DE3036916A1

DE3036916A1 - Automatische scharfeinstellvorrichtung fuer fotografische apparate

Info

Publication number: DE3036916A1
Application number: DE19803036916
Authority: DE
Inventors: Bruce Kean Andover Mass. Johnson
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1981-04-09
Also published as: FR2466790B1; GB2060195A; CA1133306A; IE50693B1; FR2466790A1; GB2060195B; IE802037L; DE3036916C2; JPH0326369B2; US4240724A; JPS5695223A

Description

Pate titan wä'Ae Di ρ L-I ng. CurtWallach

. Dipl.-Ing. Qünther Koch

' k- Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

3036816

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

Datum: 30. September I98O

Unser Zeichen: IJ 022 -

Anmelder: Polaroid Corporation

5^9 Technology Square
Cambridge, Mass. 02139
USA

Titel: Automatische Scharfeinstell

vorrichtung für fotografische
Apparate

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Die Erfindung bezieht sich auf fotografische optische Systeme und insbesondere auf eine automatische Zonen-Scharf~ einstellvorrichtung, insbesondere für eine Kamera.,, die eine automatische Entfernungsmeß- und Einstellvorrichtung enthält_β

Gemäß der bekannten Gaus'sehen Linsengleichung wird das Bild eines Aufnahmegegenstandes vor einem optischen System nur dann scharf auf einen Film hinter dem optischen System abgebildet., wenn die Bildwexte und die Brennweite richtig gewählt sind. Da die Lage des Films in einer fotografischen Kamera im allgemeinen festgelegt ist_a bedeutet dies daß eine scharfe Abbildung bei einer gegebenen Aufnahmeentfernung eine bestimmte Brennweite oder eine bestimmte Bildweite erfordert. Es ist bekannt, die optische Brennweite des Systems oder die Bildweite einzustellen,, um scharfe Abbildungen bei unterschiedlichen Aufnahmebedingungen zu erlangen» Eine Möglichkeit der Scharfeinstellung besteht beispielsweise darin, eine Linse fe^or Brennweite in Kombination mit Mitteln zu benutzen_sdie den Anstand zwischen Objektiv und Film als Funktion der Aufnahmeentfernung einstellen. Die üblichen Anordnungen die eine Scharfeinstellung auf diese Weise bewirken, verwenden flexible Balgen, die den Objektivträger und das Filmgehäuse verbinden, und es ist ein Gestänge vorgesehen, um den Balg zu strecken oder zusammenzuziehen, um den Abstand zwischen dem optischen System und dem Film zu ändern»

Bei einer anderen bekannten Scharfeinstellvorrichtung wird ein optisches System mit variabler Brennweite fest in einem bestimmten Abstand zum Film angeordnet. Hierbei wird die Brennweite des Objektivs in Abhängigkeit von der Aufnahmeentfernung dadurch geändert, daß der Luftabstand zwischen einzelnen Elementen des Objektivs eingestellt wird, und zwar gewöhnlich dadurch, daß ein Frontelement des Objektivs gegenüber

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anderen Linsen des Objektivs verschoben wird.

Bei einer weiteren bekannten Scharfeinstellvorrichtung, die in Verbindung mit einer festen Bildweite zwischen Objektiv und Film benutzbar ist, verwendet einen drehbaren Linsenrevolver ^ der mehrere Linsen unterschiedlicher Brennweite trägt, von denen jede in die optische Achse eingeschaltet werden kann. Eine solche Anordnung kann als "Zonen-Scharfeinstellvorrichtung" bezeichnet werden, weil hier keine kontinuierlich variable Brennweite benutzt wird, sondern diskrete Brennweiten, die eine Scharfeinstellung jeweils nur für bestimmte Auf nahmeerxtf ernungen bewirken, wobei hiervon abweichende Aufnahmeentfernungen eine mehr oder weniger scharfe Abbildung bewirken» Derartige Systeme liefern ausreichend scharfe Abbildungen über einen Bereich oder eine Zone von Gegenstandsentfernungen,, wobei man von der Annahme ausgeht, daß für jede Brennweite infolge der Defokussierung eine Unscharfe entsteht, die so klein ist, daß die Abbildung nicht beeinträchtigt wird, d.h. dieser Bereich entspricht der Schärfentiefe.

Es ist außerdem bekannt, Zonen-Scharfeinstellanordnungen zu schaffen, indem eine feste Linse mit einem Linsenrevolver kombiniert wird, dessen Linseneleraente selektiv auf die optische Achse ausgerichtet werden können, so daß sich in Verbindung mit der festen Linse mehrere unterschiedliche Brennweiten ergeben.

