DE7637295U1 - Zoom-objektiv - Google Patents
Zoom-objektivInfo
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Description
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17·217/8 30/ei
Firma FUJI PHOTO OPTICAL COMPAfJY, LIMITED, Omiya-shi /
Japan
Zoom-Objektiv
Die Erfindung betrifft ein Zoom-Objektiv mit einer die Brennweite verändernden, beweglichen Zoom-Linsengruppe
und einer zur Scharfeinstellung dienenden Fokussier-Linsengruppe, welche bei zur Veränderung der Brennweite
erfolgender SXislsr Bewegung dB!* Zoom^Linaangpuppe axial
^«^«.»λ *·»Ί·^**^>* 4 λ + «««μ ««. 4 «^*^ #* ^Vi** *»«^Ά Λ ^Vk 4 1 ^4ii««ff /^Ae /"11-% -^ ^l Ir+«k β ■! v\
einer ortsfesten Bildebene aufrechtzuerhalten.
Es sind zwei Arten von Zoom-Objektiven bekannt. Ein Zoom-Objektivsystem
besteht beispielsweise, wie in Figur 1 gezeigt, aus einer ersten Linsen-Baugruppe I, einer zur
Veränderung der Brennweite dienenden, beweglichen Zoom-Linsen-Baugruppe II, einer kompensierenden beweglichen
Linsen-Baugruppe III und zur Verbindung dienenden festen Linsen-Baugruppen IV und V. Bei einem Typ von Zoom-Objektivsystemen
wird die vordere, feste Linsen-Baugruppe I axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung photographiert
werden soll. Bei der anderen Bauart werden alle vier anderen Baugruppen oder einige der anderen vier Baugruppen
axial bewegt, wenn aus geringer Entfernung eine Aufnahme
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gemacht werden soll, bei der ersten Bauart des Zoom-Objektivsystems
wird der Brennpunkt in einer festen Position gehalten. Wenn jedoch ein Objekt photographiert werden
soll, welches sich sehr nahe am Objektiv befindet, müsste hier die vordere, feste Linsen-Baugruppe I über eine aussergewöhnlich
grosse Strecke bewegt werden, was zur Folge hat, dass das durch das Objektiv tretende Licht nicht zum
Randbereich des in der Bildebene in der Kamera befindlichen Filmes gelangt. Andererseits ist es zwar mit der zweiten
Art von Zoom-Objektivsystemen, die als "Mikro-Fokus-Zoom-Objektive"
bezeichnet werden, leicht, eine Objekt zu photographieren, welches sich sehr nahe beim Objektiv bzw.
Objektivsystem befindet. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Position des entstehenden Bildes sich
ändert, da bei dieser Art von Objektiven sich die Schnittweite ändert.
Unter Berücksichtigung der vorstehend erläuterten Mangel
dsr bsksnntcn Zoom—Ob^sktivs^^stenie ist also
J -m OJ a Jj _ _J_ »7 <-\"U .J-^I, J-J .. —,, _~V>^-P-P-^-»
ehern, obwohl es sich um ein Mikro-Fokus-Zoom-Objektiv handelt,
die sich ergebende Lage des scharf abgebildeten Bildes konstant in der ortsfesten Bildebene gehalten wird.
Dabei soll ein Zoom-Objektiv vorgeschlagen werden, welches es gestattet, auch aus geringer Entfernung zu photographieren,
und zwar mit einer vorderen Linsen-Baugruppe mit relativ geringem Durchmesser. Schliesslich soll die Einstellung
der Fokussier-Linsengruppe bei dem Zoom-Objektiv gemäss der Erfindung automatisch nach bzw. mit einer axialen Bewegung
der Zoom-Linsengruppe erfolgen, so dass die scharfe Abbildung des Objektes in der ortsfesten Bildebene aufrechterhalten
wird.
Zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe wird nach der
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Erfindung nun ein Zoom-Objektiv der eingangs erwähnten Art
vorgeschlagen, welches sich auszeichnet durch ein Wandlerglied,
welches den axialen Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe in einen dem Reziprokwert seiner afokalen VergrSsserung
entsprechenden Wert umwandelt, durch eine Recheneinrichtung, in die dieser Wert und ein die Entfernung eines
zu photographierendeh Objektes von dem Zoom-Objektiv repräsentierendes Signal eingegeben werden und deren hieraus
ermitteltes Ausgangssignal der Strecke entspricht, um die die Fokussier-Linsengruppe zur Aufrechterhaltung der
scharfen Abbildung in der stationären Bildebene zu verschieben ist, sowie durch ein Verbindungsglied, mittels
dessen die Fokussier-Linsengruppe entsprechend dem Ausgangssignal
der Recheneinrichtung bewegbar ist.
