DE102010017707B4

DE102010017707B4 - Manueller Fokussiermechanismus eines Abbildungsgeräts und Abbildungsgerät

Info

Publication number: DE102010017707B4
Application number: DE102010017707.5A
Authority: DE
Inventors: Kazunori Takahashi
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: DE102010017707A1; CN101943837A; US8675120B2; CN101943837B; JP2011013481A; US20110001867A1; JP5434310B2

Abstract

Manueller Fokussiermechanismus für ein Abbildungsgerät mit einem Varifocal-Objektivsystem (L1, L2) zum Variieren der Brennweite zwischen einer Weitwinkel-Grenzstellung und einer Tele-Grenzstellung,wobei das Varifocal-Objektivsystem (L1, L2) eine Fokussierlinsengruppe (L1) enthält,wobei der manuelle Fokussiermechanismus umfasst:ein Fokussierelement (23), das manuell betätigbar ist, um die Position einer Bildebene durch geradliniges Bewegen der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung ihrer optischen Achse (O) zu ändern,einen Klickrastmechanismus (35, 36), der das Fokussierelement (23) an einer von mehreren Klickrastpositionen gegenüber einem Halteelement (11) hält, das das Fokussierelement (23) trägt,wobei folgende Bedingung (1) in der Weitwinkel-Grenzstellung und der Tele-Grenzstellung erfüllt ist:worin:e eine Schärfentiefe des Varifocal-Objektivsystems (L1, L2) bezeichnet,s eine Fokusempfindlichkeit der Fokussierlinsengruppe (L1) bezeichnet, undM einen Bewegungsbetrag der Position der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung der optischen Achse pro Klickrastposition des Fokussierelements (23) bezeichnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen manuellen Fokussiermechanismus für ein Abbildungsgerät, ferner betrifft sie ein solches Abbildungsgerät.
Bei einem manuellen Fokussiermechanismus eines Abbildungsgeräts (z.B. einer Kamera) wird der fokussierte Zustand (Scharfeinstellung) normalerweise durch stufenloses Bewegen einer Fokussierlinsengruppe längs der optischen Achse mittels manueller Drehung eines Fokussierrings erreicht. Die JP 2005-62385 A beschreibt jedoch einen Fokussierungsmechanismus für hochspezialisierte Anwendungsfälle, bei denen eine Fokussierlinsengruppe schrittweise längs der optischen Achse bewegt wird. Das manuelle Fokussieren geschieht üblicherweise durch Drehen eines Fokussierrings, wobei der aktuelle Fokussierzustand visuell überwacht wird; das Bestimmen des Drehbetrages für den Fokussierring ist jedoch sehr schwierig, wenn der Fokussierzustand nicht laufend visuell bestimmt werden kann. In den vergangenen Jahren wurden z.B. viele Überwachungskameras mit transparenten Abdeckungen eingesetzt, die die Kamera außen einschließen. Bei solchen Kameras, bei denen die Brennweite des Objektivs eingestellt und dann auf diesem Wert fixiert wird, weicht die Brennweite manchmal von der Fokusposition (Scharfeinstellung) ab, da die transparente Abdeckung nach dem Einstellen montiert wird und sich die optischen Bedingungen dadurch ändern. Es hat sich als schwierig gezeigt und erfordert bei derartigen üblichen manuellen Fokussiermechanismen fachmännische Erfahrung, die Brennweite des Kameraobjektivs vor dem Anbringen der transparenten Abdeckung einzustellen und dabei die spätere Brennweitenabweichung zu berücksichtigen.
Aus der JP 2005-62 385 A ist ein Kamerasystem bekannt, bei dem durch Drehen eines Bedienrings eine Fokussierlinsengruppe in der Unendlich-Einstellung und in der Nah-Einstellung scharf gestellt werden kann. Das System umfasst zusätzlich einen stufenlosen Fokussiermechanismus für Objektabstände, die zwischen der Unendlich-Einstellung und der Nah-Einstellung liegen.
JP H11-149 106 A und JP H11-202 383 A offenbaren jeweils eine Dioktrin-Einstellung für eine Okularoptik, die mit Hilfe eines Klick-Rast-Mechanismus vorgenommen werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungsgerät und einen manuellen Fokussiermechanismus hierfür anzugeben, bei dem ein Fokussierzustand auch dann leicht erreicht werden kann, wenn er visuell nicht zuverlässig feststellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Fokussiermechanismus mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Abbildungsgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, die die Lösung der gestellten Aufgabe begünstigen, sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem Abbildungsgerät und dem manuellen Fokussiermechanismus nach der Erfindung kann ein geeigneter Drehbetrag eines manuell zu drehenden Fokussierrings zum Erreichen eines fokussierten Zustandes (Scharfeinstellung) auch bei Grenzbedingungen der visuellen Bestätigung der Scharfeinstellung leicht erkannt werden und erfordert keine hochgebildete Fachkraft zum Ausführen einer Scharfeinstellung, da der Bewegungsbetrag (längs der optischen Achse) der Fokussierlinsengruppe durch die Anzahl von Taktilklicks erfasst werden kann, die während der Drehbewegung des Fokussierrings erkannt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden eingehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

1 eine perspektivische Vorderansicht eines Zoomobjektivtubus nach der Erfindung;
2 einen Längsteilschnitt der oberen Hälfte des in 1 gezeigten Zoomobjektivtubus;
3 einen vergrößerten Längsteilschnitt eines Klickrastmechanismus des in 1 gezeigten Zoomobjektivtubus;
4 einen Teilquerschnitt des in 1 gezeigten Zoomobjektivtubus in dem Bereich des Klickrastmechanismus; und
5 einen vergrößerten Teil des Querschnitts nach 4.

