DE2940312C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Objektivverstelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Zoom-Objektiv für Fernsehkameras weist mindestens ein innerhalb eines Nockentubus bewegbar angebrachtes Linsenelement wie einen Variator und einen Kompensator auf. Diese bewegbaren Linsenelemente werden üblicherweise über die Nockenschlitze eines Parallelverschiebungs-Nockentubus und eines Dreh-Nockentubus mittels eines Schieberteils wie eines Kugellagers gehalten. Der Dreh-Nockentubus wird über einen Getriebemechanismus mittels eines Servomotors angetrieben, an den über einen Servoverstärker ein Geschwindigkeits- Befehlssignal mit vorbestimmtem Pegel so angelegt wird, daß der Dreh-Nockentubus in einem dem Signal entsprechenden Ausmaß dreht und die bewegbaren Linsen axial verschoben werden.

Je höher dabei die Bewegungsgeschwindigkeit ist, desto größer ist die mechanische Trägheit der bewegten Teile. Daher können starke mechanische Schwingungen und Geräusche entstehen, wenn die mit hoher Geschwindigkeit bewegten Zoom-Elemente plötzlich an der vorbestimmten Stellung angehalten werden. Es wurden Versuche unternommen, die bewegbaren Linsen einer Zoom-Einheit stoßfrei zu verstellen und anzuhalten. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, den Endteil des an dem Dreh-Nockentubus ausgebildeten Nockenschlitzes in der Umfangsrichtung des Nockentubus zu verlängern, so daß die bewegbaren Zoom-Elemente auch dann wirksam angehalten werden können, wenn der Dreh-Nockentubus weiter dreht. Diese Lösung hat jedoch Nachteile hinsichtlich der Verstellzeit der Linsenbewegung. Da der Nockenschlitz in der Umfangsrichtung verlängert ist, verzögert sich der Beginn der Linsenbewegung und es treten Gegenwirkungen auf. Wegen der Umfangs-Verlängerung des Nockenschlitzes werden die Linsen nicht sofort bei Beginn der Drehung des Servomotors verstellt, so daß eine Ansprech- Verzögerung auftritt.

Aus der DE-OS 21 65 865 ist eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Objektivverstelleinrichtung bekannt, bei der die die Bewegung des einzustellenden Elements bewirkende Treiberspannung auf einen geringeren Wert reduziert wird, wenn sich das einzustellende Element einer der beiden Endstellungen nähert. Dies bedeutet, daß die Bewegung des Elements zwar etwas verlangsamt wird, dieses jedoch dennoch mit gewisser, nicht vernachlässigbarer Geschwindigkeit gegen den in der Endstellung vorhandenen mechanischen Anschlag gefahren wird, was entsprechende Erschütterungen mit sich bringt. Um diese Erschütterungen klein zu halten, müssen in den Anschlagstellungen Dämpfungselemente vorgesehen sein, so daß das Objektivverstellsystem nicht kompakt und mit geringem Baugewicht aufbaubar ist. Zudem kann nicht ausgeschlossen werden, daß die zu bewegende Linse aufgrund des elastischen Verhaltens des Anschlags etwas zurückfedert und somit eine von der eigentlich gewünschten Stellung abweichende Position einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Objektivverstelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß die Linse auch im Bereich der Endstellungen zuverlässig und stoßfrei in die gewünschte Stellung eingebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Objektivverstelleinrichtung wird somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Motors kontinuierlich reduziert, nachdem die Linse die erste Position überfahren hat. Die Verringerung der Motorgeschwindigkeit und damit der Verstellgeschwindigkeit der Linse bis auf den Wert "0" wird dabei derart gesteuert, daß sie bei Erreichen der näher an der Grenzstellung jedoch noch vor dieser liegenden Endstellung abgeschlossen ist. Damit wird ein stoß- und ruckfreies Einlaufen der Linse in die Endstellung gewährleistet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann nun ein mechanischer Anschlag mit Dämpfungselementen entfallen, da die Begrenzung des Bewegungshubs in elektrischer Weise sichergestellt ist. Damit kann das Objektiv nun kompakter und leichter aufgebaut werden, da keine speziellen mechanischen Maßnahmen oder besondere Festigkeit im Bereich der Grenzstellungen gefordert sind. Zudem ist das Auftreten von Vibrationen, die beim Stand der Technik beim Anfahren der Endstellung auftreten können, beseitigt, so daß selbst dann keine Gefahr unscharfer Aufnahmen besteht, wenn die Aufnahme unmittelbar nach Einbringen der Linse in die gewünschte Endstellung erfolgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Objektivverstelleinrichtung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer bei der Einrichtung verwendeten Geschwindigkeits-Begrenzungsschaltung.

