DE68923688T2

DE68923688T2 - Zoomlinsenvorrichtung mit Linseneinheiten zum Zoomen und Fokussieren.

Info

Publication number: DE68923688T2
Application number: DE68923688T
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Fukino; Hitoshi Imanari; Kiyotaka Inadome; Toru Takayama
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2009-12-09
Also published as: US5018843A; DE68923688D1; EP0372976B1; EP0372976A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Fokussiervorrichtung für ein Zoomobjektiv, insbesondere eine Fokussiervorrichtung, die sich eignet für Zoomobjektive mit innerem oder hinterem Fokus- System, basierend auf der Verlagerung einiger Linseneinheiten in einem Linsensystem, und außerdem für Zoomobjektive eines objektseitigen Linsenverschiebungssystems, basierend auf der Verlagerung von objektseitigen Linseneinheiten oder einen Gesamtobjektiv-Verschiebungssystem, das auf der Verlagerung gesamter Linseneinheiten basiert.

Technischer Hintergrund

Als Fokussiersystem für ein Zoomobjektiv gibt es diejenigen nach dem sogenannten objektseitigen Linsenverschiebungssystem, bei denen am nächsten bei der Objektseite gelegene vorderseitige Linseneinheiten verlagert werden, solche nach einem inneren oder hinteren Fokus-System, bei denen einige Linseneinheiten eines Linsensystems verlagert werden, und nach einem Gesamtobjektiv-Verschiebungssystem, bei dem das gesamte Linsensystem zur Fokussierung verlagert wird. Üblicherweise ändert sich bei dem inneren oder hinteren Fokus-System sowie bei dem Gesamtobjektiv-Verschiebungssystem das notwendige Verschiebungsausmaß für gleiche Objektentfernung bei Änderungen der Brennweite des gesamten Linsensystems. Wenn daher die Fokussierung für eine Objektentfernung erfolgt, indem die Brennweite durch das Zoomen geändert wird, ändert sich die Fokuslage stark. Das bedeutet, daß die Fokussierung jedes Mal dann erfolgen sollte, wenn eine Brennweitenänderung vorgenommen wird.
Es wurden verschiedene unterschiedliche Verfahren zum automatischen und elektrischen Bewirken der Fokussierung des Objektivs vorgeschlagen. Diese Verfahren lassen sich bei Autofokus- Systemen verwenden, können jedoch nicht für ein üblicherweise als manuelles Fokus-System bezeichnetes System eingesetzt werden, bei dem die Fokussierung von Hand erfolgt, indem ein Entfernungseinstellring (oder Fokus-Ring) betätigt wird.
Selbst bei Anwendung auf ein Autofokus-System wird bei jeder Brennweitenänderung Zeit benötigt, um das Ausmaß des für den Brennweitenänderungsvorgang benötigten Verschiebungsvorgang zu berechnen, was Probleme im Hinblick auf die Ansprechgeschwindigkeit des Autofokus-Systems aufwirft. Bei dem objektseitigen Linsenverschiebungssystem erhöht bei einem Zoomlinsensystem veränderlicher Länge eine Verringerung der Objektentfernung die Differenz im Verschiebungsmaß aufgrund der Brennweite, was zu den oben angesprochenen Problemen führt.
Als ein Verfahren zum Lösen der obigen Probleme ist ein System bekannt, bei dem die Quervergrößerung einer Fokussier-Linseneinheit mit der Brennweiteänderung derart geändert wird, daß das Ausmaß der Verschiebung der Linseneinheiten zur Zeit der Fokussierung unabhängig von der Brennweite feststeht. Ein Beispiel für ein solches Zoomobjektiv ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Sho 58-202416 offenbart. Bei diesem offenbarten Objektivsystem werden zur Fokussierung drei Fokussier-Linseneinheiten unabhängig von der Brennweitenänderung und im Verein miteinander unabhängig von der Brennweite um einen festen Betrag verlagert.
Als ein vollständig anderes Verfahren offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift Sho 57-4018 einen Aufbau, bei dem eine neuartige Fokussier-Steuerkurve zum Verriegeln eines Variomechanismus mit einem Fokussier-Mechanismus miteinander vorgesehen ist, damit eine Fokussierung baulich ungeachtet von Änderungen des Verschiebungsmaßes bei Änderungen der Brennweite möglich ist.
Bei dem oben angegebenen Verfahren, bei dem das Ausmaß der Verschiebung zur Fokussierung unabhängig von Änderungen der Brennweite, d. h. bei Änderungen des Zoom-Zustands, konstant ist, werden mehrere Linseneinheiten in Bewegungseinheit miteinander zur Fokussierung verlagert. Es ist daher unmöglich, von einem Floating-Mechanismus Gebrauch zu machen, um nahe Aberrationsänderungen zu unterdrücken, d. h. relative Luftspalten der einzelnen Fokussier-Linseneinheiten untereinander im Zeitpunkt der Fokussierung zu variieren; d. h., es ist unmöglich, bei Nah-Fokussierung eine hohe Leistungsfähigkeit beizubehalten.
Bei dem Verfahren, welches von einer neuartigen Fokussier-Steuerkurve Gebrauch macht, um den Brennweitenänderungs- und den Fokussiermechanismus miteinander zu verriegeln, werden Kurven gemäß Fig. 25 erhalten als Schnittpunkte gekrümmter Flächen, die das Ausmaß Δx der Verschiebung der Fokussier-Linseneinheit als eine Funktion des Kehrwerts 1/F der Brennweite und der Objektentfernung R, und von Ebenen parallel zu einer 1/F-Δx- Ebene entsprechend verschiedenen Werten von R entlang der 1/F- Achse in paralleler Versetzung verlagert, um eine einzelne Ersatzkurve zu erhalten, die als Fokus-Steuerkurve benutzt wird.
Bei diesem Verfahren läßt sich die Scharfeinstellung auch dann erreichen, wenn das Ausmaß der Verschiebung der Fokussier-Linseneinheit sich mit der Brennweite ändert. Da allerdings Kurven entsprechend verschiedenen Werten von R (Objektentfernung) durch Parallelversetzung zur Substitution durch eine einzelne Kurve verlagert werden, ist es schwierig, dann eine Fokussierung zu erreichen, wenn das Ausmaß der Verschiebung sich nicht einfach mit der Brennweite ändert.
Wenn außerdem das Floaten zum Unterdrücken der nahen Aberrationsänderungen für die Fokussier-Linseneinheit genutzt wird, ist das Ausmaß des Parallelversatzes im Stadium der Ermittlung der Fokus-Kurve aus den individuellen gekrümmten Flächen nicht länger fix, und damit besteht nicht mehr die Korrespondenz zwischen dem Ausmaß der parallelen Versetzung und der Fokus- Steuerkurve für die Linseneinheit. Darüberhinaus ändert sich vermutlich das Ausmaß der Verschiebung durch das Floaten nicht einfach aufgrund von Aberrationen, und es ist wahrscheinlich, daß eine Fokus-Steuerkurve sich für jede Fokussier-Linseneinheit realisieren läßt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Wünschenswert wäre es, die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile durch ein Zoomobjektiv zu lösen, welches einen einfachen Aufbau aufweist, damit die Verlagerung eines zur Fokussierung beweglichen Teils unabhängig von Änderungen der Brennweite, d. h. Änderungen des Zoom-Zustands, im wesentlichen konstant gehalten werden kann und dennoch eine Verlagerung der Fokussier-Linseneinheit zur Zeit der Scharfeinstellung um einen optimalen Betrag zu ändern gestattet, abhängig von dem Zoom-Zustand, während gleichzeitig größtmögliche Freiheit des Linsensystems bei der Nah-Fokussierung ermöglicht wird, um hohe Leistungsfähigkeit beizubehalten.
Um dem obigen Wunsch zu entsprechen, wurde eine Zoomobjektivvorrichtung mit einer Linseneinheit vorgeschlagen, die sowohl die Funktion der Brennweitenänderung als auch die der Fokussierung übernimmt, und die aufweist: ein erstes zylindrisches Teil mit einer Brennweitenänderungs-Führungsnut (oder Zoom-Steuerkurve) entsprechend einem Brennweitenänderungs-Verlagerungsumfang der Linseneinheit mit sowohl der Brennweitenänderungs- als auch der Fokussier-Funktion, und ein zweites zylindrisches Teil mit einer Fokus-Führungsnut (oder Fokus-Steuerkurve) zum Versetzen der Linseneinheit mit beiden Funktionen der Brennweitenänderung und der Fokussierung entlang einer optischen Achse, zum Zwecke der Fokussierung.
Das erste und das zweite zylindrische Teil werden relativ zueinander um die optische Achse der Zoomobjektivvorrichtung verdreht, um eine Verlagerung der Linseneinheit mit sowohl Brennweitenänderungs-Funktion als auch Fokussier-Funktion entlang der optischen Achse in einem Ausmaß zu verursachen, der sich durch eine Verlagerung eines Eingriffsglieds bestimmt, das in den oben erwähnten Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven an deren Schnittpunkt eingreift und entlang diesen bewegbar ist, um dadurch eine gewünschte Brennweitenänderung zu erzielen. Weiterhin sind diese zylindrischen Teile relativ zueinander in Richtung der optischen Achse verlagerbar, um eine Verlagerung der sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung dienenden Linseneinheit entlang der optischen Achse in einem Ausmaß zu erreichen, welches sich durch die Versetzung des Schnittpunkts zwischen den Brennweitenänderungs- und Fokus-Steuerkurven bestimmt, um dadurch eine gewünschte Farbeinstellung zu erzielen.
Der obige Aufbau ist in dem US-Patent US-A-4 363 006, veröffentlicht am 16. Oktober 1990, und mithin nach dem Einreichungsdatum der folgenden Anmeldung, offenbart.
Ein Teil der Offenbarung der US-A-4 363 006 entspricht der JP 63/63808, veröffentlicht am 7. Juli 1988. Die JP 63/63808 beschreibt eine Fokussier-Linsengruppe, die in Richtung der optischen Achse entlang einem gemeinsamen Weg sowohl zur Fokussierung als auch zur Brennweitenänderung verlagert wird.
Die GB-A-2 084 346 beschreibt einen Objektivtubus für ein Zoomobjektiv mit hohem Variofokus-Verhältnis, eine Zoomlinsenoptik mit mindestens einer Linseneinheit zur Brennweitenänderung und auch zum Fokussieren, die sich entlang ihrer optischen Achse relativ zu dem ortsfesten Zylinder verlagern läßt, ein zylindrisches Fokussier-Teil mit mindestens einer Fokussier- Steuerkurvennut, einen zylindrischen Varioteil mit mindestens einer Brennweitenänderungs-Steuerkurvennut, einer Eingriffseinrichtung, um die mindestens eine Linseneinheit in Eingriff zu bringen mit dem Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten, eine Brennweitenänderungseinrichtung zum Bewirken einer Relativ-Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen um die optische Achse herum, um die Zoomlinsenoptik in ihrer Brennweite zu ändern, wobei die mindestens eine Linseneinheit entlang der optischen Achse relativ zu dem ortsfesten Zylinder verlagerbar ist durch die relative Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen, und eine Fokussier-Einrichtung zum Bewirken einer relativen Verlagerung entlang der optischen Achse zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen, um die Zoomlinsenoptik zu fokussieren, wobei die mindestens eine Linseneinheit entlang der optischen Achse in Bezug auf den ortsfesten Zylinder bei relativer Verlagerung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen verlagerbar ist.
Erfindungsgemäß wird ein Zoomobjektiv geschaffen, welches aufweist:
eine Zoomlinsenoptik, die mindestens eine Linseneinheit aufweist, die in der Lage ist, entlang einer optischen Achse in Bezug auf ein zylindrisches Varioteil für Brennweitenänderung und auch zur Fokussierung verlagert zu werden;
ein zylindrisches Fokussierteil mit mindestens einer Fokussier- Steuerkurvennut;
ein zylindrisches Varioteil mit mindestens einer Brennweitenänderungs-Steuerkurvennut;
eine Eingriffseinrichtung, um die mindestens eine Linseneinheit in Eingriff zu bringen mit den Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten;
eine Brennweitenänderungseinrichtung zum Veranlassen einer relativen Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen um die optische Achse, um die Zoomlinsenoptik in ihrer Brennweite zu ändern, wobei die mindestens eine Linseneinheit entlang der optischen Achse verlagert wird, einhergehend mit einer relativen Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen; und
eine Fokussiereinrichtung zum Veranlassen einer relativen Verlagerung entlang der optischen Achse zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen zwecks Fokussierung der Zoomlinsenoptik, wobei die mindestens eine Linseneinheit entlang der optischen Achse mit einer relativen Verlagerung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen verlagert wird, und wobei die mindestens eine Linseneinheit in Richtung der optischen Achse nach Maßgabe der Brennweite der Zoomlinsenoptik in einem veränderlichen Ausmaß verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die mindestens eine Fokussier-Steuerkurvennut nicht-linear ist und eine bezüglich der optischen Achse derart geneigte Fläche aufweist, daß die zylindrischen Fokussier- und Varioteile in Richtung der optischen Achse in einem im wesentlichen konstanten Ausmaß relativ verlagerbar sind, ungeachtet der Brennweite der Zoomlinsenoptik.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß die Fokussier-Führungsnut oder Fokussier-Steuerkurve nichtlinear ist und eine in Bezug auf die optische Achse geneigte Fläche besitzt, um die relative Verlagerung des ersten und des zweiten zylindrischen Teils zueinander in Richtung der optischen Achse zu ermöglichen, welche notwendig ist, um die Scharfeinstellung auf ein gegebenes Objekt unabhängig vom Zustand der Brennweitenänderung im wesentlichen konstant zu halten und um außerdem die Verlagerung der Linseneinheit, die sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung dient, zwecks Fokussierung entsprechend dem Zustand der Brennweitenänderung zu variieren.
