DE2410744C3

DE2410744C3 - Zoomobjektiv

Info

Publication number: DE2410744C3
Application number: DE19742410744
Authority: DE
Inventors: Ryusho Michida Tokio Hirose; Takao Kawasaki Kanagawa Tsuji
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1980-11-13
Also published as: DE2410744B2; FR2220800A1; DE2410744A1; GB1467664A

Description

Ausführungsbeispiels eines Zoomobjektivs und

F i g. 11 ein Beispiel des Betriebs eines Zoomobjektivs, wobei jedoch in diesem Falle anstelle des zweiten beweglichen Gliedes zwei getrennte bewegliche Glieder vorgesehen sind.

Im folgenden soll das Arbeitsprinzip des Zoomobjektivs näher erläutert werden. In den Fig.2A, 2B und 2C sind mit den Bezugszeichen 5, 6, 7 und 8 die einzelnen Glieder oder Linsengruppen des Zoomobjektivs dargestellt Die Glieder 5 und 8 sind hierbei fest angeordnet. 9 ι ο bezeichnet eine Brennebene und O ein Objekt in einer gegebenen Lage. L bedeutet die rückwärtige Brennweite.

Die in Fig.2A dargestellte Lage der optischen Glieder entspricht einer Ausgangslage eines Zoomobjektivs, beispielsweise einer Lage, in der die Scharfeinstellung auf ein im Unendlichen gelegenes Objekt bei Verwendung des Zoomobjektivs an seinem Teleende erfolgt In Fig. 2B ist zwecks Scharfeinstellung auf das in einem Abstand R von dem vorderen Ende des Gliedes 5 gelegenen Objekts O das Glied 7 um einen Betrag a aus der in Fig.2A gezeigten Lage verschoben. Anschließend wird der Zoom-Betrieb durchgeführt wobei das Zoomobjektiv in einer gewünschten Lage angehalten wird, wie dies in Fig.2C dargestellt ist. Hierbei ist das Glied 6 für die Änderung der Vergrößerung um einen Betrag c verschoben, während das Glied 7 um einen Betrag b verschoben ist, um eine Scharfeinstellung auf das Objekt O zu erreichen. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich b durch die folgende Beziehung wiedergeben:

b-f(a,c)

wobei a und c die Variablen sind. Hierbei ist f(a, c) eine Funktion, die von der Brechkraft des Zoomobjektivs und dem Abstand der Hauptpunkte bestimmt ist. Gemäß obiger Darstellung wird eine Scharfeinstellung durch den Umstand bewirkt, daß b die Beziehung f(a, c) erfüllt, wenn a und c bestimmt sind. Dieses Prinzip könnte auf verschiedenen Wegen entsprechend den verschiedenen Bauarten der Zoomobjektive angewendet werden. So könnte beispielsweise das Objektivglied 8 anstelle des Gliedes 7 beweglich gestaltet werden. Während das Glied 5 von F i g. 2 lediglich zwecks Korrektur der Aberrationen vorgesehen ist, ließe sich das Glied 5 auch anstelle des Gliedes 6 verwenden, wobei jedoch in diesem Falle der Außendurchmesser desselben größer würde. Des weiteren sind ein Variatorglied und ein Kompensatorglied wie beim herkömmlichen Zoomobjektiv vorgesehen und es ist möglich, das letzte Glied 8 in zwei Gruppen zu unterteilen, wobei eine von diesen zum Zwecke der Scharfeinstellung verwendet wird.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben.

In Fig.3 sind mit den Bezugszeichen 10 und 13 fest angeordnete Glieder bezeichnet, während das Bezugszeichen 11 ein Variatorglied zur Änderung der Vergrößerung und das Bezugszeichen 12 ein Kompensatorglied darstellt. Mit t4 ^:.. ein Detektor bezeichnet, der den Verschiebungsbetrag des Variators 11 ermittelt und diesen in ein elektrisches Signal umformt. 15 bezeichnet einen ähnlichen Detektor, der dem Glied 12 zugeordnet ist.

Mit 16 ist ein Rechenwerk bezeichnet, in das die Signale von den beiden Detektoren eingegeben werden. 17 bezeichnet eine Antriebsschaltung für die Betätigung eines Motors 18 durch ein von dem Rechenwerk erhaltenes Signal. 19 bezeichnet ein Zahnrad, das von dem Motor 18 angetrieben wird. Eine Zahnstange 20 steht in Eingriff mit dem Zahnrad 19, wobei sie dazu dient, das optische Glied 12 längs der optischen Achse 2u verschieben.

