DE3546211A1 - Varioobjektiv mit einem element mit veraenderlicher brechkraft - Google Patents
Varioobjektiv mit einem element mit veraenderlicher brechkraftInfo
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Description
Varioobjektiv mit einem Element mit veränderlicher Brechkraft
Die Erfindung betrifft ein Varioobjektiv, bei dem ein Element
mit veränderlicher Brechkraft verwendet wird, das imstande ist, die Brechkraft einer Linse zu steuern.
Bei einem bekannten optischen Abbildungssystem, das durch elektronische Steuerung fokussiert wird, z.B. bei einem
Varioobjektiv, das in einer Einzelbildkamera oder einer
Videokamera verwendet wird, ist eine Fokussierlinseneinheit, die Linsen mit geringem Gewicht enthält, erwünscht,
weil eine Energieeinsparung und eine gedrungene Bauweise eines Antriebsmotors verlangt werden. Bei einem normalen
Varioobjektiv wird die Scharfeinstellung bzw. Fokussierung mit einem Frontelement des Objektivs, das die schwerste
Linseneinheit ist, durchgeführt. Aus den JA-OSS 107347/1978 und 127321/1979 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die
Fokussierung mit einer als Kompensator bezeichneten Linsen-
-4- DE 5441
. gruppe bzw. -einheit geringer Größe, wie sie in Fig. IA gezeigt
ist, durchgeführt wird.
Fig. IA zeigt eine Frontlinse F, einen Variator V, der die
_ Vergrößerung eines Gesamtsystems durch Verschiebung entlang einer optischen Achse verändert, einen Kompensator C, der
entlang der optischen Achse bewegt bzw. verschoben wird, um das Bild des Gesamtsystems in einer konstanten Lage zu
halten, und eine Relaislinsengruppe R. Vollinien, die unter V und C dargestellt sind, zeigen die Bewegungsbahn von V
bzw. C für den Fall, daß das Objektiv zur Veränderung der
Brennweite von einer Weitwinkelstellung zu einer Telestellung
verstellt wird, wenn sich ein Objekt im Unendlichen befindet. Eine gestrichelte Linie zeigt eine ähnliche Bewegungsbahn
für den Fall, daß sich das Objekt an einer sehr 15
nahen Stelle befindet. Fig. IB und IC zeigen ähnliche Bewegungsbahnen
.
Wie aus Fig. IA bis IC ersichtlich ist, ist bei einem solchen
System das Ausmaß der Verstellung für die Fokussierung 20
in der Telestellung groß. Um einen Raum für die Verstellung in einem solchen Ausmaß bereitzustellen, ist es notwendig,
in Fig. IA und IC den Abstand zwischen dem Variator V und
dem Kompensator C und in Fig. IB den Abstand zwischen dem
Kompensator C und der Relaislinsengruppe R zu erhöhen. Eine 25
Verminderung der Gesamtlänge des Varioobjektivs ist infolgedessen
schwierig. Ferner ist es schwierig, den Durchmesser des Frontelements des Varioobjektivs zu vermindern, da
sich eine Pupille in einem Abstand von dem Frontelement
befindet. In Fig. IC ist es grundsätzlich unmöglich, das
30
Objektiv auf ein sehr nahes Objekt zu fokussieren, wenn die Bildentfernung von dem Variator V weniger als das Vierfache
der Brennweite des Variators V beträgt.
Da die Verschiebung des Kompensators nicht nur durch die
Vergrößerung des Varioobjektivs mit Frontelementfokussierung,
sondern unter Zugrundelegung sowohl der Entfernung
-5- DE 5441
. von dem Objekt als auch der Vergrößerung bestimmt wird, ist
eine mechanische Steuerung durch eine Steuerkurve nicht zulässig. Infolgedessen wird eine Beziehung zwischen der
Lage des !Compensators C, der Lage des Variators V und der
Entfernung von dem Objekt gespeichert, und die Lage des Variators V und die Entfernung von dem Objekt werden ermittelt,
so daß die Lage des !Compensators C durch die Motorsteuerung
festgelegt wird. Bei diesem System wird jedoch ein Lagedetektor für den Variator benötigt, und die Erzielung
einer hohen Genauigkeit der Positionierung des !Compensators ist wegen der Speicherkapazität schwierig. Das
wirksamste Positioniersystem für den Kompensator des Varioobjektivs ist ein sogenanntes TTL- oder Halb-TTL-Autofokussiersystem.
