kippung der verschiebbaren Linse in bezug auf die optische Achse und relativ zu den anderen Linsen im System auf, so daß ausreichend hohe optische Qualität des Systems sicherge stellt ist. In einem Linsensystem mit kompakten Abmessungen ist es dagegen schwierig, für eine Lage/Stabilität der Linsenfassung durch eine ausreichende Länge des Eingriffes während der Bedienung des Linsensystems zu sorgen.

Diese Schwierigkeit wird dadurch gesteigert, wenn das Betätigungselement, die Linsenfassung und das Stellverbindungsglied wie beispielsweise der Splint in einer feststehenden und gesicherten Beziehung relativ zu einander durch Verwendung von Schraubverbindung gehalten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Stellverbindungsmechanismus zu schaffen, durch den ein Betäti-

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gungselement durch einen stationären Objektivtubus in stellbaren Eingriff mit einer Linsenfassung oder Hülse verbunden ist, die in den inneren Durchmesser des Objektivtubus eingepasst ist; dabei soll die Zahl der für den Stellverbindungsmechanismus notwendigen Bauteile verringert werden_} so daß einfachere Herstellungsverfahren möglich sind und die Herstellungskosten des Systems verringert werden.

Weiter soll ein mechanisches Fassungssystem geschaffen werden, das die verschiebbare Linsenhülse in dem optischen Linsensystem so hält, daß die Linse verstellbar entlang der optischen Achse über deren gesamte Ausdehnung in der Linsenfassungseinheitgehalten wird. Hierzu soll ein Stellverbindungsmechanismus für das verschiebbare Fassungssystem des beschriebenen Typs geschaffen werden, der eine Verschiebung des optischen Systems ermöglicht, eine Kippung der Linse trotz verringerten Aufwandes und Schwierigkeit jedoch vermeidet.

Weiter soll ein Linsenfassungs- und Stellsystem geschaffen werden, bei dem Teile aus Kunststoffmaterial geformt werden können, wodurch die Herstellungskosten verringert werden, die Teile trotzdem in einem optischen Linsensystem mit einem hohen Qualitätsniveau eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst: Das Fassungssystem für das Linsensystem weist einen Objektivtubus, der eine Achse definiert und Führungsvorrichtungen hat, eine Linsenfassung von der eine Linse fest gehalten wird^, und ein Betätigungselement zur Verschiebung der Linse axial in dem Objektivtubus auf. Die Linsenfassung und das Betätigungselement sind an radial gegenüberliegenden Sei-

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ten des Objektivtubus derart befestigt, daß sie axial relativ zu dem Objektivtubus verschoben werden können. Weiter ist ein Steliverbindungsmechanismus bzw. ein Splintelement vorhanden, das die Linsenfassung in einem verschiebbaren Eingriff mit dem Betätigungselement verbindet. Das Stellverbindungselement weist einen feststehenden Abschnitt, mittels dem es an dem Betätigungselement befestigt wird, einen ersten Kontaktabschnitt, der in einen gleitenden Eingriff mit den Führungsmitteln des Objektivtubus steht, und einen Eingriffsabschnitt auf, der so in Eingriff mit dem Fassungselement steht, daß er das Fassungselement und das Betätigungselement zu einer gemeinsamen Verschiebung relativ zu dem Objektivtubus verbindet. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie in der folgenden ausführlichen Beschreibung angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine mechanische Fassung für ein Varioobjektiv, bei dem eine erste Form des Steliverbindungsmechanismus benutzt wird;

Fig. 2 eine auseinandergezogen dargestellte perspektivische Teilansicht der wesentlichen Teile des Steliverbindungsmechanismus 30

Fig. 3 einen Querschnitt bei der Linie A-A der Fig. 1, der ein Ausführungsbeispiel darstellt, bei dem kein Zwischenraum zwischen dem Objektivtubus und der Linsenfassung vorgesehen ist; hierbei ist das Betätigungselement nicht ge

zeigt;

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Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich wie der in Fig. 3,

bei dem jedoch ein Zwischenraum zwischen dem

Objektivtubus und der Linsenfassung vorgesehen ist; das Betätigungselement ist wiederum

nicht gezeigt; und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte mechanische Fassung, wobei das Betätigungselement eine unterschiedliche Stellung ein

nimmt.

