DE4320342A1 - Projektionsobjektiv mit variabler Objektfeldwölbung und Autofokus zur Einstellung der Objektfeldwölbung am Objektiv - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Autofokus-System, bestehend aus einem Projektionsobjektiv mit variabler Objektfeldwölbung und Kupplung zur Übertragung der Steuerinformation für die Einstellung der Objekt­ feldwölbung am Objektiv, trennbar von einem Projektor über einen bei wiederholtem An- und Abkoppeln die Orientierung (in Betriebs­ position) erhaltenden Anschluß, sowie dem Autofokus im engeren Sinn, zu dem alle Baugruppen gehören, die die Einstellung des Objektivs zur Herstellung einer In-Fokus-Lage des Objektes ermöglichen. Die überge­ ordnete Steuereinheit der Autofokussiervorrichtung regelt zwei Arten der Objektivverstellung, die Variation der Objektfeldwölbung des Ob­ jektivs sowie den Fokushub, der vorzugsweise die axiale Relativposition des Objektivs zum Objektrand, in der Diaprojektion vornehmlich zum Diarand, betrifft, so daß zwei voneinander unabhängige Größen prak­ tisch gleichzeitig regelbar werden mit dem Nutzen einer vollautomatischen Minimierung der Fokusdifferenz zwischen dem i. a. gekrümmten Objekt und der Objektschale des Objektivs, auch für den Fall, daß die axiale Ge­ sichtsfeldrandposition von Dia zu Dia aufgrund fehlender Präzision von Rahmen und/oder Wechselmechanismus sowie bei Verwendung unter­ schiedlicher Rahmentypen in einem Magazin schwankt.

Es ergibt sich der Vorteil, daß bei Verwendung eines entsprechend aus­ gelegten Objektivs und der erfindungsgemäßen Autofokussiervorrich­ tung sowohl glaslos gerahmte als auch glasgerahmte Diapositive in Rah­ men unterschiedlichen Typs und gebräuchlicher Formgenauigkeit als auch glasgerahmte Dias mit nur einem Objektiv und auch im Wechsel in gleichmäßig hoher Schärfe über das gesamte Bildfeld projiziert wer­ den können, wobei das Problem des vollautomatischen Herstellens der optimalen Fokussierung in diesem allgemeinen Fall gelöst wird.

Die typcharakteristische Veränderbarkeit der Objektfeldwölbung des Objektivs kann erfindungsgemäß auch durch Ein- und Ausschwenken von Linsen, geregelt durch die übergeordnete Steuereinheit, erfolgen, so daß sich gegenüber Systemen, die mit rein axialer Verschiebung von Linsen zur Manipulation der Objektfeldwölbung arbeiten, der Nut­ zen systembedingter Vorteile hinsichtlich Öffnungsverhältnis, Varia­ tionsbereich der Objektfeldwölbung, Einfachheit der optisch wirksamen Konstruktion resp. Abbildungsgüte bei vergleichbarem optischen Auf­ wand ergeben kann.

