DE3807753A1 - Zoom-verstellvorrichtung fuer ein zoom-objektiv einer kamera und dergl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zoom-Verstellvorrichtung für ein Zoom-Objektiv in Kameras, insbesondere in Stehbild-, Video­ kameras u.dgl.

Nachstehend wird anhand von Fig. 5A bis 5C und Fig. 6 ein Beispiel einer herkömmlichen Zoom-Verstellvorrichtung für ein aus zwei Linsengliedern aufgebautes Zoom-Objektiv in Ka­ meras u.dgl. beschrieben. Fig. 5A und 5C sind Schnitte mit einer Darstellung des Betriebszustandes, in dem das Zoom- Objektiv seine Weitwinkelstellung (die der Endstellung auf der Weitwinkelseite entspricht) bzw. die Telestellung (als Endstellung auf der Telefotoseite) einnimmt. Fig. 5B zeigt ein Diagramm des Bewegungsbetrages der Linsenglieder L 1 und L 2 bei einem Zoomvorgang, und Fig. 6 zeigt in auseinander­ gezogener Darstellung wesentliche Bauteile der Verstellvor­ richtung gemäß Fig. 5A und 5C.

Ein erstes Linsenglied L 1 und ein zweites Linsenglied L 2 sind an einem zugehörigen ersten bzw. zweiten Linsenglied- Halterahmen 31 bzw. 32 befestigt. Der Halterahmen 31 ist mittels eines Schraubengewindes mit einem Rahmen 33 für geradlinige Bewegung verschraubt und ist in einer Richtung entlang der optischen Achse des ersten Linsenglieds L 1 da­ durch bewegbar, daß er beim Fokussieren zur Veränderung seiner Fokusstellung gegenüber dem Rahmen 33 gedreht wird.

Der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 für das zweite Linsen­ glied L 2 sind in einem feststehenden Rahmen 35 beweglich an­ geordnet. Der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 weisen ferner zugehörende Mitnehmerzapfen 33 a bzw. 32 a auf, die einen in den Rahmen 35 in Richtung der optischen Achse eingearbeite­ ten Langschlitz 35 a so durchdringen, daß sie nicht in Um­ fangsrichtung geschwenkt werden können und in zugehörige Antriebssteuernuten 36 a und 36 b eingreifen, die in einen Einstellring 36 eingearbeitet sind.

Der feststehende Rahmen 35 ist an einem nicht dargestellten Kameragehäuse befestigt.

Wenn bei einer solchen Ausbildung der Einstellring 36 in der in Fig. 6 durch einen Pfeil a angegebenen Richtung gedreht wird, bewegen sich der Rahmen 33 und der Halterahmen 32 des zweiten Linsengliedes L 2, deren Drehbewegungen durch den feststehenden Rahmen 35 begrenzt werden, entlang der zugehö­ rigen Steuernuten 36 a und 36 b in einer Richtung entsprechend der optischen Achse aus dem in Fig. 5A dargestellten in den in Fig. 5C dargestellten Zustand, wobei ein Zoom-Vorgang in der Weise ausgeführt wird, daß sich das erste Linsenglied L 1 aus einer Stellung P 1 heraus entlang einer Kurve x in eine Stellung P 1′ und das zweite Linsenglied L 2 sich aus einer Stellung P 2 heraus entlang einer Kurve y in eine Stellung P 2′ bewegt (s. Fig. 5B).

Bei einer herkömmlichen Zoom-Verstellvorrichtung ist es also erforderlich, daß der Rahmen 33 für geradlinige Bewegung und der Halterahmen 32 für das zweite Linsenglied L 2 sich wäh­ rend eines Zoom-Vorganges getrennt entlang der zugehörenden Steuerkurven 36 a und 36 b bewegen und der Halterahmen 31 für das erste Linsenglied L 1 sich gegenüber dem Rahmen 33 be­ wegt.

Folglich werden mit größerwerdender Zahl der Linsenglieder kompliziertere Mechanismen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Zoom- Objektiv in Kameras u.dgl. eine Zoom-Verstellvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau mehrere Linsenglieder zu verstellen vermag.