Das Ausführungsbeispiel der Objektivverstelleinrichtung wird bei einer Zoom-Objektiv-Einheit angewandt, deren Gesamtanordnung in Fig. 1 gezeigt ist, während Fig. 2 ein Beispiel für einen Geschwindigkeits-Begrenzungsschaltungs- Teil der Einheit zeigt.

Gemäß Fig. 1 weist die Zoom-Objektiv-Einheit eine Fokussierlinse 1, eine Variatorlinse 2, eine Kompensatorlinse 3 und eine Relais- bzw. Übertragungslinse 4 auf. Von den vier Zoom-Komponenten sind die Variatorlinse 2 und die Kompensatorlinse 3 bewegbare Linsen, die über Schieberelemente 5 bzw. 6 bewegbar innerhalb eines Parallelverschiebungs-Nockentubus 7 angebracht sind. 8 bezeichnet einen Dreh-Nockentubus mit einem Nockenschlitz. Der Parallelverschiebungs-Nockentubus 7 hat gleichfalls einen Nockenschlitz. Über diese Nockenschlitze und die Schieberelemente 5 und 6, die beispielsweise Kugellager sein können, werden die bewegbaren Linsen 2 und 3 nach Wunsch axial verschoben. Zu diesem Zweck ist an dem Außenumfang des Dreh-Nockentubus 8 ein Zahnrad 9 befestigt. Das Zahnrad 9 kämmt über ein Zwischenrad 10 mit einem Antriebsrad 11. Das Antriebsrad 11 ist mit einem Servomotor (Motor) 12 verbunden. Das Zahnrad 9 kämmt auch mit einem Zahnrad 13, das seinerseits mit einem Potentiometer 14 verbunden ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung werden die Linsen 2 und 3 axial bewegt, sobald mittels des Servomotors 12 der Dreh-Nockentubus 8 gedreht wird. Während der Bewegung der Linsen 2 und 3 gibt das Potentiometer kontinuierlich ein Stellungsmeldesignal LD zur Information über die Stellungsverschiebung der Linsen 2 und 3 ab.

Mit 15 ist eine Geschwindigkeits-Steuerschaltung bezeichnet, die zwei Eingangssignale aufnimmt, nämlich das Stellungsmeldesignal LD des Potentiometers 14 und ein Geschwindigkeits- Befehlssignal SI eines Zoom- bzw. Brennweitenverstellungs-Befehlsgebers 16. Das Geschwindigkeits- Befehlssignal SI wird mittels des Stellungsmeldesignals LD gesteuert, wobei die Geschwindigkeits- Steuerschaltung 15 ein abgeändertes Geschwindigkeits- Befehlssignal CSI abgibt. Das Befehlssignal CSI liegt an einem Ausgangsverstärker 17 an und steuert die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Servomotors 12. Falls die Verstellung der Fokussierlinse 1 erwünscht ist, kann dies durch Antrieb eines Schrauben- bzw. Schnecken-Mechanismus desselben mit Hilfe des Servomotors 12 erfolgen.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 die Art und Weise der Geschwindigkeits-Steuerung mittels der Geschwindigkeits-Steuerschaltung 15 in Einzelheiten beschrieben.

Gemäß Fig. 2 weist der Zoom-Befehlsgeber 16 zwei Spannungsquellen 21 und 22 auf, die in Reihe geschaltet sind, während an die Endanschlüsse der beiden Spannungsquellen ein Potentiometer 23 angeschlossen ist. Von dem verstellbaren Abgriff des Potentiometers 23 wird als Geschwindigkeits-Befehlssignal SI eine in positiver und negativer Richtung veränderbare Spannung abgegeben, die die Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsrichtung der bewegbaren Linsen darstellt.

