-
Objektiv mit veränderbarer Brennweite und Bildgröße Die Erfindung
betrifft ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite und Bildgröße mit einem Vorderglied,
mindestens zwei relativ zueinander axial beweglichen Zwischengliedern, einem ortsfesten
Hinterglied und einer zwischen dem hinteren Zwischenglied und dem Hinterglied angeordneten
Irisblende, die mittels eines Mechanismus betätigt wird, der mit einer mindestens
einen Teil des Hintergliedes umgebenden, ortsfesten Röhre zusammenwirkt.
-
Derartige bekannte Objektive bestehen gewöhnlich aus einer vorderen
Linsenanordnung, die mindestens ein axialbewegliches Glied zum Einstellen der Brennweite
und Bildgröße enthält, und aus einer hinteren Linsenanordnung, die während der Einstellbewegung
ortsfest bleibt. Obwohl die vordere Linsenanordnung gewöhnlich zwei relativ zueinander
bewegbare Zwischenglieder für die Einstellung aufweist, gibt es auch Anordnungen
mit drei bewegbaren Zwischengliedern. Das Vorderglied der vorderen Linsenanordnung
kann außerdem auf verschiedene Gegenstandsweiten eingestellt werden, d. h., es dient
zur Fokussierung.
-
Die Ausführung der Relativbewegungen der einzelnen Linsengruppen unter
gleichzeitiger genauer Zentrierung derselben auf die optische Achse bringt insbesondere
dann ernsthafte mechanisch Probleme mit sich, wenn das Verhältnis zwischen dem größten
und kleinsten Wert der Aquivalentbrennweite im Variobereich groß ist. Der Grund
hierfür ist hauptsächlich der, daß mindestens eines der axial beweglichen Zwischenglieder,
gewöhnlich aber beide oder alle, Bewegungen unterworfen wird, die mit der Bewegung
des zugehörigen Steuerelements in einem nichtlinearen Zusammenhang stehen. Je größer
der Variobereich ist, um so größer ist im allgemeinen die Abweichung von der Linearität.
Da weiterhin die Gesamtabmessungen des Objektivs schon von Natur aus sehr groß sind,
damit nämlich die gewünschten Axialbewegungen möglich sind und ein angemessenes
Gesichtsfeld vorhanden ist, ist man bestrebt, den Betätigungsmechanismus derart
anzuordnen, daß die Gesamtabmessungen des Objektivs hierdurch möglichst wenig vergrößert
werden. Hinzu kommt noch, daß gewöhnlich dicht vor der ortsfesten hinteren Linsenanordnung
eine Irisblende vorgesehen ist, für die ebenfalls ein Betätigungsmechanismus vorgesehen
werden muß, der die Gesamtabmessungen des Objektivs nicht vergrößern sollte.
-
Zum Herstellen der verschiedenen Axialbewegungen der beweglichen Zwischenglieder
sind die Fassungen für die Linsen in der Regel in Röhren befestigt, die mit anderen,
koaxialen Röhren durch Führungsrillenkupplungen verbunden sind. Damit die Antriebsdrehmomente
möglichst klein sind, sollten die Führungsrillen nicht zu steil verlaufen. Hierdurch
wird allerdings die axiale Länge der Führungsrillen stark vergrößert, so daß, wenn
die Führungsrillen aus Schlitzen in der Wand einer Röhre bestehen, die Röhrenwände
mechanisch stark geschwächt sind. Hierdurch ergibt sich eine so starke Elastizität
in Längsrichtung, daß die Genauigkeit der Axialbewegungen verlorengeht. Aus diesem
Grund ist man bemüht, an Stelle von Führungsschlitzen Führungsrillen zu verwenden,
doch besteht hierbei der Nachteil, daß man Führungsrillen in den Innenwänden eitler
Röhre nicht mit ausreichender Genauigkeit herstellen kann.