Im folgenden soll die Wirkungsweise dieser Anordnung erläutert werden. Gemäß den Ausführungen zu F i g. 2A, 2B und 2C erfolgt zuerst eine Scharfeinstellung, indem eine Halterung Pdes Gliedes 12 in Richtung der optischen Achse mittels eines Motors oder manuell verschoben wird. Anschließend erfolgt die Zoom-Einstellung, indem eine Halterung Q des Gliedes 11 in Richtung der optischen Achse mittels eines Motors oder manuell verschoben wird. Die Detektoren 14 und 15 ermitteln den Betrag der Verschiebung a des Gliedes 12 und den Betrag der Verschiebung c des Gliedes 11. Hieraus werden elektrische Signale gebildet, die dem Rechenwerk 16 zugeführt werden.

In dem Rechenwerk erfolgt eine im vorhinein bestimmte Operation, wobei das dem Ergebnis dieser Operation entsprechende Signal der Antriebsschaltung 17 zugeführt wird. Auf der Grundlage dieses Signals wird der Motor 18 angetrieben, wobei er das Zahnrad 19 dreht und die Zahnstange 20 verschiebt, so daß das Glied 12 aufgrund dieser Operation verschoben und nach Durchlaufen einer Strecke b angehalten wird. Durch die Verschiebung des Gliedes 12 in diese Lage erfolgt die Fokussierung.

Fig.4 zeigt ein Beispiel eines Detektors. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Tubus, der an dem in der Zeichnung nicht gezeigten Kameragehäuse derart befestigt ist, daß er frei um seine eigene Mittenachse gedreht werden kann. Die Glieder des Objektivs werden von einer Fassung 23 gehaltert, in der die beiden Teile beispielsweise mittels einer schraubenförmigen Linie miteinander gekoppelt sind. Der Tubus 21 wird um die optische Achse mittels einer Rotationseinrichtung gedreht, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, wobei der Drehwinkel in einer Beziehung zu dem Betrag der Verschiebung der beweglichen optischen Glieder in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung steht, Auf den Tubus 21 sind Markierungen 22 eingepreßt. Diese Markierungen können mit einer entsprechenden Markierung 24 auf der Fassung 23 zum Fluchten gebracht werden, wobei sie dazu dienen, die Einstellwerte der Brennweite oder des Objektabstandes in der jeweiligen Zoom-Objektivstellung zu finden.

Der Tubus 21 ist mit einer Zahnung 25 versehen, die mit einem kleinen Zahnrad 26 in Eingriff steht. Ein Schleifer 27 ist fest mit dem kleinen Zahnrad 26 verbunden, so daß er mit der Drehung des kleinen Zahnrades 26 ebenfalls gedreht wird. Eine Bürste 27' ist an dem vorderen Ende des Schleifkontaktes 27 befestigt, wobei sie ebenfalls verschoben wird, während sie einen Kontakt mit der Fläche eines Widerstandskörpers 28 herstellt. Ein Leitungsdraht 30 ist an dem Schleifer 27 befestigt, während ein weiterer Leitungsdraht 31 mit einem Ende 29 des Widerstandskörpers 28 verbunden ist. Zwischen den Ausgangssignalen der Leitungsdrähte 30 und 31 besteht in diesem Widerstandskörper 28 eine vorbestimmte proportionale Beziehung, wenn sich der Abstand des einen Endes 29 zu dem Kontakt der Bürste 27' ändert. Die Drehung des Schleifers 27 und die Verschiebungsstrecke des optischen Gliedes mit der Drehung des Tubus 21 durch das Zahnrad 25 sind somit zu dem Ausgangssignal proportional, das von dem Widerstandskörper 28

erhalten wird. Der ermittelte Betrag dient als Eingangssignal für das Rechenwerk 16.

Obenstehend war ein Beispiel des Detektors beschrieben worden. Es ist jedoch möglich, auch andere Einrichtungen, wie beispielsweise solche zu verwenden, die unter der Handelsbezeichnung »Magnescale« bekannt sind.

Das Ausgangssignal der in F i g. 3 gezeigten Detektoren 14 und 15, bei denen eine derartige Detektoreinrichtung zur Verwendung kommt, wird dem Rechen werk 12 ι ο eingeprägt. In dem Rechenwerk 12 wird aufgrund der eingestellten Werte für die Brennweite und für den Objektabstand ein Ausgangssignal entsprechend einer Beziehung b=f (a, c) erhalten, wobei diese Beziehung bei der Konstruktion des Zoomobjektivs festgelegt wird.

Bei der Ermittlung des Verschiebungsbetrages läßt sich im Falle, daß der zu ermittelnde Betrag ein Analogwert ist, das Rechenwerk 16 einfach durch herkömmliche bekannte Analogrechnerschaltungen bilden. Wenn der Verschiebungsbetrag durch ein Ausgangssignal von einem Drehkodierer, insbesondere als Verschiebung einer unterteilten Skala oder eines »Magnescale« usw. wiedergegeben wird, d. h. als digitaler Wert, kann das Rechenwerk 16 in einfacher Weise entsprechend durch eine normale digitale Schaltung gebildet werden.

