DE10362087B4

DE10362087B4 - Einfahrbares Linsensystem und Verfahren zum Einfahren eines Linsensystems

Info

Publication number: DE10362087B4
Application number: DE10362087A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nomura; Takamitsu Sasaki
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: CN1439929B; TW200305768A; TWI229231B; US7013081B2; DE10307520A1; JP2003315861A; US6978089B2; DE20321536U1; US20030156832A1; KR20040093648A; JP3820263B2; JP2006243750A; JP2005049895A; KR20040093649A; DE10307520B4; JP4319666B2; CN1439929A; KR100719457B1; JP3742645B2; JP2005338885A

Abstract

Einfahrbares Varioobjektiv (10) für eine Kamera, umfassend mehrere optische Elemente (L1, L2, L3, F, C), von denen mindestens eines eine zur Brennweitenänderung längs einer gemeinsamen optischen Achse (Z1) des Varioobjektivs (10) bewegbare Linsengruppe (L2) ist, die aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zustand, in dem die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückgezogen ist, die optische Achse (Z1') der radial zurückziehbaren Linsengruppe (L2) parallel zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) verläuft und die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) sowie eines der übrigen optischen Elemente (L1, L3, F, C) in radialer Richtung senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) übereinander liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein einfahrbares Varioobjektiv, das in den Körper eines optischen Instrumentes, wie z.B. eine mit einem lichtempfindlichen Film arbeitende Kamera oder eine mit einem CCD- oder CMOS-Bildsensor arbeitende digitale Kamera einfahrbar und aus diesem ausfahrbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einfahren eines solchen Varioobjektivs.
Die Anforderungen an die Miniaturisierung von Kompaktkameras nehmen stetig zu. Insbesondere besteht bei Kameras, die ein einfahrbares Aufnahmeobjektiv haben, ein starkes Bedürfnis nach einer weiteren Verkürzung des Aufnahmeobjektivs im vollständig eingefahrenen Betriebszustand.
Aus der Druckschrift US 4 937 609 A ist ein Kameraobjektiv bekannt, bei dem zwischen einer Tele- und einer Weitwinkeleinstellung umgeschaltet werden kann. Es ist außerdem eine Außerbetriebstellung vorgesehen, in der ein optisches Element aus der optischen Achse des Kameraobjektivs herausbewegt ist.
In der Druckschrift JP 07-199019 A ist ein Varioobjektiv beschrieben, bei dem ein optisches Element aus der optischen Achse geschwenkt wird, wenn das Varioobjektiv in die Außerbetriebstellung gefahren wird. Dieses optische Element ist jedoch im Variobereich an der Optik des Varioobjektivs nicht beteiligt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfahrbares Varioobjektiv anzugeben, dessen Konstruktion eine weitere Verkürzung des Varioobjektivs im vollständig eingefahrenen Zustand ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einfahren eines Varioobjektivs anzugeben, das eine weitere Verkürzung des Varioobjektivs im vollständig eingefahrenen Zustand ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgaben durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 einen Längsschnitt eines einfahrbaren Varioobjektivs einer digitalen Kamera im aufnahmebereiten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 einen Längsschnitt des in 1 gezeigten einfahrbaren Varioobjektivs im vollständig eingefahrenen Zustand, wenn die Kamera nicht im ein Einsatz ist,
3A einen Längsschnitt funktionswichtiger Elemente wie Linsengruppen, Blendenverschluss, Tiefpassfilter und CCD des in 1 gezeigten einfahrbaren Varioobjektivs,
3B einen Längsschnitt der in 3A dargestellten Elemente des in 2 gezeigten Varioobjektivs,
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung funktionswichtiger Elemente des in den 1 und 2 gezeigten Varioobjektivs,
5A eine Vorderansicht der in 4 gezeigten Elemente im aufnahmebereiten Zustand, wobei ein Linearführungsring der klareren Darstellung wegen weggelassen ist,
5B eine Darstellung ähnlich der nach 5A mit den in 4 gezeigten Elementen im vollständig eingefahrenen Zustand, wobei wiederum der Linearführungsring weggelassen ist,
6A eine perspektivische Darstellung der in 5A gezeigten Elemente, wobei ein ortsfestes Ringelement der klareren Darstellung wegen teilweise weggelassen ist,
6B eine perspektivische Darstellung der in 5B gezeigten Elemente, wobei ein zweiter Linsengruppen-Halterahmen der klareren Darstellung wegen teilweise weggelassen ist,
7A eine Vorderansicht der in 4 gezeigten Elemente im aufnahmebereiten Zustand, wobei der Linearführungsring und die Haltefassung für die zweite Linsengruppe weggelassen sind,
7B eine Darstellung ähnlich der nach 7A mit den in 4 gezeigten Elementen im vollständig eingefahrenen Zustand, wobei der Linearführungsring und die Haltefassung für die zweite Linsengruppe weggelassen sind,
8A eine perspektivische Darstellung der in 7A gezeigten Elemente,
8B eine perspektivische Darstellung der in 7B gezeigten Elemente,
9 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung der in den 7B und 8B gezeigten Elemente,
10A eine perspektivische Darstellung von funktionswichtigen Elementen des in 1 gezeigten Varioobjektivs mit einer Haltekonstruktion für eine an der Haltefassung vorgesehene einfahrbare Linsenfassung von hinten in Richtung der optischen Achse des einfahrbaren Varioobjektivs gesehen,
10B eine Darstellung ähnlich der nach 10A mit derselben Haltekonstruktion in einem anderen Betriebszustand,
11 einen Längsschnitt eines einfahrbaren Varioobjektivs im vollständig eingefahrenen Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
12 einen Längsschnitt eines einfahrbaren Varioobjektiv im vollständig eingefahrenen Zustand gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
13 einen Längsschnitt eines einfahrbaren Varioobjektivs im vollständig eingefahrenen Zustand gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
14 eine Vorderansicht einer Kamera, die beispielhaft aus der optischen Achse des einfahrbaren Varioobjektivs entfernte optische Elemente zeigt, und
15 eine Vorderansicht einer Kamera, die ein weiteres Beispiel für aus der optischen Achse des einfahrbaren Varioobjektivs entfernte optische Elemente zeigt.