Erfindungsgemäss werden also Mittel zur Steuerung der Bewegung
der Fokussier-Linsengruppe in Übereinstimmung mit der Bewegung der Zoom-Linsengruppe vorgeschlagen. Hierdurch
wird erreicht, dass die Fokussier-Linsengruppe stets automatisch der Zoom-Linsengruppe, bei deren Bewegung zur Änderung
des Abbildungs-Massstabes bzw. der Brennweite, folgt, somit stets selbsttätig eine Scharfstellung des Bildes in
der stationären Bildebene erfolgt. Infolgedessen sind die oben erläuterten Mängel der bekannten Zoom-Objektivtypen
ausgeschaltet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche Gegenstand der Ansprüche 2 und 3 ist, wird vorgeschlagen,
zur Steuerung der Bewegung der Fokussier-Linsengruppe mechanische Steuerglieder zu verwenden, beispielsweise
einen Kurvenmechanismus, der die Bewegung der Fokussier-Linsengruppe unter Berücksichtigung der Bewegung der
Zoom-Linsengruppe steuert. Bei einer anderen zweckmässigen Ausführungsform, welche Gegenstand der Ansprüche A und
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ist, werden zur Steuerung der Bewegung der Fokussier-Linsengruppe
elektrische Steuerelemente verwendet, beispielsweise eine Kombination aus einem Steuerkreis und
einem Servomotor, der die Bewegung der Fokussier-Linsengruppe in Abhängigkeit von der Bewegung der Zoom-Linsengruppe
steuert. Bei dieser Ausführungsform, welche elektrische
Steuerelemente aufweist, wird die Bewegung der Linsengruppen in elektrische Signale umgewandelt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Zoom-Objektives, bei dem der Erfindungsvorschlag
Anwendung finden kann;
Figur 2 . eine optische Prinzipdarstellung eines Zoom-Objektives zur Erläuterung des der Erfindung
zugrundeliegenden Prinzipes;
Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der afokalen Vergrösserung des
Zoom-Objektives und der Bewegungsstrecke der Fokussier-Linsengruppe im Objek i ;
Figur 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Entfernung des
zu photographierenden Objektes und dem Bewegungsweg der Fokussier-Linsengruppe des
Zoom-Objektives;
Figur 5A in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäss ausgestalteten Zoom-Objektives;
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Figur 5B eine dreidimensionales Koordinantensystem, wie es in der Steuerkurve des Ausführungsbeispieles gemäss Figur 5A Verwendung findet
und
Figur 6 schematisch ein Zoom-Objektiv einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einer elektrischen
Bewegungssteuerung.
In dem Zoom-Objektiv gemäss der Erfindung wird ceispielsweise
eine Linsenanordnung, wie sie in Figur 1 erläutert ist, verwendet. Diese Anordnung besteht aus fünf Linsen-Baugruppen,
und zwar einer festen vorderen Baugruppe I, der Zoom-Linsen-Baugruppe II, der beweglichen Kompensations-Linsen-Baugruppe
III und gleichsam festen Verbindungs-Linsen-Baugruppen IV und V, wobei die Baugruppe V als Fokussier-Linsengruppe
anzusehen ist. Bei dem Objektiv nach der Erfindung sind entweder alle oder ein Teil der Linsen-Baugruppen
mit Ausnahme der vorderen, festen Linsen-Baugruppe I zum Zwecke der Fokussierung bzw. Scharfstellung und für den
Zoom-Vorgang (Veränderung der Brennweite bzw. des Abbildungs-Massstabes)
bewegbar.
In Figur 2 ist in vereinfachter Darstellung eine Zoom-Linsengruppe
A und eine Fokussier-Linsengruppe B gezeigt, um so das Verständnis des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipes
zu erleichtern. Zwischen der Zoom-Linsengruppe A und der Fokussier-Linsengruppe B verlaufen die Lichtstrahlen
parallel. Um eine von dem Zoom-Objektiv entworfenes Bild scharf abzubilden, wird die Fokussier-Linsengruppe B axial
bewegt.
