DE2916568A1

DE2916568A1 - Photographische kamera

Info

Publication number: DE2916568A1
Application number: DE19792916568
Authority: DE
Inventors: Bruce Kean Johnson
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1979-04-24
Publication date: 1979-11-08
Also published as: GB2021801A; FR2424560B1; CA1131969A; JPS6337367B2; GB2021801B; US4191462A; FR2424560A1; JPS5517187A

Description

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Patentanwälte; - D;i pil:-:} Π g: C"urt Wallach

r Dipl.-Ing: Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: · 24. April 1979

Unser Zeichen: 16 591 - K/'Ap

Anmelder: Polaroid Corporation

5^9 Technology Square
Cambridge, Mass. 02139
USA

Bezeichnung: Photographische Kamera

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Belichtungssteuer einrichtung mit fester Entfernungseinstellung des Objektivs, das eine umgekehrte sphärische Aberrations-Korrektur Charakteristik besitzt, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Belichtungssteuereinrichtung mit fester Entfernungseinstellung des Objektivs, wobei ein Verschluß vorgesehen ist, der eine entfernungsabhängige Begrenzung für die wirksame Blendenöffnung besitzt, und zwar zusammen mit einer umgekehrt bezüglich der sphärischen Aberration korrigie ten Linse, um automatisch den zu photographierenden Gegenstar an der vordersten Front der Tiefenschärfe zu halten.

Gegenwärtig besteht ein großer Markt für relativ billige Kameras mit automatischen Entfernungseinstellsystemen. Eine Kamera dieser Bauart wird gegenwärtig von der Anmelderin unter der Bezeichnung "One-Step" vertrieben. Diese Kamera benutzt eine Verschlußlamellenanordnung der "Abtastbauart" in Verbindung mit einem Objektiv mit fester Entfernungseinstellung, wodurch eine einfach zu bedienende Kamera geschaffen wird. Die Kamera benutzt ebenfalls Filmeinheiten der Selbstentwicklerart, die automatisch behandelt und aus der Kamera durch einen motorisierten Antrieb ausgeworfen werden. Demgemäß braucht der Photograph nur einen einzigen Knopf niederzudrücken, um sowohl eine Belichtung als auch eine Behandluni der Filmeinheiten zu bewirken. Derartige Kameras werden allgemein auf eine feste Gegenstandsweite scharf eingestellt, z, B. auf 2,10 m, so daß sich eine maximale Tiefenschärfe über einen ausgedehnten Bereich von Gegenstandsweiten ergibt. Da die Kamera jedoch fest auf einen bestimmten Abstand fokussie] ist, wird der Unscharferadius am kleinsten bei photographiscl Aufnahmegegenständen, die in der vorbestimmten und fokussieri Entfernung liegen, und der Unschärferadius steigt progressiv an, wenn der Aufnahmegegenstand von dieser festgelegten Entfernung verschoben wird auf die das Objektiv fokussiert ist.

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Obgleich die Minderung des Unschärferadius mit Änderung der Aufnahmeentfernung dem Amateurphotographen nicht ohne weiteres erkennbar wird, ist es natürlich zweckmäßig, diese Änderung so gering als möglich zu halten, ohne daß dabei die Einfachheit angetastet wird, die einem solchen Objektiv mit fester Scharfeinstellung zugeordnet ist.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute Kamera mit fester Entfernungseinstellung zu schaffen, wobei der Unschärferadius wirksam für Aufnahmegegenstände vermindert ist, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von'Aufnahmeentfernungen befindlich sind, wobei dieser Bereich sich von einem Nahbereich unmittelbar benachbart zum Objektiv bis auf unendlich erstreckt.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Belichtungssteuervorrichtung mit Fix Fokus und einer entfernungsabhängigen Verschlußsteuerung zur Einstellung der maximal wirksamen Blende zusammen mit einer Linsenanordnung, die eine umgekehrte sphärische Aberrations-Korrekturcharakteristik besitzt und kollektiv bewirkt, daß der Aufnahmegegenstand an der Vorderfront der Tiefenschärfe liegt, unabhängig vom tatsächlichen Abstand von der Kamera.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe gelöst durch eine Kamera mit Bildebene und einer Blendensteueranordnung, die eine verbesserte Linsenanordnung besitzt, welche betriebsmäßig der Blendensteuereinrichtung zugeordnet ist und fest gegenüber der Bildebene während, der verschiedenen Belichtungsgänge angeordnet ist, in den^n Lichtstrahlen von in unterschiedlichen Entfernungen innerhalb eines Bereichs befindlichen Aufnahmegegenständen auf der Bildebene abgebildet werden. Die Linsenanordnung ist so ausgebildet, daß sich eine umgekehrte sphärische Aberrations-Korrekturcharakteristik ergibt, die die Durchschnittsgröße

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der wirksamen Unschärfekreise beträchtlich vermindert, die jedem der Bilder der unterschiedlichen Aufnahmegegenstände zugeordnet sind, welche durch das Objektiv in der Bildebene abgebildet werden, wobei dies in Kombination mit einer wirksamen Blendensteuerung erfolgt. Die wirksame Blendensteueranordnung weist vorzugsweise einen Verschluß auf, bei dem unterschiedliche wirksame Blendengrößen für unterschiedliche Belichtungsgänge Anwendung finden. Es sind Mittel vorgesehen, um die maximale Blendenöffnung für verschiedene Belichtungsoperationen als Funktion der Aufnahmeentfernung so zu ändern, daß die Größe der maximalen wirksamen Blende ansteigt, wenn die Aufnahmeentfernung ansteigt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der Belichtungsregeleinrichtung nach der Erfindung;

