DE3810504A1 - Scharfstellvorrichtung fuer zoomobjektive - Google Patents
Scharfstellvorrichtung fuer zoomobjektiveInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Scharfstellvorrichtung für
Zoomobjektive nach dem Gattungsbegriff von Anspruch 1, welche in
fotografischen Kameras oder dgl. verwendet werden kann.
In Zoomobjektiven, in denen die Scharfstellung dadurch
bewerkstelligt wird, daß eine bewegliche Linse in einer
Hauptlinsengruppe bewegt wird, ändert sich die Brennpunktlage der
Hauptlinsengruppe, wenn die Vergrößerung in einer
Zoomlinsengruppe geändert wird, auch, wenn die Entfernung zum
Objekt konstant bleibt. Wenn die Brennpunktlage konstant gehalten
werden soll, ist es daher erforderlich, die Brennweite so zu
berechnen, daß die Position der beweglichen Linse der Hauptlinsengruppe
automatisch korrigiert wird. Hierzu kann z. B, wie in den
Japanischen Offenlegungsschriften 57-186872, 52-114321 u. a.
beschrieben, eine Bewegungsrechenschaltung (moving-range
calculating circuit) vorgesehen sein, in welcher Positionsinformationen
der beweglichen Linse der Hauptlinsengruppe in Abhängigkeit
von der Brennweite und der Objektentfernung in Form einer
Berechnungsformel oder einer Tabelle gespeichert sind, um die
Brennweite zum Zweck der Korrektur der Position der beweglichen
Linse berechnen zu können. Im allgemeinen wird eine Digitalschaltung
benutzt, um die Positionsinformation in Form einer
Berechnungsformel oder einer Tabelle bereit zu halten.
Soweit hierbei eine Digitalschaltung benutzt wird, wird die Steuergenauigkeit
vom Auflösungsvermögen der verwendeten Analog-
Digital- und Digital-Analog-Umwandler beeinflußt. Wenn das Auflösungsvermögen
erhöht wird, werden die Umwandlungsschaltungen
entsprechend aufwendig, während, falls das Auflösungsvermögen
niedrig gehalten wird, eine stetige Steuerung unmöglich wird,
wodurch die Bildqualität leidet. Bei automatischer Scharfstellung
kommt es selten vor, daß die Bildqualität schlecht wird, da die
Information bezüglich Brennweite und Öffnung in eine Regelschleife
eingespeist werden, welche die gesamte Scharfstellung
steuert. Bei manueller Scharfstellung, bei der keine
Korrekturmittel vorgesehen sind, besteht dagegen eine starke
Tendenz, daß die Bilder schlecht werden. Darüber hinaus sind die
Umwandlungsschaltungen unstabil und lassen sich nicht
vereinfachen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die
vorstehenden Probleme zu lösen. Eine weitere Aufgabe besteht
darin, eine Scharfstellvorrichtung für Zoomobjektive zu schaffen,
die einfach in der Herstellung ist und genau arbeitet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
die in einer Lade- und Entladeeinrichtung gespeicherte elektrische
Ladung entladen und die Entladungszeit wird mittels eines
Abtastimpulses, der von einer Abtastimpulsschaltung zu einem von
der Position der Linsen abhängigen Zeitpunkt erzeugt wird, geändert,
so daß eine der Linsenposition entsprechende Spannung entsteht.
Auf diese Weise entsteht eine Scharfstellvorrichtung die
einfach aufgebaut, unaufwendig und genau in der Arbeitsweise
ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfaßt
folgende Kombination:
- a) eine Zoomlinsengruppe (A) mit einem mittels eines Zoomrings (14) einstellbaren, drehbaren Kurvenmechanismus (C) zum Vorwärts- oder Rückwärtsbewegen einer verschieblichen Linse, wobei der Kurvenmechanismus (C) so ausgelegt ist, daß der Drehwinkel des Zoomrings (14) eine logarithmische Funktion der Brennweite der Zoomlinsengruppe darstellt,
- b) eine Hauptlinsengruppe (B), welche mit einer Antriebsvorrichtung (23) zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen einer darin verschieblichen Linse ausgestattet ist,
- c) eine elektrische Lade- und Entladeeinrichtung (70),
- d) eine Stromquelle zum Aufbringen eines Ladestroms auf die Lade- und Entladeeinrichtung (70), deren Spannung von der Entfernung eines aufzunehmenden Objekts vom Aufnahmeapparat abhängt,
- e) eine Abtastimpulsgeneratorschaltung (60) zum Erzeugen eines Abtastimpulses (sampling pulse), wobei sich der Zeitpunkt des Auftretens des Abtastimpulses mit der Stellung des Zoomrings (14) ändert,
- f) eine Abtast- und Halteschaltung (sampling-and-hold circuit means) (65, 75) zum Halten einer Ausgangsspannung der Lade- und Entladeeinrichtung (70) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Auftretens des besagten Abtastimpulses und zum Steuern der Antriebsvorrichtung (32) der Hauptlinsengruppe (B) mittels der Ausgangsspannung der besagten Lade- und Entladeeinrichtung.