Von den drei beschriebenen Scharfeinstellvorrichtungen haben die beiden erstgenannten den Vorteil einer kontinuierlichen Einstellbarkeit. Für eine spezielle Anwendung muß dieser Vorteil jedoch durch erhöhte Kosten erkauft werden, die mit durch die erforderliche Balgenauszugsvorrichtung oder die

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komplexer aufgebauten Mehrfachlinsenobjektive bedingt sind. Obgleich Zonenscharfeinstellsysteme keine kontinuierliche Scharfeinstellung ermöglichen,, sind diese doch häufig ausreichend und sie liefern eine attraktive Alternative, weil sie gewöhnlich weniger kostenaufwendig als die anderen hergestellt werden können. Die meisten bekannten Zonenscharfeinstellsysteme sind jedoch ziemlich aufwendig und erfordern einen großen Raum wegen der Linsenrevolveranordnungen«, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zonenscharfeinstellsystem zu schaffen, welches billig,kompakt und leicht herzustellen ist.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines optischen Zonenscharfeinstellsystems, das insbesondere in Verbindung mit Kameras benutzbar ist, die ein Schallentfernungsmeßsystem und eine Anordnung besitzen, mit der automatisch eine Linsenscheibe als Funktion einer gegebenen Aufnahmeentfernung eingestellt wird.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf fotografische optische Systeme, und insbesondere auf ein Zonen-Scharfeinstellsystem, welches insbesondere in Verbindung mit einer Kamera jener Bauart benutzbar ist, die eine automatische Entfernungsmeß- und Scharfeinstellung besitzt, durch die ein Linsenrevolver selektiv durch Drehung eingestellt werden kann. Außerdem sind Mittel vorgesehen, um einen Film in einer Ebene zu haltern, in der er belichtet werden kann, und es wird ein Belichtungslichtpfad vorbestimmter Länge geschaffen, über den Licht über eine Blendenöffnung nach der Filmebene geschickt werden kann. Das Zönenscharfeinstellsystem gemäß der Erfindung weist Mittel auf, die ein opakes Gehäuse definieren, welches so ausgebildet ist, daß Licht von einer Aufnahmeszene in den Lichteintritt des Apparates eintreten kann. Das Gehäuse weist einen sitrnseitig offenen Abschnitt auf, der im Abstand zueinander

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eine Einlaßblendenöffnung und eine Auslaßblendenöffnung besitzt, die optisch aufeinander und auf den Lichtpfad ausgerichtet sind, der durch die optische Achse gekennzeichnet ist. In dem stirnseitig offenen Abschnitt des Gehäuses befinden sich opake konvergierende Abschnitte, durch die die Einlaßblendenöffnung und die Auslaßblendenöffnung verbunden wird, um den Lichteintritt nach dem Gehäuse zu verhindern. Die Auslaßblendenöffnung liegt benachbart zum Lichtpfadeinlaß des Apparates in einem vorbestimmten Abstand hierzu.

Außerdem ist eine Hauptlinse vorbestimmter positiver Brechkraft vorgesehen, die in der optischen Achse auf die Einlaßblendenöffnung ausgerichtet und so ausgebildet ist, daß alle Hauptstrahlen von sämtlichen Lichterzeugungsbündeln von Strahlen gebrochen werden, die von vorbestimmten Aufnahmeentfernungen ausgehen, die kleiner sind als unendlich. Die Brechung erfolgt derart, daß solche Hauptstrahlen durch den Mittelpunkt der Auslaßblendenöffnung hindurchgehen und in der Bildebene eine scharfe Abbildung bewirken.

Außerdem ist ein Linsenrevolver in Gestalt einer Linsenscheibe vorgesehen, die mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete Lichtbrechelemente besitzt, die jeweils auf die Hauptlinse ausgerichtet werden können, um Aufnahmegegenstände in unterschiedlichen Aufnahmeentfernungen scharf abzubilden.

Die Linsenscheibe, die vorzugsweise aus transparentem optischem Plastikmaterial besteht, liegt hinter der Auslaßblendenöffnung in dem vorbestimmten Raum zwischen der Auslaßblendenöffnung und dem Lichteintritt des Apparates, und sie ist drehbar derart gelagert, daß die einzelnen Linsenelemente selektiv in den optischen Pfad eingeschaltet werden können. Die Auslaßblendenöffnung definiert die aktive Lichtbrechfläche eines jeden Linsenelements der Linsenscheibe, um eine maximale

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Blendenöffnung für jede Lichtbrechzone in Kombination mit der Hauptlinse zu bilden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigens

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kamera mit Entfernungseinsteilsystemj

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt längs der Linie 2=2 gemäß Fig. Ij