In 1 und 2 ist ein Objektivtubus 10 dargestellt, bei dem die Erfindung angewendet wird und der für ein CCTV-System (Überwachungsfernsehen) bestimmt ist. Der Objektivtubus 10 ist ein Zoomobjektivtubus mit einer vorderen Linsengruppe (Fokussierlinsengruppe) L1 und einer hinteren Linsengruppe L2, die die optischen Komponenten eines optischen Abbildungssystems sind (fotografisches Objektivsystem). In der folgenden Beschreibung wird die Richtung längs der optischen Achse O eines solchen optischen Abbildungssystems auch als „Achsrichtung“ bezeichnet, wobei die Richtung zur Objektseite (in 2 nach links) als die Vorwärtsrichtung und die Richtung zur Bildebene (in 2 nach rechts) des optischen Abbildungssystems als die Rückwärtsrichtung bezeichnet wird.
Der Objektivtubus 10 hat einen ringförmigen, feststehenden Körper (Halteelement/Ringelement) 11, dessen Mitte auf der optischen Achse O liegt. Der vordere Teil des Körpers 11 ist ein zylindrischer Teil 11a großen Durchmessers, der hintere Teil des Körpers 11 ist ein zylindrischer Teil 11b kleinen Durchmessers, also kleiner als der zylindrische Teil 11a. Der zylindrische Teil 11a und der zylindrische Teil 11b sind koaxial. Ein Zwischenflansch 11c, der den zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers mit dem zylindrischen Teil 11b kleinen Durchmessers verbindet, ist an dem Übergang zwischen den beiden Teilen ausgebildet. Ein fester Zwischenring 12 ist an dem Zwischenflansch 11c des festen Körpers 11 befestigt. Ein hinterer dekorativer Ring 13 ist an dem festen Zwischenring 12 mit Schrauben 41 befestigt.
Der hintere dekorative Ring 13 ist als doppelzylindrischer Teil ausgebildet und hat eine mit der optischen Achse O zusammenfallende zentrale Achse, und die Aussenumfangsfläche eines äußeren zylindrischen Teils des dekorativen Rings 13 ist mit einem stationären Montagering 14 über ein Außen- und ein Innengewinde verschraubt. Ferner ist ein Montagering 15 an der Aussenumfangsfläche eines inneren zylindrischen Teils des hinteren dekorativen Rings 13 relativ zu diesem drehbar gehalten. Die Position des Montagerings 15 in Richtung der optischen Achse wird durch eine oder mehrere Einstellscheiben 16, einen Abstandsring 17 und eine Feder 18 sowie dadurch bestimmt, dass er zwischen dem hinteren dekorativen Ring 13 und dem stationären Montagering 14 sitzt. Der Objektivtubus 10 kann an einem (nicht dargestellten) Kameragehäuse durch Verschrauben eines Gewindes (Außengewinde) am Aussenumfang eines zylindrischen Teils 15a (des Montagerings 15), der nach rückwärts absteht, mit einem Gewinde (Innengewinde) an einer Fassung des Kameragehäuses montiert werden. Wenn keine äußere Kraft auf den Objektivtubus 10 einwirkt, kann die Winkelposition des Montagerings 15 gegenüber dem hinteren dekorativen Ring 13 durch Reibungskraft beibehalten werden, die durch die Spannkraft der Feder 18 erzeugt wird. Somit kann dieser Reibschluss zwischen dem hinteren dekorativen Ring 13 und dem Montagering 15 sofort gelöst werden durch eine vorbestimmte Kraftwirkung in Richtung der optischen Achse O, so dass der hintere dekorative Ring 13 und der Montagering 15 in diesem gelösten Zustand um die optische Achse O relativ zueinander gedreht werden können. Entsprechend kann die Winkelstellung des Objektivtubus 10 an dem Kameragehäuse eingestellt werden.
Gerade Führungsnuten 11d sind in dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers des Körpers 11 vorgesehen, und gerade Führungsnuten 11e sind in dem zylindrischen Teil 11b kleinen Durchmessers vorgesehen. Jede Führungsnut 11d ist eine an dem Innenumfang des zylindrischen Teils 11a ausgebildete Vertiefung, und jede Führungsnut 11e ist eine Durchbrechung (in radialer Richtung) des zylindrischen Teils 11b kleinen Durchmessers. Ein vorderer Nockenring 20 ist in dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers drehbar, und ein hinterer Nockenring 21 ist an der Außenseite des zylindrischen Teils 11b kleinen Durchmessers drehbar. Führungsschlitze 20a für Nocken der vorderen Linsengruppe L1 sind in Umfangsichtung des vorderen Nockenrings 20 so vorgesehen, dass sie die geraden Führungsnuten 11d jeweils kreuzen. Führungsschlitze 21a für Nocken der hinteren Linsengruppe L2 sind an dem Innenumfang des hinteren Nockenrings 21 so vorgesehen, dass sie die geraden Führungsnuten 11e jeweils schneiden. Der hintere Nockenring 21 ist zwischen dem Zwischenflansch 11c des festen Körpers 11 und dem feststehenden Zwischenring 12 gehalten, so dass er eine stationäre Position in Richtung der optischen Achse O hat. Ferner sind an der Vorderseite des hinteren Nockenrings 21 nach vorne stehende Drehübertragungskeile 21b vorgesehen, die jeweils durch Keileinsetzöffnungen 11f des Zwischenflansches 11c des festen Körpers 11 hindurchragen und jeweils eine um die optische Achse O zentrierte Bogenform haben, so dass sie in Drehübertragungsnuten 20b des vorderen Nockenrings 20 eingreifen. Wie 4 zeigt, sind zwei Keileinsetzöffnungen 11f an unterschiedlichen Umfangspositionen (bezüglich der optischen Achse O) angeordnet, und es sind zwei Drehübertragungsnuten 20b sowie zwei Führungsschlitze 21a der hinteren Linsengruppe L2 (in 2 jeweils nur eine gezeigt) entsprechend den beiden Keileinsetzöffnungen 11f vorgesehen.