Fig. IA eine schematische Darstellung des Unscharferadius in einer speziellen Fokalebene der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. IB eine schematische Darstellung des Unscharferadius in einer anderen Fokalebene bei einer Anordnung gemäß Fig. 1;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Belichtungsregelvorrichtung nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Verschlusses der Belichtungsregeleinrichtung nach Fig. 1;

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Fig. 4 eine graphische Darstelllang, welche die Veränderung des quadratischen Mittelwertes des Unschärferadius gegenüber dem normalisierten Feld bei einer den Stand der Technik bildenden Objektivanordnung als Funktion der Gegenstandsweite erkennen läßt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung des quadratischen Mittelwertes des Unscharferadius in Abhängigkeit von dem normalisierten Feld für die Belichtungsregelanordnung nach Fig. 1 mit verschiedenen Parametern der Gegenstandsweite;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Teils der Belichtungssteuereinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, die die Änderung der wirksamen Blendenöffnung in Abhängigkeit von der Zeit für den Verschluß nach Fig. j5 erkennen läßt;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Anordnung, die auf die Entfernung anspricht und die maximal wirksame Blendenöffnung bestimmt;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Veränderung der maximalen Blendenöffnung gegenüber der Zeit für die Anordnung nach Fig. 8 bei Tageslichtbetrieb;

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Änderung der maximal wirksamen Blendenöffnung gegenüber der Zeit bei der Anordnung nach Fig. 8 während der Arbeitsweise ohne ausreichende Tageslichtbeleuchtung .

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In Pig. 1 und 3 ist mit dem Bezugszeichen 10 eine photographische Filmbelichtungsanordnung gekennzeichnet, die bei herkömmlichen Kameras einschließlich Selbstentwicklerkameras benutzbar ist, welche von der Anmelderin hergestellt werden. Die Filmbelichtungsanordnung 10 weist ein Objektiv 12 auf, dessen optische Achse mit 0_A bezeichnet ist. Das Objektiv 12 weist eine Linse 13 auf, die vorzugsweise fest auf unendlich oder fast auf unendlioh fokussiert ist. Die Objektivlinse 13 kann von herkömmlicher Bauart sein, und sie kann als Einzelelement-Landschaftslinse oder als Dreielement-Triplet-Linse ausgebildet sein. Wenn in der Beschreibung davo die Rede ist, daß das Objektiv 13 auf fast unendlich eingestellt ist, dann soll hierunter eine Fokussierung verstanden werden, die beispielsweise etwa 10 m beträgt.

Die photographische Filmbelichtungsanordnung 10 weist außerde eine Blendensteuerung auf, bestehend aus einem Verschlußlamel lenmechanismus 14, der vorzugsweise zwei Verschlußlamellen 16,18 vom "Abtasttyp" aufweist, wie diese aus Fig. 3 erkennbs sind und im einzelnen in der US-PS 39 42 143 beschrieben sine Obgleich Abtast-Verschlußlamellen zu bevorzugen sind, so könr auch andere Verschlußlamellenanordnungen Anwendung finden, w« Mittel besitzen, um die maximale Blendenöffnung gemäß der Gegenstandsweite einzustellen, wie dies weiter unten beschri« ben ist. Die Verschlußlamellen 16 und 18 sind mit primären Objektivblendenöffnungen 20 und 22 ausgerüstet, die kollektiv eine sich progressiv verändernde Belichtungsblende bei seitl" Versetzung eines Elementes gegenüber dem anderen bewirken. D: Blendenöffnungen 20 und 22 sind selektiv so gewählt, daß sie einander überlappen und dadurch eine sich graduell verändern wirksame Belichtungsblende als Funktion der Stellung der Lamellen 16 und 18 bilden.

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Jede der Lamellen 16 und 18 kann außerdem so ausgebildet sein, daß Photozellen-Sekxindärabtastöffnungen 24 und 26 angeordnet sind. Diese Blendenöffnungen 24 und 26 entsprechen der Form der Belichtungsblendenöffnungen 20 und 22. Die Sekundär-Photozellenblenden 24 und 26 bewegen sich korrespondierend zu den Primärblendenöffnungen 22 und 20 und definieren eine kleine wirksame Sekundärblendenöffnung, um den Durchtritt von Licht der Aufnahmeszene nach einem Lichtdetektor 28 in Gestalt eines Photowiderstandes zu steuern.

Das lichtempfindliche Element 28 kann ein Ausgangssignal an eine Belichtungssteuerschaltung 30 liefern, die eine bekannte Lichtintegrationsschaltung aufweist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das das Belichtungsintervall als Punktion der durch die Sekundärblendenöffnung empfangenen Lichtmenge beendet, wie dies durch die einander überlappenden Photozellenabtastblendenöffnungen 24, 26 hindurchgetreten ist, eine ins einzelne gehend' Beschreibung folgt später. Ein Belichtungsregelsystem mit einer solchen Lichtdetektorstatlon und einer Steuerschaltung ist im einzelnen in der US-PS 36 41 889 beschrieben. Es sind Mittel vorgesehen, um die VerschlußlameIlen 14 zwischen einer Schließstellung gemäß Fig. 3 in der der Lichteinfall auf die Bildebene FP₂ verhindert wird, und einer Belichtungsstellung zu überführen, in der ein maximaler Blendenwert definiert ist, um Licht der Aufnahmeszene über das Objektiv 12 nach der Bildebene FP₂ gelangen zu lassen (Fig. 1). Diese Mittel umfassen vorzugsweise einen Lagerblock 34, der einen Stift 36 trägt, der in Schlitze 38 und 40 der Verschlußlamellen 16 bzw. 18 einsteht und diese schwenkbar und verschiebbar lagert. Der Stift 36 kann einstückig mit dem Block 34 hergestellt sein, und die Verschlußlamellen 16 und 18 können durch Ausbreiten des Kopfes des Stiftes auf diesem festgehalten werden.

