DE69319820T2

DE69319820T2 - Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse

Info

Publication number: DE69319820T2
Application number: DE69319820T
Authority: DE
Inventors: Shigeo C/O Sony Corporation Tokyo Kubota; Michio C/O Sony Corporation Tokyo Oka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: EP0590950A3; KR100240454B1; TW279203B; EP0590950A2; DE69319820D1; JPH06118471A; US5376993A; EP0590950B1; KR940007594A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse, die vorteilhafterweise bei einem optischen System für eine von Hand zu haltende Videokamera verwendet werden kann, insbesondere eine Einrichtung zur Kompensation der ungünstigen Effekte von Schütteln oder Oszillationen bei einer solchen von Hand gehaltenen Videokamera.
Die mit einem sogenannten CCD-Bildsensor ausgerüstete, von Hand gehaltene Videokameraeinrichtung wird jetzt ganz populär. Jedoch hat die von Hand gehaltene Videokameraeinrichtung die Unzulänglichkeit, daß sie wegen ihrer kleinen Abmessungen und ihrer Leichtgewichtigkeit leicht kleine positionelle Abweichungen erfährt, die durch feine Oszillationen der Hand des Benutzers während der Aufnahme und Aufzeichnung eines Bildes verursacht werden. In diesem Fall ist bei Aufnahme eines Bildes unter Verwendung einer Zoomlinse (Varioobjektiv) das wiedergegebene Bild einem feinen "Wobbeln" unterworfen und bietet folglich Schwierigkeiten bei einem nachfolgenden Ansehen des aufgezeichneten, gezoomten Bildes.
Das Auftreten dieser Abweichungen während der Bildaufnahme und Aufzeichnung kann durch Befestigen der Videokameraeinrichtung auf einem Dreibein verhindert werden, jedoch bringt dies eine äußerst mühsame Arbeit mit sich und schadet der Funktionsfähigkeit der tragbaren, von Hand gehaltenen Videokamera.
Es gibt einige bekannte Techniken zur Korrektur und/oder Kompensation der positionellen Abweichungen der Videokamera. Diese bekannten Techniken der Korrektur der Abweichungen seitens der Videokamera können in Systeme, die Abweichungen durch eine Bildverarbeitung auf der Basis von Bewegungen eines Objekts, und in Systeme, welche Bewegungen des Hauptkörpers bzw. Rumpfes der Videokamera durch einen Abweichungssensor und direkt eine Winkelgeschwindigkeit der Abweichungen detektieren, klassifiziert werden.
Das bisherige System zur Korrektur von Abweichungen der von der Hand eines Benutzers gehaltenen Kameraeinrichtung durch Bildverarbeitung verleiht sich selbst einen Aufbau auf einem IC-Chip und folglich eine Größenreduktion der Videokamera, da beim Aufnehmen des Bildes eines Objekts erzeugte Bildsignale in korrespondierende Daten verarbeitet werden. Bei einem solchen Bildverarbeitungssystem wird beim Detektieren von durch feine Oszillationen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kameraeinrichtung ein Teil des auf den CCD-Bildsensor abgebildeten rasterartigen Bildes ausgegeben und in Übereinstimmung mit dem Bild eines vorhergehenden Feldes bewegt, bis eine Koinzidenz oder ein stationärer Zustand erreicht ist. In diesem Fall wird das auf diese Weise ausgegebene partielle Bild auf eine originale Bildgröße zur Aufzeichnung auf einem Videoband vergrößert. Dies führt zur Unbequemlichkeit, daß nicht nur die Auflösung herabgesetzt wird, da die originale Information nur teilweise auf dem Schirm angezeigt wird, sondern auch dazu, daß die von der Hand des Benutzers verursachten Bewegungen Abweichungen der Kameraeinrichtung nur innerhalb eines begrenzten Bereiches korrigiert werden können. Wenn sich außerdem das Objekt in einer zu den von den Abweichungen der von Hand gehaltenen Kamera erzeugten Bewegungen ähnlichen Weise bewegt, können diese Objektbewegungen leicht als Abweichungen der Kamera verkannt und unbeabsichtigt entfernt oder kompensiert werden. Überdies können an Stellen mangelhafter Belichtung oder mangelhaften Umgebungslichts die Bewegungen des Objekts und folglich die durch feine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der von Hand gehaltenen Kamera gelegentlich nicht detektiert werden.
Andererseits ist als ein das letztere System zur optischen Korrektur der durch feine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kameraeinrichtung bildendes kardanmäßiges mechanisches System bekannt. Dieses kardanmäßige mechanische System, welches zur Beseitigung der durch Schütteln bzw. Wackeln der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kamera eine Bewegung der ganzen Linseneinheit in einer Richtung mit sich bringt, verursacht keine Verschlechterung der Auflösung und ermöglicht eine Korrektur über einem breiteren Bereich. Ungeachtet dessen wird, da die ganze Linseneinheit bewegt wird, das ganze Kamerasystem vergrößert, was zu einer beträchtlichen Zunahme des Leistuzngsverbrauchs führt.
Infolgedessen können die oben vorgeschlagenen beiden Wakkel- bzw. Schüttelkompensationssysteme, deren jedes seine Vorzüge und Mängel aufweist, nicht ohne Modifikationen in der einen oder anderen Form angenommen werden.
Im Hinblick auf diese Adaptationen ist ein in Figur 10 der beigefügten Zeichnungen gezeigtes Videokamerasystem entwickelt worden, welches den besten Gebrauch von den Vorzügen der oben Beschriebenen beiden Systeme macht. Diese Videokamera weist einen Neigungssensor 100 zum Detektieren der Stampf- bzw. Neigungsbewegung des Hauptkörpers der Videokamera, einen Rollsensor 101 zum Detektieren der Rollbewegung des Hauptkörpers der Videokamera, ein aktives Prisma 102, das eine mit dem durch ein kardanmäßiges mechanisches System erzielten Vorteil äquivalente Ausführung zeigt, jedoch in der Größe reduziert ist, einen Mikrocomputer 103 zum Antrieb und zur Steuerung des aktiven Prismas auf der Basis von Detektorsignalen aus dem Neigungssensor 100 und dem Rollsensor 101, und einen CCD-Bildsensor 104 zum Empfang von Bildaufnahmelicht auf, das zur Erzeugung von Bildsignalen durch photoelektrische Umwandlung durch das aktive Prisma 103 gestrahlt wird.