Der nachstehend im einzelnen beschriebene Stellverbindungsmechanismus ist natürlich für die verschiedensten Arten von Linsensysteme, beispielsweise bei Fotoapparaten, Fernsehkameras oder anderen ähnlichen optischen Geräten einsetzbar. Im folgenden wird jedoch exemplarisch ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Stellverbindungsmechanismus in einem Linsenfassungsmechanismus eines Fotoapparates eingesetzt wird, insbesondere bei einem Varioobjektiv.

Die in Fig. 1 und den folgenden Figuren gezeigte mechanische Linsenfassung weist einen stationären Objektivtubus 1 mit einem Anschlußteil 2 auf, der das Objektiv mit dem Kameragehäuse verbindet. Eine Lirisenfassung 3 trägt ein optisches Linsensystem II in einem funktionellen Eingriff mit dem Objektivtubus 1. Eine Zwischenhülse 4 ist an den äußeren Durchmesser des Objektivtubus 1 angepaßt und axial auf diesem verschiebbar.

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.1 Ein Betätigungselement 6 ermöglicht von Hand eine Verschiebung des Linsensystems zur Änderung der Brennweite und zum Fokussieren. Das Betätigungselement 6 ist mit einem Schraubengewindeabschnitt 6a versehen, der auf seiner inneren Oberfläche ausgebildet und so eingerichtet ist, daß er in einen Schraubeneingriff mit einem Schraubengewindeabschnitt 4b auf der Zwischenhülse 4 steht. Ein optisches Linsensystem I ist an der Vorderseite des Betätigungselementes 6 derart angebracht, daß es eine Fokussierung des Linsensystems ermöglicht.

Das System weist weiter eine Linsenfassung 10 auf, die in den inneren Durchmesser des Objektivtubus 1 eingepaßt ist und ein optisches Linsensystem III trägt, sowie eine Linsenfassung 14, die ein optisches Linsensystem IV in einer feststehenden Stellung in dem Objektivtubus 1 trägt.

Weiter ist ein Steilverbiridungsmechanismus in Form eines Stiftelementes 8 vorhanden, der durch den Objektivtubus 1 die Linsenfassung 10 und das Betätigungselement 6 in verschiebbarem Eingriff verbindet. Die Zwischenhülse 4 ist an dem Betätigungselement G angebracht und mit diesem axial verschiebbar. Das Stiftelement 8 ist mit einer ersten Kontaktfläche 8a, die mit einem Längsschlitz 4a in der Zwischenhülse 4 in Eingriff steht, und mit einer zweiten Kontaktfläche 8b versehen, die mit einem Führungsschlitz la in dem Objektivtubus 1 in Eingriff steht. Weiter weist das Stiftelement 8 einen Vorsprung 8c auf, der so angeordnet ist,, daß er mit einem Loch 10a in der Linsenfassung 10 in Eingriff steht. Die erste Kontaktfläche 8a des Stiftelementes 8 hat eine Breite X, die praktisch gleich der Breite Xl des Schlitzes 4a der Zwischenhülse 4 ist, in dem die Kontaktfläche 8a aufliegt.

nie Toleranz der beiden Abmessungen ist so bemes-

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sen, daß, wenn sie in Eingriff, stehen kein merkbares Wackeln auftritt.

Die zweite Kontaktfläche 8b ist mit einem Paar sich in Axialrichtung erstreckender Arme 8bl und 8b2 versehen. Die Enden der beiden Arme weiten sich gabelförmig auf, um ihre elastischen Eigenschaften so einzusetzen, daß, wenn die Arme 8bl und 8b2 in engem Eingriff mit dem Führungsschlitz la axial bewegt werden, die Federkraft der Arme so mit der Reibungskraft zusammenwirkt, die durch Reibung an den Seitenwänden des Schlitzes la entsteht, wodurch ein Gleitwiderstand gegen eine Verschiebung in dem Schlitz entsteht.