Ein Fokussierring (Fokussierelement/Ringelement) 23 ist an der Außenseite des zylindrischen Teils 11a großen Durchmessers des festen Körpers 11 über einen Schneckengang 24 gehalten und kann relativ zu dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers gedreht werden. Der Schneckengang 24 besteht aus einem Außengewinde an dem Außenumfang des zylindrischen Teils 11a großen Durchmessers und einem Innengewinde an dem Innenumfang des Fokussierrings 23. Ein Haltering 22 ist an dem äußeren vorderen Ende des Fokussierrings 23 mit einem Feingewinde 26 befestigt, und das vordere Ende des vorderen Nockenrings 20 ist zwischen einem Innenflansch 22a am Innenumfang des Halterings 22 und einem vorderen Endflansch 23a des Fokussierrings 23 gehalten, so dass er in Richtung der optischen Achse O unbeweglich ist. Mit anderen Worten: Der vordere Nockenring 20 ist mit dem Fokussierring 23 über den Haltering 22 in Richtung der optischen Achse O integral verbunden. Dabei ist der vordere Endteil des vorderen Nockenrings 20 relativ zu dem Innenflansch 22a des Halterings 22 und dem vorderen Endflansch 23a des Fokussierrings 23 um die optische Achse O drehbar. Der Innenflansch 22a des Halterings 22, das vordere Ende des vorderen Nockenrings 20 und der vordere Endflansch 23a des Fokussierrings 23 bilden eine Drehkupplung. Ein vorbestimmter Betrag der Reibungskraft wirkt über eine Reibfeder 25 in Drehrichtung dieser Drehkupplung.
Wie 4 zeigt, sind am Außenumfang des Fokussierrings 23 an diametral einander gegenüberliegenden Stellen, d.h. an Stellen symmetrisch zur optischen Achse O, ein Hebelsitz 23b und ein Schraubensitz 23c vorgesehen. Ein Basisteil eines Fokussierhebels (nicht dargestellt), der radial nach außen von dem Fokussierring 23 absteht, ist in eine Gewindebohrung des Hebelsitzes 23b eingeschraubt und wird daran gehalten. Eine Steuerschraube 27 ist in eine Gewindebohrung des Schraubensitzes 23c eingeschraubt und wird daran gehalten. Wenn die Steuerschraube 27 nach unten geschraubt wird, so dass ihr Kopf an den Schraubensitz 23c anschlägt, ragt der Schraubenschaft nach innen in den Fokussierring 23 hinein, und sein unteres Ende (das radial nach innen steht) steht in einer Umfangsnut 11g (4) am Außenumfang des zylindrischen Teils 11a großen Durchmessers des feststehenden Körpers 11.
Wie 4 zeigt, ist an dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers des Körpers 11 in einem anderen Umfangsbereich als der Bereich der Umfangsnut 11g ein Klickrastabschnitt (Zahnabschnitt) 11h ausgebildet. Die vergrößerte Darstellung in 5 zeigt, dass der Klickrastabschnitt 11h am Außenumfang mehrere Klickrastvertiefungen 11h1 und mehrere Klickrastvorsprünge 11h2 hat, die in Umfangsrichtung (Arbeitsrichtung) miteinander abwechselnd angeordnet sind und eine gezahnte Außenfläche erzeugen. Eine Kugelaufnahme 23d ist in dem Fokussierring 23 ausgebildet und hat an einer dem Klickrastabschnitt 11h gegenüberliegenden Stelle eine Öffnung in radialer Richtung.
Eine Rastkugel (Stoppelement) 35 ist in der Kugelaufnahme 23d angeordnet. Die Rastkugel 35 ist in der Kugelaufnahme 23d in radialer Richtung des Fokussierrings 23 bewegbar. Sie wird radial nach innen gedrückt, d.h. sie berührt den Klickrastabschnitt 11h, durch eine Rastfeder (Spannelment/halbkreisförmige Blattfeder) 36 an der Außenseite der Rastkugel 35. Die Rastfeder 36 ist eine teilkreisförmige (C-förmige) Blattfeder mit großer Länge in Umfangsrichtung. Eine Aufnahmenut 23e ist aussen an dem Fokussierring 23 ausgebildet, und in ihr sitzt die Rastfeder 36. Die Länge der Rastfeder 36 in Umfangsrichtung des Fokussierrings 23 ist so bestimmt, dass die Rastfeder 36 einen Winkel CA im Bereich von 190 Grad bis 220 Grad um die optische Achse O einnimmt, in Richtung der optischen Achse gesehen, wie 4 zeigt. Die Rastfeder 36 ist mit einem Ende in der Aufnahmenut 23e befestigt, das andere Ende (freies Ende), welches gegen die Rastkugel 35 drückt, kann in radialer Richtung des Fokussierrings 23 elastisch verformt werden. Damit bilden der Klickrastabschnitt 11h, die Rastkugel 35 und die Rastfeder 36 einen Rastmechanismus zur Scharfeinstellung, mit dem der Fokussierring 23 an jeder von mehreren Rastpositionen in Drehrichtung gegenüber dem Körper 11 festgehalten wird (Klickrastung). Genauer gesagt: Der Fokussierring 23 kann an jeder Drehposition (Rastposition), an der die Rastkugel 35 in eine der Klickrastvertiefungen 11h1 infolge der Spannkraft der Rastfeder 36 einrastet, stillgesetzt werden, nicht aber an einer Zwischenstellung, an der die Rastkugel 35 auf einem der Klickrastvorsprünge 11h2 sitzt. Ein Drehwiderstand (Bewegungswiderstand) wird gegen den Fokussierring 23 an jeder Rastposition durch Eingriff der Rastkugel 35 mit jeder Klickrastvertiefung 11h1 erzeugt, und der Fokussierring 23 kann gedreht werden, indem eine Antriebskraft auf ihn ausgeübt wird, die diesen Drehwiderstand überwindet, wobei an jeder Rastposition ein „Taktilklick“ erzeugt wird. Der Bereich, in dem sich der Klickrastabschnitt 11h in Richtung der optischen Achse O erstrecken kann, ist so bestimmt, dass der Eingriff mit der Rastkugel 35 auch dann erhalten bleibt, wenn der Fokussierring 23 relativ zu dem Körper 11 durch eine (noch zu beschreibende) Fokussieroperation in Richtung der optischen Achse O bewegt wird.