Bei einem aktiven System, bei dem ein Lichtstrom projiziert und rückgestrahltes Licht ermittelt wird,
15
muß sowohl eine Projektions-Lichtquelle als auch ein Photoelement bereitgestellt werden. Dies hat zur Folge, daß der
Aufbau kompliziert ist und zusätzliche Bauteile benötigt werden. Bei einem System, bei dem der Außer-Fokus-Zustand
eines Bildes unter Zugrundelegung eines Bildsignals aus einer Abbildungseinrichtung, die in einer vorgegebenen
Bildebene des Varioobjektivs angeordnet ist, ermittelt
wird, ist die Fokussierdauer relativ lang.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Varioobjektiv 25
mit gedrungener Bauweise bereitzustellen, das für eine elektronische Steuerung geeignet ist.
Durch die Erfindung soll ferner ein optimales Steuerungssystem
für ein Element mit veränderlicher Brechzahl bereitge-30
stellt werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-6- DE 5441
, Fig. IA zeigt den Aufbau eines bekannten Varioobjektivs;
Fig. IB und IC zeigen andere Varioobjektive;
,- Fig. 2, 3 und 4 zeigen den Aufbau erfindungsgemäßer Varioobjektive;
Fig. 5A und 5B zeigen Elemente mit veränderlicher Brechzahl;
Fig. 6 zeigt eine Steuerschaltung für das Element mit
veränderlicher Brechzahl;
Fig. 7 zeigt eine in Fig. 6 dargestellte Schärfezu-
stands-Ermittlungseinrichtung;
Fig. 8 ist ein Ablaufschema, das ein Rechenschema für die
Steuerung des Elements mit veränderlicher Brechzahl zeigt, und
Fig. 3 ist ein Ablaufschema, das ein anderes Rechenschema
für die Steuerung des Elements mit veränderlicher Brechzahl zeigt.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau des erfindungsgemäßen Varioobjek-
tivs mit einem stationären Frontelement F, einem Variator V, der entlang einer optischen Achse beweglich bzw.
verschiebbar ist, um die Vergrößerung zu verändern, einer stationären Relaislinse R und einem stationären Kompensator
C, der mindestens ein Element mit veränderlicher
Brechkraft aufweist, das imstande ist, die Brechzahl einer Linse durch Veränderung der Brechzahl eines Linsenwerkstoffs
oder der Oberflächengestalt der Linse zu verändern. Durch Veränderung der Brechkraft des Elements mit
veränderlicher Brechzahl kann die Bildebene des Gesamtsy-35
stems trotz der auf die Verschiebung bzw. Bewegung des Variators V und auf die Veränderung der Entfernung von dem
-7- DE 5441
Objekt zurückzuführenden Veränderung der Vergrößerung immer in einer konstanten Lage gehalten werden. Fig. 2A zeigt den
Einstellzustand in einer Weitwxnkelstellung; Fig. 2C zeigt den Einstellzustand in einer Telestellung, und Fig. 2B
c zeigt den Einstellzustand in einer mittleren Stellung. In
dem Fall, daß sich das Objekt im Unendlichen befindet, sind
die Brechzahlen des !Compensators C in Fig. 2A und 2C annähernd
gleiche negative Werte, und in Fig. 2B ist die negative
Brechkraft kleiner als diejenige in Fig. 2A und 2C. In dem Fall, daß sich das Objekt an einer sehr nahen Stelle
befindet, ist die Brechkraft von C kleiner als diejenige für das im Unendlichen befindliche Objekt in Fig. 2A, 2B
und 2C, so daß die Bildebene in derselben Lage gehalten wird.
Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, benötigt das erfindungsgemäße Varioobjektiv bei seiner Fokussierung
im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten bekannten Objektiv keinen zusätzlichen Raum für die Verstellung des Objektivs,
und es wird ein optisches System mit gedrungener Bauweise bereitgestellt, das für eine elektronische Steuerung geeignet
ist.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung mit
einem stationären Frontelement F und einer Linsenein-25
heit V, die mindestens ein Element mit veränderlicher Brechzahl aufweist und entlang einer optischen Achse verschiebbar
ist. Die Vergrößerung wird durch die Verschiebung bzw. Bewegung der Linseneinheit V entlang der optischen
Achse verändert, und die Brechzahl des Elements mit verän-
derlicher Brechzahl wird verändert, um die Bildebene des Gesamtsystems in einer vorgegebenen Lage zu halten, wenn
sich die Vergrößerung und die Entfernung von dem Objekt ändern. Anders als bei der vorhergehenden Ausführungsform
ändert sich bei der in Fig. 3 erläuterten Ausführungsform
die Brechkraft des Variators V des Varioobjektivs. Infol-
-8- DE 5441
gedessen kann das Objektiv in jeder Entfernung auf das
Objekt fokussiert werden.
