DE3807753C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zoom-Verstelleinrichtung für ein
Zoom-Objektiv in einer Kamera. Unter einer Kamera ist hier ins
besondere ein Stehbild- oder eine Videokamera zu verstehen.
Nachstehend wird anhand von Fig. 5A bis 5C und Fig. 6 ein
Beispiel einer herkömmlichen Zoom-Verstellvorrichtung für
ein aus zwei Linsengliedern aufgebautes Zoom-Objektiv in Ka
meras und dgl. beschrieben. Fig. 5A und 5C sind Schnitte mit
einer Darstellung des Betriebszustandes, in dem das Zoom-
Objektiv seine Weitwinkelstellung (die der Endstellung auf
der Weitwinkelseite entspricht) bzw. die Telestellung (als
Endstellung auf der Telefotoseite) einnimmt. Fig. 5B zeigt
ein Diagramm des Bewegungsbetrages der Linsenglieder L 1 und
L 2 bei einem Zoomvorgang, und Fig. 6 zeigt in auseinander
gezogener Darstellung wesentliche Bauteile der Verstellvor
richtung gemäß Fig. 5A und 5C.
Ein erstes Linsenglied L 1 und ein zweites Linsenglied L 2
sind an einem zugehörigen ersten bzw. zweiten Linsenglied-
Halterahmen 31 bzw. 32 befestigt. Der Halterahmen 31 ist
mittels eines Schraubengewindes mit einem Rahmen 33 für
geradlinige Bewegung verschraubt und ist in einer Richtung
entlang der optischen Achse des ersten Linsenglieds L 1 da
durch bewegbar, daß er beim Fokussieren zur Veränderung
seiner Fokusstellung gegenüber dem Rahmen 33 gedreht wird.
Der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 für das zweite Linsen
glied L 2 sind in einem feststehenden Rahmen 35 beweglich an
geordnet. Der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 weisen ferner
zugehörende Mitnehmerzapfen 33a bzw. 32a auf, die einen in
den Rahmen 35 in Richtung der optischen Achse eingearbeite
ten Langschlitz 35a so durchdringen, daß sie nicht in Um
fangsrichtung geschwenkt werden können und in zugehörige
Antriebssteuernuten 36a und 36b eingreifen, die in einen
Einstellring 36 eingearbeitet sind.
Der feststehende Rahmen 35 ist an einem nicht dargestellten
Kameragehäuse befestigt.
Wenn bei einer solchen Ausbildung der Einstellring 36 in der
in Fig. 6 durch einen Pfeil a angegebenen Richtung gedreht
wird, bewegen sich der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 des
zweiten Linsengliedes L 2, deren Drehbewegungen durch den
feststehenden Rahmen 35 begrenzt werden, entlang der zugehö
rigen Steuernuten 36a und 36b in einer Richtung entsprechend
der optischen Achse aus dem in Fig. 5A dargestellten in den
in Fig. 5C dargestellten Zustand, wobei ein Zoom-Vorgang in
der Weise ausgeführt wird, daß sich das erste Linsenglied L 1
aus einer Stellung P 1 heraus entlang einer Kurve x in eine
Stellung P 1′ und das zweite Linsenglied L 2 sich aus einer
Stellung P 2 heraus entlang einer Kurve y in eine Stellung
P 2′ bewegt (s. Fig. 5B).
Bei einer herkömmlichen Zoom-Verstellvorrichtung ist es also
erforderlich, daß der Rahmen 33 für geradlinige Bewegung und
der Halterahmen 32 für das zweite Linsenglied L 2 sich wäh
rend eines Zoom-Vorganges getrennt entlang der zugehörenden
Steuerkurven 36a und 36b bewegen und der Halterahmen 31 für
das erste Linsenglied L 1 sich gegenüber dem Rahmen 33 be
wegt.
Folglich werden mit größer werdender Zahl der Linsenglieder
kompliziertere Mechanismen erforderlich.
Aus der DE 24 10 744 B2 ist eine Zoom-Vorrichtung bekannt, bei
welcher der Betrag der Bewegung einer Linse mittels eines
Detektors (14) ermittelt wird und eine andere Linse so bewegt
wird, daß der Betrag der Bewegung dem Betrag der Bewegung der
ersten Linse entspricht. Die Linsen sind also nicht so abge
stützt, daß bei einer Zoom-Bewegung der einen Linse die andere
automatisch ebenfalls mitbewegt wird.
