<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand, bestehend aus einer Bildaufnahmelinse zum Fokussieren des vom Gegenstand kommenden Lichts, einem nach der Bildaufnahmelinse angeordneten optischen System, und zumindest einem Photodetek- tor zum Erzeugen eines Ausgangssignals entsprechend dem durch das optische System hindurchgehen- den Lichts, wobei sich das Ausgangssignal mit der Versetzung des Gegenstands vom Brennpunkt in Richtung der optischen Achse der Bildaufnahmelinse verändert, wobei kein Parallaxfehler auftritt und keine beweglichen Teile verwendet werden, so dass ein einfacher mechanischer Aufbau in kompakter Bauweise resultiert und die Leistungsaufnahme klein gehalten werden kann.
Es sind verschiedene Arten von automatisch fokussierenden Photo-, Film- und Videokameras mit automatischer Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand entwickelt worden, wie z. B. eine automatisch fokussierende Photokamera, bei welcher die Entfernung mit Ultraschall bestimmt wird. Wenn bei dieser Art von Kamera der Verschluss ausgelöst wird, so sendet die Kamera eine Ultraschallwelle auf einen Gegenstand aus, worauf die Kamera die vom Gegenstand reflektierte
Ultraschallwelle empfängt und die Zeitdauer bestimmt wird, die vom Aussenden der Ultraschallwelle bis zum Empfangen derselben vergeht, um die Entfernung zwischen dem Gegenstand und der
Kamera zu bestimmen. Eine in der Kamera angeordnete Aufnahmelinse wird daraufhin in Abhängig- keit vom Ergebnis dieser Entfernungsbestimmung in geeigneter Weise verstellt, um den Brennpunkt genau einzustellen.
Diese Art von Kamera mit automatischer Fokussierung mittels Ultraschall hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Bestimmung der Entfernung vom Gegenstand zur Kamera unabhängig von der Helligkeit und vom Kontrast des Gegenstands erfolgt. Es besteht jedoch der grosse Nachteil, dass unterschiedliche Messergebnisse resultieren können, wenn der Gegenstand von der Kamera von der Frontseite oder aus schrägem Winkel aufgenommen wird, oder wenn der Gegenstand durch ein Fenster aufgenommen wird, da dabei die Entfernung zum Fenster bestimmt wird, so dass die Entfernung zum Gegenstand nicht bestimmt werden kann.
Eine andere Art von automatisch fokussierender Kamera ist als sogenannte Triangulations- kamera bekannt. Diese Art von Kamera enthält einen feststehenden und einen beweglichen Spiegel innerhalb der Kamera, wobei der bewegliche Spiegel mit der Aufnahmelinse gekoppelt ist. In der Kamera sind der bewegliche und der feststehende Spiegel so angeordnet, dass sie ein in die Kamera einfallendes Licht auf zwei im rechten Winkel stehenden Frontflächen eines Prismas reflektieren, wobei die Lichtstrahlen des feststehenden und des beweglichen Spiegels vom Prisma reflektiert werden und auf den Empfangsschirm eines Lichtempfängers treffen.
Dann wird der lagemässige Zusammenhang des Bildes des Gegenstands vom feststehenden Spiegel und des Bildes des Gegenstands vom beweglichen Spiegel bestimmt, welche beide auf dem Empfangsschirm des Lichtempfängers projiziert werden, wobei der bewegliche Spiegel in Abhängigkeit vom Ergebnis der Bestimmung gedreht oder schräg versetzt wird, so dass der lagemässige Zusammenhang durch Verstellung der Aufnahmelinse nach vorne oder nach rückwärts entsprechend der Verstellung des beweglichen Spiegels zu einer exakten Einstellung des Brennpunkts führen. Bei dieser Art von Kamera wird auch bei der Aufnahme eines Gegenstands von vorne oder aus schräger Richtung stets eine exakte Einstellung des Brennpunkts möglich sein. Selbst wenn der Gegenstand durch ein Fenster aufgenommen wird, treten keine Schwierigkeiten auf.
Da bei dieser bekannten Triangulationskamera das über die Aufnahmelinse aufgenommene Bild des Gegenstands im Brennpunkt, z. B. auf einem Film, projiziert wird, u. zw. auf Grund der Bestimmung der Entfernung zwischen dem Gegenstand und der Kamera mittels eines Entfernungsmesssystems, welches getrennt von der Aufnahmelinse angeordnet ist, so wird ein Parallaxfehler auftreten. Bei dieser Kamera ist darüber hinaus ein Spezialmotor notwendig, um den beweglichen Spiegel zu verstellen. Im Falle einer Kamera für stehende Bilder kann der bewegliche Spiegel durch eine Feder od. dgl. verstellt werden.
Im Falle einer Kamera für bewegliche Bilder, bei welcher sich der Brennpunkt ständig ändert, ist der Motor zur Verstellung des beweglichen Spiegels unbedingt erforderlich, wodurch Geräuschprobleme resultieren, der Leistungsverbrauch und Platzbedarf zunehmen und der Aufwand in nicht vernachlässigbarer Weise ansteigt.
Die US-PS Nr. 4, 135, 815, die GB-PS Nr. 2, 001, 501, die GB-PS Nr. 2, 016, 852 und die DE-OS 2431216 betreffen jeweils ein sogenanntes Doppelbild-Identifizierungssystem, welches ein optisches Abtastsystem mit einem beweglichen Spiegel und ein optisches Bezugssystem mit einem feststehenden
<Desc/Clms Page number 2>
Spiegel enthält, wobei die Objektivlinse und der bewegliche Spiegel in synchroner Weise eine Abtastbewegung ausführen, damit die Ausgänge beider optischen Systeme gleich sind und der momentane Brennpunkt detektiert werden, kann. Das heisst, es werden auch be- wegliche Teile verwendet, so dass die Bestimmungsgenauigkeit und die Ansprechgeschwin- digkeit des gesamten Systems durch die mechanische Genauigkeit und Empfindlichkeit eingeschränkt wird.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen Gerätes zur Bestimmung der
Entfernung zu einem Gegenstand, welches die genannten Nachteile der herkömmlichen Geräte vermeidet.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes, mit welchem die Entfer- nung zu einem Gegenstand mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Bestimmung der
Entfernung zu einem Gegenstand unter Verwendung von Licht, welches ein optisches Aufnahme-Lin- sensystem durchquert, ohne dass dabei ein Parallaxfehler auftritt.
Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand, welches keine beweglichen Teile, wie Linsen, enthält und einen einfachen mechanischen Aufbau aufweist, so dass das Gerät kompakt gestaltet werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Bestimmung der
Entfernung zu einem Gegenstand, welches einen verringerten Leistungsverbrauch aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gerätes zur Bestimmung der
Entfernung zu einem Gegenstand, welches insbesondere zur Verwendung bei einer Videokamera, beispielsweise bei einer 8-mm-Videokamera, geeignet ist.
