DE2653929A1

DE2653929A1 - Zoom-objektiv

Info

Publication number: DE2653929A1
Application number: DE19762653929
Authority: DE
Inventors: Akira Yamagishi
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1975-11-27
Filing date: 1976-11-27
Publication date: 1977-06-16
Also published as: JPS5266445A; DE2653929C3; DE2653929B2; US4073573A; DE7637295U1

Description

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Firma FUJI PHOTO OPTICAL COMPAWY, LIMITED, Omiya-shi / Japan

Zoom-Objektiv

Die Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv mit einer die Brennweite verändernden, beweglichen Zoom-Linsengruppe und einer zur Scharfeinstellung dienenden Fokussier-Linsengruppe, welche bei zur Veränderung der Brennweite erfolgender axialer Bewegung der Zoom-Linsengruppe axial bewegbar ist, um eine scharfe Abbildung des Objektes in einer ortsfesten Bildebene aufrechtzuerhalten.

Es sind zwei Arten von Zoom-Objektiven bekannt. Ein Zoom-Objektivsystem besteht beispielsweise, wie in Figur 1 gezeigt, aus einer ersten Linsen-Baugruppe I, einer zur Veränderung der Brennweite dienenden, beweglichen Zoom-Linsen-Baugruppe II, einer kompensierenden beweglichen Linsen-Baugruppe III und zur Verbindung dienenden festen Linsen-Baugruppen IV und V. Bei einem Typ von Zoom-Objektivsystemen wird die vordere, feste Linsen-Baugruppe I axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung photographiert werden soll. Bei der anderen Bauart werden alle vier anderen Baugruppen oder einige der anderen vier Baugruppen axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung eine Aufnahme

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gemacht werden soll, bei der ersten Bauart des Zoom-Objektivsystems wird der Brennpunkt in einer festen Position gehalten. Wenn jedoch ein Objekt photographiert werden soll, welches sich sehr nahe am Objektiv befindet, müsste hier die vordere, feste Linsen-Baugruppe I über eine aussergewöhnlich grosse Strecke bewegt werden, was zur Folge hat, dass das durch das Objektiv tretende Licht nicht zum Randbereich des in der Bildebene in der Kamera befindlichen Filmes gelangt. Andererseits ist es zwar mit der zweiten Art von Zoom-Objektivsystemen, die als "Mikro-Fokus-Zoom-Objektive" bezeichnet werden, leicht, eine Objekt zu photographieren, welches sich sehr nahe beim Objektiv bzw. Objektivsystem befindet. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Position des entstehenden Bildes sich ändert, da bei dieser Art von Objektiven sich die Schnittweite ändert..

Unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Mangel der bekannten Zoom-Objektivsysteme ist also Hauptaufgabe der Erfindung die, ein Zoom-Objektiv zu schaffen, bei welchem, obwohl es sich um ein Mikro-Fokus-Zoom-Objektiv handelt, die sich ergebende Lage des. scharf abgebildeten Bildes konstant in der ortsfesten Bildebene gehalten wird. Dabei soll ein Zoom-Objektiv vorgeschlagen werden, welches es gestattet, auch aus geringer Entfernung zu photographieren, und zwar mit einer vorderen Linsen-Baugruppe mit relativ geringem Durchmesser. Schliesslich soll die Einstellung der Fokussier-Linsengruppe bei dem Zoom-Objektiv gemäss der Erfindung automatisch nach bzw. mit einer axialen Bewegung der Zoom-Linsengruppe erfolgen, so dass die scharfe Abbildung des Objektes in der ortsfesten Bildebene aufrechterhalten wird.

Zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe wird nach der

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Erfindung nun ein Zoom-Objektiv der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, welches sich auszeichnet durch ein Wandlerglied, welches den axialen Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe in einen dem Reziprokwert seiner afokalen Vergrösserung entsprechenden Wert umwandelt, durch eine Recheneinrichtung, in die dieser Wert und ein die Entfernung eines zu photographierenden Objektes von dem Zoom-Objektiv repräsentierendes Signal eingegeben werden und deren hieraus ermitteltes Ausgangssignal der Strecke entspricht, um die die Fokussier-Linsengruppe zur Aufrechterhaltung der scharfen Abbildung in der stationären Bildebene zu verschieben ist, sowie durch ein Verbindungsglied, mittels dessen die Fokussier-Linsengruppe entsprechend dem Ausgangssignal der Recheneinrichtung bewegbar ist.