Eine diese Aufgabe lösende Zoom-Verstellvorrichtung ist mit vorteilhaften Ausgestaltungen in den Patentansprüchen ge­ kennzeichnet.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung ein Lin­ senhalterahmen eines Zoomsystems bewegt wird, wird der Be­ trag bzw. die Größe seiner Bewegung von einem Detektor er­ faßt, der Betrag bzw. die Größe einer Bewegung eines Linsen­ halterahmens eines Fokussiersystems wird durch einen in ei­ nem Speicher gespeicherten Wert entsprechend dem erfaßten Betrag bestimmt, und der Halterahmen der Fokussierlinse wird um den ermittelten Betrag gegenüber dem Halterahmen der Zoomlinse in einer Richtung entlang der optischen Achse durch ein Steuergerät so verstellt, daß der für einen Zoom- Vorgang erforderliche Abstand zwischen den Linsengliedern durch Verstellen des Fokussier-Linsengliedes festgelegt werden kann.

Es ist folglich möglich, komplizierte Linsenglieder mit ei­ ner aus einer geringen Anzahl von Linsenglied-Halterahmen bestehenden Struktur zu verstellen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1A einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungs­ form einer Zoom-Verstellvorrichtung gemäß der Er­ findung für ein Zoom-Objektiv,

Fig. 1B ein Diagramm mit einer Darstellung von geometri­ schen Orten der Bewegung von Linsengliedern der Zoom-Verstellvorrichtung gemäß Fig. 1A,

Fig. 1C und 1D Längsschnitte durch die Zoom-Verstellvor­ richtung gemäß Fig. 1A in verschiedenen Betriebs­ zuständen,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Zoom-Ver­ stellvorrichtung gemäß Fig. 1A,

Fig. 3A einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungs­ form einer Zoom-Verstellvorrichtung gemäß der Er­ findung für ein Zoom-Objektiv,

Fig. 3B und 3C Längsschnitte durch die Zoom-Verstellvor­ richtung gemäß Fig. 3A in verschiedenen Betriebs­ zuständen, und

Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung der Zoom-Ver­ stellvorrichtung gemäß Fig. 3A.

Gemäß Fig. 1A bis 1D und Fig. 2 ist bei der dargestellten ersten Ausführungsform ein erstes Linsenglied L 1 an einem ersten Linsenglied-Halterahmen 1 und ein zweites Linsenglied L 2 an einem zweiten Linsenglied-Halterahmen 2 befestigt. Der Halterahmen 1 ist mit dem Halterahmen 2 durch ein Schrauben­ gewinde verschraubt. Der Halterahmen 2 weist einen Zapfen 2 a auf, der einen in einen feststehenden Rahmen 5 in einer der optischen Achse entsprechenden Richtung eingearbeiteten Langschlitz 5 a durchdringt und in eine Steuernut 6 a in einem Einstellring 6 eingreift. Folglich bewegt sich der Halterah­ men 2 für das zweite Linsenglied L 2 entlang der Steuernut 6 a in Richtung der optischen Achse, wenn der Einstellring 6 in gleicher Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung gedreht wird. Der Unterschied besteht darin, daß der Halterahmen 1 für das erste Linsenglied L 1 kein unabhängiger Linsenhalter ist, sondern über ein Schraubengewinde mit dem Halterahmen 2 des zweiten Linsengliedes L 2 vershraubt ist. Folglich sind Bauteile, die dem Rahmen 33 für geradlinige Bewegung, den Mitnehmerzapfen 33 a und der Steuernut 36 a entsprechen, weg­ gelassen, so daß ein einfacherer Aufbau erzielbar ist. Wird der Einstellring 6 entsprechend einem in Fig. 2 angegebenen Pfeil a gedreht, bewegt sich das erste Linsenglied L 1 ge­ meinsam mit dem zweiten Linsenglied L 2 in der Richtung der optischen Achse aus dem in Fig. 1A dargestellten in den in Fig. 1C dargestellten Zustand, derart, daß die beiden Lin­ senglieder L 1 und L 2 sich entsprechend zugehörigen Linien x′ und y aus den Stellungen P 1 und P 2 in Stellungen P 1′′ und P 2′ bewegen (s. Fig. 1B).

