DE19947378A1 - Verstellvorrichtung für ein Objektiv mit einem axial beweglichen Optikglied - Google Patents

Abstract

Eine Verstellvorrichtung für ein Objektiv ist mit einem axial beweglichen Optikglied (6) versehen, das über eine Schiebefassung (4) mit einer Hauptfassung (1) verbunden ist. Ein erster Linearantrieb (3, 7), der eine Linearbewegung in eine erste Achsrichtung erzeugt, ist mit einem Antriebsglied (2) verbunden. Der erste Linearantrieb (3, 7) ist über Stellglieder (5) mit einem zweiten Linearantrieb (12, 13), der eine Linearbewegung entlang der optischen Achse (14) erzeugt, verbunden. Der zweite Linearantrieb (12, 13) ist mit der Schiebefassung (4) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für ein Objek­ tiv mit einem axial beweglichen Optikglied nach der im Oberbe­ griff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Bei den meisten bekannten Antriebssystemen zur Verstellung ei­ nes Optikgliedes in einem Objektiv, z. B. für Autofocus oder motorischen Zoom, wird die Linearbewegung des Optikgliedes durch einen Gewindetrieb bzw. einen Kurvenantrieb erzeugt, der um das Optikglied angeordnet ist und dessen Rotationsachse auf der optischen Achse liegt. Der motorische Antrieb erfolgt dabei entweder direkt durch einen Ringmotor im Objektiv oder indirekt über ein Getriebe durch einen achsparallel angeordneten Motor im Objektiv oder Kameragehäuse. Der Vorteil bei dieser Anord­ nung besteht darin, daß aufgrund der einfachen rotationssymme­ trischen Teile für den Antrieb und die Linearführung eine gute Führungsqualität erreicht wird. Nachteilig bei diesen Antriebs­ systemen ist jedoch, daß die großen ringförmigen Teile große bewegte Massen bedeuten, welche beschleunigt und abgebremst werden müssen. Darüber hinaus treten aufgrund der großen Durch­ messer nicht unbedeutende Reibmomente auf, die nur durch ein entsprechend hohes Spiel reduziert werden können. Ein hohes Spiel bedeutet jedoch einen Qualitätsverlust für das optische System.

Bekannt sind auch bereits Spindelantriebe, wobei die Linearfüh­ rung möglichst nahe an der Spindel angeordnet wird, um die auf­ tretenden Querkräfte und Momente sehr klein zu halten. Die Füh­ rung besteht dabei im Allgemeinen aus einer Stange und einer Buchse und einer zweiten Stange, welche zur Verdrehsicherung von einer Gabel abgetastet wird. Der Vorteil des derartigen Spindelantriebes mit einer entsprechend dünnen Spindel und Mut­ ter liegt darin, daß dabei nur ein geringes Reibmoment auftritt und deshalb der Antrieb mit wenig Spiel oder sogar spielfrei ausgeführt werden kann. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist jedoch, daß die Führung mit zwei Stangen sehr genau hergestellt werden muß, da sich über mehrere Teile hinweg Toleranzen auf­ summieren können, die die Führungsqualität z. B. die Koaxialität von mechanischer und optischer Achse und damit die Qualität des optischen Systems negativ beeinflussen. Zur Vermeidung dieses Problems müssen die Toleranzen mit entsprechendem Aufwand durch Justierungen eliminiert werden.

Aus der US 4,493,534 ist eine Vorrichtung zur Fokussierung einer Kamera bekannt, die einen verstellbaren Hebel zur Koppelung einer Autofocus- und einer Zoomfunktion aufweist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Ver­ stellvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der trotz einer einfachen Führung eine gute Führungsqualität mit geringem Reibmoment und geringen bewegten Massen in kompak­ ter Bauweise erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung läßt sich auf einfache Weise eine sehr gute Führungsqualität erreichen, wobei z. B. durch eine entsprechende Drehbearbeitung eine "natürliche" Koaxialität der optischen zu der oder den mechanischen Achsen erreicht werden kann. Darüber hinaus lassen sich die beiden Linearantriebseinrichtungen mit geringem Reibmoment, d. h. mit einem spielarmen bzw. eventuell sogar einem spielfreien Antrieb ermöglichen. Die beiden Linearantriebe benötigen nur geringe Massen und lassen sich auch bei beengten Raumverhältnissen ge­ schickt unterbringen. Ein auf diese Weise eingesparter Bauraum insbesondere im Umfangsbereich des Objektives, kann damit an­ derweitig, z. B. für Elektronik genutzt werden.