Das Objektiv ist so ausgelegt, daß die Systemdaten wie Brennweite und Öffnungsverhältnis bzw. Lichtdurchlässigkeit trotz Änderung seiner Ob­ jektfeldwölbung konstant gehalten werden. Dies geschieht durch ent­ sprechende Abstimmung der ihre Stellung innerhalb des Objektivs än­ dernden Linsen oder Linsengruppen, indem bei abgestufter Änderung die ein- oder ausgeschwenkten Linsen oder Linsengruppen in dieser Hin­ sicht gleichartig ausgelegt werden, bei kontinuierlicher Änderung der Objektfeldwölbung axial verschiebbare, afokale dioptrische Elemente eingesetzt werden. Es sind Aufnahmeobjektive mit zueinander axial verschiebbaren, fokalen und leicht pankratisch wirkenden Gruppen zur Änderung der Objektfeldwölbung bekannt ((2) DE 22 24 429 B2, etwa Fig. 2). Dabei wird ein Luftabstand variiert mit einer Bewegung, die der Frontlinsenfokussierung vergleichbar ist. Eine Ausführungsmög­ lichkeit des Objektivs für das eingangs beschriebene Autofokus-System besteht in der Verwendung afokaler Menisken, die axial verschiebbar in den Strahlengang integriert eine Variation der Objektfeldwölbung durch Änderung von mehr als einem Luftabstand zu brechenden Nachbarflä­ chen erlauben: die axiale Verschiebung erfolgt inmitten des Objektivs zwischen zwei dioptrischen Gruppen mit einer mechanischen Bewegung, die der echten Innenfokussierung vergleichbar ist. Rest- oder Farbfeh­ ler können mithilfe von Kompensationslinsen korrigiert werden, die mit den Linsen zur Manipulation der Objektfeldwölbung bei vorzugs­ weise konstantem lateralen Abbildungsmaßstab gekoppelt beweg­ bar sind, wobei explizit zu ergänzen ist, daß die Objektfeldwölbung bzw. Bildfeldwölbung wie bei Slevogt: "Technische Optik", Berlin-New York 1974, Sammlung Göschen Band 9002, §56, 5. 231 als natürliche Eigen­ schaft der Abbildung von Abbildungsfehlern im engeren Sinn unter­ schieden wird, von deren Typ die hiesigen Restfehler sein sollen. Die Änderung der Kompensationslinsenstellung innerhalb des Objektivs muß nicht notwendig durch axiales Verschieben erfolgen. Es sind Ob­ jektive bekannt, bei denen eine Luftabstandsänderung gekoppelt mit der Entfernungseinstellung automatisch eine Anpassung der Objekt­ feldwölbung an den jeweils gewählten Abbildungsmaßstab erlaubt ((2) DE 22 24 429 B2). Restfehler und Farbfehler (- die Objektfeld­ wölbung wird hier ebenfalls nicht als "Fehler" bezeichnet -) sollen da­ bei "so gut wie unverändert" bleiben ((2) DE 22 24 429 B2, Spalte 2, Zeile 10f.). Eine Mitbewegung von Kompensationslinsen ist ein Sonder­ fall der hier gemeinten nichttrivialen Bewegung von Kompensations­ linsen nach Art der bekannten "floating elements" zur Kompensation von Fehlern infolge Variation des Abbildungsmaßstabes, wobei hier keine Kopplung mit der Entfernungseinstellung, sondern eine Kopplung mit der Bewegung der Linsen oder Gruppen zur primären Änderung der Objektfeldwölbung bei in der Regel konstantem lateralen Abbil­ dungsmaßstab besteht.

Ausführungsbeispiele für eine Kupplung zur Übertragung der Steuer­ information für die Einstellung der Objektfeldwölbung des Objektivs und einen die Orientierung erhaltenden Anschluß sind ein Bajonett­ anschluß mit obiger Kupplung, passend zu einem Diaprojektor mit zu­ gehörigem Gegenbajonett, sowie ein modifizierter Schneckenanschluß mit Kupplung, der es durch Anschlag oder Rastung ebenfalls gestattet, beim wiederholten An- und Abkoppeln die Orientierung des Objektivs beizubehalten. Mit Rasten der Kupplung bzw. Einsetzen des Objektivs in den Projektor kann ein erfindungsgemäßer Umschalter betätigt wer­ den, der dafür sorgt, daß die übergeordnete Steuereinheit je nach Typ des eingesetzten Objektivs, den sie auf diese Weise beim Einsetzen er­ kennt (mit oder ohne variabler Objektfeldwölbung), den Autofokus steuert. Auch konventionelle Objektive sollen an einem für das erfin­ dungsgemäße Autofokus-System ausgelegten Projektor noch einsetz­ bar sein, wobei auf eine Steuerung der Objektfeldwölbung dann natür­ lich verzichtet werden muß. Dem Benutzer kann mit Rasten der Kupp­ lung, das ein Betätigen des Umschalters bedeutet, akustisch oder op­ tisch die Information der Betriebsbereitschaft bzw. des Betriebszustan­ des gegeben werden. Der Umschalter schaltet den gewöhnlich für die Messung eines Differenzsignals zur Einstellung der Objektfeldwölbung benutzten in der Gesichtsfeldmitte (Diamitte) messenden Fotosensor allein dem Autofokus zu, der gewöhnlich die Konstanthaltung der axia­ len Gesichtsfeldrandposition relativ zum Objektiv steuert. Die rela­ tive Gesichtsfeldrandposition, eine Art Objektschnittweite, wird in der Regel durch einen Fokushub des Objektivs gesteuert, so daß der diesen regelnde Steuerungsteil des Autofokus auch die bei herkömmlichen Diaprojektoren realisierte Funktion des Konstanthaltens der axialen Diamittenposition relativ zum Objektiv übernehmen kann. Als Nutzen resultiert die Möglichkeit, herkömmliche Objektive konstanter Objekt­ feldwölbung bzw. Planobjektive entweder mit Bajonettadapter oder bei einem die Orientierung erhaltenden Schneckenanschluß mit Kupp­ lung und Anschlag oder Rastung sogar direkt in die Objektivaufnahme einsetzen und dann mit konventioneller Autofokusfunktion gebrau­ chen zu können. Es empfiehlt sich, den ausführbaren Fokushub des Ob­ jektivs, wenn er durch einen axial beweglichen Schlitten am Projektor ausgeführt wird, gegenüber herkömmlichen Projektoren auszudehnen, damit die Fokussierung eines in der Objektfeldwölbung veränderbaren Objektivs unter Erhaltung seiner Orientierung für alle üblichen Bild­ schnittweiten mit dem axial beweglichen Fokusschlitten, der auch her­ kömmliche Objektive aufnehmen kann, möglich ist.

