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Die
Erfindung betrifft ein Aufnahme- oder Fotoobjektiv mit einer Vorrichtung
zur Exzentrizitätseinstellung,
mit der in einer Justieroperation während des Zusammenbaus des
Aufnahmeobjektivs die Position eines Teils der eine Aufnahmeoptik
bildenden Linsengruppen in einer Ebene senkrecht zu einer optischen
Achse eingestellt werden kann.
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Eine
solche in einem Aufnahmeobjektiv enthaltene Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung
wird verwendet, um die Neigung einer Bildebene einzustellen. So
muss in digitalen Kameras mit einem CCD-Bildsensor, auf dem Objektbilder
erzeugt werden, die Neigung der Bildebene infolge der Eigenschaften
des CCD-Bildsensors
mit einem höheren Grad
an Genauigkeit eingestellt werden als in herkömmlichen Kameras, die mit einem
Silberhalogenidfilm arbeiten. Üblicherweise
wird die erste, d.h. vorderste Linsengruppe eines Aufnahmeobjektivs, die
der Objektseite am nächsten
ist, als Linsengruppe zur Exzentrizitätseinstellung verwendet, mit
der die Neigung der Bildebene eingestellt wird. Dabei kann die Neigung
der Bildebene eingestellt werden, indem die optische Achse der genannten Linsengruppe
gegenüber
einer vorbestimmten optischen Achse dezentriert wird, die in der
Phase des Entwurfs der Aufnahmeoptik festgelegt wird.
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Wird
jedoch eine solche Exzentrizitätseinstellung
an der ersten Linsengruppe vorgenommen, so tritt das Problem auf,
dass die Lichtmenge in der Bildebene ungleichmäßig wird. Wird die Helligkeit
in der Bildebene ungleichmäßig, so
tritt in digitalen Kameras mit einer Bildaufnahmevorrichtung (CCD-Bildsensor),
auf der Objektbilder erzeugt werden, eine unerwünschte Abschattung auf.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Aufnahmeobjektiv mit einer Vorrichtung
zur Exzentrizitätseinstellung
anzugeben, durch die verhindert werden kann, dass die Lichtmenge
in der Bildebene variiert, d.h. die Helligkeit in der Bildebene
ungleichmäßig wird,
wenn eine Exzentrizitätseinstellung
an der hierfür
vorgesehenen Linsengruppe vorgenommen wird.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch
die Erfindung wird ein Aufnahmeobjektiv bereitgestellt, bei dem
eine ungleichmäßige Helligkeit
am Rand der Bildebene infolge einer Exzentrizitätseinstellung der hierfür vorgesehenen
Linsengruppe vermieden wird. Ferner wird eine Abschattung vermieden,
wenn die Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung in einer digitalen
Kamera verwendet wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein Varioobjektiv mit einer Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung
als Ausführungsbeispiel,
wobei nur die über
der optischen Achse liegende Hälfte
des Varioobjektivs im vollständig
eingefahrenen Zustand gezeigt ist,
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2 einen
Längsschnitt
durch das in 1 gezeigte Varioobjektiv, wobei
nur die über
der optischen Achse liegende Hälfte
des Varioobjektivs bei Einstellung auf die kürzeste Brennweite gezeigt ist,
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3 einen
Längsschnitt
durch das in 1 gezeigte Varioobjektiv, wobei
nur die über
der optischen Achse liegende Hälfte
bei Einstellung auf die längste
Brennweite gezeigt ist,
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4 eine
abgewickelte Darstellung eines drehbaren Nockenrings des in den 1 bis 3 gezeigten
Varioobjektivs,
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5 eine
abgewickelte Darstellung eines ortsfesten Tubus des in den 1 bis 3 gezeigten
Varioobjektivs in Bezug auf ein Ritzel und ein Kurveneingriffsglied
des drehbaren Nockenrings, und
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6 eine
Ansicht ähnlich
der nach 1, die ein anderes Ausführungsbeispiel
des Varioobjektivs mit einer Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung
nach der Erfindung zeigt.
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Die 1 bis 5 zeigen
ein Varioobjektiv als Ausführungsbeispiel,
das eine Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung nach der Erfindung
hat. Der Gesamtaufbau des Varioobjektivs 10 wird im Folgenden
beschrieben.