Bei diesem Aufbau gemäß der Erfindung läßt sich sowohl die Brennweitenänderung als auch die Fokussierung mit den Brennweitenänderungs- bzw. Fokussierungs-Steuerkurven enthaltenden ersten und zweiten zylindrischen Teilen erreichen, und der relative Versatz des ersten und des zweiten zylindrischen Teils zueinander in Richtung der optischen Achse, die notwendig ist zur Scharfeinstellung eines Objekts bei einem konstanten Wert von einem unendlich weit entfernten Photographierzustand, läßt sich im wesentlichen unabhängig von dem Status der Brennweitenänderung im wesentlichen konstant halten.
In einem Dreh-Steuerkurvenzylinder ist eine Brennweitenänderungs-Führungsnut ausgebildet, um einen Brennweitenänderungsumfang der Verlagerung einer Zoom-Linseneinheit in dem gewöhnlichen Zoomobjekt zu definieren, und parallel zur optischen Achse ist eine Führungsnut ausgebildet, um den Versatz der Linseneinheit in Richtung der optischen Achse und in der Richtung senkrecht dazu zu definieren. Wenn somit das Ausmaß der Verschiebung der Fokussier-Linseneinheit selbst bei Änderung des Zoom-Zustands geändert wird, oder wenn ein Floating- Mechanismus zum Unterdrücken einer Nah-Aberrationsänderung angenommen wird, ist eine Fokussierung möglich, bei der die Fokussier-Linseneinheit selbst entlang einem Umfang verlagert wird, der für die Brennweitenänderung verfolgt wird. Deshalb ist die Erfindung anwendbar bei einem sogenannten manuellen Fokus-System, und sie gestattet außerdem die Erhöhung der Fokussier-Geschwindigkeit im Fall der Auto-Fokussierung.
Um insbesondere den Umfang der Verlagerung der Linseneinheit zum Zweck der Brennweitenänderung auszudrücken, werden die Verlagerung der Linseneinheit in Richtung des optischen Systems und der Winkel θ der Drehung eines üblichen Steuerkurvenzylinders senkrecht zu der optischen Achse als jeweilige Variable zur Umsetzung der variablen Verlagerung Δx der Fokussier- Linseneinheit in Richtung der optischen Achse verwendet zur Fokussierung in einem gegebenen Zoom-Zustand auf eine veränderliche Drehung Φ des Dreh-Steuerkurvenzylinders im Umfang der Verlagerung. Zu diesem Zweck wird eine Führungsnut, die bislang eine zur optischen Achse parallele, gestreckte Linie war, in eine nicht-linear gekrümmte Fokus-Führungsnut (oder Fokussier- Steuerkurve) unter einem Winkel in Bezug auf die optische Achse modifiziert.
Um ferner die Beziehung zwischen dem durch die Fokussier- Linseneinheit zur Brennweitenänderung verfolgten Umfang und dem linearen Umfang in der Führungsnut vor der Modifizierung in Übereinstimmung zu bringen, wird der Verlagerungsumfang der Fokussier-Linseneinheit für die Brennweitenänderung, d. h. die Brennweitenänderungs-Führungsnut (oder Brennweitenänderungs- Steuerkurve) modifiziert auf die Richtung des Drehwinkels θ des Dreh-Steuerkurvenzylinders. Durch einen solchen Modifizierschritt werden die Formen der Brennweitenänderungs- und Fokussier-Führungsnuten (die Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven) festgelegt.
Mit einer solchen Modifizierung der Form der Führungsnuten erhält man eine Fokussierung bei der Verlagerung der Fokussier- Linseneinheit entlang einem Umfang (Brennweitenänderung- Steuerkurve), der für den Zoomvorgang verfolgt wird. Für diese Brennweitenänderung werden die modifizierte Gestalt aufweisenden Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven um die optische Achse relativ zueinander gedreht, d. h. es wird die modifizierte Fokussier- oder die Brennweitenänderungs-Steuerkurve in Richtung senkrecht zur optischen Achse verlagert. Durch diesen Vorgang wird die Position der die Brennweitenänderungs- Funktion aufweisende Linseneinheit auf der optischen Achse geändert, um die Brennweitenänderung zu bewirken. Wenn die Scharfeinstellung vorgenommen wird, läßt sich auch dann, wenn das Ausmaß der Versetzung der individuellen Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse in Bezug auf ein Objekt gleich Objektentfernung unterschiedlich ist, die Fokussierung dadurch erreichen, daß man lediglich die Fokussier-Steuerkurve mit ihrer modifizierten Gestalt um etwa den gleichen Betrag in Richtung der optischen Achse bis zu dem selben Ausmaß ΔF verlagert. Zu dieser Zeit läßt sich das übliche Floating zwecks Kompensation nahe Aberrationsänderungen aufgrund der relativen Versetzung der Fokussier-Linseneinheiten zur Scharfeinstellung einsetzen. Wenn in diesem Fall die Verlagerung zur Fokussierung sich bei verschiedenen Fokussier-Linseneinheiten oder bei unterschiedlichen Zoom-Bedingungen ändert, läßt sich die Farbeinstellung dadurch erreichen, daß lediglich die Fokussier- Steuerkurve um etwa den gleichen Betrag ΔF in Richtung der optischen Achse verlagert wird.
Die obigen sowie weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden vollständig ersichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A ist eine schematische Ansicht eines Zoomobjektivs mit viergruppigem Aufbau, verwendet für eine Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 1B ein Diagramm, welches die jeweiligen Verlagerungs-Umfänge der individuellen Linseneinheiten in dem Zoomobjektiv für die Brennweitenänderung veranschaulicht;
Fig. 2A und 2B sind Abwicklungs-Diagramme, die die Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven in einem Fokussier-System des in Fig. 1A und 1B dargestellten Zoomobjektivs zeigen, wobei eine dritte und eine vierte Linseneinheit eine Optik sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung bilden, bevor die Steuerkurvenform modifiziert wird (Fig. 2A), und nachdem sie modifiziert wurde (Fig. 2B);
Fig. 3A ist eine Ansicht zum Erläutern der Steuerkurvenbahn-Modifizierung für den Fall, daß die Verlagerung der Fokussier- Steuerkurve in Richtung der optischen Achse größer ist als die Verlagerung der Fokussier-Linseneinheiten;
Fig. 3B ist eine Ansicht zum Erläutern der Steuerkurvenbahn-Modifizierung für den Fall, daß die Verlagerung der Fokussier- Steuerkurve in Richtung der optischen Achse geringer ist als die Verlagerung der Fokussier-Linseneinheiten;
Fig. 4A ist eine Ansicht zum Erläutern der Verlagerung der Linse zum Fokussieren bei Versetzung der Fokussier-Steuerkurve nach der Modifizierung der Steuerkurvenform gemäß der Erfindung;
Fig. 4B ist eine Ansicht zum Erläutern der Verlagerung der zur Brennweitenänderung dienenden Linse bei Dreh-Verlagerung der Brennweitenänderungs-Steuerkurve nach der Modifizierung der Steuerkurvenform gemäß der Erfindung;
Fig. 5 ist eine Ansicht zum Erläutern der auf der Grundlage von Steuerkurven-Daten der Brennweitenänderungs- und Fokussier- Steuerkurven erhaltenen Fokussierung für die dritte Linseneinheit gemäß Tabelle 4;
Fig. 6A ist eine Ansicht zum Erläutern der Brennweitenänderung, auf der Grundlage von Steuerkurven-Daten der Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven für die dritte Linseneinheit in dem Fall erhalten wird, daß die Brennweite F = 36 und die Objektentfernung R = ∞ gemäß Tabelle 4 betragen;
Fig. 6B ist eine Ansicht zum Erläutern der Brennweitenänderung, die auf der Grundlage von Steuerkurven-Daten von Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven für die dritte Linseneinheit für den Fall erhalten wird, daß die Brennweite F = 102 und die Objektentfernung R = ∞ gemäß Tabelle 4 betragen;
Fig. 6C eine Ansicht zum Erläutern der Fokussierung, die auf der Grundlage von Steuerkurven-Daten der Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven für die dritte Linseneinheit im Fall der Brennweite von F = 102 und der Objektentfernung von R = ∞ gemäß Tabelle 4 erhalten wird;
Fig. 6D eine Ansicht zum Erläutern der Fokussierung, die auf der Grundlage von Steuerkurven-Daten für Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven der dritten Linseneinheit im Fall der Brennweite von F = 102 und der Objektentfernung von R = 500 erhalten wird;
Fig. 7A und 7B Abwicklungsdiagramme, die schematische Steuerkurven-Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven in einer Ausführungsform der Erfindung darstellen, wobei die dritte Linseneinheit in dem in Fig. 1 dargestellten Zoomobjektiv zur Fokussierung verlagert wird;
Fig. 8A und 8B Abwicklungs-Diagramme, die schematische Steuerkurven-Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier- Steuerkurven in einer Ausführungsform der Erfindung darstellen, wobei die zweite Linseneinheit des in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivs zur Fokussierung verlagert wird;
Fig. 9A und 9B Abwicklungs-Diagramme, die schematische Steuerkurven-Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier- Steuerkurven in einer Ausführungsform der Erfindung darstellen, wobei die erste Linseneinheit in dem in Fig. 1 gezeigten Zoomobjektivs zur Fokussierung verlagert wird;
Fig. 10 eine Ansicht zum Erläutern des Betriebs zum Ableiten der modifizierten Bahnen gemäß Fig. 8A, 8B, 9A und 9B;
Fig. 11A eine schematische Ansicht eines Zoomobjektivs mit fünfgruppigem Linsenaufbau gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11B ein Diagramm, welches die Bahnen der Verlagerung der individuellen Linseneinheiten in dem Zoomobjektiv zum Zweck der Brennweitenänderung veranschaulicht;
Fig. 12A und 12B Abwicklungs-Diagramme, die die Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven in einem Fokussier-System des in Fig. 12A und 12B dargestellten Zoomobjektivs darstellen, wobei die dritte bis fünfte Linseneinheit ein optisches System sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung bilden, und zwar vor der Modifzierung der Steuerkurven-Form (Fig. 12A) als nach der Modifizierung (Fig. 12B);
Fig. 13A eine schematische Ansicht eines Zoomobjektivs mit einem zweigruppigen Linsenaufbau, wie er für eine Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 13B ein Diagramm, welches die Bahnen der Verlagerung der individuellen Linseneinheiten in dem Zoomobjektiv zur Brennweitenänderung darstellt;
Fig. 14A und 14B Abwicklungs-Diagramme, die Steuerkurven-Bahnen von Brennweitenänderungs- und Fokussier-Steuerkurven in einer Ausführungsform der Erfindung darstellen, wobei sämtliche Linseneinheiten in dem in Fig. 13A dargestellten Zoomobjektiv zur Fokussierung verlagert werden können;
Fig. 15 eine Ansicht zum Erläutern des Betriebs des Ableitens modifizierter Steuerkurven-Bahnen gemäß Fig. 14A und 14B;
Fig. 16A und 16B bis 23A und 23B Ansichten zum Erläutern des Vorgangs des Ableitens modifizierter Steuerkurven-Bahnen gemäß der Erfindung auf der Grundlage der Ausmaß-Relation zwischen der relativen Verlagerung ΔF von Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven zueinander in Richtung der optischen Achse und der Verlagerung Δx der Linseneinheiten, die zur Fokussierung in Richtung der optischen Achse verlagert werden, der Richtung der Versetzung der Fokussier-Linseneinheiten zum Zeitpunkt der Brennweitenänderung, der Richtung der Verlagerung der Fokussier-Linseneinheiten zur Zeit der Fokussierung, und der Richtung der relativen Verlagerung der Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven zueinander während der Fokussierung;
Fig. 24A und 24B Abwicklungs-Ansichten, welche Steuerkurven- Bahnen von Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven nach der Bahn-Modifizierung in einem Fokussier-System veranschaulichen, welches sich von dem nach Fig. 2A und 2B in dem in Fig. 1A gezeigten Zoomobjektiv unterscheidet;
Fig. 25 ein dreidimensionales Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Verlagerung Δx der Fokussier-Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse, dem Reziprokwert 1/F der Brennweite und der Objektentfernung R beim üblichen Fokussieren im Zoomobjektiv darstellt;
Fig. 26 ein Schnittansicht eines Steuerkurven-Zylinders in dem in Fig. 2A und 2B dargestellten Zoomobjektiv; und
Fig. 27 eine Teil-Abwicklungsansicht, die den Steuerkurven- Zylinder nach Fig. 26 zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Fig. 1A zeigt ein Zoomobjektiv gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Zoomobjektiv enthält eine erste Linseneinheit G1 mit positiver Brechkraft, eine zweite Linseneinheit G2 mit negativer Brechkraft, und eine dritte und eine vierte Linseneinheit G3 und G4 mit jeweils positiver Brechkraft, wobei diese Linseneinheiten in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Zur Brennweitenänderung von der Weitwinkelseite her zur Telephotoseite werden sämtliche Linseneinheiten entlang der optischen Achse zur Objektseite hin verlagert, während zur Fokussierung die dritte und die vierte Linseneinheit G3 und G4 entlang der optischen Achse verlagert werden.
Der Aufbau der einzelnen Linseneinheiten wird im folgenden beschrieben. Die erste Linseneinheit G1 mit positiver Brechkraft enthält einen negativen Meniskus L1 mit konvexer Vorderfläche auf der Objektseite und eine Sammellinse L2 mit stark gekrümmter Vorderfläche, wobei diese Linsen in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind. Die zweite Linseneinheit G2 mit negativer Brechkraft enthält eine Streulinse L3 mit stark gekrümmter Hinterfläche, eine Bikonkav-Streulinse L4, eine Sammellinse L5 mit stark gekrümmter Vorderfläche und eine mit der Linse L5 verkittete Streulinse L6 mit stärker gekrümmter Hinterfläche. Die dritte Linseneinheit G3 mit positiver Brechkraft enthält eine Sammellinse L7, eine Sammellinse L8 und eine damit verkittete Streulinse L9. Die vierte Linseneinheit G4 mit positiver Brechkraft enthält eine Sammellinse L10 mit stärker gekrümmter Vorderfläche und eine Bikonkav-Linse L11.