Der hintere Nockenring 21 ist mit einem Zoomring 29 über einen Gelenkstift 28 verbunden, so dass er sich gemeinsam mit ihm drehen kann. Der Zoomring 29 wird (manuell) mittels eines Zoomhebels (nicht dargestellt) um die optische Achse O gedreht.
Eine vordere Linsengruppenfassung 30 für die vordere Linsengruppe L1 hat am Außenumfang radial abstehende Mitnehmer 30a und gerade Führungsstege 30b, die von den Mitnehmern 30a radial abstehen. Die Mitnehmer 30a sind in den Führungsschlitzen 20a des vorderen Nockenrings 20 jeweils verschiebbar geführt, und die geraden Führungsstege 30b sind in den geraden Führungsnuten 11d des Körpers 11 jeweils verschiebbar geführt. Mit anderen Worten: Die vordere Linsengruppenfassung 30 ist in Richtung der optischen Achse O über den Eingriff zwischen den geraden Führungsstegen 30b und den geraden Führungsnuten 11d geradlinig geführt, und bei Drehen des vorderen Nockenrings 20 wird die vordere Linsengruppenfassung 30 in Richtung der optischen Achse O über den Eingriff zwischen den Mitnehmern 30a und den Führungsschlitzen 20a geradlinig bewegt.
Eine hintere Linsengruppenfassung 31 für die hintere Linsengruppe L2 hat am Aussenumfang radial abstehende gerade Führungsstege 31a und Mitnehmer 31b an den Führungsvorsprüngen 31a. Die geraden Führungsstege 31a sind in den geraden Führungsnuten 11e des Körpers 11 jeweils verschiebbar geführt, und die Mitnehmer 31b sind in den Führungsschlitzen 21a des hinteren Nockenrings 21 jeweils verschiebbar geführt. Mit anderen Worten: Die hintere Linsengruppenfassung 31 ist in Richtung der optischen Achse O durch den Eingriff zwischen den geraden Führungsstegen 31a und den geraden Führungsnuten 11e geradlinig geführt, und wenn der hintere Nockenring 21 dreht, wird die hintere Linsengruppenfassung 31 durch den Eingriff zwischen den Mitnehmern 31b und den Führungsschlitzen 21a in Richtung der optischen Achse O geradlinig geführt.
Ein Abschnitt des Objektivtubus 10 von dem Montagering 14 zu dem Bereich des Basisendes des Fokussierrings 23 ist mit einer hinteren Abdeckung 33 und einer vorderen Abdeckung 34 versehen. In der Zeichnung ist nicht dargestellt, dass die hintere Abdeckung 33 einen Schlitz hat, durch den der bereits genannte Zoomhebel nach außen ragt. Der Schlitz der hinteren Abdeckung 33 hat eine Umfangslänge, die ein Bewegen des Zoomhebels im Umfangsbereich erlaubt (bestimmt durch den Arbeitsbereich des Zoomrings 29). Ferner dient eine ringförmige Einfassung 34a der vorderen Abdeckung 34 zum Einschließen des Außenumfangs der Federaufnahmenut 23e des Fokussierrings 23.
Die manuelle Betätigung des Objektivtubus 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nun beschrieben. Eine Zoombetätigung erfolgt durch manuelles Drehen des Zoomrings 29 in Umfangsrichtung mit dem genannten Zoomhebel. Die Drehung des Zoomrings 29 um die optische Achse O wird über den Gelenkstift 28 auf den hinteren Nockenring 21 übertragen. Wenn der hintere Nockenring 21 um die optische Achse O dreht, wird die hintere Linsengruppenfassung 31, die in Richtung der optischen Achse geradlinig durch die geraden Führungsnuten 11e und die geraden Führungsstege 31a geführt ist, in Richtung der optischen Achse O entsprechend einem vorbestimmten (Zoom) Weg bewegt, da die Mitnehmer 31b in den Führungsschlitzen 21a geführt werden. Ferner wird die Drehung des hinteren Nockenrings 21 auf den vorderen Nockenring 20 über die Drehübertragungskeile 21b und die Drehübertragungsnuten 20b übertragen, wodurch auch der vordere Nockenring 20 um die optische Achse O dreht. Danach wird die vordere Linsengruppenfassung 30, die in Richtung der optischen Achse O durch die geraden Führungsnuten 11d und die geraden Führungsstege 30b geradlinig geführt ist, in Richtung der optischen Achse O entsprechend einer vorbestimmten Zoomlänge über die Mitnehmer 30a bewegt, die jeweils in den Führungsschlitzen 20a geführt sind. Während dieser Zoomeinstellung dreht sich das vordere Ende des vorderen Nockenrings 20 relativ zu dem Innenflansch 22a (der dem vorderen Ende des vorderen Nockenrings 20 in Richtung der optischen Achse O gegenübersteht) des Halterings 22 und zu dem vorderen Endflansch 23a des Fokussierrings 23, und der Haltering 22 sowie der Fokussierring 23 drehen nicht. Daher wird über den Schneckengang 24 keine Bewegung des Fokussierrings 23 in Richtung der optischen Achse O erzeugt, und somit dreht der vordere Nockenring 20 um die optische Achse O über einer fixen Position, ohne seine Position in Richtung der optischen Achse O zu ändern. Mit anderen Worten: Während einer Zoombetätigung drehen der vordere Nockenring 20 und der hintere Nockenring 21 gemeinsam um die optische Achse O ohne Relativbewegung in Richtung der optischen Achse O, so dass sie als ein einheitliches Nockenringelement arbeiten.