Fig. 4 zeigt eine praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Varioobjektivs. Dieses Objektiv enthält vom Objekt aus gesehen eine Fokussiereinheit F aus zwei Gruppen
und mit drei Linsen, einen Variator V aus zwei Gruppen und mit drei Linsen und einen Kompensator C aus einer Gruppe
mit zwei Linsen, der ein Element mit veränderlicher Brechkraft aufweist, das Oberflächen mit den Krümmungsradien R11
und R12 hat und dessen Oberflächengestalt veränderlich ist.
Rn (n = 1, 2, 3 ...) bedeutet den Krümmungsradius der von
der Objektseite aus gerechneten η-ten Oberfläche, während Dn entweder den Luftzwischenraum oder die Dicke entlang der
Achse zwischen der η-ten Oberfläche und der (n + l)-ten Oberfläche bedeutet. Tabelle 1 zeigt Objektivdaten der
in Fig. 4 erläuterten Ausführungsform; Tabelle 2 zeigt Werte von Dg und D1Q für verschiedene Lagen a, b und c des
Variators V, den Krümmungsradius R11 des Elements mit veränderlicher
Brechkraft, der für jede Lage a, b und c des 20
Variators V bewirkt, daß das Objektiv bzw. die Linse (bzw.
die Linsenrückseite) im Fall eines im Unendlichen befindlichen Objekts zu einer Nullstellung zurückkehrt (bzw. eine
Nullstellung einnimmt), und die Brennweite f des Gesamtsystems, und Tabelle 3 zeigt den Krümmungsradius R11 des
Elements mit veränderlicher Brechkraft, der für die Lagen a, b und c von Tabelle 2 bewirkt, daß das Objektiv bzw. die
Linse (bzw. die Linsenrückseite) im Fall eines Objekts, das sich 90 mm vor der ersten Oberfläche R1 befindet, zu einer
Nullstellung zurückkehrt (bzw. eine Nullstellung einnimmt). 30
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
"23 24 25 26 27 28 29
-9-Tabelle 1
DE 5441
9,041
4,214
-14,610
4,000
25,089
18,520
1,623
-2,015
2,015
-37,466
verander1ich
co
-19,477
12,026
-2,363
2,452
-7,619
-2,626
-19,095
1,511
-36,047
-2,711
0,949
3,310
-2,109
1,221
-4,062
co
co
0,235
0,883
0,013
0,541 veränderlich
0,106
0,387
0,097
0,284 veränderlich
0,047
0,040
0,384
0,417
0,097
0,417
0,146
0,113
0,013
0,532
0,829
0,071
0,245
0,248
0,013
0,470
0,532
0,532
N zwischen der η-ten und der (n + l)-ten Oberfläche
1,805
1,516
1,603
1,773
1,697 1,847
1,410 1,697
1,697
1,564
1,847
1,603
1,834
1,516
1,516
1,516
-10-Tabelle 2
DE 5441
a | b | C | |
D5 | 0,094 | 2,047 | 2,882 |
D10 | 3,048 | 1,095 | 0,260 |
R11 | -1,992 | -2,376 | -1,948 |
f | 1,01 | 3,07 | 5,95 |
a | b | C | |
«11 | -2,006 | -2,548 | -2,425 |
Das Element mit veränderlicher Brechkraft kann ein Element sein, dessen Brechkraft durch Änderung einer Brechzahl
unter Anwendung eines Flüssigkristalls verändert wird, wie es aus der JA-OS 151854/1979 bekannt ist, oder es kann ein
Element sein, bei dem ein elektrooptischer Kristall angewandt wird, wie es aus der JA-OS 1126/1983 bekannt ist.
Nachstehend wird ein Element mit veränderlicher Oberflächengestalt
erläutert, das in den Japanischen Patentanmeldungen 219113/1983 und 228692/1983 der Anmelderin Canon
K.K. offenbart ist.