Das Gerät der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine erste Linse aufweist, welche das von der Bildaufnahmelinse kommende
Licht als paralleles Lichtbündel weiterleitet, wenn sich das Bild des Gegenstands im bildseitigen
Brennpunkt der Bildaufnahmelinse befindet, und welche das von der Bildaufnahmelinse kommende Licht als konvergierendes oder divergierendes Lichtbündel in Abhängigkeit von der Versetzung des Gegenstands vom Brennpunkt der Bildaufnahmelinse weiterleitet, eine nach der ersten Linse angeordnete Lichtbündel-Trenneinrichtung zum Aufteilen des von der ersten Linse kommenden Lichtbündels in zumindest zwei Lichtbündel, und eine nach der Lichtbündel-Trenneinrichtung angeordnete zweite Linse zum Fokussieren jedes der beiden Lichtbündel jeweils an einer Stelle auf dem Photodetektor,
die vom Ausmass der Konvergenz oder Divergenz der Lichtbündel abhängt, wobei die beiden Lichtbündel durch symmetrische Bereiche der zweiten Linse relativ zur optischen Achse der zweiten Linse hindurchgehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Elemente und Teile mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen Fig. 1A bis ID entsprechende schematische Darstellungen zur Erläuterung eines optischen Prinzips, welches bei der Erfindung Anwendung findet, Fig. 2A bis 2C entsprechende schematische Darstellungen zur prinzipiellen Erläuterung von Einrichtungen zur Verschiebung von Licht im rechten Winkel zur optischen Achse einer Linse durch einen Spiegel, wobei diese Teile bei Ausführungsbeispielen der Erfindung Verwendung finden, Fig. 3 eine schematische Gesamtdarstellung eines Beispiels eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Entfernung eines Gegenstands, Fig.
4A die Vorderansicht eines Photosensors oder Photodetektors, welcher erfindungsgemäss verwendet wird,
EMI2.1
punkt positioniert ist, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines modifizierten Beispiels eines zweiten optischen Systems und eines Photodetektors eines erfindungsgemässen Gerätes, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren modifizierten Beispiels eines zweiten optischen Systems und eines Photodetektors eines erfindungsgemässen Gerätes, Fig. 7 eine schematische Gesamtdarstellung eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemässen Gerätes in Seitenansicht, Fig. 8 eine Draufsicht auf das Gerät, Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels eines Stufenspiegels, welcher im zweiten Beispiel der Erfindung nach Fig. 7 und 8 verwendet wird, Fig.
10A die Vorderansicht eines Photodetektors, welcher im zweiten Beispiel der Erfindung verwendet wird, u. zw. für den
<Desc/Clms Page number 3>
Fall, wo der Gegenstand genau im Brennpunkt liegt, Fig. 10B und 10C ähnliche Frontansichten für den Fall, wo der Gegenstand nicht genau im Brennpunkt liegt, Fig. 11 eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsgemässen Gerätes, Fig. 12 bis 14 schematische Darstellungen entsprechend modifizierter Beispiele, welche beim erfindungsgemässen Gerät anwendbar sind, Fig. 15 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Gerätes gemäss der Erfindung in Gesamtansicht, Fig. 16 eine vergrösserte Darstellung der Struktur einer Fliegenaugelinse und eines Bildsensorträgers, welche im vierten Beispiel der Erfindung nach Fig.
15 verwendet werden, Fig. 17A und 17B vergrösserte Darstellungen der Fliegenaugelinse und des Bildsensorträgers für den Fall, dass das eintretende Licht nicht fokussiert ist, und Fig. 18 ein Kennlinien-Diagramm des Ausgangs eines Lichtempfang- oder Lichtsensorelements.
Vorerst wird ein optisches Prinzip erläutert, welches bei der Erfindung angewendet wird, und anschliessend werden Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand mit Hilfe der Figuren beschrieben.
Das bei der Erfindung verwendete optische Prinzip wird an Hand der Fig. lA bis 1D beschrieben.
Jede der Fig. 1A bis 1D zeigt schematisch den Strahlengang des Lichts, welches von einem Gegenstand --Ob-- ausgeht und zwei konvexe Linsen-L 1 und L 2--gleicher Brennweite f 1 und f2 durchquert, die parallel zueinander in einem Abstand D gleich der Brennweite f1 bzw. f2 ange-
EMI3.1
H1 - H1'dieL2 -- bezeichnet.
Wenn sich nach Fig. 1A der Gegenstand --Ob-- mit einer Höhe h im Brennpunkt Pfl der konvexen Linse --L1 -- befindet, so verlaufen die von einem bestimmten Punkt des Gegenstands --Ob-- ausgehenden und zur Linse --L1 -- gerichteten Lichtstrahlen im Bereich TD zwischen
EMI3.2
beiden konvexen Linsen --L 1 und L 2--im Bereich TD zwischen den beiden konvexen Linsen --L 1 und L2-- gebündelt, gehen durch die Linse --L2-- hindurch, um im Brennpunkt Pf2 der Linse --L2-- gesammelt zu werden, während die vom oberen Ende des Gegenstands --Ob-- ausgesendeten, und mit einem doppelten Pfeil dargestellten Lichtstrahlen im Bereich TD parallel gebündelt und nach unten geneigt werden, wie aus der Figur hervorgeht.
Nach dem Durchtritt durch die Linse --L 2-- wird das parallele Lichtstrahlbündel im Punkt Su'gesammelt, welcher um das Ausmass der Höhe h des Gegenstands --Ob-- unterhalb des Fokuspunkts der Linse --L2-- liegt. Obgleich in Fig. 1A nur der Lichtgang des Lichts dargestellt ist, welches vom oberen und unteren Ende des Gegenstands --Ob-- ausgeht, versteht es sich, dass jedes Licht, welches von irgendeinem Punkt des Gegenstands-Ob-ausgeht und die Linse --L1-- durchquert, im Bereich TD als paralleles Lichtbündel verläuft und dann in einem Punkt gesammelt wird, dessen Abstand von der Linse --L2-- gleich der Brennweite f2 ist.
Somit erscheint das Bild Im des Gegenstands --Ob-- in einem Abstand von der Linse-L2--, der gleich der Brennweite f2 ist.
EMI3.3
und mit vollen Linien dargestellten Lichtstrahlen durch die Linse --L 1-- gesammelt werden, so dass die Lichtbündel im Bereich TD zwischen den Linsen --L1 und L2-- nichet parallel verlaufen. Nach dem Durchgang der Lichtbündel durch die Linse --L2 -- werden die Lichtstrahlen in einer Lage gesammelt, die zur Linse-L.--näher als deren Brennpunkt P f2 liegt, d. h. vor dem Brennpunkt P. : .
EMI3.4
1Dstands --Ob-- ausgehenden Lichtstrahlen durch die Linse --L1-- zerstreut, so dass die Lichtbündel im Bereich TD zwischen den Linsen --L1 und L2-- nicht parallel verlaufen.
Nach dem Durchgang der Lichtbündel durch die Linse --L2-- werden die Lichtstrahlen in einer Lage gesammelt,
<Desc/Clms Page number 4>
die von der Linse--L 2--weiter entfernt als deren Brennpunkt P f2 liegt, d. h. nach dem Brennpunkt Pu2 .