Der Gesamtaufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des einfahrbaren Varioobjektivs nach der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Das einfahrbare Varioobjektiv 10 ist in eine digitale Kamera eingebaut und umfasst eine Aufnahmeoptik mit einer ersten Linsengruppe L1 einen Blendenverschluss S, eine zweite Linsengruppe (radial zurückziehbare linsengruppe/entfernbares optisches Element) L2, eine dritte Linsengruppe L3, ein Tiefpassfilter (optisches Filter) F und einen CCD-Bildsensor (Bildaufnahmevorrichtung) C. Mit Z1 ist in 1 die optische Achse der Aufnahmeoptik bezeichnet. Die erste Linsengruppe L1 und die zweite Linsengruppe L2 werden zur Brennweitenänderung, d.h. beim Zoomen, in vorbestimmter Weise längs der optischen Achse Z1 angetrieben, während die dritte Linsengruppe L3 zur Fokussierung längs der optischen Achse Z1 angetrieben wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass zur Brennweitenänderung mindestens zwei Linsengruppen in Richtung der optischen Achse bewegt werden können, wie dies in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, oder mindestens eine Linsengruppe und die Bildfläche, z.B. der CCD-Bildsensor in Richtung der optischen Achse bewegt werden.
Wie aus den 1 und 2 deutlich wird, hat unter den drei Linsengruppen L1, L2 und L3 die zweite Linsengruppe L2 den kleinsten Durchmesser.
In dem in den 1 und 3A gezeigten Betriebszustand, in dem das einfahrbare Varioobjektiv 10 mit seiner Aufnahmeoptik für eine Aufnahme bereit ist und der im Folgenden als Aufnahmezustand bezeichnet wird, sind alle optischen Elemente der Aufnahmeoptik auf der gemeinsamen optische Achse Z1 angeordnet. Dagegen ist in dem in den 2 und 3B gezeigten vollständig eingefahrenen Betriebszustand (eingefahrene Stellung) die zweite Linsengruppe L2 aus einer Position auf der optischen Achse Z1 senkrecht zu dieser so versetzt, dass sie auf einer exzentrischen optischen Achse Z1' (optische Achse des entfernbaren Elementes) angeordnet ist. Wird die zweite Linsengruppe L2 in diese versetzte Position bewegt, so liegt sie noch nicht über den anderen optischen Elementen der Aufnahmeoptik, nämlich der ersten Linsengruppe L1, dem Verschluss S, der dritten Linsengruppe L3, dem Tiefpassfilter F und dem CCD-Bildsensor C, bezogen auf die Richtung längs der optischen Achse. Gleichzeitig wird zur Erreichung des vollständig eingefahrenen Zustandes die zweite Linsengruppe L2, d.h. das aus der optischen Achse Z1 versetzte oder entfernte optische Element, längs der exzentrischen optischen Achse Z1' eingefahren, während noch mindestens eines der verbleibenden optische Elemente der Aufnahmeoptik, die nicht aus der optischen Achse Z1 entfernt sind, längs der optischen Achse Z1, d.h. parallel zu dieser, eingefahren werden. Durch diese Bewegungen der optischen Elemente der Aufnahmeoptik wird die Länge des einfahrbaren Varioobjektivs 10 im vollständig eingefahrenen Zustand verkürzt.
Um das Varioobjektiv 10 aus dem in den 1 und 3A gezeigten Aufnahmezustand in den in den 2 und 3B gezeigten vollständig eingefahrenen Zustand zu bringen, wird zunächst die zweite Linsengruppe L2 aus einer Position auf der optischen Achse Z1, auf der die übrigen optischen Elemente der Aufnahmeoptik liegen, radial so zurückgezogen, dass sie sich auf der bezüglich der optischen Achse Z1 exzentrischen optischen Achse Z1' befindet. Anschließend wird die zweite Linsengruppe L2 längs der exzentrischen optischen Achse Z1' eingefahren. Gleichzeitig werden von den vorstehend genannten übrigen optischen Elementen der Aufnahmeoptik die erste Linsengruppe L1, der Blendenverschluss S und die dritte Linsengruppe L3 längs der optischen Achse Z1 eingefahren. In dem in den 2A und 3B gezeigten vollständig eingefahrenen Zustand, in dem das Objektiv 10 vollständig in dem Kameragehäuse untergebracht ist, sind die entfernte zweite Linsengruppe L2, die auf der exzentrischen optischen Achse Z1' liegt, und die anderen optischen Elemente der Aufnahmeoptik, nämlich in diesem Ausführungsbeispiel die dritte Linsengruppe L3, das Tiefpassfilter F und der CCD-Bildsensor C, die auf der optischen Achse Z1 liegen, so angeordnet, dass sie im gleichen Positionsbereich bezogen auf die Richtung längs ihrer jeweiligen optischen Achse Z1 bzw. Z1' einander überlagert sind, d.h. übereinander liegen. Mit anderen Worten ist die zweite Linsengruppe L2 im vollständig eingefahrenen Zustand bezüglich der optischen Achse Z1 senkrecht zu dieser außenseitig der dritten Linsengruppe L3, des Tiefpassfilters F und des CCD-Bildsensors C angeordnet.