Das aktive Prisma 102 besteht aus zwei runden Glasplatten 102a, 102b, die durch einen expandierbaren Faltenbalg 102c miteinander verbunden sind, der aus einem speziellen Filmmaterial gefertigt ist, und aus einer Flüssigkeit mit dem gleichen Brechungsindex wie die Glasplatten 102a, 102b. Die vordere Glasplatte 102a, auf die das Bildaufnahmelicht fällt, ist mit einem Querschaft 102d zum Ablenken oder Kippen der vorderseitigen Glasplatte 102a in der vertikalen oder Neigungsrichtung versehen, während die hintere Glasplatte 102b, aus der das Bildaufnahmelicht gestrahlt wird, mit einem vertikalen Schaft 102e zum Ablenken oder Kippen der rückseitigen Glasplatte 102b in der Quer- oder Rollrichtung versehen ist.
Die Schäfte 102d, 102e sind jeweils mit Steuerspulen 105, 106 versehen, über die eine elektrische Spannung anlegbar ist, um unabhängige Bewegungen der beiden Glasplatten 102a, 102b entsprechend den Werten der angelegten Spannung zu bewirken.
Wenn die zwei Glasplatten 102a, 102b paralell zueinander sind, wirkt das aktive Prisma wie eine einzelne Glasplatte, das heißt es wirkt ähnlich wie ein System, das aus einem vor der Linse angeordneten transparenten Filter besteht, so daß sich das auf die Linse einfallende Bildaufnahmelicht direkt ohne Erleiden einer Abweichung ausbreitet.
Wenn der Hauptkörper der Kamera durch die von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen aufwärts gerichtet wird, wird die vorderseitige Glasplatte 102a so betrieben, daß sie derart teilweise aufwärts gerichtet wird, daß die optische Achse des Bildaufnahmelichts über das aktive Prisma 102 abwärts abgelenkt wird. Auf diese Weise können die von feinen Bewegungen der Hand eines Benutzers verursachten Abweichungen der Kamera über einem weiteren Bereich als mit dem Bildverarbeitungssystem korrigiert werden, ohne daß eine Verschlechterung der Auflösung und/oder Winkelfluktuationen des Feldes erkauft werden.
Indessen wird der Neigungswinkel des aktiven Prismas 102 im Maximum typischerweise auf z.B. ± 30 eingestellt, während der maximale Bereich der Korrektur der durch feine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kamera, ausgedrückt als Neigungswinkel der optischen Achse, ± 1,5º beträgt. Beim Betrieb der oben beschriebenen Videokamera detektieren beim Start der Bildaufnahmeoperation der Neigungsensor 100 und der Rollsensor 101, die als Winkelsensoren wirken, die von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kameraeinrichtung, um ein Neigungsdetektorsignal und ein Roldetektorsignal zu erzeugen, die jeweils einer Verstärkerschaltung 107 zugeführt werden. Die Verstärkerschaltung 107 verstärkt das Neigungsdetektorsignal und das Rolldetektorsignal und gibt die verstärkten Signale an einen A/D-Wandler 108. Der A/D-Wandler 108 digitalisiert das Neigungsdetektorsignal und das Rolldetektorsignal zur Bildung von Neigungsdetektordaten und Rolldetektordaten, die jeweils dem Mikrocomputer 103 zugeführt werden
Da die Neigungsdetektordaten und Rolldetektordaten in Form von Winkelbeschleunigungsdaten sind, führt der Mikrocomputer 103 zur Bildung von Winkeldaten eine Integrationsoperation an diesen Daten aus. Dies ermöglicht die Detektion der von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Winkeländerungen, d.h. des Schüttelns bzw. Wackelns der Kamera.
Der Mikrocomputer 103 prüft dann, ob die als die Winkeldaten erzeugte Winkeländerung durch die Abweichungen der Kamera als ein Ergebnis feiner Bewegungen der Hand des Benutzers oder durch eine Schwenkung, die ein Querschwenken der Videokamera während einer Bildaufnahme ist, oder durch ein Neigen, das ein vertikales Schwingen der Videokamera während einer Bildaufnahme ist, verursacht worden ist.
Insbesondere stellt der Mikrocomputer 103 fest, ob eine große aber langsame Winkeländerung durch ein Schwenken/Neigen verursacht wird, so daß er nicht auf eine so große langsame Winkeländerung anspricht.
Wenn der Mikrocomputer 103 feststellt, daß die Winkeländerung durch Abweichungen der Kameraeinrichtung als ein Ergebnis feiner Bewegungen der Hand des Benutzers verursacht sind, detektiert er eine Größe des Korrekturwinkels aus den Winkeldaten und bildet zwei Korrekturdaten, das heißt Korrekturdaten sowohl in der Neigungs- als auch Rollrichtung und überträgt die Korrekturdaten zu einem Komparator 109.
Das aktive Prisma 102 wird durch Neigungswinkel- oder Kippsensoren 111, 112 gesteuert, die jeweils auf der Vorderund Rückseite der Glasplatten 102a, 102b vorgesehen sind. Insbesondere detektieren die Neigungswinkelsensoren 111, 112 die Neigung der Vorder- und Rückseitenglasplatte 102a bzw. 102b des aktiven Prismas 102, um vordere Glasplattenneigungsdetektionsdaten und hintere Glasplattenneigungsdetektionsdaten zu erzeugen, die dem Komparator 109 zugeführt werden. Der Komparator 109 vergleicht die zwei vom Mikrocomputer 103 zugeführten Korrekturdaten in der Neigungs- und Rollrichtung mit den von den Neigungswinkelsensoren 111 und 112 zugeführten vorderen Glasplattenneigungsdetektionsdaten bzw. hinteren Glasplattenneigungsdetektionsdaten und überträgt Vergleichsdaten zu einem Steuerspulentreiber 110.
Der Steuerspulentreiber 110 spricht auf die Vergleichsdaten an, um die Größe und die Polarität des den die Vorderseiten- und Rückseitenglasplatte 102a bzw. 102b steuernden Steuerspulen 105, 106 zugeführten Stromes zu steuern.
Dies bewirkt, daß das aktive Prisma 102 so gesteuert wird, daß es um einen Winkel geneigt wird, der den Abweichungen der Kameraeinrichtung als ein Ergebnis feiner Bewegungen der Hand des Benutzers äquivalent ist.
Folglich wird die optische Achse des vom aufzunehmenden Bild reflektierten, in Figur 10 durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Bildaufnahmelichts L vom aktiven Prisma 102 um einen Betrag korrigiert, der mit den von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kamera korrespondiert, und das Bildaufnahmelicht L wird über eine Zoomlinse 113 auf den CCD-Bildsensor 104 für eine größenmäßig vergrößerte Bildaufnahme des Objekts gestrahlt.
Auf diese Weise ist es bei der oben beschriebenen Videokamera möglich, die optische Achse des Bildaufnahmelichts durch das aktive Prisma 102 entsprechend den von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kameraeinrichtung so zu korrigieren, daß das Bildaufnahmelicht in Bezug auf die optische Achse so korrigiert wird, daß es auf den CCD- Bildsensor 104 gestrahlt wird, wodurch das "Wobbeln" des wiedergegebenen Bildes verhindert wird.
