DE2354089B2

DE2354089B2 - Mechanische blende mit lichtmoduliereinrichtung

Info

Publication number: DE2354089B2
Application number: DE19732354089
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Kawasaki Kanagawa Karasawa (Japan)
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1972-10-28
Filing date: 1973-10-29
Publication date: 1977-03-10
Also published as: DE2354089A1; JPS4980252U; US3981565A; FR2205209A5; GB1399067A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische Blende mit Lichtmoduliereinrichtung mit einem Filterelement gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Filterelements.

Während Objekte für Kameras mit herkömmlichen Filmen oder für Fernsehkameras mit herkömmlichen Bildaufnahmeröhren mit Blenden in einem Bereich von F = 1,4 bis F = 32 auskommen, was einem Lichtmodulationsverhältnis von 1 :1000 entspricht, benötigen Kameras für hochempfindliche Filme oder Fernsehkameras mit hochempfindlichen Bildaufnahmeröhren ein Lichtmodulationsverhältnis, das um mehr als das Zehnfache größer ist, um auch im hellen Tageslicht verwendbar zu sein. Mit mechanischen Blenden können derartige Bereiche nicht mehr überdeckt werden, da bei den erforderlichen kleinen Blenden einerseits wegen der Beugung kein hinlänglich scharfes Bild mehr erzeugt werden kann und andererseits wegen unvermeidlicher Toleranzen in den Blendenmechanismen gerade bei extrem kleinen Blenden keine hinlänglich genauen Blendenwerte mehr reproduzierbar sind.

Um diesen Schwierigkeiten Abhilfe zu schaffen, weist eine bekannte Lichtmoduliereinrichtung (OE-PS 73 664) zusätzlich zur mechanischen Blende, zu deren Öffnungssteuerung eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, ein quer zur optischen Achse angeordnetes Filterelement auf. dessen Fläche einen Randbereich «ringer Dichte, einen Zwischenbereich, dessen Dichte L- optischen Achse hin zunimmt und einen zentralen Bereich konstanter Dichte aufweist Verringert man mittels der Verstelleinrichtung die mechanische Blende von ihrem größten einstellbaren Wert aus, dann wird das durchfallende licht im Verhältnis der Blendenverkleinerung moduliert, bis die Blende eine Öffnung erreicht die der des Zwischenbereichs entspricht Verkleinert man dann die Blende weiter, dann wird das durchfallende Licht in wesentlich stärkerem Maße abgedämpft, da gleichzeitig mit der Blendenverkleinerune auch die Schwärzung des Zwischenbereiches zunimmt,bisdie kleinste einstellbare Blende erreicht ist Diese überdeckt dann im Grenzfall nur noch den eleichmäßig geschwärzten zentralen Bereich konstanter Dichte. Es ist somit möglich geworden. Blenden mit verhältnismäßig großer Öffnung auch für die Objekte hochempfindlicher Kameras zu verwenden, da durch die additive Wirkung der zur Mute hin zunehmenden Schwärzung des Filterelements und der sich verkleinernden Blendenöffnung eine wesentlich höhere Zunahme des Blendenwerts erreicht wird, als sie der Verkleinerung der mechanischen Blendenöffnung entspricht Es ist somit möglich, bei extrem kleinem Blcndcnwert eine Blendenöffnung zu wählen, bei der die Beugung und somit die Bildunschärfe nicht unzulässig groß wird Der prozentuale öffnungfehler entspricht dem Quadrat des prozentualen Durchmesserfehlers der mechanischen Blende; der absolute, toleranzbedingte lineare Fehler ist aber über den gesamten Bereich der Blendenöffnungen hinweg im wesentlichen gleichbleibend Hieraus folgt, daß der öffnungsfehler der mechanischen Blende bei zunehmendem Blendenwert exponentiell ansteigt. Bei der bekannten Lichtmodulier einrichtung aber überlagert sich gerade dem kleinsten und damit am meisten fehlerbehafteten Öffnungsbereich der mechanischen Blende noch der Zwischenbereich mit zunehmender Dichte des Filterelements, so daß hierdurch der bereits vorhandene Fehler noch vergrößert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Lichtmoduliereinrichtung derart weiterzubilden, daß der Blendenfehler der kleinsten einstellbaren Blenden möglichst klein ist. .