Eine Fokussierung erfordert manuelles Drehen des Fokussierrings 23 mittels des genannten Fokussierhebels (nicht dargestellt). Wenn der Fokussierring 23 um die optische Achse O dreht, bewegt er sich in Richtung der optischen Achse O relativ zu dem feststehenden Körper11 durch den Gewindeeingriff mit dem Schneckengang 24 (d.h. über das Außengewinde am Außenumfang des zylindrischen Teils 11a großen Durchmessers und das Innengewinde am Innenumfang des Fokussierrings 23). Der Haltering 22, der mit dem Fokussierring 23 über das Feingewinde 26 gekoppelt ist, dreht gleichfalls gemeinsam mit dem Fokussierring 23 während der Bewegung in Richtung der optischen Achse O. Entsprechend bewegt sich der vordere Nockenring 20, dessen vorderes Ende zwischen dem vorderen Endflansch 23a des Fokussierrings 23 und dem Innenflansch 22a des Halterings 22 gehalten ist, gemeinsam mit dem Fokussierring 23 und dem Haltering 22 in Richtung der optischen Achse O, und die vordere Linsengruppenfassung 30, die in dem vorderen Nockenring 20 gehalten ist, bewegt sich gemeinsam mit diesem in Richtung der optischen Achse O, so dass sich die vordere Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O bewegt und damit die Position der Bildebene verändert. Durch diese Fokussieroperation drehen sich der Innenflansch 22a des Halterings 22 und der vordere Endflansch 23a des Fokussierrings 23 gemeinsam relativ zu dem vorderen Ende des vorderen Nockenrings 20, und dieser steht still. Entsprechend werden die Mitnehmer 30a, die in den Führungsschlitzen 20a geführt sind, nicht bewegt, so dass der vordere Nockenring 20 und die vordere Linsengruppenfassung 30 im Ergebnis einen einheitlichen Zustand haben. Während einer Fokussierung bewegen sich nämlich der vordere Nockenring 20 und die vordere Linsengruppenfassung 30 gemeinsam und ohne Relativdrehung zueinander in Richtung der optischen Achse O, ohne ihre gegenseitige relative Position zu ändern, so dass sie im Ergebnis als ein einziges Vorschub/Rückzugelement arbeiten. Mit anderen Worten: Der vordere Nockenring 20, der eine Zoomoperation ausführt, arbeitet auch als ein Vorschub/Rückschubelement für eine Fokussierung. Der Schaft der Steuerschraube 27, der radial nach innen durch den Fokussierring 23 und durch den Schraubensitz 23c ragt, bewegt sich während einer Fokussierung in der Umfangsnut 11g des Körpers 11 entsprechend der Drehung des Fokussierrings 23. Die Umfangsnut 11g ist eine lange Umfangsnut, die auch eine grosse Breite in Richtung der optischen Achse hat, um eine Störung der Steuerschraube 27 mit der Umfangsnut 11g zu verhindern, da die Steuerschraube 27 sich bei der Bewegung in Richtung der optischen Achse O mit dem Fokussierring 23 dreht. Ferner ist der maximale Drehwinkel des Fokussierrings 23 gegenüber dem Körper11 durch die Steuerschraube 27 bestimmt, wenn diese an das Umfangsende der Umfangsnut 11g anschlägt.