Wenn sich ein zu photographierendes Objekt in einer Entfernung S von der Eintrittspupille a der Zoom-Linsengruppe
A befindet und das Bild des Objektes in einer Position in
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einer Entfernung S1 von der Austrittspupille b der Zoom-Linsengruppe
A gebildet wird (wobei die Entfernung S1 positiv gezählt wird, wenn sie in Figur 2 auf der rechten
Saite gemessen wird), so kann die Beziehung zwischen den beiden Entfernungen S und S1 und der afokalen Vergrösserung
Ψ des Zoom-Objektives durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:
(1) S· = - S /f2
Die Beziehung zwischen dor Entfernung 1 eines Filmes F von der Austrittspupille b der Zoom-Linsengruppe A und der
Entfernung S11 des Filmes F von der Position des erzeugten
Bildes des Objektes kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:
(2) S" * 1 - S1 = 1 + S f Ψ
Der Weg Δ χ, um den die Fokussier-Linsengruppe B bewegt werden muss, um die Stellung des sich endgültig ergebenden
Bildes konstant in einer ortsfesten Bildebene, d.h. auf
dem Film F, zu halten, wird durch folgende Formel ausgedrückt, wobei die Schnittweite der Fokussier-Linsengruppe
B gleich f und die Entfernung zwischen den Hauptpunkten der Fokussier-Linsengruppe B gleich H ist:
- 2f - H )2 - 2
Da S " = 1 + S /j· gilt, kann die Strecke Λ x, um die
die Fokussier-Linsengruppe B axial bewegt werden muss, entsprechend der Kurve C1 (Figur 3) dargestellt werden,
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: wobei die Entfernung S konstant gehalten wird und die afokale
Vergrösserung ff verändert wird. Die Strecke Δ χ kann
auch gemäss der Kurve C2 (Figur 4) bestimmt werden, wobei
die afokale Vergrösserung ^- konstant gehalten und die
Entfernung S verändert wird.
Wenn also während des Verfahrens der sich ergebende Bildort in der stationären Bildebene gehalten, werden soll, so wird
die Fokussier-Linsengruppe B zuerst um die Strecke Δ x entsprechend
der Gleichung (3), und zwar gemäss Kurve C2 bewegt. Bei Veränderung der Brennweite bzw. de? Abbildungs-Massstabes,
wird die Fokussier-Linsengruppe geuäss Gleichung (3), und zwar der Kurve C1 bewegt, wobei die afokale
I Vergrösserung Jf" verändert wird.
I In den Figuren 5A und 5B ist ein bevorzugtes Ausführungs-
I beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem mechanische
I Steuermittel verwendet werden. Wie Figur 5A erkennen lässt,
I ist eine bewegliche Zoom-Linsengruppe L1 mit einem mecha-
I nischen Wandlerelement. 10 verbunden, welches den Bewegungs-
I weg der Zoom-Linsengruppa L1 in eine 1/$· entsprechende
Strecke umwandelt. Das Wandlerelement 10 ist mit einem Zahnrad 11 verbunden, das mit einem Zahnabschnitt 12a eines
I dreidimensionalen Kurvenstückes 12 kämmt, das infolge Dre-
j hung des Zahnrades 11 auf- und abwärts bewegt werden kann.
I Das Kurvenstück 12 weist eine dreidimensionale Kurven-
I fläche 12b auf, deren Oberfläche den Kurven C1 bzw. C2
! (Figuren 3, 4) entspricht. Die Gestaltung der Kurvenfläche
; 12b entspricht dabei diesen Kurven, wenn das Koordinuten-
«| system gemäss Figur 5B gelegt wird. Dies heisst mit ande-
I ren Worten, dass ein Horizontalsclmitt durch die Kurven-
! fläche 12b der Kurve C2 gemäss Figur 4 und ein Vertikal-
> schnitt durch die Kurvenfläche 12b der Kurve C1 nach Figur
■ 3 entspricht. Das Kurvenstück 12 ist mit einem Betätigungs-
stab 13 versehen, der parallel zur Achse des Zahnrades 11 |
verläuft und zum Zwecke der nachstehend zu erläuternden \
Scharfstellung in Längsrichtung bewegbar ist. An der Kur- j;
venfläche 12b des Kurvenstückes 12 greift ein Folgestös- Ü
sei 14 an, der mit der Fokussier-Linsengruppe L2 verbun- \
den ist, so dass letztere axial bewegt wird, wenn das Kur- ;
venstück 12 in einer Richtung parallel zur Achse des Zahn- .;
rades 11 mittels des Betätigungsstabes 13 gemäss Kurve C2
bewegt wird. Der Folgestössel kann sich nur in einer Rieh- '.
tung parallel zur optischen Achse des Objektives bewegen. !