Ungeachtet dessen leidet die oben beschriebene, schüttelkompensierte Videokamera unter dem Problem, daß es, da sie das oben genannte aktive Prisma 102 mit der in einen zwischen den Glasplatten 102a, 102b definierten Raum gefüllten Flüssigkeit des gleichen Brechungsindexes wie dem dieser Glasplatten 102a, 102b verwendet, sehr wahrscheinlich ist, daß bei niedrigem Atmosphärendruck Luftblasen in der Flüssigkeit entstehen, wodurch es unmöglich wird eine genaue Korrektur der von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kameraeinrichtung zu korrigieren.
Aus US-A-3 953 106 geht ein Bildstabilisierungssystem nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 hervor.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System zur Kompensation eines durch Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Schüttelns bzw. Wackelns und Wobbelns einer Kamera bereitzustellen, das die oben genannten, dem Stand der Technik inhärenten Defekte überwinden kann.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zur Korrektur einer optischen Achse einer Kamera bereit, die besteht aus
einer negativen Meniskuslinse,
einer zweiten Linse, wobei
die negative Meniskuslinse und die zweite Linse ein afokales optisches System bilden, und einer Linsensteuerungseinrichtung zur Steuerung einer der beiden Linsen abhängig von extern angelegten Korrektursignalen für die optische Achse zum Bewirken einer Korrektur der optischen Achse, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Linse eine positive Meniskuslinse ist,
wenigstens eine Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche sowohl der negativen Meniskuslinse als auch der positiven Meniskuslinse asphärisch ist, und
die Linsensteuerungseinrichtung die eine der beiden Linsen in einer zur optischen Achse der Kamera senkrechten Richtung steuert.
Gemäß einer Ausführungsform sind die negative Meniskuslinse und die positive Meniskuslinse zusammengesetzte achromatische Linsen. Außerdem kann die positive Meniskuslinse konvex in Richtung zur Lichtaustrittsseite sein, während die negative Meniskuslinse konkav in Richtung zur Lichteintrittsseite ist. Auch kann die negative Meniskuslinse längs des Bildaufnahmelichtweges stromabwärts der positiven Meniskuslinse angeordnet sein.
Mit einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Kamera bereit, die einen Bildaufnahmeabschnitt zum Empfang von Bildaufnahmelicht und Ausgeben von Bildaufnahmesignalen, eine Kondensorlinse zum Konzentrieren des Bildaufnahmelichts auf den Bildabschnitt, eine stromaufwärts der Kondensorlinse längs der optischen Achse des Bildaufnahmeabschnitts vorgesehene Korrekturlinse für die optische Achse, die eine negative Meniskuslinse mit einer asphärischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche und eine positive Meniskuslinse mit einer asphärischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche aufweist, einen Linsensteuerer zum Steuern der negativen Meniskuslinse und der positiven Meniskuslinse in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse, eine Einrichtung zum Detektieren eines Wobbelns eines Kamerahauptkörpers und ein Detektorsystem zur Steuerung des Linsensteuerers entsprechend dem Detektorsystem aufweist.
Bei der Einrichtung zur Korrektur einer optischen Achse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die negative Meniskuslinse mit der asphärischen Lichteintrittsund Lichtaustrittsfläche und die positive Meniskuslinse mit der asphärischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche ein afokales optisches System, und der Linsensteuerer spricht auf die Korrektursignale für die optische Achse an, um die negative und positive Meniskuslinse in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse zu steuern.
Bei der Einrichtung zur Korrektur einer optischen Achse gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die negative Meniskuslinse und die positive Meniskuslinse jeweils durch achromatisch zusammengesetzte Linsen zur Verhinderung einer sonst durch ein solches Korrektursystem für die optische Achse erzeugten chromatischen Aberration gebildet.
Bei dem Korrektursystem für die optische Achse gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zur Verhinderung der Erzeugung einer Versetzungsaberration die positive Meniskuslinse konvex in Richtung zur Lichtaustrittsseite und die negative Meniskuslinse konvex in Richtung zur Lichteintrittsseite. Auch weist bei der Korrektureinrichtung für die optische Achse gemäß der vorliegenden Erfindung die erste Fläche des afokalen optischen Systems eine Dicke von 3 mm, einen Krümmungsradius von -1185,1872 mm bis -275,242 mm, einen Brechungsindex von 1,492838, einen konischen Koeffizienten von - 2530,91174 bis -311,595366, einen vierten asphärischen Koeffizienten von -0,544656e-5 bis -0,430369e-5, einen sechsten as pHärischen Koeffizienten von -0,360458e-7 bis -0,335883e-7, einen achten asphärischen Koeffizienten von 0,294516e-10 bis 0,445597e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von - 0,712148e-13 bis -0,120117e-12 auf. Die zweite Fläche des afokalen optischen Systems weist eine Dicke von 1 mm, einen Krümmungsradius von -91,49586 mm bis -74, 16998 mm, einen Brechungsindex von 1, einen konischen Koeffizienten von 14,790912 bis 17,162173, einen vierten asphärischen Koeffizienten von - 0,888377e-6 bis -0,133806e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von -0,368041e-7 bis -0,315414e-7, einen achten asphärischen Koeffizienten von 0,836518e-10 bis 0,596615e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von -0,196851e-12 bis -0,122939e-12 auf. Die dritte Fläche des afokalen optischen Systems weist eine Dicke von 2 mm, einen Krümmungsradius von - 51,94066 mm bis -39,12113 mm, einen Brechungsindex von 1,492838, einen konischen Koeffizienten von -30,848783 bis - 25,30828, einen vierten asphärischen Koeffizienten von - 0,543052e-5 bis -0,442550e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von -0,4769997e-7 bis -0,394558e-7, einen achten aspHärischen Koeffizienten von 0,135683e-9 bis 0,118486e-9 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von -0,148924e-12 bis -0,135664e-12 auf. Die vierte Fläche des afokalen optischen Systems weist eine Dicke von 1 mm, einen Krümmungsradius von - 111,19628 mm bis -65,69111 mm, einen Brechungsindex von 1, einen konischen Koeffizienten von -128,717973 bis -79,220816, einen vierten asphärischen Koeffizienten von -0,849493e-5 bis - 0,777955e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von - 0,752038e-8 bis -0,226930e-8, einen achten asphärischen Koeffizienten von -0,172622e-10 bis 0,156369e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von -0,39786e-13 bis -0,515843e-14 auf, die alle so gewählt sind, daß die Erzeugung einer Versetzungsaberration verhindert ist.