Bei der erfindungsgemäßen Scharfstellvorrichtung wird der
Kurvenmechanismus C durch Drehen des Zoomrings 14 in Drehung
versetzt, wodurch die bewegliche Linse der Zoomlinsengruppe (A)
mittels des Kurvenmechanismus C vorwärts und rückwärts bewegt
wird. Aufgrund der Tatsache, daß der Zoomring 14 entsprechend
einer logarithmischen Funktion der Brennweite der Zoomlinsengruppe
A eingeteilt ist, bewegt sich die bewegliche Linse mittels
des Kurvenmechanismus C entsprechend der logarithmischen Funktion
relativ zur Drehung des Zoomrings 14 vorwärts und rückwärts. Die
Position des Zoomrings 14 wird abgetastet während sich die
bewegliche Linse vorwärts und rückwärts bewegt, und die
Abtastimpulsgeneratorschaltung 60 erzeugt einen der Position des
Zoomrings 14 entsprechenden Impuls. Eine Spannung, die sich in
Abhängigkeit von der über die Objektentfernung erhaltenen Information
ändert, wird an der Lade- und Entladeeinrichtung 70 angelegt
und die Ausgangsspannung der Lade- und Entladeschaltung, die
sich durch Entladungen ändert, wird konstant gehalten. Die Antriebsvorrichtung
23 wird mit der gehaltenen Ausgangsspannung
angetrieben um die bewegliche Linse der Hauptlinsengruppe B anzutreiben
und dadurch die Scharfstellung zu bewirken.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der Beschreibung, in der im folgenden anhand der
Zeichnung einige Ausführungsbeispiele erörtert werden. Dabei
zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Scharfstelleinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Scharfeinstelleinrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 2
dargestellten Einrichtung,
Fig. 4 die perspektivische Darstellung eines Teils der
Einrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 5 ein zeitliches Diagramm der in der Schaltung gemäß
Fig. 1 erzeugten Wellenformen,
Fig. 6 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Spannung im
Entladungsstromkreis,
Fig. 7 ein Diagramm der Ausgangsspannung der Abtast- und
Halteschaltung,
Fig. 8 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Scharfstelleinrichtung, und
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Scharfstelleinrichtung.
Gemäß den Fig. 1 bis 4 ist ein zylindrischer Basistubus 1 an
seinem hinteren Ende mit einem Anschlußstück 2 ausgestattet, mit
welchem er mittels eines Adapters o. dgl. mit einem Kameragehäuse
verbunden werden kann. Ein zylindrisches Fassungsrohr 4 ist über
einen zylindrischen, feststehenden Tubus 3 am vorderen Teil des
Basistubus 1 befestigt. Eine erste Linsengruppe, die von einer
ersten, zweiten und dritten Linse L₁, L₂ und L₃ gebildet wird, ist
im Inneren des vorderen Teils des zylindrischen Fassungsrohrs 4
in einer ersten Linsengruppenfassung 5 angeordnet.
Weiterhin sind eine zweite Linsengruppe, die als Änderungsglied
(variator) wirkt und von einer vierten, fünften und sechsten
Linse L₄, L₅ und L₆ gebildet wird, und eine dritte Linsengruppe,
die als Kompensator wirkt und von einer siebten Linse L₇ gebildet
wird, im Inneren des Fassungsrohrs 4 in einer zweiten
Linsengruppenfassung 6 und einer dritten Gruppenfassung 7 angeordnet,
mit denen sie in axialer Richtung vorwärts und rückwärts bewegt
werden können. Hierzu sind die zweite Linsengruppenfassung 6 und
die dritte Linsengruppenfassung 7 in axialer Richtung vor- und
zurückbewegbar an einer Anzahl von Führungsstangen 8 geführt, die
parallel zueinander verlaufen und im Inneren des unteren und
oberen Teils des Fassungsrohrs 4 angeordnet sind.
Aus den Oberseiten der zweiten und dritten Linsengruppenfassung 6
bzw. 7 ragen Eingriffsmittel 9 und 10 heraus, die mit
entsprechenden Steuerkurven 11 a und 11 b eines zylindrischen
Kurvenrohrs 11 in Eingriff stehen. Das Kurvenrohr 11 ist im
Inneren des Fassungsrohrs 4 konzentrisch zu dessen Achse drehbar
gelagert. Ein Mitnehmer 13 ist an der Oberseite des Kurvenrohrs
11 angeordnet und ragt durch eine Umfangsöffnung 12 des Fassungsrohrs
4. Das Kurvenrohr 11 und die Steuerkurven 11 a und 11 b
bilden zusammen einen Kurvenmechanismus C.
Am äußeren Umfang des hinteren Teils des Fassungsrohrs 4 ist ein
zylindrischer Zoomring 14 konzentrisch mit dem Fassungsrohr
drehbar gelagert. Der Mitnehmer 13 des Kurvenrings 11 steht mit
dem inneren Umfang des Zoomrings 14 in Eingriff. An der Außenseite
des Zoomrings 14 ist ein Zoomhebel 15 befestigt und am
hinteren Ende des Zoomrings 14 ist ein mit dem Zoomring beweglicher,
rohrförmiger Ansatz 16 so angeformt, daß er dem äußeren
Umfang des festen Tubus 3 gegenübersteht.