Fig. 3

und 4 grafische Darstellungen der Objektiveigenschaften, die jeweils die Feldverzerrung und die effektive Unscharfe darstellen, und zwar normalisiert auf 1,0 bei vollem Halbfeldwinkel bei einer asphärischen Meniskuslinse,, die als Hauptlinse des Objektivs wirktj

Fig. 5

bis 12 grafische Darstellungen, normalisiert auf 1,0 bei vollem Halbfeldwinkel, die das optische Verhalten verschiedener Kombinationen von Linsen der Erfindung zeigen, wobei die Figuren mit den ungeraden Ziffern die Feldverzerrung darstellen, und die Figuren mit den geraden Ziffern die effektive Unscharfe;

Pig. 13

bis 18 grafische Darstellungen, normalisiert auf 1,0 bei vollem Halbfeldwinkel, wobei die effektive Unscharfe für verschiedene Kombinationen von Linsen bei unterschiedlichen Aufnahmeentfernungen und Blendenöffnungen dargestellt ist.

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Das zonenweise scharfstellbare optische System gemäß der Erfindung ist dargestellt als Teil einer vollautomatischen Kamera, die einen Selbstentwicklerfilm benutzt und in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Das erfindungsgemäße optische System 22 gemäß Fig. 2, welches in der Kamera eingebaut gezeigt ist, kann auch für andere fotografische Apparate Anwendung finden. Nachstehend wird die Erfindung jedoch in Verbindung mit der Kamera 10 beschrieben, wo sich in der Anwendung besondere Vorteile ergeben.

Gemäß Fig. 1 ist die Kamera 10 als starre, nicht haltbare Kamera ausgebildet, die ein prismatisches Hauptgehäuse 12, ein L-förmig gestaltetes Frontgehäuse 14 und eine rechteckige Beschickungsklappe 16 zum Einlegen des Filmpacks aufweist, und diese Teile definieren zusammen das äußere Erscheinungsbild und dienen dazu, die anderen inneren Bestandteile zu beherbergen und zu schützen. Die Gehäuse 12 und 14 und die Filmbeschickungsklappe 16 sind vorzugsweise aus opakem Plastikmaterial gespritzt und verhindern, daß Fremdlicht in das Kamerainnere gelangt.

Die Basis des prismatischen Gehäuses 12 ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß eine Filmkassette 18 aufgenommen und gehalten wird, die gestapelt mehrere Selbstentwickler-Filmeinheiten enthält, die sämtlich durch die Kamera 10 in bekannter Weise behandelt werden, nachdem die Belichtung erfolgt ist, und außerdem ist eine flache dünne Batterie unter den Filmeinheiten im Pack angeordnet, jedoch ist diese in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Filmkassettenbatterie dient zur Speisung der verschiedenen elektrischen Verbraucher der Kamera 10. Die Kamera weist außerdem Mittel auf, um jeweils eine Filmeinheit in der Bildebene zu halten, in der sie belichtet wird.

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Wie am besten aus Fig. 2 erkennbar, ist das Zonen-Scharfeinstellsystem 22 längs der optischen Achse OA zwischen einer Öffnung 20 (Fig. 1), die in einer vertikalen Vorderwand 21 des L-förmigen Gehäuses 14 liegt und nach der Aufnahmeszene weist, und einer Eintrittsöffnung 26 angeordnet, die in einer opaken Belichtungskammer 24 (teilweise dargestellt) angeordnet ist, die wiederum in bekannter Weise innerhalb des prismatisch gestalteten Gehäuses 12 eingebaut ist und ebenfalls eine allgemein prismatische Gestalt besitzt.

Innerhalb der Belichtungskammer 24 befindet sich ein trapezförmig gestalteter Spiegel 54 (Fig_o 1 und 2), der unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber der optischen Achse OA und gegenüber der Kamera-Filmebene angeordnet ist, um einen geknickten optischen Lichtpfad vorbestimmter Länge zu bilden, den die Abbildungslichtstrahlen über das optische System nach der obersten Filmeinheit der Kassette 18 während der Belichtung durchlaufen.

Die Filmbelichtung wird in bekannter Weise durch einen Belichtungsregler eingestellt j, der die auf den l-ilm auf treffende Lichtmenge einstellt, indem selektiv die Bewegung "er Verschluß-Blendenlamellen 28 (Fig. 1) eingestellt wird. Der Verschluß 28 weist zwei in Gegensinn hin und hergehende Lamellen 30 und 32 auf, von denen jede eine Belichtungsöffnung 34 bzw. 36 aufweist, die einander überlappen, um eine vorprogrammierte Gruppe von Blendenwerten und Verschlußzeiten über der Eintrittsöffnung 26 des Kamera-Lichtpfades zu bilden. Die Lamellen 30 und 32 liegen unmittelbar vor der Eintrittsöffnung 26.