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung verbindet die Vorteile eines Spindelantriebes, wie z. B. Selbsthemmung, mit einer prä­ zisen und genauen zylindrischen Führung der Schiebefassung in der Hauptfassung ohne die Gefahr von Verkantungen oder Verkip­ pungen. Im Unterschied zu einem Verstellantrieb der mit einem entsprechend großen Durchmesser außen an der Schiebefassung angreift, wie z. B. einen Ringmotor und ein Ritzel mit einem großen Zahnkranz, kann eine wesentlich kleinere Antriebsein­ richtung vorgesehen werden, die über die erfindungsgemäßen Li­ nearantriebe und die Stellglieder trotzdem einen quasizentri­ schen Antrieb erzeugen, wobei die Wirklinie praktisch durch die optische Achse geht.

Wenn die Übertragung der Linearbewegungen des ersten Linearan­ triebes, z. B. über einen Spindelantrieb, und über eine Schwinge auf den zweiten Linearantrieb und damit auf die Schiebefassung erfolgt, kann eine Querkraft- und Momentenfreiheit erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Schwinge hat weiterhin den Vorteil, daß - in Abhängigkeit von den Lager- und Schwenkachsen - verschiedene Über- oder Untersetzungsverhältnisse geschaffen werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ver­ stellvorrichtung in einer zweiten Ausgestaltung; und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3.

Nach den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 ist an einem Gehäuse eines Objektives bzw. dessen Hauptfassung 1 ein Motor 2 als Antriebsglied befestigt. Der Motor 2 treibt eine Spindel 3 als ersten Linearantrieb an. Eine Schiebefassung 4, die entlang der optischen Achse im Inneren der Hauptfassung 1 verschiebbar angeordnet ist, ist über eine Schwinge 5 die einen Teil eines zweiten Linearantriebes bildet, mit dem ersten Line­ arantrieb verbunden. In der Schiebefassung 4 ist ein Optikglied 6, das mehrere Linsen aufweisen kann gelagert. Die Schwinge 5 liegt in Ringform außen um die Schiebefassung 4.

Der Motor 2 treibt die Spindel 3 an, wodurch eine auf der Spin­ del angeordnete Spindelmutter 7 entsprechend eine Linearbewe­ gung ausführt. Die Spindelmutter 7 ist auf ihrem Umfang mit einer Ringnut 8 versehen. In die Ringnut 8 greifen zwei sich gegenüberliegende Zapfen 9 ein, die in einem Endbereich der Schwinge 5 mit dieser verbunden sind. Über die Zapfen 9 wird die Linearbewegung der Spindelmutter 7 auf die Schwinge 5 über­ tragen.

Die Schwinge 5 ist in einer Schwenkachse 10 gelagert bzw. dreht sich um eine Schwenkachse 10. Hierzu besitzt die Schwenkachse 10 sich gegenüberliegende Lagerzapfen 11 über die die ringför­ mige Schwinge 5 in der Hauptfassung 1 drehbar gelagert ist.

Die Dreh- bzw. Schwenkbewegung der Schwinge 5 wird über zwei Zapfen 12, die gegenüberliegend an der Schwinge 5 angeordnet sind, auf eine in der äußeren Umfangswand der Schiebefassung 4 angeordneten Ringnut 13 übertragen. Die Zapfen 12 liegen in der optischen Achse 14 bzw. im mittleren Bereich der Schwinge 5 und die Schwenkachse 10 befindet sich zwischen den Zapfen 12 und den Zapfen 9. Auf diese Weise ergibt sich bei einer linearen Bewegung des ersten Linearantriebes mit der Spindel 3 eine ge­ genläufige lineare Bewegung der Schiebefassung 4 zu der Spin­ delmutter 8. Die Bewegung ist dabei entlang der optischen Achse 14.