Beim Arbeiten mit dem mit einem oben erläuterten, mechani- j
sehen Steuersystem versehenen Zoom-Objektiv wird zuerst j;
die Fokussier-Linsengruppe L2 axial zur Scharfstellung ge- Γ
mäss der durch die Kurve C2 gegebenen Beziehung verschoben, indem der Betätigungsstab 13 in Längsrichtung bewegt
wird. Wenn dann die Brennweite durch axiale Bewegung der ]
beweglichen Zoom-Linsengruppe L1 verändert wird, so wird ν
die entsprechende afokale Vergrösserung j auf das Kurven- |
stück 12 über das Wandlerelement 10 und das Zahnrad 11 1
übertragen, so dass das Kurvenstück 12 vertikal bewegt f
wird, um so die Fokussier-Linsengruppe L2 entsprechend f
der durch die Kurve C1 gegebenen Beziehung zu bewegen. g
Infolgedessen wird die Fokussier-Linsengruppe L2 abhängig |
von der Bewegung der Zoom-Linsengruppe L1 bewegt und so f.
stets der sich ergebende Bildort in der ortsfesten Bild- I
ebene gehalten. |i
In Figur 6 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemässen
Zoom-Objektives dargestellt, bei welcher eine
elektrische Steuerung Verwendung findet. Bei der Ausführungsform gemäss Figur 6 sind eine Zoom-Linsengruppe L11
und eine Fokussier-Linsengruppe L12 jeweils mit Potentiometern P1 bzw. P2 verbunden, die den Bewegungsweg der Lin-
elektrische Steuerung Verwendung findet. Bei der Ausführungsform gemäss Figur 6 sind eine Zoom-Linsengruppe L11
und eine Fokussier-Linsengruppe L12 jeweils mit Potentiometern P1 bzw. P2 verbunden, die den Bewegungsweg der Lin-
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aengruppen in elektrische Signale umwandeln. Das Potentiometer
P1, welches mit der Zoom-Linsengruppe L11 verbunden ist, repräsentiert die afokale Vergrösserung f- , während
das Potentiometer P2 den Betrag der Bewegung Ax der Fokus sier-Linsengruppe L12 wiedergibt. Das Ausgangssignal
des ersten Potentiometers P1, welches der afokalen Vergrösserung f entspricht, wird in ein Signal, das 1/y
proportional ist, durch einen Signalwandler 20 umgewandelt. Das Ausgangssignal des Signal-Wandlerkreises 20 wird in
einen Rechenkreis 21 eingegeben, der auch das 1/jf· entsprechende
Ausgangssignal des Signal-Konverters sowie ein Signal empfängt, das der Entfernung S des Objektes von dem
Zoom-Objektiv entspricht. Der Rechenkreis 21 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Strecke Δ χ angibt, um welche die
Fokussier-Linsengruppe L12 bewegt werden sollte. Das Ausgangssignal
des Rechenkreises 12 wird einem Servo-Verstärker 22 zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Potentiometers
P2, welches der Bewegung Ax der Fokussier-Linsengruppe L12
entspricht, wird ebenfalls auf den Servo-Verstärker 22 gegeben. Das Ausgangssißnal des zweiten Potentiometers P2
wird mit dem Ausgangssignal des Rechenkreises 21 verglichen, wobei der Servo-Verstärker 22 ein Ausgangssignal zur
Ansteuerung eines Servomotors M abgibt, welcher die Fokussier-Linsengruppe L12 verschiebt, sofern die beiden am
Eingang des Servo-Verstärkers 22 anliegenden Ausgangssignale unterschiedlich sind. Dies führt dazu, dass die Fokussier-Linsengruppe
L12 axial bewegt wird, um so den sich ergebenden Bildort stets in der ortsfesten Bildebene (Filmebene) zu halten. Die Rechenoperation des Rechenkreises 21
entspricht der durch die obige Gleichung (3) vorgegebenen.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verlaufen die Lichtstrahlen zwischen der Zoom-Linsengruppe
A und der Fokussier-Linsengruppe B parallel. Selbst wenn
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aber die Lichtstrahlen zwischen den Linsengruppen nicht parallel verlaufen sollten, ist es doch möglich, eine
Gleichung ähnlich der Gleichung (3) aufzustellen, wobei dann unter Verwendung dieser Gleichung ähnliche Ergebnisse
bezüglich der Verschiebung der Fokussier-Linsengruppe erzielbar sind.