In diesem Zustand verändert sich die Fokusstellung, und die Brennweite verändert sich nicht. Deshalb wird zuvor in einer Speichereinheit 9 die entsprechend einem Betrag des Zoomvor­ gangs einzustellende Differenz zwichen den Bewegungen des ersten und des zweiten Linsengliedes L 1 und L 2 gespeichert, also die Differenz zwischen einer gestrichelten Linie x und der durchgezogenen Linie y (s. Fig. 1B). Mit dem Einstell­ ring 6 ist ein Zoombetrag-Detektor 7, z.B. ein Stellungsge­ ber, in der Weise verbunden, daß man einen Zoombetrag ent­ sprechend der Bewegung des Halterahmens 2 des zweiten Lin­ sengliedes L 2 erhält. Dieser Zoombetrag wird einem Steuer­ gerät 8 zugeführt, der den dem Zoombetrag entsprechenden Betrag einer Bewegung des Halterahmens 1 des ersten Linsen­ gliedes L 1 ausliest, um welchen der Halterahmen 1 in der Richtung der optischen Achse verstellt wird. Dadurch bewegt sich das erste Linsenglied L 1 bei einer Drehung des Ein­ stellrings 6 in der mit dem Pfeil a angegebenen Richtung entlang der gestrichelten Linie x (s. Fig. 1B) und erreicht am Ende des Zoom-Vorganges die Stellung P 1′. Dieser Zustand ist in Fig. 1D dargestellt. Es ist somit möglich, die Brenn­ weite zu verändern, ohne die Fokusstellung zu ändern. Die Bewegung des Halterahmens 1 ist nichts anderes als eine Fo­ kussierung; es kann somit möglich sein, eine Fokussierung und eine Korrektur zum Zoomen gleichzeitig auszuführen.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 3A bis 3C und Fig. 4 ist eine Zoom-Verstellvorrichtung auf ein Zoom-Objek­ tiv angewandt, welches vier Linsenglieder L 1 bis L 4 auf­ weist. Zum Ändern einer Brennweite des Zoom-Objektivs bewegt sich jedes der Linsenglieder L 1 bis L 4 unabhängig. Eine Än­ derung einer Fokusstellung des Zoom-Objektivs wird erreicht, indem zum Fokussieren das erste Linsenglied L 1 verstellt wird.

Die vier Linsenglieder L 1 bis L 4 sind an vier zugehörenden Halterahmen 11 bis 14 befestigt. Der Halterahmen 11 für das erste Linsenglied L 1 ist mit dem Halterahmen 13, der als langer Tubus ausgebildet ist, mit einem Schraubengewinde verschraubt. Der Halterahmen 1 ist zum Fokussieren gegenüber dem Halterahmen 13 über ein Zahnrad-Untersetzungsgetriebe 17 durch eine Drehbewegung eines Fokussiermotors 18 drehbar und bewegt sich in Richtung der optischen Achse. Die vom Fokus­ siermotor 18 erzeugte Drehbewegung wird von einem Fokussier- Fotounterbrecher 19 erfaßt, der einen Ausgang an ein Steuer­ gerät 23 abgibt.

Folglich wird ein Drehwinkel des Fokussiermotors 18, also der Betrag einer Bewegung des Halterahmens 11 des ersten Linsengliedes L 1, vom Steuergerät 23 erfaßt.

Die Halterahmen 12 und 14 des zweiten und des vierten Lin­ sengliedes L 2 bzw. L 4 sind in den Halterahmen 13 des dritten Linsenglied L 3 so eingebaut, daß sie gegenüber dem Halterah­ men 13 in Richtung der optischen Achse verschiebbar sind.

Der Halterahmen 13 ist in einen feststehenden Rahmen 15, der an einem nicht dargestellten Kameragehäuse befestigt ist, in Richtung der optischen Achse verschiebbar angeordnet. Die Halterahmen 12, 13 und 14 des zweiten, dritten und vierten Linsengliedes L 2, L 3 bzw. L 4 tragen je einen Mitnehmerzapfen 12 a, 13 a bzw. 14 a, welche einen in den Rahmen 15 in der der optischen Achse entsprechenden Richtung eingearbeiteten Langschlitz 15 a für geradlinige Bewegung durchdringen und in zugehörende Steuernuten 16 a, 16 b und 16 c in einem Einstell­ ring 16 eingreifen. Die Mitnehmerzapfen 12 a und 14 a durch­ dringen zugehörende Nuten 13 b und 13 c in Form von Aussparun­ gen im Halterahmen 13, derart, daß eine Bewegung des Halte­ rahmens 13 nicht verhindert wird.