Die zweite Kontaktfläche 8b ist in den Teilen, die nicht von den Armen 8bl und 8b2 eingenommen werden, mit Absätzen versehen. Diese Absätze sind so ausgebildet, daß die Breite der Kontaktfläche 8b geringer ist als die Breite der Armabschnitte 8bl und 8b2. Angemerkt soll werden, daß, da durch die zuvor beschriebenen und in einem Teil der zweiten Kontaktfläche 8b ausgebildeten Arme ein geeigneter Widerstand gegen eine Axialverschiebung des Betätigungselementes entsteht, wobei der Widerstand von der Federkraft der Arme abhängt, der Widerstand durch die endgültigen Abmessungen des Führungsschlitzes la bestimmt ist.

Angemerkt soll weiter werden, daß die Aussparungen zwischen den Armen 8bl und 8b2 Voraussetzung dafür sind, daß die Arme eine Federwirkung auch dann entfalten, wenn die endgültigen Abmessungen des Führungsschlitzes la von den idealen Werten abweichen. Aufgrund dieser Aussparungen entsteht dennoch ein geeigneter Schiebewiderstand.

Der Vorsprung 8c ist mit einem kreisförmigen oder

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mit einem ovalen Querschnitt versehen und greift in das Loch 10a in der Linsenfassung 10. Das Loch 10a hat die Abmessung a in Längsrichtung. Nachdem die Schlitze 4a, la und das Loch 10a ausgerichtet worden sind, wird das Stiftelement 8 in den fluchtenden Raum eingesetzt, und die Kontaktflächen 8a, 8b und 8c liegen an den entsprechenden Stellen auf. Die räumliche Anordnung des optischen Linsensystems III relativ zu der optischen Achse 0-0' wird unter Verwendung spezieller Werkzeuge für den Zusammenbau eingestellt. Das Stiftelement 8 wird dann mit Hilfe von Schrauben 12 mit der Zwischenhülse fest verbunden. Die Abmessungen des Stiftelementes 8 sollten innerhalb der vorstehend beschriebenen Toleranzen in bezug auf die vorstehend beschriebenen Abmessungen des Schlitzes sein. Die Abmessungen der Arme 8bl und 8b2 in x-x¹ Richtung {Axialrichtung) relativ zu den Abmessungen der zweiten Kontaktflache in y-y¹ Richtung (Radialrichtung) sollten bei den rechten Winkeln zwischen beiden innerhalb gewisser Toleranzen sein.

Der Vorsprung 8c und das Loch 1Oa in der Linsenfassung 10 sollten nach dem Zusammenbau so in Eingriff miteinander stehen, daß kein Spiel oder Zwischenraum zwischen ihnen in Axialrichtung auftritt.

Fig. 3 zeigt den Objektivtubus 1 und die Linsenfassung 10 ohne irgend einen Abstand oder Zwischenraum zwischen beiden zusammengebaut. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Linsenfassung 10 gegen Kippung relativ au der optischen Achse aufgrund der Genauigkeit, mit der die y-y¹ Achse des Stiftelementes 8 bei der dritten Kontaktfläche auf der x-x Achse senkrecht steht, und durch die Genauigkeit der Abmessungen des in Eingriff stehenden Teils der dritten Kontaktfläche 8c mit den Seitenwänden 10a in Axialrichtung stabilisiert.

