DE3816482A1 - Anordnung zur linsenbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Linsenbewegung, in der eine Variatorlinse und eine Kompensatorlinse zur Erzie­ lung einer Brennweitenänderung (Zoomwirkung) in einer bestimmten gegenseitigen Relation in Richtung der optischen Achse bewegt werden. Die Erfindung bezieht sich insbesonde­ re auf eine Anordnung zur Linsenbewegung mit einem Vario­ objektiv geringer Größe, die und sich zur Verwendung in einer Videokamera eignet.

Bekannte Varioobjektive für Videokameras besitzen normaler­ weise eine Variatorlinse und eine Kompensatorlinse, die beide zwischen einer Fokussierungslinse und einer Haupt­ linse angeordnet sind. Die Variatorlinse und die Kompen­ satorlinse werden individuell in einer bestimmten gegen­ seitigen Relation in Richtung der optischen Achse bewegt, wodurch die Brennweitenänderung zustande kommt. Bei derar­ tigen bekannten Anordnungen erfolgen die individuellen Bewegungen der Variatorlinse und der Kompensatorlinse zur Brennweitenänderung durch einen in einem zylindrischen Linsenhalter angeordneten Schraubentrieb.

Dieser Schraubentrieb hat bei der beschriebenen bekannten Anordnung notwendigerweise etwa den gleichen Durchmesser wie die Fokussierungslinse, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß das Varioobjektiv wegen des Schraubentriebs insgesamt vergleichsweise groß ist, während die Variatorlinse und die Kompensatorlinse jeweils relativ klein sind. Falls das Varioobjektivsystem von einem Motor angetrieben werden soll, muß dieser außerhalb des Objektivsystems angeordnet werden, so daß das Gesamtsystem sehr sperrig wird.

Eine verbesserte Anordnung, bei der diese Nachteile vermie­ den sind, ist beispielsweise in US-PS 48 53 827 beschrie­ ben. Bei ihr ist eine Antriebsplatte in Sektorfrom in einer zur optischen Achse des optischen Systems parallelen Ebene schwenkbar montiert. Eine Kompensatorlinse und eine Varia­ torlinse werden individuell mit Hilfe zweier auf der Antriebsplatte angeordneter Nockenbahnen in Richtung der optischen Achse bewegt. Um den Bewegungshub der Variator­ linse zu vergrößern, muß die Antriebsplatte vergrößert werden, was hinwiederum eine Verringerung der Gesamtgröße der Anordnung verhindert. Da beide Nockenbahnen außerdem auf der gemeinsamen Antriebsplatte angeordnet sind, müssen even­ tuelle gegenseitige Störungen der beiden Nockenbahnen verhindert werden. Es ist also ein Nachteil dieser bekannten Anordnung, daß der Freiheitsgrad beim Entwurf beeinträchtigt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es sehr schwierig ist, eine Konstruktion zu verwirklichen, die eine Bewegung ausschließlich der Kompensatorlinse ermöglicht, während die Variatorlinse festgehalten wird, wie es für Makroaufnahmen erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Linsenbewegung zu schaffen, bei der das Varioobjektiv kompakt ausgebildet werden kann und die Variatorlinse und die Kompensatorlinse zur Anfertigung von Makroaufnahmen sich in gewünschter Weise unabhängig voneinander individuell bewegen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe dient eine Anordnung zur Linsen­ bewegung, die gekennzeichnet ist durch eine auf einem Rahmen montierte Antriebsscheibe, die in einer parallel zur optischen Achse verlaufenden Ebene drehbar ist,

eine Nockenbahn und einen Mitnehmerstift, die an einer obenliegenden Fläche der Antriebsscheibe angeordnet sind,

einen ersten Linsenhalter, der an dem Rahmen in Rich­ tung der optischen Achse bewegbar gelagert ist und an dem ein Nockenstift für den Eingriff mit der an der Antriebs­ scheibe ausgebildeten Nockenbahn vorgesehen ist,

und einen zweiten Linsenhalter, der an dem Rahmen in Richtung der optischen Achse bewegbar gelagert ist und an dem eine Führung für den Eingriff des an der Antriebsscheibe angebrachten Mitnehmerstift ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Linsenbewegung ist nur die Nockenbahn zum Bewegen des ersten Linsenhalters auf der Scheibe angeordnet, so daß diese Nockenbahn und eine weitere für den Antrieb des zweiten Linsenhalters vorgese­ hene Nockenbahn, d.h. die Führung an dem zweiten Linsenhal­ ter, einander nicht störend beeinflussen. Dementsprechend können zwei auf dem ersten bzw. dem zweiten Linsenhalter angeordnete Linsen unabhängig voneinander die gewünschten Bewegungen ausführen. Außerdem kann der erste Linsenhalter, auf dem sich die Kompensatorlinse befindet, bewegt werden, ohne daß auch der zweite Linsenhalter, der die Variatorlinse trägt, bewegt wird, so daß Makroaufnahmen im Nahbereich möglich sind. Ferner kann das für den Antrieb der Scheibe erforderliche Drehmoment verringert werden, was eine Minia­ turisierung der Antriebsmittel ermöglicht.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht des Vario­ mechanismus eines optischen Systems einer Video­ kamera und veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt des optischen Gesamt­ systems,