Unter Bezugnahme hauptsächlich auf die 1 und 2 wird im Folgenden die Konstruktion des einfahrbaren Varioobjektivs 10 beschrieben, das in oben beschriebener Weise das Einfahren der optischen Elemente der Aufnahmeoptik ermöglicht. Das Varioobjektiv 10 umfasst einen CCD-Rahmen 11, einen ortsfesten Tubus 12 und eine äußere Frontfassung 13. Die genannten Elemente sind alle ortsfest. Das Tiefpassfilter F und der CCD-Bildsensor C sind an dem CCD-Rahmen 11 befestigt. Die äußere Frontfassung 13 hat eine Öffnung 13a, durch die ein äußerer Lineartubus 16 und ein innerer Lineartubus 17 das Varioobjektiv 10 ausfahren und einfahren.
Ein Drehring 14 ist auf dem ortsfesten Tubus 12 so angebracht, dass er um eine Drehachse Z2 drehbar und längs dieser unbeweglich ist. Der ortsfeste Tubus 12 hat an seiner Außenfläche einen Satz radialer Vorsprünge 12a. Der Drehring 14 hat an seiner Innenfläche einen entsprechenden Satz umlaufender Nuten 14a, in die die radialen Vorsprünge 12a des ortsfesten Tubus 12 greifen und entlang denen sie verschiebbar sind. Durch das Eingreifen der radialen Vorsprünge 12a in die umlaufenden Nuten 14a ist der Drehring 14 so an dem ortsfesten Tubus 12 gehalten, dass er auf diesem um die Drehachse Z2 drehbar ist, während er an einer Bewegung längs der Drehachse Z2 gehindert ist.
Der Drehring 14 hat an seiner Außenfläche eine umlaufende Zahnung 14b, die in Eingriff mit einem Ritzel 15 steht. Das Ritzel 15 wird von einem in 1 gezeigten Motor M gedreht. Indem der Motor M das Ritzel 15 in eine Vorwärts-Drehrichtung und eine gegenläufige Rückwärts-Drehrichtung dreht, wird der Drehring 14 um die Drehachse Z2 in die Vorwärts-Drehrichtung bzw. die Rückwärts-Drehrichtung gedreht. Die Drehachse Z2 ist exzentrisch zur optischen Achse Z1 der Aufnahmeoptik. Der Drehring 14 hat an seiner Innenfläche einen Satz Drehtransfernuten 14c. Später genauer beschriebene Ringelemente 16, 17, 18, 19 und 20 sind koaxial um die Drehachse Z2 angeordnet.
Das einfahrbare Varioobjektiv 10 enthält einen äußeren Lineartubus 16, einen inneren Lineartubus 17, einen Nockenring (Drehelement) 18, einen Linearführungsring 19 und eine Haltefassung 20 für die zweite Linsengruppe L2 in dieser Reihenfolge radial von außerhalb des Varioobjektivs 10 zur Drehachse Z2 hin. Der ortsfeste Tubus 12 hat an seiner Innenfläche einen Satz Linearführungsnuten 12b. Der Linearführungsring 19 hat an seiner Außenfläche einen entsprechenden Satz Linearführungsvorsprünge 19a, die in die Linearführungsnuten 12b greifen. Der Linearführungsring 19 bewegt sich nur längs der optischen Achse Z1. Der Linearführungsring 19 hat an seiner Außenfläche einen umlaufenden Vorsprung 19b, während der Nockenring 18 an seiner Innenfläche eine umlaufende Nut 18a hat, in die der Vorsprung 19b greift. Das Ineinandergreifen des Vorsprungs 19b und der Nut 18a ermöglicht das Drehen des Nockenrings 18 um die Drehachse Z2 bezüglich des Linearführungsrings 19, während der Nockenring 18 und der Linearführungsring 19 daran gehindert sind, sich längs der optischen Achse Z1 relativ zueinander zu bewegen. Wenn sich der Nockenring 18 längs der optischen Achse Z1 bewegt, tut er dies gemeinsam mit dem Linearführungsring 19. Der Nockenring 18 ist um die Drehachse Z2 relativ zu dem Linearführungsring 19 drehbar.
Der ortsfeste Tubus 12 hat einen Satz Nockenschlitze 12c, die durch die Wand des Tubus 12 gehen. Der Nockenring 18 hat einen entsprechenden Satz Mitnehmerstifte 18b, die sich durch die Nockenschlitze 12c durch den ortsfesten Tubus 12 radial nach außen erstrecken und in die Drehtransfernuten 14c greifen. Das Nockenprofil der Nockenschlitze 12c ist so festgelegt, dass sich der Nockenring 18 zunächst in seine in 1 gezeigte, am weitesten ausgefahrene Stellung bewegt und anschließend durch das Ineinandergreifen der Nockenschlitze 12c und der Drehtransfernuten 14c lediglich um die Drehachse Z2 rotiert, wenn der Drehring 14 in eine Vorwärts-Drehrichtung gedreht wird, um den äußeren Lineartubus 16 und den inneren Lineartubus 17 durch die Öffnung 13a in den vollständig eingefahrenen Zustand zu bewegen, der in 2 gezeigt ist.