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung illustrativer Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist, in denen
Figur 1 ein Blockschaltbild einer an einer von Hand zuhaltenden Videokamera befestigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Operation eines- Korrigierens von Oszillationen der von der Hand des Benutzers gehaltenen Kamera durch die in Figur 1 gezeigte Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse, ist,
Figur 3 ein Diagramm ist, welches eine zur Korrektur von 1 mm-Oszillationen der von der Hand des Benutzers gehaltenen Kamera mit der in Figur 1 gezeigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse erforderliche relative Verschiebung zeigt,
Figur 4 ein Diagramm ist, welches eine Größe der Oszillationen der von der Hand des Benutzers gehaltenen Kameravorrichtung zeigt, die mit einer Verschiebung von 5,5 mm durch die in Figur 1 gezeigte Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse korrigiert werden können,
Figur 5 ein Diagramm ist, welches Aberrationscharaktenstiken an einem "Tele"-Ende bei nicht verschobenem Bildaufnahmelicht und bei um 5,3 mm verschobenem Bildaufnahmelicht bei der in Figur 1 gezeigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse zeigt,
Figur 6 ein Diagramm ist, welches Aberrationscharaktenstiken an einem "Weit"-Ende bei nicht verschobenem Bildaufnahmelicht und bei um 5,3 mm verschobenem Bildaufnahmelicht bei der in Figur 1 gezeigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse zeigt,
Figur 7 eine schematische Darstellung des Prinzips der Beseitigung einer chromatischen Aberration mit der positiven Meniskuslinse und der negativen Meniskuslinse ist, die in der in Figur 1 gezeigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse vorhanden sind,
Figur 8 eine schematische Darstellung des Wertes der chromatischen Aberration ist, die erzeugt wird, wenn die Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse mit einer einzigen Meniskuslinse gebildet ist,
Figur 9 ein Diagramm ist, das eine rms-Wellenfrontaberration in einem afokalen optischen System zeigt, das in der in Figur 1 gezeigten Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse vorhanden ist, und
Figur 10 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Linsensystems zur Korrektur einer optischen Achse ist.
Die Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse gemäß der vorliegenden Erfindung, die als ein optisches System für eine von Hand zu haltende Videokamera vorgesehen werden kann, ist in Figur 1 dargestellt und weist eine positive Meniskuslinse 1 mit einer asphärischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche für das Bildaufnahmelicht, eine stromabwärts der positiven Meniskuslinse 1 angeordnete negative Meniskuslinse 2 mit einer asphärischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche für das Bildaufnahmelicht, eine stromabwärts der negativen Meniskuslinse 2 angeordnete Zoomlinse 3, und einen CCD- Bildsensor 4 zum Empfang des über die Zoomlinse 3 auf ihn gestrahlten Bildaufnahmelichts, um eine photoelektrische Umwandlung zu bewirken und ein Bildaufnahme-Ausgangssignal zu erzeugen, das mit dem Bildaufnahmelicht korrespondiert.
Das Videokamerasystem weist auch einen Neigungssensor 6 zum Detektieren von Neigungsbewegungen des Hauptkörpers der Videokamera zur Erzeugung eines analogen Neigungsdetektionsausgangssignals, einen Rollsensor 7 zum Detektieren der Rollbewegung des Hauptkörpers der Videokamera zur Erzeugung eines analoges Rolldetektionsausgangssignals, eine Verstärkerschaltung 8 zum Verstärken des Neigungsdetektionssignals und des Rolldetektionssignals und Ausgeben der verstärkten Signale, und einen A/D-Wandler 9 zum Digitalisieren des Neigungs- und Rolldetektionssignals aus der Verstärkerschaltung 8 und Erzeugen von digitalen Neigungs- und Rollausgangsdaten auf. Die Videokamera weist auch einen Mikrocomputer 10 zur Erzeugung von Steuersignalen zum Steuern der positiven Meniskuslinse 1 in der vertikalen Richtung und zum Steuern der negativen Meniskuslinse 2 in der horizontalen Richtung in bezug auf die optische Achse in Übereinstimmung mit den Neigungsdetektionsdaten und den Rolldetektionsdaten aus dem A/D-Wandler 9 und eine Linsensteuerungsschaltung 11 zur Steuerung der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 wie oben beschrieben in Abhängigkeit von den Linsenbetriebssteuerungssignalen aus dem Mikrocomputer 10 auf.
Die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 sind als achromatisch zusammengesetzte Linsen ausgebildet, wobei die zwei Linsen ein afokales optisches System bilden. Die positive Meniskuslinse ist so angeordnet, daß sie in Richtung der Lichtaustrittsseite konvex ist, während die negative Meniskuslinse so angeordnet ist, daß sie in Richtung der Lichteintrittsseite konkav ist.
Bei einer Ausführungsform bestehen sowohl die positive Meniskuslinse 1 als auch die negative Meniskuslinse 2 aus einem Acrylharz mit n = 1,491, und der nominale effektive Durchmesser und das Gewicht jeder Linse 1 und 2 beträgt 24 mm bzw. 1,5 g. Die Brennweite der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 beträgt 201 mm bzw. 200 mm.
Beim Betrieb der oben beschriebenen, von Hand gehaltenen, mit der Einrichtung zur Korrektur einer optischen Achse gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehenen Videokamera wird beim Beginn einer Aufnahmeoperation zur Aufnahme eiens Bildes eines Objekts durch die Videokamera das Bildaufnahmelicht über die positive Meniskuslinse 1, die negative Meniskuslinse 2 und die Zoomlinse 3 sowie eine nicht dargestellte Iris bzw. Blende auf den CCD-Bildsensor 4 gestrahlt.