Erfindungsgemäss werden also Mittel zur Steuerung der Bewegung der Fokussier-Linsengruppe in Übereinstimmung mit der Bewegung der Zoom-Linsengruppe vorgeschlagen. Hierdurch wird erreicht, dass die Fokussier-Linsengruppe stets automatisch der Zoom-Linsengruppe, bei deren Bewegung zur Änderung des Abbildungs-Massstabes bzw. der Brennweite, folgt, somit stets selbsttätig eine Scharfstellung des Bildes in der stationären Bildebene erfolgt. Infolgedessen sind die oben erläuterten Mangel der bekannten Zoom-Objektivtypen ausge schaltet.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 ist, wird vorgeschlagen, zur Steuerung der Bewegung der Fokussier-Linsengruppe mechanische Steuerglieder zu verwenden, beispielsweise einen Kurvenmechanismus, der die Bewegung der Fokussier-Linsengruppe unter Berücksichtigung der Bewegung der Zoom-Linsengruppe steuert. Bei einer anderen zweckmässigen iusführungsform, welche Gegenstand der Ansprüche 4 und

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ist, werden zur Steuerung der Bewegung der Fokussier-Linsengruppe elektrische Steuerelemente verwendet, "beispielsweise eine Ku .ranation aus einem Steuerkreis und einem Servomotor, der die Bewegung der Fokussier-Linsengruppe in Abhängigkeit von der Bewegung der Zoom-Linsengruppe steuert. Bei dieser Ausführungsform, welche elektrische Steuerelemente aufweist, wird die Bewegung der LinGengruppen in elektrische Signale umgewandelt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausiuhrungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Zoom-Objektives, bei dem der Erfindungsvorschlag Anwendung finden kann;

Figur 2 .eine optische Prinzipdarstellung eines Zoom-Objektives zur Erläuterung de? ^er Erfindung zugrundeliegenden Prinzipes;

Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der afokalen Vergrösserung des Zoom-Objektives und der Bewegungsstrecke der Fokussier-Linsengruppe im Objektiv;

Figur 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Entfernung des zu photographierenden Objektes und dem Bewegungsweg der Fokussier-Linsengruppe des Zoom-Objektives;

Figur 5A in schematischer Ansicht eine erste Aasführungsform eines erfindungsgemäss ausgestalteten Zoom-Objektives;

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Figur 5B eine dreidimensionales Koordinantensystem, wie es in der Steuerkurve des Ausführungsbeispieles gemäss Figur 5A Verwendung findet und

Figur 6 schematisch ein Zoom-Objektiv einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer elektrischen Bewegungssteuerung.

In dem Zoom-Objektiv gemäss der Erfindung wird beispielsweise eine Linsenanordnung, wie sie in Figur 1 erläutert ist, verwendet. Diese Anordnung besteht aus fünf Linsen-Baugruppen, und zwar einer festen vorderen Baugruppe I, der Zoom-Linsen-Baugruppe II, der beweglichen Kompensations-Linsen-Baugruppe III und gleichsam festen Verbindungs-Linsen-Baugruppen IV und V, wobei die Baugruppe V als Fokussier-Linsengruppe anzusehen ist. Bei dem Objektiv nach der Erfindung sind entweder alle oder ein Teil der Linsen-Baugruppen mit Ausnahme der vorderen, festen Linsen-Baugruppe I zum Zwecke der Fokussierung bzw. Scharfstellung und für den Zoom-Vorgang (,Veränderung der Brennweite bzw. des Abbildungs-Massstabes) bewegbar.

in Figur 2 ist in vereinfachter Darstellung eine Zoom-Linsengruppe A und eine Fokussier-LInsengruppe B gezeigt, um so das Verständnis des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipes zu erleichtern. Zwischen der Zoom-Linsengruppe A und der Fokussier-Linsengruppe B verlaufen die Lichtstrahlen parallel. Um eine von dem Zoom-Objektiv entworfenes Bild scharf abzubilden, wird die Fokussier-Linsengruppe B axial bewegt.