EMI4.1
Lichtbündel verlaufen, so tritt folgendes ein. Wenn sich der Gegenstand-Ob--im Brennpunkt P fl der ersten Linse --L 1-- befindet, so werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands --Ob-- ausgehenden Lichtstrahlen im Bereich TD als parallele Lichtbündel verlaufen, wie zuvor beschrieben wurde. Werden daher die entsprechenden parallelen Lichtbündel
EMI4.2
welcher die Lichtbündel gesammelt werden.
Wenn jedoch der Gegenstand --Ob-- nach Fig. 1C und 1D vom Brennpunkt P f1 der Lin- se --LI -- entfernt ist, d. h. nicht fokussiert ist, so werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands --Ob-- ausgehenden Lichtstrahlen im Bereich TD nicht als parallele Lichtbündel verlaufen. Wenn die entsprechenden Lichtbündel, die jeweils keine parallelen Lichtbündel sind, im rechten Winkel zur optischen Achse 0 - 0 (wobei das Ausmass der Verschiebung mit P bezeichnet wird) verschoben werden, so werden die Lichtbündel entsprechend bei verschiedenen Punkten in der zur optischen Achse 0 - 0 im rechten Winkel stehenden Ebene hinter der Linse --L 2-gesammelt.
Mit andern Worten, wenn sich der Gegenstand --Ob-- nach Fig. 1C in einer Lage hinter dem Brennpunkt befindet (im folgenden einfacherweise als "Überfokussierung" bezeichnet), so werden die entsprechenden Punkte, bei welchen die Lichtbündel gesammelt werden, nahe
EMI4.3
die Höhe B des Bildes Im vergrössert, wie aus der Figur ersichtlich ist. Der Änderungswert AB der Höhe B des Bildes Im kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden, worin der Änderungswert AP in Proportion zu einem Versetzungswert Af, zwischen der Lage des abgebildeten Bildes Im und dem Brennpunkt P. : n der Linse --L2-- steht.
EMI4.4
EMI4.5
<Desc/Clms Page number 5>
Spiegel verwendet wird.
Mit Hilfe der Fig. 2A bis 2C wird anschliessend ein Beispiel für Einrichtungen zur Aufteilung der Lichtbündel unter Verwendung eines Spiegels sowie zur parallelen Verschiebung der aufgetrennten Lichtbündel in bezug auf die Linse--L 2--beschrieben.
Die schematischen Darstellungen nach Fig. 2A bis 2C zeigen jeweils den Strahlengang des Lichts, welches von einem Gegenstand --Ob-- ausgeht, wobei zwei Linsen--L 1 und L 2--so angeordnet sind, dass ihre Hauptebenen H1 - H1' und H2 - H2' beispielsweise im wesentlichen im rechten Winkel zueinander stehen, und wobei ein Spiegel --M-- vorgesehen ist, welcher das vom Gegenstand --Ob-- durch die Linse --L 1-- hindurchgehende Licht zur Linse-L,-reflek- tiert und der Spiegel --M-- im wesentlichen einen Winkel von 450 zu jeder der Hauptebenen H -H 'und H -H'der Linsen-L. und L2-- einnimmt.
Wenn sich der Gegenstand --Ob-- nach Fig. 2A im Brennpunkt Pfl der Linse --L1-- befindet, so werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands --Ob-- ausgehenden und durch die Linse --L1 -- hindurchgehenden Lichtstrahlen zu parallelen Lichtbündeln. Die entsprechenden Lichtbündel werden vom Spiegel --M-- nach unten zur Linse --L2-- reflektiert und dann im Brennpunkt P, : der Linse --L2-- als Bild Im gesammelt. Somit wird das Bild Im des Gegenstands --Ob-- im Brennpunkt P der Linse --L 2-- abgebildet.
Wenn der Spiegel --M-- nach rechts um einen genau vorbestimmten Wert P entlang der optischen Achse der Linse --L1 -- parallelverschoben wird, wie in Fig. 2B durch die strichlierte
EMI5.1
nicht verändern.
Befindet sich der Gegenstand --Ob-- hingegen in einer Entfernung vom Brennpunkt P f1 der Linse --L1--'d. h. z. B. hinter dem Brennpunkt P f1 wie in Fig. 2C dargestellt, so werden die durch die Linse --L 1 -- hindurchgehenden und von entsprechenden Punkten des Gegenstands --Ob-ausgehenden Lichtstrahlen nicht zu parallelen Lichtbündeln. Wenn daher der Spiegel --M-- parallel verschoben wird, um die Lichtbündel, wie oben beschrieben, parallel zu verschieben, so werden die Lagen, bei welchen die Lichtbündel gesammelt werden, auf der, zur optischen Achse der Linse --L2-- im rechten Winkel stehenden Ebene versetzt.
Die Richtung, in welche die Lagen der gesammelten Lichtbündel versetzt werden hängt davon ab, ob sich der Gegenstand vor oder hinter dem Brennpunkt befindet, wie in Fig. 2C dargestellt. Darüber hinaus steht der Versetzungswert AB in Proportion zum Versetzungswert Af zwischen dem Brennpunkt P der Linse-L2-und den Sammelpunkten. Wird in der Folge ein Halbspiegel bei der mit voller Linie dargestellten Position M angeordnet, und ordnet man einen Vollspiegel bei der mit strichlierter Linie dargestellten Position M'an, wie in Fig. 2B und 2C dargestellt, so ist es möglich, zumindest ein Doppelbild zu erhalten, u. zw. wenn keine Fokussierung vorhanden ist.
Das zuvor erwähnte Prinzip wird bei praktischen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand verwendet, wie später beschrieben wird.
Anschliessend werden Beispiele eines erfindungsgemässen Gerätes mit Hilfe der Figuren genau beschrieben.
Fig. 3 und Fig. 4A bis 4C sind Darstellungen eines ersten Beispiels eines Gerätes gemäss der Erfindung, welches beispielsweise bei einer Photokamera eingesetzt werden kann. In Fig. 3 bezeichnet --TL-- eine Aufnahmelinse, wobei im Brennpunkt P ft derselben, dem Gegenstand gegenüberliegend, ein Haupt-Abbildungsschirm --STL-- gebildet ist, der mit strichlierter Linie dargestellt ist, auf welchem ein photoempfindliches Material, wie ein Film od. dgl. (nicht dargestellt) angeordnet ist. Mit --HM1 -- ist ein Halbspiegel bezeichnet, der zwischen der Aufnahmelinse --TL-- und dem Haupt-Abbildungsschirm-STL-angeordnet ist, und dessen reflektierende Oberfläche im wesentlichen einen Winkel von 45 zur Hauptebene der Aufnahmelinse --TL-- ein- nimmt.
--L 1-- bezeichnet eine Linse, welche so angeordnet ist, dass sie die über die Aufnahmelinse --TL-- eintretenden und vom Halbspiegel --HM1 -- reflektierten Lichtstrahlen empfängt, und
EMI5.2
<Desc/Clms Page number 6>
schirm Pft ' entfernt, welcher vom Halbspiegel--HM.-erzeugt wird. Somit werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehenden, und durch die Linse --L 1 -- hindurch- gehenden Lichtbündel im Zustand der genauen Fokussierung zu parallelen Lichtbündeln.