Die gegenüberliegenden Enden der Verschlußlamellen 16 und 18

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weisen Fortsätze auf, an denen die Enden eines Schwinghebels 42 angelenkt sind. Dieser Schwinghebel 42 ist seinerseits schwenkbar am Block 34 über einen Drehzapfen 44 gelagert, der wiederum einstückig mit dem Block 34 hergestellt sein kann. Der Schwinghebel 42 kann auf dem Stift 44 durch einen Ε-Ring gesichert sein. Der Schwinghebel 42 ist schwenkbar an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Verschlußlamellen 16 und 18 durch Stifte 46 und 48 verbunden, die vom Schwinghebel 42 vorstehen.

Ein Zugelektromagnet 50 dient der Versetzung der Verschlußlamellen 16 und 18 relativ zueinander und relativ zu dem Basisblock 34. Der Elektromagnet 50 ist von herkömmlicher Ausbildung und besitzt einen zylindrischen Kern 52, der nach innen gezogen wird, wenn der Elektromagnet erregt wird. Der Kern 52 ist am Schwinghebel 42 über einen Schwenkstift derart angelenkt, daß eine Längsversetzung des Kerns 52 den Schwinghebel um den Schwenkstift 44 dreht, so daß die Verschlußlamei: 16 und 18 in entsprechender Weise versetzt werden.

Der Block 34 kann den Elektromagneten mit einer Kraft halten, die gerade etwas größer ist als die Kraft der Ablauffeder 54, die die Verschlußlamellen 16, 18 ständig in ihre Stellung mit größter Blendenöffnung vorspannt. Das bewegliche Ende der Zugfeder 54 ist mit dem Schwinghebel 42 verbunden, während das gegenüberliegende stationäre Ende am Basisblock 3^ festgelegt ist. Durch diese Federverbindung ist der Verschluß lamellenmechanismus 14 in die Belichtungsstellung vorgespannt (Fig. 1) und die Verschlußlamellen 16 und 18 werden in ihrer Schließstellung gemäß Fig. 2 nur zurückgezogen, wenn der Elektromagnet 50 erregt wird. Demgemäß kann ein photographisc Belichtungszyklus eingeleitet werden, wenn ein Verschlußauslöser (nicht dargestellt) niedergedrückt wird, worauf die Zugfeder 54 den Schwinghebel 42 im Uhrzeigersinn gemäß

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Pig. 3 dreht, um die Verschlußlame11en 14 und 18 in einer solchen Richtung zu drehen, daß progressiv ihre Belichtungsblendenöffnung vergrößert wird, wobei ein Bereich sich progressiv vergrößernder Blendenöffnungen definiert wird. Die Drehung des Schwinghebels 42 um den Schwenkstift 44 bewirkt gleichzeitig eine lineare Versetzung und eine Winkeldrehung der Verschlußlamellen 16 und 14.. um den Schwenkstift 36. Gleichzeitig definieren die Photozellenabtastblendenöffnungen 24 und 26 eine sich in entsprechender Weise progressiv vergrößernde Sekundärblendenöffnung über dem lichtempfindlichen Element 28.

Die Belichtungsregeleinrichtung 10 kann in Verbindung mit einer Blitzbeleuchtung arbeiten und sie kann außerdem Mittel aufweisen, um eine maximale wirksame Blendenöffnung innerhalb des vorerwähnten Bereichs sich progressiv vergrößernder Blendenöffnungen festzulegen, und zwar als Punktion der voraussehbaren Beleuchtung einer bestimmten zu photographierenden Szene. Der voraussehbare Pegel künstlicher Beleuchtung für jede Szene kann gemäß der Gegenstandsweite nach der Leitzahlbedingung berücksichtigt werden, gemäß dem umgekehrt quadratischen Gesetz der Lichtenergieausbreitung, wodurch die von einer gegebenen Lichtquelle verfügbare Lichtenergie sich umgekehrt proportional mit dem Quadrat der Entfernung von der Lichtquelle ändert. Demgemäß mup zuerst die Gegenstandsentfernung bestimmt werden, und diese Entfernung kann benutzt werden um eine maximal wirksame Blendenöffnung innerhalb des wirksamen Blendenbereichs zu bestimmen.