Aus der DE 29 25 906 A1 ist eine Zoom-Verstelleinrichtung
bekannt, bei der zwei Linsen miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Zoom-
Objektiv in Kameras und dgl. eine Zoom-Verstellvorrichtung zu
schaffen, die bei einfachem Aufbau mehrere Linsenglieder zu
verstellen vermag.
Eine diese Aufgabe lösende Zoom-Verstellvorrichtung ist mit
vorteilhaften Ausgestaltungen in den Patentansprüchen ge
kennzeichnet.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ein Lin
senhalterahmen eines Zoomsystems bewegt wird, wird der Be
trag bzw. die Größe seiner Bewegung von einem Detektor er
faßt, der Betrag bzw. die Größe einer Bewegung eines Linsen
halterahmens eines Fokussiersystems wird durch einen in ei
nem Speicher gespeicherten Wert entsprechend dem erfaßten
Betrag bestimmt, und der Halterahmen der Fokussierlinse wird
um den ermittelten Betrag gegenüber dem Halterahmen der
Zoomlinse in einer Richtung entlang der optischen Achse
durch ein Steuergerät so verstellt, daß der für einen Zoom-
Vorgang erforderliche Abstand zwischen den Linsengliedern
durch Verstellen des Fokussier-Linsengliedes festgelegt
werden kann.
Es ist folglich möglich, komplizierte Linsenglieder mit ei
ner aus einer geringen Anzahl von Linsenglied-Halterahmen
bestehenden Struktur zu verstellen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1A einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs
form einer Zoom-Verstellvorrichtung gemäß der Er
findung für ein Zoom-Objektiv,
Fig. 1B ein Diagramm mit einer Darstellung von geometri
schen Orten der Bewegung von Linsengliedern der
Zoom-Verstellvorrichtung gemäß Fig. 1A,
Fig. 1C und 1D Längsschnitte durch die Zoom-Verstellvor
richtung gemäß Fig. 1A in verschiedenen Betriebs
zuständen,
Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Zoom-Ver
stellvorrichtung gemäß Fig. 1A,
Fig. 3A einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs
form einer Zoom-Verstellvorrichtung gemäß der Er
findung für ein Zoom-Objektiv,
Fig. 3B und 3C Längsschnitte durch die Zoom-Verstellvor
richtung gemäß Fig. 3A in verschiedenen Betriebs
zuständen, und
Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung der Zoom-Ver
stellvorrichtung gemäß Fig. 3A.
Gemäß Fig. 1A bis 1D und Fig. 2 ist bei der dargestellten
ersten Ausführungsform ein erstes Linsenglied L 1 an einem
ersten Linsenglied-Halterahmen 1 und ein zweites Linsenglied
L 2 an einem zweiten Linsenglied-Halterahmen 2 befestigt. Der
Halterahmen 1 ist mit dem Halterahmen 2 durch ein Schrauben
gewinde verschraubt. Der Halterahmen 2 weist einen Zapfen 2a
auf, der einen in einen feststehenden Rahmen 5 in einer der
optischen Achse entsprechenden Richtung eingearbeiteten
Langschlitz 5a durchdringt und in eine Steuernut 6a in einem
Einstellring 6 eingreift. Folglich bewegt sich der Halterah
men 2 für das zweite Linsenglied L 2 entlang der Steuernut 6a
in Richtung der optischen Achse, wenn der Einstellring 6 in
gleicher Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung gedreht
wird. Der Unterschied besteht darin, daß der Halterahmen 1
für das erste Linsenglied L 1 kein unabhängiger Linsenhalter
ist, sondern über ein Schraubengewinde mit dem Halterahmen 2
des zweiten Linsengliedes L 2 verschraubt ist. Folglich sind
Bauteile, die dem Rahmen 33 für geradlinige Bewegung, den
Mitnehmerzapfen 33a und der Steuernut 36a entsprechen, weg
gelassen, so daß ein einfacherer Aufbau erzielbar ist. Wird
der Einstellring 6 entsprechend einem in Fig. 2 angegebenen
Pfeil a gedreht, bewegt sich das erste Linsenglied L 1 ge
meinsam mit dem zweiten Linsenglied L 2 in der Richtung der
optischen Achse aus dem in Fig. 1A dargestellten in den in
Fig. 1C dargestellten Zustand, derart, daß die beiden Lin
senglieder L 1 und L 2 sich entsprechend zugehörigen Linien x′
und y aus den Stellungen P 1 und P 2 in Stellungen P 1′′ und P 2′
bewegen (s. Fig. 1B).