Dieses Befehlssignal wird über einen Verstärker 24 an eine Begrenzungsschaltung 25 für die veränderbare Spannung angelegt. Falls der Pegel des Befehlssignals SI höher als ein vorbestimmter Pegel ist, der an der Begrenzungsschaltung 25 voreingestellt wurde, begrenzt diese den Pegel des Signals auf den vorbestimmten Pegel. Falls im Gegensatz dazu der Pegel des Befehlssignals SI niedriger als der voreingestellte Wert ist, läßt die Begrenzungsschaltung 25 das Befehlssignal SI durch, so daß das Befehlssignal SI am Ausgang der Begrenzungsschaltung 25 unverändert auftritt. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn das Geschwindigkeits-Befehlssignal einmal irrtümlich auf einen über dem vorbestimmten Pegel liegenden Pegel eingestellt wurde, die Bewegungsgeschwindigkeit immer auf den vorbestimmten Pegel bzw. Wert begrenzt werden. Dadurch kann die Gefahr einer Verstellung der bewegbaren Linsen mit unerwünscht hoher Geschwindigkeit völlig ausgeschaltet werden, so daß immer eine sichere Bewegung der Linsen gewährleistet ist.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Begrenzungsschaltung 25 für die veränderbare Spannung als eine Dioden-Begrenzungsschaltung ausgebildet und aus Dioden D₁ bis D₄ sowie Widerständen R₁ bis R₃ gebildet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 24 ist an den Mittelpunkt zwischen den in Reihe geschalteten Dioden D₁ und D₃ angelegt, die zu den anderen in Reihe geschalteten Dioden D₂ und D₄ parallel geschaltet sind. Von dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₂ und D₄ wird eine Ausgangsspannung v₀ an dem Widerstand R₃ abgenommen, dessen einer Anschluß mit Masse verbunden ist. An einen Anschluß der Reihen-Parallel-Schaltung aus den Dioden D₁ bis D₄ ist über einen der Widerstände R₁ eine Maximalgeschwindigkeits-Begrenzungsspannung +V angelegt, während an den anderen Anschluß der Schaltung über den zweiten Widerstand R₁ eine Maximalgeschwindigkeits- Begrenzungsspannung -V angelegt ist.

Weiterhin ist die Begrenzungsschaltung 25 für die veränderbare Spannung an eine Positiv-Begrenzerschaltung 26 und eine Negativ-Begrenzerschaltung 27 angeschlossen, um auf eine später beschriebene Weise die Ausgangsspannung v₀ in Abhängigkeit von dem Stellungsmeldesignal LD zu begrenzen.

Die Positiv-Begrenzerschaltung 26 umfaßt die Diode D₂ sowie Dioden D₅ bis D₇ und den Widerstand R₂. Die in Reihe geschalteten Dioden D₂ und D₅ sind zu den gleichfalls in Reihe geschalteten Dioden D₆ und D₇ parallel geschaltet. An den Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₅ und D₆ ist mittels eines Verstärkers 28 eine Spannung v₁ angelegt, während an den Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₆ und D₇ über den Widerstand R₂ die Spannung -V angelegt ist.

In gleicher Weise weist die Negativ-Begrenzerschaltung 27 die Diode D₄, Dioden D₈ bis D₁₀ und den Widerstand R₂ auf. Die Dioden D₄ und D₈ sind in Reihe und parallel zu den in Reihe geschalteten Dioden D₉ und D₁₀ geschaltet. An den Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₈ und D₁₀ ist durch einen Verstärker 29 eine Spannung v₄ angelegt, während an den Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₉ und D₁₀ über den Widerstand R₂ die Spannung +V angelegt ist.

Zwischen Spannungen +v und -v sind Widerstände R₄, R₅, R₆ und R₇ in dieser Reihenfolge geschaltet, wobei an den Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₅ und R₆ das Stellungsmeldesignal LD angelegt ist. Für die Erläuterung sei angenommen, daß bei einer Spannung v₉ des Stellungsmeldesignals LD die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₄ und R₅ zu v₇ und die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R₆ und R₇ zu v₈ wird. Diese Spannungen v₇ und v₈ stellen Erfassungs- bzw. Meldespannungen von Stellen dar, die innerhalb des vorgegebenen Linsenbewegungs- Streckenbereichs gewählt sind. Beispielsweise ist im Falle des Zoom-Objektivs die Spannung v₇ die Meldespannung für die Weitwinkel-Endstellung und die Spannung v₈ diejenige für die Tele-Endstellung. Die Spannungen v₇ und v₈ sind an die Verstärker 28 bzw. 29 angelegt. Sobald sich die Spannung v₉ des Stellungsmeldesignals LD derjenigen für die vorbestimmte Stellung in dem vorgegebenen Bewegungsbereich an der negativen Seite nähert, nähert sich die Spannung v₇ allmählich dem Wert Null. Wenn sich andererseits die Spannung v₉ derjenigen für die vorbestimmte Stellung an der positiven Seite nähert, nähert sich die Spannung v₈ allmählich dem Wert Null.

Die vorstehend genannte, von dem Widerstand R₃ abgenommene Ausgangsspannung v₀ liegt an einem Verstärker 30 an, der das gesteuerte Geschwindigkeits-Befehlssignal CSI abgibt. Das Geschwindigkeits-Befehlssignal CSI wird über den Ausgangsverstärker 17 an den Servomotor 12 angelegt (Fig. 1).