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Das
Varioobjektiv 10 hat auf seiner Rückseite eine Hauptplatine 11.
Ferner hat das Varioobjektiv 10 einen ortsfesten Tubus 13 und
ein CCD-Substrat 16a, die an der Hauptplatine befestigt
sind. Das Varioobjektiv 10 hat vor der Hauptplatine 11 ein
CCD-Befestigungselement 12. Zwischen dem CCD-Substrat 16a und
dem CCD-Befestigungselement 12 sind ein optisches Tiefpassfilter 14,
ein Dichtelement 15 und ein CCD-Bildsensor 16 in
dieser Reihenfolge von der Vorderseite (d.h. der linken Seite in 1 bis 3) des
Varioobjektivs 10 her angeordnet, die über das CCD-Befestigungselement 12 an
dem CCD-Substrat 16a befestigt sind. Alle vorstehend genannten
Elemente des Varioobjektivs 10 sind ortsfeste Elemen te, die
während
einer Brennweiteneinstellung des Varioobjektivs 10 unbeweglich
bleiben.
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Das
Varioobjektiv 10 hat mehrere Ringelemente (Tubenelemente),
von denen der ortsfeste Tubus 13 das radial am weitesten
außen
liegende Ringelement bildet. Der ortsfeste Tubus 13 hat
an seiner Innenumfangsfläche
mehrere Kurven- oder Nockennuten 13a (im Allgemeinen drei
in gleichen Winkelabständen
angeordnete Kurvennuten 13a) sowie mehrere Geradführungsnuten 13b (im
Allgemeinen drei in gleichen Winkelabständen angeordnete Geradführungsnuten 13b),
die sich in einer Richtung parallel zu einer optischen Aufnahmeachse
O erstrecken. In 5 ist nur eine der Kurvennuten 13a dargestellt. Das
Varioobjektiv 10 hat radial innerhalb des ortsfesten Tubus 13 einen
Nockenring 17, der koaxial zu dem ortsfesten Tubus 13 so
angeordnet ist, dass er frei um die optische Achse O drehbar ist.
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Der
Nockenring 17 hat an seiner Außenumfangsfläche mehrere
Kurveneingriffsglieder 17a, die in Eingriff mit den zugehörigen Kurvennuten 13a des ortsfesten
Tubus 13 sind. Der Nockenring 17 hat an seiner
Außenumfangsfläche in der
Nähe seines
hinteren Endes ein Stirnrad 17b. Ein in 5 gezeigtes Ritzel 18,
das an dem ortsfesten Tubus 13 gehalten ist, befindet sich
in Eingriff mit dem Stirnrad 17b. Die mit 18a bezeichnete
Achse des Ritzels 18 erstreckt sich parallel zur optischen
Achse O. Das Varioobjektiv 10 hat radial innerhalb des
Nockenrings 17 einen Geradführungsring 19 (vergl. 2),
der konzentrisch mit dem Nockenring 17 so verbunden ist,
dass er sich zusammen mit dem Nockenring 17 längs der optischen
Achse O dreht, wobei sich der Nockenring 17 frei um die
optische Achse O relativ zu dem Geradführungsring 19 drehen
kann.
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Der
Geradführungsring 19 hat
mehrere Geradführungsvorsprünge 19a,
die radial nach außen abstehen
und in die zugehörigen
Geradführungsnuten 13b des
ortsfesten Tubus 13 greifen. Indem die Geradführungsvorsprünge 19a und
die Geradführungsnuten 13b ineinandergreifen,
wird durch Vorwärts-
und Rückwärtsdrehen
des Ritzels 18 der Nockenring 17 über das
Ritzel 17b vorwärts
und rückwärts gedreht.
Indem die Kurveneingriffsglieder 17a und die Kurvennuten 13a ineinan dergreifen,
wird dadurch wiederum der Nockenring 17 längs der
optischen Achse O vorwärts
und rückwärts bewegt. Gleichzeitig
bewegt sich der Geradführungsring 19 zusammen
mit dem Nockenring 17 längs
der optischen Achse O, während
sich der Nockenring 17 relativ zu dem Geradführungsring 19 dreht.