Des weiteren sind die Steuerkurven 11 a und 11 b so geformt, daß
der Drehwinkel R des Zoomrings 14 folgende logarithmische
Funktion der Brennweite darstellt:
R = F log f - G
wobei f eine Brennweite und F und G Konstanten darstellen.
Wenn der Zoomring 14 mittels des Zoomhebels 15 in Drehung
versetzt wird, nimmt er das Kurvenrohr 11 über den mit dem
Zoomring 14 in Eingriff stehenden Mitnehmer 13 mit und bewegt auf
diese Weise die zweite und die dritte Linsengruppenfassung 6 bzw.
7 über die mit den Steuerkurven 11 a und 11 b in Eingriff stehenden
Eingriffsmittel 9 und 10 in axialer Richtung entlang den Führungsstangen
8 vorwärts und rückwärts. Auf diese Weise werden die
Linsen L₁-L₇ der zweiten und dritten Linsengruppe, die als
bewegliche Linsen wirken, vorwärts und rückwärts bewegt.
Eine vierte Linsengruppe, die von einer achten und neunten Linse
L₈ und L₉ gebildet wird, ist in einer vierten
Linsengruppenfassung 17 im Inneren des hinteren Teils des Fassungsrohrs
4 angeordnet.
Eine fünfte Linsengruppe, die von einer zehnten, elften und
zwölften Linse L₁₀, L₁₁ und L₁₂ gebildet wird, ist im Inneren des
Vorderteils des Basistubus 1 in einer fünften Linsengruppenfassung
18 angeordnet. Die fünfte Linsengruppenfassung 18 weist
im hinteren Teil einen festen Tubus 19 auf. Des weiteren ist eine
sechste Linsengruppe vorgesehen, die von einer dreizehnten und
vierzehnten Linse L₁₃ und L₁₄ gebildet wird. Diese Linsen sind
im Inneren des Basistubus 1 in einer Linsengruppenfassung 20 in
axialer Richtung vor- und zurückbewegbar angeordnet. Die sechste
Linsengruppenfassung 20 ist an einer im Inneren des Basistubus 1
angeordneten Führungsstange 21 vorwärts und rückwärts beweglich
gelagert. Ein Betätigungsansatz 22 ragt von der Oberseite der
sechsten Linsengruppenfassung 20 nach oben. Der Betätigungsansatz
22 ist mit der Antriebsstange 24 eines Linearmotors 23 verbunden,
der den Antrieb übernimmt. Am vorderen Teil der sechsten
Linsengruppenfassung 20 ist ein beweglicher Tubus 25 so angeformt,
daß er der Innenseite des festen Tubus 19 gegenübersteht.
Auf diese Weise wird die sechste Linsengruppenfassung 20 mittels
des Betätigungsansatzes 22 in axialer Richtung entlang der
Führungsstangen 21 vorwärts und rückwärts bewegt, sobald der
Linearmotor 23 eingeschaltet wird, um die Antriebsstange 24 vorwärts
und rückwärts zu bewegen. Dadurch werden auch die Linsen
L₁₃ und L₁₄ der Linsengruppe, die als bewegliche Linsen
wirken, vorwärts und rückwärts bewegt.
Die erste bis neunte Linse L₁-L₉ bilden eine Zoomlinsengruppe
A, und die zehnte bis vierzehnte Linse L₁₀-L₁₄ bilden eine
Hauptlinsengruppe B.
Zwischen dem Basistubus 1 und dem Zoomring 14 ist ein Lagefühler
31 für die Position des Zoomrings 14 und zwischen dem festen
Tubus 19 des Basistubus 1 und der sechsten Linsengruppenfassung
20 ein Lagefühler 32 für die Erfassung der Position der
Hauptlinsengruppe B vorgesehen.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Lagefühler
31 ein Elektrodenpaar 33 und 34 auf, die jeweils in
Umfangsrichtung einen halbkreisförmigen Querschnitt haben und
so am äußeren Umfang des festen Tubus 3 vor dem Basistubus 1
befestigt sind, daß sie umfangsmäßig benachbart und voneinander
isoliert sind. Eine Elektrode 35, die in Umfangsrichtung einen
im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist und deren
Länge gleich oder größer dem vom Umfang des Zoomrings 14 während
seiner Drehung zurückgelegten Weg ist, ist an der Innenseite des
beweglichen Tubus 16 im hinteren Teil des Zoomrings 14 befestigt.
Die Elektroden 33 und 34 des festen Tubus 3 sind von der
Elektrode 35 durch einen schmalen Spalt getrennt, so daß zwei
variable Kondensatoren 36 und 37 entstehen.