Zu diesem Zweck kann ein Entfernungsmesser 56 vorgesehen werden, der aus einem konventionellen optischen Entfernungsmesser besteht, wobei der Photograph das zu photographierende Objekt anvisiert und mechanisch einen nicht dargestellten Arm

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bewegt, bis der Aufnahmegegenstand scharfgestellt ist. Der Entfernungsmesser 56 kann zusammen mit einer die Blendenöffnung begrenzenden Vorrichtung 62 einen mechanischen Ausgang entsprechend der Gegenstandsweite liefern, um in geeigneter Weise einen Fangstift 58 auf einem Bewegungspfad zu versetzen, der durch die strichpunktierte Linie 60 definiert ist, um den Rand des Schwinghebels 42 abzufangen und dadurch die maximal verfügbare Blendenöffnung innerhalb des Blendenbereichs nach der Leitzahlbedingung zu bestimmen. Der Fangstift kann in der Weise bewegt werden, um den Rand des Schwii hebeis 42 abzufangen, wie dies in der US-PS 39 72 Ο57 beschr: ben ist. Der Schwinghebel 42 kann durch den Stift 58 an verschiedenen Stellen abgefangen werden, entsprechend verschiedenen maximalen wirksamen Blendenöffnungen, wobei die Größe der maximal wirksamen Blendenöffnung mit der Gegenstandsweiti ansteigt.

Auf diese Weise ist der Verschluß in der Lage, selektiv unte: schiedliche maximale wirksame Blendenöffnungen während verschiedener Belichtungen zu liefern, und es sind Mittel vorge sehen, um die maximal wirksame .Blendenöffnung für unterschie liehe Belichtungen als Funktion der Aufnahmeentfernung derar zu ändern, daß die Größen der maximalen wirksamen Blendenöff nungen ansteigen,wenn die Aufnahmeentfernung vergrößert wird

Nunmehr wird wiederum auf Fig. 1 der Zeichnung Bezug genomme Hier ist ein Linsenelement 64 dargestellt, welches dicht benachbart zu den Verschlußlamellen 14 derart angeordnet ist, durch die Überlappung der Verschlußlamellen progressiv sich größernde Blendenöffnungen gebildet werden. Wenigstens eine Seite des Linsenelementes 64 ist so ausgebildet und angeordnet, daß eine allgemein konische Oberfläche gebildet wird die zentriert ist auf die optische Achse 0_A. Das Linseneleme

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64 bewirkt zusammen mit dem Verschluß 14 und der zugeordneten Vorrichtung zur entfernungsabhängig begrenzenden Blendenöffnung eine Gesamtverminderung des durchschnittlichen Unschärferadius, der jedem Bild zugeordnet ist, welches von jedem Aufnahmegegenstand auf die Bildebene PPp entworfen wird, und zwar innerhalb eines Bereiches zwischen einer Naheinstellung (dicht benachbart zum Objektiv 13) bis zu einer Unendlichstellung. Gemäß Pig. I stellen die strichpunktierten Linien A₂, Bp, Cp und Ap¹, B₂' und Cp' Bildstrahlen dar, die entstehen würden, wenn eine Fokussierung durch die Objektivlinse IjJ allein erfolgte und das Linsenelement 64 nicht vorhanden ist, wobei der Aufnahmegegenstand im Unendlichen oder sehr weit entfernt liegt. Es ist ersichtlich, daß sämtliche strichpunktierten Lichtstrahlen in dem gleichen Punkt F, auf der optische Achse 0» fokussiert werden, wodurch erkennbar wird, daß die Objektivlinse 13 hinsichtlich einer sphärischen Aberration vollkommen korrigiert ist. In der Praxis ist jedoch eine solche perfekte Korrektur unwahrscheinlich und die strichpunktierten Lichtstrahlen würden wahrscheinlich an unterschiedlichen Punkten längs der optischen Achse infolge der sphärischen Aberration der Objektivlinse 13 fokussiert. Demgemäß würde ohne das Lineenelement 64 ein fokussiertes Bild für einen im Unendlichen liegenden Gegenstand auf eine Bildebene FP₁ projiziert werden, wie dies bekannt ist. Wenn der Aufnahmegegenstand progrssiv nahe an das Objektiv 13 herangeführt wird, dann bewegt sich jedoch auch der Brennpunkt F₁ progressiv längs der optischen Achse 0 nach entsprechenden Stellen hinter der Ebene FP₁. Demgemäß muß für unterschiedliche Belichtungen der Photograph die Objektivlinse 13 neu scharfstellen, um ein scharfes Bild in der Bildebene FP₁ für Gegenstände zu erhalten, die an einer speziellen Stelle innerhalb eines gegebenen Bereichs von Aufnahmeentfernungen liegt. Durch Benutzung des Lihsenelementes 64 kann jedoch der Photograph unterschiedlieh· Belichtungen durchführen, ohne jeweils

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wieder neu scharfstellen zu müssen, da die Belichtungsanordnung 10 mit einer umgekehrten sphärischen Aberrations-Korrekturcharakterlstik vorgesehen ist, welche die das Bild erzeugenden Lichtstrahlen von Gegenständen innerhalb eines bestimmten Aufnahmebereichs in der Bildebene FP₂ in der Weise fokussiert, wie dies im folgenden auseinandergesetzt wird.