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Der
Nockenring 17 hat an seiner Innenumfangsfläche mehrere
für den
Antrieb einer ersten Linsengruppe L1 bestimmte Kurven- oder Nockennuten 17c1 (im
Allgemeinen drei Kurvennuten 17c1, die in gleichen Winkelabständen voneinander
angeordnet sind und von denen in 4 nur eine
gezeigt ist) und mehrere für
den Antrieb einer zweiten Linsengruppe L2 bestimmte Kurven- oder
Nockennuten 17c2 (im Allgemeinen drei Kurvennuten 17c2,
die in gleichen Winkelabständen
voneinander angeordnet sind und von denen in 4 nur eine
gezeigt ist). Die Nuten 17c1 und 17c2 werden im
Folgenden als Antriebskurvennuten bezeichnet. Das Varioobjektiv 10 hat zwischen
dem Nockenring 17 und dem Geradführungsring 19 eine
zylindrische erste Linsenfassung (Linsenhalter) 20, die
indirekt die erste Linsengruppe L1 hält. Die erste Linsenfassung 20 ist über Geradführungselemente 19b und 20a eines
Geradführungsmechanismus,
der zwischen dem ersten Geradführungsring 19 und
der Linsenfassung 20 vorgesehen ist, in Richtung der optischen
Achse geradegeführt.
Die Linsenfassung 20 hat an ihrer Außenumfangsfläche mehrere
Kurveneingriffsglieder 20b, die in die zugehörigen Antriebskurvennuten 17c1 des Nockenrings 17 greifen.
Durch Vorwärts-
und Rückwärtsdrehen
des Nockenrings 17 wird die Linsenfassung 20 entsprechend
den Profilen der Antriebskurvennuten 17c1 in Richtung der
optischen Achse O geradlinig vorwärts und rückwärts bewegt. Um die erste Linsengruppe
L1 herum ist eine zur Exzentrizitätseinstellung bestimmte Fassung 21 vorgesehen, die
die erste Linsengruppe L1 hält.
Die Fassung 21 wird im Folgenden als Einstellfassung bezeichnet. Die
erste Linsengruppe L1 dient als Linsengruppe zur Exzentrizitätseinstellung,
mit der die Neigung einer Bildebene justiert wird.
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Das
Varioobjektiv 10 hat radial innerhalb des Geradführungsrings 19 eine
zweite Linsenfassung 22, die die zweite Linsengruppe L2
hält. Der
Geradführungsring 19 hat
an seiner Innenumfangsfläche mehrere
parallel zur optischen Achse O verlaufende Geradführungsnuten 19c.
Die zweite Linsenfassung 22 befindet sich in gleitendem
Eingriff mit diesen Geradführungsnuten 19c und
ist so in Richtung der optischen Achse O geradegeführt. Das
Varioobjektiv 10 hat eine Verschlusseinheit 23.
Sowohl die zweite Linsengruppe L2 als auch die Verschlusseinheit 23 sind an
der zweiten Linsenfassung 22 befestigt. Die zweite Linsenfassung 22 hat
an ihrer Außenumfangsfläche mehrere
Kurveneingriffsglieder 22a, die in Eingriff mit den zugehörigen Antriebskurvennuten 17c2 des
Nockenrings 17 sind. Durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen des Nockenrings 17 wird
die zweite Linsenfassung 22 entsprechend den Profilen der
Antriebskurvennuten 17c2 in Richtung der optischen Achse
O geradlinig vorwärts
und rückwärts bewegt. Das
Varioobjektiv 10 hat zwischen der ersten Linsenfassung 20 und
der zweiten Linsenfassung 22 eine gewundene, kegelstumpfförmige Druckfeder 24,
die die erste Linsenfassung 20 und die zweite Linsenfassung 22 längs der
optischen Achse O voneinander weg vorspannt und so das Spiel zwischen
den für
die zweite Linsengruppe L2 vorgesehenen Antriebskurvennuten 17c2 und
den Kurveneingriffsgliedern 22a beseitigt.