Beim Lagefühler 32 für die Hauptlinsengruppe, wie er in den
Fig. 2 und 4 gezeigt ist, ist ein Paar von zylindrischen
Elektroden 38 und 39 so am inneren Umfang des festen Tubus 19 am
inneren Vorderteil des Basistubus 1 befestigt, daß sie sich
axial gegenüberstehen und voneinander isoliert sind. Eine zylindrische
Elektrode 40, deren Breite gleich oder größer dem Verschiebeweg
der sechsten Linsengruppenfassung 20 ist, ist am äußeren
Umfang des beweglichen Tubus 25 vor der sechsten Linsengruppenfassung
20 befestigt. Die Elektroden 38 und 39 des festen
Tubus 19 sind so angeordnet, daß sie durch einen schmalen Spalt
von der Elektrode 40 des beweglichen Tubus 25 und dadurch zwei
variable Kondensatoren 41 und 42 bilden.
Gemäß Fig. 1 ist ein Referenzsignalgenerator 51 vorgesehen, um
Viereckswellen Φ₁ und Φ₂ zu erzeugen, die in ihrer Polarität
entgegengesetzt sind, sowie eine Dreieckswelle Φ₃ und einen Zeitimpuls
Φ₄. Ein Ausgang des Referenzsignalgenerators 51 für die
Viereckswelle Φ₁ ist mit der einen inneren Elektrode 33 des
Lagefühlers 31 für den Zoomring unter Zwischenschaltung
eines Widerstands 52 verbunden. Ein Ausgang für die Viereckswelle
Φ₂ ist mit der anderen inneren Elektrode 34 des Lagefühlers
31 für den Zoomring über einen Widerstand 53 verbunden, und ein
Ausgang für die Dreieckswelle Φ₃ ist mit den Elektroden 33 und 34
über entsprechende Widerstände 54 bzw. 55 verbunden. Eine
Abtastimpulsgeneratorschaltung 60 ist mit der äußeren Elektrode
35 des Lagefühlers 31 für den Zoomring verbunden. In der
Abtastimpulsgeneratorschaltung 60 ist der Ausgang eines Verstärkers
61 über einen Kondensator 62 mit dem normalen Eingang eines
Funktionsverstärkers 63 verbunden, der als Nulldurchgangskomparator
(zero crossing comparator) wirkt, wobei ein inverser Eingang
und ein Ausgang des Funktionsverstärkers 63 an Masse gelegt bzw.
mit einem monostabilen Multivibrator 64 verbunden ist.
Mit einer Lade- und Entladeschaltung 70 ist eine variable Spannungsquelle
66 verbunden, deren Ausgangsspannung mittels eines
Entfernungseinstellmittels 67 verändert werden kann. Die Lade-
und Entladeschaltung 70 wird von einem Kondensator 72 und einem
Widerstand 73 gebildet, die parallel zueinander geschaltet sind,
wobei beide Enden der Parallelschaltung über einen Schalter 71 an
der variablen Spannungsquelle 66 und an Masse liegen. Der Ausgang
für den Zeitimpuls Φ₄ des Referenzsignalgenerators 51 ist so mit
dem Schalter 71 verbunden, daß der Schalter durch den Zeitimpuls
Φ₄ geschlossen wird. Die Lade- und Entladeschaltung 70 ist mit
einer Abtast- und Halteschaltung 75 verbunden. Die Abtast- und
Halteschaltung 75 wird von einem Funktionsverstärker 78 gebildet,
der als Spannungsfolgeregler (voltage follower) wirkt. Der normale
Eingang des Funktionsverstärkers 78 ist mit der Lade- und
Entladeschaltung 70 mittels eines Schalters 76 und mit Erde
mittels eines Haltekondensators 77 verbunden. Ferner liegt ein
inverser Eingang des Funktionsverstärkers an seinem Ausgang. Die
Abtastimpulsgeneratorschaltung 60 ist so mit dem Schalter 76
verbunden, daß der Schalter durch den Abtastimpuls geschlossen
wird.
Die Abtast- und Halteschaltung 75 ist an eine Linsenantriebsschaltung
81 angeschlossen, welche von einem Funktionsverstärker
82, einem Sensor 83, der eine der Position der Hauptlinsengruppe
B entsprechende Spannung liefert, und der vorher erwähnten Antriebsvorrichtung
23 zum Antrieb der Hauptlinsengruppe B gebildet
wird. Ein normaler Eingang des Funktionsverstärkers 82 ist an die
Abtast- und Halteschaltung 75 angeschlossen. Ein inverser Eingang,
der mit dem Lagefühler 32 für die Position der Hauptlinsengruppe
verbunden ist, stellt den Sensor 83 dar. Ein Ausgang ist
mit dem Antrieb 23 verbunden. Die Linsenantriebsschaltung 81
bildet ein Servosystem, welches die Hauptlinsengruppe solange
vorwärts oder rückwärts bewegt, bis die Ausgangsspannung der
Abtast- und Halteschaltung 75 mit der des Lagefühlers 32 für die
Stellung der Hauptlinsengruppe gleich ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird die Funktion der
betreffenden Ausführungsform der Erfindung wie folgt beschrieben:
Das Bild eines aufzunehmenden Objekts wird mittels der Linsen L₁
bis L₁₄ der ersten bis sechsten Linsengruppe auf dem Film bzw. in
der Bildebene einer Kamera abgebildet.