Der Autofokus mit fotoelektrischen Sensoren, Hilfslichtquellen und einer Steuereinheit minimiert die Fokusdifferenz zwischen dem i. a. gekrümm­ ten Objekt und der Objektschale des Objektivs auf folgende Weise: die axiale Position des Objektrandes (Diarandes bzw. Zone größerer Bildhö­ he) und die in der Bildmitte gedachte Fokusdifferenz zwischen der am Gesichtsfeldrand (Diarand bzw. Zone größerer Bildhöhe) in Deckung ge­ brachten Objektschale des Objektivs mit dem Objekt (Diapositiv) bilden zwei unabhängige Freiheitsgrade für eine Steuervorrichtung, die zwei Verstellungen des Objektivs zu regeln hat, den Fokushub zur Konstant­ haltung der axialen Gesichtsfeldrand-Position (Position von Diarand bzw. Zone relativ zum Objektiv) und die Einstellung der Objektfeldwöl­ bung des Objektivs. Damit ergibt sich als besonderer Vorteil dieser Art der Autofokussierung, daß die beiden Freiheitsgrade unabhängig von­ einander meßbar bzw. regelbar sind, konkurrierende Regelkreise ver­ mieden werden und der gesamte Steuervorgang von einer übergeord­ neten Steuereinheit koordiniert wird, so daß ein schnelles und sicheres Herstellen der In-Fokus-Lage möglich ist, auch wenn in der Diaprojek­ tion die Rahmen unpräzise oder von unterschiedlichem Typ in einem Magazin sind. Bei einer Kombination des Systems zur Einstellung der Objektfeldwölbung aus (1) DE 30 32 046 A1 mit dem ebenfalls in dieser Druckschrift zitierten konventionellen, mittig messenden Autofokus- System wäre zusätzlich eine dort nicht offenbarte übergeordnete Steu­ ereinheit zu fordern, da sonst das Problem konkurrierender Steuerun­ gen auftritt. Selbst dann bilden axiale Diamittenposition und Differenz­ signal bei variierenden axialen Diarandpositionen nicht zwei voneinan­ der unabhängige Freiheitsgrade, da die Information über die axiale Diamittenposition erst in Kenntnis des Differenzsignals eine Betätigung des axialen Fokushubes des Objektivs zur Kompensation abweichender Diarandlagen zuließe. Zwar könnte dann ein synchronisiertes Steuern von Fokushub und Objektfeldwölbung einsetzen, jedoch wären eben­ falls zwei Operationsvorrichtungen und eine kompliziertere überge­ ordnete Steuerung mit mehr approximativem Charakter erforderlich.

Das eingangs beschriebene System dürfte überlegen sein, da zwei Frei­ heitsgrade unabhängig voneinander und praktisch gleichzeitig erfaßt bzw. geregelt werden können, was eine schnelle und sichere automa­ tische Scharfeinstellung ermöglicht.

Z. B. in der Kleinbild-Diaprojektion kann der Formatwechsel zwischen Quer- und Hochformat durch ein Sensorsystem erfaßt werden, etwa mit einer Infrarot-Transmissionsmessung durch Diaperipherie (Orien­ tierung 1) oder Rahmen (Orientierung 2) resp. zweier IR-Transmis­ sionsmessungen bei gleicher relativer Bildhöhe ( größer als das halbe Gesichtsfeldmaß der Diaschmalseite) mit Differenzsignalbildung. Je nach Orientierung fällt das Differenzsignal positiv oder negativ aus. Ist die Orientierung bestimmt, z. B. schon vor Erreichen der endgültigen (late­ ralen) Diaposition im Projektionsstrahlengang, kann die eigentliche Au­ tofokussierung von der übergeordneten Steuereinheit aktiviert werden. Erst mit dem folgenden Diawechsel wird die Orientierungsmessung er­ neut tätig. Alternativ zu einer Transmissionsmessung könnte in Re­ flexion eine Art axiale Lagedifferenz zwischen beiden Orientierungen gemessen werden, die die Fokusdifferenz zwischen Gesichtsfeld und Gesichtsfeldblende (Dia und Rahmen) ausnutzt. Letzteres Verfahren könnte einen Sensor einsparen, wenn einer dieser Sensoren dann auch zur unmittelbar folgenden Erfassung der Objektfeldwölbung dient.