Fig. 5Ά zeigt eine Ausführungsform eines Elements mit veränderlicher Oberflächengestalt mit lichtdurchlässigen
elastischen Teilen 1 und 2, einer Blendenplatte 3, die eine kreisrunde Blendenöffnung hat, einer Glasplatte 4, einem
Laminat 5 aus ringförmigen piezoelektrischen Elementen und einer Hochspannungserzeugungsschaltung 6. An die ringförmigen
piezoelektrischen Elemente 5 wird eine durch die Hochspannungserzeugungsschaltung
6 erzeugte Hochspannung VH angelegt, so daß die ringförmigen piezoelektrischen
Elemente 5 in der Längsrichtung der Zeichnung schrumpfen
-11- DE 5441
, bzw. zusammengepreßt werden, was dazu führt, daß die mit
den ringförmigen piezoelektrischen Elementen 5 verbundene Glasplatte 4 näher an die Blendenplatte 3 gebracht wird.
Dies hat zur Folge, daß die elastischen Teile 1 und 2 zusammengepreßt werden und aus der Blendenöffnung der Blendenplatte
3 vorragen, so daß die Gestalt der Oberfläche 1' des elastischen Teils 1 verändert wird. Als Ergebnis wird
die Brechkraft des elastischen Teils 1 verändert. Die Änderung der Brechzahl kann durch die Hochspannung Vjj, die
durch die Hochspannungserzeugungsschaltung 6 an die ringförmigen piezoelektrischen Elemente 5 angelegt wird, mittels
eines Steuersignals S gesteuert werden.
Die elastischen Teile 1 und 2 haben verschiedene Elastizitätsmoduln.
Durch geeignete Wahl der Elastizitätsmoduln und 15
der Dicke kann die Oberfläche 1' des elastischen Teils 1
auch im Fall der Änderung der Brechzahl in einer gewünschten Gestalt, beispielsweise in einer sphärischen Gestalt,
gehalten werden. Die Werkstoffe für die elastischen Teile 1 und 2 können unter dem Gesichtspunkt der Lichtdurchlässigkeit
und der Gleichmäßigkeit Siliconkautschuke sein. Das elastische Teil 1 kann beispielsweise aus Shinetsu Silicone
KE106 hergestellt sein, während das elastische Teil 2 aus Shinetsu Silicone KE104 Gel bestehen kann. In diesem Fall
kann eine Beeinflussung durch die Formänderung in der
25
Grenzfläche bei vielen Anwendungen vernachlässigt werden, weil die Brechzahlen der elastischen Teile 1 und 2 nahe
beieinander liegen.
In Fig. 5B wird ein Werkstoff mit negativer Brechkraft 30
verwendet. Diejenigen Bauteile, die in Fig. 5A gezeigten Bauteilen gleichen, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Bei der in Fig. 5B erläuterten Ausführungsform ist der obere Rand des lichtdurchlässigen elastischen
Teils 2 mit der Blendenplatte 3 verbunden bzw. verklebt,
während seine untere Oberfläche mit der Glasplatte 4 verbunden
bzw. verklebt ist.
-12- DE 5441
, Nachstehend wird ein Steuerungsverfahren für das Element
mit veränderlicher Brechkraft, das für das Varioobjektiv
geeignet ist, erläutert. Bei der erläuterten Ausführungsform erfolgt die Scharfeinstellung unter Berücksichtigung
c der Änderung der Vergrößerung und der Änderung der Entfernung
vom Objekt durch Änderung der Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft. Die Scharfeinstellung wird
infolgedessen schneller erreicht als bei dem bekannten System, bei dem die Linseneinheit bewegt wird. Andererseits
,Q ist wegen einer Änderung der Brechkraft des Elements mit
veränderlicher Brechkraft infolge einer Temperatüränderung
eine rückführungslose Steuerung der Brechkraft schwierig. Bei der erläuterten Ausführungsform wird der Schärfezustand
eines auf die Abbildungseinrichtung projizierten Bildes
durch das Bildsignal ermittelt, das aus der Abbildungseinrichtung erhalten wird, die in einer vorgegebenen Bildebene
des Varioobjektivs angeordnet ist, und die Brechkraft des
Elements mit veränderlicher Brechkraft wird derart gesteuert, daß immer die höchste Schärfe erzielt wird. Die Brechzahl
des Elements mit veränderlicher Brechkraft wird unter Ausnutzung der schnellen Ansprechzeit der Änderung der
Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft mit einer hohen Geschwindigkeit um einen geringen Betrag verändert,
so daß die Richtung, in der die Schärfe zunimmt,
ermittelt wird. Die Erfindung ist für eine Fernsehkamera 25
oder eine Videokamera besonders gut geeignet. Ein typischer Zeitabschnitt für die mit hoher Geschwindigkeit erfolgende,
geringe Änderung der Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft ist der Zeitabschnitt eines Teilbildes
In der folgenden Beschreibung wird das in Fig. 5A und 5B gezeigte Element mit veränderlicher Brechkraft angewandt.