Wenn beispielsweise ein Gleichstrommotor usw. als Motor 18 verwendet wird, kann eine Rückkopplung mittels eines mit dem Glied 12 verbundenen Lagendetektors gebildet werden. Auch wenn ein Schrittmotor verwendet wird, läßt sich durch die impulsförmigen Ausgangssignale, welche den Eingangssignalen der Antriebsschaltung entsprechen, ein weiterer einfacher Lagendetektor für das Glied 12 bilden. Die Entscheidung darüber, ob hierbei der Betrieb wahlweise digital oder analog erfolgen soll, hängt von der Geschwindigkeit oder der Genauigkeit der Ermittlung, des Betriebes und der Lageneinstellung, sowie den Kosten und weiteren Faktoren ab.

Mit der Erfindung wird, wie bereits oben erwähnt wurde, ein elektrisches System neu in das Steuersystem zur Verschiebung eines Zoomobjektivs eingebracht, das eine große Lichtstärke bei hoher Vergrößerung aufweist und das bisher insofern lediglich von dem Prinzip der herkömmlichen geometrischen Optik entwickelt wurde. Zum anderen hängt die Genauigkeit in der Einstellung der Lage der beweglichen Linsenglieder in einem Zoomobjektiv von der Brennweite und der Objektentfernung zu diesem Zeitpunkt ab. Diese Beziehung soll nun erläutert werden. In F i g. 5 ist die Brennweite /des Zoomobjektivs auf der Ordinatenachse aufgetragen, während auf der Abszisse der Objektabstand R wiedergegeben ist Die Markierung T zeigt die Lage einer langen Brennweite, d. h. den Fokus am Teleende, während W eine kurze Brennweite, d. h. einen Weitwinkel wiedergibt Mit L ist der Fall bezeichnet wenn sich ein Objekt im Unendlichen befindet, während N einen sehr kurzen Objektabstand andeutet

Wenn eine Scharfeinstellung auf ein Objekt durchgeführt wird, das sich in einer vorgegebenen Entfernung befindet, wie es beispielsweise von der Markierung M wiedergegeben wird, liegt der für die Tätigung der Aufnahme zulässige Tiefenbereich bei voller Öffnung des Objektives innerhalb des in der Zeichnung von dem geschlossenen Kurvenzug a—b—c—d—a wiedergegebenen Gebietes. Da die Schärfentiefe bei den Aufnahmen mit zunehmender Verschiebung vom Weitwinkelbereich zu dem Teleende abnimmt, wie auch die Anforderung an die Einstellgenauigkeit zunehmend kritischer. Wenn der Objektabstand zunimmt, wird des weiteren der Bereich der Schärfentiefe bei den Aufnahmen groß, so daß die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit sich in tolerierbaren Grenzen halten.

Im folgenden soll als Beispiel die Beziehung zwischen dem Schärfentiefenbereich und der Lage jedes optischen Glieds in einem Zoomobjektiv beschrieben werden, wenn eine Änderung in der Vergrößerung durchgeführt wird, während der Objektabstand konstant gehalten ist. Dieser Vorgang ist in den F i g. 6A, 6B und 6C wiedergegeben. Fig.6A zeigt den Fall einer langen Brennweite, bei dem das Zoomobjektiv eine Telestellung einnimmt, Fig.6C zeigt den Fall einer kurzen Brennweite, bei dem sich das Zoomobjektiv auf seiner Weitwinkelseite befindet In F i g. 6B ist schließlich ein mittlerer Bereich zwischen diesen beiden Grenzlagen dargestellt. Das optische Glied 6 bewegt sich zwischen den mit LJ- V— W gekennzeichneten Lagen, welche dem TeIe-, dem Standard- und dem Weitwinkelbereich entsprechen. Das Glied 7 bewegt sich zwischen den mit X— Y—.^dargestellten Lagen. In diesem Falle muß die Einstellgenauigkeit für das Objektivglied 6 welches als Variator dient, in der Reihenfolge von W— V— U größer werden. Andererseits genügt der gleiche Genauigkeitsgrad für die Lagen X₁ Y, Z entsprechend für das Objektivglied 7, wenn es die Änderung der Bildebene bei der Durchführung der Vergrößerungsänderung kompensiert. Es sollte hier erwähnt werden, daß die Genauigkeitsanforderungen in dem oben beschriebenen Beispiel auf ein derartiges Objektiv bezogen sind, das aus einem sammelnden Vorderglied, einem streuenden Variatorglied, einem streuenden Kompensatorglied und einem Relaislinsenglied' besteht, und daß die Anforderung an die Genauigkeit in einem Zoom-Objektiv mit einem unterschiedlichen Aufbau der Glieder von dem oben beschriebenen Falle abweicht