Der Einstellring 16 ist zum Zoomen über ein Zahnrad-Unter­ setzungsgetriebe 20 mit einem Zoommotor 21 so verbunden, daß er drehantreibbar ist.

Der Zoommotor 21 erzeugt eine Drehbewegung, die in gleicher Weise wie beim Fokussiermotor 18 von einem Fotounterbrecher 22 erfaßt wird. Dieser gibt einen Ausgang an das Steuergerät 23 ab, wodurch der Drehwinkel erfaßt wird.

Außerdem sind mit dem Steuergerät 23 betriebsmäßig verbunden eine Speichereinheit 24, in der vorab der theoretische Wert einer Differenz zwischen den Bewegungen der Halterahmen 11 und 13 entsprechend einer Brennweite des Zoom-Objektivs ge­ speichert wird, und ein Entfernungsmesser 25, der die Ent­ fernung zu einem Aufnahmeobjekt erfaßt.

Die Arbeitsweise ist folgende: Wenn ein nicht dargestellter Zoom-Schalter zum ersten Mal betätigt wird, wird der Zoom­ motor 21 eingeschaltet und dreht den Einstellring 16. Weil die Schwenkbewegung der Mitnehmerzapfen 12 a, 13 a und 14 a durch den Langschlitz 15 a begrenzt wird, bewegen sich die Halterahmen 12, 13 und 14 entlang der zugehörenden Steuer­ nuten 16 a, 16 b und 16 c in Richtung der optischen Achse. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1 zusammen mit dem Halterahmen 13 des dritten Linsengliedes L 3 in Richtung der optischen Achse.

Das Steuergerät 23 erfaßt mittels des Fotounterbrechers 22 einen Zoombetrag. Das Steuergerät 23 liest den Zoombetrag, also einen der Brennweite entsprechenden theoretischen Wert einer Differenz zwischen den Bewegungen der Halterahmen 11 und 13, aus der Speichereinheit 24 aus und addiert ihn zu einem Bewegungsbetrag für ein Fokussierglied, d.h. für den Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1, der einer Infor­ mation über die Entfernung zu einem Aufnahmeobjekt ent­ spricht, welche vom Entfernungsmesser 25 abgeleitet wird. Danach wird der Fokussiermotor 18 so gedreht, daß er den Halterahmen 11 um einen im Steuergerät 23 berechneten Betrag verstellt. Auf diese Weise werden Zoom- und Fokussiervorgän­ ge gleichzeitig ausgeführt. Nach Beendigung der fotografi­ schen Aufnahme wird der Halterahmen 11 des ersten Linsen­ gliedes L 1 vom Fokussiermotor 18 wieder in die Unendlich- Stellung bewegt.

Der theoretische Wert einer Differenz zwischen Bewegungen der Halterahmen 11 und 13 des ersten bzw. dritten Linsen­ gliedes L 1 und L 3, der zuvor im Speicher 24 gespeichert wird, kann für jede erforderliche Brennweite vorbereitet werden. Wenn wegen begrenzter Kapazität des Speichers 24 die Datenanzahl bzw. -menge beschränkt ist, können die theoreti­ schen Werte durch Interpolieren zwischen vorbereiteten Daten gewonnen und somit ihre Genauigkeit erhöht werden.

Beispielsweise sind im Speicher 24 Bewegungsbeträge b 1 und b 2 für den Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1 ge­ speichert, die zugehörigen Brennweiten f 1 und f 2 entspre­ chen. Wenn sich nun aufgrund einer Entfernungsmessung für den Halterahmen 11 ein Bewegungsbetrag bs ergibt, läßt sich der Betrag bzw. die Größe der endgültigen Bewegung b des Halterahmens 11, die einer Brennweite fo entspricht, bei welcher die Beziehung f 1≦fo≦f 2 erfüllt ist, folgender­ maßen darstellen:

b = bs + b 1 + (b 2-b 1) (f 1-fo)/(f 1-f 2)

Ferner, wenn der einer Brennweite entsprechende Betrag einer Bewegung durch eine Näherungsgleichung dargestellt wird, reicht es aus, wenn nur Koeffizienten der Gleichung gespei­ chert werden.

Wenn beispielsweise die Näherungsgleichung

b = bs + Afo² + Bfo + C

lautet, kann es genügen, nur die Konstanten A, B und C zu speichern.