Tabelle 1 zeigt Spezifikationen dieses Zoomobjektivs. Mit f ist die Brennweite bezeichnet, mit FN die F-Zahl. Im oberen Teil der Tabelle 1 ist mit r der Krümmungsradius der Linsenfläche angegeben, mit d der Abstand zwischen Linsenflächen, mit n der Brechungsindex und mit V die Abbe-Zahl. Die Suffix-Ziffern sind Ordnungszahlen von der Vorderseite her beginnend. Im mittleren Teil der Tabelle 1 sind numerische Werte der Koeffizienten dargestellt, welche die Form der nicht-sphärischen Fläche angeben, die als die vorderseitige Linsenfläche (r20) der letzten Linse L11 ausgebildet ist.
Diese nicht-sphärische Fläche wird dargestellt durch eine nicht-sphärische Oberflächengleichung
wobei h die Höhe von der optischen Achse, x den Abstand von der nicht-sphärischen Fläche in der höhe h von der Scheitelberührungsebene, k eine konische Konstante A2, A4, A6, A8 und A10 nicht-sphärische Flächen der zweiten, der vierten, der sechsten, der achten und der zehnten nicht-sphärischen Flächenkonstanten und r der paraxiale Krümmungsradius ist.
In dem mittleren Teil der Tabelle 1 sind Werte der konischen Konstanten k der zweiten, der vierten, der sechsten, der achten und der zehnten nicht-sphärischen Flächenkonstanten A2, A4, A6, A8 und A10 in dieser Reihenfolge von links her eingetragen. E-n bei den nicht-sphärischen Flächenkonstanten-Werten bedeutet 10-n. In dem unteren Teil der Tabelle 1 sind die Abstände zwischen den benachbarten Linseneinheiten an sechs Stellen angegeben (f = 36,0; 50,0; 60,0; 70,0; 85,0; 120,0) entsprechend den jeweiligen Zuständen der Brennweiteneinstellung vom Weitwinkelende zum Teleskopende hin.
In Fig. IB sind Bahnen der Verlagerung der individuellen Linseneinheiten zur Zeit der Brennweitenänderung angegeben. In diesem Fall sind die Abszisse (Richtung der optischen Achse) und die Ordinate (θ-Richtung) derart gewählt, daß die Verlagerungsbahn der ersten Linseneinheit G1 während der Zeit der Brennweitenänderung eine gestreckte Linie im Winkel von 45º bezüglich der optischen Achse ist.
Tabelle 2 zeigt Werte für die Versetzung ΔX in Richtung der optischen Achse sowie Werte von Φ entsprechend den Werten von Δ X, die durch Umwandlung in Bezug auf die Drehrichtung θ um die optische Achse bei den in Fig. 1B dargestellten Bahnen bei der Fokussierung erhalten werden, wenn das Floaten bei der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 zur Unterdrückung naher Aberrationsänderungen vorgenommen und eine hohe Fokussier-Leistung bei einer Objektentfernung von 1 m vorgenommen wird. In Tabelle 2 bedeutet F die Brennweite des gesamten Systems, 1 bis 4 die erste bis vierte Linseneinheit G1 bis G4 und R die Objektentfernung.
Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, werden zur Zeit der Fokussierung lediglich die dritte und die vierte Linseneinheit G3 und G4 entlang der optischen Achse versetzt, während die erste und die zweite Linseneinheit G1 und G2 ortsfest gehalten werden.
Im folgenden wird ein Verfahren zum Umsetzen der Verlagerungs- Bahn (d. h. der Steuerkurven-Gestalt) inklusive der Führungsnut parallel zur optischen Achse in Bezug auf die Drehrichtung θ mit ΔX und Φ als Variablen beschrieben. Die Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven, die umgesetzt werden, werden tatsächlich durch drei Variablen bestimmt, d. h. nach der Umsetzung, ΔX vor der Umsetzung und eine neue Variable ΔF.
Die relative Versetzung θF der Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven zueinander in Richtung der optischen Achse zum Zweck der Fokussierung, welche hier eingeführt wird, ist für eine entsprechende Objektentfernung ungeachtet des Zustands der Brennweiteneinstellung konstant. Dies bedeutet, daß die Verlagerung der Fokussier-Linseneinheiten, die zum Zweck der Fokussierung im Zeitpunkt der Scharfeinstellung versetzt werden, durch ΔF bestimmt ist. In anderen Worten: selbst wenn die individuellen Fokussier-Linseneinheiten zur Zeit der Scharfeinstellung oder ungeachtet des Zustands der Brennweiteneinstellung verlagert werden, ist eine Fokussierung möglich durch Veranlassen einer Relativ-Versetzung der Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven in Richtung der optischen Achse durch das gleiche Ausmaß von ΔF. Tabelle 1 Tabelle 1 (Fortsetzung) Tabelle 2
Fig. 2A und 2B sind Ansichten, welche die Formen der Fokussier- Steuerkurven CF1 bis CF4 und Brennweitenänderungs-Steuerkurven CZ1 bis CZ4 zusammenfassen, die durch Umsetzung von Versetzungsbahnen gemäß der Erfindung in Bezug auf das in Fig. 1A gezeigte und in Tabelle 1 spezifizierte Zoomobjektiv erhalten werden. Fig. 2A zeigt die Bahnen nach der Umsetzung, während Fig. 2B die Bahnen C1 bis C4 individueller Linseneinheiten im System nach dem Stand der Technik zur Brennweiteneinstellung vor der Umwandlung zeigt.
Fig. 3A und 3B zeigen Bahn-Umwandlung bezüglich der Drehung und Φ des Dreh-Steuerkurvenzylinders für die Brennweitenänderung, die Versetzung ΔX der Linseneinheiten, die zur Scharfeinstellung versetzt werden entlang der optischen Achse, und die relative Versetzung ΔF der Fokussier- und Brennweitenänderungs- Steuerkurven CF und CZ gegeneinander in Richtung der optischen Achse als Variable.
Die Arbeitsvorgänge zum Erhalten der Fokussier-Steuerkurven CF3 und CF4 und der Brennweitenänderungs-Steuerkurven CZ3 und CZ4 nach der Umsetzung gemäß Fig. 3 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 3A und 3B beschrieben. Die Bahnen vor der Umsetzung sind gemäß Fig. 3A eine Bahn CO entsprechend der Brennweitenänderungs-Steuernut, die in dem Dreh-Steuerzylinder für die Brennweitenänderung ausgebildet ist, um die Bahnen der Brennweitenänderungs-Linseneinheiten für das Zoomen zu regulieren, und die Führungsnut G parallel zur optischen Achse, um die Versetzung der Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse zu regulieren.
Die Relationen der Variablen vor und nach dem Umwandlungsvorgang werden üblicherweise mit verschiedenen Faktoren variiert, beispielsweise den Verlagerungsrichtungen der Fokussier- Linseneinheiten zur Zeit der Brennweitenänderung und zu der Zeit der Fokussierung, das Vorzeichnen der relativen Versetzung ΔF der Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven in Richtung der optischen Achse und die Relation zwischen ΔF und ΔX. Die Relation gemäß Fig. 3A und 3B basiert auf den in Fig. 1B gezeigten Bahnen sowie den Versetzungen gemäß Tabelle 2 als spezifisches Beispiel. Genauer gesagt, in dieser Relation mit Änderung der Brennweiteneinstellung von Weitwinkel auf Teleskop werden die die Fokussier-Funktion aufweisenden Zoom-Linseneinheiten zur Objektseite hin versetzt, während zur Zeit der Scharfeinstellung diese Linseneinheiten zur Bildseite versetzt werden, d. h. von der Teleskopseite zu der Weitwinkelseite hin, und zwar entlang den für das Zoomen vorgesehenen Bahnen. Darüberhinaus wird das gleiche Vorzeichen für ΔF und ΔX genommen. Die Relation zwischen ΔF und ΔX steht für die Fälle nach Fig. 3A und 3B. In jeder Figur repräsentiert eine Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie CO die Versetzungsbahn für die Zoom-Fokussier-Linseneinheiten vor der Umsetzung, was dem Wert Φ entspricht, erhalten durch Umwandlung in Bezug auf die Richtung θ der notwendigen Verlagerung für die Zoom- /Fokussier-Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse für die Fokussierung. Eine strichpunktierte Linie G ist eine gestreckte Bahn parallel zu der optischen Achse. Die Bahnen der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF und CZ, wie sie durch ausgezogene Linien dargestellt sind, lassen sich erhalten durch Umwandlung der zwei Bahnen CO und G unter der Relation von Φ, ΔX und ΔF gemäß Darstellung.
Im folgenden wird die Entsprechungs-Beziehung zwischen Brennweitenänderung und Fokussierung vor und nach der Umwandlung beschrieben.
Gemäß Fig. 3A und 3B wird angenommen, daß der Punkt O die Stellung der Zoom-/Fokussier-Linseneinheiten bei unendlicher Objektentfernung in einem gewissen Zustand der Brennweiteneinstellung repräsentiert. Wenn eine parallele Versetzung der Führungsnut G um Φ in Richtung der Ordinate (d. h. in Richtung des Drehwinkels θ des Dreh-Steuerzylinders) aus diesem Brennweiten- Zustand heraus veranlaßt wird, schneiden sich die Bahnen CO vor der Umwandlung und die Führungsnut G im Punkt A. Diese bedeutet, daß die Zoom-/Fokussier-Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse bis zu einem Maß ΔX verlagert werden, was einer Entfernung von Punkt O zum Punkt C entspricht.
Wenn in ähnlicher Weise die parallele Versetzung der Zoom- Steuerkurve CF relativ zur Fokus-Steuerkurve CF nach der Umwandlung um Φ in Ordinatenrichtung zum Zweck der Brennweitenänderung veranlaßt wird, schneiden sich die Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF und CZ im Punkt D. Dies bedeutet, daß die Zoom-/Fokussier-Linseneinheiten in Richtung der optischen Achse in einem Ausmaß ΔX versetzt werden, entsprechend dem Abstand vom Punkt O zum Punkt C, ähnlich wie im Fall vor der Umwandlung. Damit bleibt im Zeitpunkt der Brennweitenänderung die Positionsbeziehung in Richtung der optischen Achse vor und nach der Umsetzung unverändert.
Zur Zeit der Scharfeinstellung schneidet bei einer Versetzung der Fokussier-Steuerkurve CF nach der Umwandlung um ΔF in Richtung der optischen Achse die Fokussier-Steuerkurve CF die Zoom-Steuerkurve CZ im Punkt B, und die Zoom-/Fokussier- Linseneinheiten werden in Richtung der optischen Achse um ein Maß ΔX entsprechend der Entfernung von Punkt O zum Punkt C Verlagert. Dieses Ausmaß der Versetzung gleicht dem notwendigen Versetzungsmaß zur Fokussierung vor der Umsetzung.
Damit läßt sich durch Bewirken der Umsetzung unter der in den Fig. 3A und 3B dargestellten Relation die Entsprechungs- Relation vor und nach der Umwandlung in Bezug sowohl auf die Brennweitenänderung als auch auf die Fokussierung erfüllen. Bei der obigen Erläuterung in Verbindung mit den Fig. 3A und 3B wird davon ausgegangen, daß die Versetzung zur Zeit der Brennweitenänderung und die zur Zeit der Scharfeinstellung ΔX gleichen, jedoch dient dies nur dem Zweck der Einfachheit, im allgemeinen ist die Verlagerung für die zwei Fälle unterschiedlich.
Der obige Umsetzvorgang erfolgt im Fall einer gewünschten Nah- Fokussierung in Bezug auf die Lage der Zoom-/Fokussier- Linseneinheiten entsprechend der unendlichen Objektentfernung in einem gewissen Zoom-Zustand. Damit ist es möglich, Bahnen (oder Steuerkurven-Formen) der Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurven CF und CZ über eine ähnliche Umwandlung der Bahnen zu bestimmen, bevor die Umwandlung in irgendeinem Zoom- Zustand erfolgt. Endgültige Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF und CZ werden gemäß Fig. 2A durch Bahn-Umwandlung über dem gesamten Brennweitenänderungs-Bereich bestimmt. Die Fokussier- Steuerkurve CF, die auf diese Weise durch progressives Durchführen des Umsetzvorgangs gemäß Fig. 3A oder 3B entlang Bahnen mit ΔF bezüglich einer vorbestimmten, konstant gehaltenen Objektentfernung ermittelt wird, ist nicht-linear und in Bezug auf die optische Achse in einem gewissen Bereich geneigt. In Fig. 2A sind endgültige Bahnen der Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 als Zoom-/Fokussier- Linseneinheiten der ersten Ausführungsform dargestellt, die aus ΔX und Φ in Tabelle 2 bestimmt werden, wenn die relative Versetzung ΔF der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF und CZ in Richtung der optischen Achse, die zur Scharfeinstellung auf ein Objekt bei der Objektentfernung R = 1.000 mm (d. h. 1 m) auf ΔF = -2,4 mm eingestellt ist. Genauer gesagt, ist in Fig. 2A die Relation zwischen Fokussier-Steuerkurven CF1 bis CF4 und Zoom-Steuerkurven CZ1 bis CZ4 zur Umsetzung zwecks Ermittlung der Bahnen der Versetzung der individuellen Linseneinheiten dargestellt in Bezug auf den Brennweiten-Einstellzustand des Weitwinkelendes W. Wenn Fokussier-Steuerkurven CF1 bis CF4 und Zoom-Steuerkurven CZ1 bis CZ4 relativ zueinander in Richtung senkrecht zur optischen Achse (d. h. in vertikaler Richtung in Fig. 2A) zur Brennweitenänderung zum Teleskopende T hin versetzt werden, werden die individuellen Linseneinheiten entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung nach Maßgabe der Versetzung des Schnittpunkts beider Steuerkurven verlagert. Erfindungsgemäß sind die Versetzungsbahnen der ersten und der zweiten Linseneinheiten G1 und G2, welche Zoom-Linseneinheiten ohne Fokussier-Funktion sind, die gleichen wie vor der Umsetzung gemäß Fig. 2A, und die Fokussier-Steuerkurven CF1 und CF2 werden als gestreckte Führungsnuten parallel zu der optischen Achse ausgebildet.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 4A und 4B die Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 als Zoom-/Fokussier-Linseneinheiten bei Versetzung der Steuerkurven CF und CZ beschrieben.
Fig. 4A und 4B sind Abwicklungs-Ansichten, die einen ersten Tubus 10 mit Zoom-Steuerkurven CZ3 und CZ4 und einen zweiten Tubus 20 mit Fokussier-Steuerkurven CF3 und CF4 darstellen. Fig. 4A zeigt den Fokussier-Zustand beider Steuerzylinder, der sich mit der Versetzung der Zylinder in Richtung der optischen Achse ändert, und Fig. 4B zeigt den Zoom-Zustand der Steuerzylinder, der sich mit deren relativer Drehung ändert.