Wenn sich ein zu photographierendes Objekt in einer Entfernung S von der Eintrittspupille a der Zoom-Linsengruppe A befindet und das Bild des Objektes in einer Position in

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einer Entfernung S¹ von der Austrittspupille b der Zoom-Linse ngruppe A gebildet wird (wobei die Entfernung S¹ positiv gezählt wird, wenn sie in Figur 2 auf der rechten Seite gemessen wird), so kann die Beziehung zwischen den beiden Entfernungen S und S¹ und der afokalen Vergrös serung f des Zoom-Objektives durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

cd s' = - s ²

Die Beziehung zwischen der Entfernung 1 eines Filmes F von der Austrittspupille b der Zoom-Linsengruppe A und der Entfernung S¹» des Filmes F von der Position des erzeugten Bildes des Objektes kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

C2) S" = 1 - S· = 1. + S /V"

Der Weg Δ, x, um den die Fokussier-Linsengruppe B bewegt werden muss, um die Stellung des sich endgültig ergebenden Bildes konstant in einer ortsfesten Bildebene, d.h. auf dem Film F, zu halten, wird durch, folgende Formel ausgedrückt, wobei die Schnittweite der Fokussier-Linsengruppe B gleich f und die Entfernung zwischen den Hauptpunkten der Fokussier-Linsengruppe B gleich H ist:

S '' - 2f - H )² - 4f² (

Da 3 " = 1 + S /j·² gilt, kann die Strecke Ax, um die die Fokussier-Linsengruppe B axial bewegt werden muss, entsprechend der Kurve C1 C Figur 3) dargestellt werden,

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wobei die Entfernung S konstant gehalten wird und die afokale Vergrösserung ff verändert wird. Die Strecke Δ χ kann auch gemäss der Kurve C2 (Figur 4) 'bestimmt werden, wobei die afokale Vergrösserung ^- konstant gehalten und die Entfernung S verändert wird.

Wenn also während des Verfahrens der sich ergebende Bildort in der stationären Bildebene gehalten werden soll, so wird die Fokussier-Linsengruppe B zuerst um die Strecke Δ x entsprechend der Gleichung (3), und zwar gemäss Kurve C2 bewegt. Bei Veränderung der Brennweite bzw. des Abbildungs-Massstabes, wird die Fokussier-Linsengruppe gemäss Gleichung (3), und zwar der Kurve C1 bewegt, wobei die afokale Vergrösserung T verändert wird.

In den Figuren 5A und 5B ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem mechanische Steuermittel verwendet werden. Wie Figur 5A erkennen lässt, ist eine bewegliche Zoom-Linsengruppe L1 mit einem mechanischen Wandlerelement 10 verbunden, welches den Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe L1 in eine 1/jf- entsprechende Strecke umwandelt. Das Wandlerelement 10 ist mit einem Zahnrad 11 verbunden, das mit einem Zahnabschnitt 12a eines dreidimensionalen Kurvenstückes 12 kämmt, das infolge Drehung lios Zahnrades 11 auf- und abwärts bewegt werden kann. Das Kurvenstück 12 weist eine dreidimensionale Kurvenfläche 12b auf, deren Oberfläche den Kurven C1 bzw. C2 (Figuren 3, 4} entspricht. Die Gestaltung der Kurvenfläche 12b entspricht dabei diesen Kurven, wenn das Koordinatensystem gemäss Figur 53 gelegt wird. Dies heisst mit anderen Worten, dass ein Horizontalschnitt durch die Kurvenfläche 12b der Kurve C2 gemäss Figur 4 und ein Vertikalschnitt durch die Kurvenfläche 12b der Kurve C1 nach Figur 3 entspricht. Das Kurvenstück 12 ist mit einem Betätigungs-

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stab 13 versehen, der parallel zur Achse des Zahnrades 11 verläuft und zum Zwecke der nachstehend zu erläuternden Scharfstellung in Längsrichtung bewegbar ist. An der Kurvenfläche 12b des Kurvenstückes 12 greift ein Folgestössel 14 an, der mit der Fokussier-Linsengruppe L2 verbunden ist, so dass letztere axial bewegt wird, wenn das Kurvenstück 12 in einer Richtung parallel zur Achse des Zahnrades 11 mittels des Betätigungsstäbes 13 gemäss Kurve C2 bewegt wird. Der Folgestössel kann sich nur in einer Richtung parallel zur optischen Achse des Objektives bewegen.