Der Nockenring 18 hat an seiner Innenfläche einen Satz Nockennuten 18c, in die ein Satz Mitnehmervorsprünge 20a greift, die an der Außenwand der für die zweite Linsengruppe L2 vorgesehenen Haltefassung 20 ausgebildet sind. Der Nockenring 18 hat an seiner Außenfläche einen Satz Nockennuten 18d, in die ein Satz Mitnehmerstifte 17a greift, die an der Innenwand des Lineartubus 17 ausgebildet sind. Wie in 4 gezeigt, hat die Haltefassung 20 für die zweite Linsengruppe L2 an ihrer Außenfläche einen Satz Linearführungsnuten 20b. Der Linearführungsring 19 hat an seiner Vorderseite einen Satz Linearführungsstangen 19c, die in die Linearführungsnuten 20b greifen und darin in Richtung der optischen Achse Z1, d.h. in Richtung der optischen Achse des Aufnahmeobjektivs des Variolinsensystems, verschiebbar sind. Die Haltefassung 20 ist durch das Ineinandergreifen der Linearführungsstange 19c und der Linearführungsnuten 20b in Richtung der optischen Achse Z1 geführt. Durch Vorwärts- und Rückwärtsdrehen des Nockenrings 18 wird also die Haltefassung 20 entsprechend den Verläufen der Nockennuten 18c längs der Drehachse Z2 vor- und zurückbewegt.
Der äußere und der innere Linearführungstubus 16, 17 sind so miteinander gekoppelt, dass sie sich gemeinsam bewegen und es ihnen gleichzeitig möglich ist, sich relativ zueinander um die Drehachse Z2 zu drehen. An der Außenfläche des Nockenrings 18 ist nämlich ein Satz radialer Vorsprünge 18f ausgebildet, der verschiebbar in einen entsprechenden Satz umlaufender Nuten 16a greift, der an der Innenfläche des äußeren Linearführungstubus 16 ausgebildet ist.
Der äußere Linearführungstubus 16 ist so an dem ortsfesten Tubus 12 gehalten, dass er gegenüber diesem nur in Richtung der Drehachse Z2 bewegbar ist. Der innere Linearführungstubus 17 ist an dem äußeren Linearführungstubus 16 so gehalten, dass er gegenüber diesem nur in Richtung der Drehachse Z2 bewegbar ist. So greift ein Satz Linearführungsvorsprünge 16b, die von der Außenfläche des äußeren Linearführungstubus 16 abstehen, in einen entsprechenden Satz Linearführungsnuten 12d, die an der Innenfläche des ortsfesten Tubus 12 ausgebildet sind und parallel zur Drehachse Z2 verlaufen. Ein Satz Linearführungsvorsprünge 17b, die von der Außenfläche des Linearführungstubus 17 abstehen, greift in einen entsprechenden Satz Linearführungsnuten 16c ein, die an der Innenfläche des äußeren Linearführungstubus 16 ausgebildet sind und parallel zur Drehachse Z2 verlaufen. Durch Drehung und Gegendrehung (vorwärts und rückwärts) des Nockenrings 18 wird deshalb der innere Linearführungstubus 17 entsprechend den Verläufen der Nockennuten 18d längs der Drehachse Z2 vorwärts und rückwärts bewegt.
Der innere Linearführungstubus 17 dient als Fassung zum Halten der ersten Linsengruppe L1. Das einfahrbare Aufnahmeobjektiv 10 enthält eine drehbare Linsenfassung 21, die als Fassung zum Halten der zweiten Linsengruppe L2 dient. Das Aufnahmeobjektiv 10 enthält eine Linsenfassung 22 zum Halten der dritten Linsengruppe L3. Die Linsenfassung 22 befindet sich vor dem CCD-Rahmen 11. Wie in 4 gezeigt, hat die dritte Linsenfassung 22 zwei radiale Arme 22a, die sich im Wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen radial nach außen erstrecken. An einem Ende jedes radialen Arms 22a der dritten Linsenfassung 22 ist ein Linearführungsloch 22b ausgebildet. Einer der beiden radialen Arme 22a hat nahe seinem Linearführungsloch 22b einen zylindrischen Teil 22c, der sich parallel zur optischen Achse Z1 nach vorne erstreckt und in dem ein Innengewinde ausgebildet ist. Eine nicht gezeigte Vorschubspindel ist in das Innengewinde des zylindrischen Teils 22c geschraubt. Die dritte Linsenfassung 22 wird durch einen Mechanismus längs der optischen Achse Z1 vor- und zurückbe wegt, der die Linearführungslöcher 22b der beiden radialen Arme 22a, den zylindrischen Teil 22c und die vorstehend genannte Vorschubspindel umfasst, wenn letztere in die entsprechende Drehrichtung und Gegenrichtung (vorwärts und rückwärts) gedreht wird. Die Vorschubspindel wird um einen Drehwinkel (Zahl der Umdrehungen) gedreht, der durch die Objektentfernung, also den Abstand des Objektes vom Objektiv, festgelegt ist.
Wie oben beschrieben, ist die zweite Linsengruppe L2 aus ihrer Position auf der optischen Achse Z1 entfernt, wenn sich das Varioobjektiv 10 im vollständig eingefahrenen Zustand befindet. Unter Bezugnahme hauptsächlich auf die 4 bis 10 wird im Folgenden der Mechanismus beschrieben, mit dem die zweite Linsengruppe L2 aus ihrer Position auf der optischen Achse Z1 herausgezogen wird.