Der Belichtungsregler der Kamera 10 arbeitet entweder bei Tageslichtbetrieb wenn genügend Licht verfügbar ist, um die Aufnahmeszene zu beleuchten, oder in Verbindung mit einer

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Kunstlichtquelle in Gestalt eines Elektronenblitzgerätes 38 (Fig. 1), die einen permanenten Bestandteil der Kamera 10 liefert und die Aufnahmeszene erhellt.

In der Kamera 10 ist außerdem ein nicht dargestelltes Ultraschall-Entfernungsmeßsystem angeordnet, weiches nach bekannten Prinzipien arbeitet. Dabei wird Ultraschallenergie durch einen Sender auf den Aufnahmegegenstand abgestrahlt, und von diesem zurück zur Kamera 10 reflektiert. Die Charakteristiken der abgestrahlten und empfangenen Signale werden dann verglichen, um ein Steuersignal abzuleiten, welches der Aufnahmeentfernung entspricht. Das Steuersignal wird danach benutzt, um eine Linsenträgerscheibe 56 zu verstellen, die einen Teil des optischen Entfernungseinstellsystems 22 bildet.

Die Linsenanordnung besteht aus mehreren Linsenelementen, die durch die Linsenscheibe selektiv in ihre Wirkstellung überführbar sind, wobei die Linsenscheibe um eine feste Achse drehbar ist. Die Linsenelemente sind in der Linsenträgerscheibe in Umfangsrichtung im Abstand zueinander in der gleichen Entfernung zur Mitteldrehachse angeordnet. Eine Abtastverschlußlamellenanordnung ähnlich dem Verschluß 28 weist einen Schwinghebel auf, an dem die Verschlußlamellen schwenkbar festgelegt sind. Der Schwinghebel ist schwenkbar angeordnet, um auf ein Betätigungsglied einzuwirken, welches wiederum mittels einer Torsionsfeder die Linsenhalterscheibe beaufschlagt und dadurch so dreht, daß aufeinanderfolgend die Linsenelemente in ihre jeweilige Wirkstellung überführt werden.

Eines der Erfordernisse für das oben beschriebene ultraschallgesteuerte Scharfeinstellsystem besteht darin, daß die Linsenscheibe, die in Verbindung mit dem System benutzt wird, eine geringe Massenkraft haben soll damit sie proportional durch

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den Linsenscheibenantrieb ordnungsgemäß angetrieben werden kann., und sie sollte so kompakt als möglich sein, so daß die Größe des Systems ein Minimum wird. Die Linsenscheibe 56 des zonenmäßig fokussierenden optischen Systems 22 nach der Erfindung erfüllt diese Forderungen und ergibt in Kombination mit anderen Bestandteilen des optischen Systems eine billige Vorrichtung zur Fokussierung der Kamera 10, so daß ein gut korrigiertes fotografisches Bild in der Filmebene der Kamera für fotografische Aufnahmegegenstände erhalten wird, deren Entfernung von der Kamera 10 zwischen 60 cm und unendlich schwanken kann. Wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, befriedigt das zonenmäßig fokussierende optische System 22 diese Forderungen dadurch, daß ein verwertbares Bild geliefert wird, das einen Halbfeldwinkel von etwa 27° bei einer Blendenzahl von 10 bedeckt.

Der Aufbau und die optische Wirkungsweise des optischen Systems 22 wird am besten unter Bezugnahme auf Fig. 2 erkennbar. Das optische System 22 weist demgemäß einen opaken Gehäuseteil 42 auf, der in bekannter Weise mit einem prismatisch gestalteten Gehäuse 12 und einem L-förmigen Gehäuse 14 zusammenwirkt, um verschiedene Bestandteile der Kamera zu schützen und zu umschließen. Der Gehäuseteil 42 weist einen stirnseitig offenen Abschnitt 44 auf, der Licht von der Aufnahmeszene durch den Kameralichtpfad über die Öffnung 26 eintreten läßt. Zu diesem Zweck hat der stirnseitig offene Abschnitt 44 eine Einlaßöffnung 46 und eine Auslaßöffnung 48, die beide optisch längs der optischen Achse OA aufeinander und auf die Lichteintrittsöffnung 26 ausgerichtet sind. Einlaß- und Auslaßöffnung 46 bzw. 48 sind mittels konvergierender Wandabschnitte verbunden, um zu verhindern, daß Licht in das Kameragehäuse eintritt, und jene Abschnitte sind mit inneren Riffelungen 50 versehen, die sich quer zur optischen Achse OA erstrecken und die Streustrahlung abfangen, wodurch

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die Wirkung unerwünschten Streulichtes reduziert wird. Der stirnseitig offene Abschnitt 44 ist trichterartig gestaltet und weist vorzugsweise die Gestalt eines rechteckigen Pyramidenstumpfes auf, der Öffnungen 46 und 48 aufweist, die in Ebenen liegen, welche den beiden Basisteilen der Pyramide entsprechen, wobei die dazwischen liegenden Verbindungäabschnitte die Seiten der Pyramide, bilden.

