DE2356629C3

DE2356629C3 - Device for automatic focus adjustment (autofocusing) of an optical system

Info

Publication number: DE2356629C3
Application number: DE19732356629
Authority: DE
Inventors: Hideomi; Kawasaki Harumi; Tokio Takeda
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1973-11-13
Publication date: 1976-11-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Schärfeneinstellung (Autofokussierung) eines optischen Systems, die sich insbesondere für optische Apparate, wie z. B. für fotografische Kameras, eignet.The invention relates to a device for automatic focus adjustment (autofocusing) of a optical system, which is particularly useful for optical apparatus, such as. B. for photographic cameras.

Durch die deutsche Patentschrift 9 27 239 ist eine Einrichtung zur objektiven Scharfeinstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern bekanntgeworden, bei der ein vorzugsweise rasterförmiges Testobjekt in der Objektebene angeordnet ist. Dieses Testobjekt wird durch eine Blemdenanordnung. die der geometrischen Gestalt des Testobjektes angepaßt sein muß. in der Bildebene oder einer äquivalenten Ebene des optischen Systems abgelastet. Die Abtastung erfolgt durch eine Relativbewegung zwischen Testobjekt und Blendenvorrichtung. Durch die Abtastbewegung wird durch ein lichtelektrisches Organ die Helligkeit des jeweils abgetasteten Bildteils in ein entsprechendes Wechselstromsignal umgewandelt. Bei optimaler Scharfeinstellung ist das in der Bildebene entworfene Bild des Testobjektes am kontrastreichsten, so daß das Wechselspannungssignal seine größte Amplitude besitzt. Diese bekannte Einrichtung ist offensichtlich nur für Test- und Prüfzwecke od. dgl. geeignet, sie eignet sich nicht zum Einbau in einen optischen Apparat, beispielsweise in eine fotografische Kamera.By the German patent specification 9 27 239 a device for the objective focusing of images designed by optical systems have become known, in which a preferably raster-shaped Test object is arranged in the object plane. This test object is through a shutter arrangement. the must be adapted to the geometric shape of the test object. in the image plane or an equivalent Scanned plane of the optical system. The scanning is carried out by a relative movement between Test object and aperture device. The scanning movement is made by a photoelectric organ the brightness of the respectively scanned image part is converted into a corresponding alternating current signal. at With optimal focus, the image of the test object designed in the image plane is the most contrasty, so that the AC voltage signal has its greatest amplitude. This well known facility is Obviously only for test and inspection purposes or the like. Suitable, it is not suitable for installation in a optical apparatus, such as a photographic camera.

Bei anderen bekannten Vorrichtungen zur Autofokussierung wird ebenfalls die Abhängigkeit des Bildkontrastes von der Fokussierungsposition als Maß für die Fehleinstellung verwendet. Dabei wird das als Steuerkriterium dienende Differenzsignal durch Abtastung der Bildebene des optischen Systems ermittelt. Als Abtastorgan dient beispielsweise eine Abtaströhre. Bei der Abtastung weiden alle in dem von dem optischen System entworfenen Bild enthaltenen Ortsfrequenzen gemessen. Eis ist theoretisch bekannt, daßIn other known devices for autofocusing, the dependency of the image contrast is also used used by the focus position as a measure of the misalignment. This is called The difference signal used for the control criterion is determined by scanning the image plane of the optical system. A scanning tube, for example, serves as the scanning element. When scanning, everyone grazes in that of that optical system designed image contained spatial frequencies measured. Ice is theoretically known that

