DE2653929B2 - Zoomobjektiv - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Zoomobjektiv mit einer Variatorgruppe, deren axialer Lage der Abbildungsmaßstab y¹ entspricht, und einer Kompensatorgruppe, die zur Aufrechterhaltung der scharfen Abbildung in der stationären Bildebene je nach Objektentfernung und Lage der Variatorgruppe um eine Strecke Ax axial zu verschieben ist.

Es sind zwei Arten von Zoomobjektiven bekannt. Ein Zoomobjektiv besteht aus mehreren Linsengruppen, beispielsweise aus einer ersten Linsengruppe, einer zur Veränderung der Brennweite dienenden, beweglichen Variatorgruppe, einer Kompensatorgruppe und verbindenden festen Linsengruppen. Bei einem Typ von Zoomobjektiven wird die vordere, feste Linsengruppe axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung fotografiert werden soll. Bei der anderen Bauart werden alle oder einige der vier anderen Linsengruppen axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung eine Aufnahme gemacht werden soll. Bei der ersten Bauart wird der Brennpunkt in einer festen Position gehalten. Wenn jedoch ein Objekt fotografiert werden soll, welches sich sehr nahe am Objektiv befindet, müßte hier die vordere, feste Linsengruppe über eine außergewöhnlich große Strekke 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. Mit der zweiten Art von Zoomobjektiven ist es zwar leicht, ein Objekt zi·. fotografieren, welches sich w) sehr nahe beim Objekt befindet. Es muß hier berücksichtigt werden, daß die Position des entstehenden Bildes sich ändert, da bei dieser Art von Objektiven sich die Schnittweite ändert.

Um die vorstehend erläuterten Schwieligkeiten /u t,-> beheben, sind auch bereits Zoomobjeklive bekannt, bei welchen die Lage des scharf abgebildeten Hildes konstant in der ortsfesten Bildebene gehalten wird.

Dabei wird die Kompensatorgruppe automatisch entsprechend der axialen Bewegung der Variatorgruppe eingestellt, so daß das Objekt scharf in der ortsfesten Bildebene abgebildet wird. Bei diesen Dekannten Zoomobjektiven dienen zu diesem Zweck elektrische Nachführeinheiten, die beispielsweise einen mit der Variatorlinsengruppe verbundenen Detektor aufweisen, der einen Motor zur Bewegung der Fokussier- bzw. Kompensatorlinsengruppe ansteuert. Diese elektrisch arbeitenden Nachführeinrichtungen sind aber auch mit einer Reihe von Mängeln behaftet. Zum einen sind sie relativ aufwendig und insbesondere wegen der Verwendung eines Motors störanfällig. Zum anderen benötigen Stellmotoren, welche zur Bewegung einer Linsengruppe ausreichen, verhältnismäßig viel Energie, so daß mit einem raschen Verbrauch der in der Kamera unterzubringenden Batterie zu rechnen ist, sofern diese nicht — was allerdings wenig wünschenswert ist — entsprechend Kapazität besitzt und damit auch verhältnismäßig groß ist. Eine elektrische Nachführung in Kameras, die keine sonstigen elektrisch betätigten Elemente besitzen, erscheint überhaupt wenig'sinnvoll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zoomobjektiv der eingangs erwähnten Art derart auszubilden, daß eine automatische Nachführung der Kompensatorgruppe abhängig von der Bewegung der Variatorgruppe ohne aufwendige, elektrische Einrichtung erreicht wird, wobei eine zuverlässige Nachführung unabhängig von der Objektentfernung bzw. dem Abbildungsmaßstab erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, das Zoomobjektiv der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die axiale Lage der Variatorgruppe nach mechanischer Umsetzung in einen ·/,, entsprechenden Wert einem Umsetzer mit dreidimensionaler Kurvenfläche zugeführt wird, in den auch die Objektentfernung eingegeben wird, und daß ein Abtaster bei Abtastung der Kurvenfläche in einer ersten Richtung eine der Objektentfernung entsprechende Verschiebung, bei Abtastung in einer hierzu senkrechten zweiten Richtung eine dem '/,,-Wert entsprechende Verschiebung der Kompensatorgruppe bewirkt. Vorteilhafterweise wird die Ausbildung dabei derart getroffen, daß die Kurvenfläche mittels eines Stabes in horizontaler Richtung und mittels eines Zahnrades in vertikaler Richtung zur Eingabe der Objektentfernung bzw. des Vy-Wertes bewegbar ist.