Wenn die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden D₅ und D₂ gleich v₃, die Spannung zwischen den Dioden D₆ und D₇ gleich V₂, die Spannung zwischen den Dioden D₄ und D₈ gleich v₆ und die Spannung zwischen den Dioden D₉ und D₁₀ gleich v₅ ist, dann gilt v₁ » v₃ und v₄ « v₆ zu der Zeit, zu der mittels des Stellungsmeldesignals LD erfaßt wird, daß die bewegbaren Linsen in einer Stellung innerhalb der beiden Endabschnitte des Bewegungsbegrenzungs-Bereichs sind.

In diesem Fall sind daher alle Dioden D₅, D₇, D₈ und D₉ entgegengesetzt vorgespannt und damit gesperrt. Das heißt, die Begrenzerschaltungen 26 und 27 sind von der Begrenzungsschaltung 25 für die veränderbare Spannung getrennt. Dabei gelangt das Geschwindigkeits-Befehlssignal SI über den Verstärker 24 und wird in seiner Spannung mittels der Widerstände R₁ und der Dioden D₁ bis D₄ begrenzt. Die Begrenzungsspannung v₀, mit der das Signal SI zu dieser Zeit begrenzt wird, ist durch

gegeben, wobei V _F die Dioden-Durchlaßspannung ist.

Falls das Geschwindigkeits-Befehlssignal SI nicht höher als die vorstehend genannte Begrenzungsspannung ist, wird das Signal SI unverändert als Ausgangsspannung v₀ aufgenommen.

Folglich kann das Geschwindigkeits-Befehlssignal SI unverändert von dem Verstärker 30 als endgültiges Geschwindigkeits-Befehls-Ausgangssignal CSI ausgegeben werden, solange der Pegel des Signals SI unter dem Begrenzungsspannungs-Pegel liegt. Wenn sich das Stellungsmeldesignal LD dem der vorbestimmten Stellung entsprechenden Pegel nähert, wird die begrenzende Spannung v₁ oder v₄ eine zur erfaßten Linsenstellung proportionale Spannung. Da v₁ eine positive Spannung und v₄ eine negative Spannung ist, wird zu diesem Zeitpunkt die Diode D₆ oder die Diode D₁₀ durchgeschaltet, so daß daher an die Diode D₇ die Spannung v₀ - v₁ angelegt wird, wogegen an die Diode D₉ die Spannung v₄ - v₀ angelegt wird. Wenn sich die Spannungen auf V₀ < v₁ oder v₄ < v₀ ändern, wird die Diode D₇ oder die Diode D₉ leitend, so daß daher die Ausgangsspannung v₀ einer Spannungsbegrenzung mittels der begrenzenden Spannung v₁ oder v₄ unterzogen wird.

Wenn sich die bewegbaren Linsen weiter bewegen, kann ein Fall eintreten, bei dem die Linsen geringfügig über die vorbestimmte Stellung (Endstellung) hinaustreten oder bei dem die Linsen, die schon mittels des zwangsweise auf Null gebrachten Geschwindigkeits- Befehlssignals angehalten wurden, geneigt gehalten werden und aufgrund ihres Eigengewichts geringfügig über die vorbestimmte Stellung hinaus wandern. In einem solchen Fall wird an dem Weitwinkel-Ende die Spannung v₁ negativ, so daß folglich als Ausgangsspannung v₀ eine negative Spannung, d. h. ein Umkehrsignal erzeugt wird, das zur Zurückbewegung der Linsen dient. Auf ähnliche Weise wird an der Telestellungsseite die Spannung v₄ positiv, so daß folglich als Ausgangsspannung v₀ eine positive Spannung erzeugt wird, die dazu dient, den Servomotor in der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Damit wird bei der Objektivverstelleinrichtung immer dann, wenn die bewegten Linsen gerade die vorbestimmte Stellung innerhalb des zulässigen Bewegungs-Streckenbereichs überschreiten, sofort ein Geschwindigkeits-Befehls-Ausgangssignal CSI für die Umsteuerung der Drehung erzeugt, um die Linsen zurückzubewegen. Hierdurch wird vermieden, daß die bewegbaren Linsen in einer Stellung jenseits der vorbestimmten Stellung anhalten.