In diesem Zustand verändert sich die Fokusstellung, und die
Brennweite verändert sich nicht. Deshalb wird zuvor in einer
Speichereinheit 9 die entsprechend einem Betrag des Zoomvor
gangs einzustellende Differenz zwischen den Bewegungen des
ersten und des zweiten Linsengliedes L 1 und L 2 gespeichert,
also die Differenz zwischen einer gestrichelten Linie x und
der durchgezogenen Linie y (s. Fig. 1B). Mit dem Einstell
ring 6 ist ein Zoombetrag-Detektor 7, z.B. ein Stellungsge
ber, in der Weise verbunden, daß man einen Zoombetrag ent
sprechend der Bewegung des Halterahmens 2 des zweiten Lin
sengliedes L 2 erhält. Dieser Zoombetrag wird einem Steuer
gerät 8 zugeführt, der den dem Zoombetrag entsprechenden
Betrag einer Bewegung des Halterahmens 1 des ersten Linsen
gliedes L 1 ausliest, um welchen der Halterahmen 1 in der
Richtung der optischen Achse verstellt wird. Dadurch bewegt
sich das erste Linsenglied L 1 bei einer Drehung des Ein
stellrings 6 in der mit dem Pfeil a angegebenen Richtung
entlang der gestrichelten Linie x (s. Fig. 1B) und erreicht
am Ende des Zoom-Vorganges die Stellung P 1′. Dieser Zustand
ist in Fig. 1D dargestellt. Es ist somit möglich, die Brenn
weite zu verändern, ohne die Fokusstellung zu ändern. Die
Bewegung des Halterahmens 1 ist nichts anderes als eine Fo
kussierung; es kann somit möglich sein, eine Fokussierung
und eine Korrektur zum Zoomen gleichzeitig auszuführen.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3A bis 3C und
Fig. 4 ist eine Zoom-Verstellvorrichtung auf ein Zoom-Objek
tiv angewandt, welches vier Linsenglieder L 1 bis L 4 auf
weist. Zum Ändern einer Brennweite des Zoom-Objektivs bewegt
sich jedes der Linsenglieder L 1 bis L 4 unabhängig. Eine Än
derung einer Fokusstellung des Zoom-Objektivs wird erreicht,
indem zum Fokussieren das erste Linsenglied L 1 verstellt
wird.
Die vier Linsenglieder L 1 bis L 4 sind an vier zugehörenden
Halterahmen 11 bis 14 befestigt. Der Halterahmen 11 für das
erste Linsenglied L 1 ist mit dem Halterahmen 13, der als
langer Tubus ausgebildet ist, mit einem Schraubengewinde
verschraubt. Der Halterahmen 1 ist zum Fokussieren gegenüber
dem Halterahmen 13 über ein Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 17
durch eine Drehbewegung eines Fokussiermotors 18 drehbar und
bewegt sich in Richtung der optischen Achse. Die vom Fokus
siermotor 18 erzeugte Drehbewegung wird von einem Fokussier-
Fotounterbrecher 19 erfaßt, der einen Ausgang an ein Steuer
gerät 23 abgibt.
Folglich wird ein Drehwinkel des Fokussiermotors 18, also
der Betrag einer Bewegung des Halterahmens 11 des ersten
Linsengliedes L 1, vom Steuergerät 23 erfaßt.
Die Halterahmen 12 und 14 des zweiten und des vierten Lin
sengliedes L 2 bzw. L 4 sind in den Halterahmen 13 des dritten
Linsengliedes L 3 so eingebaut, daß sie gegenüber dem Halterah
men 13 in Richtung der optischen Achse verschiebbar sind.
Der Halterahmen 13 ist in einen feststehenden Rahmen 15, der
an einem nicht dargestellten Kameragehäuse befestigt ist, in
Richtung der optischen Achse verschiebbar angeordnet. Die
Halterahmen 12, 13 und 14 des zweiten, dritten und vierten
Linsengliedes L 2, L 3 bzw. L 4 tragen je einen Mitnehmerzapfen
12a, 13a bzw. 14a, welche einen in den Rahmen 15 in der der
optischen Achse entsprechenden Richtung eingearbeiteten
Langschlitz 15a für geradlinige Bewegung durchdringen und in
zugehörende Steuernuten 16a, 16b und 16c in einem Einstell
ring 16 eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 12a und 14a durch
dringen zugehörende Nuten 13b und 13c in Form von Aussparun
gen im Halterahmen 13, derart, daß eine Bewegung des Halte
rahmens 13 nicht verhindert wird.