Die drehbare Linsenfassung 21 hat einen zylindrischen Halteteil 21a, einen Schwenkarm 21b und einen zylindrischen Schwenkteil 21c. Die zweite Linsengruppe L2 ist an dem Halteteil 21a befestigt und dort gehalten. Der Schwenkarm 21b erstreckt sich von dem Halteteil 21a radial nach außen. Der zylindrische Schwenkteil 21c erstreckt sich von dem freien Ende des Schwenkarms 21b nach hinten. Der zylindrische Schwenkteil 21c hat längs einer Achse ein Durchgangsloch, das auf einen exzentrischen Drehzapfen 20c der Haltefassung 20 passt, so dass die Linsenfassung 21 frei um den exzentrischen Drehzapfen 20c drehbar ist. Der exzentrische Drehzapfen 20c erstreckt sich von der Haltefassung 20 parallel zur optischen Achse Z1, und zwar ausgehend von einer Position auf der Haltefassung 20, die exzentrisch zur optischen Achse Z1 liegt. Die zweite Linsengruppe L2, die an dem zylindrischen Halteteil 21a befestigt ist, kann durch eine Schwenkbewegung der zweiten Haltefassung 20 um den exzentrischen Drehzapfen 20c zwischen einer Aufnahmeposition auf der optischen Achse Z1 (vgl. 5A, 6A, 7A, 8A und 10A) und einer entfernten, d.h. exzentrischen Position bewegt werden, d.h. einer Position, die exzentrisch von der optischen Achse Z1 abliegt (vgl. 5B, 6B, 7B, 8B und 10B). Durch eine in 1 gezeigte Torsionsfeder 23, die zwischen dem exzentrischen Drehzapfen 20c und dem zylindrischen Schwenkteil 21c angeordnet ist, ist die drehbare Linsenfassung 21 stets in eine Drehrichtung (Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in den 5A, 5B, 6A und 6B) vorge spannt, wodurch die zweite Linsengruppe L2, die an dem zylindrischen Halteteil 21a gehalten ist, auf der optischen Achse Z1 angeordnet ist. Die drehbare Linsenfassung 21 hat an ihrem freien Ende, d.h. einem Schwenkende, das dem Ende mit dem zylindrischen Schwenkteil 21c entgegengesetzt ist, einen Anlagevorsprung 21d, der sich von dem zylindrischen Halteteil 21a in eine Richtung erstreckt, die von dem schwenkbar gehaltenen Ende der Linsenfassung 21 weg weist. Die Haltefassung 20 hat an ihrer Innenfläche einen Anschlag 20d (6A, 10A und 10B), gegen den der Anlagevorsprung 21d stößt, wenn sich die Haltefassung 20 im Gegenuhrzeigersinn vollständig in eine Position dreht, die in den 5A und 6A gezeigt ist. Die Haltefassung 20 hat einen ausgeschnittenen Teil 20f, in den der zylindrische Schwenkteil 21c teilweise gerät, wenn sich die zweite Linsengruppe L2 in die exzentrische Position auf der optischen Achse Z1' bewegt, wie in den 5B und 6B gezeigt ist.
Der zylindrische Schwenkteil 21c hat an seiner Außenfläche einen zur Positionssteuerung vorgesehenen Vorsprung 21f, während der CCD-Rahmen 11 an seiner Vorderfläche eine zur Positionssteuerung bestimmte, sich nach vorne erstreckende Mitnehmerstange 11a hat. Die Mitnehmerstange 11a befindet sich in Anlage mit dem Vorsprung 21f, um so die Position der drehbaren Linsenfassung 21 zu steuern. Wie aus 9 deutlich wird, steht die Mitnehmerstange 11a von einer Basis 11b des CCD-Rahmens 11 parallel zur Drehachse Z2 nach vorne ab. Die Mitnehmerstange 11a hat längs ihrer inneren Seitenkante eine Haltefläche 11a1, die sich parallel zur Drehachse Z2 erstreckt, sowie an ihrem vorderen Ende eine Mitnehmerfläche 11a2, die von der mit 11a3 bezeichneten äußeren Seitenkante zur Haltefläche 11a1 nach hinten auf die Basis 11b zu geneigt ist. Befindet sich der Vorsprung 21f der drehbaren Linsenfassung 21 in Anlage mit der Haltefläche 11a1, so ist die zweite Linsengruppe L2 in ihrer entfernten, d.h. von der optischen Achse Z1 exzentrisch abliegenden Position angeordnet. Bewegt sich in diesem Zustand die drehbare Linsenfassung 21 längs der Drehachse Z2 bis zu einem Punkt nach vorn, an dem der Vorsprung 21f in Anlage mit der Mitnehmerfläche 11a2 kommt, so dreht sich die Linsenfassung 21 durch die Federkraft der Torsionsfeder 23 um den exzentrischen Drehzapfen 20c so, dass die an dem zylindrischen Halteteil 21a gehaltene zweite Linsengruppe L2 in die optische Achse Z1 bewegt wird. Die Position des zylindrischen Halteteils 21a zu dem Zeitpunkt, zu dem die zweite Linsengruppe L2 durch die Federkraft der Torsionsfeder 23 in die optische Achse Z1 bewegt ist, ist dadurch festgelegt, dass sich der Anschlag 20d in Anlage mit dem Anlagevorsprung 21d befindet. Die optische Achse der zweiten Linsengruppe L2 fällt dabei mit der optischen Achse Z1 zusammen. Befindet sich die zweite Linsengruppe L2 im Aufnahmezustand in ihrer Aufnahmeposition auf der optischen Achse Z1, so ist der zur Positionssteuerung vorgesehene Vorsprung 21f von der Mitnehmerfläche 11a2 gelöst und vor der Mitnehmerfläche 11a2 angeordnet.