Die voll ausgezogenen Bildstrahlen A,, B,, C-, und A, ', B₁' und C₁' repräsentieren Bildstrahlen, die durch die konische Linse 64 gebrochen werden, und von dem gleichen Aufnahmegegen stand herrühren, der im Unendlichen oder in einer weiten Entfernung befindlich ist. Jeder durchgezogene Strahl A₁, B₁, C₁ und A₁ ¹, B₁' und C₁' weicht von der Richtung ab, längs derer sie beim Fehlen des Linsenelementes 64 verlaufen würden (entsprechend den strichpunktierten Linien), so daß sie auf die optische Achse 0, konvergieren und sich vor der Bildebene FP₁ treffen. Wenn die Blende auf ihren maximal wirksame Wert eingestellt wird, was der Unendlicheinstellung entsprich kann gezeigt werden, daß die äußersten Strahlen A₁, A₁' (jene Strahlen, die am weitesten von der optischen Achse 0» des Objektivs 12 wegliegen) auf der optischen Achse 0_A am Punkt Fp fokussiert werden. Die Bildebene kann nunmehr nach vorn bewegt werden, um mit dem Schnittpunkt F_g zusammenzufallen, d.h. mit der Ebene FPp. Der maximale Unscharferadius für ein in der Bildebene FP₂ projiziertes Bild wird durch den Abstanc von der optischen Achse 0. nach dem konzentrischen geometrischen Ort des Schnittpunktes der Strahlen C, C' in der Nähe der optsichen Achse 0. mit der Bildebene FPp bestimmt. Demgemäß unterscheidet sich der maximale Unschärferadius bzw. der Unschärfekreis in der Bildebene FP₂ nicht wesentlich von dem maximalen Unschärferadius an der Bildebene FP₁, wie sehe· matisch durch die Unschärfekreise in Fig. IB bzw. IA dargestellt.

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Der Charakter des Unschärfekreises für Bilder, die in der Bildebene PPg erzeugt werden, ist jedoch wie aus Fig, IB ersichtlich ist, völlig unterschiedlich von dem Charakter des Unschärfekreises für Bilder, die in der Bildebene FP₁ erzeugt werden, wie dies aus Fig. IA ersichtlich ist. Fast alle Lichtstrahlen A, B, C, und A', B¹, C' treffen die Bildebene FP₁ in einem kreisringförmigen geometrischen Ort konzentrisch zur optischen Achse 0. wie durch die dunkelschattierten Bereich in Fig„ IA angedeutet ist, während die Mehrzahl der Lichtstrahlen die Bildebene FP₂ in der optischen Achse oder in der Nähe derselben treffen, wie dies durch den dunkelschattierten Abschnitt in Fig. IB dargestellt ist. Demgemäß ist der maximal wirksame Unscharferadius, der nur über den Rand des dunkelschattierten Abschnitts verläuft, beträchtlich kleiner als der tatsächliche maximale Unschärfenradlus für Bilder, die in der Bildebene FP₂ projiziert werden, im Gegensatz zu bildern, die in der Bildebene FP₁ projiziert werden, wobei der maximale wirksame Unschärferadius so groß ist wie der tatsächliche maximale Unschärferadius. Bilder, die auf die Bildebene FPp projiziert werden, erscheinen deshalb tvesentlieh klarer als Bilder, die auf die Bildebene FP₁ projiziert werden, und diese Bilder können tatsächlich mit einem Schärfenkreis von 0,13 mm abgebildet werden, und zwar für Aufnahmegeger stände, die sich in einem Bereich zwischen Unendlich und 3 m vom Objektiv Ij5 entfernt befinden.

In Fig. 2 ist schematisch eine Situation dargestellt, wo der Aufnahmegegenstand dicht am Objektiv 13 liegt und der maximal wirksame Blendenwert entsprechend vermindert ist. Wiederum schneiden die äußersten Lichtstrahlen A₁, A₁' (jene Lichtstrehlen, die am weitesten von der optischen Achse 0. des Objektivs entfernt liegen) die optische Achse 0. in der Bildebene FP₂ und tragen zum größten Teil zu jenen Lichtstrahlen bei, die den maximalen wirksamen Unschräferadius bestimmen,

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wie dies vorstehend beschrieben wurde. Auf diese Weise
können Bilder, die in der Bildebene PPp von dicht benachbart zum Objektiv befindlichen Aufnahmegegenständen abgebildet
werden, innerhalb eines Unschärfekreises von 0,15 mm gehalte: werden.

Das Linsenelement 64 bewirkt eine derartige Brechung der
Lichtstrahlen, daß der Abstand vom Linsenelement 64,mit welc die äußersten Strahlen,die am weitesten von der optischen Ac 0. wegliegen, schließlich die optsiche Achse 0_A treffen, pro gressiv entsprechend der sich progressiv verkleinernden Blen denöffnung und der sich verringernden Aufnahmeentfernung abnehmen. Demgemäß hat das Objektiv 12 eine umgekehrte sphäris Aberratlons-Korrekturcharakteristik, wie dies graphisch durc die Kurve RSA in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wobei diese
Kurve als Funktion sich ändernder Blendenwerte in Abhängigkeit von sich ändernden Punkten von Strahlschnitten längs de optischen Achse 0. aufgetragen wurde. Wenn der Aufnahmegegen stand progressiv dichter an das Objektiv 15 herangeführt
wird, und wenn dadurch die maximale Blendenöffnungsgröße ent sprechend vermindert wird, dann bewirkt die umgekehrte sphär sehe Aberrations-Korrekturcharakteristik, die durch das Lins element 64 eingeführt wird, eine Bewegung der Schnittpunkte der. Randstrahlen mit der optischen Achse 0. in Richtung auf das Linsenelement 64 hin, wodurch die normale Wirkung der
Objektivlinse 13 eliminiert wird, wonach die gleichen Punkte von Strahlschnitten längs der optischen Achse in einer Rieht weg von der Linse 64 abgebildet werden. Demgemäß bleiben die Schnittpunkte der Randstrahlen längs der optischen Achse 0. unverändert in der Bildebene FP_ unabhängig von der Aufnahme entfernung innerhalb eines gegebenen Entfernungsbereichs. Au diese Weise bewirkt die umgekehrte sphärische Aberrations-Korrekturcharakteristik eine beträchtliche Verminderung der

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Durchschnittsgröße der wirksamen Unschärfekreise, die jedem Bild verschiedener photographischer Aufnahmegegenstände zugeordnet sind, die in der Bildebene FP₂ durch die Linse 12 erzeugt werden, und zwar in Kombination mit der Blendensteueranordnung.