Beim Einschalten eines nicht gezeigten Knopfes zur Inbetriebnahme des Zooms steuert der Mikrocomputer 10 die Brennweite der Zoomslinse 3 zum graduellen Vergrößern der Bildgröße des Objekts bis zu einem vorbestimmten Vergrößerungsfaktor, so lange der Knopf 3 zur Inbetriebnahme eingeschaltet bleibt. Wenn ähnlich ein nicht gezeigter Knopf zum Außerbetriebsetzen des Zooms eingeschaltet wird, steuert der Mikrocomputer 10 die Brennweite der Zoomlinse 3 zum graduellen Abnehmen der Bildgröße des Objekts bis zu einem vorbestimmten Vergrößerungsfaktor herunter, so lange der Knopf 3 zum Außerbetriebsetzen des Zooms eingeschaltet bleibt.
Der CCD-Bildsensor 4 empfängt das Bildaufnahmelicht zum Bewirken einer photoelektrischen Umwandlung und Erzeugen eines Bildaufnahmesignals, das an einem Ausgangsanschluß 5 ausgegeben wird. Das Bildaufnahmesignal am Ausgangsanschluß 5 wird in einer nicht gezeigten Bildaufnahmesignal-Verarbeitungsschaltung durch Abtastung und unter Hinzufügen von Synchronisierungssignalen oder dgl. verarbeitet, bevor es einer Aufzeichnungsschaltung zugeführt wird. Auf diese Weise werden mit dem Objekt korrespondierende Bildaufnahmesignale auf einem Videoband, beispielsweise durch eine Schrägabtastaufzeichnung, gebildet.
Wenn durch kleine Vibrationen der Hand des Benutzers verursachte positionelle Abweichungen der Kamera während der Bildaufnahme auftreten sollten, detektiert der Neigungssensor 6 jede in solchen positionellen Abweichungen enthaltene Neigungsbewegung und bildet ein der Verstärkerschaltung 8 zugeführtes Neigungsdetektionssignal. Der Rolsensor 7 tastet alle Rollbewegungen ab, die in diesen poitionellen Abweichungen enthalten sind, um ein analoges Rolldetektionssignal zu bilden, das auf ähnliche Weise der Verstärkerschaltung 8 zugeführt wird. Die Verstärkerschaltung 8 verstärkt die Neigungsdetektionssignale und die Rolldetektionssignale und überträgt die verstärkten Signale zum A/D-Wandler 9.
Der A/D-Wandler 9 detektiert die Neigungsdetektionssignale und die Rolldetektionssignale zur Bildung von Neigungsdetektionsdaten und Rolldetektionsdaten, die dem Mikrocomputer 10 zugeführt werden.
Der Mikrocomputer 10 detektiert den Zustand der durch feine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten positionellen Abweichungen der Kamera und erzeugt Detektionsausgangssignale für eine Linsensteuerungsschaltung 11. Die Linsensteuerungsschaltung 11 steuert die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 in Richtung senkrecht und horizontal zur optischen Achse des Abbildungslichts in Abhängigkeit vom Detektionszustand der Oszillationen der von der Hand des Benutzers gehaltenen Kameravorrichtung.
Da sich die optische Achse des auf den CCD-Bildsensor 4 gestrahlten Abbildungslichts in Abhängigkeit von den positionellen Abweichungen der Kamera als ein Ergebnis der feinen Bewegungen der Hand des Benutzers ändert, ist es für die Videokamera möglich, diese Abweichungen bei der Bildaufnahme des Objekts zu beseitigen.
Die Figur 2 zeigt ein Beispiel, bei welchem bei der Brennweite f1 der positiven Meniskuslinse 1 und der Brennweite f2 der negativen Meniskuslinse 2 die positive Meniskuslinse 1 als Ergebnis der von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten Abweichungen der Kamera um Δyl längs der Zoomlinse 3 bewegt wird, wobei die negative Meniskuslinse 2 in Bezug auf die optische Achse um Δy bewegt wird. Wenn f1 - f2 = d gilt, wobei d ein Abstand zwischen der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 ist, wird, da ein Vergrößerungsfaktor ml mal m2 des ganzen Systems ungeachtet einer Neigung des Objekts p1 annähernd gleich der Einheit ist, ein virtuelles Bild durch die Verschiebung der negativen Meniskuslinse 2 transversal in die Nähe der Objektposition verschoben. Das heißt das Objekt wird so abgebildet, als wenn das Bildaufnahmelicht durch das als Spiegel wirkende Korrektursystem reflektiert würde. Wenn die obigen Relationen durch mathematische Gleichungen ausgedrückt werden, sind die Vergrößerungsfaktoren der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 durch die folgenden Gleichungen (1) und (2)
m1 = f1/(f1 + p1) ... (1)
m2 = f2/(f2 + p2) ... (2)
gegeben.
Wenn die Größe der Verschiebung durch Δy gegeben ist, ist die Bedingung, unter welcher das wie oben beschrieben auf der optischen Achse des Linsensystems transversal verschobene virtuelle Bild positioniert ist, das unter den von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten positionellen Abweichungen der Kamera gelitten hat, gegeben durch die Gleichung (3)
Δy - Δy' = Δy/m2. ... (3).
Nach Modifikation der Gleichung (3) gilt (1 - 1/m2)Δy = Δy1, wodurch Gleichung (4)
Δy = Δy1'm2/(m2 - 1) = Δy1 m1m2/(m2 - 1) ... (4)
erhalten wird.
Da andererseits m2 - 1 = -p2/(f2 + p2) gilt, sind die von feinen Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten positionellen Abweichungen der Kamera durch die folgende Gleichung (5)
Δy1 = Δy(m2 - 1)/m1m2 = Δy(-p2)/{m1m2(f2 + p2)} = Δy(-p2)/(m1m2) ... (5)
Da in Gleichung (5) p2 = p1 und -d = m1p1 - d gilt, ist der Koeffizient p2/(m1f2) durch Gleichung (6)
p2/(m1f2) = p1/f2 - d/m1f2 ... (6) gegeben.
In Gleichung (6) wird, wenn der zweite Term auf der rechten Seite ignoriert werden kann, die rechte Seite ein Quotient aus der Neigung des Objekts dividiert durch die Brennweite der negativen Meniskuslinse 2.
Folglich reicht es bei der Näherung, daß der Linsenabstand im Vergleich zum Bildebenenabstand (p1' = m1p1) ausreichend klein ist, aus, daß Δy/f2 = tan θ gilt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Brennweite der ganzen Linseneinrichtung einschließlich der Zoomlinse 3 nicht durch das von der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 gebildete System zur Korrektur einer optischen Achse geändert. Insbesondere bei einer Brennweite f1 der positiven Meniskuslinse 1 von 205 mm und einer Brennweite f2 der negativen Meniskuslinse 2 von -200 mm wird die Größe einer zur Korrektur von durch kleine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten positionellen Abweichungen von 1 mm der Kamera erforderlichen relativen Verschiebung durch die oben beschriebene Linseneinrichtung zur Korrektur einer optischen Achse so, wie sie im Diagramm nach Figur 3 gezeigt ist. In der Figur 3 ist angenommen, daß die positionellen Abweichungen in der positiven Richtung sind, so daß die Kompensationsgrößen in Bezug auf die Minusachse gezeigt sind.