Der erste Tubus 10 zur Brennweiteneinstellung ist derart konstruiert, daß er nur um die optische Achse drehbar ist, während der zweite Tubus 20 zur Brennweitenänderung derart aufgebaut ist, daß er nur entlang der optischen Achse bewegbar ist. Die dritte Linseneinheit G3 ist in der Lage, mit einer Verlagerung eines Gleitstifts P3, der gemeinsam an die Steuerkurven CZ3 und CF3 gekoppelt ist, versetzt zu werden, und die vierte Linseneinheit G4 kann mit der Versetzung des Gleitstifts P4, der gemeinsam mit den Steuerkurven CZ4 und CF4 gekoppelt ist, versetzt werden.
Zur Scharfeinstellung wird der zweite Tubus 20 mit den Fokussier-Steuerkurven CF3 und CF4 relativ zum ersten Tubus 10 mit Zoom-Steuerkurven CZ3 und CZ4 entlang der optischen Achse um ΔF zur Bildseite hin (d. h. in der Figur zur rechten Seite hin) verlagert, wie in Fig. 4A gezeigt ist. Folglich verschiebt sich der Schnittpunkt g31 zwischen Brennweiten-Zustand gemäß ausgezogener Linie und Fokussier-Steuerkurve CF3 in den Zustand der Scharfeinstellung bei unendlicher Entfernung entlang der Zoom-Steuerkurve CZ3 zum Schnittpunkt g32 mit der Fokussier- Steuerkurve CF3 gemäß Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie nach der relativen Versetzung, d. h., die dritte Linseneinheit G3 verschiebt sich entlang der optischen Achse um ΔXF3 zur Bildseite hin. Außerdem wird der Schnittpunkt g41 zwischen der Zoom-Steuerkurve CZ4 gemäß ausgezogener Linie und der Fokussier-Steuerkurve CF4 im Zustand der Fokussierung bei unendlicher Entfernung entlang der Zoom-Steuerkurve CZ4 zum Schnittpunkt g42 mit der Fokussier-Steuerkurve CF4 gemäß Darstellung durch Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie nach der Versetzung, d. h., die vierte Linseneinheit G4 verschiebt sich in Richtung der optischen Achse um ΔXF4 zur Bildseite hin. Wie dargestellt ist, kann man durch Veranlassen der Versetzung des zweiten Tubus 20 relativ zu dem ersten Tubus 10 in Richtung der optischen Achse um ΔF die dritte und die vierte Linse G3 und G4 entlang der optischen Achse um ΔXF3 bzw. ΔXF4 versetzen und dadurch die Scharfeinstellung bei einer gewünschten Objektentfernung erreichen.
Zur Brennweitenänderung wird der erste Tubus 10 mit den Zoom- Steuerkurven CZ3 und CZ4 durch Drehen relativ zum zweiten Tubus 20 verlagert, wobei die Fokussier-Steuerkurven CF3 und CF4 senkrecht zur optischen Achse (d. h. aufwärts in der Figur) um ΔΦ verlagert werden, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Folglich wird die Position der dritten Linseneinheit G3, die sich bestimmt durch den Schnittpunkt g31 zwischen der Fokussier- Steuerkurve CF3 und der Zoom-Steuerkurve CZ3, wie dies durch eine gestrichelte Linie in einem gewissen Zoom-Zustand dargestellt ist, in eine Position verschoben, die bestimmt wird durch den Schnittpunkt g33 mit der Zoom-Steuerkurve CZ3 gemäß Darstellung durch eine Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich- Linie nach der relativen Drehversetzung. D.h.: die dritte Linseneinheit G3 wird um ΔΦZ3 und auch um ΔXZ3 relativ verlagert. Auch die Position der vierten Linseneinheit G4, die sich bestimmt durch den Schnittpunkt g41 zu der Fokussier-Steuerkurve CF4 und der Zoom-Steuerkurve CZ4, wie dies durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, wird in eine Position verschoben, welche sich durch den Schnitt g43 mit der Zoom- Steuerkurve CZ4 bestimmt, wie dies durch eine Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie gezeigt ist. D.h.: die vierte Linseneinheit G4 wird relativ um ΔΦZ4 und auch um ΔXZ4 verlagert. Wie gezeigt ist, wird durch Veranlassen eines Dreh- Versatzes des ersten Tubus 10 relativ zu dem zweiten Tubus 20 in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse um ΔΦ die dritte und die vierte Linseneinheit G3 und G4 als Zoom- /Fokussier-Linseneinheiten entlang der optischen Achse um ΔXZ3 bzw. ΔZ4 versetzt, um dadurch eine Verschiebung in den gewünschten Zustand der Brennweiteneinstellung zu erreichen.
Wie oben dargelegt wurde, werden die Bahnen der Versetzung nach der Umwandlung dazu benutzt, eine Scharfeinstellung durch Versetzung der Zoom-/Fokussier-Linseneinheiten G3 und G4 entlang Bahnen (Zoom-Steuerkurven) CZ3 und CZ4 zu erreichen, die zur Zeit der Brennweitenänderung gezogen worden. Genauer gesagt: die Brennweitenänderung wird bewirkt, indem die individuellen Linseneinheiten in ihrer Lage entlang der optischen Achse verschoben werden durch Bewirken eines Dreh-Versatzes entweder der Fokussier-Steuerkurve (gestreckte Führungsbahn für die erste und die zweite Linseneinheit G1 und G2) oder der Zoom-Steuerkurve in Richtung 0 senkrecht zur optischen Achse, während die Scharfeinstellung bewirkt wird durch Veranlassen einer Versetzung der Fokussier-Steuerkurve CF3 um ΔF (ΔF = -2,4 mm bei R = 1,0 m in dem ersten Ausführungsbeispiel), auch wenn die Fokussier-Linseneinheiten G3 und G4 in unterschiedlichem Ausmaß in Richtung der optischen Achse bei gleicher Objektentfernung versetzt werden.
Tabelle 3 zeigt das Ausmaß ΔF (DF) der Verschiebung des zweiten Zylinders mit den Fokussier-Steuerkurven bei einer Objektentfernung R von 0,85; 1,0; 2,0; 3,0 und 5,0 m im Brennweiten-Zustand bei Brennweite F von 36; 50; 60; 70; 85 und 102 mm, wie es berechnet wird aus den Versetzungsbahnen nach der Umwandlung gemäß Fig. 2A, dem aktuellen Ausmaß ΔX (DX) der Verschiebung der individuellen Linseneinheiten entsprechend Δ F, und dem Versatz (BF) des Brennpunkts, wenn die Versetzung Δ X entlang der optischen Achse für die individuellen Linseneinheiten gegeben ist. Der obere Teil der Tabelle 3 zeigt die Versetzung (BF) des Brennpunkt für jede Objektentfernung R in jedem Zoom-Zustand. Der mittlere Teil der Tabelle zeigt den Versatz ΔF (DF) der Fokussier-Steuerkurven CF, benötigt für die optimale Scharfeinstellung für die jeweilige Objektentfernung R. Dieser Versatz ΔF (DF) der Fokussier-Steuerkurven CF ist derart ausgewählt, daß der Versatz des Brennpunkts am Teleskopende Null ist. Der untere Teil der Tabelle zeigt das Ausmaß ΔX (DX) der aktuellen Verschiebung der Linseneinheiten G1 bis G4 entsprechend ΔF für eine Objektentfernung R von 0,85; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 und 5,0 mm im Zoom-Zustand bei Brennweiten von F von 36; 50; 60; 70; 85 und 102 mm. In dem unteren Teil der Tabelle zeigen Ziffern am linken Ende die Brennweite F des Gesamtsystems, und die Ziffern am rechten Ende zeigen die Objektentfernung R. Ziffern unmittelbar zwischen den Enden zeigen das Ausmaß ΔX (DX) der aktuellen Verschiebung der ersten bis vierten Linseneinheiten G1 bis G4 in der angegebenen Reihenfolge. Jeder Ziffernwert ist für eine Versetzung zur Objektseite hin positiv.
Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß die Versetzung des Brennpunkts klein ist und etwa 0,067 mm im Höchstfall bei jeder Brennweite und jeder Objektentfernung beträgt. Der Versatz ist ausreichend in der Brennpunkttiefe in jedem Zoom-Zustand und bei jeder Objektentfernung. Damit läßt sich eine zufriedenstellende Scharfeinstellung im gesamten Zoom-Bereich mit Hilfe eines sehr einfachen Mechanismus der relativen Versetzung des zweiten Tubus 20 mit den Fokussier-Steuerkurven CF und des ersten Tubus 10 mit den Zoom-Steuerkurven CZ in Richtung der optischen Achse zueinander erreichen.
Aus dem oben gesagten ist ersichtlich, daß, wenn erst eine neue Variable ΔF als relative Versetzung der Fokussier-Steuerkurven CF1 bis CF4 und der Zoom-Steuerkurven CZ1 bis CZ4 in Bezug aufeinander in Richtung der optischen Achse als für die Scharfeinstellung notwendig eingestellt ist, diese ungeachtet des Brennweiteneinstell-Zustands oder der Objektentfernung oder unterschiedlicher Ausmaße der Verschiebung der Fokussier- Linseneinheiten für die Fokussierung fest bleibt, so daß die Erfindung anwendbar ist auf das übliche Scharfeinstellen von Hand. Der relative Versatz ΔF beider Steuerkurven in Richtung der optischen Achse ändert sich mit der Objektentfernung, wie dies im mittleren Teil der Tabelle 3 dargestellt ist. Tabelle 3 Tabelle 3 (Fortsetzung)
Tabellen 4-(1) bis 4-(3) zeigen Steuerkurven-Daten, d. h. Koordinaten der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven der Linseneinheiten in X-Richtung (optische Achse) und Φ-Richtung senkrecht dazu entsprechend Fig. 2A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 3.
In Tabellen 4-(1) bis 4-(3) repräsentiert Φf(n) die Koordinate der Fokussier-Steuerkurve der n-ten Linseneinheit in Richtung senkrecht zur X-Richtung (optische Achse), Xf(n) die Fokussier- Steuerkurve der n-ten Linseneinheit in X-Richtung (optische Achse), Φz(n) die Koordinate der Zoom-Steuerkurve der n-ten Linseneinheit in Φ-Richtung senkrecht zur X-Richtung (optische Achse), und Xz(n) die Koordinate der Zoom-Steuerkurve der n-ten Linseneinheit in X-Richtung (optische Achse), und F bezeichnet die Brennweite, die R die Objektentfernung.
Tabelle 4-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten und der zweiten Linseneinheit G1 und G2. Die Fokussier-Steuerkurven der ersten und der zweiten Linseneinheit G1 und G2 sind gestreckte Führungsnuten parallel zur optischen Achse. Da die Koordinaten der Zoom-Steuerkurve unabhängig von der Objektentfernung R feststehen, ist die Spalte für die Objektentfernung R fortgelassen.
Tabelle 4-(2) zeigt Steuerkurven-Daten für die Fokussier- und Zoom-Steuerkurven der dritten Linseneinheit G3 bei jeder Brennweite F und jeder Objektentfernung R. Tabelle 4-(3) zeigt Steuerkurven-Daten der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven der vierten Linseneinheit G4 für jede Brennweite F und jeder Objektentfernung R.
In den Tabellen 4-(1) bis 4-(3) sind die Koordinaten der individuellen Linseneinheiten für F = 36 und R = ∞ als Ursprung eingestellt. Für Φf(3) und Φf(4), d. h. die Versetzung der dritten und vierten Linseneinheit G3 und G4 mit Fokussier- Steuerkurven CF3 und CF4 nach der Umwandlung gemäß Fig. 2A in Φ-Richtung (senkrecht zur optischen Achse) wird die Richtung nach unten in Fig. 2A und 2B als positiv angenommen. Ferner wird für Φz(3) und Φz(4), d. h. die Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 bei Zoom-Steuerkurven CZ3 und CZ4, die Richtung nach unten in den Fig. 2A und 2B als positiv angenommen und bei Xf(3) und Xf(4), d. h. der Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 mit Fokussier-Steuerkurven CF3 und CF4 in X-Richtung (optische Achse), wird die Richtung nach links (Objektseite) in Fig. 2A und 2B als positiv angenommen, und bei Xz(3) und Xz(4), d. h. der Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheiten mit Zoom-Steuerkurven CZ3 und CZ4 in X-Richtung (optische Achse) wird die Richtung nach links (zur Objektseite) als positiv angenommen.
Im folgenden werden die Tabellen 4-(1) bis 4-(3) in Verbindung mit der Bewegung der dritten Linseneinheit G3 bei der Scharfeinstellung von R = ∞ bis R = 1.500 für die Brennweite F = 36 mit den Steuerkurven-Daten als Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.
Gemäß Fig. 5 bezeichnet CZ3 die Zoom-Steuerkurve der dritten Linseneinheit G3, CF3 bezeichnet die Stellung der Fokussier- Steuerkurve CF3 für R = ∞, und CF3 bezeichnet die Stellung der Fokussier-Steuerkurve CF3 bei R = 1.500. Bei der Scharfeinstellung für eine Objektentfernung R = ∞ bis R = 1.500 wird die Fokussier-Steuerkurve CF3 in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) um ΔF (ΔF (DF) = 1,5723 in Tabelle 3), d. h. von der Stellung CF3 zur Stellung CF3 verlagert, und die Stellung der dritten Linseneinheit G3, die sich durch den Schnitt zwischen den Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF3 und CZ3 bestimmt, wird von der Position g31 zur Position g33 verschoben.
Nun beträgt die Verlagerung der dritten Linseneinheit G3 entlang der Zoom-Steuerkurve CZ3 in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) Xz(3) = -1,2308, wie in Tabelle 4-(2) gezeigt ist. Man sieht, daß dieser Wert identisch ist mit dem Wert von ΔX (DX) gemäß Tabelle 3 oben. Die Versetzung der dritten Linseneinheit G3 entlang der Fokussier-Steuerkurve CF3 in X- Richtung (Richtung der optischen Achse) beträgt Xf(3) = 0,3415, gemäß Tabelle 4-(2).
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, beträgt die aktuelle Versetzung ΔF der Fokussier-Steuerkurve in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) (d. h. die Versetzung in Richtung der optischen Achse von der durch eine ausgezogene Linie dargestellten Fokussier-Steuerkurve CF3 zu der durch Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie ausgezogenen Linie zur Fokussier- Steuerkurve CF3) bei der Scharfeinstellung auf eine Objektentfernung von R = ∞ bis R = 1.500 ΔF = Xz(3) - Xf(3) = -1,5723 von Xz(3) = -1,2308 und Xf(3) = 0,3415 in Tabelle 4-(2). Man sieht, daß dieser Wert identisch ist mit ΔF (DF) = -1,5723 in Tabelle 3.
Wenn andererseits die Fokussier-Steuerkurve CF3 von CF3&sub1; zu CF3&sub2; versetzt wird, beträgt die Versetzung der dritten Linseneinheit G3 entlang der Zoom-Steuerkurve CZ3 in der Richtung (senkrecht zu der optischen Achse) Φz(3) = -0,7891, wie in Tabelle 4-(2), und die Versetzung der dritten Linseneinheit G3 entlang der Fokussier-Steuerkurve CF3 in Φ-Richtung beträgt Φf(3) = -0,7891. Wie aus Fig. 5 und den spezifischen numerischen nach Tabelle 4-(2) ersichtlich ist, werden beide Steuerkurven in gleichem Ausmaß in der Richtung (senkrecht zur optischen Achse) versetzt.