Fig. 6 zeigt den grundlegenden Aufbau einer Steuerschaltung 35
für das Element mit veränderlicher Brechkraft. Die Steuerschaltung
weist ein ladungsgekoppeltes Bauelement 7 (nach-
-13- DE 5441
stehend als CCD-Element bezeichnet), das in einer vorgegebenen
Brennebene des Gesamtsystems angeordnet ist, einen Treiber 8 für die Ansteuerung des CCD-Elements 7 und einen
Zeitgebersignalerzeuger 9 zur Erzeugung eines Zeitgebersi-
_ gnals für das Gesamtsystem auf. Das Bildsignal, das durch
das CCD-Element 7 erzeugt wird, wird mit einem Synchronisierungssignal
kombiniert, um ein Videosignal zu bilden, das einer Schärfezustands-Ermittlungseinrichtung 10 zugeführt
wird. Die Schärfezustands-Ermittlungseinrichtung 10 ermittelt für jedes Teilbild in Übereinstimmung mit dem
durch den Zeitgebersignalerzeuger 9 erzeugten Zeitgebersignal den Schärfezustand des Bildes, das auf eine vorgegebene
Fläche auf dem CCD-Element 7 projiziert wird, und führt einem Mikroprozessor 11 ein Ermittlungssignal zu. Am
Ende der Ermittlung durch die Schärfezustands-Ermitt-15
lungseinrichtung 10 liest der Mikroprozessor 11 in Übereinstimmung
mit dem Ausgangssignal des Zeitgebersignalerzeugers 9 das ermittelte Schärfezustandssignal ein. Die in
Fig. 5 gezeigte Hochspannungserzeugungsschaltung, die auch
in Fig. 6 mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet ist, verän-20
dert die Spannung Vjj, die an die in Fig. 5 gezeigten ringförmigen
piezoelektrischen Elemente 5 anzulegen ist, in Übereinstimmung mit dem Steuersignal S^, das durch den
Mikroprozessor 11 erzeugt wird. Wenn ein Anwender bzw. Bediener eine gewünschte Vergrößerung wählt, erzeugt eine
Brennweitenänderungs-Steuervorrichtung 12 ein entsprechendes Signal S2/ das mit dem Steuersignal S^ kombiniert und
an die Hochspannungserzeugungsschaltung 6 angelegt wird.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Schärfezustands-
Ermittlungseinrichtung 10 mit einer Differenzier- oder
Differentialschaltung 10-1 zum Differenzieren des von dem
CCD-Element 7 zugeführten Bildsignals, einer Absolutwertschaltung 10-2, einer Integrierschaltung 10-3 und einem
A/D-Wandler 10-4. Die Integrierschaltung 10-3 integriert das Eingangssignal für einen vorgegebenen Zeitabschnitt in
Übereinstimmung mit dem durch den Zeitgebersignalerzeuger 9
-14- DE 5441
erzeugten Zeitgebersignal. Das integrierte Signal wird einer A/D-Wandlung unterzogen, und das digitale Signal wird
dem Mikroprozessor zugeführt. Durch diese Anordnung wird der Kontrast des auf das CCD-Element projizierten Bildes
ermittelt und zur Bewertung des Schärfezustands des Bildes verwendet.
Nachstehend wird ein Rechenschema für die Steuerung der Brechzahl des Elements mit veränderlicher Brechkraft erläu-
^q tert. Fig. 8 zeigt ein grundlegendes Ablaufschema. Die
Schärfezustände von zwei Bildern, die unter zwei verschiedenen Bedingungen ermittelt werden, unter denen die Brechzahlen
des Elements mit veränderlicher Brechkraft in geringem Maße verschieden sind und folglich die Lägen der BiIdebene
des Gesamtsystems in geringem Maße verschieden sind, werden verglichen, und die Brechkraft des Elements mit
veränderlicher Brechkraft wird in der Richtung verändert, in der die Schärfe zunimmt.