Die wirksame Blendenöffnungssteueranordnung und hiermit kombinierte Linsenanordnung stellt auch eine im wesentlichen hyperfokale Filmbelichtungsanordnung für alle Belichtungsvorgänge dar, die in Verbindung mit Aufnahmegegenständen erfolgen, welche innerhalb eines gegebenen Bereichs eine bestimmte Gegenstandsweite haben, da jeder fokussierte Aufnahmegegenstand unabhängig von seiner Lage innerhalb des Bereiches im wesentlichen an der vordersten Front des Tiefenschärfenfeldes zu liegen kommt, d.h. in dem hyperfokalen Abstand von der Kamera.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung (Stand der Technik) des sich ändernden durchschnittlichen Unscharferadlus in Zoll über einem normalisierten bildebenen Feld für photographische Gegenstände, die in unterschiedlichen Entfernungen von der Kamera befindlich sind, und zwar mit Parametern zwischen ein Fuß bis Unendlich, wobei das Linsenelement 64 nicht vorhanden ist. Jede Kurve repräsentiert eine spezielle Gegenstandsweite und ist in' der entsprechenden Weise gekennzeichnet. Das Objektiv 13 ist ein bekanntes Plastiktriplet, wie es gegenwärtig in der von der Anmelderin hergestellten Pronto-Kamera benutzt wird. Dieses Triplet ist hinsichtlich der Bildweite auf eine Entfernung von 32 Fuß eingestellt, und die maximal wirksame Blendenöffnung wurde entsprechend der Aufnahmeentfernung in der vorbeschriebenen Weise geändert. Bei Gegenstandsweiten von Unendlich, 32 Fuß und 16 Fuß beträgt der wirksame Blendenwert F/9,5, während ein Aufnahmegegenstand mit einer Gegenstandsentfernung von 8 Fuß eine wirksame maximale Blendenöffnung

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von F/19 zur Folge hat und bei einem Aufnahmegegenstand mit einer Gegenstandsweite von 4 Fuß beträgt die wirksame maximale Blende F/38 u.s.w. Im Folgenden wird nunmehr auf Fig. 5 im Vergleich mit Fig. 4 Bezug genommen. Hier ist die Änderung des quadratischen Mittelwertes des Unschärferadius in Zoll in Abhängigkeit von dem normalisierten bildebenen Feld des Beliohtungssteuersystems gemäß Fig. 4 mit dem Unterschied dargestellt, daß zusätzlich das konische Linsenelement 64 dicht benachbart zum Verschluß angeordnet ist,und die Bildweite des Triplets wurde im Unterschied zu vorigem Ausführungsbeispiel auf unendlich eingestellt. Durch Vergleich der graphischen Darstellung gemäß Fig. 5 mit jener nach Fig. 4 ist eine Gesamtverminderung der durchschnittlichen Unscharfe erkennbar bei Aufnahmegegenständen, die in jedem gemessenen Abstand von der Kamera von 1 Fuß bis Unendlich befindlich sind und erreicht wird dies durch zusätzliche Verwendung der konischen Linse 64.

Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ausbildur der konischen Linse 64, wobei die konische Oberfläche 66 bestimmt ist durch die dargestellte Gleichung mit der dargestell

ten X- und Y-Achse, und mit der Konstanten C = -1 χ 10 und der Konstanten K= -9 χ 10^. Die konische Oberfläche 66, die durch die erwähnte Gleichung erzeugt wird, hat eine Neigung von 5 Minuten und 37 Sekunden gegenüber einer Ebene, die die X-Achse schneidet und senkrecht zur Y-Achse steht. Die andere Oberfläche 68 des Linsenelements 64 ist eben und liegt in eine Abstand von 0,64mm vom Scheitel der konischen Oberfläche gemessen längs der optischen Achse 0. . Diese Abstandsbemessung ist nicht kritisch und kann gemäß mit anderen Konstruktionserwägungen geändert werden. Das Linsenelement 64 kann aus irgendwelchen geeigneten transparenten optischem Material, z.I Glas oder Plastikmaterial hergestellt sein, wobei bei dem obei

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beschriebenen Beispiel Methyl-Methacrylat benutzt wurde. Gemäß vorstehender Beschreibung wurde die Oberfläche 66 als konisch bezeichnet, und die gegenüberliegende Oberfläche 68 als eben. Es ist jedoch klar, daß beide Oberflächen geringe asphärische Abweichungen aufweisen können, um sphärische Aberrationen des Linsensystems in bekannter Weise zu kompensieren. Außerdem können die Oberflächen 68 und 66 stattdessen etwas konvex oder etwas konkav sein, um die Brechkraft abzuwandeln, die dem Linsenelement 64 zugeordnet ist.