Andererseits ist das Ausmaß der positionellen Abweichungen, die bei einer Linsenverschiebung von 5 mm korrigiert werden können, im Diagramm nach Figur 4 dargestellt.
Die Aberrationskennwerte in mittleren, effektiven oder quadratischen Werten λ bzw. rmsλ an einem "Tele"-Ende (halber Feldwinkel von 2,9º) in einem Fall, bei welchem weder die positive Meniskuslinse 1 noch die negative Meniskuslinse 2 angetrieben wird, das heißt, die Linsen nicht verschoben werden, und in einem anderen Fall, bei welchem die negative Meniskuslinse 2 um 5,37 mm verschoben wird, sind im Diagramm nach Figur 5 gezeigt. Andererseits sind auch die Aberrationskennwerte in rmsλ an einem "Weit"-Ende (halber Feldwinkel von 28º) in dem Fall, bei welchem wedeüdie positive Meniskuslinse 1 noch die negative Meniskuslinse 2 gesteuert wird, das heißt die Linsen nicht verschoben werden, und in dem Fall, bei welchen nur die negative Meniskuslinse 2 um 5,37 mm verschoben wird, sind im Diagramm nach Figur 6 gezeigt.
Den grafischen Darstellungen nach den Figuren 5 und 6 ist zu entnehmen, daß wenn nur die Meniskuslinse 2 um 5,37 mm verschoben wird, das Bildaufnahmelicht um 1,5º abgelenkt wird. Infolgedessen hat die durch diese Bedingung erzeugte Aberration einen Kennwert, welcher der Beugungswertgrenze nahe kommt. Die Figuren 5 und 6 bestätigen, daß die chromatische Aberration durch die vorliegende Erfindung nicht ernstlich verschlechtert wird, und die Figur 6 zeigt insbesondere, daß die chromatische Aberration noch unter der oberen Grenze von 1,5º liegt.
Bei Ausführung der Korrektur der optischen Achse durch Steuerung der Position der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 wird wie in Figur 7 gezeigt ein Fehler Δθ des Abweichungswinkels durch die chromatische Aberration Az der positiven Meniskuslinse (f1) erzeugt. Die Quantität der chromatischen Aberration Δz kann aus der Abbeschen Zahl ν abgeschätzt werden. Die Abbesche Zahl ν ist durch den Brechungsindex des optischen Materials der positiven Meniskuslinse 1 bei den C-Strahlen von 656,28 nm, F-Strahlen von 486,13 nm und d- Strahlen von 587,56 nm durch die folgende Formel
ν = (nd - 1)/(nF - ηC)
definiert.
Es folgt daraus, daß die chromatische Aberration Δz zwischen den C-Strahlen und den d-Strahlen durch Δz = f1/v gegeben ist. Durch Einsetzen von f1 = 205 mm und ν = 57 wird die chromatische Aberration Δz zu Δz = 205 mm/57 = 3,6 mm. Da der Fehler Δθ des Abweichungswinkels gleich Δθ - Δz tan θ/f2 = 3,6 mm tan 1,5º/200 mm = 4,7e-4 wird, ergibt sich die chromatische Aberration ΔY zu ΔY = f tan Δθ = 28 um. Dieser abgeschätzte Wert komzidiert grob mit den Messergebnissen mit der universellen optischen Designsoftware CODEV.
In Zusammenfassung des obigen gilt die folgende Gleichung (7):
ΔY = f tan Δθ fΔθ
= fΔz tanθ/f2 = ff1/ν tanθ/f2 = f1/f2 ftanθ/ν ftanθ/ν ... (7)
Die Farbaberration auf dem CCD-Bildsensor 4 ist der Quotient der maximalen Größe der Bildbewegung durch die Abbesche Zahl der positiven Meniskuslinse 1. Da die Abbesche Zahl ν auch bei der Verwendung eines niedrigen Diffusionsmaterials in der Größenordnung von ν = 60 ist, wird eine chromatische Aberration gleich 1/60 der maximalen Größe der Bildbewegung erzeugt. Ungeachtet dessen kann die Abbesche Zahl äquivalent auf einen extrem größeren Wert erhöht werden, wenn die positive Meniskuslinse 1 eine achromatische Linse ist.
Die chromatische Aberration des die optische Achse durch das aktive Prisma korrigierenden Systems zur Korrektur einer optischen Achse ist wie in Figur 8 gezeigt und durch die folgenden Gleichungen
sin (α + θ) = n sin α cos (α + θ)dθ/dλ = dn/dλ sin α Δθ = dθ/dλΔλ
= sin α/ coa (α + θ) Δn
= sin α/ cos (α + θ) (n - 1)/ν
= (n - 1)/n tan (α + θ)/ν
fΔθ = (n - 1)/n ftan (α + θ)/ν gegeben.
Bei n = 1,51 gilt θ = 1,53º für einen Öffnungswinkel α von 3º. Folglich gilt α + θ = 4,53º 3 θ.
Da andererseits (n - 1)/n = 0,337 1/3, (n - 1)/n ftan (α + θ)/νλ ftan θ/ν gilt, ist der Wert der chromatischen Aberration annähernd gleich dem Wert der in Gleichung (7) gezeigten chromatischen Aberration. Das heißt, der Wert der chromatischen Aberration des Systems zur Korrektur einer optischen Achse bewirkt, daß die Korrektur der optischen Achse durch das oben genannte aktive Prisma im wesentlichen von der gleichen Größenordnung wie die des Systems zur Korrektur einer optischen Achse der Videokamera gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, bei welcher die Korrektur der optischen Achse durch Verwendung von zwei Meniskuslinsen 1, 2 ausgeführt wird.
Wenn die positive Meniskuslinse eine achromatische Linse ist, wird die chromatische Aberration in der Richtung der Abweichung des Bildaufnahmelichts entfernt. Wenn außerdem die negative Meniskuslinse 2 eine achromatische Linse ist, wird die chromatische Operation auch in anderen Richtungen als der Richtung der Abweichung des Bildaufnahmelichts entfernt.
Dem vorstehenden ist zu entnehmen, daß es bei dem in der Videokamera vorgesehenen Linsensystem zur Korrektur einer optischen Achse dadurch, daß die Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche der positiven Meniskuslinse 1 asphärisch ist und die Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche der negativen Meniskuslinse 2 ähnlich asphärisch ist, möglich ist, die Erzeugung einer restlichen Aberration zu verhindern.
Da überdies die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 ein afokales optisches System bilden, kann die Korrektur der optischen Achse ungeachtet der Brennweite richtig ausgeführt werden. Folglich kann die Korrektur der optischen Achse ohne Änderung des Zoombereichs und ohne Beeinflussung der Brennweite der Zoomlinse 3 ausgeführt werden.
Da das durch Einspritzen einer Spezialflüssigkeit zwischen zwei Glasplatten gebildete aktive Prisma bei der vorliegenden Erfindung nicht verwendet wird, kann die Korrektur der optischen Achse unter reduziertem Atmosphärendruck ohne die Unzulänglichkeit der Erzeugung von Luftblasen in jeder solchen Flüssigkeit genau ausgeführt werden.