In Fig. 8 wird das Steuersignal S derart an die Hochspannungserzeugungsschaltung
6 angelegt, daß die an die ringförmigen piezoelektrischen Elemente angelegte Spannung
Vj1 gleich dem Inhalt eines Registers V1 ist. Dann wird der
Schärfezustand A in ein Register A1 eingelesen. Der Inhalt
eines Registers V2 wird auf V1 + ^V (^V
> 0) eingestellt, und Vjj wird so gesteuert, daß sie gleich V2 ist. Dann wird
der Schärfezustand A in ein Register A2 eingelesen, und A1
und A2 werden verglichen. Wenn A1
< A2, nimmt die Schärfe zu, wenn V11 erhöht wird. Infolgedessen wird V1 zu V2 verändert
und A1 zu A2 verändert, und V2 = V1 + Avi wird als V11
angelegt. Der Vergleich von A1 und A2 wird wieder durchgeführt.
Wenn A1 > A2, muß Vj1 vermindert werden. Infolgedessen
wird V2 zu V1 verändert und A2 zu A1 verändert, und
V1 = V1 - ^V wird als Vj1 angelegt. Dann werden die Schärfezustände
verglichen.
35
35
-15- DE 5441
Auf diese Weise wird die Brechkraft des Elements mit veränderlicher
Brechkraft immer in der Richtung verändert, in der die Schärfe zunimmt, so daß ein Bild mit hoher Qualität
erzeugt wird.
Fig. 9 zeigt ein verbessertes Rechenschema für die Steuerung der Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft.
In Fig. 9 zeigt V1 -♦ VH (i = 1 bis 6) an, daß das
Steuersignal S derart >an die Hochspannungserzeugungsschaltung 6 angelegt wird, daß die an die ringförmigen piezoelektrischen
Elemente 5 angelegte Spannung den Inhalt des Registers V1 des Mikroprozessors erreicht, und A^-«—A
(i = 1 bis 6) zeigt an, daß der Schärfezustand des Bildes in das Register A^ eingelesen wird, wenn die angelegte
Spannung VH gleich V^ ist.
Wie es in Fig. 9A gezeigt ist, wird nach der Initiierung T-2 eine Höchstwertermittlung T-3 durchgeführt. Bei der
Höchstwertermittlung T-3 wird die an die ringförmigen piezoelektrischen Elemente angelegte Spannung VH verändert,
20
und die Werte V1, V2 und V3 (V1
< V2 < V3), die bewirken,
daß die Schärfezustände A1, A2 und A3 unter den drei Bedingungen
V1, V2 und V3 den Ungleichungen A1
< A2 und A2 > A3
genügen, werden gesucht. Wenn solche Werte V1, V2 und V3
ermittelt werden, ist die Schärfe des Bildes am höchsten, 25
wenn VH zwischen V1 und V3 liegt. Bei der nächsten Annäherung
T-4 wird VH zwischen V1 und V3 verändert, und der
Wert V2, der bewirkt, daß die Schärfe am höchsten ist, wird
ermittelt und als VH an die ringförmigen piezoelektrischen
Elemente angelegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Brechkraft
des Elements mit veränderlicher Brechkraft derart gesteuert worden, daß die optimale Brennebene für die gegenwärtige
Vergrößerung des Varioobjektivs und für die gegenwärtige
Entfernung von dem Objekt mit der Bildebene des CCD-Elements, bei der es sich um die vorgegebene Bildebene han-
delt, übereinstimmt.
-16- DE 5441
- In einem Monitor T-5 wird die Ermittlung des Schärfezustands
mit dem konstanten Wert VH wiederholt, um jede Änderung der Schärfe zu überwachen. Wenn keine Änderung
festgestellt wird, wird die Überwachung fortgesetzt. Wenn
._ eine Änderung festgestellt wird, wird ein Wiederanlauf T-6
Ji
initiiert, und die Höchstwertermittlung T-3 und die Annäherung
T-4 werden wiederholt, um den optimalen Wert für VH
festzulegen, so daß die Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft verändert wird, um die höchste Qualität
des Bildes sicherzustellen. Wenn für einen vorgegebenen Zeitabschnitt, beispielsweise 1 s lang, keine Änderung der
Schärfe festgestellt wird, wird der Wiederanlauf T-6 zwangsläufig initiiert, um den Wert VH neu einzustellen.
Es ist möglich, daß der anfänglich festgelegte Wert für VH
wegen verschiedener Fehler nicht der beste Wert ist oder daß eine sehr schnelle Änderung des Schärfezustands eintritt,
die nicht ermittelt werden kann. Dieser zwangsläufige Wiederanlauf verhindert infolgedessen, daß für VH ein
unrichtiger Wert festgelegt wird.
Bei einer in Fig. 9B gezeigten Initiierung T-2 werden die Werte V2, Avi un<* Δν2, die bei der nächsten Höchstwertermittlung
notwendig sind, auf Vq und Avo ^Vq
> 0) eingestellt.