Die Richtung dieser Bewegung und das Übersetzungsverhältnis von Antrieb zu Abtrieb hängen dabei von der Position der Schwenk­ achse 10 mit ihren beiden Zapfen 11 ab.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausgestaltung, wobei sich eine gleichläufige Bewegung von Schiebefassung 4 und Spindelmutter 8 ergibt. Da das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 auf dem gleichen Lösungsprinzip basiert, sind hierfür auch die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden.

Um die gleiche Bewegungsrichtung von Schiebefassung 4 und Spin­ delmutter 8 zu erreichen, ist in diesem Fall die Schwenkachse 10 nicht zwischen den Zapfen 9 und 12 angeordnet, sondern sie befindet sich auf der von den Zapfen 9 abgewandten Seite der Schwinge 5. In diesem Falle kann man sogar zur Vereinfachung der Konstruktion die beiden Lagerzapfen 11, durch die die Schwinge 5 in der Hauptfassung 1 gelagert ist, auch durch einen einzigen durchgehenden Lagerzapfen 11 ersetzen, der hierzu ent­ sprechend in einer quer bzw. senkrecht zur optischen Achse und zur Achsrichtung des zweiten Linearantriebes liegenden Achse in einer Querbohrung der Schwinge 5 gelagert ist.

Für beide Ausführungsformen wird das Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Linearantrieben und damit der Hub der Schiebefassung 4 in bekannter Weise aufgrund der Längen- bzw. der Abstandsverhältnisse zwischen den einzelnen Zapfen einge­ stellt.

Die Achsrichtung bzw. die lineare Verschiebung des ersten Line­ arantriebes und des zweiten Linearantriebes verlaufen parallel zur optischen Achse 14.

Da die Übertragung der Linearbewegung der Spindelmutter 7 durch die Zapfen 9 auf die Schwinge 5 und die Übertragung der Ver­ schwenkung bzw. Drehung der Schwinge 5 auf die Schiebefassung 4 durch die Zapfen 12 quasizentrisch erfolgt, denn die geringe Auslenkung der Zapfen 9 und 12 durch die kreisbogenförmige Be­ wegung um die Schwenkachse 11 ist vernachlässigbar, treten praktisch keine Querkräfte und Momente auf, welche eine Reibung im Spindellager, zwischen der Spindel 3 und der Spindelmutter 7 und zwischen der Schiebefassung 4 und der Hauptfassung 1 erzeu­ gen könnten. Eine Reibung entsteht nur durch die Gewichtskraft der bewegten Teile und durch Beschleunigungs- bzw. Bremskräfte.

Beiden Ausführungsbeispielen gemeinsam ist die Übertragung ei­ ner entlang einer ersten Achsrichtung ausgeführten Linearbewe­ gung (Spindel 3 und Spindelmutter 7) über eine ringförmige Schwinge 5 in eine zweite Linearbewegung bzw. Achsrichtung ent­ lang einer parallelen Achse, nämlich der Schiebefassung 4 in der Hauptfassung 1.

Selbstverständlich kann die Koppelung zwischen der Schwinge 5 und der Spindelmutter 7 und zwischen der Schwinge 5 und der Schiebefassung 4 auch auf andere Weise als wie bei den darge­ stellten Ausführungsbeispielen mit den Ringnuten 8 und 13 mit Zapfen 9 und 12 erfolgen. So sind z. B. auch Gelenke als Stell­ glieder denkbar.

Für die Spindelmutter 7 und die Schiebefassung 4 ist im Allge­ meinen noch eine Verdrehsicherung vorgesehen, welche jedoch hier nicht näher dargestellt ist. Eine mögliche Überdrehsiche­ rung kann darin bestehen, daß z. B. die Spindelmutter 7 an ihrem Umfang mit einem Stift 15 versehen ist, der in eine Nut der Hauptfassung ragt und auf diese Weise die Spindel am Mitdrehen hindert (siehe Fig. 2 und 4).

Falls erforderlich, kann man mögliche Parallelitätsabweichungen der Achsrichtungen bzw. Verschieberichtungen zueinander durch ein oder mehrere Justierglieder oder auch durch zusätzliche Gelenke ausgleichen. Auf jeden Fall ist für eine Parallelität zur optischen Achse 14 zu sorgen.