Folglich ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, eine genaue Korrektur von durch kleine Bewegungen der Hand des Benutzers verursachten positionellen Abweichungen der Kamera ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte können durch Einstellen der Krümmungsradien, Dicken, Brechungsindizes, konischen Koeffizienten, asphärischen Koeffizienten vierter Ordnung, asphärischen Koeffizienten sechster Ordnung, asphärischen Koeffizienten achter Ordnung und asphärischen Koeffizienten zehnter Ordnung, der ersten bis vierten Fläche des durch die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 gebildeten afokalen optischen Systems wie in den folgenden Tabellen 1 bis 3 gezeigt realisiert werden. TABELLE 1 TABELLE 2 TABELLE 3
In den obigen Tabellen 1, 2 und 3 sind die erste, dritte und vierte Fläche des afokalen optischen Systems annähernd Rotationshyperboloide, während die zweite Fläche annähernd ein Rotationsellipsoid oder Sphäroid ist.
Andererseits ist die Brennweite der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 gleich 200 mm bzw. -200 mm.
Die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte können auch durch Einstellen der Krümmungsradien, Dicken, Brechungsindizes, konischen Koeffizienten, asphärischen Koeffizienten vierter Ordnung, asphärischen Koeffizienten sechster Ordnung, asphärischen Koeffizienten achter Ordnung und asphärischen Koeffizienten zehnter Ordnung, der ersten bis vierten Fläche des durch die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 gebildeten afokalen optischen Systems wie in den folgenden Tabellen 4, 5 und 6 gezeigt realisiert werden. TABELLE 4 TABELLE 5 TABELLE 6
In den obigen Tabellen 4, 5 und 6 sind die erste, dritte und vierte Fläche des afokalen optischen Systems annähernd Rotationshyperboloide, während die zweite Fläche annähernd ein Rotationsellipsoid oder Sphäroid ist.
Andererseits ist die Brennweite der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 gleich 202 mm bzw. -200 mm.
Die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte können auch durch Einstellen der Krümmungsradien, Dicken, Brechungsindizes, konischen Koeffizienten, asphärischen Koeffizienten vierter Ordnung, asphärischen Koeffizienten sechster Ordnung, asphärischen Koeffizienten achter Ordnung und asphärischen Koeffizienten zehnter Ordnung, der ersten bis vierten Fläche des durch die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 gebildeten afokalen optischen Systems wie in den folgenden Tabellen 7, 8 und 9 gezeigt realisiert werden. TABELLE 7 TABELLE 8 TABELLE 9
In den obigen Tabellen 7, 8 und 9 sind die erste, dritte und vierte Fläche des afokalen optischen Systems annähernd Rotationshyperboloide, während die zweite Fläche annähernd ein Rotationsellipsoid oder Sphäroid ist.
Andererseits ist die Brennweite der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 gleich 203 mm bzw. -200 mm.
Die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte können auch durch Einstellen der Krümmungsradien, Dicken, Brechungsindizes, konischen Koeffizienten, asphärischen Koeffizienten vierter Ordnung, asphärischen Koeffizienten sechster Ordnung, asphärischen Koeffizienten achter Ordnung und asphärischen Koeffizienten zehnter Ordnung, der ersten bis vierten Fläche des durch die positive Meniskuslinse 1 und die negative Meniskuslinse 2 gebildeten afokalen optischen Systems wie in den folgenden Tabellen 10, 11 und 12 gezeigt realisiert werden. TABELLE 10 TABELLE 11 TABELLE 12
In den obigen Tabellen 10, 11 und 12 sind die erste und zweite Fläche des afokalen optischen Systems annähernd Rotationshyperboloide, während die dritte und vierte Fläche annähernd Rotationsellipsoide oder Sphäroide sind.
Andererseits sind die Brennweiten f1, f2 der positiven Meniskuslinse 1 und der negativen Meniskuslinse 2 gleich 205 mm bzw. -200 mm. Demgemäß sind die Verhältnisse der jeweiligen Flächen γ1, γ2, γ3, γ4 des afokalen optischen Systems und die Brennweiten f1, f2 wie folgt:
Bei dem in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigten ersten Beispiel sind andere Verhältnisse gegeben durch
r1/f1 = 5,896; r2/f1 = -0,455
r3/f2 = 0,259; r4/f2 = 0,556.
Bei den in den Tabellen 4, 5 und 6 gezeigten zweiten Beispiel sind die Verhältnisse gegeben durch
r1/f1 = -4,932; r2/f1 = -0,449
r3/f2 = 0,230; r4/f2 = 0,439.
In den Tabellen 7, 8 und 9 gezeigten dritten Beispiel sind die Verhältnisse gegeben durch
r1/f1 = -3,023; r2/fl = -3,023
r3/f2 = 0,214; r4/f2 = 0,383.
In den in den Tabellen 10, 11 und 12 gezeigten vierten Beispiel sind die Verhältnisse gegeben durch
r1/f1 = -1,343; r2/f1 = -0,362
r3/f2 = 0,196; r4/f2 = 0,330.
Den obigen Verhältnissen ist zu entnehmen, daß das Verhältnis r1/f1 einen Wertebereich zwischen -5,9 und -1,3, das Verhältnis r2/f1 einen Wertebereich zwischen -0,46 und -0,36 das Verhältnis r2/f2 einen Wertebereich zwischen 0,19 und 0,26 und das Verhältnis r4/f2 einen Wertebereich zwischen 0,33 und 0,56 hat.
In der Figur 9 sind für einen einfallenden Parallelstrahl eines Feldwinkels von +1,5º, -1,5º und 4,5ºerzeugte rmsλ-Werte der Wellenfrontaberration bei einer Verschiebung der negativen Meniskuslinse 2 um 5,3 mm in bezug auf die positive Meniskuslinse 1 aufgetragen, und das afokale optische System ist wie in den Tabellen 1 bis 3, Tabellen 4 bis 6, Tabellen 7 bis 9 oder Tabellen 10 - 12 konfiguriert.
Dem Diagramm nach Figur 9 ist zu entnehmen, daß die bei einem um 1,5º abgelenkten Neigungswinkel der optischen Achse über einen Feldwinkel von ±3ºerzeugte Aberration für jede der oben genannten Charakteristiken des optischen Systems optimal ist.
Obgleich die positive und negative Meniskuslinse 1, 2 in Übereinstimmung mit der detektierten Größe der durch kleine Oszillationen der Hand des Halters verursachten positionellen Abweichungen der Kamera gesteuert werden, ist es auch möglich, daß nur eine dieser beiden Linsen gesteuert wird, in welchem Fall die gesteuerte Linse beim Bewirken der Korrektur der optischen Achse sowohl in der zur optischen Achse senkrechten als auch horizontalen Richtung gesteuert werden kann.
Nachdem bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsformen beschränkt ist und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen von einem Fachmann ohne Abweichung vom Rahmen und Gedanken der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung bewirkt werden können.