Fig. 3 zeigt eine teilweise weggebrochene Unteransicht des Antriebssystems des Variomechanismus von Fig. 2,

Fig. 4 zeigt eine Frontansicht des optischen Systems,

Fig. 5 zeigt eine Rückansicht des optischen Systems,

Fig. 6 zeigt eine Aufsicht des optischen Systems in Weit­ winkelstellung,

Fig. 7 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des optischen Systems von Fig. 5,

Fig. 8 zeigt eine Aufsicht des optischen Systems in Tele­ stellung,

Fig. 9 zeigt ein geschnittene Seitenansicht des optischen Systems von Fig. 8,

Fig. 10 zeigt eine Aufsicht des optischen Systems in Makro­ stellung,

Fig. 11 zeigt eine geschnittene Seitenansicht des optischen Systems von Fig. 10.

Zunächst sei auf Fig. 2 und 3 bezug genommen, in denen das optische System einer Videokamera dargestellt ist. An dem vorderseitigen Ende des dargestellten optischen System befindet sich eine von einem Halterungsteil 11 getragene Fokussierungslinse 10. Das Halterungsteil 11 ist mit Hilfe zweier Führungsstangen 12 und 13 an einem Rahmen 14 gela­ gert. An der Führungsstange 12 ist ein Außengewindeteil 15 ausgebildet, das mit einer an einer Buchse 16 ausgebildeten Gewindebohrung in Eingriff steht. Auf die äußere Umfangs­ fläche der Buchse 16 ist eine Riemenscheibe 17 aufgepreßt, die mit einem (nicht dargestellten) Fokussierungsmotor über einen (nicht dargestellten) Riemen gekuppelt ist, so daß sie von dem Motor angetrieben werden kann. Der Motor ist in der Nähe der Riemenscheibe 17 an dem Rahmen 14 angebracht.

Hinter der Fokussierungslinse 10 befinden sich auf dem Rahmen 14 eine Variatorlinse 20 und eine Kompensatorlinse 21, die von Halterungsteilen 22 bezw. 23 getragen sind. Diese Halterungsteile 22 und 23 sind in drei Führungsstangen 24, 25 und 26 (Fig. 1) gelagert. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Halterungsteil, an dem die Variatorlinse 20 montiert ist, an den Führungsstangen 24 und 26 gelagert, während das Halterungsteil 23, an dem die Kompensatorlinse 21 gelagert ist, an den Führungsstangen 25 und 26 gelagert ist.

Der Mechanismus zum Bewegen der Halterungsteile 22 und 23, an denen die Linsen 20 und 21 montiert sind, sei im folgen­ den anhand von Fig. 1 bis 3 näher beschrieben. Er umfaßt eine an dem Rahmen 14 drehbar gelagerte Antriebsscheibe 30, in der ein Stift 31 eingesetzt ist, der mit einer Nockennut 32 in Eingriff kommen kann, die an der Unterseite des die Variatorlinse 20 tragenden Halterungsteils 22 ausgebildet ist. Das obere Ende der Nockennut 32 geht in eine gekrümmte Führungsfläche 33 über. An der Unterseite des Halterungs­ teils 23 an dem die Kompensatorlinse 21 montiert ist, ist ein Nockenstift 34 angeordnet, der normalerweise mit einer an der Scheibe 30 ausgebildet Nockenbahn 35 im Eingriff steht.

In einem seitlichen Bereich des Rahmens 14 ist ein Motor 36 montiert. Auf seiner Ausgangswelle ist eine Riemenscheibe 37 angebracht, die über einen Riemen 39 mit einer Riemenscheibe 38 gekuppelt ist. Auf der Riemenscheibe 38 ist eine Schnecke 40 montiert, die mit einem Schneckenrad 41 in Eingriff gehalten wird. Auf dem Schneckenrad 41 ist ein Antriebszahn­ rad 42 montiert, das mit einer am Außenumfang der Scheibe 30 ausgebildeten Verzahnung kämmt.