-
Eine bekannte Einrichtung enthält beispielsweise' eine zur Ausführung
von Fokussierbewegungen geeignetes Vorderglied, zwei relativ zueinander axial bewegliche
Zwischenglieder und ein ortsfestes Hinterglied. In einer ortsfesten Röhre, die die
beiden axial beweglichen Zwischenglieder umgibt, ist eine innere Führungsrille ausgebildet,
in die ein am vorderen Zwischenglied befestigter Stift eingreift, so daß bei einer
Drehung des vorderen Zwischengliedes auf dieses eine vorgewählte Axialbewegung übertragen
wird. Außerdem ist in die Wand der äußeren ortsfesten Röhre ein Schlitz eingeschnitten,
der die Axial-Bewegung des hinteren Zwischengliedes steuert, das
einen
Stift aufweist, der durch den Schlitz in der Wand der ortsfesten Röhre ragt und
das mit dem vorderen Zwischenglied mechanisch gekoppelt ist. Auf diese Weise können
die Axialbewegungen der beiden Zwischenglieder synchron gesteuert werden.
-
Abgesehen davon, daß auch bei dieser bekannten Anordnung die ortsfeste
äußere Röhre sowohl eine innere Führungsrille als auch einen in Axialrichtung relativ
langen Führungsschlitz aufweist, die die obengenannten Nachteile mit sich bringen,
ist bei dieser Anordnung auch keine Irisblende vorgesehen. Das Anbringen einer Irisblende
bei dieser Anordnung würde jedoch in mechanischer Hinsicht äußerst schwierig sein,
da die Irisblende einerseits zwischen dem hinteren Zwischenglied und dem Hinterglied
angeordnet werden müßte und da andererseits der zur Betätigung der Irisblende notwendige
Mechanismus eine wesentliche Abänderung des zur Betätigung der beiden Zwischenglieder
erforderlichen Mechanismus zur Folge hätte.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, das einen Antriebsmechanismus für die axial beweglichen
Zwischenglieder und einen Antriebsmechanismus für die Irisblende aufweist, die beide
betriebssicher und mechanisch einfach konstruiert sind und die die Gesamtabmessungen
des Objektivs nur unwesentlich beeinflussen.
-
Gemäß der Erfindung weist dazu die ortsfeste äußere Röhre des eingangs
bezeichneten Objektivs an ihrer Außenfläche eine Führungsrille auf, mit der die
Axialbewegung eines der Zwischenglieder steuerbar ist.
-
Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß die ortsfeste
Röhre, die die Führungsrille zur Steuerung der Bewegung eines der Zwischenglieder
aufweist, gleichzeitig ein Teil des Bewegungsmechanismus für die Irisblende ist.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Bewegung der Zwischenglieder
zwecks Einstellung der Brennweite und Bildgröße ein Steuerelement vorgesehen, dessen
Arbeitsbewegungen in die Drehbewegungen einer das eine Zwischenglied tragenden Röhre
umformbar sind, die während ihrer Drehung vermittels eines an ihr befestigten, in
der Führungsrille der ortsfesten Röhre gleitenden Vorsprungs in Achsrichtung verschiebbar
ist. Wenn zwei Zwischenglieder vorgesehen sind, dann ist zweckmäßigerweise das hintere
Zwischenglied an der die ortsfeste Röhre umgebenden drehbaren Röhre befestigt.
-
Die Fassung des vorderen Zwischengliedes kann dagegen über eine Führungsrillenkupplung
mit einer sie umgebenden, ortsfesten Röhre verbunden sein, die aus zwei koaxialen,
fest miteinander verbundenen Röhren besteht, von denen die innere Führungsschlitze
aufweist. Der besondere Vorteil dieser Maßnahme ist der, daß zuerst ohne Schwierigkeiten
in die innere Röhre Führungsschlitze geschnitten werden können und anschließend
die innere Röhre in die äußere Röhre geschoben und an dieser befestigt werden kann,
so daß einerseits die mechanische Festigkeit der fertigen Röhre erhalten bleibt
und andererseits keine inneren Führungsrillen herzustellen sind.
-
Die beschriebene Anordnung der verschiedenen Röhren ist außerdem raumsparend.
Die verschiedenen ortsfesten bzw. beweglichen Röhren und die zugehörigen Antriebsmechanismen
für die Irisblende und die Zwischenglieder können nämlich vollständig in einem freien
Raum untergebracht werden, der dadurch bedingt ist, daß das ortsfeste Hinterglied
aus optischen Gründen in der Regel einen wesentlich kleineren Durchmesser als das
(abgesehen von Fokussierungsbewegungen) ortsfeste Vorderglied aufweist. Somit ist
der Außendurchmesser des fertigen Objektivs im wesentlichen durch den Außendurchmesser
des Vordergliedes und die Länge des fertigen Objektivs durch die Abstände der verschiedenen
Linsenglieder und durch die Axialbewegungen des Vordergliedes im Fokussierbereich
bzw. der Zwischenglieder innerhalb des Variobereiches festgelegt.