Man sieht, daß die optische Versetzung nicht nur der dritten Linseneinheit G3, sondern auch der vierten Linseneinheit G4 in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) gemäß Tabelle 3 für Fokussierung aus Zoom- und Fokussier-Steuerkurven CZ2 und CF3 gemäß Tabellen 4-(1) bis 4-(3) erhalten werden kann.
Im folgenden sollen Tabellen 4-(1) bis 4-(3) im einzelnen in Verbindung mit der Bewegung der dritten Linseneinheit G3 für den Fall der Brennweitenänderung bei einer Objektentfernung R = ∞ und einer Brennweite F = 36 bis F = 102 als ein Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 6A und 6B auch in Verbindung mit der Bewegung der dritten Linseneinheit G3 für den Fall der Scharfeinstellung bei der Brennweite F = 102 bei der Objektentfernung R = ∞ bis R = 1.500 unter Bezugnahme auf die Fig. 6C und 6D beschrieben werden.
Fig. 6A zeigt den Zustand der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF31 und CZ3 der dritten Linseneinheit G3 bei der Brennweite F = 36 und der Objektentfernung R = 00 Bei den Steuerkurvendaten in den Tabellen sind die Stellung des Schnittpunkts zwischen Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF31 und CZ3 bei der Brennweite F = 36 und der Objektentfernung R = 00 bezüglich jeder Steuerkurve als Ursprung eingestellt. Genauer gesagt, OF31 (0, 0) repräsentiert die Koordinaten des Ursprungs auf der Fokussier-Steuerkurve CF31 und OCZ3 (0, 0) die Koordinaten des Ursprungs der Zoom-Steuerkurve CZ3. In Fig. 6A und auch in Fig. 6B bis 6C, die unten noch beschrieben werden, wird die vertikale Richtung in der Zeichnungsebene als Φ-Richtung angenommen, während die Horizontalrichtung als X-Richtung (Richtung der optischen Achse) gewählt ist. Sämtliche Koordinaten werden durch (Φ, X) ausgedrückt.
Wenn die Brennweite von F = 36 auf F = 102 bei der Objektentfernung von R = ∞ geändert wird, betragen die Koordinaten entsprechend der Brennweite F = 102 auf den Fokussier- und Zoom- Steuerkurven CF31 und CZ3 ACF31 (-33,6686; 17,3820) und ACZ3 (9,2550; 17,3820), wie in Fig. 6A gezeigt ist, was sich aus den Steuerkurven-Daten der dritten Linseneinheit G3 in Tabelle 4- (2) ergibt.
Deshalb läßt sich die Brennweitenänderung von der Brennweite F = 36 bis F = 102 für eine Objektentfernung R = ∞ dadurch erhalten, daß man ACF31 (-33,6686; 17,3820) und ACZ3 (9,2550; 17,3820) identisch miteinander macht.
Genauer gesagt, läßt sich dies erreichen durch eine Änderung des Zustands der Fokussier-Steuerkurve CF31, die durch die Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie dargestellt ist, in den Zustand der Fokussier-Steuerkurve CF32, die durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, verursacht durch den Versatz der Fokussier-Steuerkurve CF31 in Relation zu der Zoom-Steuerkurve CZ3 in Richtung Φ um ΔΦ = ΦZ(3)A - Φf(3)A = 42,9236.
Mit der Änderung des Zustands der Fokussier-Steuerkurve CF31, die durch die Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie darsgestellt ist, über den durch die ausgezogene Linie dargestellten Zustand der Fokussier-Steuerkurve CF32 wird der Ursprung OCF31 (0, 0) der Fokussier-Steuerkurve CF31 verschoben in die Position OCF32 (0, 0). Folglich wird ACF31 (-33,6686; 17,3820) auf ACF32 (-33,6686, 17,3820) verschoben. Die Koordinaten ACF32 (-33,6686; 17,3820) auf der Fokussier- Steuerkurve CF32 sind dargestellt mit dem Ursprung OCF32 (0, 0) auf der Steuerkurve CF32 als Bezugswert.
Wenn somit ACF32 (-33,6686; 17,3820) auf der Fokussier- Steuerkurve CF32 gemäß der ausgezogenen Linie entsprechend ACF32 (-33,6686; 17,3820) auf der Fokussier-Steuerkurve CF31 gemäß der Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie übereinstimmt mit ACZ3 (9,2550; 17,3820) auf der Zoom-Steuerkurve CZ3, so bedeutet dies, daß die dritte Linseneinheit G3 in Richtung der optischen Achse (X-Richtung) um ΔXZ3 = 17,3820 versetzt ist.
Man sieht, daß der Wert von ΔXZ3 (= 17,3820) in diesem Fall identisch ist mit der Versetzung der dritten Linseneinheit G3, die man erhält aus den Änderungen der Luftabstände zwischen benachbarten Linseneinheiten in der ersten Position pos(1) (Brennweite f(F) = 36, Objektentfernung R = ∞) und der sechsten Position pos(6) (Brennweite f(F) = 102, Objektentfernung R = ∞), dargestellt im unteren Teil der Tabelle 1, wie zuvor erwähnt. Man sieht folglich, daß die Brennweitenänderung von der Brennweite F = 36 nach F = 102 exakt vorgenommen wird, wobei die Objektentfernung von R = ∞ beibehalten wird.
Es soll nun die Scharfeinstellung von einer Objektentfernung R = ∞ auf R = 1.500 bei der Brennweite F = 102 gemäß Fig. 6B betrachtet werden. In diesem Fall werden aus den Steuerkurven- Daten der dritten Linseneinheit G3 in Tabelle 4-(2) die Koordinaten der Fokussier-Steuerkurve CF32 entsprechend der Objektentfernung R = 1.500 auf BCF32 (-33,6959; 17,3967) mit dem Ursprung OCF32 (0, 0) als Bezugswert gebracht, wie in Fig. 6C gezeigt ist, und die Koordinaten auf der Zoom-Steuerkurve CZ3 entsprechend R = 1.500 sind BCZ3 (9,2277; 15,8244) mit OCZ3 (0, 0) als Ursprung.
Damit läßt sich die Scharfeinstellung von einer Objektentfernung R = ∞ auf R = 1.500 bei einer Brennweite von F = 102 dadurch erreichen, daß man BCF32 (-33,6959; 17,3967) und BCZ3 (9,2277; 15,8244) identisch macht.
Genauer gesagt, man kann mit einer Änderung des durch die Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich-Linie dargestellten Zustands der Fokussier-Steuerkurve CF32 in den Zustand der Fokussier- Steuerkurve CF33, wie er durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, verursacht durch eine relative Versetzung der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF32 und CZ3 in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) um ΔF = XZ(3)B - Xf(3)B = 1,5723 gemäß Fig. 6D dieses erreichen.
Bei der Änderung des durch die Doppelstrich-Bindestrich- Langstrich-Linie dargestellten Zustands der Fokussier-Steuerkurve CF32 in den durch die ausgezogene Linie dargestellten Zustand der Fokussier-Steuerkurve CF33 wird der Ursprung OCF32 (0, 0) der Fokussier-Steuerkurve CF32 in die X-Richtung verschoben zu einer Position OCF33 (0, 0) und BCF32 (-33,6959; 17,3969) wird verschoben nach BCF33 (-33,6959; 17,3969).
Wenn somit BCF32 (-33,6959; 17,3969) auf der Fokussier- Steuerkurve CF33, dargestellt durch die ausgezogene Linie, entsprechend BCF33 (-33,6959; 17,3967) auf der Fokussier-Steuerkurve CF32, die durch die Doppelstrich-Bindestrich-Langstrich- Linie dargestellt ist, übereinstimmt mit BCZ3 (9,2277; 15,8244) auf der Zoom-Steuerkurve CZ3, so bedeutet dies, daß die dritte Linseneinheit G3 in Richtung der optischen Achse (X-Richtung) um ΔXF3 = -1,5576 versetzt ist.
Man sieht, daß der Wert von ΔXF3 (= -1,5576) in diesem Fall identisch ist mit dem Wert in dem unteren Teil der Tabelle 3- (2). Man sieht ferner, daß der Versatz ΔF (DF in Tabelle 3) der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF32 und CZ3 relativ zueinander in X-Richtung (Richtung der optischen Achse) identisch ist mit dem Wert im mittleren Teil der Tabelle 3.
Man versteht also, daß das Fokussieren aus der Objektentfernung R = ∞ nach R = 1.500 exakt bewirkt wird unter Beibehaltung der Brennweite F = 102.
Man erkennt, daß nicht nur die Koordinaten der individuellen Linseneinheiten auf den Fokussier- und Zoom-Steuerkurven bei jeder Brennweite F und jeder Objektentfernung R, sondern auch die Lagebeziehung der Linseneinheiten untereinander leicht aus den Steuerkurven-Daten nach Tabelle 4-(1) bis 4-(3) entnommen werden können. Tabelle 4-(1) erste Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 4-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 4-(2) (Fortsetzung) Tabelle 4-(3) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 4-(3) (Fortsetzung)
Tabelle 5 zeigt die Werte von ΔF, die notwendig sind, um den Versatz des Brennpunkts zu optimieren, der mit der Scharfeinstellung gegen Null einhergeht, wie sie durch die Versetzungsbahnen erhalten werden, nachdem die Umwandlung für jeden Brennweiteneinstellzustand und jede Objektentfernung R vorgenommen ist. Der obere Teil der Tabelle 5 zeigt die optimale Verschiebung ΔF (DF) des zweiten Steuerzylinders mit der Fokussier-Steuerkurve zur Scharfeinstellung im Zoom-Zustand bei der Brennweite F von 36, 50, 60, 70, 85 und 102 mm und einer Objektentfernung R von 0,85; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 und 5,0 m. Der mittlere Abschnitt der Tabelle zeigt die Versetzung der Fokussier-Steuerkurve, die notwendig ist für eine optimale Scharfeinstellung am teleskopseitigen Ende für jede Objektentfernung R. Der untere Teil der Tabelle zeigt die aktuelle Verschiebung ΔX (DX) jeder Linseneinheit entsprechend jedem Wert ΔF (DF) im Zoom-Zustand bei der Brennweite F von 36, 30, 60, 70, 85 und 102 mm bei einer Objektentfernung R von 0,85; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 und 5,0 m.
Aus den Werten im oberen Teil der Tabelle 4 ersieht man, daß die Werte von ΔF (DF) bei der gleichen Objektentfernung R sehr nahe beieinander liegen, und daß die mit der Brennweitenänderung einhergehende Versetzung extrem verringert ist. Offensichtlich kann auch dann, wenn der erste Steuerkurvenzylinder mit der Zoom-Steuerkurve und der zweite Steuerkurvenzylinder mit der Fokussier-Steuerkurve relativ zueinander unter Verwendung eines Auto-Fokus-Systems versetzt werden, die sofortige Scharfeinstellung verbessert werden kann aufgrund des geringen Ausmaßes der zur Kompensation erforderlichen Versetzung.
Betrachtet man die Beziehung zwischen den Fokussier- und Zoom- Steuerkurven CF und CZ nach der Umwandlung gemäß Fig. 2A, so kann es dennoch zu Problemen in Verbindung mit den Mechanismen zum Versetzen der Linseneinheiten entlang den Steuernuten zur Brennweitenänderung zur Fokussierung deshalb kommen, weil der Schnittwinkel zwischen Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF4 und CZ4 der vierten Linseneinheit G4 zum teleskopseitigen Ende hin verringert wird. Allerdings ist es möglich, nur den Schnittwinkel zwischen den beiden Steuerkurven zu variieren, ohne den Betrieb der Brennweitenänderung oder Fokussierung dadurch zu beeinflussen, daß man sämtliche Bahnen nach der Umwandlung in der Richtung vergrößert oder zusammenzieht. Als ein alternatives Verfahren besteht die Möglichkeit, ΔF unter Berücksichtigung des Schnittwinkels einzustellen.
Die bisherige Beschreibung betraf die Scharfeinstellung bei dem Zoom-Objektivsystem mit einem viergruppigen Linsenaufbau gemäß Tabelle 1 und Fig. 2A, wobei ein Floaten mit relativer Versetzung der dritten und der vierten Linseneinheit G3 und G4 vorgenommen wurde. Allerdings ist das Fokussieren auch möglich mit einer Verlagerung anderer Linseneinheiten als der dritten und vierten Linseneinheit G3 und G4. Es soll gezeigt werden, daß die Erfindung auch bei anderen Fokussierverfahren anwendbar ist.
Tabelle 6 zeigt das Ausmaß ΔX und den Umwandlungswert bei dem viergruppigen Linsensystem nach der ersten Ausführungsform für R = 1 m, während die Scharfeinstellung durch Versetzung lediglich der dritten Linseneinheit G3 vorgenommen wird. Tabelle 7 zeigt ΔX und Φ für R = 1 m, wenn die Fokussierung durch Verlagerung lediglich der zweiten Linseneinheit G2 vorgenommen wird. Tabelle 8 zeigt ΔX und Φ für R = 1,5 m, wenn die Fokussierung mit Verlagerung lediglich der ersten Linseneinheit G1 als vorderste Linseneinheit vorgenommen wird.
Fig. 7A zeigt Versetzungsbahnen nach der Umwandlung für den Fall, daß die Fokussierung mit der dritten Linseneinheit G3 vorgenommen wird. Diese Bahnen erhält man unter Verwendung von ΔX und Φ in Tabelle 6 und ΔF = 1,0 mm für das Diagramm nach Fig. 3A. Tabelle 9 zeigt ähnlich wie Tabelle 3 das Verschiebungsmaß ΔF (DF) und ΔX (DX) zur Scharfeinstellung bei jeder Brennweite F und Objektentfernung R, wie es aus den Versetzungsbahnen nach der Umwandlung und der Versetzung (BF) des Brennpunkts bei gegebenem Wert ΔX berechnet wird.
Fig. 8A zeigt in gleicher Weise die Versetzungsbahnen nach der Umwandlung für den Fall der Scharfeinstellung mit der zweiten Linseneinheit G2. Diese Bahnen erhält man unter Verwendung von ΔX und Φ in Tabelle 7 bei ΔF = 2,0 mm für eine Objektentfernung von R = 1 m in dem Umwandlungsdiagramm nach Fig. 10. Tabelle 10 zeigt das Verschiebungsmaß ΔF (DF) und ΔX (DX) zur Fokussierung bei jeder Brennweite F und jeder Objektentfernung R, wie sie sich aus den Bahnen nach der Umwandlung und der Versetzung (BF) des Brennpunkts errechnen.
Fig. 9A zeigt in gleicher Weise die Versetzungsbahnen nach der Umwandlung für den Fall der Fokussierung mit Hilfe der ersten Linseneinheit G1. Diese Bahnen erhält man unter Verwendung von ΔX und Φ in Tabelle 8 mit ΔF = 10,0 mm für eine Objektentfernung R = 1,5 mm in dem Umwandlungsdiagramm nach Fig. 10.
Tabelle 11 zeigt das Ausmaß der Verschiebung ΔF (DF) und ΔX (DX) zur Fokussierung bei jeder Brennweite R und jeder Objektentfernung R, wie sie sich aus den Bahnen nach der Umwandlung und der Versetzung (BF) des Brennpunkts errechnet.
Der Umwandlungsvorgang bezüglich des Diagramms nach Fig. 10 ist der gleiche wie in dem Fall, der oben in Verbindung mit Fig. 3A und 3B beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Richtung der Versetzung zur Scharfeinstellung umgekehrt ist.
Aus den Tabellen 9 bis 11 entnimmt man, daß in jedem Fall die Versetzung (BF) des Brennpunkts gering ist und ausreichend innerhalb der Brennpunkttiefe liegt, was die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Fokussier-Systems deutlich macht.