Eine abgewandelte und bevorzugte Anordnung zur Bestimmung der maximal wirksamen Blendenöffnung gemäß der Gegenstandsentfernung kann wie folgt gebildet werden. In Fig. 7 ist graphisch ein progressiv sich vergrößernder Bereich von Blendenöffnungen dargestellt, die durch den Verschluß 14 definiert werden, wenn dieser aus der Schließstellung in die maximale Öffnungsstellung überführt wird. Wenn eine künstliche Beleuchtung durch einen Elektronenblitz durchgeführt wird, dann ist die Dauer des Blitzes extrem kurz im Vergleich zu der Zeit, die der Verschluß 14 benötigt, um sich über den gesamten Bereich sich progressiv vergrößernder Blendenöffnungen zu bewegen, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Bei geringer Umgebungshelligkeit findet demgemäß die gesamte Belichtung in dem Augenblick statt, in· dem der Blitz gezündet wird, so daß die maximal wirksame Blendenöffnung für die Belichtung durch die Zeit bestimmt wird, in der der Blitz gezündet ist. Demgemäß kann die Zeitgebung für das Blitzzündsignal gemäß der Aufnahmeentfernung derart geändert werden, daß der maximal wirksame Blendenwert in der vorerwähnten Weise erhalten wird, ohne physikalisch den Blenden Verschluß 14 abzufangen oder anzuhalten.

Zu diesem Zweck ist die Anordnung gemäß Fig. 8 vorgesehen, wobei ein Entfernungsmesser 56' mit automatischer Scharfeinstellung Anwendung findet. Nach Drücken des Auslösers 70 wird

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eine Entfernungsmeßschaltung 72 in Tätigkeit gesetzt, um ein Signal über einen Schallwandler 74 auszusenden, wodurch Schallenergieimpulse 76 durch den Wandler abgestrahlt werden. Ein Echodetektor 78 empfängt das vom Aufnahmegegenstand zurückkehrende Echosignal 80 und schließt einen Schalter 82, wodurch Leistung von einer Batterie 89 einer Lichtintegrations schaltung 86 zugeführt wird. Die Lichtintegrationsschaltung 86 weist einen Kondensator 88 in Reihe mit einem Widerstand 90 auf, wobei die positive Klemme des Kondensators 88 an eine Schmitt-Trigger-Schaltung 94 angeschlossen ist. Ein lichtempfindliches Element 92 liegt parallel zu dem Widerstand 90 und dieser Photodetektor liegt hinter den Photozellen-Sekundäi blendenöffnungen 24 und 26, so daß der Photodetektor Licht voi der Aufnahmeszene enthält, und zwar entsprechend den Primärblendenöffnungen. Wenn der Schalter 82 geschlossen ist, beginnt die Spannung am Eingang des Schmitt-Triggers 94 exponentiell entsprechend dem Wert des Kondensator 88 und dem Effekt: wert des Widerstands des Integrators anzusteigen, der aus der Parallelkombination von Widerstand 90 und Photodetektor 92 be steht. Wenn die Spannung am Schmitt-Trigger 94 den erforderlichen Triggerpegel erreicht, dann liefert der Schmitt-Trigge: 94 ein Signal, um gleichzeitig einen Elektronenblitz 96 zu zünden und den Elektromagneten 50 zu erregen, um den Verschlu 14 in die Schließstellung gemäß Fig. 3 zurückzubewegen.

Für Bedingungen, unter denen das Umgebungslicht vernachlässig ist, wird Bezug auf Fig. 9 genommen. Hier veranschaulicht die Kurve I06 eine mögliche Änderung des Blendenwerts des Verschl ses 14 als Funktion der Zeit. Durch manuelle Betätigung des Auslösers 70 wird ein photographischer Belichtungszyklus eing leitet, indem der Verschluß 14 nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung Ti ausgelöst wird, die durch die Zeitverzögerungs stufe 81 eingeführt wird. Die Zeitverzögerung T₁ mit der der Verschluß 14 freigegeben wird, muß wenigstens so groß sein

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wie die Zeit, die für ein Echosignal erforderlich ist, um von einem Aufnahmegegenstand zurückzukehren, der in der maximalen Entfernung innerhalb des Bereichs von Gegenstandsweiten liegt, die vom Elektronenblitz 96 erfassbar sind. So wird der Schalter 82 geschlossen bevor die Belichtung eingeleitet wird, und die Spannung wird der Integrationsschaltung 86 bei Empfang des Echosignals 80 zugeführt. Da jedoch das Umgebungslicht vernachlässigbar ist, ist der Widerstand der Photodiode 92 hoch und der wirksame Widerstand der Integrations schaltung 86 wird im wesentlichen durch den Widerstandswert des Widerstands 90 bestimmt, der so gewählt ist, daß der Triggerpegel des Schmitt-Triggers 94 nach einem Zeitintervall T₂ erreicht wird. Infolge dessen erscheint das Blitzzündsignal nach einer vorbestimmten Zeit T₂ nach Empfang des Echos 80. Wenn die Zeit Tg gleich der Zeit T₁ gemacht wird, dann ergibt sich daß die Zeit zu der der Blitz 96 nach Einleitung des Belichtungszyklus gezündet wird, gleich ist der Zeit, welches ein Echosignal benötigt, um ausgesandt und wieder empfangen zu werden, wodurch direkt die Blitzzündzeit während des Belichtungszyklus auf die Aufnahmeentfernung abgestimmt wird. Da der Blitzimpuls so schmal ist, wird der Blendenwert im Moment der Blitzzündung gleich dem maximal wirksamen Blendenwert innerhalb des Bereichs progressiv ansteigender Blendenöffnungen.