Befindet sich dagegen die zweite Linsengruppe L2 im Aufnahmezustand in ihrer Aufnahmeposition auf der optischen Achse Z1, so kommt zunächst, wenn sich die drehbare Linsenfassung 21 längs der Drehachse Z2 nach hinten bewegt, der Vorsprung 21f in Anlage mit der Mitnehmerfläche 11a2, und anschließend dreht sich die Linsenfassung 21 um den Drehzapfen 20c, wodurch sich die zweite Linsengruppe L2 infolge der Anlage des Vorsprungs 21f an der Mitnehmerfläche 11a2 aus der auf der optischen Achse Z1 liegenden Position in die auf der exzentrischen optischen Achse Z1' liegende Position (entfernte Position) bewegt. Befindet sich die zweite Linsengruppe L2 in ihrer Position auf der exzentrischen optischen Achse Z1', so ist der zylindrische Schwenkteil 21c teilweise in dem ausgeschnittenen Teil 20f angeordnet. Dabei befindet sich die exzentrische optische Achse Z1' innerhalb der Haltefassung 20 und innerhalb des Innenumfangs des Nockenrings 18. Obgleich der zylindrische Schwenkteil 21c teilweise in dem ausgeschnittenen Teil 20f angeordnet ist und sich dabei die exzentrische optische Achse Z1' innerhalb der Haltefassung 20 befindet, ist letztere mit anderen Worten so angeordnet, dass der zylindrische Schwenkteil 21c ein Drehelement wie den Nockenring 18 nicht stört.
Die Funktionsweise des einfahrbaren Varioobjektivs 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird im Folgenden erläutert. Befindet sich das Varioobjektiv 10 in der vollständig eingefahrenen Stellung, wie in den 2 und 3B gezeigt, so sind der äußere Linsentubus 16, der innere Linsentubus 17, der Nockenring 18 und der Linearführungsring 19 vollständig in der Öffnung 13a der äußeren Frontfassung 13 untergebracht. In diesem Zustand wird, unmittelbar nachdem ein in 1 gezeigter Hauptschalter MS der digitalen Kamera eingeschaltet ist, der Drehring 14 durch Vorwärtsdrehen des Ritzels 15 in eine vorbestimmte Drehrichtung gedreht, um den äußeren und den inneren Lineartubus 16, 17 aus der Öffnung 13a um einen vorbestimmten Drehwinkel auszufahren, wodurch das Varioobjektiv 10 aus seinem vollständig eingefahrenen Zustand in den Aufnahmezustand mit Weitwinkel-Grenzeinstellung gebracht wird. Die Drehbewegung des Drehrings 14 wird auf den Nockenring 18 übertragen, so dass dieser durch das Ineinandergreifen der Mitnehmerstifte 18b und der Nockenschlitze 12c in seine am weitesten ausgefahrene Position vorgeschoben wird. Bei dieser Bewegung des Nockenrings 18 in seine vorderste Position werden der äußere Lineartubus 16, der innere Lineartubus 17, der Nockenring 18 und der Linearführungsring 19 aus der Öffnung 13a ausgefahren. Anschließend bewegen sich der Linearführungsring 19 und der äußere Lineartubus 16 gemeinsam mit dem Nockenring 18 linear nach vorn, während der innere Lineartubus 17 und die Haltefassung 20 jeweils in ihre Aufnahmeposition mit Weitwinkel-Grenzeinstellung vorgeschoben werden. Wird die Haltefassung 20 in ihre Aufnahmeposition mit Weitwinkel-Grenzeinstellung vorgeschoben, so wird auch der Vorsprung 21f auf der Haltefläche 11a1 gleitend vorgeschoben, um sich von der Haltefläche 11a1 zur Mitnehmerfläche 11a2 zu bewegen. Unmittelbar nachdem der Vorsprung 21f von der Haltefläche 11a1 zur Mitnehmerfläche 11a2 bewegt ist, dreht sich die Linsenfassung 21 durch die Federkraft der Torsionsfeder 23 um den exzentrischen Drehzapfen 20c in eine Richtung, um die zweite Linsengruppe L2 so lange zu bewegen, bis der Anschlag 20d gegen den Anlagevorsprung 21d stößt. Dabei kommt die optische Achse der zweiten Linsengruppe L2 in Übereinstimmung mit der optischen Achse Z1. Dieser Zustand, in dem sich der Anschlag 20d mit dem Anlagevorsprung 21d in Anlage befindet, stellt den Aufnahmezustand mit Weitwinkel-Grenzeinstellung dar, der in den 1 und 3A gezeigt ist.
Wird in diesem Aufnahmezustand mit Weitwinkel-Grenzeinstellung ein in 1 gezeigter Zoom- oder Varioschalter ZS von Hand betätigt, um das Ritzel 15 anzutreiben, so dreht sich der Nockenring 18 um die Drehachse Z2 in einer festen Position, ohne sich längs der Drehachse Z2 (optische Achse Z1) zu bewegen.
Durch diese Drehung des Nockenrings 18 werden die Haltefassung 20 und der innere Lineartubus 17 entsprechend den Bahnen der Nockennuten 18c bzw. 18d in vorbestimmter Weise längs der Drehachse Z2 (optische Achse Z1) bewegt. Da die Haltefassung 20 die drehbare Linsenfassung 21 trägt, während die erste Linsengruppe L1 an dem inneren Lineartubus 17 gehalten ist, wird durch die Bewegungen der ersten und der zweiten Linsengruppe L1, L2 längs der optischen Achse Z1 eine Brennweitenänderung, d.h. eine Zoomoperation vorgenommen. Die Fokussierung erfolgt durch Antreiben der dritten Linsengruppe L3 längs der optischen Achse Z1 in Abhängigkeit der Objektentfernung.