Der Einstellring 16 ist zum Zoomen über ein Zahnrad-Unter
setzungsgetriebe 20 mit einem Zoommotor 21 so verbunden, daß
er drehantreibbar ist.
Der Zoommotor 21 erzeugt eine Drehbewegung, die in gleicher
Weise wie beim Fokussiermotor 18 von einem Fotounterbrecher
22 erfaßt wird. Dieser gibt einen Ausgang an das Steuergerät
23 ab, wodurch der Drehwinkel erfaßt wird.
Außerdem sind mit dem Steuergerät 23 betriebsmäßig verbunden
eine Speichereinheit 24, in der vorab der theoretische Wert
einer Differenz zwischen den Bewegungen der Halterahmen 11
und 13 entsprechend einer Brennweite des Zoom-Objektivs ge
speichert wird, und ein Entfernungsmesser 25, der die Ent
fernung zu einem Aufnahmeobjekt erfaßt.
Die Arbeitsweise ist folgende: Wenn ein nicht dargestellter
Zoom-Schalter zum ersten Mal betätigt wird, wird der Zoom
motor 21 eingeschaltet und dreht den Einstellring 16. Weil
die Schwenkbewegung der Mitnehmerzapfen 12a, 13a und 14a
durch den Langschlitz 15a begrenzt wird, bewegen sich die
Halterahmen 12, 13 und 14 entlang der zugehörenden Steuer
nuten 16a, 16b und 16c in Richtung der optischen Achse. Zu
diesem Zeitpunkt bewegt sich der Halterahmen 11 des ersten
Linsengliedes L 1 zusammen mit dem Halterahmen 13 des dritten
Linsengliedes L 3 in Richtung der optischen Achse.
Das Steuergerät 23 erfaßt mittels des Fotounterbrechers 22
einen Zoombetrag. Das Steuergerät 23 liest den Zoombetrag,
also einen der Brennweite entsprechenden theoretischen Wert
einer Differenz zwischen den Bewegungen der Halterahmen 11
und 13, aus der Speichereinheit 24 aus und addiert ihn zu
einem Bewegungsbetrag für ein Fokussierglied, d.h. für den
Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1, der einer Infor
mation über die Entfernung zu einem Aufnahmeobjekt ent
spricht, welche vom Entfernungsmesser 25 abgeleitet wird.
Danach wird der Fokussiermotor 18 so gedreht, daß er den
Halterahmen 11 um einen im Steuergerät 23 berechneten Betrag
verstellt. Auf diese Weise werden Zoom- und Fokussiervorgän
ge gleichzeitig ausgeführt. Nach Beendigung der fotografi
schen Aufnahme wird der Halterahmen 11 des ersten Linsen
gliedes L 1 vom Fokussiermotor 18 wieder in die Unendlich-
Stellung bewegt.
Der theoretische Wert einer Differenz zwischen Bewegungen
der Halterahmen 11 und 13 des ersten bzw. dritten Linsen
gliedes L 1 und L 3, der zuvor im Speicher 24 gespeichert
wird, kann für jede erforderliche Brennweite vorbereitet
werden. Wenn wegen begrenzter Kapazität des Speichers 24 die
Datenanzahl bzw. -menge beschränkt ist, können die theoreti
schen Werte durch Interpolieren zwischen vorbereiteten Daten
gewonnen und somit ihre Genauigkeit erhöht werden.
Beispielsweise sind im Speicher 24 Bewegungsbeträge b 1 und
b 2 für den Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1 ge
speichert, die zugehörigen Brennweiten f 1 und f 2 entspre
chen. Wenn sich nun aufgrund einer Entfernungsmessung für
den Halterahmen 11 ein Bewegungsbetrag bs ergibt, läßt sich
der Betrag bzw. die Größe der endgültigen Bewegung b des
Halterahmens 11, die einer Brennweite fo entspricht, bei
welcher die Beziehung f 1≦fo≦f 2 erfüllt ist, folgender
maßen darstellen:
b = bs + b 1 + (b 2-b 1) (f 1-fo)/(f 1-f 2)
Ferner, wenn der einer Brennweite entsprechende Betrag einer
Bewegung durch eine Näherungsgleichung dargestellt wird,
reicht es aus, wenn nur Koeffizienten der Gleichung gespei
chert werden.