Claims

1. Einrichtung zur Korrektur einer optischen Achse einer Kamera, bestehend aus

einer negativen Meniskuslinse (2),

einer zweiten Linse (1), wobei

die negative Meniskuslinse (2) und die zweite Linse (1) ein afokales optisches System bilden, und

einer Linsensteuerungseinrichtung (11) zur Steuerung wenigstens einer der beiden Linsen abhängig von extern angelegten Signalen zum Bewirken einer Korrektur der optischen Achse, dadurch gekennzeichnet, daß

die zweite Linse (1) eine positive Meniskuslinse ist,

wenigstens eine Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche sowohl der negativen Meniskuslinse als auch der positiven Meniskuslinse asphärisch ist, und

die Linsensteuerungseinrichtung (11) die eine der beiden Linsen in einer zur optischen Achse der Kamera senkrechten Richtung steuert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die negative Meniskuslinse (2) und die positive Meniskuslinse (1) zusammengesetzte achromatische Linsen zur Korrektur einer während der optischen Achskorrektur verursachten chromatischen Aberration sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die positive Meniskuslinse (1) konvex in Richtung zu einer Lichtaustrittsseite und die negative Meniskuslinse (2) konkav in Richtung zu einer Lichteintrittsseite ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die negative Meniskuslinse (2) längs eines Bildaufnahmelichtwegs stromabwärts der positiven Meniskuslinse (1) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die positve Mensikuslinse (1) eine Brennweite f1 und die negative Meniskuslinse (2) eine Brennweite f2 aufweist, und Krümmungsradten einer ersten Fläche γ1 der positven Meniskuslinse, einer zweiten Fläche γ2 der positven Meniskuslinse, einer dritten Fläche γ3 der negativen Meniskuslinse und einer weiteren Fläche γ4 der negativen Meniskuslinse aus den Bereichen

-5,6 ( r1/f1 < -1,3

-0,46 ( r2/f1 < -0,36

0,19 < r3/f2 < 0,26

0,33 < r4/f2 < 0,56

gewählt sind, wobei die erste bis vierte Fläche asphärische Flächen sind, die erste Fläche annähernd die Asphärenform eines Rotationshyperboloids oder flachen Sphäroids aufweist, die zweite Fläche annähernd die Asphärenform eines flachen Sphäroids, die dritte Fläche annähernd die Asphärenform eines Rotationshyperboloids und die vierte Fläche annähernd die Asphärenform eines Rotationshyperboloids aufweist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das afokale optische System aus einer ersten und zweiten Fläche der negativen Meniskuslinse und dritten und vierten Fläche der positiven Meniskuslinse besteht, wobei

die erste Fläche des afokalen optischen Systems eine Dicke von 3 mm, einen Krümmungsradius von -1185,1872 mm bis -275,242 mm, einen Brechungsindex von 1,492838, einen konischen Koeffizienten von -2530,91174 bis -311,595366, einen vierten asphärischen Koeffizienten von -0,544656e-5 bis -0,430369e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von -0,360458e-7 bis -0,335883e-7, einen achten asphärischen Koeffizienten von 0,294516e-10 bis 0,445597e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von -0,712148e-13 bis -0,120117e-12 aufweist, wobei

die zweite Fläche des afokalen optischen Systems eine Dikke von 1 mm, einen Krümmungsradius von -91,49586 mm bis -74,16998 mm, einen Brechungsindex von 1, einen konischen Koeffizienten von 14,790912 bis 17,162173, einen vierten asphärischen Koeffizienten von 0,888377e-6 bis -0,133806e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von -0,368041e-7 bis -0,315414e-7, einen achten asphärischen Koeffizienten von 0,836518e-10 bis 0,596615e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von -0,196851e-12 bis -0,122939e-12 aufweist, wobei

die dritte Fläche des afokalen optischen Systems eine Dikke von 2 mm, einen Krümmungsradius von -51,94066 mm bis -39,12113 mm, einen Brechungsindex von 1,492838, einen konischen Koeffizienten von -30,848783 bis -25,30828, einen vierten asphärischen Koeffizienten von -0,543052e-5 bis -0,442550e-5, einen sechsten asphärischen Koeffizienten von -0,4769997e-7 bis -0,394558e-7, einen achten asphärischen Koeffizienten von - 0,135683e-9 bis 0,118486e-9 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten -0,148924e-12 bis -0,135664e-12 aufweist, und wobei

die vierte Fläche des afokalen optischen Systems einen Krümmungsradius von -111,19628 mm bis -65,96111 mm, einen Brechungsindex von 1, einen konischen Koeffizienten von -128,717973 bis -79,220816, einen vierten asphärischen Koeffizienten von -0,849493e-5 bis -0,777955e-5, einen sechsten aspHärischen Koeffizienten von -0,752038e-8 bis -0,226930e-8 einen achten asphärischen Koeffizienten von -0,172622e-10 bis 0,156369e-10 und einen zehnten asphärischen Koeffizienten von - 0,39786e-13 bis -0,515843e-14 aufweist.

7. Kamera mit einem Kamerakörper, bestehend aus einer Bildaufnahmeeinrichtung zum Empfang von Bildaufnahmelicht und Erzeugen eines Bildaufnahmesignals aus diesem Licht,

einer Linseneinrichtung zum Konzentrieren des Bildaufnahmelichts auf die Bildaufnahmeeinrichtung,

einer optischen Achsenkorrektureinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die stromaufwärts längs einer optischen Achse der Bildaufnahmeeinrichtung vorhanden ist,

einer Einrichtung zum Detektieren eines Wobbeins des Kamerakörpers, und einer Einrichtung zum Zuführen von Korrekturzeichen zur optischen Achse abhängig von einem Ausgangssignal der Detektoreinrichtung zur Steuerung der Linsensteuerungseinrichtung.