Fig. 9C zeigt ein Beispiel für die Höchstwertermittlung T-3. Die angelegte Spannung VH wird auf V1 = V1 - AV1; V2
und V3 = V2 +Av2 eingestellt, und die Schärfezustände A1,
A2 und A3 bei diesen angelegten Spannungen werden ermittelt
und verglichen. Wenn eine Differenz zwischen A1, A2 und Ag
kleiner ist als ein minimales feststellbares Schärfeinkrement Δα, wird V1 zu einem kleineren Wert und V3 zu einem
größeren Wert verändert, und die Inkremente Δνι un<* AV2
für die Änderung von VH werden ebenfalls verändert. A1, A2
und A3 werden verglichen, und wenn A2 den größten Wert hat,
liegt der Schärfezustand, der die höchste Schärfe liefert, zwischen V1 und V3. Der Prozeß kehrt folglich zurück.
-17- DE 5441
Falls AjL > Ä2
> A3, wird die höchste Schärfe bei einem
niedrigeren Wert für VH erhalten. Die Werte von V1, \Λ>
und V3 werden infolgedessen vermindert. Falls A1 <£ K^
< A3, werden die Werte von V1, V2 und V3 erhöht. Dann werden die
Schärfezustände A1, K^ und A3 bei den neuen Werten von V1,
V2 und V3 verglichen. Diese Operation wird wiederholt, bis
die Werte von V1, V2 und V3 gefunden werden, die bewirken,
daß die Ungleichungen A1 < A2 und A2
> A3 erfüllt werden.
Wenn ein Kontrast des Objekts sehr niedrig ist oder wenn der Fall eintritt, daß die Entfernung vom Objekt nicht
eindeutig ermittelt werden kann, ist es möglich, daß die Ungleichungen A1 >
A2 und A2 < A3 erfüllt werden. In
diesem Fall wird keine Höchstwertermittlung erzielt. Folglich kann in einem Sucher angezeigt werden, daß die Scharf-15
einstellung unmöglich ist, oder der Prozeß kann zum Start T-I zurückkehren, um den Prozeß nochmals zu versuchen,
"oder die Fläche auf dem CCD-Element, das den Schärfezustand ermittelt, kann verändert werden.
Da bei der Annäherung T-4 von Fig. 9D V1
< V2 < V3, die bewirken, daß die Ungleichungen A1
< A2 und A2 > A3 erfüllt
werden, bekannt sind, wird Vjj zwischen V1 und V3
verändert, um einen optimalen Wert für VH zu finden. Ein
zwischen V1 und V2 liegender Wert V4 und ein zwischen V2
und V3 liegender Wert Vg werden eingestellt, und die Schärfezustände
A4 und Ag für den Fall, daß VH gleich V4 bzw.
gleich Vg ist, werden mit dem Schärfezustand A2 für den
Fall, daß VH gleich V2 ist, verglichen. Wenn A2 den größten
Wert hat, ist die Schärfe am höchsten, wenn VH zwischen
V4 und V5 liegt. Folglich wird V1 auf V4 und wird V3 auf V5
eingestellt, um den Bereich von VH zu verkleinern, und der
Prozeß kehrt zum Start zurück. Wenn A4 den größten Wert
hat, ist die Schärfe am höchsten, wenn VH zwischen V1 und
V9 liegt, und wenn Ac den größten Wert hat, ist die Schär-
fe am höchsten, wenn VH zwischen V2 und V3 liegt. Folglich
-18- DE 5441
werden V1, V2 und V3 verändert, um den Bereich von VH zu
verkleinern, und der Prozeß kehrt zum Start zurück.
Durch Wiederholung der vorstehend erwähnten Schritte nähern sich V1, V2 und V3 an den optimalen Wert für VH an, und
die Differenz zwischen den Schärfezuständen A1, A2 und A3
erreicht das minimale feststellbare Schärfeinkrement ΔΑ.
In diesem Fall ist die Annäherung beendet, und V2 wird auf (V3 + V1)/2 eingestellt und als VH angelegt. Dann kehrt der
Prozeß zurück.
10
10
In einem Monitor T-5 von Fig. 9E ist VH gleich V2, und die
Brechzahl des Elements mit veränderlicher Brechkraft wird gesteuert, um die höchste Qualität des Bildes zu erhalten.