Die Öffnung 48 des stirnseitig offenen Abschnitts liegt benachbart zur Kamera-Lichteintrittsöffnung 36 und weist einen Abstand zu den Lamellen 30 und 32 und der Linsenscheibe 56 auf.

Optisch ausgerichtet auf die Einlaßöffnung 46 ist eine positive Hauptminiskuslinse 52 angeordnet. Die Miniskuslinse 52 besteht vorzugsweise aus einem optischen Plastikmaterial und ist optisch so ausgebildet, daß alle Hauptstrahlen gebrochen werden, die von sämtlichen Lichterzeugungsbündeln von Aufnahmegegenständen einer vorbestimmten Aufnahmeentfernung herrühren, die kleiner ist als unendlich, derart, daß jene Hauptstrahlen durch die Mitte der Auslaßöffnung 48 treten und eine Abbildung über jener Ebene erfolgt, in der der Film liegt.

Um die erforderliche optische Funktion durchführen zu können, hat die Miniskuslinse 52 einen Brechungsindex von n,, = 1,492; eine Abbe'sehe Zahl, V = 57*2; vordere und hintere Basisscheitelradien von Rp = 19,69 mm bzw. R_R = 30,1 mm; eine axiale Dicke, t = 3,175 ram. Die rückwärtige Oberfläche der Miniskus-Linse 52 ist asphärisch und wird durch die folgende Formel beschrieben:

Z = g^~ y² + 0,137501 y⁴ - 0,106603 y⁶ ι

darin repräsentiert Z den Abstand eines Punktes auf der

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asphärischen Oberfläche, gemessen von einer Bezugsebene senkrecht zur optischen Achse OA des Systems, die durch den rückwärtigen Scheitel der Linse 52 hindurchgeht, y ist der radiale Abstand des Punktes von der optischen Achse OA. Die asphärische rückwärtige Oberfläche der Meniskuslinse 52 ist primär so ausgebildet, daß die Miniskuslinse 52 gegenüber Aberrationen schiefer Strahlen korrigiert ist. Mit diesem Aufbau ergibt sich eine Miniskuslinse 52 mit einer wirksamen Brennweite von 105,26 mm (9,5.Dioptrin) und ihre optische Leistung in Ausdrücken der Feldverzerrung und der effektiven Unscharfe, die sich aus den Figuren 3 und 4 ergeben, werden weiter unten beschrieben.

Die Größe des Energiekonus, der die Filmebene der Kamera erreicht, wird definiert durch die gemeinsame Wirkung der Blendenöffnung 48 und der Blende, die durch die Lamellen 30 und 32 bestimmt wird. Wenn die Blendenöffnung, die durch die Lamellen 30 und 32 definiert wird, einen Maximalwert aufweist, dann kann entweder die Blendenöffnung 48 oder die durch die Lamellen 30 und 32 definierte Blende als wirksame Blendengröße des Systems 22 angesehen werden, wenn jedoch die Blendenöffnung durch die Lamellen 30 und 32 definiert wird, dann ist sie kleiner als die Blendenöffnung 48, und dann muß die Blendenöffnung, die durch die Lamellen 30 und 32 definiert wird, als die Belichtungsblendenöffnung angesehen werden. Die Blendenöffnung 48 (Fig. 2) liegt im Abstand hinter der Miniskuslinse 52 in einer Entfernung S, gemessen von der rückwärtigen Scheiteloberfläche von 9,3726 mm bei einem Durchmesser von 9,4488 mm.

Die Linsenscheibe 56 ist drehbar in bekannter Weise auf einer Nabe 58 gelagert und weist mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete Miniskuslinsenelemente auf, die in Fig. 1 und teilweise in Fig. 2 mit den Ziffern I - IV bezeichnet sind.

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Durch die Drehlagerung der Linsenscheibe 56 können die Miniskuselemente I bis IV selektiv auf die Belichtungsblendenöffnung 48 ausgerichtet werden.