Beim Aufnehmen eines Bildes wird zunächst der Zoomring 14
gedreht, um die zweite und dritte Linsengruppe vorwärts und
rückwärts zu bewegen, so daß die vierte, fünfte, sechste und
siebte Linse L₄, L₅, L₆ und L₇, die bewegliche
Linsen der Zoomlinsengruppe A darstellen, vorwärts oder
rückwärts bewegt, um die Vergrößerung zu ändern. Gleichzeitig
wird der Lagefühler 31 für den Zoomring in Tätigkeit gesetzt.
Dabei sind in dem Augenblick, in dem der Zoomring auf eine Standardbrennweite
S eingestellt wird, die in der Mitte der Verschiebung
liegt, die einander gegenüberliegenden Flächen der
Elektrodenpaare 33 und 34 des festen Tubus 3 und der Elektrode 35
des beweglichen Tubus 16 des Zoomrings 14 untereinander gleich,
so daß auch die Paare von variablen Kondensatoren 36 und 37
dieselbe Kapazität besitzen.
Von dieser Ausgangslage aus werden die jeweils einander
gegenüberliegenden Flächen der Elektrodenpaare 33 und 34 des
festen Tubus relativ zueinander verändert, wenn die Elektrode 35
gleichzeitig mit dem beweglichen Tubus 16 des Zoomrings 14
gedreht wird. Wenn z. B. die Vergrößerung größer gemacht werden
soll als sie war, um eine Telefoto-Brennweite einzustellen, wird
die Kapazität des einen variablen Kondensators 36 vergrößert,
während die Kapazität des anderen variablen Kondensators 37 verkleinert
wird. Wenn dagegen die Vergrößerung kleiner gemacht
werden soll als sie war, um z. B. eine Weitwinkel-Brennweite W
einzustellen, wird die Kapazität des einen variablen Kondensators
36 verkleinert, während die Kapazität des anderen variablen Kondensators
vergrößert 37 wird. Auf diese Weise werden die Kapazitäten
der variablen Kondensatoren 36 und 37 in Abhängigkeit von
der Verschiebung der zweiten und dritten Linsengruppe verändert,
und diese Änderungen der Kapazität werden als Informationen über
die Position der zweiten und dritten Linsengruppe abgeleitet.
Wenn die zweiten und dritten Linsengruppen durch Drehen des
Zoomrings 14 verschoben werden, um die Vergrößerung des Zoomobjektivs
zu verändern, werden die Verschiebepositionen der zweiten
und dritten Linsengruppe mittels des Lagefühlers 31 für die
Position des Zoomrings festgestellt.
Hierauf liefert der Referenzsignalgenerator 51 für das
Referenzsignal eine zusammengesetzte Welle Φ₁+Φ₃ aus der Viereckswelle
Φ₁ und der Dreieckswelle Φ₃ an die eine Elektrode 33,
und eine andere zusammengesetzte Welle Φ₂+Φ₃ aus der
Viereckswelle Φ₂ und der Dreieckswelle Φ₃ an die andere Elektrode.
Wenn das Zoomobjektiv auf die Standardbrennweite S eingestellt
ist, ist die Kapazität der Kondensatoren 36 und 37 untereinander
gleich und die Viereckswellen Φ₁ und Φ₂, die ungleiche Komponenten
darstellen, kompensieren sich gegenseitig, so daß nur noch
die Dreieckswellenkomponente Φ₃ an die Elektrode 35 gelangt.
Hierauf erzeugt der Komparator 63 der Abtastimpulsgeneratorschaltung
60 eine normale Ausgangsspannung, wenn die Spannung der
Dreieckswelle Φ₃ nicht niedriger als 0 Volt ist und erzeugt eine
inverse Ausgangsspannung, wenn die Spannung der Dreieckswelle Φ₃
nicht höher als 0 Volt ist. Der monostabile Multivibrator 64 gibt
eines Abtastimpuls P S aus, wenn die Ausgangsspannung des Komparators
63 von der normalen in die inverse oder von der inversen in
die normale übergeht.
Wenn andererseits das Zoomobjektiv auf die Telefotobrennweite T
eingestellt wird, vergrößert sich die dem Kondensator 36 gegenüberliegende
Fläche, während die des Kondensators 37 vermindert
wird, so daß die Kapazität des Kondensators 36 größer als die des
Kondensators 37 wird. Als Folge davon ist die Spannung, die an
der Elektrode 35 erscheint und an den Komparator 63 gelegt wird,
die der Dreieckswelle Φ₃, die stark von der Viereckswelle Φ₁
beeinflußt ist. In diesem Fall liegt daher der Zeitpunkt des
Nulldurchgangs der Spannung der Dreieckswelle Φ₃, bei welcher
der Komparator 63 von der inversen Ausgangsspannung zur normalen
Ausgangsspannung oder von der normalen Ausgangsspannung zur
inversen umschaltet, früher als im Fall der Standardbrennweite
S, so daß auch der Zeitpunkt, in welchem der Abtastimpuls P T vom
monostabilen Multivibrator 64 ausgesandt wird, früher liegt.