Durch permanente Aktivität der übergeordneten Steuereinheit wird über ein einmaliges Einstellen der Fokussierung nach einem Diawechsel hinausgehend eine Korrektur des thermisch bedingten Springens (unter Ausschaltung oder bei Inaktivität der Fokushubsteuerung) während der Projektion gewährleistet.

Speziell für Diaprojektoren mit einer Dia-Parkposition vor Eintreten ei­ nes Dias in den Projektionsstrahlengang kann eine Vorrichtung mit zu­ sätzlichen Sensoren dafür sorgen, daß gleichfalls unter Regie der über­ geordneten Steuereinheit ein Lichtbild bei oder vor Eintreten in den Projektionsstrahlengang auf seinen Fokus inklusive Objektfeldwölbung vermessen bzw. in diesen gebracht wird, wobei von der lateralen Lage­ differenz und Ungenauigkeiten bei ihrem Überwinden abstrahiert wird. Diese Voreinstellung des Objektivs soll Störungen des Projektionsbildes durch Nachfokussierung weitestgehend mindern. Vorwärmung des Lichtbildes in der Diaparkposition kann dabei die Durchwölbung der Durchbiegung in der endgültigen Projektionsstellung anpassen.

Claims (3)

1. Projektionsobjektiv mit variabler Objektfeldwölbung und Autofokus zur Einstellung der Objektfeldwölbung am Objektiv. Das Objektiv ist dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die typcharakteristische Veränderbarkeit der Objektfeldwölbung alternativ oder zusätzlich zu einer axialen Verschiebung von Linsen durch Ein- und Ausschwenken von Linsen in den Strahlengang be­ werkstelligt werden kann,
• b) ein Konstanthalten der Systemdaten wie Brennweite und Öffnungs­ verhältnis bzw. Lichtdurchlässigkeit trotz Änderung seiner Objekt­ feldwölbung durch entsprechende Abstimmung der ihre Stellung in­ nerhalb des Objektivs ändernden Linsen oder Linsengruppen erzielt wird, indem bei abgestufter Änderung die ein- oder ausgeschwenk­ ten Elemente in dieser Hinsicht gleichartig ausgelegt werden, bei kon­ tinuierlicher Änderung der Objektfeldwölbung axial verschiebbare afokale Elemente eingesetzt werden, wobei ein Ausführungsbeispiel sich afokaler Menisken bedient, die axial verschiebbar in den Strah­ lengang integriert eine Variation der Objektfeldwölbung erlauben, indem mehr als ein Luftabstand zu brechenden Nachbarflächen mit einer der echten Innenfokussierung vergleichbaren Bewegung geän­ dert wird, jedoch bei vorzugsweise konstantem lateralen Abbildungs­ maßstab,
• c) Rest- oder Farbfehler (ohne Objekt- bzw. Bildfeldwölbung) mithilfe von Kompensationslinsen korrigiert werden können, die mit den Lin­ sen zur Manipulation der Objektfeldwölbung bei vorzugsweise kon­ stantem lateralen Abbildungsmaßstab gekoppelt bewegbar sind,
• d) eine Kupplung für die Übertragung der Steuerinformation zur Änderung der Objektfeldwölbung des Objektivs sorgt, ein die Orientierung erhaltender Anschluß zur einfachen Ankopplung an einen zugehörigen Projektor dient, beispielsweise bei einem Diaprojektionsobjektiv mit Bajonettanschluß und obiger Kupplung, passend zu einem Diaprojektor mit zugehörigem Gegenbajonett, sowie bei einem Projektionsobjektiv mit einem modifizierten Schneckenanschluß, der es durch Anschlag oder Rastung ebenfalls gestattet, beim wiederholten An- und Abkop­ peln an den Projektor die Orientierung des Objektivs beizubehalten.