Unmittelbar nachdem der Hauptschalter MS der digitalen Kamera ausgeschaltet ist, wird das Ritzel 15 in Gegenrichtung angetrieben, um den Nockenring 18 nach hinten über seine Weitwinkel-Grenzposition hinaus zu bewegen. Bei dieser rückwärts gerichteten Bewegung des Nockenrings 18 bewegen sich die Haltefassung 20 und der innere Lineartubus 17 infolge des Ineinandergreifens der Nockennuten 18c und der Mitnehmervorsprünge 20a sowie des Ineinandergreifens der Nockennuten 18d und der Mitnehmerstifte 17a längs der Drehachse Z2 rückwärts. Diese rückwärts gerichtete Bewegung der Haltefassung 20 führt zunächst dazu, dass der zur Positionssteuerung bestimmte Vorsprung 21f der drehbaren Linsenfassung 21 in Kontakt mit der Mitnehmerfläche 11a2 der zur Positionssteuerung bestimmten Mitnehmerstange 11a kommt, und anschließend dazu, dass sich die Linsenfassung 21 durch die Anlage des Vorsprungs 21f an der Mitnehmerfläche 11a2 um den exzentrischen Drehzapfen 20c dreht, so dass die zweite Linsengruppe L2 von der optischen Achse Z1 zurückgezogen wird. Anschließend bewegt sich der Vorsprung 21f von der Mitnehmerfläche 11a2 auf die Haltefläche 11a1, um die zweite Linsengruppe L2 in ihrer entfernten, d.h. exzentrischen Position zu halten. Anschließend bewegt sich der Nockenring 18 rückwärts, nachdem die zweite Linsengruppe L2 auf der exzentrischen optischen Achse Z1' angeordnet worden ist, während sich der innere Lineartubus 17, der die erste Linsengruppe L1 trägt, infolge des Ineinandergreifens der Nockennuten 18c und der Mitnehmervorsprünge 20a rückwärts bewegt. Zugleich bewegt sich die Haltefassung 20 infolge des Ineinandergreifens der Nockennuten 18d und der Mitnehmerstifte 17a rückwärts, während sich der Vorsprung 21f rückwärts bewegt und dabei weiterhin an der Haltefläche 11a1 anliegt (wodurch die zweite Linsengruppe L2 auf der exzentrischen optischen Achse Z1' gehalten wird), um das Varioobjektiv 10 in seinen vollständig eingefahrenen Zustand zu bringen, der in den 2 und 3B gezeigt ist.
Das wesentliche Prinzip der Erfindung besteht darin, dass von mehreren optischen Elementen eines aus seiner Position auf der optischen Achse in eine andere, von der optischen Achse entfernte Position gebracht wird und das so entfernte Element und mindestens eines der verbleibenden Elemente längs der optischen Achse rückwärts bewegt werden, um die aus den optischen Elementen bestehende Optik einzufahren und damit aus ihrem aufnahmebereiten Betriebszustand zu bringen, in dem die optischen Elemente auf einer einzigen optischen Achse liegen. Die erfindungsgemäße Konstruktion des einfahrbaren Linsensystems ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, so lange der Aufbau des Linsensystems auf dem vorstehend beschriebenen Prinzip beruht.
Befindet sich in dem in 11 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel das Varioobjektiv 10 in seinem vollständig eingefahrenen Zustand, so kann zusätzlich zu der zweiten Linsengruppe L2 die erste Linsengruppe L1 aus der optischen Achse Z1 entfernt sein. Die erste Linsengruppe L1 ist dabei radial zu einer exzentrischen optischen Achse Z1'' bewegt, während die zweite Linsengruppe L2 zu der exzentrischen optischen Achse Z1' bewegt ist. Da in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Linsengruppen L1, L2 und L3 so angeordnet sind, dass sie sich alle im gleichen Positionsbereich bezogen auf die Richtung längs der optischen Achse befinden, ist die Länge des einfahrbaren Varioobjektivs 10, d.h. die in Richtung der optischen Achse bemessene Dicke, im vollständig eingefahrenen Zustand noch kleiner als in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren, um die Linsengruppen aus der optischen Achse Z1 zu entfernen, d.h. die Linsengruppen radial zu bewegen, kann sich auch von dem in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren unterscheiden. Beispielsweise erstreckt sich in einem dritten Ausführungsbeispiel, das in 12 gezeigt ist, die optische Achse Z1' der aus der optischen Achse Z1 entfernten zweiten Linsengruppe L2 senkrecht zur optischen Achse Z1. Alternativ erstreckt sich in dem in 14 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel die optische Achse Z1' der aus der optischen Achse Z1 entfernten zweiten Linsengruppe L2 in einer gegenüber der optischen Achse Z1 geneigten, d.h. nicht-parallelen Richtung. Dies bedeutet, dass die optische Achse Z1' des optischen Elementes bzw. der optischen Elemente, die aus der optischen Achse Z1 entfernt sind, parallel zur optischen Achse Z1 verlaufen können, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel (1 bis 10), oder in einer Richtung, die gegenüber der optischen Achse Z1 geneigt ist.