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung ein Ausführungsbeispiel erläutert.
-
F i g. 1 zeigt einen axialen Schnitt eines erfindungsgemäßen Objektivs,
wobei sich die axial beweglichen Zwischenglieder an dem einen Ende des Einstellbereiches
für die Brennweite und Bildgröße befinden; F i g. 2 ist ein der F i g. 1 ähnlicher
Schnitt des Objektivs, wobei sich die axial beweglichen Glieder am anderen Ende
des Einstellbereiches befinden; F i g. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der
Fig. 1.
-
Das in der Zeichnung dargestellte Objektiv enthält ein normalerweise
ortsfestes Vorderglied A 1, das zur Fokussierung auf verschieden weit entfernte
Gegenstände axialbeweglich sein kann, zwei diesem folgende axial bewegliche Zwischenglieder
A 2 und A 3, denen zur Einstellung der Brennweite und Bildgröße nichtlineare
Bewegungen erteilt werden, und ein ortsfestes Hinterglied A 4. Zwischen dem
Zwischenglied A 3
und dem Hinterglied A 4 ist eine Irisblende
B angeordnet. Der axiale Abstand zwischen der Irisblende B und dem Vorderglied
A 1 ist in dessen hinterster Fokussierstellung gerade so groß, daß er dem vollen
Bewegungsbereich der beiden Zwischenglieder A 2 und A 3 entspricht. Aus optischen
Gründen ist der Durchmesser des Vordergliedes A 1 gewöhnlich wesentlich größer als
der der beiden Zwischenglieder A 2 und A 3 und der des Hintergliedes
A 4. Die beschriebene Anordnung ist besonders gut für ein Objektiv mit veränderbarer
Brennweite und Bildgröße geeignet, bei dem das vordere Zwischenglied A 2 eine weit
größere Axialbewegung als das hintere Zwischenglied A 3 ausführt.
-
Das Vorderglied A 1 besteht beispielsweise aus einer Meniskusdoppelkomponente,
der zwei einfache konvergente Komponenten folgen, das Zwischenglied A 2 aus einer
einfachen Meniskuskomponente, der eine Dreifachkomponente folgt, das Zwischenglied
A 3 aus einer Doppelkomponente und das ortsfeste Hinterglied A 4 schließlich aus
drei einfachen konvergenten Komponenten, denen eine einfache divergente Komponente
und eine Doppelkomponente folgen.
-
Die Irisblende B wird in an sich bekannter Weise durch eine Relativbewegung
zwischen einem ortsfesten und einem drehbaren Element verstellt. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist eine drehbare Röhre B 2 vorgesehen, die koaxial innerhalb
einer ortsfesten Röhre B 1 angeordnet ist. Beide Röhren umgeben in einem zwischen
der Irisblende B und einem Steuerelement B 3 für die Irisblende liegenden Teil das
Hinterglied A 4. Die ortsfeste Röhre B 1 ist unter genauer Zentrierung auf die optische
Achse des Objektivs mittels Schrauben B4 an einem Körper C befestigt, der in einen
Teil des ortsfesten
Objektivgehäuses eingeschraubt ist. Das Steuerelement
B 3 für die Irisblende B ist mittels eines Stiftes B 5, der
durch einen Schlitz B 6 (F i g. 3) in der Röhre B 1 ragt, mit der drehbaren,
innenliegenden Röhre B 2 verbunden, durch die die Irisblende verstellt wird.
-
Eine Führungsrille B 7 in der Form einer Schraubenlinie mit geeignet
variierter Ganghöhe, durch die dem hinteren Zwischenglied A 3 die gewünschte Axialbewegung
erteilt wird, ist mit großer Genauigkeit in die äußere Oberfläche der ortsfesten
Röhre B 1 geschnitten. In die Führungsrille greift engtoleriert eine Rolle
D 1 ein, die drehbar an einem Stift D 2
befestigt ist, der seinerseits
an einer Röhre D befestigt ist, die als Antriebsröhre zur Verstellung der Brennweite
und der Bildgröße innerhalb des Variobereiches dient. Die Röhre D gleitet auf der
Oberfläche der ortsfesten Röhre B 1 und ragt in Richtung des Vordergliedes um ein
großes Stück über das Ende der Röhre B 1 hinaus. Der Innendurchmesser dieses vorspringenden
Vorderabschnitts der Röhre D ist derart gewählt, daß genügend Raum zum Unterbringen
der Fassungen für die Zwischenglieder A 2 und A 3 vorhanden ist. Insbesondere
kann er größer als der Innendurchmesser des auf der ortsfesten Röhre B 1 gleitenden
Abschnitts der Röhre D sein, d. h., die Innenfläche der Röhre D kann entsprechend
abgestuft sein.