Das Ausführungsbeispiel, bei dem kein Zwischenraum

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zwischen der Linsenfassung 10 und dem Objektivtubus 1 auftritt, zeigt zwischen der Linsenhalterung 10 und dem Objektivtubus 1, einigen Widerstand gegen eine Gleitverschiebung sofern die Teile relativ eng beisammen sind. In dem Fall einer Ausführungsform, die als Steilverbindungselement ein in der vorstehend beschriebenen Form aufgebautes Stiftelement verwendet, wird die Stabilität des Eingriffs des Stiftelementes in x-x¹ Richtung (Axialrichtung) durch die erste und zweite Kontaktfläche 8a und 8b des Stiftelementes erreicht. Eine weitere Stabilisierung der Linsenhalterung 10, die in den inneren Durchmesser des Objektivtubus 1 eingepaßt ist, wird durch die dritte Kontaktfläche in y-y¹ Richtung senkrecht zu der x-x¹ Richtung so erreicht, daß eine glatte Gleitbewegung der Linsenfassung erreicht wird.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein geringer Abstand zwischen dem Objektivtubus 1 und der Linsenfassung 10 ist. Durch diesen Abstand wird der Einbau der Linsenfassung 10 in das Innere des Objektivtubus 1 erleichtert. Ein weiterer Vorteil rührt von der Tatsache her, daß es möglich ist, eine Antireflexbeschichtung und/oder eine lichtabschirmende Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Objektivtubus 1 und auf der äußeren Oberfläche der Linsenfassung K) aufzubringen. Jedoch treten Probleme dadurch auf, daß die Linsenfassung dazu neigt, eine exzentrische Lage relativ zu der optischen Achse Ö-O■ einzunehmen. Bei der vorliegenden Ausführung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß die Dicke 1 der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Kontaktfläche 8a und 8b auf ein bestimmten vorgegebenen Bereich beschränkt wird. Sollen, wie in Fig. 4 gezeigt, der Objektivtubus 1 und die Linsenfassung 10 durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sein, so wird durch Einstellen der Dicke der ersten und zweiten Kontaktfläche 8a und 8b

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des Stellverbindungsmechanismuses 8 auf einen Wert 1 sichergestellt, daß die Achse der Linsenfassung 10 mit der optischen Achse des Objektivtubus 1 zusammenfällt. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, zwei oder drei Stellverbindungsteile 8 zu verwenden, die untereinander einen Winkelabstand von 180° oder 120° haben. Ein weiterer Vorteil der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform beruht darauf, daß Schwierigkeiten,die sonst aufgrund der Reibung zwischen der Linsenfassung und dem Objektivtubus auftreten, wie zum Beispiel ein Reibungsgeräusch oder ein erhöhter Reibungswiderstand, die eine handliche und leichte Nutzung des Linsensystems verhindern, nicht auftreten. Auch wird durch eine Temperaturerhöhung die Leichtigkeit der relativen Verschiebung zwischen den Teilen durch thermische Ausdehnung nicht verringert.

Fig. 5 erläutert die Funktion der mechanischen Fassung des entsprechend diesen Ausführungen aufgebauten Varioobjektives. In Fig. 5 ist eine Brennweiteneinstellung gezeigt, beider die optischen Linsensysteme I und III von der in Fig. 1 gezeigten Stelle durch Verschiebung des Betätigungselementes 6 entlang der optischen Achse 0-0' verschoben sind. Pa sowohl die Einstellung der Brennweite als auch das Scharfstellen des Objektivs durch das eine Betätigungselement 6 erfolgen, bewirkt eine axiale Verschiebung des Betätigungselements 6 eine axiale Verschiebung der Zwischenhülse 4 entsprechend der Bewegung des Stiftelementes 8, wobei der Arm 8b elastisch gegen die Seitenwände des Längsschlitzes la gepreßt wird. Deshalb wird die Linsenfassung 10 ohne jegliches Wackeln in in Radialrichtung oder in einer Richtung konzentrisch zu der optischen Achse bewegt.

Da auch die erste und die dritte Linse I und III axial entsprechend der Vorwärtsbewegung des Betätigungs-

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elements 6 bewegt werden, wird die Brennweite des gesamten optischen Systems zum Erzielen eines Zoomeffektes geändert. Um das Objektiv zu fokussiern, dreht die Bedienungsperson das Betätigungselement 6 um die optische Achse. Hierdurch wird die erste Linse relativ zu den anderen Linsen bewegt, da die Zwischenhülse 4 in ihrer Stellung bleibt.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, soll erfindungsgemäß eine mechanische Fassung für ein optisches Linsensystem geschaffen werden, wobei die Linsenfassung 10 in den inneren Durchmesser des Objektivtubus 1 eingepaßt und so angeordnet ist, daß sie längs der optischen Achse durch die Bedienung eines Betätigungselementes 6 verschoben wird, wobei ein Stellverbindungsmechanismus zwischen beiden eine Zwischenhülse 4, die fest an dem Betätigungselement 6 angebracht ist und ein Stiftelement bzw. ein Stellverbindungselement 8 umfaßt, das mit der Zwischenhülse 4 verbunden ist, sich durch Schlitze 4a und la erstreckt die in den Wandungen der Zwischenhülse und des Objektivtubus· ausgebildet sind, um die Linsenfassung 10 in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse zu halten.