Aus den obigen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Erfindung bei jeder Linseneinheit eingesetzt werden kann, die für die Scharfeinstellung in dem in Tabelle 1 und Fig. 1A dargestellten Zoom-Objektiv brauchbar ist. Darüberhinaus kann in irgendeinem Fokussier-System die zur Scharfeinstellung benötigte Versetzung ΔF für die gleiche Objektentfernung R ungeachtet des Zoom-Zustands im wesentlichen konstant gehalten werden. Man sieht folglich, daß eine zufriedenstellende Fokussierung auch dann erreicht werden kann, wenn mehrere Fokussier-Linseneinheiten in unterschiedlichem Ausmaß versetzt werden. Tabelle 5 Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 6 Tabelle 7 Tabelle 8 Tabelle 9 Tabelle 9 (Fortsetzung) Tabelle 10 Tabelle 10 (Fortsetzung) Tabelle 11 Tabelle 11 (Fortsetzung)
Die Erfindung ist nicht auf das obige viergruppige Linsensystem beschränkt, sondern kann wirksam auch bei anderen Zoom- Objektivsystemen eingesetzt werden.
Das in Fig. 11A dargestellte Zoom-Linsensystem besitzt fünf Linseneinheiten, nämlich eine erste Linseneinheit G1 mit positiver Brechkraft, eine zweite Linseneinheit G2 mit negativer Brechkraft, eine dritte Linseneinheit G3 mit positiver Brechkraft, eine vierte Linseneinheit G4 mit negativer Brechkraft und eine fünfte Linseneinheit G5 mit positiver Brechkraft, wobei diese Linseneinheiten in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet und zur Objektseite hin zur Brennweitenänderung zwischen Weitwinkelseite und Telephotoseite hin verlagerbar sind. Tabelle 12 zeigt Spezifikationen für dieses Zoom-Linsensystem, und Fig. 11B zeigt die Versetzungsbahnen für die einzelnen Linseneinheiten in diesem Zoom-Linsensystem. Die Abszisse (Richtung der optischen Achse) und die Ordinate (O-Richtung) sind derart gewählt, daß die Versetzungsbahn für die dritte Linseneinheit G3 zur Brennweitenänderung einer geraden Linie unter einem Winkel von 45º bezüglich der optischen Achse ist.
Tabelle 13 zeigt die Versetzung ΔX in Richtung der optischen Achse und den Umwandlungswert Φ bezüglich der O-Richtung bei diesem Zoom-Linsensystem, wenn die Scharfeinstellung dadurch erfolgt, daß die dritte bis fünfte Linseneinheit G3 bis G5 versetzt werden, während ein sogenanntes Floating veranlaßt wird, um Nahe-Aberrationsänderungen zu unterdrücken und eine hohe Leistungsfähigkeit bei einer Objektentfernung von 1,5 m beizubehalten. Fig. 12A zeigt die Versetzungsbahnen nach der Umwandlung auf der Grundlage des Umwandlungsdiagramms von Fig. 3A für ΔF = -1,3731 mm, eingestellt für eine Objektentfernung R = 10 m bei ΔX und Φ.
Im Fall nach Fig. 12A werden die Bahnen für die einzelnen Linseneinheiten durch parallele Verlagerung in O-Richtung (vertikale Richtung) versetzt, damit nicht die Bahnen nach der Umwandlung miteinander kollidieren. Durch Bilden der individuellen Linseneinheiten in dem interessierenden Tubus derart, daß eine Kollision auf diese Weise verhindert wird, läßt sich ohne Fehler einer Korrespondenz der Bahnen vor der Umwandlung (Fig. 12B) erreichen. Für die Brennweitenänderung werden die Positionen der Linseneinheiten auf der optischen Achse dadurch geändert, daß man eine relative Versetzung der Fokussier- und Zoom-Steuerkurven CF und CZ in θ-Richtung veranlaßt, während die Scharfeinstellung dadurch erfolgt, daß die Fokussier- Steuerkurven CF um ΔF in Richtung der optischen Achse für gleiche Objektentfernung verlagert werden.
Tabelle 14 zeigt ähnlich wie Tabelle 3 das Ausmaß ΔX (DX), ΔF (DF) für die Verschiebung der Steuerkurven und der Linseneinheiten zur Scharfeinstellung bei jeder Brennweite F und jeder Objektentfernung R, wie sie sich aus den Bahnen nach der Umwandlung und der Versetzung (BF) des Brennpunkts errechnen, wenn ΔX als relative Versetzung zwischen den Steuerkurven CF und CZ gegeben ist.
Aus Tabelle 14 ist ersichtlich, daß die Verlagerung BF des Brennpunkts klein ist und ausreichend in der Brennpunkttief e liegt.
Aus obigem ist ersichtlich, daß bei dieser Ausführungsfarm die Möglichkeit besteht, ein festes Verschiebungsmaß ΔF für die Fokussier-Steuerkurve CF auch dann einzustellen, wenn das Verschiebungsmaß sich mit dem Zustand der Brennweitenänderung, der Objektentfernung und dem individuellen Fokussier-Linseneinheiten ändert, und daß die Erfindung in ausreichendem Umfang auf das übliche manuelle Scharfeinstellsystem angewendet werden kann.
Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf ein Fokussier-System beschrieben, welches auf der Verschiebung des gesamten Zoom-Linsensystems beruht.
Fig. 13A zeigt ein Zoom-Linsensystem mit zweigruppigem Aufbau, umfassend eine erste Linseneinheit G1 mit negativer Brechkraft und eine zweite Linseneinheit G2 mit positiver Brechkraft, wobei diese Linseneinheiten in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und in Bezug auf die Bildebene zur Brennweitenänderung verlagert werden. Tabelle 15 zeigt Spezifikationen (numerische Daten) für dieses zweigruppige Zoom- Linsensystem. Fig. 11B zeigt Versetzungsbahnen für die Linseneinheiten bei der Brennweitenänderung. Die Abszisse (die Richtung der optischen Achse) und die Ordinate (θ-Richtung) sind derart gewählt, daß die Versetzungsbahn der zweiten Linseneinheit G2 eine Gerade ist, die zu der optischen Achse einen Winkel von 45º bildet.
Tabelle 16 zeigt die Versetzung ΔX in Richtung der optischen Achse und den Umwandlungswert Φ bezüglich der θ-Richtung in einem zweigruppigen Zoom-Linsensystem, wenn die Scharfeinstellung dadurch erfolgt, daß eine Verlagerung des gesamten Systems bei der Objektentfernung R = 1,5 m veranlaßt wird.
Fig. 14A zeigt die Versetzungsbahnen nach der Umwandlung auf der Grundlage des in Fig. 10 und 15 dargestellten Umwandlungsvorgangs mit der Verlagerung ΔF in Richtung der optischen Achse bei einer Objektentfernung R = 1,5 m, eingestellt auf ΔF = 5,0 mm mit ΔX und Φ gemäß Tabelle 16.
Im Fall der Fig. 14A werden die Versetzungsbahnen der individuellen Linseneinheiten verlagert durch parallele Versetzung in θ-Richtung (vertikale Richtung), damit nicht die Versetzungsbahnen der ersten und der zweiten Linseneinheit G1 und G2 nach der Umwandlung miteinander kollidieren können. Durch Bilden der individuellen Linseneinheiten in dem interessierenden Tubus in der Weise, daß eine Kollision auf diese Weise verhindert wird, läßt sich die Entsprechung zu den Bahnen vor der Umwandlung (Fig. 14B) ohne Fehler erreichen, wie zuvor erwähnt. Die Brennweitenänderung erfolgt durch Verlagerung entweder der Fokussier-Steuerkurve CF oder der Zoom-Steuerkurve CZ in θ- Richtung, während die Fokussierung erfolgt, indem die Fokussier-Steuerkurve CF um das gleiche Maß ΔF in Richtung der optischen Achse versetzt wird, ungeachtet des Zoom-Zustands, für die gleiche Objektentfernung.
Tabelle 17 zeigt ähnlich wie Tabelle 3 das Ausmaß ΔX (DX) und ΔF (DF) der Verschiebung der Linseneinheit zur Scharfeinstellung bei jeder Brennweite F und jeder Objektentfernung R, wie sie sich aus den Versetzungsbahnen nach der Umwandlung und der Versetzung (BF) der Brennweite errechnen, wenn die relative Versetzung ΔX zwischen den Steuerkurven CF und CZ gegeben ist. Aus Tabelle 17 ist ersichtlich, daß die Versetzung BF des Brennpunkts klein ist und in jedem Fokussier-Zustand ausreichend weit in der Brennpunkttiefe liegt.
Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich, daß die Erfindung auf das Fokussier-System anwendbar ist, bei dem das gesamte Zoom- Linsensystem verschoben wird, so daß sie in zufriedenstellender Weise bei dem üblichen manuellen Fokussier-System anwendbar ist.
Wie gezeigt wurde, ist die Erfindung auf unterschiedliche Zoom- Linsensysteme anwendbar, wenn verschiedene Fokussier-Systeme angenommen werden, so daß eine manuelle Fokussierung möglich ist, die bislang unerreichbar war.
Außerdem ist die Erfindung im wesentlichen auf jedes Fokussiersystem jeglichen Zoom-Objektivs anwendbar, bei dem eine gegebene Linseneinheit mit Ausnahme feststehender Linseneinheiten bei der Brennweitenänderung zur Bildebene hin verlagert wird, so daß hierdurch in epochaler Weise eine Scharfeinstellung von Hand möglich ist.
Während die Umwandlungsbeziehung oben in Verbindung mit den Fig. 3A, 3B, 10 und 15 beschrieben wurde, sind abhängig von der Richtung der Versetzung der Fokussier-Linseneinheiten zur Zeit der Brennweitenänderung und zur Zeit der Scharfeinstellung und abhängig von Vorzeichen von ΔF und der Beziehung zwischen ΔX und ΔF verschiedene Umwandlungsbeziehungen denkbar. Fig. 16A bis 23B zeigen kollektiv die Umwandlungsbeziehung in sämtlichen Fällen des erfindungsgemäßen Umwandlungsvorgangs. In diese Figuren sind die Richtung der Versetzung der Fokussier- Linseneinheiten während der Brennweitenänderung und während der Scharfeinstellung, das Vorzeichen ΔF (positiv für die Vorderseite) und die Beziehung zwischen ΔX und ΔF in symbolischer Form im oberen Abschnitt jeder Figur dargestellt. Diese symbolisierte Darstellung ist auch in den Fig. 3A, 3B, 10 und 15 vorhanden. Während in jedem Umwandlungsdiagramm zum Zweck der Vereinfachung die Bahnen als gestreckte Linien dargestellt sind, sind die Versetzungsbahnen im gesamten Brennweitenänderungsbereich nicht-linear, wie es aus den Bahnen nach der Umwandlung für jedes Ausführungsbeispiel ersichtlich ist.
In Fig. 16A bis 23B haben die Fig. 16A und 20A, Fig. 16A und 20B, Fig. 17A und 21A, Fig. 17B und 21B, Fig. 18A und 22A, Fig. 18B und 22B, Fig. 19A und 23A und Fig. 19B und 23B eine Entsprechungs-Beziehung zueinander und die paarweisen Diagramme lassen sich durch Ändern des Vorzeichens von ΔF gegeneinander austauschen. In anderen Worten: wenn erfindungsgemäß irgendein Fokussier-System ausgewählt wird, gibt es zwei unterschiedliche Arten der Umwandlung für verschiedene Vorzeichen von ΔF.
Um ein einfaches Beispiel zu nennen: die Versetzungsbahnen nach der Umwandlung entsprechend den Bahnen nach der Umwandlung gemäß Fig. 2A sind in Fig. 24A dargestellt. Während Fig. 2A die Bahnen zeigt, die man durch Umwandlung der Versetzungsbahnen des Zoom-Linsensystems nach Tabelle 1 und Fig. 3A auf der Grundlage der Umwandlungsdiagramme nach den Fig. 3A und 3B unter Verwendung von ΔX und Φ in Tabelle 2 und F = -2,4 erhält, zeigt Fig. 24A Bahnen, die man erhält durch Umwandlung der Versetzungsbahnen des in Fig. 1 gezeigten Zoom-Linsensystems auf der Grundlage der Umwandlungsdiagramme nach Fig. 20A und 20B (entsprechend den Fig. 16A und 16B) unter Verwendung der Werte in Tabelle 2 und ΔF = 2,9.
Tabelle 18 zeigt das Ausmaß ΔF und ΔX der Verschiebung für die Scharfeinstellung bei jeder Brennweite und jeder Objektentfernung, wie sie sich aus den Versetzungsbahnen nach der Umwandlung gemäß Fig. 24A und der Versetzung des Brennpunkts bei gegebenem ΔX errechnen. Aus Tabelle 18 ist ersichtlich, daß mit der entsprechenden anderen Umwandlung die Versetzung des Brennpunkts ausreichend gering ist, und daß die Erfindung in zufriedenstellender Weise auf die manuelle Fokussierung anwendbar ist. Wenn der Schnittwinkel zwischen Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung klein ist und es mit dem Aufbau der Steuerkurven Probleme gibt, kann man auch nur den Winkel ändern, ohne die Brennweitenänderung oder die Fokussierung zu beeinflussen, indem man sämtliche Bahnen nach der Umwandlung in θ-Richtung proportional vergrößert oder zusammenzieht. Alternativ ist es möglich, A vorab so einzustellen, daß der Schnittwinkel berücksichtigt wird.
Nach der bisherigen Beschreibung werden die Bahnen der Versetzung für die Linseneinheiten so ausgewählt, daß sie in Bezug auf die optische Achse bei der Umwandlung von ΔX in Φ unter dem Winkel von 45º liegen. Dies geschieht allerdings nur zum Zweck der Vereinfachung, und es sind in diesem Zusammenhang zahlreiche Modifizierungen möglich.
Während Steuerkurven-Daten nach der in Fig. 2A gezeigten Umwandlung in den Tabellen 4-(1) bis 4-(3) dargestellt sind, sind in den Tabellen 19-(1) bis 24-(3) Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung in verschiedenen Ausführungsformen gezeigt.
Tabellen 19-(1) und 19-(2) zeigen Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung entsprechend Fig. 7A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 9. Tabelle 19-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten, der zweiten und der vierten Linseneinheiten G1, G2 und G4, und Tabelle 19-(2) zeigt Steuerkurven-Daten der dritten Linseneinheit G3.
Tabellen 20-(1) und 20-(2) zeigen Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung entsprechend Fig. 8A (Zoom- und Fokussier-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 10. Tabelle 20-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten, der dritten und der vierten Linseneinheiten G1, G3 und G4, und Tabelle 20-(2) zeigt Steuerkurven-Daten der zweiten Linseneinheit G2.
Tabellen 21-(1) und 21-(2) zeigen Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung entsprechend Fig. 9A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 11. Tabelle 21-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten Linseneinheit G1, und Tabelle 21- (2) zeigt Steuerkurven-Daten der zweiten bis vierten vierten Linseneinheiten G2 bis G4.