Das Drehen des Fokussierrings 23 beim Fokussieren erfolgt schrittweise, wobei der Fokussierring 23 durch den Eingriff der Rastkugel 35 in eine Klickrastvertiefung 11h1 des Klickrastmechanismus zwischen dem Fokussierring 23 und dem Körper 11 einrastet. Mit anderen Worten: Die Bewegung der vorderen Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O infolge der Drehung des Fokussierrings 23 wird nicht kontinuierlich entsprechend dem Weg des Schneckenganges 24 ausgeführt; stattdessen wird die Bewegung der vorderen Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O schrittweise entsprechend den Klickrastpositionen des Klickrastmechanismus gesteuert, während der Weg des Schneckenganges 24 durchlaufen wird. Die Bewegungslänge der vorderen Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O pro Taktilklick (Klickrastposition) des Klickrastmechanismus (wenn die Rastkugel 35 von einer Klickrastvertiefung 11h1 zu einer benachbarten Klickrastvertiefung 11h1 umschaltet) wird durch den Drehwinkel des Fokussierrings 23 und den Neigungswinkel (Steigungswinkel) des Schneckenganges 24 bei einem jeden Taktilklick bestimmt. Der Bewegungsbetrag der Bildebenenposition infolge der Bewegung der vorderen Linsengruppe L1 bei Drehen des Fokussierrings 23 um einen Taktilklick ist als ein Bereich innerhalb der Brennweite des Objektivsystems (bestehend aus der vorderen und der hinteren Linsengruppe L1 und L2) bestimmt. Wie in der Technik bekannt, ist die Schärfentiefe e die Positionstoleranz der Brennebene (Bildebene), wobei diese Toleranz einen Abbildungsbereich bestimmt, in dem das Bild scharf eingestellt ist. Die Schärfentiefe e ergibt sich aus den Objektivgrößen; d.h. die F-Zahl F und das geforderte Auflösungsvermögen c führen zu e = 2Fc. Durch Einsetzen des Bewegungsbetrages M der vorderen Linsengruppe L1 pro Taktilklick in die Gleichung e ≥ sM für die Weitwinkel- und die Tele-Grenzstellung, wobei s die Fokusempfindlichkeit der vorderen Linsengruppe L1 bezeichnet, kann der Bewegungsbetrag der Bildebene pro Taktilklick in einen Bereich (Abstand) der Schärfentiefe für die Weitwinkel- und die Tele-Grenzstellung gesetzt werden. Das Einstellen des Bewegungsbetrages der Bildebene pro Taktilklick innerhalb der Schärfentiefe bedeutet, dass es während der schrittweisen Fokussierung mit dem Klickrastmechanismus immer eine Klickrastposition gibt, an der der fokussierte Zustand erreicht wird. Mit anderen Worten: Der manuelle Fokussiermechanismus nach der vorliegenden Erfindung gewährleistet eine geforderte Fokussiergenauigkeit bei schrittweiser Funktion. Wenn beispielsweise bei dem optischen System (vordere Linsengruppe L1 und hintere Linsengruppe L2) des Objektivtubus 10 der dargestellten Ausführungsform die Schärfentiefe e an der Weitwinkel-Grenzstellung und der Tele-Grenzstellung jeweils 50µm bzw. 100µm ist und die Fokussierempfindlichkeit s der vorderen Linsengruppe L1 an der Weitwinkel-Grenzstellung und der Tele-Grenzstellung 0,3 bzw. 1,0 ist, so ist die Einheit des Bewegungsbetrages M der vorderen Linsengruppe L1, der die oben stehende Bedingung erfüllt, M ≤ 50µm/0,3 = 0,17mm für die Weitwinkel-Grenzstellung und M ≤ 100µm/1,0 = 0,1mm für die Tele-Grenzstellung. In diesem Fall sollte also der Bewegungsbetrag der vorderen Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O pro Taktilklick auf einen Betrag eingestellt sein, der den Bewegungsbetrag M für die Tele-Grenzstellung nicht überschreitet.
Entsprechend ist bei dem manuellen Fokussiermechanismus nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die manuelle Drehung des Fokussierrings 23 schrittweise unter Anwendung von Klickrastpositionen erfolgt, die Fokussierung durch definierte Marken, d.h. in Form einer Anzahl Taktilklicks (Klickrastpositionen) verbessert. Ein Beispiel einer idealen Anwendung des manuellen Fokussiermechanismus nach der Erfindung ist in 2 gezeigt, die ein Überwachungskamerasystem darstellt, das mit einer Abdeckung 40 versehen ist. Die Abdeckung 40 hat einen transparenten Teil 41, der die Vorderseite des fotografischen optischen Systems des Objektivtubus (fotografischer Objektivtubus) 10 über einen größeren Bereich (d.h. so groß, dass keine Objektlichtstrahlen abgeschirmt werden, die auf das fotografische optische System des Objektivtubus 10 fallen sollen) abschirmt, wobei der Bereich durch den Blickwinkel (in 2 mit FA bezeichnet, wobei der tatsächliche Blickwinkel die untere Hälfte des Längsschnittes des Objektivtubus 10, fotografisches optisches System, einschliesst, die in 2 nicht gezeigt ist, d.h. FA × 2) des fotografischen optischen Systems bestimmt ist. Bei der Fokussierung wird der Betrag der Einstellung (Bewegung) der vorderen Linsengruppe L1 in Richtung der optischen Achse O zum Beseitigen einer Abweichung der Scharfstellposition (Brennweitenabweichung) wegen des transparenten Teils 41 vor dem fotografischen optischen System in eine Anzahl von Klickrastpositionen des Fokussierrings 23 umgesetzt. Danach wird eine normale manuelle Fokussierung durchgeführt, bevor die Abdeckung 40 an dem Objektivtubus 10 befestigt wird, und dann kann ein genauer (eingestellter) Fokussierzustand (Fokusposition) leicht erreicht werden, nachdem die Abdeckung 40 befestigt wurde, wozu der Fokussierring 23 um die umgesetzte Anzahl Klickrastpositionen gedreht wird. Bei einem manuellen Fokussiermechanismus, bei dem der Fokussierring manuell kontinuierlich gedreht wird, ist es schwierig, den Fokussierring mit dem erforderlichen Betrag einzustellen (wenn die Abdeckung 40 noch nicht befestigt ist), um die Brennweitenabweichung zu beseitigen, die nach dem Befestigen der Abdeckung 40 auftritt, so dass eine solche Scharfeinstellung weitgehend von der Abschätzung durch den Benutzer und dessen Erfahrung abhängt. Bei dem manuellen Fokussiermechanismus nach der Erfindung kann hingegen auch ein unerfahrener Benutzer eine Bewegungseinstellung der vorderen Linsengruppe L1 (mit dem Fokussierring 23) ausführen, da der Betrag der Drehbewegung des Fokussierrings 23 klar und genau in Form einer Zahl von Klickrastpositionen bestimmt ist, so dass die Scharfeinstellung leicht und zuverlässig auch unter Bedingungen erreicht wird, bei denen der Benutzer die aktuelle Fokussierung visuell nicht überprüfen kann.