Ab der Unterseite der Linse --Ll -- bildet sich demnach der Bereich TD aus, bei welchem
EMI6.1
und in einem passenden Abstand zum Halbspiegel-HM,-in Richtung der eintreffenden Lichtbündel angeordnet ist. Im Ergebnis wird ein Teil des durch die Linse--Li--hindurchgehenden Lichts vom Halbspiegel --HM2-- reflektiert, und der restliche Teil des durch den Halbspie- gel-HM.,--hindurchgehenden Lichts wird vom Vollspiegel --FM-- reflektiert. Somit bilden
EMI6.2
der Linse --L1--, des Halbspiegels --HM2-- und des Vollspiegels-FM--wird so gewählt, dass folgende Bedingungen erfüllt sind. Zum einfacheren Verständnis wird der Lichtdurchgang über die optische Achse der Linse--Li--als Beispiel genommen.
Ein Teil des vom Halbspiegel --HM 2-- reflektierten Lichts geht durch die Linse --L 2a -- bei einer mit P bezeichneten Lage oberhalb der optischen Achse der Linse --L2a -- nach Fig. 3 hindurch. Der restliche Teil des vom Halbspiegel --HM 2-- durchgelassenen und vom Vollspiegel --FM-- reflektierten Lichts
EMI6.3
zur Kamera kann angenommen werden, dass die beiden Linsen --L2a und Leine einzige Linse --L2 -- ersetzen, wobei die durch die Linse --L1-- beim gleichen Punkt und in gleicher Richtung hindurchgehenden Lichtstrahlen in die Linse --L2-- bei Punkten eintreten, die voneinander um P + P'differieren, so dass ein ähnlicher Effekt wie bei der lagemässigen Anordnung der Linse --L2-- und des Spiegels-M--nach Fig.
2A bis 2C resultiert, wenn der Spiegel im rechten Winkel zur optischen Achse der Linse --L2-- verschoben wird, wie oben beschrieben wurde.
Der Versetzungswert P nach Fig. 2A bis 2C entspricht P + P'im ersten Beispiel der Erfindung nach Fig. 3.
EMI6.4
gen (charge coupled device, CCD), als Lichtsensor, od. dgl. ausgebildet, in welchen nach Fig. 4A bis 4C eine Anzahl von Lichtsensor-oder Lichtempfangselementen-2, 2,....-entlang der Verschieberichtung (der vertikalen Richtung beim Beispiel nach Fig. 3) zweier Lichtbündel angeordnet sind, die durch die Lichtbündel-Trenneinrichtung --1-- aufgetrennt wurden.
Fig. 4A bis 4C zeigen jeweils die Vorderansichten der Photodetektoren--PSl und PS,-.
Im Zustand der genauen Fokussierung sind die Photodetektoren so eingestellt, dass die Lichtstrahlen vom Gegenstand gesammelt werden, um ein Bild auf dem Lichtempfangsschirm des zentralen Lichtsensorelements--20--derPhotodetektoren--PS1undPS2--abzubilden,
In Fig. 3 bezeichnet --COM-- einen Komparator zum Vergleichen der Ausgangssignale der Photodetektoren --PSl und PS2--, und --PDC-- bezeichnet einen Brennpunkt-Detektorkreis, welcher das Ausgangssignal des Komparators --COM-- zur Bestimmung des Brennpunkts empfängt.
Beim erfindungsgemässen Gerät zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand werden, wie in den Zeichnungen dargestellt, die Bilder eines Gegenstands im Zustand der genauen Fokus-
<Desc/Clms Page number 7>
sierung bei den zentralen Lichtsensorelementen --20-- der Photodetektoren --PS1 und PS2-abgebildet. Hingegen werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehenden Lichtstrahlen beim Durchgang durch den Bereich TD, in welchem die Lichtbündel-Trenneinrich- tung-l-angeordnet ist, nicht zu parallelen, sondern zu gesammelten oder zerstreuten Lichtbündeln, wenn keine Fokussierung vorhanden ist.
Obgleich das durch den Halbspiegel-HM-reflektier- te Lichtbündel und das durch den Vollspiegel --FM-- reflektierte Lichtbündel in ähnlicher
EMI7.1
hin versetzt werden, so dass die Versetzungsrichtungen zueinander entgegengesetzt sind. Daher ist aus Fig. 4B oder 4C ersichtlich, dass bei einer Versetzung des Bildes auf dem Photodetek- tor --PS1-- nach oben, eine Versetzung des Bildes auf dem Photodetektor-PS.-nach unten erfolgt. Die Lage bei welcher das Bild abgebildet bzw. versetzt wird, hängt davon ab, ob der Brennpunkt über- oder unterfokussiert ist, so dass eine Über- oder Unterfokussierung aus der Versetzungsrichtung der in Fig. 4B und 4C dargestellten Abbildungsstellen im resultierenden Abbildungsmuster bestimmt werden kann.
Darüber hinaus kann durch Bestimmung des Ausmasses, um welches die Lage der Abbildungsstellen versetzt ist, das Ausmass der Versetzung des Brennpunkts bestimmt werden. Zu diesem Zwecke werden die in den entsprechenden Lichtsensorelementen --2, 2,....-der Photodetektoren-PS 1 und PS -gespeicherten Signale aufeinanderfolgend verschoben und durch den Komparator --COM-- verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators --COM-- COM-- wird durch den Brennpunkt-Detektorkreis --PDC-- verarbeitet, um zu bestimmen, zu welchen der in Fig. 4A bis 4C dargestellten Zustände die Lagen der Abbildungsstellen gehören bzw. ob eine genaue Fokussierung, eine Unter- oder eine Überfokussierung vorliegt.
Da darüber hinaus der Versetzungswert AB zunimmt, wenn das Bild auf den Lichtsensorelementen-2, 2,....- zu Positionen versetzt wird, die mehr und mehr vom zentralen Lichtsensorelement-2,.-entfernt sind, kann der Versetzungswert AB ebenfalls durch den Brennpunkt-Detektorkreis --PDC-- bestimmt werden. Wenn daher die Aufnahmelinse in Abhängigkeit vom Ergebnis der Bestimmung bewegt wird, so dass der Gegenstand genau fokussiert wird, kann jederzeit eine genaue automatische Fokussierung vorgenommen werden.
Da der Abstand der optischen Achsen zweier Linsen-L 2a und L .-in der Lichtbündel- - Trenneinrichtung beim ersten Beispiel nach Fig. 3 relativ gross ist, sind zwei Photodetektoren --PS 1 und PS,--erforderlich. Fig. 5 zeigt ein modifiziertes Beispiel einer Linse --L 2-- und
EMI7.2
--PS 1 --.Linsen-L, und L,.-zu verringern, wobei die Linsen-L, und L.,.-zwei Abbildungen auf einem Photodetektor --PS1-- abbilden. Da bei diesem modifizierten Beispiel nur ein Photodetektor bei gleichem Ergebnis erforderlich ist, kann die Anzahl der verwendeten Teile reduziert und das Gerät kompakter gestaltet werden.
In diesem Beispiel müssen die optischen Achsen der beiden Linsen-L. und L,.-nicht parallel zueinander ausgerichtet sein, aber die Lagen der Abbildungen sollen im Zustand der genauen Fokussierung nahe zusammen oder voneinander getrennt sein, was durch eine geeignete Einstellung der beiden optischen Achsen zueinander erzielt wird.