Wenn dagegen das Zoomobjektiv auf die Weitwinkelbrennweite W
eingestellt wird, verkleinert sich die dem Kondensator 36
gegenüberliegende Fläche, während die des Kondensators 37 sich
vergrößert, so daß die Kapazität des Kondensators 36 kleiner als
die des Kondensators 37 wird. Demzufolge entspricht die Spannung,
die an der Elektrode 35 erscheint, um am Komparator 63 angelegt
zu werden, der Dreieckswelle Φ₃, die stark von der Viereckswelle
Φ₂ beeinflußt ist. In diesem Fall liegt daher der Zeitpunkt des
Nulldurchgangs der Spannung der Dreieckswelle Φ₃, bei welcher
der Komparator 63 von der inversen Ausgangsspannung zur normalen
oder von der normalen zur inversen umschaltet, später als im
Fall der Standardbrennweite S, so daß auch der Zeitpunkt, zu
welchem der Abtastimpuls P W vom monostabilen Multivibrator 64
ausgesandt wird, später liegt.
Bei Benutzung des Apparats gemäß der vorstehenden
Ausführungsform wird zunächst die Entfernung mittels des
Entfernungseinstellmittels 67 auf den gewünschten Wert
eingestellt, woduch auch das Spannungsniveau der veränderlichen
Spannungsquelle 66 den der eingestellten Entfernung entsprechenden
Wert annimmt.
Hierauf wird immer dann, wenn der Zeitimpuls Φ₄ des
Referenzsignalgenerators 51 erzeugt wird, der Schalter 71 der
Lade- und Entladeschaltung 70 geschlossen, um den Kondensator 72
zu laden. Wenn der Schalter 70 geöffnet wird, wird die im Kondensator
72 gespeicherte elektrische Ladung über eine RC-Schaltung
entladen, welche von dem Kondensator 72 und dem Widerstand 73
gebildet wird. Dadurch nimmt die Ladung des Kondensators 72 nach
der aus Fig. 6 ersichtlichen Exponentialfunktion ab. Andererseits
wird in der Abtast- und Halteschaltung 75 durch den Impuls der
Abtastimpulsgeneratorschaltung 60 der Schalter 76 geschlossen.
Die vom Kondensator 72 zu dieser Zeit erreichte Spannung, wie sie
in Fig. 7 gezeigt ist, wird von dem Haltekondensator 77 gehalten
und vom Ausgang des Funktionsverstärkers 78 ausgegeben, der den
Spannungsfolgeregler bildet, so daß sie an den normalen Eingang
des Funktionsverstärkers 82 geliefert werden kann.
Zur gleichen Zeit wird im Fall der Telefotobrennweite T, bei der
der Impuls P T bald nach dem Beginn der Entladung des Kondensators
72 gegeben wird, eine relativ hohe Spannung an den Haltekondensator
77 angelegt. Demgegenüber wird im Fall eines späten
Impulses P W eine relativ niedrige Spannung an den
Haltekondensator 77 angelegt. Bei einem Impuls P S für die Standardbrennweite
S wird eine in der Mitte zwischen den vorgenannten
Spannungen liegende Spannung an den Haltekondensator 77 angelegt.
Was die Hauptlinsengruppe B betrifft, so sind die der Elektrode
40 gegenüberliegenden Flächen der Elektroden 38 und 39
untereinander gleich, wenn sich die Hauptlinsengruppe B in ihrer
mittleren Stellung befindet, so daß die veränderlichen
Kondensatoren 41 und 42 in ihrer Kapazität untereinander gleich
sind. Wenn sich die Hauptlinsengruppe B vorwärts bewegt,
vergrößert sich die der Elektrode 40 gegenüberliegende Fläche der
Elektrode 38, während sich die der Elektrode 40 gegenüberliegende
Fläche der Elektrode 39 verkleinert, so daß die Kapazität des
veränderlichen Kondensators 41 größer wird als die des veränderlichen
Kondensators 42. Wenn sich dagegen die Hauptlinsengruppe B
nach hinten bewegt, nimmt die der Elektrode 40 gegenüberliegende
Fläche der Elektrode 38 ab, während sich die der Elektrode 40
gegenüberliegende Fläche der Elektrode 39 vergrößert, so daß die
Kapazität des veränderlichen Kondensators 41 kleiner wird als die
des veränderlichen Kondensators 42. Ähnlich wie im Fall der
Zoomlinsengruppe A wird die Position der Hauptlinsengruppe B in
eine Änderung der veränderlichen Kondensatoren 41 und 42 umgewandelt,
d. h., die Position der Hauptlinsengruppe B wird in einen
Spannungswert umgewandelt.