Jedes der Miniskuselemente I bis Iv ist optisch so aufgebaut, daß es in Kombination mit der Hauptminiskuslinse 52 des Systems 22 zusammenarbeitet, um unterschiedliche Brennweiten zu liefern, die sich voneinander so unterscheiden, daß unterschiedliche fotografische Aufnahmegegenstände scharf in der Bildebene abgebildet werden. Die Linse I liefert kombiniert mit der Miniskuslinse 52 eine kombinierte Brennweite, die Aufnahmegegenstände in einer Entfernung von 91,44 cm am schärfsten abbildet, bei einem Schärfentiefebereich zwischen 60,96 und 121,92 cm; die Linse II ergibt zusammen mit der Miniskuslinse 52 die beste Scharfeinstellung für Gegenstände, die in einer Entfernung von 170,688 cm liegen bei einem Schärfetiefenbereich zwischen 121,42 und 256,032 cm; die Linse II ergibt zusammen mit der Miniskuslinse 52 eine optimale Scharfeinstellung für Gegenstände mit einer Aufnahmeentfernung von 384,048 cm mit einem Schärfentiefebereich zwischen 256,032 und 5l2,o64 cm; die Linse IV ergibt zusammen mit der Miniskuslinse 52 die beste Scharfeinstellung für Gegenstände mit einer Aufnahmeentfernung von 15,24 m mit einer Tiefenschärfe zwischen 5,12 m bis unendlich (vgl. Fig. 5, 7, 9 und 11).

Jedes der Linsenelemente I bis IV der Linsenscheibe besitzt wenigstens eine asphärische Oberfläche, die primär im Hinblick auf sphärische Aberrationen der Hauptminiskuslinse 52 korrigiert ist.

Die Miniskuselemente I bis IV der Linsenscheibe weisen die folgenden Daten auf, die sich auf Fig. 2 beziehen.

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Linse

η, V Radien(cm) t(cm)

,(cm) EFL(cm)

(91,44cm)

1,592 30,8 R^-5,08 0,142748 0,201422 76,13396

R₂=-4,6355

II 1,592 30,8 R,=-25,4 0,140462 0,180848 326,9234 (170,688cm) R^-22,0853

III 1,592 30,8 R_K=-25,4 0,139446 0,180848 -1051,306 (384,048cm) R<L-₂6,68₅24

1,592 30,8 R„=-25,4 - 0,138938 0,180848 -271,018

Rg=-30,52064

dabei ist n, der Brechungsindex, V ist die Abbe'sehe Brechungszahl, R^, R₂ .. „ Rg bezeichnen die Basisradien der Oberflächen, t ist die axiale Dicke und S_? ist der axiale Abstand zwischen der Blendenöffnung 48 und dem Scheitel des entsprechenden Linsenelementes; EFL isfc die wirksame Brennweite, wobei die Frontoberfläche des Elementes I eine asphärische Oberfläche ist, die durch die folgende Formel beschrieben ist:

Z = -~~ y² - .21518 y⁴ - .OI655 y⁶

Die Elemente II, III und IV besitzen asphärische Frontflächen, die durch die folgende Formel beschrieben sind:

Z = -.05 y² - .151589 y⁴ + .824884 y⁶

Z repräsentiert in den vorstehenden asphärischen Formeln den Abstand eines Punktes der asphärischen Oberfläche gemessen von einer Bezugsebene senkrecht zur optischen Systemachse und durch

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den Scheitel des jeweiligen optischen Elementes und y ist der radiale Abstand des Punktes von der Objektivachse entfernt .

Die Linsenscheibe 56 und die Miniskuslinsenelemente I bis IV sind vorzugsweise integral aus einem transparenten optischen Plastikmaterial geformt und die Blendenöffnung 48, die vor jedem Linsenscheibenminiskus liegt, ergibt eine Maskenfunktion, indem die aktive Brechungsfläche jedes Linsenscheibenminiskuselementes definiert wird, wenn jeweils ein solches Element auf die Blendenöffnung 48 ausgerichtet ist.

Die freien öffnungen der Einlaßblendenöffnung 46 und der Blendenöffnung 48 sowie der Abstand, der diese Blendenöffnungen trennt wird so gewählt, daß die ausnutzbare Brechfläche der Hauptmi'niskuslinse 52 die ausnutzbare Brechfläche eines jeden Miniskuselements I bis IV soweit überschreitet als es di£ optischen Bedinungen zulassen, damit der Gesamtraumbedarf für die Linsenscheibe 56 so klein als möglich wird. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Brechfläche der Hauptminiskuslinse etwa um 4,16 mal größer als die eines jeden Miniskuselementes der Scheibe, so daß die Linsenscheibe 56 sehr klein gestaltet werden kann und eine geringe Massenkraft aufweist.