Als Nächstes soll ein Beispiel eines Lagendetektors beschrieben werden, der zu einer Einstellung der Lage mit einem hohen Genauigkeitsgrad verwendet werden kann. Dieser Detektor ist in Fig.7 dargestellt Ein Tubus 120 ist an dem nicht dargestellten Kamerakörper derart gehaltert, daß er um eine optische Achse frei drehbar ist. In dem Tubus ist eine schraubenförmige Fläche vorgesehen, wobei er an diesem Bereich mit einer schraubenförmigen Fläche gekoppelt ist, die an der Außenfläche einer inneren rohrartigen Fassung 121 angebracht ist An der Innenseite dieser rohrartigen Fassung 121 ist beispielsweise ein Variatorglied befestigt

Ein Führungsstift 123 steht in Eingriff mit einer Führungsnut 122. Der Führungsstift ist in dem in der Zeichnung nicht dargestellten Kameragehäuse eingesetzt Die Aufgabe dieser Führungsnut und des Stifts beruht darin, die innere rohrartige Fassung 121 bei einer Verschiebung derselben in Richtung der optischen Achse, ohne daß hierbei eine Drehung stattfindet, zu führen.

Auf den Tubus 120 sind Markierungen 124 eingepreßt Eine weitere fest angebrachte Markierung 125 ist in die innere rohrartige Fassung 121 eingepreßt Die Markierungen erweisen sich für ein Ablesen der eingestellten Information als nützlich.

An dem Tubus 120 ist eine Zahnune 126 in Form eines

Zahnkranzes angebracht, die einheitlich mit dem Tubus ausgebildet ist. Diese Zahnung 126 tritt mit einem kleinen Zahnrad 127 in Eingriff, das sich um eine Welle

128 dreht. An einem Bereich der Welle 128 ist eine Übertragungsschnecke 129 angebracht. Die Schnecke

129 steht mit einem Innengewinde in Eingriff, das auf einem Verschiebungsteil 130 angebracht ist. An dem Verschiebungsteil ist eine Kodierplatte 131 befestigt. Auf dieser Kodierplatte 131 sind beispielsweise Leiter

132 entsprechend einer vorbestimmten Beziehung angebracht, wobei alle diese Leiter mit einem Anschluß

133 an ihrem anderen Ende verbunden sind. Kontaktstücke 134, 135, 136 und 137 stehen in

Druckkontakt mit diesen Leitern. Im folgenden soll insbesondere auf den Anschluß 133 und das Kontaktstück 134 Bezug genommen werden. Die Kodierplatte 131 wird mit der Verschiebung des Verschiebungsteils 130, d.h. mit der Drehung des Tubus 120, in Längsrichtung verschoben. Von dem Drehwinkel des Tubus 120, der manuell oder elektrisch betrieben werden kann, hängt es ab, ob zwischen dem Anschluß 133 und dem Kontaktstück 134 eine leitende Verbindung besteht oder nicht.

Aufgrund dieser relativen Lagenbeziehung zwischen der Kodierplatte 131 und den Kontaktstücken ändert sich die Kombination der Leitfähigkeit und Nichtleitfähigkeit zwischen dem Anschluß 133 und jedem der Kontaktstücke 134,135,136 und 137, und es gelingt, die Lage des Variatorgliedes aus der jeweiligen Kombination in Form von digital kodierten Signalen zu erhalten.

Eine derartige Ermittlung kann anstelle des in F i g. 3 gezeigten Detektors 14 treten. Eine ähnliche Einrichtung kann ferner für den Kompensator vorgesehen sein, die dann dem in F i g. 3 mit 15 bezeichneten Detektor entspricht

Bei einer derartigen Feststellung der Lage ist es zweckmäßig, das Muster der Leiter auf dem in F i g. 8 gezeigten Kodierer in Abhängigkeit davon zu gestalten, ob bei der jeweiligen Lage nur eine geringe Genauigkeit für die Lageneinstellung oder eine höhere Genauigkeit notwendig ist.

In einem Endbereich A, in dem eine hohe Genauigkeit für die Lageneinstellung erforderlich ist, d. h. in dem Falle der Ermittlung der Lage nahe an dem Teleende des Objektivs, sind die Leiter in engen Abständen voneinander angeordnet An den Bereichen, an denen die Genauigkeit der Lageneinstellung niedrig ist, d. h. im Fall der Weitwinkeleinstellung, kann die Anordnung der Leiter und Nichtleiter gröber sein, wie dies in dem Bereich B der Fall ist Wenn das Zoomobjektiv auf einen Gegenstand scharfgestellt wird, ergibt sich eine grobe Anordnung der einzelnen Lagen auf dem Kodierer, wenn die Scharfeinstellung auf ein entferntes Objekt erfolgt, sowie eine feiner gerasterte Anordnung, wenn die Scharfeinstellung für ein nahes Objekt erfolgt

Als Nächstes soll die Abhängigkeit des Genauigkeitsgrades von der Schärfentiefe bestimmt werden, die sich mit dem Öffnungsgrad der Blende ändert

In dieser Phase muß als erstes die Genauigkeit bei der Einstellung der Lage der Linsenglieder in Abhängigkeit von der Schärfentiefe bestimmt werden, d.h. der Blendenwert des Zoomobjektivs.