Ferner ist der manuelle Fokussiermechanismus nach der Erfindung nicht auf die Art eines Kamerasystems beschränkt, bei dem die optischen Bedingungen nach der Montage eines Abdeckelements der beschriebenen Art geändert sind, dieser manuelle Fokussiermechanismus kann auch wirksam bei einem Kamerasystem eingesetzt werden, bei dem eine Verzögerung der Darstellung eines Objektbildes auftritt. Entspricht eine Scharfeinstellung (d.h. eine manuelle Drehung eines Fokussierrings) nicht linear dem Fokussierzustand des betrachteten Bildes in Folge einer Verzögerung der Darstellung des Objektbildes, ist eine Erkennung des nötigen Einstellbetrages (Drehbetrages) des Fokussierrings bei einem manuellen Fokussiermechanismus mit kontinuierlicher Drehung schwierig. Der erforderliche Einstellbetrag des Fokussierrings kann jedoch leicht bestimmt werden, wenn die Drehpositionen (Klickrastpositionen) schrittweise vorgegeben sind.
Es sei bemerkt, dass die vorstehend beschriebene Ausführungsform des manuellen Fokussiermechanismus zwar auf ein Zoomobjektiv für ein CCTV-System angewendet wird, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Zoomobjektiven anwendbar, und sie kann auch bei Abbildungsgeräten eingesetzt werden, die nicht zu einem CCTV-System gehören. Ferner kann die vorliegende Erfindung auf ein Zoomobjektivsystem oder ein Varifocal-Objektivsystem angewendet werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Fokussierring 23 als Fokussierelement ein manuell drehbarer Ring, der am Außenumfang eines feststehenden Körpers 11 gedreht wird; die Erfindung ist auf einen derartigen, manuell drehbaren Ring nicht beschränkt. Sie kann auch auf ein Fokussierelement angewendet werden, das in Richtung der optischen Achse geradlinig bewegt (verschoben) wird. Das Fokussierelement bei der vorliegenden Erfindung muss nur in einer vorbestimmten Richtung bewegt werden, wobei mehrere Klickrastpositionen gegenüber mindestens einem Trägerelement vorgesehen sind.
Ferner ist bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Objektivtubus 10 so aufgebaut, dass das Antriebselement für die Brennweitenänderung in einen vorderen Nockenring 20 und den hinteren Nockenring 21 unterteilt ist und der vordere Nockenring 20 und der Fokussierring 23 gemeinsam mit der vorderen Linsengruppenfassung 30 bei der Fokussierung in Richtung der optischen Achse O bewegt werden. Es ist jedoch auch möglich, die vorliegende Erfindung auf einen manuellen Fokussiermechanismus anzuwenden, der eine orthodoxe Struktur hat, bei der nur ein der vorderen Linsengruppenfassung 30 entsprechendes Element in Richtung der optischen Achse O entsprechend einer Drehoperation des Fokussierrings 23 verstellt wird, ohne den Fokussierring 23 und den vorderen Nockenring 20 in Richtung der optischen Achse O zu bewegen. Speziell sind bei dieser Struktur der vordere Nockenring 20 und der hintere Nockenring 21 einstückig ausgebildet, und es ist möglich, zwischen dem Fokussierring 23 und der vorderen Linsengruppenfassung 30 einen Vorschub/Rückschub-Antrieb vorzusehen, der dem Schneckengang 24 entspricht.
Ferner wird bei der beschriebenen Ausführungsform der Schneckengang 24 als Vorschub/Rückschub-Antrieb verwendet, und er ist vorteilhaft hinsichtlich der Lagerstabilität und der Operationsgenauigkeit; es ist aber auch möglich, eine andere Struktur als Vorschub/Rückschub-Antrieb der Fokussierlinsengruppe (vordere Linsengruppe L1) zu verwenden, solange diese andere Struktur eine Vorschub/Rückschub-Antriebskraft in Richtung der optischen Achse durch eine manuelle Drehung ausübt.
Der genaue Aufbau des Klickrastmechanismus ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Bei dieser bildet die Rastkugel 35 ein Rastelement in dem Fokussierring 23, und der Klickrastabschnitt 11h (der eine gezahnte Fläche hat), der die Rastkugel 35 trägt, ist in dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers des feststehenden Körpers 11 ausgebildet. Eine umgekehrte Anordnung ist gleichfalls möglich, bei der das Rastelement (Rastkugel 35) in dem zylindrischen Teil 11a großen Durchmessers und die gezahnte Fläche an dem Fokussierring 23 vorgesehen ist. Der Montagewirkungsgrad des Objektivtubus 10 wird verbessert, wenn das Rastelement (Rastkugel 35) an der Außenseite (an dem Fokussierring 23) wie bei der dargestellten Ausführungsform angeordnet ist. Der manuelle Fokussiermechanismus kann verkleinert (miniaturisiert) werden, wenn das Rastelement (Rastkugel 35) an der Innenseite (an dem feststehenden Körper11) angeordnet ist.
Im Hinblick auf eine weiche Arbeitsweise des Klickrastmechanismus und auf einfachen Aufbau sollte eine Konstruktion verwendet werden, bei der die Rastkugel 35 an dem gezahnten Klickrastabschnitt 11h (Vertiefungen 11h1 und Vorsprünge 11h2) wie bei der beschriebenen Ausführungsform ein- und ausrastet. Eine andere Konstruktion eines Klickrastmechanismus mit Rastteilen kann alternativ eingesetzt werden. Beispielsweise kann anstelle einer Rastkugel auch ein Rastelement mit zylindrischer oder abgeschrägter/konischer Form eingesetzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Klickrastmechanismus wird als Spannelement die Rastfeder 36 verwendet, die eine teilringförmige (C-förmige) Blattfeder ist. Das Spannelement ist auf eine solche Form aber nicht beschränkt. Es ist z.B. möglich, den Außenumfang der Kugelaufnahme 23d zu verschließen und eine Druckfeder zwischen den Außenumfang der Kugelaufnahme 23d und der Rastkugel 35 einzusetzen. Ferner ist es möglich, ein kappenförmiges Rastelement mit einer Aussparung zur Aufnahme einer Druckfeder anstelle des kugeligen Rastelements, also der Rastkugel 35, zu verwenden,
In einer anderen Ausführungsform des Klickrastmechanismus nach der Erfindung ist es möglich, ein Rastelement entsprechend der Rastkugel 35 integral mit einem Spannelement auszubilden, das der Rastfeder 36 entspricht.