Im folgenden wird auf die Figuren 3 bis 12 Bezug genommen. Hier sind einige grafische Darstellungen enthalten, die die Ergebnisse von bekannten, durch Computer erzeugten Punktdiagrammen für die Hauptminiskuslinse 52 mit und ohne Miniskuselementen I bis IV widergeben, wobei diese Miniskuselemente in ihren Daten der obigen Tabelle entsprechen. Jede Kurve ist von einem Punktdiagramm für theoretische Objektpunktquellen auf der Achse für 0,4j 0,7; und volles,Feld (1,0 = 27°) auf-

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gezeichnet. Jedes Punktdiagramm wird durch 300 Strahlen erzeugt, die in drei Farben aufgezeichnet werden, d.h. jeweils 100 Strahlen in jeder Farbe mit den C, D und F Linien gegebener gleicher Wertigkeit, wobei jeder Strahl in einer Punktlichtquelle austritt und in einer Bezugsebene einfällt, die mit der Filmebene der Kamera zusammenfällt.

Fig., 4 zeigt die effektive Unscharfe der Hauptminiskuslinse 52, die selbst mit einer Blendenzahl von f/10 arbeitet, die durch die Blendenöffnungen 48 und 26 bestimmt ist und mit einer wirksamen Blendenöffnung von f/14, die durch die Lamellen 30 und 32 bestimmt wird.

Die effektive Unscharfe entspricht dem Unschärfekreis und stellt die kombinierte Wirkungen sämtlicher Aberrationen mit Ausnahme der Verzerrung dar. Die effektive Unscharfe wird in bekannter Weise dadurch berechnet, daß zunächst der Flächenschwerpunkt des Punktdiagramms bestimmt wird und dann die Länge der Vektoren, die von dem Flächenschwerpunkt des Punktdiagramms nach jedem Punkt gezogen werden, der Punkt wo die Strahlen in einer Bezugsebene enden. Die effektive Größe der Vektoren wird dann berechnet, um die effektive Unscharfe zu erhalten und das Ergebnis ist ein Radius. Wenn die Bezugsebene die Kamerafilmebene ist, wie dies hier der Fall ist, und wenn der Film eben ausgebildet ist, dann wird die Unscharfe bei einem effektiven Unscharfewert von etwa 0,04572 mm sichtbar und dies entspricht dem herkömmlichen Unschärfekreisdurchmesser von 0,127 mm. Ein Effektxvunschärferadius von 0,127 mm oder weniger ist für eine optimale fotografische Bildqualität erwünscht, insbesondere innerhalb der 0,7 Bildwinkelgrenzen, in denen sich der fotografische Aufnahmegegenstand gewöhnlich befindet, aber effektive Unscharfewerte über 0,127 mm können außerhalb der 0,7 Winkelfeldbegrenzung zugelassen werden. Auf

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dieser Basis könnte die Meniskuslinse 52 selbst nicht bei einer Blendenzahl von f/10, sehr wohl aber bei einer Blendenzahl von f/14 benutzt werden (vgl. Fig. 4).

Fig. 3 repräsentiert die Feldverzerrung der Meniskuslinse 52 bei Blendenzahlen von f/10 und f/14. Jede Kurve beschreibt die Feldbedeckung der Linse, den Astigmatismus und den Brennpunktzustand. Sagittalpunkte auf der grafischen Darstellung sind strichpunktiert verbunden und Tangentialpunkte sind mit strichlierten Linien verbunden. Die kombinierten Wirkungen sämtlicher Aberrationen mit Ausnahme der Verzerrung aus der Bezugsebene stellt die effektive Unscharfe dar, die grafisch voll ausgezogen dargestellt ist. Die vollausgezogene Linie ist die beste Effektivbildoberfläche oder in anderen Worten der geometrische Ort des Unschärfekreises im Sinne des Effektivwertes. Die vertikale Achse in Fig. 3 ist die gleiche wie die Horizontalachse in Fig. 4. Die Horizontalachse in Fig. 3 stellt die axiale Versetzung der effektiven Unscharfe von der Bezugsebene weg dar.

Die Figuren 6, 8, 10 und 12 stellen die effektive Unscharfe für jedes Miniskuselement 1 bis 4 in Kombination jeweils mit der Hauptminiskuslinse 52 dar und die effektive Unscharfe wurde wie oben beschrieben für die beste Scharfeinstellung berechnet und außerdem für zwei weitere Aufnahmeentfernungen, die den Endpunkten des Tiefenschärfebereichs der jeweiligen Kombination entsprachen.

Die Figuren 5, 7, 9 und 11 zeigen die Feldverzerrung für jedes Miniskus-Linsenelement I bis IV in Kombination jeweils mit der Hauptminiskuslinse 52.