Da die Genauigkeit des Zoom-Betriebes von der Genauigkeit abhängt, mit der die eingestellten Werte der Brennweite und der Bildlage festgestellt werden, sowie von der Genauigkeit, mit der die Lage des Kompensatorgliedes eingestellt wird, und da die Ansprechzeit des Zoom-Betriebs von der Geschwindigkeit des Rechenwerks 16 bestimmt ist, werden anschließend als zweiter Punkt die für den Betrieb kennzeichnenden Zahlen für die Einstellparameter ausgewählt, um die Genauigkeit der Lageneinstellung der optischen Glieder so einzustellen, wie es bezüglich des eingestellten Blendenwerts des Zoom-Objektivs und der beiden oben genannten eingestellten Werte zweckmäßig ist, während gleichzeitig die Ansprechzeit verbessert wird.

ίο Als Nächstes soll die Beziehung zwischen dem Brennweiteneinstellwert, dem Bildlageneinstellwert, dem Blendenöffnungseinstellwert und der Genauigkeit erläutert werden. In Fig.9 sind auf der Abszisse die Brennweiten f, auf der Ordinate die Objektabstände R aufgetragen. Die Markierung Γ kennzeichnet die lange Brennweite des Zoomobjektivs, d. h. seinen Telebereich, und W die kurze Brennweite des Zoomobjektivs, d. h. seinen Weitwinkelbereich. Mit L ist der Fall bezeichnet, wenn sich das Objekt im Unendlichen befindet, mit N der Fall eines kurzen Objektabstands und N' der Fall eines noch kürzeren Objektabstands.

Der bei einer vollen Öffnung des Zoomobjektivs zulässige Schärfentiefenbereich liegt bei einer Scharfeinstellung auf ein Objekt, das sich in einer gegebenen Entfernung, im vorliegenden Falle in der Entfernung M befindet, innerhalb eines Bereiches, der in Fig.9 von den Kurvenzügen a — b—c—d—a eingeschlossen ist Die Schärfentiefe wird ausgehend vom Weitwinkelbereich in Richtung auf den Telebereich zunehmend geringer, wobei sie sich in allgemein bekannter Weise in Abhängigkeit vom Objektabstand ändert.

Anschließend wird das Zoomobjektiv abgeblendet, wodurch sich ein Schärfentiefenbereich ergibt, der in dem von den Kurvenzügen a'—b'—c'—d'—a' umschlossenen Bereich liegt. Dies bedeutet, daß mit zunehmender Abblendung des Zoomobjektivs die Schärfentiefe zunimmt, so daß die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit weniger kritisch werden. F i g. 6A, 6B und 6C zeigen die Beziehung zwischen der Änderung der Brennweite und der Lage von jedem Glied in dem Zoomobjektiv, wenn eine Änderung der Vergrößerung durchgeführt wird, während der Objektabstand konstant gehalten ist Die in Fig. 6A gezeigte Lagenbeziehung erläutert den Fall, bei dem eine lange Brennweite eingenommen wird, d. h. bei dem das Zoomobjektiv als Teleobjektiv wirkt F i g. 6C zeigt das Zoomobjektiv für eine kurze Brennweite, d. h. als Weitwinkelobjektiv. In F i g. 6B ist eine Zwischenstellung dargestellt. Das Glied 6 bewegt seine Lage von U nach V und nach W, wenn eine Zoom-Verschiebung von dem TeIe- zu dem Standard- und zu dem Weitwinkelbereich durchgeführt wird.

Das Glied 7 bewegt sich bei einer derartigen Verschiebung von der Lage .Y in die Lage yund in die Lage Z. In diesem Falle muß die Genauigkeit der Lageneinstellung des Glieds 6, das als Variator dient, größer gemacht werden, wenn es sich in dieser Reihenfolge von Wnach Vund nach [/bewegt Für das Glied 7, das als Kompensator für die Verschiebung der Bildebene durch diese Glieder dient, kann dieselbe Genauigkeit für jede der Lagen X, Y und Z zur Anwendung kommen.