Hinter der Kompensatorlinse 21 ist eine (nicht dargestellte) Iriseinheit 45 angeordnet. Hinter ihr ist auf dem Rahmen 14 ein zylindrischer Linsenhalter 46 montiert, in dem sich eine aus mehreren Linsen bestehende Hauptlinsengruppe 47 befin­ det. An dem rückseitigen Ende des zylindrischen Linsenhal­ ters ist ein Rahmen 48 befestigt, auf dem ein CCD-Bildgeber 49 montiert ist (s.a. Fig. 5).

Im folgenden sei die Funktion bei der Brennweitenverstellung der vorangehend beschriebenen Anordnung zur Linsenbewegung näher erläutert. Zur Weitwinkeleinstellung dreht der Motor die Scheibe 30 über die Riemenscheibe 37, den Riemen 39, die Riemenscheibe 38, die Schnecke 40, das Schneckenrad 41, das Antriebszahnrad 42 und das Zahnrad 43 im Gegenuhrzeigersinn (bezogen auf die Darstellung in Fig. 6). Dadurch wird das Halterungsteil 22 über seine Nockennut 32 von dem auf der Scheibe 30 angebrachten Stift 31 so angetrieben, daß die Variatorlinse 20 in Richtung auf die Fokussierungslinse bewegt wird. Gleichzeitig wird die Kompensatorlinse 21 von der Nockenbahn 35 der Scheibe 30 über den Nockenstift 34 des Halterungsteil 23 in Richtung auf den CCD-Bildgeber 49 bewegt. Zur Erzielung einer Weitwinkeleinstellung werden also die Variatorlinse 20 und die Kompensatorlinse 21 voneinander wegbewegt.

Für die Teleeinstellung, das heißt zur Verkleinerung des Bildwinkels, wird die Antriebsscheibe 30 im Uhrzeigersinn (bezogen auf die Darstellung in Fig. 8) gedreht, so daß das Halterungsteil 22 von dem auf der Scheibe 30 angebrachten Stift 31 nach rückwärts bewegt wird, wodurch die Variator­ linse 20 in die in Fig. 8 und 9 gezeigte Position direkt vor der Kompensatorlinse 21 zurückgeführt wird. Das heißt: sowohl die Variatorlinse 20 als auch die Kompensatorlinse 21 werden von der Fokussierungslinse 10 wegbewegt.

Anhand von Fig. 10 und 11 sei im folgenden eine Makro­ einstellung für Nahaufnahmen beschrieben. Im vorliegenden Beispiel wird die Scheibe 30 über die extreme Weitwinkel­ stellung hinaus weiter im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Dadurch wird der auf der Scheibe 30 angebrachte Stift 31 aus der Nockennut 32 des Halterungsteils 32 herausgeführt und mit der an die Nockennut 32 angrenzenden gekrümmten Füh­ rungsfläche 33 in Eingriff gebracht. Die Variatorlinse 20 wird daraufhin nicht in Richtung der optischen Achse bewegt, weil die gekrümmte Führungsfläche 33 hier ein Profil besitzt, das mit dem geometrischen Ort der Schwenkbewegung des Stifts 31 übereinstimmt. Während die Variatorlinse 20 stehenbleibt, wird das Halterungsteil 23, an dem die Kompen­ satorlinse 21 montiert ist, durch einen Endabschnitt der auf der Antriebsscheibe 30 ausgebildeten Nockenbahn 35 um eine kleine Wegstrecke in Richtung auf die Fokussierungslinse 10 vorbewegt. Auf diese Weise wird nur die Kompensatorlinse 21 bewegt, während die Variatorlinse stationär bleibt und dadurch eine Makroeinstellung des optischen Systems für Nahaufnahmen ermöglicht.

Es ist mit der vorangehend beschriebenen Linsenbewegungs­ anordung möglich, die Kompensatorlinse 21 direkt durch die auf der Scheibe 30 vorgesehene Nockenbahn 35 und die Varia­ torlinse 20 durch das Eingreifen des auf der Scheibe 30 angeordneten Stifts 31 in die Nockennut 32 des Halterungs­ teils 42 in Richtung der optischen Achse zu bewegen. Die Halterungsteile 22 und 23 für die beiden Linsen 20 bzw. 21 werden und 26 bei ihrer Bewegung in Richtung der optischen Achse von den drei Führungsstangen 24, 25 geführt. Deshalb benötigt das Varioobjektiv keinen zylindrischen Linsenhal­ ter, und es ist möglich, eine Antriebseinrichtung, zum Beispiel den Scheibenantriebsmotor 36 an einer Stelle unterzubringen, die durch den Wegfall eines zylindrischen Linsenhalters gewonnen wird. Als Ergebnis erreicht man eine Miniaturisierung des optischen Systems der Videokamera, insbesondere ihres Varioobjektivs.