Fig. 6 zeigt die schematische Darstellung eines weiteren, modifizierten Beispiels einer Linse --L2 -- und eines Photo detektors --PS 1--. Bei diesem Beispiel wird ein Teil des durch die Linse --L 1-- hindurchtretenden Lichts zuerst durch einen Vollspiegel --FM 1 -- zu einem Vollspiegel --FM2-- reflektiert, wobei der Vollspiegel --FM2-- das reflektierte Licht nach rückwärts (zur rechten Seite in Fig. 6) zur oberen Hälfte einer einzelnen Linse --L2-- reflektiert, und das durch die Linse --L2-- hindurchgehende Licht auf den Photodetektor --PS1-- fällt. Der andere
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
aufgetrennt werden, welche zueinander parallel verschoben sind.
Die modifizierten Beispiele nach Fig. 5 und 6 sind insbesondere für den Fall geeignet, wo es notwendig ist, dass der Photodetektor --PS1-- hinter der Linse --Ll-- angeordnet ist, welche den Bereich TD bildet, in welchem das von entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehende Licht im Zustand der genauen Fokussierung zu parallelen Lichtbündeln wird.
Fig. 7 bis 9 und Fig. lOA bis 10C zeigen schematische Darstellungen eines zweiten Beispiels eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Stufenspiegel --SM-- als Einrichtung - zur Aufteilung bzw. Trennung der Lichtbündel verwendet, welche die Linse --L 1 -- an der gleichen Stelle und in gleicher Richtung durchqueren, wobei der Stufenspiegel --SM-- zur Aufteilung in zwei Lichtbündel und zur parallelen Verschiebung derselben in bezug auf die optische Achse der Linse--L 2--dient (im folgenden zur leichteren Verständlichkeit als "Lichtbündeltrenn- und Parallelverschiebungseinrichtung"bezeichnet). Der Stufenspiegel --SM-- enthält reflektierende Flächen --ref 1 und ref,--, die im Abstand zueinander über einen Stufenbereich --4-- auf zwei unterschiedlichen,
aber parallelen Ebenen angeordnet sind.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, kann der Stufenspiegel in einfacher Weise so ausgebildet sein, dass eine reflektierende Schicht auf einer halben vorderen Oberfläche, z. B. der unteren halben Oberfläche --6-- einer transparenten Platte --5-- aus Glas oder Kunststoff usw. aufgebracht ist, um die Reflexionsfläche --ref2-- zu bilden, während eine reflektierende Schicht auf der andern halben rückwärtigen Oberfläche, z.
B. der unteren halben Oberfläche --7-- der transparenten Platte --5-- angebracht ist, um die Reflexionsfläche --ref1-- zu bilden.
EMI8.2
gegenüber dem Stufenspiegel --SM-- im Abstand zur Linse --L2-- beim Brennpunkt Pf2 der Linse --L2-- angeordnet ist, wobei sich die zylindrische Linse in horizontaler Richtung erstreckt (in die Richtung von der Oberfläche des Blatts der Figuren zur Rückseite derselben in Fig. 7, oder in vertikaler Richtung nach Fig. 8). Die zylindrische Linse --CL-- dient zur Trennung des Lichts, welches durch die Reflexionsflächen --ref1 und ref2 -- in ihr gesammelt wird, so dass zwei getrennte Bilder auf den Photodetektoren --PS 1 und PS2 -- abgebildet werden.
Die Photodetektoren --PS 1 und PS 2-- sind parallel zur zylindrischen Linse --CL-- im Abstand der Brennweite f CL der zylindrischen Linse --CL-- auf der Rückseite derselben angeordnet. Die Photo detektoren --PS 1 und PS 2-- sind auch in vertikaler Richtung voneinander in der Weise entfernt, dass der Abstand SP zwischen den Mittelpunkten der entsprechenden Licht-
EMI8.3
Lichtbündels im Zustand der genauen Fokussierung bezeichnet.
Beim Gerät zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand gemäss dem zweiten Beispiel
EMI8.4
--L 1 -- hindurchgehende,- bei der zylindrischen Linse --CL-- gesammelt und durch letztere nach unten zum Photodetek- tor --PS1-- projiziert, während das durch die Linse --Ll-- hindurchgehende, und durch die Reflexionsfläche --ref 2 -- reflektierte Licht durch die untere Hälfte der Linse --L 2-- bei der zylindrischen Linse --CL-- gesammelt und durch letztere nach oben zum Photodetektor --PS2--
<Desc/Clms Page number 9>
projiziert wird. Im Zustand der genauen Fokussierung, oder wenn das durch die Linse-L,hindurchgehende Licht von einem Gegenstand zu parallelen Lichtbündeln geformt ist, wird das
EMI9.1
Ähnlich wie beim ersten Beispiel kann durch die Auswertung der in Fig. 10B und 10C dargestellten Versetzungsmuster eine Unter- oder Überfokussierung bestimmt werden. Desgleichen kann der Versetzungswert des Brennpunkts durch den Versetzungswert der Lage der Abbildungen bestimmt werden. In ähnlicher Weise wie beim ersten Beispiel nach Fig. 3 und 4 werden die Ausgangssignale der Photodetektoren-PS. und PS 2-- in geeigneter Weise weiterverarbeitet, so dass der Brennpunkt automatisch bestimmt werden kann.
Werden darüber hinaus die beiden Photodetektoren zu einem Bauteil integriert, so kann die Anzahl der Bauteile reduziert und der Zusammenbau vereinfacht werden.
Fig. 11 zeigt die schematische Darstellung eines dritten Beispiels eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand. Bei diesem dritten Beispiel wird eine transparente Platte --8-- als Lichtbündeltrenn- und Verschiebungseinrichtung verwendet.
Die transparente Platte --8-- ist z. B. um einen Winkel von 450 relativ zur Hauptebene der Linse --LI-- angeordnet, wobei die zur Linse --LI-- gerichtete Fläche der transparenten Platte --8-- als Halbspiegel wirkt.-L-bezeichnet die Linse, welche das von der transparenten Platte --8-- reflektierte Licht empfängt, während-L.,.-die Linse bezeichnet, welche das durch die Platte --8-- hindurchgehende und gebrochene Licht empfängt.
Die Linse --L2a-ist in der Weise angeordnet, dass das durch die optische Achse der Linse --LI -- hindurchgehende und durch die transparente Platte --8-- reflektierte Licht durch die optische Achse der Lin- se --L 2a -- hindurchgeht, während die optische Achse der Linse --L2b -- mit der optischen Achse der Linse --L1-- übereinstimmt. --PS1-- bezeichnet den Photodetektor, welcher das durch die Linse-L.,--hindurchgehende Licht empfängt, und --PS2-- bezeichnet den Photodetektor, welcher das durch die Linse-L .-hindurchgehende Licht empfängt.