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Eine
dritte Linsengruppe L3, die hinter der zweiten Linsengruppe L2 angeordnet
ist, dient als Fokussierlinsengruppe und wird von einem nicht gezeigten
Antriebsmechanismus in Richtung der optischen Achse O angetrieben,
um entsprechend einer Information über die Objektentfernung eine
Fokussierung vorzunehmen.
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Bei
dem oben beschriebenen Varioobjektiv 10 bewegt sich durch
Vorwärts-
und Rückwärtsdrehen
des Ritzels 18 der Nockenring 17 rotierend in Richtung
der optischen Achse vorwärts
bzw. rückwärts, wodurch
wiederum die erste Linsenfassung 20 und damit die erste
Linsengruppe L1 sowie die zweite Linsengruppe 22 und damit
die zweite Linsengruppe L2 in Richtung der optischen Achse O vorwärts bzw. rückwärts bewegt
werden. Dadurch wird eine Brennweiteneinstellung vorgenommen oder
das Varioobjektiv 10 eingefahren. Die Profile der Kurvennuten 13a des
Nockenrings 13 sind unter Berücksichtigung der Profile der
für die
erste Linsengruppe L1 vorgesehenen Antriebskurvennuten 17c1 und
der für
die zweite Linsengruppe L2 vorgesehenen Antriebskurvennuten 17c2 so
festgelegt, dass eine gleichmäßige Brennweiteneinstellung
sowie ein gleichmäßiges Einfahren
des Varioobjektivs 10 sichergestellt sind.
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Die
oben beschriebenen konzentrisch angeordneten Ringelemente des Varioobjektivs 10,
nämlich
der ortsfeste Tubus 13, der Nockenring 17, die erste
Linsenfassung 20, der Geradführungsring 19 und
die zweite Linsenfassung 22, haben eine gemeinsame Achse,
die mit einer vorbestimmten optischen Achse (optische Achse O),
die im Stadium des Entwurfs der Aufnahmeoptik des Varioobjektivs 10 festgelegt
wird, zusammenfällt.
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Im
Gegensatz zu diesen konzentrisch angeordneten Ringelementen kann
die Position der zur Exzentrizitätseinstellung
dienenden Fassung 21, die die erste Linsengruppe L1 hält, während des
Zusammenbaus des Varioobjektivs 10 in einer Einstelloperation
in einer zu der vorbestimmten optischen Achse (d.h. der optische
Achse O) senkrechten Ebene eingestellt werden. Die erste Linsenfassung 20 hat
eine erste orthogonale Fläche 20f und
die Einstellfassung 21 eine zweite orthogonale Fläche 21f.
Dabei sind die erste Fläche 20f und
die zweite Fläche 21f in Richtung
der optischen Achse O einander zugewandt und über eine ringförmige Blattfeder 25 in
entgegengesetzte Richtungen so vorgespannt, dass die beiden Flächen 20f und 21f in
Kontakt miteinander gehalten werden. Die ringförmige Blattfeder 25 ist
an der ersten Linsenfassung 20 gehalten. Zwischen der ersten
Linsenfassung 20 und der Einstellfassung 21 ist
ein geringfügiger
radialer Zwischenraum vorgesehen, so dass die Position der Einstellfassung 21 in
einer zur optischen Achse O orthogonalen Ebene bis zu einem gewissen
Grad relativ zur ersten Linsenfassung 20 eingestellt werden
kann, während
die orthogonalen Flächen 20f und 21f in
Kontakt miteinander bleiben. Das Varioobjektiv 10 hat hinter
der Einstellfassung 21, d.h. hinter der ersten Linsengruppe
L1, eine feste Blendenplatte (festes Blendenelement) 26, die
ein separates, von der Einstellfassung 21 unabhängiges Element
bildet. Die feste Blendenplatte 26 ist an die erste Linsenfassung 20 gebunden.
Die Blendenplatte 26 hat in ihrer Mitte eine kreisförmige Öffnung 26a,
deren Mittelpunkt auf der vorbestimmten optischen Achse O der Aufnahmeoptik
des Varioobjektivs 10 liegt. Die kreisförmige Öffnung 26a begrenzt
ungeachtet einer an der Einstellfassung 21 und damit an
der ersten Linsengruppe L1 vorgenommenen Positionseinstellung die
Querschnittsform des Strahlengangs der Aufnahmeoptik des Varioobjektivs 10 auf
eine kreisförmige Querschnittsform,
deren Mittelpunkt auf der vorbestimmten optischen Achse O der Aufnahmeoptik
des Varioobjektivs 10 liegt.