Das Halterungsteil 11 für die Fokussierungslinse 10 wird von den beiden Führungsstangen 12 und 13 geführt. Die Bewegung der Fokussierungslinse 10 in Richtung der optischen Achse zur Fokussierung des optischen Systems erfolgt durch das Gewinde 15 der Führungsstange 12. Da der Antriebsmechanismus für die Fokussierungslinse 10 ebenfalls in dem überschüssi­ gen Raum um den Außenumfang des Varioobjektivs angeordnet ist, ragt kein Bauteil des Antriebsmechanismus weiter nach außen als es dem Umkreis der Fokussierungslinse 10 ent­ spricht. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind in dem optischen System der obere und der untere Endbereich der Fokussie­ rungslinse 10 abgeschnitten, wodurch sich ihre vertikale Abmessung verringert. Da die Befestigung der Fokussierungs­ linse 10 nicht durch eine Ringmutter sondern durch in vier Ecken des Halterungsteils 11 angebrachte Befestigungsschrau­ ben 52 erfolgt (Fig. 4), kann die Fokussierungslinse 10 eine vergleichsweise große Öffnung, das heißt eine hinreichende Öffnungsfläche haben. Durch Kombination der Strukturen ist es möglich, alle Mechanismen einschließlich einer elektri­ schen Antriebsvorrichtung innerhalb des Bereichs des Umkrei­ ses der Fokussierungslinse 10 unterzubringen, die in der oben beschriebenen Weise im oberen und unteren Bereich beschnitten ist, so daß dementsprechend die Gesamtanordnung sehr kompakt gestaltet werden kann.

Es sei noch einmal wiederholt, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Variatorlinse 20 bewegt wird, wenn das Halterungsteil 22 in seiner Nockennut 32 durch den auf der Scheibe 30 angeordneten Stift 31 weggedrückt wird. Deshalb wirkt auf die Scheibe 30 selbst dann keine große Belastung ein, wenn sie in eine Position gedreht wird, in der eine durch den Stift 31 gehende radiale Linie parallel zur optischen Achse verläuft. Falls die Variatorlinse von einer auf der Scheibe vorgesehenen Nockenbahn bewegt würde, würde auf diese Nockenbahn ein von der Winkelposition der Scheibe abhängiger hoher Seitendruck wirken, der Fehler verursacht, weil ein sehr hohes Antriebsmoment für die Scheibe benötigt wird. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird ein solcher Fehler hingegen ausgeschaltet, und es ist möglich, die Scheibe 10 mit geringem Drehmoment zu drehen und dadurch die beiden Linsen 20 und 21 weich in Richtung der optischen Achse zu bewegen, um eine Brennweitenverstellung herbeizu­ führen.

Claims (5)

1. Anordnung zur Linsenbewegung, gekennzeichnet durch
eine auf einem Rahmen (14) montierte Antriebsscheibe (30), die in einer parallel zur optischen Achse verlaufenden Ebene drehbar ist,
eine Nockenbahn (35) und einen Mitnehmerstift (31), die an einer obenliegenden Fläche der Antriebsscheibe (30) angeordnet sind,
einen ersten Linsenhalter (23), der an dem Rahmen (14) in Richtung der optischen Achse bewegbar gelagert ist und an dem ein Nockenstift (34) für den Eingriff mit der an der Antriebsscheibe (30) ausgebildeten Nockenbahn (35) vorgese­ hen ist,
und einen zweiten Linsenhalter (22), der an dem Rahmen in Richtung der optischen Achse bewegbar gelagert ist und an dem eine Führung (32) für den Eingriff des an der Antriebs­ scheibe (30) angebrachten Mitnehmerstift (31) ausgebildet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Linsenhalter eine Kompensatorlinse (21) und der zweite Linsenhalter eine Variatorlinse (20) trägt und daß die Antriebsscheibe mit einem Motor gekuppelt ist, durch den sie zur Brennweitenverstellung antreibbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Antriebsscheibe (30) vorgesehene Nockenbahn (35) einen Bereich zur Brennweitenverstellung und einen Bereich zur Makroeinstellung besitzt, die aneinander grenzen und daß die an dem zweiten Linsenhalter vorgesehene Führung (32) ebenfalls einen Bereich zur Brennweitenverstellung und einen Bereich zur Makroeinstellung besitzt, die aneinander angren­ zen.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten und dem zweiten ein dritter Linsenhalter (11) zur Halterung einer Fokussierungslinse (10) angeordnet ist und daß hinter dem ersten und dem zweiten Linsenhalter ein vierter Linsenhalter zur Halterung einer Hauptlinse ange­ ordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungslinse (10) im wesentlichen rechteckig ist und daß der dritte Linsenhalter auf mehrere Führungsstangen gelagert ist, die durch eine Vorderwand des Rahmens verlau­ fen.