Das Stiftelement 8 weist Kontaktflächen 8a und 8b auf, die in Eingriff mit einem Schlitzteil 4a der Zwischenhülse und mit einem Schlitzteil oder Führungsschlitz la des Objektivtubus 1 stehen. Die Gabelarme 8bl und 8b2 stehen in einem elastischen Eingriff mit den Seitenwänden des Führungsschlitzes la des Objektivtubus 1, so daß eine elastische Kraft auftritt, durch die ein ausreichend fester Gleiteingriff entwickelt wird, der verhindert, daß die Linsenfassung gekippt wird. Der beschriebene Stellverbindungsmechanismus kann mittels eines Formverfahrens aus Kunststoffmaterial herge-

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stellt werden. Die Abmessungsgenauigkeit jeder der Kontaktflächen kann erhöht und die Handhabungsschwierigkeiten können wesentlich verringert werden, da das Stiftelement einfach in den Schlitz 4a der Zwischenhülse 4 mit einem mittleren Druck eingesetzt werden kann.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel umfaßt ein Stiftelement 8, das mit einem Vorsprung 8c versehen ist, der in ein Loch 10a der Linsenfassung 10 ein-

Ί0 greift. Natürlich kann diese Anordnung auch umgekehrt werden. In diesem Fall kann die Linsenfassung mit einer Vielzahl von sich nach außen erstreckenden Vorsprüngen versehen werden, die radial mit den entsprechenden Löchern in dem Stiftelement 8 fluchten. Da es schwierig ist, solche eine bewegliche Linsenfassung in dem inneren, eines stationären Objektivtubus anzubringen, ist es vorteilhaft, die Zahl der Vorsprünge auf 2 zu begrenzen.

Der Stellverbindungsmechanismus für eine mechanische Fassung eines Linsensystems umfaßt einen stationären Objektivtubus, eine Linsenfassung, die verschiebbar in das Innere des Objektivtubus eingepaßt .ist, und ein Betätigungselement, daß außen auf dem Objektivtubus verschiebbar ist. Die Stellverbindungsvorrichtung ist zwischen dem Betätigungselement und der Linsenfassung so angebracht, daß die beiden in axialer Richtung verschiebbar verbunden sind, Das Betätigungselement kann so betätigt werden, daß die Linsenfassung axial zu dem Objektivtubus verschoben wird, wobei eine senkrechte Stellung des optisehen Linsensystems relativ zu der gemeinsamen Achse des Gesamtsystems während der gesamten Verschiebung gewährleistet ist.

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leerseife

Claims

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE Grupe - Pellmann O Π 1 1 Π / R Dipi.-ing. R. Kinne ,5 U I IUHO Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München 21. März 1980 DE 0301 Patentansprüche

1./Stellverbindungsmechanismus für ein Linsensystem mit erfrier mechanischen Fassung, der ein Betätigungselement und ein bewegbares Element verbindet, zwischen denen sich ein feststehender Objektivtubus befindet, gekennzeichnet durch eine Zwischenhülse (4), die gegen eine Drehung relativ zu dem Betätigungselement (ß) arretiert und axial als Einheit mit dem Betätigungselement (6)

.'·' längs der optischen Achse verschiebbar ist, und durch ein Stiftelement (8), das das Betätigungselement {6) mit dem bewegbaren Element (10) verbindet, wobei das Stiftelement (8) einen Abschnitt, mit dem es an der Zwischenhülse (4) befestigt ist, einen Kontaktabschnitt (8b) zum Gleiteingriff in einen Führungsschlitz (la)in dem Objektivtubus (l)und einen Verbindungsabschnitt (8c) zur Verbindung mit einem Abschnitt (10a) des verschiebbaren Elementes (10)" aufweist.

2. Stellverbindungsmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktabschnitt (8b) eine federnde Charakteristik zur Erzeugung eines Verschiebungswiderstandes beim Gleiteingriff in den Führungsschlitz (la) des Objektivtubus (1) aufweist.

Mü/13

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Deutsche Bank (München.· Klo. 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo. 3939844 Posischeck (München) KIo. 670-43-804