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Objektiv mit veränderbarer Brennweite und Bildgröße Die Erfindung
betrifft ein Objektiv mit veränderbarer Brennweite und Bildgröße mit einem Vorderglied,
zwei mit Hilfe von Führungsrillenkupplungen axial beweglichen Zwischengliedern und
einem normalerweise ortsfesten Hinterglied.
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Derartige bekannte Objektive bestehen gewöhnlich aus einer vorderen
Linsenanordnung, die mindestens ein axial bewegliches Glied zum Einstellen der Brennweite
und Bildgröße enthält, und aus einer hinteren Linsenanordnung, die während der Einstellbewegungen
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.
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Die Ausführung der Relativbewegungen der einzelnen Linsengruppen unter
gleichzeitiger genauer Zentrierung derselben auf die optische Achse bringt insbesondere
dann ernsthafte mechanische Probleme mit sich, wenn das Verhältnis zwischen dem
größten und kleinsten Wert der Äquivalentbrennweite 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.
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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 einer
Röhre nicht mit ausreichender Genauigkeit herstellen kann.
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Eine bekannte Einrichtung enthält beispielsweise eine zur Ausführung
von Fokussierungsbewegungen geeignetes Vorderglied, zwei relativ zueinander axial
bewegliche Zwischenglieder und ein ortsfestes Hinterglied.
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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
Axialbewegung
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.
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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.
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Bei einem weiteren bekannten Objektiv mit einem zur Fokussierung axial
beweglichen Vorderglied, zwei axial beweglichen Zwischengliedern zum Einstellen
der Brennweite und Bildgröße und einem ortsfesten Hinterglied sind die Fassungen
der beiden Zwischenglieder von einer drehbaren Röhre derart umgeben, daß sie gegen
die Innenwand dieser Röhre anliegen und gleitend bewegt werden können. In die äußere
Röhre sind zwei Führungsschlitze geschnitten, deren Formen den erwünschten Axialbewegungen
der beiden Zwischenglieder angepaßt sind. Die drehbare Röhre ist ihrerseits von
einer ortsfesten Röhre umgeben, in deren Innenwand eine zur optischen Achse parallele
Längsnut ausgebildet ist. Die beiden Fassungen der Zwischenglieder sind mit je einem
Stift versehen, von denen der eine durch den einen und der andere durch den anderen
Führungsschlitz in der drehbaren Röhre ragt und die beide in der Längsnut der ortsfesten
Röhre gleiten, so daß die beiden Fassungen an einer Drehbewegung verhindert sind.
Wenn die drehbare Röhre mittels eines Steuerelements gedreht wird, dann werden die
beiden Fassungen und mit ihnen die Zwischenglieder in Abhängigkeit von der Gestalt
der Führungsschlitze in Achsrichtung vorgeschoben.
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Auch dieses bekannte Objektiv weist den Nachteil auf, daß in der drehbaren
Röhre Führungsschlitze vorgesehen sind, die der Röhre die mechanische Stabilität
nehmen und exakte Axialbewegungen der beiden Zwischenglieder unmöglich machen. Dies
ist insbesondere dann sehr unvorteilhaft, wenn die Führungsschlitze zur Verwirklichung
der heute möglichen Variobereiche und zur Vermeidung übergroßer Antriebsdrehmomente
über mehr als 360° um den Umfang der drehbaren Röhre geführt werden. Außerdem ist
es nicht möglich, die Führungsschlitze länger als 360° zu machen, wenn eines der
Führungsglieder beim Durchfahren des Variobereiches erst in der einen und dann in
der anderen Richtung bewegt werden soll, weil sich dann die beiden Schlitzenden
stören würden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, das einen Antriebsmechanismus für die axial beweglichen
Zwischenglieder aufweist, der betriebssicher und mechanisch einfach konstruiert
ist und die Gesamtabmessungen des Objektivs nur unwesentlich beeinflußt.
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Gemäß der Erfindung werden bei dem eingangs bezeichneten Objektiv
die beiden Zwischenglieder von zwei axial beweglichen, koaxialen Röhren getragen,
wobei die eine Röhre mittels einer Führungsrillenkupplung mit der anderen, innenliegenden
Röhre gekoppelt und an einer radialen Drehung verhindert ist, während die andere
Röhre mittels einer zweiten Führungsrillenkupplung mit einem ortsfesten Element
verbunden und mit Hilfe eines Steuerelements drehbar ist.