Claims

Manueller Fokussiermechanismus für ein Abbildungsgerät mit einem Varifocal-Objektivsystem (L1, L2) zum Variieren der Brennweite zwischen einer Weitwinkel-Grenzstellung und einer Tele-Grenzstellung, wobei das Varifocal-Objektivsystem (L1, L2) eine Fokussierlinsengruppe (L1) enthält, wobei der manuelle Fokussiermechanismus umfasst: ein Fokussierelement (23), das manuell betätigbar ist, um die Position einer Bildebene durch geradliniges Bewegen der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung ihrer optischen Achse (O) zu ändern, einen Klickrastmechanismus (35, 36), der das Fokussierelement (23) an einer von mehreren Klickrastpositionen gegenüber einem Halteelement (11) hält, das das Fokussierelement (23) trägt, wobei folgende Bedingung (1) in der Weitwinkel-Grenzstellung und der Tele-Grenzstellung erfüllt ist: $e \geq sM$
worin: e eine Schärfentiefe des Varifocal-Objektivsystems (L1, L2) bezeichnet, s eine Fokusempfindlichkeit der Fokussierlinsengruppe (L1) bezeichnet, und M einen Bewegungsbetrag der Position der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung der optischen Achse pro Klickrastposition des Fokussierelements (23) bezeichnet.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klickrastmechanismus einen gezahnten Abschnitt (11h) an dem Fokussierelement (23) oder dem Halteelement (11) enthält, der mehrere Klickrastvertiefungen (11h1) und mehrere Klickrastvorsprünge (11h2) in abwechselnder Anordnung an unterschiedlichen Positionen in Betätigungsrichtung des Fokussierelements (23) hat, und dass ein Rastelement (35) an dem Halteelement (11) oder dem Fokussierelement (23) vorgesehen ist, welches in Rast/Ausrastrichtung in/aus dem gezahnten Abschnitt (11h) bewegbar ist, wobei das Rastelement (35) einen Bewegungswiderstand gegen das Fokussierelement (23) ausübt, indem es mit einer der Klickrastvertiefungen (11h1) des gezahnten Bereiches (11h) verrastet.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (35) eine Kugel ist.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klickrastmechanismus ferner ein Spannelement (36) zum Spannen des Rastelementes (35) in Rastrichtung zu dem gezahnten Abschnitt (11h) hin enthält, so dass das Rastelement (35) mit jeder der Klickrastvertiefungen (11h1) des gezahnten Abschnitts (11h) verrastet.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelement (23) und das Halteelement (11) zwei Ringelemente sind, die koaxial mit der optischen Achse (O) des Variofocal-Objektivsystems (L1, L2) angeordnet sind, wobei die Innen- und die Außenumfangsfläche der Ringelemente einander gegenüberstehen, und dass das Spannelement (36) eine teilringförmige Blattfeder ist, die längs der Umfangsfläche eines der Ringelemente gehalten ist.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die teilringförmige Blattfeder längs der Umfangsfläche des einen Ringelementes so angeordnet ist, dass sie einen Winkelbereich von 190 Grad bis 220 Grad in Umfangsrichtung des Ringelementes einnimmt.
Fokussiermechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussierelement (23) sich bei Drehung um die optische Achse (O) relativ zu dem Halteelement (11) über einen an einer Innen- und einer Außenumfangsfläche des Ringelementepaars vorgesehenen Schneckengang (24) in Richtung der optischen Achse (O) bewegt, wobei die Ringelemente das Fokussierelement (23) und das Halteelement (11) bilden und die Fokussierlinsengruppe (L1) sich mit dem Fokussierelement (23) in Richtung der optischen Achse (O) bewegt.
Abbildungsgerät, enthaltend: einen fotografischen Objektivtubus (10), umfassend ein Varifocal-Objektivsystem (L1, L2), das eine Fokussierlinsengruppe (L1) enthält und ausgebildet ist, die Brennweite zwischen einer Weitwinkel-Grenzstellung und einer Tele-Grenzstellung zu ändern, und einen manuellen Fokussiermechanismus, der ein Fokussierelement (23), das manuell betätigbar ist, um die Position einer Bildebene durch geradliniges Bewegen der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung ihrer optischen Achse zu ändern, und einen Klickrastmechanismus (35, 36) enthält, der das Fokussierelement (23) an einer von mehreren Klickrastpositionen gegenüber einem Halteelement (11) hält, der das Fokussierelement (23) trägt, eine transparente Abdeckung (40), die separat zu dem Objektivtubus (11) vorgesehen ist und mindestens einen Bereich überdeckt, der durch den Blickwinkel des Varifocal-Objektivsystems (L1, L2) bestimmt ist, wobei die folgende Bedingung (1) in der Weitwinkel-Grenzstellung und der Tele-Grenzstellung erfüllt ist: $e \geq sM$
worin: e eine Schärfentiefe des Varifocal-Objektivsystems (L1, L2) bezeichnet, s eine Fokusempfindlichkeit der Fokussierlinsengruppe (L1) bezeichnet, und M einen Bewegungsbetrag der Position der Fokussierlinsengruppe (L1) in Richtung der optischen Achse pro Klickrastposition des Fokussierelements (23) bezeichnet.