Tabellen 22-(1) bis 22-(4) zeigen Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung entsprechend Fig. 12A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 14. Tabelle 22-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten und der zweiten Linseneinheit G1 und G2, Tabelle 22-(2) zeigt Steuerkurven-Daten der dritten Linseneinheit G3, Tabelle 22-(3) zeigt Steuerkurven- Daten der vierten Linseneinheit G4, und Tabelle 22-(4) zeigt Steuerkurven-Daten der fünften Linseneinheit G5.
Tabellen 23-(1) bis 23-(2) zeigen Steuerkurven-Daten nach der Umwandlung entsprechend Fig. 14A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 17. Tabelle 23-(1) zeigt Steuerkurven-Daten der ersten Linseneinheit GI, und Tabelle 23-(2) zeigt Steuerkurven-Daten der zweiten Linseneinheit G2.
Tabellen 24-(1) bis 24-(3) zeigen Steuerkurven-Daten entsprechend Fig. 24A (Fokussier- und Zoom-Steuerkurven nach der Umwandlung) und Tabelle 18. Tabelle 24-(1) zeigt Steuerkurven- Daten der ersten und der zweiten Linseneinheit G1 und G2, Tabelle 24-(2) zeigt Steuerkurven-Daten der dritten Linseneinheit G3, und Tabelle 24-(3) zeigt Steuerkurven-Daten der vierten Linseneinheit G4.
Die obigen Tabellen beruhen auf der gleichen Formel wie die Tabelle 4-(1) bis 4-(3), die oben angegeben wurden, und sie können zu Rate gezogen werden in der gleichen Weise wie die Tabelle 18. Tabelle 12 Tabelle 12 (Fortsetzung) Tabelle 13 Tabelle 14 FOCUS Tabelle 14 (Fortsetzung) Tabelle 15 Tabelle 16 Tabelle 17 FOCUS Tabelle 18 FOCUS Tabelle 18 (Fortsetzung) Tabelle 19-(1) erste Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 19-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 19-(2) (Fortsetzung) Tabelle 20-(1) erste Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 20-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 21-(1) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 21-(1) (Fortsetzung) Tabelle 21-(2) zweite Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 21-(2) (Fortsetzung) vierte Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 22-(1) erste Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 22-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 22-(2) (Fortsetzung) Tabelle 22-(3) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 22-(3) (Fortsetzung) Tabelle 22-(4) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 22-(4) (Fortsetzung) Tabelle 23-(1) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 23-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 24-(1) erste Linseneinheit Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 24-(2) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 24-(2) (Fortsetzung) Tabelle 24-(3) Fokussiersteuerkurve Zoomsteuerkurve Tabelle 24-(3) (Fortsetzung)
Wie vorstehend gezeigt wurde, wird erfindungsgemäß die Versetzung des Steuerkurvenzylinders, der zur Scharfeinstellung versetzt wird, ungeachtet von Änderungen der Brennweite, d. h. Änderungen des Zoom-Zustands, im wesentlichen konstant gehalten, und trotz dieses einfachen Aufbaus ist es möglich, die Versetzung der Fokussier-Linseneinheit selbst entsprechend dem Zoom-Zustand zu variieren, wobei es bei Vorhandensein mittlerer Fokussier-Linseneinheiten möglich ist, individuelle Fokussier-Linseneinheiten in unterschiedlichem Ausmaß zu versetzen. Es besteht die Möglichkeit, größtmögliche Freiheit bei dem Linsensystem zu erhalten. Aus diesem Grund ist es möglich, Nahe-Aberrationsänderungen durch sogenanntes Floaten mit mehreren Fokussier-Linsen zu kompensieren und eine stabile und ausgezeichnete Fokussier-Leistung zu jeder Zeit beizubehalten, bei der Aufnahme für unendliche Entfernungen ebenso wie bei nahen Objekten. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Fokussier-System das sogenannte manuelle Fokussieren bei sämtlichen Fokussier-Systemen, die auf der Versetzung von Linseneinheiten mit Ausnahme von festen Linseneinheiten in Bezug auf die Bildebene bei der Brennweitenänderung basieren (beispielsweise Frontlinsen-Verschiebung, Verschiebung der gesamten Linsen, Innenfokus, hinterer Fokus und Floating), solange es eine praktische Lösung für den Fokus in praktisch jedem Zoom-Objektiv gibt. Darüberhinaus ist es möglich, in revolutionärer Weise die Ansprechgeschwindigkeit bei Auto-Fokus- Systemen zu erhöhen.
Im folgenden wird der Aufbau des Zoom-Objektivs der in Fig. 2A dargestellten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 26 erläutert.
Gemäß Fig. 26 enthält der Aufbau einen ortsfesten Zylinder mit einem einstückig ausgebildeten Bayonet 200, das an einem Kameragehäuse gelagert wird, und einem Außenzylinder 1h. Optische Systeme G1 bis G4 zur photographischen Aufnahme werden in einem Innenzylinder 1g gehalten. Ein bewegliches Frontteil 6, das ein optisches System G1 hält, das nur bei der Brennweitenänderung eine Rolle spielt, ist verschieblich in dem Innenzylinder 1g des ortsfesten Zylinders 1 aufgenommen. Der Halter 6 besitzt einen Antriebsstift 12, der in eine Führungsnut 1c des Innenzylinders 1g und auch in eine gestreckte Laufnut 2a eingreift, die in einem Steuerkurven-Ring 2 ausgebildet ist, der an dem Innenzylinder 1g sitzt, um eine Drehung und eine Versetzung in Richtung der optischen Achse zu vollziehen. Ein beweglicher Halter 3 lagert ein optisches System G2, das nur bei der Brennweitenänderung eine Rolle spielt, und er ist verschieblich in dem beweglichen Halter 6 angeordnet. Der bewegliche Halter 3 besitzt einen Antriebsstift 15, der in einer Steuerkurvennut 6c des Halters 6 aufgenommen ist und auch in einer gestreckten Laufnut 1f des Innenzylinders 1g eingreift.
In dem beweglichen Halter 6 sind verschieblich bewegliche Halter 4 und 5 angeordnet, die eine Linseneinheit G3 bzw. G4 halten, die beide sowohl zur Fokussierung als auch zur Brennweitenänderung dienen. Der bewegliche Halter 4 besitzt einen Antriebsstift 13, der in eine Zoom-Führungsnut 1d im Innenzylinder 1g des ortsfesten Zylinders 1 eingreift, außerdem in eine Fokussier-Führungsnut 2b, die in dem Steuerkurven-Ring 2 vorgesehen ist. Der bewegliche Halter 6 besitzt eine Ausweichnut 6b für den Stift 13. In ähnlicher Weise besitzt der Halter 5 einen Antriebsstift 14, der in die Zoom-Führungsnut 1e eingreift, die im Innenzylinder 1g des ortsfesten Zylinders 1 vorhanden ist, ebenso in der Fokussier-Führungsnut 2c des Steuerkurven-Rings 2. Der bewegliche Halter 6 besitzt eine Ausweichnut 6d für den Stift 14.
Fig. 27 ist eine Abwicklung, welche die Beziehung zwischen den Zoom-Führungsnuten 1d und 1e des ortsfesten Zylinders 1 und der Fokussier-Führungsnuten 2b und 2c des Steuerkurven-Rings 2 veranschaulicht. Hier sind die tatsächlichen Formen des in Fig. 14A und 14B dargestellten Aufbaus gezeigt.
Ein Zoom-Ring 8 besitzt einen Vorsprung b, der drehbar in einer Ausnehmung a sitzt, welche an einem vorderseitigen Außenumfang des beweglichen Halters 6 ausgebildet ist. Eine Feder 1b, die an einem Ende des Außenzylinders 1h des ortsfesten Zylinders 1 vorgesehen ist, sitzt in einer gestreckten Lauf-Führungsnut 8a, die im Innenumfang des Zoom-Rings 8 ausgebildet ist und in einem Vorderabschnitt des Zoom-Rings 8 (von der Halterung entfernt) ist auf dem Zoom-Ring 8 ein Entfernungs-Ring 100 drehbar angeordnet. Eine gestreckte Lauf-Feder 11 ist mittels Schrauben an dem Entfernungs-Ring 100 angebracht. In dem Außenzylinder 1a des ortsfesten Zylinders ist ein Drehübertragungsglied 7 eingesetzt zur Drehung um die optische Achse, nicht jedoch zur Verlagerung in Richtung der optischen Achse. Das Drehübertragungsglied 7 besitzt eine gestreckte Lauf-Nut 7a, in der die Feder 11 eingreift.
Der Innenumfang des Glieds 7 ist mit einem inneren Schraubgewinde 7b ausgebildet. Eine gestreckte Lauf-Feder 9 besitzt mit dem Gewinde 7b kämmendes Außen-Schraubgewinde 9a. Das Element 9 besitzt eine Feder 9c, die sich an einer Stelle näher zu der Lagerung hin befindet. Die Feder 9c greift in die gestreckte Lauf-Nut 1a des ortsfesten Zylinders 1 ein. Der Innenumfang des Elements 9 besitzt eine Umfangs-Führungsnut 9b, in die der Stift 16 des Steuerkurven-Rings 2 eingreift. Das Element 7 besitzt ein lagerungsseitig vorgesehenes Zahnrad 7c. Das Zahnrad 7c kämmt mit einem Drehwellenritzel 17b, welches in einem Drehwellenlager 20a der Halterung 200 und einem Abschnitt des Innenzylinders 1g des ortsfesten Zylinders 1 zur Drehung, nicht jedoch zur Versetzung in der axialen Richtung gelagert ist. Die Drehwelle 17 besitzt halterungsseitig eine Kupplungsausnehmung 17a zur Übertragung einer Antriebskraft einer (nicht gezeigten) Antriebswelle des Kameragehäuses zur Objektivseite hin.
Der Betrieb des oben beschriebenen Objektivs wird im folgenden erläutert. Zur Brennweitenänderung wird der Zoom-Ring 8 geradlinig versetzt. Der Zoom-Ring 8 kann nur geradlinig versetzt werden, kann aber nicht verdreht werden, und zwar wegen des Eingriffs zwischen der gestreckten Lauf-Führungsnut 8a und der Feder 8b des ortsfesten Zylinders 1. Die Verlagerung des Zoom-Rings 8 in Richtung der optischen Achse wird über den Vorsprung 8b und die Ausnehmung 6a auf den beweglichen Halter 6 übertragen. Da der einstückig mit dem Teil 6 ausgebildete Antriebsstift 12 in die Führungsnut 1c des ortsfesten Zylinders 1 eingreift, wird das Teil 6 in Richtung der optischen Achse angetrieben, während es von der Führungsnut 1c und dem Stift 12 gedreht wird.
Da weiterhin der einstückig mit dem die Linseneinheit G2 haltenden beweglichen Halter 3 ausgebildete Stift 15 in die Steuerkurven-Nut 6c des Elements 6 und in die gestreckte Lauf- Nut 1f des ortsfesten Zylinders eingreift, wird die Linseneinheit G2 in Richtung der optischen Achse mit der Bewegung des Elements 6 verlagert.
Außerdem greift der Stift 12 in die gestreckte Nut 2a des Steuerkurven-Rings 2 ein, und der einstückig mit dem Steuerkurven- Ring 2 ausgebildete Stift 16 ist gegen eine Versetzung in Richtung der optischen Achse durch die Umfangsnut 9b des Elements 9 gesperrt, wenn nicht mit dem obigen Aufbau eine Scharfeinstellung vorgenommen wird. Wenn also das Teil 6 bei seiner Drehung verlagert wird, wird der Steuerkurven-Ring 2 um die optische Achse gedreht.
Wenn der Steuerkurven-Ring 2 um die optische Achse gedreht wird, werden die Linseneinheiten G3 und G4, die beide die Funktion der Scharfeinstellung und der Brennweitenänderung haben, in Richtung der optischen Achse entlang den Zoom- und Fokussierungs-Nuten versetzt. Durch den obigen Vorgang werden die Linseneinheiten G1 bis G4 entlang der optischen Achse zum Zweck der Brennweitenänderung verlagert.
Im folgenden wird der Vorgang der Scharfeinstellung beschrieben. Zur Fokussierung von Hand wird der Entfernungs-Ring 100 gedreht. Die Drehung des Entfernungs-Rings 100 wird in eine Verlagerung des Steuerkurven-Rings 2 in Richtung der optischen Achse mit Hilfe der Fokussier-Umwandlungsübertragungseinrichtung umgesetzt, bestehend aus der einstückig mit dem Entfernungs-Ring 100 ausgebildeten Feder, dem in dem Teil 7 ausgebildeten Schraubengewinde 7b, welches jegliche Drehung der Feder 11 überträgt, dem Schraubengewinde 9a, das mit dem Schraubengewinde 7b kämmt, der Feder 9c, der gestreckten Lauf-Nut 1a des ortsfesten Zylinders, in die die Feder 9c eingreift, die Umfangs-Nut 9b des Teils 9 und den einstückig mit dem Steuerkurven-Ring 2 ausgebildeten Stift 16. Wenn der Steuerkurven- Ring 2 in Richtung der optischen Achse verlagert wird, wird der in die gestreckte Lauf-Nut 2a des Steuerkurven-Rings 2 eingreifende Stift 12 nicht angetrieben.
Bei dem obigen Aufbau werden die Linseneinheiten G1 und G2 also bei einer Versetzung des Steuerkurven-Rings 2 in Richtung der optischen Achse ortsfest gehalten.
Wenn andererseits der Steuerkurven-Ring 2 in Richtung der optischen Achse versetzt wird, werden die Fokussier-Linseneinheiten G3 und G4 in axialer Richtung entlang den Zoom- und Fokussier- Führungsnuten zum Zweck der Scharfeinstellung verlagert.
Bei der Auto-Fokussierung wird eine Antriebskraft von einem Motor im Kämmerergehäuse übertragen von der Kupplungsausnehmung 17a der objektivseitigen Drehwelle 17 auf das drehende Zahnrad 17b, was eine Drehung des Teils 7 über das Zahnrad 7a zur Folge hat, welches mit dem Zahnrad 7b kämmt, so daß der Entfernungs- Ring 100 gedreht wird. Damit erfolgt eine Fokussierung in ähnlicher Weise wie bei der oben beschriebenen Fokussierung von Hand.
Wie gezeigt, sind mit dem im oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Objektiv sowohl die Brennweitenänderung als auch die Fokussierung mit Hilfe des ortsfesten Steuerkurven- Zylinders 1 möglich, der Zoom-Führungsnuten 1d und 1e aufweist, sowie mit Hilfe des Steuerkurven-Rings 2 mit den Fokussier- Steuernuten 2b und Fokussier-Führungsnuten 2b und 2c. Eine Versetzung des Steuerkurven-Rings, wie sie zur Scharfeinstellung von unendlicher Entfernung aufeine vorbestimmte Objektentfernung notwendig ist, kann im wesentlichen konstant gemacht werden, unabhängig von dem Zoom-Zustand.
Aus diesem Grund ist eine Kompensation von Nahen-Aberrationsänderungen durch Floaten möglich mit Hilfe einer einfachen Konstruktion, die sowohl eine Fokussierung als auch eine Brennweitenänderung mit einer einzigen Steuerkurven-Nut 2 gestattet, so daß ein hohes Leistungsvermögen erzielt wird, wenn eine Scharfeinstellung auf nahe Objekte erfolgt.
Da außerdem eine Fokussierung von Hand durch Drehen des Entfernungs-Rings 100 möglich ist, welcher als Bewegungseinheit mit dem Zoom-Ring 8 in Richtung der optischen Achse verlagert wird, ist es möglich, die Ansprechgeschwindigkeit bei der manuellen Einstellung und die Handhabung bei der Fokussierung zu verbessern.