Die radiale Richtung, in der die optischen Elemente bewegt werden, um sie aus der optischen Achse Z1 zu entfernen, kann jede gewünschte Richtung sein. Beispielsweise zeigen die 14 und 15 einen rechteckigen Kamerakörper 40, der das einfahrbare Varioobjektiv 10 nach der Erfindung enthält. In 14 wird die zweite Linsengruppe L2, die den kleinsten Linsendurchmesser hat, direkt nach oben bewegt. In 15 wird die zweite Linsengruppe L2, die den kleinsten Linsendurchmesser hat, diagonal nach oben bewegt, während die erste Linsengruppe L1, die den größten Linsendurchmesser hat, von vorne betrachtet horizontal nach links bewegt wird. Die Erfindung ist auf die in den 14 und 15 gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. So können die Kombination (Zahl) der optischen Elemente und die Richtung, in der die optischen Elemente aus der optischen Achse Z1 entfernt werden, auch anders gewählt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die zweite Linsengruppe L2 dasjenige Element der die Aufnahmeoptik bildenden Elemente, das aus der optischen Achse des einfahrbaren Varioobjektivs entfernt wird. Als entfernbares optisches Element können jedoch auch ein oder mehrere andere optische Elemente wie der Blendenverschluss S und das Tiefpassfilter F gewählt werden, die in gleicher Weise wie die zweite Linsengruppe L2 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele bewegt werden.
Das in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigte einfahrbare Linsensystem ist ein Varioobjektiv. Die Erfindung ist jedoch auch auf ein einfahrbares Objektiv mit fester Brennweite anwendbar.

Claims

Einfahrbares Varioobjektiv (10) für eine Kamera, umfassend mehrere optische Elemente (L1, L2, L3, F, C), von denen mindestens eines eine zur Brennweitenänderung längs einer gemeinsamen optischen Achse (Z1) des Varioobjektivs (10) bewegbare Linsengruppe (L2) ist, die aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückziehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zustand, in dem die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückgezogen ist, die optische Achse (Z1') der radial zurückziehbaren Linsengruppe (L2) parallel zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) verläuft und die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) sowie eines der übrigen optischen Elemente (L1, L3, F, C) in radialer Richtung senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) übereinander liegen.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Linsengruppen (L1, L2, L3), von denen eine die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) ist.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Linsengruppen (L1, L2, L3) die zurückziehbare Linsengruppe (L2) den kleinsten Durchmesser hat.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine verstellbare Blende (S) mit einer Blendenöffnung, deren Durchmesser veränderbar ist und die zwischen zwei benachbarten Linsengruppen (L1, L2) angeordnet ist, wobei sich die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) bei aufnahmebereitem Varioobjektiv (10) bildseitig der Blende (S) befindet.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine einstellbare Blende (S) mit einer Blendenöffnung, deren Durchmesser veränderbar ist, wobei bei aufnahmebereitem Varioobjektiv (10) unter den Linsen gruppen (L1, L2, L3) die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) der Blende (S) am nächsten angeordnet ist.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (S) als Blendenverschluss dient.
Varioobjektiv (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) bildseitig der am weitesten objektseitig angeordneten Linsengruppe (L1) angeordnet ist.
Objektiv (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Varioobjektiv (10) in einem nichtaufnahmebereiten Zustand befindet, wenn die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückgezogen ist
Varioobjektiv (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Haltefassung (20) zum Halten der radial zurückziehbaren Linsengruppe (L2), wobei diese Linsengruppe (L2) zumindest zum Teil innerhalb der Haltefassung (20) angeordnet ist, wenn sie aus der optischen Achse (Z1) zurückgezogen ist.
Varioobjektiv (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, gekennzeichnet durch einen ortsfesten Tubus (12), in dem die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) angeordnet ist.
Varioobjektiv (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsengruppen (L1, L2, L3) in einem Kamerakörper (40) untergebracht sind und von einem Motor (M) angetrieben werden, der ebenfalls in dem Kamerakörper (40) untergebracht ist.
Varioobjektiv (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Haltefassung (20) gehaltene Linsengruppe (L2) um eine Schwenkachse, die innerhalb der Haltefassung (20) angeordnet ist und parallel zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) liegt, radial aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) herausschwenkbar ist.
Varioobjektiv (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltefassung (20) die schwenkbare Linsengruppe (L2) und eine andere der Linsengruppen (L1, L3) hält.
Verfahren zum Einfahren eines mehrere optische Elemente (L1, L2, L3, F, C) umfassenden Varioobjektivs (10) für eine Kamera, bei dem mindestens eine Linsengruppe (L2), die eines der optischen Elemente (L1, L2, L3, F, C) ist, zur Brennweitenänderung längs einer gemeinsamen optischen Achse (Z1) des Varioobjektivs (10) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einfahren des Varioobjektivs (10) die genannte Linsengruppe (L2) so aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) radial zurückgezogen wird, dass die optische Achse (Z1') der radial zurückgezogenen Linsengruppe (L2) parallel zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) verläuft und die radial zurückgezogene Linsengruppe (L2) sowie eines der übrigen optischen Elemente (L1, L3, F, C) in radialer Richtung senkrecht zur gemeinsamen optischen Achse (Z1) übereinander liegen.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Varioobjektiv (10) im nichtaufnahmebereiten Zustand befindet, wenn die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) aus der gemeinsamen optischen Achse (Z1) zurückgezogen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Linsengruppen (L1, L2), von denen eine die radial zurückziehbare Linsengruppe (L2) ist, zur Brennweitenänderung mittels eines längs der gemeinsamen optischen Achse (Z1) des Varioobjektivs (10) bewegbaren Tubus (16, 18) bewegt werden.