Wenn das Umgebungslicht nicht vernachlässigbar ist, dann trägt die Photodiode 92 zur Filmbelichtung bei und verkürzt das Zeitintervall, indem der Blitzimpuls gezündet wird, und zwar gemäß der Helligkeit der Umgebung, wie aus Fig. 10 ersichtlich.

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Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linsenanordnung für eine Kamera mit einer Bildebene und einer auf die Gegenstandsweite ansprechende Steueranordnung zur Begrenzung der wirksamen maximalen Blendenöffnung, die betriebsmäßig der Bildebene zugeordnet ist. Die verbesserte Linsenanordnung bringt eine umgekehrte sphärische Aberrations-Korrekturcharakteristik, wodurch die wirksamen Unschärfekreise vermindert werden, die jedem der Bilder von Aufnahmegegenständen in unterschiedlichen Aufnahmeentfernungen zugeordnet sind, die in der Bildebene durch die Linse erzeugt werden, und zwar in Kombination mit einer Blendensteuerung.

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Claims

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Patentanwälte; D:ip:l:-trrg: C υ Tt Wallach Dipl.-Ing! Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 - Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 24. April 1979

Unser Zeichen: 16 591 - K/Ap

Patentansprüche

Kamera mit einer Bildebene und einer die wirksame

Blendenöffnung einstellenden Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linsenanordnung der Blendensteuerung zugeordnet und mit fester Beziehung gegenüber der Bildebene während Belichtungen mit unterschiedlichen Aufnahmeweiten gehalten wird, wenn innerhalb eines gegebenen Bereichs von Aufnahmeentfernungen Aufnahmen mit unterschiedlicher Gegenstandsweite durchgeführt werden, und daß die Linsenanordnung derart ausgebildet ist, daß sich eine umgekehrte sphärische Aberrations-Korrekturcharakteristik ergibt, die wirksam ist die Durchschnittsgröße der wirksamen Unscharfekreise beträchtlich zu vermindern, die jedem der Bilder der unterschiedlichen Aufnahmeobjekte zugeordnet sind, welche in der Bildebene durch die Linsenanordnung abgebildet werden, die mit der Steuervorrichtung für die wirksame Blende zusammenwirkt.
2. Kamera nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für die wirksame Blendengröße einen Verschluß aufweist, der selektiv unterschiedliche maximale Blendenöffnungen während unterschiedlicher Belichtungsvorgänge einstellt, und daß Mittel

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vorgesehen sind, um die maximale wirksame Blendenöffnung für unterschiedliche Belichtungsoperationen als Punktion der Gegenstandsweite so einzustellen, daß die Größen der maximal wirksamen Blendenöffnungen ansteigen, wenn die Gegenstandsweite vergrößert wird.
3. Kamera nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß ein Verschluß mit Abtastlamellen ist, die eine sich ändernde Blendenöffnung während des Belichtungsintervalls erzeugen.
4. Kamera nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera Mittel zur Anbringung eines Blitzgerätes und eine Batterie aufweist, und daß Mittel vorgesehen sind, um das Blitzgerät zeitlich funktionell abhängig von der Gegenstandsweite zu zünden.
5. Kamera nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Blendensteueranordnung und die Linsenanordnung eine im wesentlichen hyperfokale Belichtungsanordnung für alle Belichtungsbedingungen bilden, die Gegenständen zugeordnet sind, welche an unterschiedlich« Stellen innerhalb des gegebenen Entfernungsbereichs liegen, derart daß jeder fokussierte Gegenstand unabhängig von seiner Lage in dem Bereich im wesentlichen in dem hyperfokalen Abstand von der Kamera an der Vorder front des Tiefenschärfenfeldes liegt.
6. Kamera nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung ein Objektiv aufweist, welches

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auf eine Entfernung in der Nähe von Unendlich fokussiert ist, und daß ein Linsenelement vorgesehen ist, welches eine im wesentlichen konische Oberfläche be«itzt, durch die die umgekehrte sphärische Aberrations-Korrektur charakteristik erreicht wird.
7. Kamera nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite des Linsenelementes so konstruiert und angeordnet ist, daß eine asphärische Oberfläche geschaffen wird, um sphärische Aberrationen zu korrigieren.
8. Kamera nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß di· ander· Seite des Linsenelementes so ausgebildet und angeordnet ist, daß eine im wesentlichen ebene Oberfläch· gebildet wird.
9. Kamera nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der konischen Oberfläche etwa j5 Minuten, 37 Sekunden gegenüber der ebenen Oberfläche beträgt.
10. Kamera nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die wirksame Blendenöffnung einen Abtastverschluß aufweist, bei dem die Verschlußlamellen sich ändernde Blendenwerte während des Belichtungsablaufe definieren, daß ein Elektronenblitzgerät und Mittel vorgesehen sind, um automatisch den Abstand vom Objektiv nach dem Aufnahmegegenstand zu messen und ein Triggersignal zu liefern, das den Elektrenenblit« in eine« Augenblick zündet, zu dem die

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Verschlußlamellen eine vorbestimmte maximale wirksame Blendenöffnung definieren, entsprechend dem Abstand,der gemessen wurde während sich die Lamellen bewegten und die unterschiedlichen Blendenöffnungen definierten.
11. Kamera nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser ein Schallentfernungsmesser ist.

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