Wenn beispielsweise die Näherungsgleichung
b = bs + Afo² + Bfo + C
lautet, kann es genügen, nur die Konstanten A, B und C zu
speichern.
Wenngleich bei der zweiten Ausführungsform der Halterahmen
11 des ersten Linsengliedes L 1 durch Drehen des Einstell
ringes 16 zusammen mit dem Halterahmen 13 des dritten Lin
sengliedes L 3 bewegt wird, kann er zusammen mit dem Halte
rahmen 12 bzw. 14 des zweiten bzw. vierten Linsengliedes
verstellt werden. Alternativ kann das Fokussier-Linsenglied
von anderen Linsengliedern gebildet sein. Dies ist außerdem
auf Zoom-Objektive mit zwei oder drei Linsengliedern anwend
bar. Beim gezeigten Beispiel wird der Zoom-Vorgang mit dem
elektrischen Antrieb durchgeführt; eine manuelle Ausführung
ist möglich.
Wenngleich beim beschriebenen Beispiel der Zoombetrag und
der Bewegungsbetrag der Fokussierlinse mit einem Fotounter
brecher erfaßt werden, leuchtet es ein, daß der Zoombetrag
und die Bewegung des Halterahmens des ersten Linsengliedes
L 1 relativ zum zweiten Linsenglied L 2 dadurch erfaßt werden
kann, daß der Drehwinkel des Einstellrings oder die Bewegung
des Halterahmens des ersten Linsengliedes L 1 aus einer Be
zugsstellung heraus statt mit einem Fotounterbrecher mit
einem Stellungsgeber ermittelt wird.
Claims (5)
1. Zoom-Verstellvorrichtung für ein Zoom-Objektiv in einer
Kamera mit
- - zumindest einem ersten Halterahmen (2; 12), der zumindest eine Zoomlinse (L₂; L₃) abstützt und der zum Verändern der Brennweite des Objektivs in Richtung von dessen optischer Achse bewegbar ist,
- - einem zweiten Halterahmen (1; 11), der zumindest eine Fokus sierlinse (L₁) abstützt und der sich zusammen mit dem ersten Halterahmen bei einer Zoomeinstellung bewegt,
- - wobei eine (L₂; L₃) der Linsen (L₁, L₂; L₁; L₃) im ersten Halterahmen (2; 13) fest und die andere beweglich gelagert ist,
- - einem Detektor (7; 22) zum Ermitteln der Bewegung des ersten Halterahmens (2; 13) aus einer Bezugsstellung heraus,
- - einem Speicher (9; 24) zum Speichern und Abgeben eines Korrekturwertes entsprechend der Differenz zwischen einer Stellung des zweiten Halterahmens (1; 11) und einer Stellung des ersten Halterahmens (2; 13), und
- - einem Steuergerät (8; 18, 23) einschließlich eines Stell motors (18) zum Verstellen des zweiten Halterahmens (1; 11) gegenüber dem ersten Halterahmen (2; 13) entsprechend dem vom Speicher (9; 24) abgegebenen Korrekturwert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (7;
22) einen Stellungsgeber umfaßt, der eine Drehbewegung eines
Zoom-Einstellrings (16), welcher den ersten Halterahmen (2) für
die Linse des Zoomsystems verstellt, aus der Bezugsstellung
heraus erfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zoom-Ein
stellring (16) eine Antriebssteuernut (16a, 16b, 16c) aufweist
zum Verstellen des ersten Halterahmens (2) für die Linse des
Zoomsystems in einer Richtung entsprechend der optischen Achse
und zum Zoomen durch einen Motor (21) antreibbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät
den zweiten Halterahmen (1; 11) für die Linse des Fokussier
systems gegenüber dem ersten Halterahmen (2) in einer Richtung
entsprechend der optischen Achse in der Weise verstellt, daß es
eine zusätzliche Bewegung des zweiten Halterahmens (1; 11)
gegenüber dem ersten Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse
des Zoomsystems bewirkt, die der Beziehung zwischen einem Aus
gang eines Entfernungsmessers (25) und einem Ausgang des
Speichers (24) entspricht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite
Halterahmen (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems beim Fokus
sieren mittels eines Motors (18) drehantreibbar ist, die Winkel
verstellung des Motors (18) von einem Fotounterbrecher (19)
erfaßt wird und ein vom Detektor (19) erfaßter Ausgang an das
Steuergerät (23) abgegeben wird.
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