Dann wird die Spannung, die der Position der Zoomlinsengruppe A
entspricht, an den normalen Eingang des Funktionsverstärkers 82
und die Ausgangsspannung des Sensors 83, die der Position der
Hauptlinsengruppe B entspricht, an den inversen Eingang des
Funktionsverstärkers 82 angelegt. Auf diese Weise wird die Hauptlinsengruppe
B in die Richtung, vorwärts oder rückwärts, bewegt,
die erforderlich ist, um die Differenz der beiden
Eingangsspannungen des Funktionsverstärkers 82 zu Null werden zu
lassen und dadurch die Scharfstellung zu bewerkstelligen.
Der Grund, warum die RC-Schaltung verwendet wird, und warum der
Kurvenmechanismus C der Zoomlinsengruppe A nach einer logarithmischen
Funktion eingestellt wird, ist folgender:
Angenommen, x, a und f stellen den Betrag der Linsenverschiebung,
eine Objektentfernung und eine Brennweite dar, dann wird folgende
Gleichung erhalten:
x = f²/a (1)
Bei Zoomobjektiven, bei welchen der Drehwinkel R des Zoomrings 14
eine logarithmische Funktion der Brennweite f ist, wird folgende
Gleichung erhalten:
R = F log f - G oder
R = F′ ln f - G (2)
wobei F, F′ und G Konstanten sind.
Die Gleichung (2) läßt sich wie folgt umwandeln:
ln f = (R + G)/F′ (3)
Hieraus erhält man folgende Gleichung:
f = e (R +G)/F′ (4)
Aus den Gleichungen (1) und (4) folgt:
x = (1/a) · e2 (R +G)/F′
= (1/a) · e2B/A′ · e2 R /A′ (5)
Andererseits errechnet sich die in der RC-Entladeschaltung nach t
Sekunden erreichte Entladespannung E x wie folgt:
E x = E₀ · e-t/CR (11)
wobei E₀ der Anfangswert der Entladespannung ist.
Die Ladespannung in der RC-Entladeschaltung nach t Sekunden wird
ausgedrückt durch
E x = E₀ · (1 - e-t/CR )
= E₀ - E₀ · e-t/CR (12)
Substituiert man (E₀-E x=E x) in Gleichung (12), so erhält man
folgende Gleichung:
E x = E₀ · e-t/CR (13)
Die Gleichungen (11) und (13) können durch ähnliche Funktionen
ausgedrückt werden. Daher kann aus den Formeln (5) und (13) der
Betrag x der Linsenverschiebung als eine Änderung der
Ausgangsspannung Ex errechnet werden, wenn die betreffenden Konstanten
so gewählt werden, daß folgende Gleichungen zutreffen:
E₀ = (1/a) · e2G/F′
und
Obwohl das Ausführungsbeispiel für den Fall beschrieben ist, daß
der Sensor 83 die Spannung auf der Basis der Entladungszeit des
Kondensators 72 unter Verwendung der Lade- und Entladeschaltung
70 ermittelt, ist der Sensor 83 nicht auf eine solche Struktur
beschränkt, sondern könnte auch so angeordnet werden, daß die
Spannung über die Kapazität der variablen Kondensatoren 40 und 41
erhalten wird.
Ferner kann dadurch eine automatische Scharfstellung erhalten
werden, daß die Längeneinstellmittel 67 durch einen Entfernungsmesser
ersetzt werden.
Weiterhin ist die Lade- und Entladeschaltung 70 nicht auf die
in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr
kann dieselbe Funktion erzielt werden, wenn irgend eine andere
der bekannten, mit RC-Gliedern ausgestatteten Lade- und
Entladeeinrichtungen verwendet wird.
Des weiteren kann auch gemäß der vorliegenden Erfindung eine
Abtast- und Halteschaltung 65, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, als
Positionsinformationsumwandler verwendet werden. Die Abtast- und
Halteschaltung 65 wird von einem Operationsverstärker OP gebildet,
dessen inverser Eingang in Form eines Kurzschlusses mit dem
Ausgang verbunden ist, und dessen normaler Eingang über einen
Kondensator Cap mit Erde verbunden ist. Ein Schalter SW, der
normalerweise geöffnet ist, wird mit Hilfe eines monostabilen
Multivibrators 64 geöffnet, der mit dem Funktionsverstärker 63
verbunden und zum Zeitpunkt seines Kurvenanstiegs in Tätigkeit
tritt (which is motive at the time of a leading edge thereof), so
daß die Abtast- und Halteschaltung 65 die Dreieckswelle Φ₃
empfängt.
Der monostabile Multivibrator 64 gibt zu dem Zeitpunkt der
Vorderkante des Komparators 63 ein Abtastsignal aus, welches den
Schalter SW schließt. Hierauf wird die Momentanspannung der
Dreieckswelle Φ₃ von dem Kondensator Cap abgetastet und gehalten.
Zur gleichen Zeit wird die Spannung der Dreieckswelle Φ₃ durch
den Funktionsverstärker OP ausgegeben, der einen Spannungsfolgeregler
bildet. Dadurch wird die Position des zu erfassenden
Objekts auf der Basis der ausgewerteten Spannung festgestellt.