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Claims (1)
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Γ: i ■ : ί.ο;.. .5
Γ: i ■ : ί.ο;.. .5
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5. April 1977 17.218 30/ei
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Aktenzeichen: G 76 37 295.7
Anmelderin: Firma FUJI PHOTO OPTICAL CO., LTD.
Neue Schutzansprüche:
1. Zoom-Objektiv mit einer beweglichen Zoom-Linsengruppe
und einer Fokussier-Linsengruppe, welche bei zur Veränderung der Brennweite erfolgender axialer Bewegung
der Zoom-Linsengruppe axial bewegbar ist, um eine scharfe Abbildung des Objektes in einer ortsfesten
Bildebene aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Wandlerglied (10; P1, 20) zur Umwandlung des axialen Bewegungsweges der Zoom-Linsengruppe (L1, L11)
in einen dem Reziprokwert seiner afokalen Vergrösserung (v-) entsprechenden Wert (1/λ" ) mit einer Recheneinrichtung
(11, 12, 13; 21) verbunden ist, die mit dem vom Wandlerglied erzeugten Wert (1/^) sowie mit einem
der Entfernung (S) eines zu photographierenden Objektes vom Zoom-Objektiv entsprechenden Wert beaufschlagt
ist und abhängig von diesen Werten auf ein Verbindungsglied (14; 22, M, P2) einwirkt, mittels dessen die Fokussier-Linsengruppe
(L2, L12) um eine zur Aufrechterhaltung
der scharfen Abbildung in der stationären Bildebene (F) erforderliche Strecke (Δ x) verschiebbar ist.
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2. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerglied ein die Bewegung der Zoom-Linsengruppe
(L1) in eine mechanische, dem Reziprokwert der afokalen Vergrösserung (V X^ ) entsprechende Bewegung
umsetzendes mechanisches Wandlerelement (10) ist, dass die Recheneinrichtung von einem Kurvenmechanismus
(11, 12, 13) gebildet ist, welcher eine dreidimensionale Kurvenfläche (12b) aufweist und in einer ersten
Richtung entsprechend dem die Entfernung (S) des Objektes repräsendierenden Signal usd in einer hierzu
senkrechten, zweiten Richtung durch die von dem mechanischen Wandlerelement (10) erzeugte mechanische
Bewegung verschieblich ist, und dass als Verbindungsglied ein der Kurvenfläche (12b) anliegender Folgestössel
(14) dient, der mit der Fokussier-Linsengruppe (L2) verbunden ist.
3. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenmechanismus (11, 12, 13) ein
die Kurvenfläche (12b) tragendes Kurvenstück (12) aufweist, welches mittels eines an ihm befestigten Betätigungsabschnittes
(13) in horizontaler Richtung sowie mittels eines Zahnrades (11), das mit einem Zahnabschnitt
(12a) des Kurvenstückes kämmt, in vertikaler Richtung bewegbar ist.
4. Zoom-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerglied von einer den Bewegungsweg der
Zoom-Linsengruppe (L11) abfühlenden und ein dem Reziprokwert der afokalen Vergrösserung (1/^) entsprechendes
Ausgangssignal erzeugenden Wandlereinheit (P1, 20)
gebildet ist, und dass das Verbindungsglied einen zur axialen Bewegung der Fokussier-Linsengruppe dienenden
Servomotor (M) sowie ein die Bewegungsstrecke der Fokussier-Linsengruppe abführendes Potentiometer (P2)
aufweist.
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5. Zoom-Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Wandlereinheit ein den Bewegungsweg der Zoom-Linsengruppe (L11) abfühlendes Potentiometer
(P1) aufweist.
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Applications Claiming Priority (1)
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