Bei dem Zoomobjektiv nach der Erfindung ist also eine mechanisch arbeitende Nachführeinrichtung vorgesehen, so daß die oben erläuterten Mangel der elektrisch arbeitenden Einrichtung nicht zu erwarten sind. Die Nachführeinrichtung besteht nur aus sehr wenigen Teilen, kann also leicht und mit geringem Aufwand hergestellt und zudem auf kleinem Raum untergebracht werden. Man erhält nach der Erfindung also ein Zoomobjektiv, bei dem stets eine einwandfreie Scharfeinstellung gewährleistet ist und das zusätzlich immer einwandfrei und unabhängig von irgendwelchen Energiequellen arbeitet.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zoomobjektives anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt

Fi g. 1 in schcmatischcr Ansicht ein crfindungsgemäU ausgestaltetes Zoomobjektiv,

F i g. 2 ein dreidimensionales Koordinatensystem, wie es in der .Steuerkurve des Ausführungsbeispielus Verwendung findet.

Fig.3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen ^[/_r des Zoomobjektivs und der Bewegungsstrecke der Kompensatorgruppe und

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Entfernung 5 des zu fotografierenden Objektes und dem Bewegungsweg der Kompensatorgruppe.

Das Objektiv gemäß der Erfindung besteht beispielsweise aus fünf Linsengruppen, und zwar einer festen vorderen Linsengruppe, einer Variatorgruppe, einer beweglichen Kompensationsgruppe und zwei gleichsam festen Verbindungslinsengruppen, wobei die eine feste Linsengruppe als Kompensatorgruppe anzusehen ist. Bei dem Objektiv nach der Erfindung sind entweder alle oder ein Teil der Linsengruppen mit Ausnahme der vorderen, festen Gruppe zum Zwecke der Scharfstellung und zur Veränderung der Brennweite bzw. des Abbildungs-Maßstabes bewegbar. Zwischen der Variatorgruppe und der Kompensatorgruppe verlaufen die Lichtstrahlen parallel. Um ein von dem Zoomobjektiv entworfenes Bild scharf abzubilden, wird die Kompensatorgruppe je nach Objektentfernung und Lage der Variatorgruppe um eine Strecke Ax axial verschoben.

Wenn sich ein zu fotografierendes Objekt in einer Entfernung 5 von der Eintrittspupille a der Variatorgruppe befindet und das Bild des Objektes in einer Position in einer Entfernung S' von der Austrittspupille b der Variatorgruppe gebildet wird, so kann die Beziehung zwischen den beiden Entfernungen 5 und S' und dem Wert γ des Zoomobjektives durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

(D

Die Beziehung zwischen der Entfernung / eines Filmes von der Austrittspupille b der Variatorgruppe und der Entfernung 5"des Filmes von der Position des erzeugten Bildes des Objektes kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

S" = I - S' = I + S/γ¹.

(2)

Der Weg Ax, um den die Kompensatorgruppe bewegt werden muß, um die Stellung des sich endgültig ergebenden Bildes konstant in einer ortsfesten Bildebene, d. h. auf dem Film, zu halten, wird durch folgende Formel ausgedrückt, wobei die Schnittweite der Kompensatorgruppe gleich / und die Entfernung zwischen den Hauptpunkten der Kompensatorgruppe gleich //ist:

(3)

Da S" = 1 + S/y² gilt, kann die Strecke Ax, um die die Kompensatorgruppe axial bewegt werden muß, entsprechend der Kurve Cl (Fig.3) dargessellt werden, wobei die Entfernung S konstant gehalten und γ verändert wird. Die Strecke Ax kann auch gemäß der Kurve C2 (Fig.4) bestimmt werden, wobei)» 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 Kompensaiorgruppe zuerst um die Strecke Ax entsprechend der Gleichung (3), und zwar gemäß Kurve C2 bewegt. Bei Veränderung der Brennweite bzw. des Abbildungs-Maßstabes wird die Kompensatorgruppe gemäß Gleichung (3), und zwar der Kurve C1 bewegt, wobei γ verändert wird.