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Die Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß die oben geschilderten
Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Führungsschlitzen ergeben, nicht
auftreten, auch wenn übergroße Variobereiche vorgesehen sind. Dieser Vorteil wird
dadurch erzielt, daß die Fassungen der beiden Zwischenglieder von zwei ineinandergeschobenen,
koaxialen Röhren getragen werden. Hierdurch kann mit Hilfe einer ersten Führungsrillenkupplung
die Axialbewegung des einen Zwischengliedes gesteuert werden, während mit Hilfe
einer zweiten, die beiden axial beweglichen Röhren verbindenden Führungsrillenkupplung
auf das andere Zwischenglied eine Axialbewegung übertragen wird, die sich aus der
Gesamtwirkung beider Führungsrillen ergibt.
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Die Führungsrillenkupplung zwischen den beiden axial beweglichen Röhren
besteht bevorzugt aus einer Führungsrille in der äußeren Oberfläche der inneren
Röhre, in welcher ein von der äußeren Röhre nach innen ragender Vorsprung gleitet.
Obwohl es auch möglich ist, die innere axial bewegliche Röhre gegen Drehungen zu
sperren und die äußere axial bewegliche Röhre drehbar anzuordnen, wird eine umgekehrte
Anordnung bevorzugt. In diesem Fall ist die äußere axial bewegliche Röhre von einer
ortsfesten Röhre umgeben und durch mechanische Verbindung mit dieser an einer radialen
Verdrehung verhindert, während die zweite Führungsrillenkupplung aus einer Führungsrille
in der äußeren Oberfläche des ortsfesten Elements besteht, in der ein von der axial
beweglichen Röhre nach innen ragender Vorsprung gleitet.
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Die beiden axial beweglichen Röhren können zumindest teilweise dadurch
auf die optische Achse zentriert sein, daß die äußere Röhre in der sie umgebenden
ortsfesten Röhre und die innere Röhre auf dem inneren ortsfesten Element gleitend
gelagert ist. Zusätzlich kann die äußere axial bewegliche Röhre gleitend auf der
inneren axial beweglichen Röhre gelagert sein.
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Falls das Objektiv eine Irisblende aufweist und diese wie gewöhnlich
nah dem Vorderende des Hintergliedes untergebracht wird, dann besteht das ortsfeste
Element vorzugsweise aus einer Röhre, die den Mechanismus zur Betätigung der Irisblende
aufnimmt und das ortsfeste Hinterglied mindestens teilweise umgibt.
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Im allgemeinen reicht es aus, die verschiedenen ineinander verschiebbaren
Röhren durch Gleitlager zu verbinden. Handelt es sich dagegen um relativ schwere
Zwischenglieder, dann empfiehlt es sich, zur Verringerung der Antriebsdrehmomente
besonders gute Lager zu verwenden. An der Außenseite der äußeren axial beweglichen
Röhre sind daher nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel drei Paare
von
auf Kugeln gelagerten Rollen befestigt, die an der Innenwand der äußeren ortsfesten
Röhre entlanggleiten, und die beiden Rollen jedes Paares sind in Längsrichtung beabstandet,
während die Rollenpaare mit Abständen um die optische Achse herum angeordnet sind.
Die beiden Rollen eines Paares sind beispielsweise axial beweglich montiert und
vermittels einer sie verbindenden Zugfeder gegen zwei abgeschrägte Flächen vorgespannt,
so daß sie in radialer Richtung gegen die Innenfläche der ortsfesten Röhre gedrückt
sind.
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Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung an
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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F i g. 1 ist ein Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Objektiv,
wobei sich die axial beweglichen Zwischenglieder an dem einen Ende des Einstellbereiches
für die Brennweite und die Bildgröße befinden; F i g. 2 ist ein der F i g. 1 ähnlicher
Schnitt des Objektivs, wobei sich die axial beweglichen Zwischenglieder am anderen
Ende des Einstellbereiches befinden; F i g. 3 und 4 sind Schnitte längs der Linie
3-3 bzw. 4-4 der F i g. 1; F i g. 5 ist ein Teilschnitt längs der Linie 5-5 der
Fig.4; F i g. 6 zeigt einen Abschnitt der F i g. 1. in vergrößertem Maßstab.