Beim Arbeiten mit dem mit einem oben erläuterten, mechanischen Steuersystem versehenen Zoom-Objektiv wird zuerst die Fokussier-Linsengruppe L2 axial zur Scharfstellung gemäss der durch die Kurve C2 gegebenen Beziehung verschoben, indem der Betätigungsstab 13 in Längsrichtung bewegt wird. Wenn dann die Brennweite durch axiale Bewegung der beweglichen Zoom-Linsengruppe L1 verändert wird, so wird die entsprechende afokale Vergrösserung tt auf das Kurvenstück 12 über das Wandlerelement 10 und das Zahnrad 11 übertragen, so dass das Kurvenstück 12 vertikal bewegt wird, um so die Fokussier-Linsengruppe L2 entsprechend der durch die Kurve C1 gegebenen Beziehung zu bewegen. Infolgedessen wird die Fokussier-Linsengruppe L2 abhängig von der Bewegung der Zoom-Linsengruppe L1 bewegt und so stets der sich ergebende Bildort in der ortsfesten Bildebene gehalten.

In Figur 6 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen Zoom-Objektives^dargestellt, bei welcher eine elektrische Steuerung Verwendung findet. Bei der Ausführungsform gemäss Figur 6 sind eine Zoom-Linsengruppe L11 und eine Fokussier-Linsengruppe L12 jeweils mit Potentiometern P1 bzw. P2 verbunden, die den Bewegungsweg der Lin-

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sengruppen in elektrische Signale umwandeln. Das Potentiometer P1, welches mit der Zoom-Linsengruppe L11 verbunden ist, repräsentiert die afokale Vergrösserung r , während das Potentiometer P2 den Betrag der Bewegung Λ χ der Fokussier-Linsengruppe L12 wiedergibt. Das Ausgangssignal des ersten Potentiometers P1, welches der afokalen Vergrösserung f entspricht, wird in ein Signal, das 1/f proportional ist, durch einen Signalwandler 20 umgewandelt. Das Ausgangssignal des Signal-Wandlerkreises 20 wird in einen Rechenkreis 21 eingegeben, der auch das 1/y- entsprechende Ausgangssignal des Signal-Konverters sowie ein Signal empfängt, das der Entfernung S des Objektes von dem Zoom-Objektiv entspricht. Der Rechenkreis 21 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Strecke Ax angibt, um welche die Fokussier-Linsengruppe L12 bewegt werden sollte. Das Ausgangssignal des Rechenkreises 12 wird einem Servo-Verstärker 22 zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Potentiometers P2, welches der Bewegung Δχ der Fokussier-Linsengruppe L12 entspricht, wird ebenfalls auf den Servo-Verstärker 22 gegeben. Das Ausgangssignal des zweiten Potentiometers P2 wird mit dem Ausgangssignal des Rechenkreises 21 verglichen, wobei der Servo-Verstärker 22 ein Ausgangssignal zur Ansteuerung eines Servomotors M abgibt, welcher die Fokussier-Linsengruppe L12 verschiebt, sofern die beiden am Eingang des Servo-Verstärkers 22 anliegenden Ausgangssignale unterschiedlich sind. Dies führt dazu, dass die Fokussier-Linsengruppe L12 axial bewegt wird, um so den sich ergebenden Bildort stets in der ortsfesten Bildebene (Filmebene) zu halten. Die Rechenoperation des Rechenkreises 21 entspricht der durch die obige Gleichung (3) vorgegebenen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verlaufen die Lichtstrahlen zwischen der Zoom-Linsengruppe A und der Fokussier-Linsengruppe B parallel. Selbst wenn

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aber die Lichtstrahlen zwischen den Linsengruppen nicht parallel verlaufen sollten, ist es doch möglich, eine Gleichung ähnlich der Gleichung (3) aufzustellen, wobei dann unter Verwendung dieser Gleichung ähnliche Ergebnisse bezüglich der Verschiebung der Fokussier-Linsengruppe erzielbar sind.