-
Die Röhre D ist auf einem Teil ihrer äußeren Oberfläche als Zahnrad
D 3 ausgebildet, das mit einem Ritzet E1 kämmt. Durch das Ritzel E1 wird auf die
Röhre D eine Drehbewegung übertragen; die der Bewegung eines Steuerelements (Hebel
E) zum Einstellen der Brennweite und Bildgröße proportional ist. Das Steuerelement
E ist über Kegelräder E2 und E3 mit dem Ritzel E1 mechanisch verbunden. Da das Ritzel
E 1 in axialer Richtung nicht bewegbar ist,, muß die axiale Länge seiner Zähne oder
die axiale Länge der Zähne des Zahnrades D 3 an der Röhre D
so groß
sein, daß die beiden Zahnreihen innerhalb des gesamten Verstellbereiches der Röhre
D in Achsrichtung miteinander im Eingriff bleiben. Wenn die Röhre D durch Betätigung
des Steuerelements E gedreht wird, dann wird die Röhre D in Achsrichtung vorgeschoben,
da die Rolle D 1 in der Führungsrille B 7 auf der äußeren Oberfläche der ortsfesten
Röhre B 1 gleitet.
-
An der Röhre D ist eine Fassung F für das hintere Zwischenglied A
3 starr befestigt, so daß das hintere Zwischenglied A 3 bei Drehung der Röhre
D um die optische Achse gedreht und gleichzeitig in Achsrichtung vorgeschoben
wird, wobei der Vorschub durch die Gestalt der Führungsrille B 7 festgelegt ist.
In der Wand des Vorderabschnitts der Röhre D sind vor der Stelle, an der die Fassung
F an der Röhre D befestigt ist, drei gerade Längsschlitze D 4, D 5 und D
6 ausgebildet, die um die optische Achse herum in Abständen von je 120° vorgesehen
und so lang sind, wie es für einen vollständigen Bewegungszyklus des vorderen Zwischengliedes
A 2 in Achsrichtung erforderlich ist.
-
Das vordere Zwischenglied A 2 wird von einer Fassung G getragen, welche
drei nach außen ragende Stifte G 1 aufweist, die in ähnlicher Weise um je 120° um
die optische Achse herum beabstandet sind. Alle Stifte G1 tragen je zwei Rollen
G2 und G3, von denen die inneren Rollen G2 engtoleriert in je einem der Längsschlitze
D 4, D 5 und D 6 der Röhre D
gleiten, während die äußeren Rollen
G3 engtoleriert in je einer Führungsrille C3 gleiten, die in einer ortsfesten äußeren
Röhre C1, C2 ausgebildet sind. Diese Röhre C 1, C 2 weist somit drei ähnliche Führungsrillen
C3 auf, die gegeneinander um 120° versetzt sind. In der F i g. 2 ist nur diejenige
Führungsrille C3 dargestellt, die dem Längsschlitz D 4 in der Röhre
D
zugeordnet ist. Die Form der Führungsrillen C3 ist derart gewählt, daß dem
vorderen Zwischenglied A 2 die erwünschte Axialbewegung aufgezwungen wird. Da die
drei Führungsrillen C3 die Längsschlitze D4, D 5 und D 6 überall unter
einem relativ spitzen Winkel kreuzen und da außerdem die in den Längsschlitzen bzw.
Führungsrillen gleitenden Rollen G2 und G 3 eng tolieriert sind, ist das vordere
Zwischenglied A 2 kinematisch durch seine Rollen abgestützt und genau auf die optische
Achse zentriert, so daß keine weiteren Stützen notwendig sind.