Die Einstellgenauigkeit der optischen Glieder sollte, wie oben bereits erwähnt worden war, wünschenswerterweise in Abhängigkeit von der Brennweite, dem Objektabstand und der Blendenöffnung geändert werden. Im Falle der Einstellung des in F i g. 3 gezeigten Gliedes 12 ist ersichtlich, daß die für die Operation

benötigte Zeit verkürzt werden kann, wenn die Information für die Einstellung des Blendenwertes von dem Zoomobjektiv dem Rechenwerk 16 zusätzlich zu der Information über die Lage des Gliedes, d. h. die Information über die Entfernung, und zusätzlich zu der Information über die Lage des Gliedes 11, d.h. die Information über die Brennweite eingegeben werden, und wenn die kennzeichnenden Werte oder Ziffern des Ergebnisses der Operation von den oben erwähnten beiden Informationen von der zuerst genannten Information ausgewählt werden. Hierdurch wird die Einstellzeit für das Glied 3 kurz, so daß eine erheblich höhere Zoom-Geschwindigkeit möglich wird.

In Fig. 10 ist ein Blockdiagramm für eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein Teil der in Fig. 10 dargestellten Bestandteile trägt dieselben Bezugszeichen wie die Bestandteile der in Fig.3 dargestellten Anordnung. Diese Bestandteile sind ähnlich zueinander ausgebildet, wobei sie insbesondere die gleiche Funktion ausüben. Das Bezugszeichen 212 bezeichnet eine Blende, 213 einen Detektor zur Feststellung der Blendenöffnung und 214 eine Schaltung zur Auswahl der kennzeichnenden Werte. Das von dem ersten Detektor 14 und das von dem zweiten Detektor 15 kommende Signal werden in das Rechenwerk 16 eingeführt, in der die Lage, in welche das Glied 12 eingestellt werden soll, entsprechend einer vorgegebenen Funktionalgleichung bestimmt wird. Das Ausgangssignal von dieser Schaltung wird als Eingangssignal der Auswahlschaltung 214 für einen bestimmten Wert oder eine bestimmte Ziffer zugeführt. In dem hier beschriebenen Falle sollen beispielsweise, falls das Rechenwerk 16 usw. digital ausgebildet sind, die entsprechenden Ziffern durch Auswahl eines von vielen möglichen Verfahren gebildet werden. Derartige Verfahren sind: Ein Aufrunden an dem Dezimalwerte von einer bestimmten Stelle mit 5 und darüber als eins gerechnet und darunterliegende Dezimalstellen vernachlässigt werden; ein Abrunden der Zahl an dieser Stelle; ein Verfahren, an dem an einer bestimmten Stelle Dezimalziffern von 3 oder darunter vernachlässigt und Dezimalziffern von 7 oder darüber als Einheit gezählt werden, wobei die in Betracht gezogenen Dezimalstellen jeweils eine Stufe unter der erwünschten Einheit liegen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Dezimalstellen von 4 mit 6 als 5 zu zählen usw. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt auch die Festlegung der Anzahl von Ziffern von den kennzeichnenden Ziffern entsprechend dem Ausgangssignal von der Einrichtung 13, um den Einstellwert der Blende 12 zu ermitteln.

Es ist jedoch auch möglich, die Auswahl der kennzeichnenden Ziffern in dem Rechenwerk 16 durchzuführen.

Bei der Ermittlung des Blendenwerts ist es zweckmäßig, einen kreisscheibenartigen Kodierer zu verwenden, der mit einem Hebel zur Betätigung der Blendenlamellen verbunden ist. Da sich in diesem Falle der Drehwinkel des Hebels mit der Lichtstärke, d. h. dem F-Wert, ändert, ist es besser, die Dichte der Anordnung auf dem Kodierer zu ändern.

Aus vorstehender Erläuterung ist ersichtlich, daß eine Anordnung geschaffen ist, bei der sich die Genauigkeit in der Einstellung der Objektivglieder in Abhängigkeit von der Brennweite des Objektivs, dem Objektabstand und dem Blendenwert ändert. Wenn beispielsweise ein Kodierer zur Ermittlung des Werts der Brennweite und des Objektabstandes verwendet wird, ändert sich die Ermittlungsgenauigkeit des Kodierers im erwünschten Maße, wobei der von dem Detektor zur Feststellung der

ίο Blendenöffnung ermittelte Wert hinzugefügt wird, so daß eine Einstellung der optischen Glieder mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit möglich ist. Indem man kennzeichnende Ziffern auswählt, wird ein Hochgeschwindigkeits-Zoombetrieb möglich.