Wenngleich bei der zweiten Ausführungsform der Halterahmen 11 des ersten Linsengliedes L 1 durch Drehen des Einstell­ ringes 16 zusammen mit dem Halterahmen 13 des dritten Lin­ sengliedes L 3 bewegt wird, kann er zusammen mit dem Halte­ rahmen 12 bzw. 14 des zweiten bzw. vierten Linsengliedes verstellt werden. Alternativ kann das Fokussier-Linsenglied von anderen Linsengliedern gebildet sein. Dies ist außerdem auf Zoom-Objektive mit zwei oder drei Linsengliedern anwend­ bar. Beim gezeigten Beispiel wird der Zoom-Vorgang mit dem elektrischen Antrieb durchgeführt; eine manuelle Ausführung ist möglich.

Wenngleich beim beschriebenen Beispiel der Zoombetrag und der Bewegungsbetrag der Fokussierlinse mit einem Fotounter­ brecher erfaßt werden, leuchtet es ein, daß der Zoombetrag und die Bewegung des Halterahmens des ersten Linsengliedes L 1 relativ zum zweiten Linsenglied L 2 dadurch erfaßt werden kann, daß der Drehwinkel des Einstellrings oder die Bewegung des Halterahmens des ersten Linsengliedes L 1 aus einer Be­ zugsstellung heraus statt mit einem Fotounterbrecher mit einem Stellungsgeber ermittelt wird.

Claims (5)

1. Zoom-Verstellvorrichtung für ein Zoom-Objektiv in einer Kamera u.dgl., gekennzeichnet durch

• - einen Halterahmen (2; 12, 13, 14) für eine Linse des Zoom­ systems, der aus wenigstens einem Rahmen zusammengesetzt ist zum Verändern seiner Brennweite durch Verstellen des Rahmens in einer Richtung entsprechend der optischen Achse,
• - einen Halterahmen (1; 11) für eine Linse des Fokussier­ systems, der sich bei einem Zoom-Vorgang zusammen mit dem Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoom-Systems bewegt und in diesem so gehalten ist, daß er bei einem Fokussiervorgang in einer Richtung entsprechend der opti­ schen Achse verstellbar ist,
• - einen Detektor (7; 22) zum Erfassen von Bewegung des Hal­ terahmens (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoom-Systems aus einer Bezugsstellung heraus,
• - einen Speicher (9; 24) zum Speichern der Differenz zwi­ schen der Stellung des Halterahmens (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems, bezogen auf seine Normalstellung, und einer Bewegung des Halterahmens (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems aus der Bezugsstellung heraus in Form eines Korrekturbetrages, und zur Abgabe eines gespei­ cherten Wertes, welcher der vom Detektor (7; 22) erfaßten Bewegung des Halterahmens (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsytems aus der Bezugsstellung heraus entpricht, und
• - ein Steuergerät (8; 23) zum Verstellen des Halterahmens (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems gegenüber dem Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems in einer Richtung entsprechend der optischen Achse in Über­ einstimmung mit einem Ausgang des Speichers (9; 24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (7; 22) einen Stellungsgeber umfaßt, der eine Drehbewegung eines Zoom-Einstellrings (16), welcher den Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems verstellt, aus einer Bezugsstellung heraus zu erfassen vermag.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zoom-Einstellring (16) eine Antriebssteuernut (16 a, 16 b, 16 c) aufweist zum Verstellen des Halterahmens (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems in einer Richtung entsprechend der optischen Achse und zum Zoomen durch einen Motor (21) antreibbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät ein Steuergerät (23) ist, das den Halterah­ men (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems gegenüber dem Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems in einer Richtung entsprechend der optischen Achse in der Weise zu verstellen vermag, daß es eine zusätzliche Bewegung des Halterahmens (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems gegenüber dem Halterahmen (2; 12, 13, 14) für die Linse des Zoomsystems bewirkt, die der Beziehung zwischen einem Aus­ gang eines Entfernungsmessers (25) und einem Ausgang des Speichers (24) entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (1; 11) für die Linse des Fokussiersystems beim Fokussieren mittels eines Motors (18) drehantreibbar ist, die Winkelverstellung des Motors (18) von einem Foto­ unterbrecher (19) erfaßt wird und ein vom Detektor (19) erfaßter Ausgang an das Steuergerät (23) abgegeben wird.