Die Anordnung der Funktionselemente nach den beiden Ausfüh­ rungsbeispielen kann ebenfalls derart abgewandelt werden, daß z. B. die Schwinge 5 und der Motor 2, statt platzsparend inner­ halb der Schiebefassung 4 bzw. statt in einem ringförmigen Ab­ satz 16 mit reduziertem Durchmesser der Schiebefassung, auch außerhalb der Hauptfassung 1 angeordnet sein können. Der Motor 2 kann auch parallel zum Spindelantrieb angeordnet sein und mit diesem z. B. über Getriebe oder Riemen verbunden sein. Ebenso kann der Motor 2 auch im Kameragehäuse selbst angeordnet und über eine Kupplung mit der Spindel 3 verbunden sein.

Claims (15)

1. Verstellvorrichtung für ein Objektiv mit einem axial beweg­ lichen Optikglied (6), das über eine Schiebefassung (4) mit einer Hauptfassung (1) verbunden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß ein erster Linearantrieb (3, 7), der eine Linearbe­ wegung in einer ersten Achsrichtung erzeugt, mit einem An­ triebsglied (2) verbunden ist, daß der erste Linearantrieb (3, 7) über Stellglieder (5) mit einem zweiten Linearantrieb (12, 13) der eine Linearbewegung entlang der optischen Achse (14) erzeugt, verbunden ist, und daß der zweite Linearan­ trieb (12, 13) mit der Schiebefassung (4) verbunden ist.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Achsrichtung ebenfalls die optische Ach­ se (14) ist.

3. Verstellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder wenigstens eine Schwinge (5) aufweisen.

4. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Linearantrieb mit einer Spindel (3) und einer auf der Spindel (3) beweglich ange­ ordneten Spindelmutter (7) versehen ist, über die die Ver­ bindung mit dem zweiten Linearantrieb erfolgt.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine Schwinge (5) an einem En­ de über eine Schwenkachse (9) mit dem ersten Linearantrieb (3, 7) und über eine zweite Schwenkachse (12) mit dem zwei­ ten Linearantrieb (12, 13) verbunden ist, wobei die Schwinge (5) über eine zwischen den beiden Schwenkachsen angeordnete Lagerachse (11) in der Hauptfassung (1) oder einem anderen feststehendem Teil gelagert ist.

6. Verstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine Schwinge (5) in einem Endbereich über eine Schwenkachse (9) mit dem ersten Line­ arantrieb (3, 7) und über eine Lagerachse (11), die sich im gegenüberliegenden Endbereich der Schwinge (5) befindet in der Hauptfassung (1) oder einem anderen stationären Teil gelagert ist, und daß die Schwinge (5) über eine zwischen der Schwenkachse (9) und der Lagerachse (11) liegende zwei­ te Schwenkachse (12) mit dem zweiten Linearantrieb (13) verbunden ist.

7. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schwinge (5) über eine Ringnut (8), die in einem linear verschiebbaren Teil (7) des ersten Linearantriebes (3, 7) angeordnet ist und in die Zapfen der Schwinge (5) eingreifen, mit dem er­ sten Linearantrieb (3, 7) verbunden ist.

8. Schwinge nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die wenigstens eine Schwinge (5) über eine Ringnut (13) äls Teil des zweiten Linearantriebes, die in der Schiebefassung (4) angeordnet ist, und in die Zapfen der wenigstens einen Schwinge (5) eingreifen, mit dem zwei­ ten Linearantrieb verbunden ist.

9. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Linearantrieb (3, 7) in der Hauptfassung (1) des Objektives angeordnet ist.

10. Verstellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Antriebsglied (2) für den ersten Linearantrieb (3, 7) ebenfalls in der Hauptfassung (1) angeordnet ist.

11. Verstellvorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Linearantrieb (3, 7) und das An­ triebsglied (2) in einem ringförmigen Absatz (16) der Schiebefassung (4) mit reduziertem Durchmesser angeordnet sind.

12. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied (2) über ein Getriebe, einen Antriebsriemen oder über eine Kupplung mit dem ersten Linearantrieb (3, 7) verbunden ist.

13. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Antriebsglie­ des (2) parallel oder koaxial zur ersten Achsrichtung ange­ ordnet ist.

14. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Justiereinrichtung für die Ausrichtung der ersten Achsrichtung und der zweiten Achs­ richtung (14) vorgesehen ist.

15. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (7) mit einer Verdrehsicherung (15) versehen ist.