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Filterelement die Dichte des Zwischenbereichs linear zunimmt und daß zum Vermeiden der Verstärkung eines noch zulässigen Blendenöffnungsfehlers aufgrund der variierenden Dichte des Zwischenbereichs der zentrale Bereich die kleinste einstellbare Blendenöffnung überdeckt. Der Bereich kleinster mechanischer Blendenöffnungen, der mit gerade noch zulässiger Toleranz behaftet ist, wird somit von einem Filterbereich konstanter Dichte überdeckt so daß der mechanische öffnungsfehler nicht noch durch die variierende Dichte des Filterelements verstärkt wird. Ferner findet durch die lineare Zunahme der Dichte des Zwischenbereichs der Übergang zwischen diesem und dem zentralen Bereich verhältnismäßig kontinuierlich statt, so daß das Toleranzfeld einer Blendenöffnung, das gerade über diesem Übergang liegt, nicht noch durch einen grob diskontinuierlichen, abrupten Übergang verstärkt wird.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Filterelement aus einem mit Silberhalogenidemulsion versehenen Film; ein derartiges Filterelement kann auf besonders einfache und besonders gut reproduzierbare Weise photomechanisch hergestellt werden.

^e weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht ijin, daß der Zwischenbereich und der zentrale 'Hch des Füterelements neutrale Farbpunkte mit ei der Dichte entsprechenden Verteilung aufweist rch die statistische Verteilung derartiger Punkte ist besonders einfach möglich, einen theoretisch —-fliegenden Dichteverlauf praktisch zu realisie-

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird inner Jurch ein Verfahren zur Herstellung eines ilterelements für die erfindungsgemäße Lichtmoduiierurichtung gelöst, das darin besteht, daß das Bild eines eisförraigen Vollmusters durch Projektion über eine bbildungsünie in den Brennpunkt gebracht wird, daß mit dem Bildmuster ein empfindlicher Film belichtet "wird, der senkrecht zu der optischen Achse der jVbbfldungsünse an einer Stelle angeordnet wird, die Üaxial gegenüber der Brennebene auscelenkt ist daß der belichtete Film zur Erzielung eines Negativs behandelt wird und daß das Filterelement durch Umkehrkopieren aus dem Negativ gewonnen wird. Durch dieses Verfahren wird ein Filterelement gewonnen, das außerordentlich geringe Toleranzen aufweist und das somit dazu beiträgt, daß gerade im Bereiche kleiner Blenden nicht noch durch ein fehlerhaftes Filterelement die toleranzbedingten mechanischen öffnungsfehler verstärkt werden.

Die Erfindung ist beispielsweise anhand der Zeichnung noch näher erläutert

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Lichtmoduliervorrichtung gemäß der Erfindung, die bei Fernsehkameras verwendet wird.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Neutralfilter, das in der Lichtmoduliervorrichtung von F i g. 1 angeordnet wird. J₅

F i g. 3 zeigt in einem Diagramm die Änderung der Durchlässigkeit des in F i g. 2 gezeigten Filters abhängig vom Radius.

Fig.4 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht die Optik für die Herstellung des Filters von Fig. 2.

F i g. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Filter, welches die gleichen Eigenschaften wie das von F i g. 2 hat und die Modifizierung durch Verwendung von speziell angeordneten Punkten erreicht

Das in F i g. 1 gezeigte Fernsehobjektiv, welches vor einer schematisch und nur teilweise gezeigten Bildaufnahmeröhre 10 angeordnet ist, hat ein Kompensatorlinsenbauteil 1, wobei andere optische Bauteile, wie die vordere Linsenanordnung und das Vai iatorlinsenbauteil des Zoom-Objektivs, nicht gezeigt sind, einen Blendeneinstellring 2, der drehbar auf einem Objektivtubus 3 sitzt, einen lagefesten Rahmen 4, der in dem Objektivtubus 3 angebracht ist, Blendenlamellen 5, Zapfen 5i und 52, die an den Blendenlamellen sitzen, Zapfen 61 und 62, die an dem Blendeneinstellring sitzen und in Nockeneingriff mit Schlitzen vorgesehen sind, die in die Blendenlamellen gebohrt sind, wobei die Teile 2 bis 62 eine herkömmliche Blendeneinstelleinrichtur.3 bilden, einen Objektivhalterahmen 7, eine Stellinse 8, ein Neutralfilter 9, das in Fig.2 gezeigt ist, sowie eine Fernsehkameraröhre 10, deren photoelektrische Umsetzeroberfläche in der Brennebene des Zoom-Objektivs angeordnet ist.