Claims

1. Zoomobjektiv, umfassend:

eine Zoomlinsenoptik (G1-G4; G1-G5; G1-G2), die mindestens eine Linseneinheit (G1; G2; G3; G4; G5) aufweist, die in der Lage ist, entlang einer optischen Achse in Bezug auf ein zylindrisches Varioteil (1) für Brennweitenänderung und auch zur Fokussierung verlagert zu werden;

ein zylindrisches Fokussierteil (2) mit mindestens einer Fokussier-Steuerkurvennut (2b, 2c);

ein zylindrisches Varioteil (1) mit mindestens einer Brennweitenänderungs-Steuerkurvennut (1d, 1e);

eine Eingriffseinrichtung (13, 14), um die mindestens eine Linseneinheit in Eingriff zu bringen mit den Fokussier- und Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten (2b, 2c, 1d, 1e);

eine Brennweitenänderungseinrichtung (3, 6) zum Veranlassen einer relativen Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1) um die optische Achse, um die Zoomlinsenoptik in ihrer Brennweite zu ändern, wobei die mindestens eine Linseneinheit (G1; G2; G3; G4; G5) entlang der optischen Achse verlagert wird, einhergehend mit einer relativen Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1); und

eine Fokussiereinrichtung (11, 7, 9, 17, 100) zum Veranlassen einer relativen Verlagerung entlang der optischen Achse zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1) zwecks Fokussierung der Zoomlinsenoptik, wobei die mindestens eine Linseneinheit (G1; G2; G3; G4; G5) entlang der optischen Achse mit einer relativen Verlagerung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1) verlagert wird, und wobei die mindestens eine Linseneinheit (G1; G2; G3; G4; G5) in Richtung der optischen Achse nach Maßgabe der Brennweite der Zoomlinsenoptik in einem veränderlichen Ausmaß verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die mindestens eine Fokussier-Steuerkurvennut (2b, 2c) nicht-linear ist und eine bezüglich der optischen Achse derart geneigte Fläche aufweist, daß die zylindrischen Fokussier- und Varioteile (2, 1) in Richtung der optischen Achse in einem im wesentlichen konstanten Ausmaß relativ verlagerbar sind, ungeachtet der Brennweite der Zoomlinsenoptik.

2. Zoomobjektiv nach Anspruch 1, bei dem das zylindrische Varioteil (1) in Bezug auf den Objektivtubus fixiert ist.

3. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1; G4) eine erste Linseneinheit (G1) mit positiver Brechkraft enthält, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, eine zweite Linseneinheit (G2) mit negativer Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, und eine dritte sowie eine vierte Linseneinheit (G3, G4) mit positiver Brechkraft aufweist, die in der Lage sind, entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung verlagert zu werden, wobei das zylindrische Varioteil (1) zwei Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten (1d, 1e) aufweist, um die dritte und die vierte Linseneinheit (G3, G4) zu verlagern, und das zylindrische Fokussierteil (2) zwei Fokussier- Steuerkurvennuten (2b, 2c) aufweist, um die dritte und die vierte Linseneinheit (G3, G4) zu verlagern, wobei die erste bis vierte Linseneinheit (G1, G2, G3, G4) in der vorerwähnten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind.

4. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1-G4) eine erste Linseneinheit mit positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, eine zweite Linseneinheit (G2) mit negativer Brechkraft, aufweist, die in der Lage ist, entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagert zu werden, eine dritte Linseneinheit (G3) mit positiver Brechkraft aufweist, die in der Lage ist, entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch, zum Zweck der Fokussierung verlagert zu werden, und eine vierte Linseneinheit (G4) mit positiver Brechkraft aufweist, die in der Lage ist, entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagert zu werden, wobei die erste bis vierte Linseneinheit (G1, G2, G3, G4) in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind, und die zylindrischen Vario- und Fokussierteile (1, 2) eine Verlagerung der dritten Linseneinheit (G3) entlang der optischen Achse veranlassen.

5. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1-G4) eine erste Linseneinheit (G1) mit positiver Brechkraft aufweist, die in der Lage ist, entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagert zu werden, eine zweite Linseneinheit (G2) aufweist, die negative Brechkraft besitzt und in der Lage ist, entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch zum Zweck der Fokussierung verlagert zu werden, und eine dritte und eine vierte Linseneinheit (G3, G4) positiver Brechkraft aufweist, die in der Lage sind, entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagert zu werden, wobei die erste bis vierte Linseneinheit (G1, G2, G3, G4) in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind und die zylindrischen Vario- und Fokussierteile (1, 2) eine Verlagerung der zweiten Linseneinheit (G2) entlang der optischen Achse veranlassen.

6. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1-G4) eine erste Linseneinheit (G1) mit positiver Brechkraft enthält, die entlang der optischen Achse verlagerbar ist, um sowohl die Funktion der Brennweitenänderung als auch die der Fokussierung zu erfüllen, eine zweite Linseneinheit (G2) negativer Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, und eine dritte und eine vierte Linseneinheit (G3, G4) positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagert werden können, wobei die erste bis vierte Linseneinheit (G1, G2, G3, G4) in der genannten Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind und die zylindrischen Vario- und Fokussierteile (1, 2) eine Verlagerung der ersten Linseneinheit (G1) entlang der optischen Achse verursachen.

7. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1-G5) eine erste Linseneinheit (G1) mit positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, eine zweite Linseneinheit (G2) negativer Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, eine dritte Linseneinheit (G3) positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch zu dem der Fokussierung verlagerbar ist, eine vierte Linseneinheit (G4) negativer Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch zu dem der Fokussierung verlagerbar ist, und eine fünfte Linseneinheit (G5) positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse sowohl zum Zweck der Brennweitenänderung als auch zu dem der Fokussierung verlagerbar ist, wobei die erste bis fünfte Linseneinheit (G1, G2, G3, G4, G5) in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind, das zylindrische Varioteil (1) drei Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten zum Verlagern der dritten bis fünften Linseneinheit (G3-G5) aufweist, und das zylindrische Fokussierteil (2) drei Fokussier-Steuerkurvennuten zum Verlagern der dritten bis fünften Linseneinheit (G3-G5) aufweist.

8. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Zoomlinsenoptik (G1-G2) eine erste Linseneinheit (G1) negativer Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung verlagerbar ist, und eine zweite Linseneinheit (G2) positiver Brechkraft aufweist, die entlang der optischen Achse sowohl zur Brennweitenänderung als auch zur Fokussierung verlagerbar ist, wobei die erste und die zweite Linseneinheit (G1, G2) in der genannten Reihenfolge von der Vorderseite her angeordnet sind, das zylindrische Varioteil (1) zwei Brennweitenänderungs-Steuerkurvennuten (1d, 1e) zum Verlagern der ersten und der zweiten Linseneinheit (G1, G2) aufweist, und das zylindrische Fokussierteil (2) zwei Fokussier-Steuerkurvennuten (2b, 2c) zum Verlagern der ersten und der zweiten Linseneinheit (G1, G2) aufweist.

9. Zoomobjektiv nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine weitere Linseneinheit (G1, G2), die zur Brennweitenänderung, nicht jedoch zur Fokussierung beiträgt, einen Brennweitenänderungsring (8), der in Richtung der optischen Achse zur Brennweitenänderung verlagerbar ist, und außerdem eine Eingriffseinrichtung, die die weitere Linseneinheit mit dem Brennweitenänderungsring (8) in Eingriff bringt, wobei eine Verlagerung des Brennweitenänderungsrings (8) in Richtung der optischen Achse von der Brennweitenänderungseinrichtung umgesetzt wird in eine Relativ-Drehung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1).

10. Zoomobjektiv nach Anspruch 9, außerdem umfassend einen Entfernungsring (100), der um die optische Achse zum Zweck der Fokussierung drehbar ist, wobei eine Drehung des Entfernungsrings (100) von der Fokussiereinrichtung umgesetzt wird in eine relative Versetzung zwischen den zylindrischen Fokussier- und Varioteilen (2, 1).