Als Nächstes soll ein Beispiel der Operation des Rechenwerks 16 wiedergegeben werden, die aus elektronischen Schaltungen besteht, und zwar anhand eines vereinfachten Beispiels. Bei einem optischen System, wie es in F i g. 11 dargestellt ist, bedeutet I ein fest angeordnetes Vorderglied, II ein Variatorglied, III ein Kompensatorglied und IV ein Scharfeinstellungsglied, das auch als Kompensator im Falle der Tätigung von Nahaufnahmen dient. Es ist auch möglich, das Kompensatorgleid III und das Scharfeinstellungsglied IV als ein Glied zusammenzufassen, das eine Funktion aufweist. Si bedeutet den Objektabstand von der Vorderfläche des Vordergliedes I, O\ bedeutet die Lage des vorderen Hauptpunktes des Gliedes I. f\ bedeutet die Brennweite des Gliedes I, /j diejenige des Gliedes II, fz diejenige des Gliedes III und /4 diejenige des Gliedes IV.

Wenn ein Objektiv im Unendlichen angeordnet ist und wenn das Objektiv seine kleinste Brennweite einnimmt, ergibt sich ein Abstand (ei)₀ zwischen den Hauptpunkten des Gliedes I und des Gliedes II. (e2)o ist der Abstand zwischen den Hauptpunkten des Gliedes II und des Gliedes III. (β3)ο ist der Abstand zwischen den Hauptpunkten des Gliedes III und des Gliedes IV. Schließlich ist (e<i)o der Abstand zwischen den Hauptpunkten des Gliedes IV und des Gliedes V. Q bezeichnet den Abstand zwischen einem von dem Glied IV gebildeten Bildpunkt und dem vorderen Hauptpunkt des Gliedes V. Schließlich ist Δ* der Abstand zwischen den Hauptpunkten im Inneren des Gliedes IV.

Bei der oben beschriebenen Anordnung bedeutet, falls lediglich das Glied II um einen Betrag Pverschoben wird, g den Betrag der Verschiebung des Gliedes III, während r den Grad der Verschiebung des Gliedes IV bezeichnet, der hier aufgesucht werden soll. E ist eine Konstante, wobei diese automatisch aus f\, f% /3, U (ei)o, (ej)o, Ce₃)O, (e4)o, O\, Δ_Α bestimmt ist.

Im vorliegenden Falle kann die anhand der F i g. 2A, 2B und 2C abgeleitete Beziehung dargestellt werden durch r=f(Si, C), wobei der Wert von r durch die im folgenden dargestellte Operation bestimmt wird. Die Gleichungen legen die Beziehung zwischen einem Objektpunkt und einem Bildpunkt hinsichtlich der geometrischen Optik fest r wird durch die Ausführungen der folgenden Operationen (1) bis (21) erhalten.

Lösung

a, = S₁ - O₁

eingesetzt in

ei = (e,)o + P a₂ = b_x - e_x -

Lösung

J 1_ _ J_

l>2 «2 ~ fl

(«2)0 = /1 -

(b₂)o («2)0 /:

A = - {(«2)0 + ΦΜ B=- {(«2)0 + /2}

(03)0 = Φ₂)ο - (e₂)o

12

Cl O₂

■* («2)0

-♦ B

!· (H)	1	1 1	l\ J	J4	Hierzu 6 Blatt Zeichnungen	» /~<
I (12)	*Φ₃)_ο*	(«3)0 /3
(13)	C =		1 1		χ η
; (i4)	D =	(^3)0 + ( 3)0	«3 /3
(15)
j (16) e₂	'; —	*( ³'° ^³'	y "3 + (^β3)ο + (ado +U ί!	Ί
;, υ η	1 -	P²+ /4P	L - (2/₄ + I₄) + \/{L - (If₄ + l₄)}² - AfI
I (18)	- (c'2)o - P + q -	P + B	2	H
ί (19) 5	*O₃ —*	1, + C+ U,,+Cf + D₁₁
I ⁽²⁰⁾	1	2
ΐ (21) γ	b₃
ξ	L -		' "3

	³
= (e₄)o + Q-x' -	1 T

eingesetzt in (4)

(5) (17)

(8)

(8) (10) (14) (14) (10)

(12)

(12)

(13)

(15)

(15)·

(15)

(19)

(17) (18)

(19) (20) (21)

Claims

Patentansprüche:

1. Zoomobjektiv mit einem Detektor zur Erfassung eines durch ein Stellmittel vorgebbaren Brennweiten-Sollwertes, aufgrund dessen mindestens ein optisches Glied durch Servomittel so verstellbar ist, daß ein Brennweiten-Istwert ohi.e Verschiebung eines fokussierten Objekt-Bildes von der Oberfläche eines photoempFmdlichen Materials mit dem Brennweiten-Sollwert in Übereinstimmung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (14) zur Erfassung der Lage eines ersten, durch das Stellmittel (Q) bewegbaren optischen Glieds (11) vorgesehen ist, welches bei einer Verschiebung entlang der optischen Achse eine Änderung der Vergrößerung bewirkt, daß ein zweiter Detektor (15) zur Feststellung der Lage eines weiteren, entlang der optischen Achse bewegbaren, optischen Glieds (12) vorgesehen ist, das zur Konstanthaltung der Bildlage auf der Oberfläche des photoempfindlichen Materials dient, daß ein Rechenwerk (16) vorgesehen ist, welches mit der Information des ersten und zweiten Detektors (14, 15) einen Abweichungswert des zweiten optischen Glieds (12) von einer Soll-Stellung des zweiten optischen Glieds (12) auf der optischen Achse bestimmt, die gewährleistet, daß das Objekt-Bild auf der Oberfläche des photoempfindlichen Materials fokussiert ist, und daß eine Einstelleinrichtung (18, 19, 20) zur Einstellung des zweiten optischen Glieds in die Soll-Lage aufgrund des vom Rechenwerk ermittelten Abweichungswerts vorgesehen ist.

2. Zoomobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Glied (11) ein Variator und das zweite optische Glied (12) ein Kompensator ist.

3. Zoomobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste optische Glied (11) ein Variator und das zweite optischt Glied (12) ein bewegbares optisches Teilglied ist, das mit einem festen, letzten optischen Glied (8) zusammenwirkt.

4. Zoomobjektiv nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Detektoren derart ausgebildet ist, daß sich seine Nachweisempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Lage des ersten optischen Glieds (11) ändert.

5. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (213) zur Ermittlung des eingestellten Blendenwerts der Blende (212) vorgesehen ist, und daß eine weitere Einrichtung (214) vorgesehen ist, welche die Einstellgenauigkeit der Einstelleinrichtung (18, 19, 20) zur Einstellung des zweiten optischen Glieds (12) in Abhängigkeit von der Information der Einrichtung (213) zur Ermittlung des eingestellten Blendenwerts ändert.

6. Zoomobjektiv nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (14, 15) veränderbare Widerstände aufweisen (F i g. 4).

7. Zoomobjektiv nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (1,415) Codiereinrichtungen (132,134 bis 137) enthalten (F i g. 7).

Die Erfindung betrifft ein Zoomobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Zoomobjektiv der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 35 41 941 bekannt Bei diesem Zoomobjektiv wird eine manuell vorgenommene Vorgabe der Brennweite abgetastet und über eine Servoeinheit die Brennweiteneinstellung vorgenommen. Ferner sind Mittel vorgesehen, welche bei einer Änderung der Brennweite die Beibehaltung der Scharfeinstellung auf der Bildebene gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zoomobjektiv zu schaffen, bei dem eine Änderung der Brennweite ohne Verschiebung eines fokussierten Objektiv-Bildes von der Oberfläche eines photoempfindlichen Materials entlang der optischen Achse ausführbar ist und das gleichzeitig eine besonders kompakte Bauweist aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst

Das Zoomobjektiv nach der Erfindung weist den Vorteil auf, daß der Durchmesser der vorderen Linsengruppe klein ist und sich Objekte in sehr großer und in sehr kleiner Entfernung photographieren lassen. Bei anderen, bekannten Zoomobjektiven führt demgegenüber eine vordere, bewegliche Linsengruppe die Fokussierung aus, so daß keine Verschiebung der auf die vordere Linsengruppe bezogenen Abbildungsebene bewirkt wird; da hier die vordere Linsengruppe mit zunehmender Objektdistanz nach außen verschoben werden muß, ist ein großer Durchmesser der Fokussierlinse erforderlich; dadurch ist jedoch praktisch keine Photographie in sehr kleiner Objektdistanz möglich, derartige Probleme werden bei dem erfindungsgemäßen Zoomobjektiv vermieden.

Die Scharfeinstellung wird durch ein Glied, vorzugsweise hinter dem Variator, durchgeführt, das abhängig von der Lage des Variators zur Scharfeinstellung bewegt wird. Das abhängig von der Lage des Variators verstellbare optische Glied kann ein Kompensator oder eine Linsengruppe sein, die einer hinteren, fest angeordneten Linsengruppe zugeordnet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Zoomobjektivs anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Darstellung zur Erläuterung eines Zoomobjektivs herkömmlicher Bauart,

F i g. 2A, Fi g. 2B und F i g. 2C Darstellungen zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Grundprinzips,

F i g. 3 eine Skizze zur Erläuterung eines konkreten Ausführungsbeispiels,

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Detektors,

F i g. 5 ein Diagramm, aus dem ein Bereich ersichtlich ist, in dem Aufnahmen getätigt werden können,

Fig.6A, 6B und 6C Darstellungen zur Erläuterung der gegenseitigen Verschiebungen der optischen Glieder des Zoomobjektivs,

F i g. 7 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels eines Detektors,

F i g. 8 einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung von F ί g. 7,

F i g. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Blendenöffnung und dem Bereich, in dem Aufnahmen getätigt werden können,

Fig. 10 eine Darstellung eines weiter abgewandelten