Der Autofokus mit fotoelektrischen Sensoren, Hilfslichtquellen und einer Steuereinheit zur vollautomatischen Scharfeinstellung ist gekennzeichnet durch

• e) die Fähigkeit zur Minimierung der Fokusdifferenz zwischen dem i. a. gekrümmten Objekt und der Objektschale des Objektivs, deren Krüm­ mungsradius variabel ist und dessen Objektschnittweite ebenfalls i. a. variabel ist, vorzugsweise in der Diaprojektion, realisiert, indem zwei unabhängige Freiheitsgrade von einer übergeordneten Steuereinheit erfaßt bzw. geregelt werden, die axiale Position des Objektrandes (Diarandes bzw. Zone größerer Bildhöhe) und die in der Bildmitte ge­ dachte Fokusdifferenz zwischen der am Gesichtsfeldrand (Diarand bzw. Zone größerer Bildhöhe) in Deckung gebrachten Objektschale des Ob­ jektivs mit dem Objekt (Diapositiv), so daß letztlich zwei Verstellungen des Objektivs ggf. simultan gesteuert werden, der Fokushub zur Kon­ stanthaltung der axialen Gesichtsfeldrand-Position (Position von Dia­ rand bzw. Zone) und die Einstellung der Objektfeldwölbung des Objek­ tivs.
• f) eine Vorrichtung, die eine Maßdifferenz im Gesichtsfeld zum Feststel­ len der Orientierung des Objektes benutzt, in der Diaprojektion Hoch- oder Querformat, um danach durch die übergeordnete Steuereinheit die richtigen Sensoren des Autofokus zu aktivieren, (die dann am Ge­ sichtsfeldrand messen), z. B. ausgeführt mithilfe einer Infrarot-Trans­ missionsmessung durch Diaperipherie (Orientierung 1) oder Rahmen (Orientierung 2) resp. zweier IR-Transmissionsmessungen bei gleicher relativer Bildhöhe (größer als das halbe Gesichtsfeldmaß der Dia­ schmalseite) mit Differenzsignalbildung oder in Reflexion durch eine Art Fokusdifferenzmessung zwischen beiden Orientierungen, die die axiale Lageabweichung zwischen Gesichtsfeld und Gesichtsfeldblende (Dia und Rahmen) ausnutzt,
• g) eine permanente Aktivität der übergeordneten Steuereinheit, die in der Diaprojektion über ein einmaliges Einstellen des Fokus nach einem Diawechsel hinausgehend eine Korrektur des thermisch bedingten Springens in der Regel unter Ausschaltung oder bei Inaktivität der Fokushubsteuerung während der Projektion eines Diapositivs gestat­ tet.

2. Autofokus nach Anspruch 1.e), dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Umschalter für die fotoelektrischen Sensoren existiert, der den sonst für die Messung eines Differenzsignals zur Einstellung der Ob­ jektfeldwölbung benutzten in der Gesichtsfeldmitte (Diamitte) mes­ senden Fotosensor allein dem Autofokus zur Konstanthaltung der Gesichtsfeldrandposition (axial und relativ zum Objektiv, gewöhn­ lich ausgeführt durch gegenüber herkömmlichen Projektoren erweiterten Fokushub des Objektivs und in Verbindung mit Objekti­ ven veränderbarer Objektfeldwölbung) zuschaltet, so daß die bei her­ kömmlichen Diaprojektoren verwirklichte Autofokus-Funktion des Konstanthaltens der axialen Diamittenposition relativ zum Objektiv realisiert werden kann und herkömmliche Objektive mittels Bajonett­ adapter oder bei einem die Orientierung erhaltenden Schneckenan­ schluß mit Kupplung und Anschlag oder Rastung nach Anspruch 1d) sogar direkt in die Objektivaufnahme eingesetzt werden können,
• b) die Möglichkeit besteht, den Umschalter (nach 2.a) mit Rasten der Kupplung zur Übertragung der Steuerinformation für die Einstellung der Objektfeldwölbung bzw. durch Einsetzen des Objektivs zu betäti­ gen, so daß die Steuereinheit je nach Typ des eingesetzten Objektivs, den sie auf diese Weise beim Einsetzen erkennt (mit oder ohne vari­ abler Objektfeldwölbung), den Autofokus steuert, ferner dem Benut­ zer mit Rasten der Kupplung akustisch oder optisch die Information der Betriebsbereitschaft bzw. des Betriebszustandes gegeben werden kann, da ein Rasten dann eine Betätigung des Umschalters bedeutet,
• c) fakultativ eine Vorrichtung mit zusätzlichen Sensoren existiert, gleich­ falls der übergeordneten Steuereinheit unterstellt, die ein Lichtbild bei oder vor Eintreten in den Projektionsstrahlengang auf seinen Fokus in­ klusive Objektfeldwölbung vermißt und die Steuereinheit zu einem Voreinstellen des Projektionsobjektivs veranlaßt, wobei durch Vor­ wärmung das zu projizierende Lichtbild bereits der endgültigen Durch­ wölbung angepaßt sein kann.