Wie oben beschrieben, entspricht bei der in Fig. 1 gezeigten
Scharfstellvorrichtung für ein Zoomobjektiv die Grundspannung,
d. h. OV, einer bestimmten Ausgangslage der Hauptlinsengruppe.
Wenn sich die Hauptlinsengruppe in dieser Ausgangslage befindet,
ist das Objektv auf unendlich (∞) eingestellt. Die
Scharfstellvorrichtung für ein Zoomobjektiv gemäß Fig. 1 erfordert
eine Arbeitsweise, bei welcher die Ausgangsposition der Verschiebung
in Richtung der optischen Achse manuell eingestellt
wird.
Andererseits ist in Fig. 9 eine Scharfstellvorrichtung für ein
Zoomobjektiv gezeigt, bei welchem die Ausgangslage der Hauptlinsengruppe
elektrisch nachstellbar ist. Das heißt, die Ausgangslage
kann in einfacher Weise durch Einstellung eines variablen
Widerstands in einer Einstellvorrichtung für die Ausgangslage
eingestellt werden.
Claims (3)
1. Scharfstellvorrichtung für Zoomobjektive,
gekennzeichnet durch
die folgende Kombination:
- a) eine Zoomlinsengruppe (A) mit einem mittels eines Zoomrings (14) einstellbaren, drehbaren Kurvenmechanismus (C) zum Vorwärts- oder Rückwärtsbewegen einer verschieblichen Linse, wobei der Kurvenmechanismus (C) so ausgelegt ist, daß der Drehwinkel des Zoomrings (14) eine logarithmische Funktion der Brennweite der Zoomlinsengruppe darstellt,
- b) eine Hauptlinsengruppe (B), welche mit einer Antriebsvorrichtung (23) zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen einer darin verschieblichen Linse ausgestattet ist,
- c) eine elektrische Lade- und Entladeeinrichtung (70),
- d) eine Stromquelle zum Aufbringen eines Ladestroms auf die Lade- und Entladeeinrichtung (70), deren Spannung von der Entfernung eines aufzunehmenden Objekts vom Aufnahmeapparat abhängt,
- e) eine Abtastimpulsgeneratorschaltung (60) zum Erzeugen eines Abtastimpulses (sampling pulse), wobei sich der Zeitpunkt des Auftretens des Abtastimpulses mit der Stellung des Zoomrings (14) ändert,
- f) eine Abtast- und Halteschaltung (sampling-and-hold circuit means) (65, 75) zum Halten einer Ausgangsspannung der Lade- und Entladeeinrichtung (70) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des Auftretens des besagten Abtastimpulses und zum Steuern der Antriebsvorrichtung (32) der Hauptlinsengruppe (B) mittels der Ausgangsspannung der besagten Lade- und Entladeeinrichtung.
2. Scharfstellvorrichtung für Zoomobjektive nach Anspruch 1,
weiterhin gekennzeichnet durch folgende Kombination:
- g) Entfernungseinstellmittel (67) zum Einstellen einer gewünschten Entfernung,
- h) eine variable Stromquelle (66), an deren Ausgang eine in Abhängigkeit von der Einstellung der Entfernungseinstellmittel veränderliche Vergleichsspannung liegt,
- i) eine gemeinsame Stromquelle, die sowohl mit dem Ausgang der variablen Stromquelle (66) als auch mit dem Ausgang der Lade- und Enladeeinrichtung 70 verbunden ist, und deren Ausgangsspannung zum Einstellen einer Ausgangsposition der besagten Hauptlinsengruppe (B) veränderlich ist.
3. Scharfstellvorrichtung für Zoomobjektive, gekennzeichnet
durch folgende Kombination:
- k) ein Referenzsignalgenerator (51) zum Überlagern einer Dreieckswelle über zwei Viereckswellen verschiedener Polarität zum Erzeugen zweier verschiedener Referenzsignale,
- l) Kapazitätsänderungsmittel (capacity change unit means), die zwei Referenzsignalelektroden umfassen, von denen jede eine Elektrodenfläche aufweist, die in Verschieberichtung eines abzutastenden Objekts liegt, und der jeweils eines der besagten Referenzsignale anliegt, sowie eine Detektionssignalelektrode, die eine Elektrodenfläche aufweist, die beiden Elektrodenflächen der Referenzsignalelektroden gegenüberliegt, um die Kapazität zwischen den Referenzsignalelektroden und der besagten Detektionssignalelektrode in Abhängigkeit von der Verschiebung des abzutastenden Objekts zu ändern,
- m) eine Komparatorschaltung zum Vergleich der Ausgangsspannung der besagten Detektionssignalelektrode mit einem Einstellwert, und
- n) eine Positionsinformations-Umwandlungsschaltung (position information converter circuit means) zur Umwandlung des Ausgangssignals der Komparatorschaltung in eine Positionsinformation.
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US07/174,225 US4816859A (en) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | Zoom lens focusing apparatus |
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Family Applications (1)
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