Beim dritten Beispiel des erfindungsgemässen Gerätes geht das Licht durch die optische Achse der Linse-L.-, worauf das durch die transparente Platte --8-- reflektierte Licht in die Linse--L 2a--über deren optische Achse eintritt, während das durch die Platte --8--
EMI9.2
liegt. Der Versetzungswert P wird durch folgende Gleichung festgelegt
EMI9.3
worin i 1 den Einfallswinkel des Lichts auf der transparenten Platte --8--, i2 den Brechungswinkel, und d die Dicke der Platte --8-- bezeichnen.
Es wird angenommen, dass zwei Linsen --L 2a und L .-durch eine einzige Linse-L.- ersetzt werden. Dann kann festgestellt werden, dass ein Teil des in die Linse --L2 -- eintretenden Lichts im wesentlichen um den Wert P parallel verschoben wird. Wenn daher der Ausgang des
EMI9.4
Weise wie beim ersten und zweiten Beispiel gemäss der Erfindung.
Fig. 12 bis 14 zeigen Darstellungen von Beispielen des erfindungsgemässen Gerätes bzw. dessen Anwendung.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel, bei welchem ein Halbprisma--HP--zur Ableitung eines Teils des Lichts verwendet wird, welches von der Aufnahmelinse --TL-- zum Abbildungsschirm --STL-geleitet wird. Bei diesem Beispiel wird das von den entsprechenden Punkten des Gegenstands
<Desc/Clms Page number 10>
ausgehende Licht durch die Linse --Li -- parallel zur optischen Achse der Linse --L l ¯¯ im Zustand der genauen Fokussierung ausgerichtet, d. h. ähnlich wie nach Fig. 3.
Auf der, in bezug auf das Halbprisma --HP-- gegenüberliegenden Seite der Linse --Li-- sind die Lichtbündel-Trenneinrichtungen oder Lichtbündel-Trenn-und Parallelverschiebungseinrichtungen--3-- usw. angeordnet, wobei die Linse-L---zur Abbildung des Bildes auf einen geeigneten Photodetektor --PS-dient.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel der Anwendung der Erfindung auf eine Kamera mit Zoomlinse.
Bei dieser Kamera ist ein Bereich zwischen einem Zoomlinsenbereich ZOOM und einem Relaislinsenbereich RELAY vorgesehen, welcher das Licht von den entsprechenden Punkten des Gegenstands zu parallelen Lichtbündeln formt und einen Halbspiegel --HF-- enthält. Im Pfad des durch den Halbspiegel --HF-- reflektierten Lichts ist eine geeignete Lichtbündel-Trenneinrichtung--l-- oder eine ähnliche Einrichtung wie in den vorhergehenden Beispielen angeordnet, und das von der Einrichtung --1-- ausgehende Licht wird durch die Linse--L.--am Photodetektor-PS--
EMI10.1
--PDC-- verarbeitetsengehäuse --ZOOM-- angeordnet ist, u. zw. vor-oder rückwärts, um den Zustand der genauen
Fokussierung herbeizuführen. Mit --TID-- ist ein Bildaufnahmeelement, wie z.
B. eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) bezeichnet.
Fig. 14 zeigt die schematische Darstellung einer Kamera, die mit einem optischen Bildsucher ausgestattet ist, bei welchem ein Gerät gemäss der Erfindung angewendet wird. Bei diesem Beispiel wird ein Teil des Lichts durch das optische System eines optischen Bildsuchers abgeleitet, welcher die Linsen --L3, L4, L1, L5, L7--, den Halbspiegel --HM2-- und den Spiegel --M-umfasst, wobei der Brennpunkt durch das abgeleitete Licht bestimmt wird. Genauer gesagt befindet sich der Halbspiegel-HM--zwischen den Linsen-Li und L,--, und im Pfad des vom Halbspiegel --HM 2-- reflektierten Lichts befindet sich die Lichtbündel-Trenneinrichtung --1-- oder die Lichtbündel-Trenn- und Parallelverschiebungseinrichtung --3--.
Anschliessend wird ein weiteres Beispiel der Erfindung beschrieben, dessen Vorteil beim Detektorteil liegt.
Fig. 15 bis 18 zeigen Darstellungen zur Erläuterung des weiteren Beispiels gemäss der Erfindung.
In Fig. 15 bezeichnet --ZOOM-- den Zoomlinsenträger, dessen Brennweite durch Verstellung der darin enthaltenen Fokussierlinse --FL-- nach vorne oder rückwärts durch schraubenförmige Verdrehung mittels eines Motors --M0-- verändert werden kann. Mit --RELAY-- ist ein Relaislinsenträger bezeichnet, welcher das Licht vom Zoomlinsenträger --ZOOM-- sammelt, und ein Bild des Gegenstands auf das Aufnahmeelement --TID-- wirft. Im Zustand der genauen Fokussierung werden die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehenden Lichtstrahlen im Bereich zwischen dem Zoomlinsenträger --ZOOM-- und dem Relaislinsenträger --RELAY-- zu parallelen
EMI10.2
als Licht zur Bestimmung des Brennpunkts abzuleiten.
Der Halbspiegel --HM 1 -- ist relativ zur optischen Achse des Zoomlinsenträgers --ZOOM-- um einen Winkel von z. B. 450 angeordnet.
Ein Halbspiegel-HM-empfängt das vom Halbspiegel-HM.-reflektierte Licht. Ein Vollspiegel-FM--ist parallel zum Halbspiegel-HM,,-angeordnet, um das gesamte, durch den Halbspiegel-HM,--hindurchgehende Licht zu reflektieren. Somit wird das bei einer Stelle und in gleicher Richtung auf den Halbspiegel-HM-auftreffende Licht parallel zum Licht reflektiert, welches vom Vollspiegel --FM-- reflektiert wird.
Der Halbspiegel --HM2-- und der Vollspiegel-FM-bilden die Einrichtungen zum Trennen der vom Zoomlinsenträger an der gleichen Stelle und in gleicher Richtung ausgehenden Lichtbündel in zwei Lichtbündel, welche im rechten Winkel zur optischen Achse der Linse --L2-- verschoben sind, u. zw. durch die Lichtbündel-Trenn- und Parallelverschiebungseinrichtungen --3--, wie zuvor beschrieben wurde.
<Desc/Clms Page number 11>
Die Linse--L 2--ist so angeordnet, dass sie das Licht vom Vollspiegel --FM-- in einer Hälfte (in diesem Beispiel nach Fig. 15 in der oberen Hälfte) empfängt, und dass sie das Licht vom
Halbspiegel --HM2-- in der andern Hälfte (nach Fig. 15 in der unteren Hälfte) empfängt und das Licht vom Gegenstand sammelt und abbildet.
Mit --FEL-- ist eine Fliegenaugelinse bezeichnet, welche aus einer Anzahl sehr schmaler Linsenelemente --#, #,....-- besteht, die auf einer
EMI11.1
einer geraden Linie in einem Abstand angeordnet sind, welcher mit dem Abstand der Linsenelemen- te --#, #,....-- der Fliegenaugelinse --FEL-- übereinstimmt. Die entsprechenden Lichtsensorträ- ger-PS.,PS,...-sind hinter den entsprechenden Linsenelementen & ,....-der Fliegenaugelinse --FEL-- angeordnet.