Die Figuren I3 bis I5 repräsentieren die effektive Unscharfe

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für die 90 cm Miniskuslinse I der Linsenscheibe in Kombination mit dem Hauptminiskus 52 bei der angegebenen Schärfeeinstellung und als Funktion der Blendenzahl. In gleicher Weise repräsentieren die Figuren 16 bis 18 die effektive Unscharfe für das 170,688 cm Miniskuselement II in Kombination mit dem Hauptminiskus 52.

Obgleich das effektive Unschärfeverhalten des optischen Systems 22 etwas verschlechtert wird, d.h. über den 0,127 mm Unscharfekreis hinaus, ist das Belichtungssteuersystem der Kamera 20 bei Halbfeldwinkeln von mehr als 0,7 oder bei voller Feld mit einer Blendenzahl von f/10 vorzugsweise so programmi« daß die Lamellen j50 und J52 (vgl. Fig. 2) sowohl bei Tageslicht betrieb als auch bei Kunstlichtbetrieb und unter allen extreme Belichtungsbedingungen wie bei sehr niedrigem verfügbarem Licht bei Tageslichtbetrieb und großen Aufnahmeentfernungen bei Kunstlichtbetrieb, Blendenzahlen eingestellt werden, die größer sind als f/10. Unter normalen Aufnahmehelligkeiten arbeitet das System nicht bei f/10, und deshalb ist das effektive Unschärfeverhalten hinter dem 0,7 Halbfeldwinkel für die meisten Anwendungsfälle, die voraussichtlich auftreten nicht wichtig.

Es können gewisse Abwandlungen getroffen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Z.B. kann die Bemessung des optischen Systems 22 maßstäblich vergrößert oder verkleinert werden, so lang die Änderungen im optischen Verhalten nicht die zulässigen Grenzen für die jeweilige fotografische Anwendung überschreiten.

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Claims

Patentansprüche

Automatische Scharfeinstellvorrichtung für
fotografische Apparate mit einem Objektiv,
das auf verschiedene Zonen scharf einstellbar
ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß das Objektiv eine Primärlinse positiver
Brechkraft ausgerichtet auf eine Einlaß-Blendenöffnung aufweist, die alle Hauptstrahlen sämtlicher Bilderzeugungsbündel bricht, die von vorbestimmten Gegenstandsentfernungen herrühren, welche kleiner als unendlich sind, wobei die gebrochenen Lichtstrahlen eine Auslaßblendenöffnung über der F'ilmebene durchlaufen, und daß ein Linsenrevolver mit mehreren im Winkelabstand zueinander angeordneten Linseaelenierihen vorgesehen ist, von denen jede
mit der Hauptlinse zusammenwirken kann, um jeweils den Aufnahmegegenstand einer bestimmten Aufnahmeentfernung scharfzustellen, und daß der Linsenrevolver hinter der Auslaßblendenöffnung in einem vorbestimmten Raum zwischen der Auslaßblendenöffnung und der Einlaßöffnung drehbar derart angeordnet ist, daß jedes Linsenelement selektiv auf die optische Achse ausgerichtet werden kann, und daß die Auslaßblendenöffnung die aktive Lichtbrechfläche einer
jeden Lichtbrechzone und eine maximale Blendenöffnung für jede Lichtbrechzone in Kombination mit der Haupt= linse definierte

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ORIGINAL INSPECTEO
2. Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Linsenrevolver automatisch in die der Aufnahmeentfernung entsprechende Stellung zu überführen.
^. Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektivgehäuse pyramidenstumpfförmig gestaltet ist,, wobei die Eintrittsblendenöffnung und die Austrittsblendenöffnung an den beiden Enden des Pyramidenkörpers liegt.
4. Scharf einst eil vorrichtung nach Anspruch J>_} dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Hohlpyramide querverlaufende Riffelungen aufweist, um eine Streustrahlung abzufangen und die Wirkung von Blendlicht zu vermindern.
5. Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Blendenöffnungen und der Abstand zwischen ihnen so gewählt ist, daß die ausnutzbare Brechfläche der Primärlinse die ausnutzbare Brechfläche jedes Linsenelementes um einen Paktor von etwa 4,16 überschreitet.
6. Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechkraft der Primärlinse 9,5 Dioptrin beträgt, mit einer wirksamen Brennweite von 105,26 mm und wobei die Linsenelemente des Linsenrevolvers

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vier wirksame Brennweiten aufweisen, die 761,34 mm, 3 269,23 mm, - 10 514,08 mm bzw. - 2 710,18 mm betragen.
7. Scharfeinstellvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptlinse und die Linsenelemente des Linsenrevolver aus Miniskus-Linsen bestehen.
8. Scharfeinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der Linsenrevolver mit den Linsenelementen einstückig aus transparenten optischem Plastikmaterial geformt ist.

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