Die Dichtecharakteristik des Filters 9 umfaßt drei Bereiche, die in F i g. 3 im Diagramm gezeigt sind. In dem ersten mittleren Bereich R\, der an der optischen Achse zentriert ist, ist die Diente über dem Radius konstant und bezogen auf die anderen Bereiche maximal mit einer Durchlässigkeit von 20 bis 25%, während in dem zweiten Bereich Ä2 außerhalb des Mittelbereichs Äi die Dichte linear mit dem Radius abnimmt Der dritte Bereich Rz in der Nähe des Randes des Objektivs hat keine Filterwirkung.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Lichtmoduliervorrichtung der vorstehenden Bauweise beschrieben. Es soll davon ausgegangen werden, daß für die Einstellung der durch die Blendenöffnung hindurchgehenden Lichtmenge auf einen vorher festgelegten Wert der Blendeneinstellring 2 von der Lage für die volle Öffnung in die Einstellage für die minimale öffnung von Hand oder automatisch gedreht wird, beispielsweise durch einen Servo-Motor. Dadurch wird die Fläche der Blendenöffnung, die durch die Blendenlamellen 5 begrenzt ist, verringert Solange die von den Irisbiendenlamellen 5 begrenzte Blendenöffnung in einem solchen Bereich liegt in welchem der Bereich R) aus der Blendenöffnung ausgeschlossen ist, die Bereiche Ri und Ri jedoch darin eingeschlossen sind, wird die durch die Blendenöffnung hindurchgehende Lichtmenge als Funktion nicht nur der Fläche der Blendenöffnung, sondern auch der integrierten Dichte des Neutralfilters über der Fläche variiert Dadurch wird der Bereich der Lichtmodulation verglichen mit der Blendensteuerung allein ausgedehnt Andererseits ist in einem Bereich der Blendenöffnung, in dem die Bereiche R2 und A3 ausgeschlossen, der Bereich Ki jedoch eingeschlossen ist, die durch die Blendenöffnung hindurchgehende Lichtmenge abhängig von der Blendenöffnung und der Dichte, sie wird jedoch als Funktion von lediglich der Blendenöffnung variiert da die Dichte über dem Radius konstant ist. Der Grund, warum ein Mittelbereich mit einer angemessenen Fläche vorgesehen wird, basiert auf der Tatsache, daß die Genauigkeit der Steuerung der durch die Blendenöffnung hindurchgehenden Lichtmenge verringert wird, wenn die Blendenöffnung verringert wird, und daß sie speziell dann sehr niedrig ist, wenn die Blendenöffnung so klein ist, daß der Bereich R\ erreicht wird. Wenn daher anstelle des Bereiches Ri ein alternativer Bereich vorgesehen wird, dessen Dichte linear mit dem Radius vom Mittelpunkt in der gleichen Weise abnimmt, wie dies beim Bereich R2 der Fall ist, würden Fehler in der Öffnungssteuerung bzw. -einstellung einen Wert erreichen, der so groß ist daß er der Dichtedifferenz in dem alternativen Bereich äquivalent ist. Um solche Fehler auf Null zu reduzieren, wird erfindungsgemäß die Fläche des Bereichs Ri auf einen derart großen Wert erhöht daß der Fehler in der Lichtmodulation bei der Öffnungsblende abhängig von dem Fehler ist, der sich nur infolge der Öffnungssteuerung der Blendenlamellen 5 ergibt.

Erfindungsgemäß wird somit für einen extrem ausgedehnten Bereich der Lichtmodulation bei der Blendenöffnung einer mechanischen Blendeneinrichtung in einem Objektiv gesorgt. In der Praxis braucht der Benutzer nur die mechanische Blendenvorrichtung zusammen mit dem Objektiv in üblicher Weise zu betätigen, worauf im Falle der Ausvignettierung bzw. der Abschattung, die durch die Blendenöffnung hindurchgehende Lichtmenge mit der Verringerung der Blendenöffnung verringert wird, wobei gleichzeitig die Durchlässigkeit für das auf das Filter einfallende Licht mit der Zunahme der integrierten Dichte des Filters oder der optischen Dämpfeinrichtung 9 verringert wird, so daß die aus der Lichtmoduliervorrichtung gemäß der Erfindung austretende Lichtmenge als Funktion des

Produktes dieser beiden Steuerparameter verringert ist. Im Falle der Einvignettierung nimmt die durch die Blendenöffnung hindurchgehende Lichtmenge mit der Vergrößerung der Fläche der Blendenöffnung zu. Gleichzeitig wird die Durchlässigkeit an der Öffnungsblende mit der Zunahme der durch das Filterteil mit relativ niedriger Dichte gehenden Lichtmenge erhöht, so daß die aus der Lichtmoduliervorrichtung austretende Lichtmenge als Funktion des Produktes der beiden Steuerparameter zunimmt.