EMI11.2
dass sie das Licht von der unteren Hälfte der Linse--L 2--empfangen, welches durch die entsprechenden Linsenelemente --#-- auf den Lichtsensorträgern-PS ,....- gesammelt wird, während die andern Lichtsensorelemente --PSb1, PSb2....-- in ähnlicher Weise angeordnet sind, um das gesammelte Licht von der oberen Hälfte der Linse --L2-- zu empfangen.
In Fig. 15 bezeichnet --PSC-- den Brennpunkt-Detektorkreis, welcher die Ausgangssignale von der Reihe der Photosensoren --PSA-- empfängt und weiterverarbeitet. Das heisst dem Eingangs-
EMI11.3
prozesse, wie z. B. Vergleichen der Ausgangssignale, ausgeführt werden, um den Brennpunkt zu bestimmen. Ein Treiberkreis --DIR-- empfängt das Brennpunkt-Detektorsignal vom Brenn- punkt-Detektorkreis --PSC-- um das entsprechende Treibersignal zu erzeugen. Einem Motor --M0-- wird das vom Treiberkreis --DIR-- abgegebene Treibersignal zugeführt. Der Motor dreht sich im oder gegen den Uhrzeigersinn, um die Fokussierlinse --FL-- im Zoomlinsenträger --ZOOM-- nach vorn oder rückwärts zu bewegen.
Die Funktionsweise gemäss diesem Beispiel wird anschliessend erläutert.
Im Beispiel nach Fig. 15 geht der Grossteil des durch den Zoomlinsenträger --ZOOM-- hindurchgehenden Lichts durch den Halbspiegel --HM 1-- hindurch und tritt dann in den Relaislinsenträger --RELAY-- ein. Dieses Licht wird vom Relaislinsenträger --RELAY-- gesammelt, worauf im Zustand der genauen Fokussierung des Zoomlinsenträgers --ZOOM-- ein Bild des Gegenstands auf dem Lichtempfangsschirm des Bildaufnahmeelements --TID-- abgebildet wird. Der restliche Teil des durch den Zoomlinsenträger --ZOOM-- hindurchgehenden Lichts wird vom Halbspiegel --HM1-- zum Halbspiegel -HM2-- reflektiert.
Ein Teil des reflektierten Lichts wird vom Halbspie- gel-HM,-zur unteren Hälfte der Linse --L2-- reflektiert, während der restliche Teil durch den Halbspiegel --HM2-- hindurchgeht und dann vom Vollspiegel --FM-- zur oberen Hälfte
EMI11.4
die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehenden Lichtstrahlen werden im Zustand der genauen Fokussierung von den entsprechenden Linsenelementen --#, #,....-- der Fliegenauge-
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
auf den unten liegenden Lichtsensorelementen PSb2,....-- abzubliden.
Wenn nach Fig. 16 beispielsweise das Licht vom Gegenstand von einem bestimmten Punkt 1 ausgeht, so tritt
EMI12.2
hindurchgehendes Licht-R.--,ment --R. 1 -- ein. Wenn hingegen ein Licht von einem Punkt 2 des Gegenstands betrachtet wird, welcher neben dem zuvor erwähnten Punkt 1 liegt, so tritt ein durch die obere Hälfte
EMI12.3
vom jeweils gleichen Punkt des Gegenstands auf die Lichtsensorelemente-PSa und PS,-des gleichen Lichtsensorträgers --PS-- auf. Die vollen Linien in Fig. 18 zeigen Beispiele der Ausgänge der entsprechenden Lichtsensorelemente im Zustand der genauen Fokussierung, wobei die volle Linie --Wa-- die Ausgänge der Lichtsensorelemente --PSa1, PSa2,...-- zeigt, während die volle Linie --Wb-- den Ausgang der Lichtsensorelemente PSb2,....-- zeigt.
Obgleich das Licht von den entsprechenden Punkten des Gegenstands auch vom Zoomlinsenträ- ger --ZOOM-- gebündelt wird wenn keine Fokussierung vorhanden ist, so werden die Lichtbündel nicht parallel sein, so dass kein Bild des Gegenstands an der Fliegenaugelinse --FEL-- abgebildet wird, wenn die Lichtbündel durch die Linse --L2-- gesammelt werden. Wie daher aus Fig. 17A und 17B hervorgeht, tritt das Licht vom gleichen Punkt des Gegenstands in unterschiedli-
EMI12.4
Im Zustand der Defokussierung wird daher das Licht vom gleichen Punkt des Gegenstands zu andern Lichtsensorelementen verschoben. Die Ausgänge der Lichtsensorelemente --PSa1, PSa2,....-, sind für diesen Fall in Fig. 18 mit strichlierter Linie--Wa'-dargestellt, die aus der Verschiebung des Ausgangs --Wa-- zur linken Seite der Figur resultiert.
Weiters sind die Ausgänge der Lichtsensorelemente --PSb1, PSb2,....-- durch die strichlierte Linie --Wb'-- in Fig. 18 dargestellt, die aus der Verschiebung des Ausgangs --Wb-- zur rechten Seite der Figur resultiert.
EMI12.5
trifft, das Licht --R4 -- auf das Lichtsensorelement --PSb3-- trifft, und das Licht --R4'-auf das Lichtsensorelement --PSa5-- trifft. Ob das Licht auf den Lichtsensorelementen nach Fig. 17 A oder 17B auftrifft hängt davon ab, ob eine Unter- oder eine Überfokussierung vorhanden ist.
Wie oben beschrieben empfängt der Brennpunkt-Detektorkreis --PSC-- das Ausgangssignal der Reihe von Photodetektoren --PSA-- und stellt fest, auf welche der in Fig. 16, 17A und 17B dargestellte Weise das Licht auf die Lichtsensorelemente auftrifft, so dass eine genaue Bestimmung
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
rückwärts bewegt, so dass eine Versetzung des Brennpunkts beseitigt werden kann.
Da beim Gerät nach Fig. 15 die Lichtbündeltrenn- und Parallelverschiebungseinrichtung aus dem Halbspiegel-HM.--und aus dem Vollspiegel --FM-- besteht, werden die vom Zoom- linsenträger --ZOOM-- von einem Punkt und in die gleiche Richtung ausgehenden Lichtstrahlen
EMI13.2
und Parallelverschiebungseinrichtunggers-ZOOM--geht und vom Halbspiegel-HM,-reflektiert wird.
Das Licht-R -wird teilweise vom Halbspiegel-HM-reflektiert und tritt über einen Bereich a der Linse --L2-hindurch, welcher unterhalb der optischen Achse derselben nach Fig. 15 liegt, während das restliche Licht durch den Halbspiegel-HM,-hindurchgeht und vom Vollspiegel-FM--zu einem Bereich b der Linse reflektiert wird, der oberhalb der optischen Achse der Linse --L2--
EMI13.3
--ZOOM--.spiegel --HMl -- reflektierte Licht durch die Lichtbündeltrenn- und Parallelverschiebungseinrichtungen --3-- auf zwei Lichtbündel aufgetrennt, die im rechten Winkel zur optischen Achse um die Distanz P verschoben sind.
Die Paare der Lichtsensorelemente-PSa und PS b--, welche die Lichtsensorträger-PS,, PS,,....-bilden, haben einen geeigneten gegenseitigen Abstand Sp.