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Das erfindungsgemäße Objektiv veränderbarer Bildgröße und Brennweite
enthält eine vordere Linsenanordnung, die aus einem Vorderglied A 1, das normalerweise
ortsfest ist, aber zwecks Fokussierung in axialer Richtung bewegt werden kann, und
aus zwei axial beweglichen Zwischengliedern A 2 und A 3 besteht, die zur Einstellung
der Brennweite und Bildgröße nach einem nichtlinearen Gesetz in Achsrichtung bewegt
werden. Außerdem sind ein ortsfestes Hinterglied A 4 und eine Irisblende
B vorgesehen, die ortsfest zwischen dem hinteren Zwischenglied und dem Hinterglied
angeordnet ist. 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 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.
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Das Vorderglied A 1 besteht beispielsweise aus einer Meniskus-Doppelkomponente,
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.
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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 Röhre B 1 ist unter genauer Zentrierung auf die optische Achse
des Objektivs mittels eines Gewindes B 4 fest mit dem (nicht gezeigten) ortsfesten
Objektivgehäuse verschraubt. 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.
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Fassungen C und D für die beiden axial beweglichen Zwischenglieder
A 2 und A 3 sind mit zwei koaxialen Röhren C 1 und D 1 fest verbunden,
die die ortsfeste Röhre B 1 umgeben. Die mit dem Zwischenglied A 3
verbundene innere Röhre D 1 weist einen nach innen ragenden Stift
D 2 auf, an dem eine Rolle D 3 befestigt ist, die in einer Führungsrille B 7 in
der äußeren Oberfläche der ortsfesten Röhre B 1 gleitet. Die Führungsrille
B 7 besitzt eine derartige Gestalt, daß dem Zwischenglied A 3 beim Drehen der Röhre
D 1 die gewünschte Axialbewegung erteilt wird. Damit die Röhre D 1 gedreht werden
kann, ist sie an einer hinter dem Ende der 'Röhre C 1 liegenden Stelle mit
einem Zahnkranz D 4 versehen, der mit einem Ritze' E 1 (F i g. 4 und 5) kämmt,
das über Kegelräder E 2 und E 3 mittels eines Steuerelements E gedreht werden kann.
Der Zahnkranz E4 oder wie hier das Ritze' E 1 besitzt eine derartige axiale Länge,
daß diese beiden Teile auf der gesamten axialen Bewegungsbahn des Zwischengliedes
A 3 im Eingriff bleiben. Der Mechanismus zum Antrieb des Zahnkranzes D4 ist in einem
Kasten E4 an der einen Seite des Objektivgehäuses F untergebracht.
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Die äußere axial bewegliche Röhre C 1 weist einen nach innen
ragenden Stift C2 und einen nach außen ragenden Stift C 3 auf, an denen Rollen C
4 bzw. C 5
befestigt sind. Die Rolle C5 gleitet in einer Längsrille
F1 im äußeren Objektivgehäuse F, wodurch die Röhre C 1 gegen eine Drehung gesichert
ist. Die Rolle C4 gleitet in einer Führungsrille D5 auf der äußeren Oberfläche
der inneren Röhre D 1, so daß bei einer Drehung der Röhre D 1 die äußere
Röhre C 1 relativ zur Röhre D 1 in axialer Richtung verschoben wird. Die Führungsrille
D 5 besitzt eine derartige Gestalt, daß die Summe der Axialbewegungen, die die Röhre
C1 relativ zur Röhre D1 bzw. der Röhre D 1 relativ zur ortsfesten Röhre
B 1 ausführt, gleich der gewünschten Axialbewegung ist, die dem vorderen
Zwischenglied A 2 erteilt werden soll.
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Die äußere Röhre C1 bildet oder trägt einen Schlitten, der drei Rollenpaare
G, G1 und G2 aufweist, die an der Innenfläche des ortsfesten Objektivgehäuses F
entlanggleiten. Die beiden Rollen jedes Paares sind in Längsrichtung beabstandet.
Die drei Rollenpaare sind um den Schlitten herum in Form eines gleichschenkligen
Dreiecks angeordnet, das einen Scheitelwinkel von etwa 45° aufweist. Die Spitze
des Dreiecks liegt dem nach außen ragenden Stift C3 an der Röhre C1 diametral gegenüber,
so daß die beiden anderen Rollenpaare G1 und G2 von diesem Stift etwa den gleichen
Winkelabstand besitzen. Jede Rolle ist zwischen zwei am Schlitten befestigten Kugeln
gelagert, und ihre Drehachsen, die in Ebenen senkrecht zur optischen Achse liegen,
stehen senkrecht auf radialen Linien durch die optische Achse.