Hinsichtlich der Charakteristika der optischen Dämpfeinrichtung sowie der Lichtmoduliervorrichtung mit der optischen Dämpfeinrichtung sind verschiedene Modifizierungen möglich. So kann die optische Dämpfeinrichtung vor der Öffnungsblende angeordnet werden. Es können auch zwei optische Dämpfungseinrichtungen verwendet werden, die zu beiden Seiten der Öffnungsblende angeordnet werden. Vom Standpunkt der Einschränkung des Lichtverlustes in der Lage der voll geöffneten Blende auf einen Wert, der so klein wie möglich ist, werden vorzugsweise die Charakteristika und die Größe der optischen Dämpfeinrichtung unter Berücksichtigung der Objektivöffnung und des gleichförmigen Gradienten der Lichtmodulation bestimmt.

Bei der in F i g. 4 gezeigten optischen Anordnung zur Herstellung des Filters 9 der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird durch eine Abbildungslinse 12 eine Originalkopie tt, welche ein kreisförmiges festes Muster Ui hat, dessen Mitte auf der optischen Achse liegt und dessen Umgebung transparent ist, auf einen lichtempfindlichen Silberhalogenidemulsionsfilm projiziert, der gerade vor der Brennebene 13 einer nicht gezeigten Lichtquelle positioniert ist. Dadurch ist das Bild des Kreismusters auf dem Film 14 so vignettiert bzw. abgeschattet, daß die Intensität des auf den Film einfallenden Lichtes sich fortschreitend mit dem Radius im Bereich außerhalb des an der optischen Achse zentrierten Mittelbereiches ändert, während im Mittelbereich die Intensität des einfallenden Lichtes über dem Radius fast konstant ist. Nach einer vorher festgelegten Belichtung mittels eines bekannten Verschlußmechanismus wird der belichtete Film auf bekannte Weise entwickelt und fixiert, wodurch man einen Negativfilm erhält, von dem eine gewünschte Anzahl von Grau- bzw.

ίο Neutralfiltern mit den in F i g. 3 gezeigten Eigenschaften nach einem photographischen Verfahren, wie dem Kontaktabziehen, gemacht werden können. Ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer gewünschten Anzahl von Neutralfiltern verwendet speziell angeordnete neutrale Farbpunkte, deren Dichte radial verändert wird. In diesem Fall kann irgendein Druckverfahren zur einfachen Erzeugung des in F i g. 5 gezeigten Filters benutzt werden.

Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist mit dem

ίο Objektiv mit der erfindungsgemäßen Lichtmoduliervorrichtung eine kontinuierliche Lichtmodulierung in einem sehr weiten Bereich nur abhängig von der Einstellung der Blendenöffnung der mechanischen Blende möglich. Das Verhältnis der Lichtmodulation erreicht einen Wert, der um den Faktor zehn und mehr größer ist als der der mechanischen Blende allein. Besonders nützlich ist die Vorrichtung für Fernsehkameras, die eine Bildaufnahmeröhre mit hochempfindlichen photoelektrischen Umsetzoberflächen aufweisen, sowie füi Photo- und Filmkameras, die mit einem hochempfindlichen Photofilm arbeiten. Mit dem Objektiv ist e< weiterhin möglich, eine geeignete Belichtung mit hohei Genauigkeit über einem weiten Leuchtstärkebereicl der zu photographierenden Gegenstände zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mechanische Blende mit lichönoduliereinrichtung, zu deren öffnungssteuerung eine Verstelleinrichtung vorgesehen ist, und mit zumindest einem quer zur optischen Achse angeordneten Filterelement, dessen Fläche einen Randbereich geringer «Dichte, einen Zwischenbereich, dessen Dichte zur optischen Achse hin zunimmt, und einen zentralen Bereich konstanter Dichte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Filterelement (9) die Dichte des Zwischenbereichs (fö) linear zunimmt und daß zum Vermeiden der Verstärkung eines noch zulässige« Blendenöffnungsfehlers aufgrund der variierenden Dichte des Zwischenbereichs der zentrale Bereich {Ri) die kleinste einstellbare" Blendenöffnung überdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (9) aus einem mit Silberhalogenidemulsion versehenen Film besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbereich (R2) und der zentrale Bereich (R\) des Filterelements neutrale Farbpunkte mit einer der Dichte entsprechenden Verteilung aufweist

4. Verfahren zur Herstellung eines Filterelements für eine Lichtmoduliereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild eines kreisförmigen Vollmusters durch Projektion über eine Abbildungslinse in den Brennpunkt gebracht wird, daß mit dem Bildmuster ein empfindlicher Film belichtet wird, der senkrecht zu der optischen Achse der Abbildungslinse an einer Stelle angeordnet wird, die axial gegenüber der Brennebene ausgelenkt ist, daß der belichtete Film zur Erzielung eines Negativs behandelt wird, daß das Filterelement (9) durch Umkehrkopieren aus dem Negativ gewonnen wird.