Dieser geeignete Abstand Sp wird durch folgende Gleichung ausgedrückt
EMI13.4
worin fFE die Brennweite jedes der Linsenelemente der Fliegenaugelinse --FEL-- bezeichnet.
Wie aus obiger Gleichung hervorgeht, hängt der geeignete Abstand Sp zwischen den Paaren
EMI13.5
Linsensensorelemente-PSa und PS.-vomaugelinse-FEL--, d. h. der Abstand Sp ist unabhängig von der Lichtstärke des Zoomlinsenträgers --ZOOM--.
Wie oben beschrieben, kann das erfindungsgemässe Gerät zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand bei verschiedenartigen Geräten eingesetzt werden.
Das Gerät gemäss der Erfindung umfasst ein erstes optisches System, welches die von den entsprechenden Punkten des Gegenstands ausgehenden Lichtstrahlen im Zustand der genauen Fokussierung zu parallelen Lichtbündeln formt, sowie ein zweites optisches System zum Sammeln oder Zerstreuen der durch das erste optische System hindurchgehenden parallelen Lichtbündel auf dem Lichtempfangsschirm eines Photodetektors, wobei die Lichtbündel während der Bestimmung des Brennpunkts an der gleichen Stelle und in gleicher Richtung durch das erste optische System hindurchgehen und in eine Mehrzahl von Lichtbündeln aufgetrennt werden, und wobei die getrennten Lichtbündel in bezug auf das zweite optische System parallel verschoben werden,
so dass sie an verschiedenen Stellen durch das zweite optische System hindurchgehen und diese Lichtbündel auf dem Lichtempfangsschirm des Photodetektors gesammelt werden, während im Zustand der Defokussierung eine Vielzahl von Bildern durch die Mehrzahl von Lichtbündeln auf dem Lichtempfangsschirm des Photodetektors abgebildet werden, wobei durch die Bestimmung der Versetzung der Vielzahl von Bildern auf dem Lichtempfangsschirm des Photodetektors die Entfernung zu einem Gegenstand bzw. der Brennpunkt bestimmt wird.
Wenn daher ein Photodetektor von einfachem Aufbau mit einer Anzahl von Lichtsensorelementen verwendet wird, welche jeweils einen kleinen Lichtempfangsschirm aufweisen und in integrierter Bauweise in vorbestimmter Richtung angeordnet sind, so kann die Anzahl der Abtastpunkte reduziert und die Genauigkeit der Bestimmung des Brennpunkts erhöht werden.
<Desc/Clms Page number 14>
Da erfindungsgemäss die Bestimmung des Brennpunkts im Prinzip dadurch erfolgt, dass die Lichtbündel, welche den Bereich durchqueren, in welchen sie im Zustand der genauen Fokussierung zu parallelen Lichtbündeln werden, parallele Lichtbündel oder Lichtbündel sind, die gesammelt oder zerstreut werden, so besteht keine Gefahr, dass das Ergebnis der Bestimmung durch den Durchmesser der Lichtbündel beeinflusst wird. Somit wird die Genauigkeit der Bestimmung auch nicht durch die Anordnung einer Austrittspupille der Aufnahmelinse oder den Durchmesser einer Blende beeinflusst, welche im optischen Aufnahmesystem enthalten sind. Somit ist es nicht notwendig, dass spezielle Einrichtungen zur Korrektur des Ergebnisses der Bestimmung in bezug auf den Durchmesser der Blende vorgesehen werden.
Wie aus der obigen Gleichung
EMI14.1
(dieser Wert hängt vom Ergebnis der Division der Brennweite f der Aufnahmelinse durch den
Durchmesser D der Blende ab) ab, sondern hängt von der Linse --L2 -- ab, nämlich von der
Brennweite f 2 der zwischen den Lichtbündeltrenn-und Parallelverschiebungseinrichtungen und dem Photodetektor angeordneten Linse, sowie vom Wert P der Parallelverschiebung des Lichtbündels.
Da ausserdem erfindungsgemäss das durch das optische System hindurchgehende Licht zur
Bestimmung des Brennpunkts oder der Entfernung zu einem Gegenstand verwendet wird, resultiert kein Parallaxfehler. Darüber hinaus ist der mechanische Aufbau des Gerätes sehr einfach und kompakt, da keine beweglichen Teile zur Bestimmung der Entfernung zu einem Gegenstand nötig sind. Das in Fig. 5 und 6 gezeigte Gerät benötigt nur einen Photodetektor, so dass das Gerät noch kompakter gestaltet werden kann.
Da beim Gerät gemäss der Erfindung mit dem Stufenspiegel und der zylindrischen Linse zwei Photodetektoren parallel angeordnet sind, so können diese Photodetektoren leicht zusammen ausgebildet werden, so dass das Gerät wieder kompakt gestaltet werden kann.
Das erfindungsgemässe Gerät eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Videokamera, einer 8-mm-Videokamera usw., welche im allgemeinen mit einer Zoomlinse ausgestattet sind.
Das heisst, wenn ein von der Kamera entfernter Gegenstand unter Verwendung der eingebauten Zoomlinse aufgenommen wird, so muss die Entfernung zum Gegenstand oder der Brennpunkt mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Im Ergebnis muss die Genauigkeit der Bestimmung des Brennpunkts erhöht werden. Durch die Erfindung ergibt sich der Effekt, dass je mehr und mehr die Zoomlinse vergrössert, der Wert AB der Versetzung zwischen der Vielzahl von Bildern umso grösser wird, u. zw. bedingt durch den Zustand der Defokussierung durch die Bildvergrösserung der Zoomlinse, so dass die Genauigkeit ansteigt. Wenn daher die Bestimmung der Gegenstandsentfernung über die Zoomlinse erfolgt, kann die automatische Bestimmung des Brennpunkts in hinreichender Weise erfolgen, so dass ein scharfes Bild des Gegenstands erzeugt wird.
Wenn der Gegenstand im Weitwinkelbetrieb aufgenommen wird, so ist es natürlich, dass der Wert AB der Versetzung zwischen der Vielzahl von Bildern im Zustand der Defokussierung verringert wird, wodurch sich auch die Genauigkeit der Bestimmung verringert. Da jedoch beim Weitwinkelbetrieb keine so genaue Fokussierung wie im Telewinkelbetrieb erforderlich ist, so können, trotz einer etwaigen geringen Defokussierung, gute Bilder erzeugt werden, so dass diesbezüglich keine Probleme resultieren.
Die oben beschriebenen Beispiele zeigen Teile der Erfindung und es versteht sich, dass zahlreiche Variationen möglich sind, u. zw. insbesondere für die Lichtbündel-Trenneinrichtung. Beispielsweise kann im Falle der Verwendung eines Halb- oder eines Vollspiegels, wie zuvor beschrieben wurde, der Halbspiegel durch ein optisches Filter ersetzt werden, welches Licht bestimmter Wellenlänge hindurchgehen lässt und den Rest des Lichts reflektiert, wobei einer der beiden Photodetektoren eine solche Charakteristik aufweist, dass er nur das Licht mit der bestimmten Wellenlänge empfängt, welches durch ein solches Filter hindurchgeht und durch den Spiegel reflektiert wird, usw.