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Leerse ite

Claims

26^3929 Patent-(Schutz-)Ansprüche:

1. Zoom-Objektiv mit einer beweglichen Zoom-Linsengruppe und einer Fokussier-Linsengruppe, welche bei zur Veränderung der Brennweite erfolgender axialer Bewegung der Zoom-Linsengruppe axial bewegbar ist, um eine scharfe Abbildung des Objektes in einer ortsfesten Bildebene aufrechtzuerhalten^dcennzeichnet durch ein Wandlerglied (10; P1, 20), welches den axialen Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe (L1, L11) in einen, dem Reziprokwert seiner afokalen Vergrösserung (T) entsprechenden Wert (1/jf) umwandelt, durch eine Recheneinrichtung (11, 12, 13; 21), in die dieser Wert und ein die Entfernung (S) eines zu photographierenden Objektes von dem Zoom-Objektiv repräsentierendes Signal eingegeben werden und deren hieraus ermitteltes Ausgangs signal der Strecke (Ax) entspricht, um die die Fokussier-Linsengruppe (L

2, L12) zur Aufrechterhaltung der scharfen Abbildung in der stationären Bildebene (F) zu verschieben ist, sowie durch ein Verbindungsglied (14; 22, M, P2), mittels dessen die Fokussier-Linsengruppe entsprechend dem Ausgangssignal der Recheneinrichtung bewegbar ist.

Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerglied ein mechanisches Wandlerelement (10) ist, welches die Bewegung der Zoom-Linsengruppe (L1) in eine mechanische, dem Reziprokwert der afokalen Vergrösserung (Vjf ) entsprechende Bewegung umsetzt, dass die Recheneinrichtung von einem Kurvenmechanismus (11, 12, 13) gebildet ist, welcher eine dreidimensionale Kurvenfläche (12b) aufweist und in einer ersten

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Richtung entsprechend dem die Entfernung (S) des Objektes repräsentierenden Signal und in einer hierzu senkrechten, zweiten Richtung durch die von dem mechanischen Wandlerelement (10) erzeugte mechanische Bewegung verschieblich ist, und dass als Verbindungsglied ein der Kurvenfläche (12b) anliegender Folgestössel (14) dient, der mit der Fokussier-Linsenrguppe (L2J verbunden ist.

3. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenmechanismus (11, 12, 13) ein die Kurvenfläche (12b) tragendes Kurvenstück (12) aufweist, welches mittels eines an ihm befestigten Betätigungsabschnittes (13) in horizontaler Richtung sowie mittels eines Zahnrades (11), das mit einem Zahnabschnitt (12a) des Kurvenstückes kämmt, in vertikaler Richtung bewegbar ist.

4. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerglied von einer elektrischen Wandlereinheit (P1, 20) gebildet ist, welche den Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe (L11) abfühlt und ein dem Reziprokwert der afokalen Vergrösserung (1/jf- ) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, dass als Recheneinrichtung ein Rechenkreis (21) dient, der ausgehend von dem Ausgangssignal der Wandlereinheit und einem der Entfernung (2) des zu photographierenden Objektes entsprechenden elektrischen Signal ein der Strecke (Ax), um die die Fokussier-Linsengruppe (L12) verschoben werden sollte, entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und dass das Verbindungsglied einen das Ausgangssignal des Rechenkreises empfangenden Servo-Verstärker umfasst, der einen zur axialen Bewegung der Fokussier-Linsengruppe dienden Servomotor (M) antreibt, sowie ein die

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ORIGINAL INSPECTED

ßewegungsstrecke der Fokussier-Linsengruppe abfühlendes Potentiometer (P2), dessen entsprechendes Aus- ^angssignal auf den Servo-Verstärker rückgekoppelt

Zoom-Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wandlereinheit ein den Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe (L11) abfühlendes Potentiometer (P1) sowie einen elektrischen Signal-Wandlerkreis (20) umfasst, der das Ausgangssignal des Potentiometers in einen zu diesem reziproken Wert umformt.

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