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Bei
dem Varioobjektiv 10, das die oben beschriebene Vorrichtung
zur Exzentrizitätseinstellung aufweist,
kann die Neigung einer Bildebene justiert werden, indem die Position
der Einstellfassung 21, d.h. der die Einstelllinsengruppe
bildenden ersten Linsengruppe L1, in einer Ebene orthogonal zur
optischen Achse O eingestellt wird, wobei die erste orthogonale
Fläche 20f und
die zweite orthogonale Fläche 21f während der
Einstellung der Neigung der Bildebene in Kontakt miteinander bleiben.
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In
herkömmlichen
Varioobjektiven, die eine Vorrichtung zur Exzentrizitätseinstellung
aufweisen, wird die Mittelachse eines durch die erste Linsengruppe
L1 tretenden Lichtbündels
infolge einer solchen Einstelloperation exzentrisch zu der vorbestimmten
optischen Achse der Aufnahmeoptik, was zu einer ungleichmäßigen Helligkeit
am Rand der Bildebene führt.
Dagegen kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Varioobjektivs
eine ungleichmäßige Helligkeit
am Rand der Bildebene und damit eine Abschattung auf dem CCD-Bildsensor 16 vermieden
werden, da an der ersten Linsenfassung 20 die feste Blendenplatte 26 befestigt
ist, die die Querschnittsform des Strahlengangs der Aufnahmeoptik
des Varioobjektivs 10 auf eine kreisförmige Querschnittsform begrenzt,
deren Mittelpunkt ungeachtet einer an der Einstellfassung 21 und
damit an der ersten Linsengruppe L1 vorgenommenen Positionseinstellung
auf der vorbestimmten optischen Achse O der Aufnahmeoptik des Varioobjektivs 10 liegt.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
hat die erste Linsengruppe L1 (genauer gesagt die Fassung zur Befestigung
derselben) auf ihrer Außenumfangsfläche ein
Außengewinde
und die Einstellfassung 21 an ihrer Innenumfangsfläche ein Innengewinde,
die zusammenfassend mit 21a bezeichnet sind und sich in
Eingriff miteinander befinden, so dass die Position der ersten Linsengruppe
L1 relativ zur Einstellfassung 21 längs der optischen Achse O justiert
werden kann, indem die erste Linsengruppe L1 in einer entsprechenden
Einstelloperation während
des Zusammenbaus des Varioobjektivs relativ zur Einstellfassung 21 gedreht wird.
Diese Einstelloperation stellt eine montageseitige Schärfeneinstellung
dar, durch die verhindert wird, dass sich der Schärfen- oder
Bildpunkt während
einer Brennweiteneinstellung, d.h. einer Vario- oder Zoomoperation, ändert. Nach
Abschluss der Exzentrizitätseinstellung werden
die Einstellfassung 21 und die erste Linsenfassung 20 beispielsweise
mittels eines Klebstoffs aneinander befestigt. Nach Abschluss der
montageseitigen Schärfeneinstellung
werden das Außengewinde
und das Innengewinde der ersten Linsengruppe L1 bzw. der Einstellfassung 21 fest
miteinander verbunden, z.B. verklebt.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind die erste Linsenfassung 20 und die feste Blendenplatte 26 separate
Elemente. Es ist jedoch ebenso möglich,
die erste Linsenfassung 20 und die feste Blendenplatte 26 in
einer einstückigen
Konstruktion aus Kunstharz zu formen, z.B. zu gießen, wie
in 6 gezeigt ist.
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In
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist das Aufnahmeobjektiv ein Vario- oder Zoomobjektiv. Die Erfindung
ist jedoch auch auf ein anderes Aufnahmeobjektiv als ein Varioobjektiv
anwendbar. Auch ist die Erfindung auf ein Aufnahmeobjektiv anwendbar,
in dem eine andere als die erste Linsengruppe der Aufnahmeoptik
die zur Exzentrizitätseinstellung
bestimmte Linsengruppe bildet.