Damit
sich alle Rollen mit der Innenfläche des ortsfesten Objektivgehäuses F richtig in
Anlage befinden, sind die beiden Rollen G an der Spitze des gleichschenkligen Dreiecks
an Stützen G 3 (s. F i g. 6) befestigt, die relativ zueinander beweglich sind und
durch zwei Federn G4 angezogen werden. Beide Stützen G 3 werden durch die Federn
G 4 gegen um 45° geneigte Flächen G5 am Schlitten gezogen, so daß sie durch die
Federkraft an den Flächen G 5 entlang nach oben gleiten und in erwünschter Weise
gegen das rohrförmige Objektivgehäuse F gedrückt werden. Die in Längsrichtung wirkende
Federkraft wird somit in einen radialen Druck auf die Wand des Objektivgehäuses
umgewandelt. Durch diese Art der Schlittenhalterung wird nicht nur eine freie Bewegung
des Schlittens längs der rohrförmigen Innenwand des Objektivgehäuses mit einem stark
verminderten Antriebsdrehmoment für die Führungsrillen D 5 und B 7 sichergestellt,
sondern auch eine genaue Zentrierung des vorderen Zwischengliedes A 2 auf die optische
Achse erreicht.
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Eine genaue Zentrierung des hinteren Zwischengliedes A 3 wird
dadurch erreicht, daß die Röhre D 1
auf der Oberfläche der ortsfesten Röhre
B 1 und die Röhre C 1 auf der Röhre 731 gleitet.
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Das Vorderglied, dessen Durchmesser im allgemeinen größer als der
der beiden Zwischenglieder A 2 und A 3 ist, besitzt im allgemeinen
einen komplizierten Aufbau und ist daher ziemlich schwer. Es bleibt während der
Einstellbewegung zum Einstellen der Brennweite und Bildgröße normalerweise ortsfest,
kann aber zur Fokussierung auf verschieden weit entfernte Gegenstände mit Hilfe
eines Steuerelements H in axialer Richtung bewegt werden. Auch hier ist es erwünscht,
das für die Axialbewegung notwendige Antriebsdrehmoment möglichst klein zu halten.
Um dies zu erreichen, ist die Fassung H1 für das Vorderglied A 1 direkt am
Steuerelement H für die Fokussierung befestigt und über ein Kugelgewinde
mit einer Röhre H2 verbunden. Das Kugelgewinde besteht aus einer schraubenlinienförmigen
Rille H3 auf der Außenfläche der Fassung H 1 und einer schraubenlinienförmigen Rille
H4 auf der Innenfläche der äußeren, ortsfesten Röhre H2. Die beiden schraubenlinienförmigen
Rillen H3 und H4 sind über einen Satz von Lagerkugeln H5 miteinander im Eingriff.
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Die Fokussierungsbewegung des Vordergliedes A 1 kann auch auf andere
Weise bewirkt werden. Das zur Fokussierung verwendete Steuerelement kann beispielsweise
mit der äußeren Röhre verbunden sein, so daß diese Röhre sich dreht, während das
Vorderglied von einerDrehung abgehalten wird. Das Vorderglied A 1 könnte jedoch
auch mit Hilfe einer Führungsrillenkupplung mit der äußeren Röhre verbunden sein,
wenn man das Antriebsdrehmoment dadurch herabsetzt, daß man das Vorderglied A 1
in einem Schlitten mit auf Kugeln gelagerten Rollen montiert, die den Rollen G,
G1 und G2 ähnlich sind.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann in verschiedener Weise modifiziert
werden. Beispielsweise könnte die innere der beiden Röhren D 1 und C 1 vermittels
einer nach innen ragenden Rolle, die in einer Längsrille in der Oberfläche der ortsfesten
Röhre B 1 gleitet, gegen eine Drehbewegung gesichert sein, während das rohrförmige
Objektivgehäuse mittels eines Steuerelements gedreht wird, wobei es die äußere der
beiden koaxialen Röhren mitnimmt und wobei die Axialbewegung der inneren der beiden
koaxialen Röhren bzw. des hinteren Zwischengliedes durch eine zweite Führungsrille
in der äußeren Oberfläche der inneren koaxialen Röhre bewirkt wird, in die eine
Rolle an einem von dem Objektivgehäuse nach innen ragenden Stift eingreift.