Die Positiv-Begrenzerschaltung arbeitet beispielsweise folgendermaßen:

Wenn sich die Spannung v₉ des Stellungsmeldesignals LD dem Begrenzungsbereich an der negativen Seite nähert, nähert sich die Spannung v₇ allmählich dem Wert Null. Diese Spannung v₇ wird über den Verstärker 28 zu der Spannung v₁ verstärkt. Die Spannung v₁ hat keinerlei Wirkung auf die Spannung v₀, solange

gilt, da die Dioden D₅ und D₇ in Gegenrichtung vorgespannt sind. Wenn die Spannung jedoch den Wert

annimmt, wird durch die Spannung v₁ die Ausgangsspannung v₀ begrenzt, so daß daher der Maximalwert der Spannung v₀ auf die Spannung v₁ begrenzt ist. Wenn die sich bewegenden Linsen näher an den Begrenzungsbereich kommen, wird die Spannung v₁ zu Null; wenn sie den Begrenzungsbereich überschreiten, entsteht eine negative Spannung. Daher wird das Servosystem innerhalb des Begrenzungsbereichs auf den Wert Null gebracht.

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, ermöglicht es die Objektivverstelleinrichtung, die Linse oder die Linsen stoßfrei bzw. weich und geräuschlos zu verstellen. In dem Bereich zwischen dem Startpunkt und einer ersten Position nahe der Endstellung werden die bewegbaren Linsen mit einer konstanten Geschwindigkeit verstellt, ohne daß eine Geschwindigkeits-Sicherheitsgrenze überschritten wird. Wenn sich die bewegbaren Linsen der Endstellung nähern, wird eine Geschwindigkeits- Begrenzungs-Spannung erzeugt, deren Pegel proportional zu dem Abstand zur Endstellung ist. Mittels dieser Begrenzungs-Spannung wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Linsen begrenzt. Falls ferner die bewegbaren Linsen über die Endstellung hinaustreten, wird zum Zurückbewegen der Linsen ein entgegengesetzter Bewegungsgeschwindigkeits-Befehl abgegeben. Auf diese Weise wird der Anhaltepunkt der bewegbaren Linsen automatisch unabhängig davon bestimmt, ob das Geschwindigkeits-Befehlssignal groß oder klein ist. Da ferner die Geschwindigkeit der sich bewegenden Linsen allmählich verringert wird, kann die mechanische Trägheit mittels des Servosystems abgefangen werden, so daß keine mechanischen Schwingungen und Geräusche erzeugt werden. Somit kann insgesamt eine stoßfreie und geräuschlose Linsenverstellung sichergestellt werden.

Die Objektivverstelleinrichtung wurde insbesondere anhand einer Elektromotor-Brennweitenverstellung für ein Zoom-Objektiv dargestellt und beschrieben, jedoch besteht bei der Anwendung keine Einschränkung hierauf. Die Einrichtung ist in gleicher Weise ohne Einbuße ihrer vorteilhaften Wirkung auch bei anderen unterschiedlichen bewegbaren Linsen anwendbar, wie beispielsweise für eine Elektromotor-Scharfeinstellung. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden zwar die Linsenverstellelemente als Dreh-Nockentubus, Parallelverschiebungs-Nockentubus und Schrauben- bzw. Schneckenmechanismus dargestellt, es ist jedoch ersichtlich, daß die Einrichtung auch für Verstellmechanismen anderer Art verwendbar ist, wie beispielsweise solche mit Zahnrädern.

Durch die Objektivverstelleinrichtung können eine oder mehrere bewegbare Linsen eines Linsensystems bis zu der Endstellung der Bewegung bewegt werden, wobei das oder die bewegbaren Linsenelemente genau an der Endstellung angehalten werden können.

Claims (2)

1. Objektivverstelleinrichtung, bei der eine Linse mittels eines Motors zwischen einer ersten und einer zweiten mechanischen Grenzstellung bewegbar ist und die eine Stellungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Stellung der Linse und zum Erzeugen eines der Linsenstellung entsprechenden Ausgangssignals sowie eine Geschwindigkeitssteuerschaltung aufweist, die die Bewegungsgeschwindigkeit des Motors in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Stellungserfassungseinrichtung verringert, wenn die Linse eine erste Position, die sich in einer bestimmten Entfernung von der Grenzstellung befindet, erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstellung der zulässigen Bewegungsbahn vor der mechanischen Grenzstellung liegt und daß die Geschwindigkeitssteuerschaltung (15) die Bewegungsgeschwindigkeit des Motors (12) um so stärker verringert, je weiter sich die Linse (2) ausgehend von der ersten Position der Grenzstellung nähert, und den Linsenantrieb durch Beenden der Erregung des Motors (12) beendet, wenn die Linse (2) die näher an der Grenzstellung als die erste Position liegende Endstellung erreicht.

2. Objektivverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitssteuerschaltung (15) an den Motor (12) ein Steuersignal zur Bewegung der Linse (2) in Umkehrrichtung anlegt, wenn sich die Linse (2) über die Endstellung zur Grenzstellung bewegt.