In dem Monitor T-5 wird eine Zeitzählung durchgeführt, und 15
dann wird für jedes Teilbild der Schärfezustand Ag
ermittelt und mit dem Schärfezustand A2 verglichen. Wenn
sich Ag im Vergleich zu A2 verändert hat, ist es erforderlich,
Vj1 auf den optimalen Wert zu verändern. Der Prozeß
kehrt infolgedessen zum Wiederanlauf T-6 zurück. 1 s nach
dem Beginn der Zeitmessung kehrt der Prozeß zum Wiederanlauf
T.-6 zurück, um nachzuprüfen, ob die gegenwärtige Spannung V11 den optimalen Wert hat. Auf diese Weise kehrt
der Prozeß in dem Monitor T-5 zum Wiederanlauf T-6 zurück, um die Höchstwertermittlung und die Annäherung zu wiederho-
len, wenn sich die Schärfe verändert oder wenn 1 s vergangen
ist. Da die anfänglichen Werte für V2, Δνι unt*
beim Wiederanlauf die Werte sind, die in dem vorangehenden Schritt die geeignetsten Werte waren, ist die Annäherung für die Änderung der Vergrößerung und die Änderung der
beim Wiederanlauf die Werte sind, die in dem vorangehenden Schritt die geeignetsten Werte waren, ist die Annäherung für die Änderung der Vergrößerung und die Änderung der
Entfernung vom Objekt bei normaler Geschwindigkweit bzw.
Lichtstärke sehr schnell. Infolgedessen folgt die Brechkraft schnell der Änderung der Vergrößerung und der Änderung
der Entfernung vom Objekt, sobald die Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft auf einen geeigneten
Wert eingestellt worden ist. Wenn keine Änderung der Vergrößerung oder der Entfernung vom Objekt eintritt, wird die
-19- DE 5441
Brechkraft in 1 s nur in einigen Teilbildern verändert. Infolgedessen tritt keine Defokussierung ein.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, ist das erfindungsge-
_ mäße Varioobjektiv einfach. Es hat eine gedrungene Bauwei-5
se und ermöglicht eine TTL-Autofokussiersteuerung, die
praktisch und schneller als das bekannte System ist, bei dem die Linseneinheit verschoben wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Varioobjektiv mit mehreren Linseneinheiten weist mindestens eine der Linseneinheiten ein
Element mit veränderlicher Brechzahl zum Zweck der Verstellung der Brennweite und der Scharfeinstellung auf. Die
Brechzahl des Elements mit veränderlicher Brechzahl des
Varioobjektivs wird durch ein Ausgangssignal aus einer
15
Autofokussiereinrichtung verändert.
Claims (6)
1. Varioobjektiv mit mehreren Linseneinheiten, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Linseneinheiten ein Element mit veränderlicher Brechkraft aufweist, das imstande
ist, eine Brechkraft zum Zweck der Verstellung der Brennweite und der Scharfeinstellung zu verändern.
2. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Linseneinheit, die das Element mit veränderlicher Brechkraft aufweist, stationär ist und eine andere Linseneinheit
zum Zweck der Verstellung der Brennweite entlang einer optischen Achse verschiebbar ist.
3. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Linseneinheit, die das Element mit veränderlicher Brechkraft aufweist, entlang einer optischen Achse verschiebbar
ist und eine andere Linseneinheit stationär ist.
4. Varioobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des Elements mit veränderlicher
Brechkraft einen veränderlichen Krümmungsradius hat.
—2—
5. Varioobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Element mit veränderlicher Brechkraft aus einem lichtdurchlässigen elastischen Werkstoff hergestellt ist.
6. Vorrichtung, gekennzeichnet durch
ein optisches System, das mindestens ein Element mit veränderlicher
Brechkraft aufweist,
eine Einstelleinrichtung zur Veränderung der Brechkraft des Elements mit veränderlicher Brechkraft,
eine Abbildungseinrichtung für die Abbildung eines Objektbildes durch das optische System,
eine Schärfezustands-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung
des Schärfezustands eines auf die Abbildungseinrichtung projizierten Bildes in Übereinstimmung mit einem aus der
Abbildungseinrichtung erhaltenen Bildsignal,
eine Einrichtung zur Verschiebung des Objektbildes entlang einer optischen Achse über eine vorgegebene Strecke,
eine Einrichtung für den Vergleich der Schärfezustände der
Bilder bei verschiedenen Lagen des Objektbildes zur Ermitt-25
lung der Einstellrichtung für das Objektbild bezüglich einer vorgegebenen Bildebene und
eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Einstelleinrichtung in Übereinstimmung mit der Einstellrichtung.
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