In den F i g. 1 und 2 ist nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist eine bewegliche Variatorgruppe L1 mit einem mechanischen Wandlerelement 10 verbunden, welches den Bewegungsweg der Variaiorgruppe L 1 in eine V_y entsprechende Strecke umseizt. Das Wandlerelement 10 ist mit einem Zahnrad 11 verbunden, das mit einem Zahnabschnitt 12a eines dreidimensionalen Kurvenstückes 12 kämmt, das infolge Drehung des Zahnrades 11 auf- und abwärts bewegt werden kann. Das Kurvenstück 12 weist eine dreidimensionale Kurvenfläche 126 auf, deren Oberfläche den Kurven Cl bzw. C2 (Fig. 3, 4) entspricht. Die Gestaltung der Kurvenfläche 126 entspricht dabei diesen Kurven, wenn das Koordinatensystem gemäß F i g. 2 gelegt wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß ein Horizontalschnitt durch die Kurvenfläche 126 der Kurve C2 gemäß F i g. 4 und ein Vertikalschnitt durch die Kurvenfläche 126 der Kurve Cl nach Fig.3 entspricht. Das Kurvenstück 12 ist mit einem Betätigungsstab 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 126 des Kurvenstükkes 12 greift ein Abtaster 14 an, der mit der Kompensatorgruppe L 2 verbunden ist, so daß letztere axial bewegt wird, wenn das Kurvenstück 12 in einer

)5 Richtung parallel zur Achse des Zahnrades 11 mittels des Betätigungsstabes 13 gemäß Kurve C2 bewegt wird. Der Abtaster kann sich nur in einer Richtung parallel zur optischen Achse des Objektives bewegen.

Beim Arbeiten mit dem mit einem oben erläuterten, mechanischen Steuersystem versehenen Zoomobjektiv wird zuerst die Kompensatorgruppe L 2 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 Variatorgruppe L 1 verändert wird, so wird der entsprechende y-Wert auf das Kurvenstück 12 über das Wandlerelement 10 und das Zahnrad 11 übertragen, so daß das Kurvenstück 12 vertikal bewegt wird, um so die

so Kompensatorgruppe L 2 entsprechend der durch die Kurve Cl gegebenen Beziehung zu bewegen. Infolgedessen wird die Kompensatorgruppe L 2 abhängig von der Bewegung der Variatorgruppe L 1 bewegt und so stets der sich ergebende Bildori in der ortsfesten Bildebene gehalten.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verlaufen die Lichtstrahlen zwischen der Variatorgruppe und der Kompensatorgruppe parallel. Selbst wenn aber die Lichtstrahlen zwischen den

bo Linsengruppen nicht parallel verlaufen sollten, ist es doch möglich, eine Gleichung ähnlich der Gleichung (i) aufzustellen, wobei dann unter Verwendung dieser Gleichung ähnliche Krgebnisse bezüglich der Verschiebung der Kompensatorgruppe erzielbar sind.

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zoomobjektiv mit einer Variatorgruppe, deren axialer Lage der Abbildungsmaßstab γ² entspricht, und einer Kompensatorgruppe, die zur Aufrechterhaltung der scharfen Abbildung in der stationären Bildebene je nach Objektentfernung und Lage der Variatorgruppe um eine Strecke Δχ axial zu verschieben ist, dadurch gekennzeichnet, to daß die axiale Lage der Variatorgruppe (L 1) nach mechanischer Umsetzung (10) in einen V₁. entsprechenden Wert einem Umsetzer (11, 12, 13) mit dreidimensionaler Kuvenfläche (\2b)zugeführt wird, in den auch die Objektentfernung (S) eingegeben wird, und daß ein Abtaster (14) bei Abtastung der Kurvenfläche (\2b)'m einer ersten Richtung eine der Objektentfernung (S) entsprechende Verschiebung und bei Abtastung in einer hierzu senkrechten zweiten Richtung eine dem Vy-Wert entsprechende Verschiebung der Kompensatorgruppe (L 2) bewirkt.

2. Zoomobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenfläche (12b) mittels eines Stabes (13) in horizontaler Richtung und mittels eines Zahnrades (11) in vertikaler Richtung zur Eingabe der Objektentfernung (S) bzw. des ¹ Iy Wertes bewegbar ist