-
Um die Schwierigkeiten bei einer präzisen Ausarbeitung der Führungsrillen
in der Innenwand der Röhre C 1, C 2 zu vermeiden, besteht diese Röhre aus
zwei koaxialen Röhren C 1 und C 2. Die Führungsrillen C3 können somit dadurch hergestellt
werden, daß in die Wand der Röhre C2 Schlitze geschnitten werden und anschließend
die innere Röhre C2 in die äußere Röhre C1 geschoben und fest mit ihr verbunden
wird. Es würde nicht ausreichen, die äußere Röhre C 1 wegzulassen, da eine Röhre,
in der mit einem Winkelabstand von 120° drei um einen großen Teil des Umfangs der
Röhre verlaufende Führungsschlitze ausgebildet sind, keine genügende Festigkeit
aufweist und in Längsrichtung eine so hohe Elastizität erhält, daß die Genauigkeit
der durch die Führungsrillen gesteuerten Axialbewegung des vorderen Zwischengliedes
gestört wird. Die äußere Röhre C 1 der zusammengesetzten Röhre C 1, C2 kann gleichzeitig
in demjenigen Abschnitt, in dem die Zwischenglieder A 2 und A 3 und
das Hinterglied A 4 untergebracht sind, die Außenwand des fertigen Objektivgehäuses
sein, in der jedoch noch eine Öffnung vorgesehen sein muß, durch die das Ritzel
E 1 bzw. das Steuerelement E ragt.
-
An ihrem Vorderende ist die äußere Röhre C 1, C 2 fest mit einer ebenfalls
ortsfesten Röhre H verbunden, die das Vorderglied A 1 umgibt und mit einem Innengewinde
H 1 mit ziemlich großer Ganghöhe versehen ist, das mit einem Außengewinde J 1 in
einer Fassung J des Vordergliedes zusammenwirkt. Wegen seines großen Durchmessers
ist das Vorderglied A 1 verhältnismäßig schwer. Aus diesem Grund kann es erwünscht
sein, an Stelle eines herkömmlichen Schraubgewindes ein Kugelgewinde zu verwenden,
bei dem die zusammenwirkenden Gewindeteile H 1 und J 1 beabstandet
und die einzelnen Gewindewindungen als Bahnen für Kugellagerkugeln H2 ausgebildet
sind. Hierdurch wird dasjenige Drehmoment wesentlich verringert, das bei der Betätigung
eines Steuerelements J2 zur Drehung des Vordergliedes A 1 und damit zu seiner Axialbewegung
zum Zweck der Fokussierung benötigt wird.
-
Die äußere Oberfläche eines Teils D 7 des Vorderabschnitts der Röhre
D liegt mit Gleitsitz an der Innenfläche der ortsfesten Röhre C 1, C 2 an. Hierdurch
wird die Röhre D zusätzlich gestützt, so daß ihre genaue Zentrierung auf die optische
Achse gewährleistet ist.
-
Die Stifte G1 des vorderen Zwischengliedes müssen gewöhnlich auf das
hintere Zwischenglied in
einem größeren Abstand von der Rückseite
des vorderen Zwischengliedes an der Fassung G befestigt sein, da einerseits das
Vorderende der Röhre D in der hintersten axialen Stellung um mindestens so viel
vom in der hintersten Fokussierstellung befindlichen Vorderglied beabstandet sein
muß, wie es der gesamten möglichen Axialverschiebung des Zwischengliedes A3 entspricht,
und da andererseits zur weitestmöglichen Verringerung der gesamten Objektivlänge
das vorderste Zwischenglied in seiner vordersten Stellung möglichst dicht am Vorderglied
A 1 liegen soll. Hierdurch wird bewirkt, daß in gewissen Stellungen die rückwärtige
Verlängerung der Fassung G das hintere Zwischenglied A 3 umgibt (s. F i g.1), so
daß auch die Fassung F für das hintere Zwischenglied nach rückwärts über die ortsfeste
Röhre B 1 verlängert werden muß und erst dann an der Röhre D befestigt werden kann.
Aus diesem Grund muß in diesem Fall auch der Innendurchmesser der Röhre D vom Vorderabschnitt
zum rückwärtigen Abschnitt hin stufenweise verkleinert sein. Das gleiche gilt für
den Gesamtdurchmesser der äußeren Röhre C1, C2. Die Zunahme des Durchmessers von
hinten nach vorn ist jedoch nicht sehr groß, d. h., der Außendurchmesser der äußeren
Röhre C1, C2 braucht nicht so groß wie der der Röhre H sein, die das Vorderglied
A 1 des Objektivs umgibt.