lie Verringerung des Bildkontrastes bei Fehleinslelung eines optischen Systems im allgemeinen mit der Ortsfrequenz anwächst, d. h., der Bildkontrast ist unmittelbar von der optischen übertragungsfunktion ibhängig, indem der starke Abfall der optischen obertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Fehleinstellung mit steigender Ortsfrequenz beträchtlich anwächst. Hieraus ergibt sich unmittelbar, daß zur Steuerung einer Vorrichtung zur selbsttätiger Schärfeeinstellung ein Signal, das die vergleichsweise abrupte Änderung der optischen übertragungsfunktion angibt, die sich bei Fehleinstellung im Bereich höherer Ortsfrequenzen ergibt, besser geeignet ist, als ein Sienal, das alle in einem Bild enthaltenen Ortsfrequenzen berücksichtigt.The reduction of the image contrast in the case of incorrect installation of an optical system is generally carried out with the Spatial frequency increases, d. that is, the image contrast is directly related to the optical transfer function dependent by the strong drop in the optical transmission function increases considerably with increasing spatial frequency, depending on the incorrect setting. From this it follows directly that to control a device for automatic focus adjustment a signal that shows the comparatively abrupt change in the optical transmission function indicates that the incorrect setting in the range of higher spatial frequencies is more suitable than a sienal, which takes into account all spatial frequencies contained in an image.

Es wurde dementsprechend bereits eine Vorrichtung zur Autofokussierung vorgeschlagen, bei der das aus der Abtastung des von dem optischen System erzeugten Bildes abgeleitete Zeitsignal einer elektrischen Frequenzanalyse unterworfen wird und bei der die hochfrequenten Komponenten des Zeitsignals, die den hohen Ortsfrequenzen entsprechen, ausgefiltert werden. Derartige Vorrichtungen sind sehr platzraubend und teuer.Accordingly, a device for autofocusing has already been proposed in which the time signal of an electrical signal derived from the scanning of the image generated by the optical system Is subjected to frequency analysis and in which the high-frequency components of the time signal, which correspond to the high spatial frequencies are filtered out. Such devices are very space-consuming and expensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur selbsttätigen Schärfeneinstcllung zu schaffen, die auf derait komplexe elektrische Filterschaltungen verzichtet und sich zum Einbau in optische Apparate von vergleichsweise kleinen Abmessungen, beispielsweise in fotografische Kameras, eignet.It is the object of the invention to provide a device for automatic Schärfeneinstcllung that on which dispenses with complex electrical filter circuits and suitable for incorporation in optical apparatus of comparatively small dimensions, for example in photographic cameras.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der in der Bildebene oder einer äquivalenten Ebene ein fotoelektronisches Bauelement angeordnet ist, dessen Ausgangssignal von der bei der Verstellung des optischen Systems auftretenden Änderung des Bildkontrastes abhängig ist und das zur Messung und oder Steuerung der Schärfeneinstellung dient, wird diese Aufgabe dadurch gelöst. daß in den zu dem fotoelektrischen Bauelement führenden bildseitigen Strahlengang des optischen Systems ein als optischer Bandpaß wirkendes zweidimensionales Beugungsgitter eingefügt ist. durch das die Abhängigkeit zwischen der Änderung des Bildkontrastes und der Verstellung des optischen Systems erhöht ist.Starting from a device of the type mentioned at the beginning, in which in the image plane or a Equivalent level a photoelectronic component is arranged, the output signal of the when adjusting the optical system is dependent on the change in image contrast and which is used to measure and / or control the focus setting, this object is achieved. that in the image-side beam path of the optical system leading to the photoelectric component a two-dimensional one acting as an optical bandpass Diffraction grating is inserted. through which the dependence between the change in image contrast and the displacement of the optical system is increased.

Es wird weiter unten erläutert werden, in welcher Weise ein derartiges Beugungsgitter als optischer Bandpaß wirkt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die gewünschte »Versteilerung« der Abhängigkeit zwischen Bildkontraständerung und Fehleinstellung, die unmittelbar zu einer Verbesserung der Meßempfindlichkeit und dementsprechend zu einer Verbesserung der Einstellgenauigkeit führt, durch eine äußerst einfache konstruktive Maßnahme — nämlich die Einfügung eines zweidimensionalen Beugungsgitters in den bildseitigen Strahlengang -- erreicht. Das fotoelektronische Bauelement, das zur fotometrischen Ausmessung des Bildes dient, ist vorzugsweise ein geeignetes Halbleiterbauelement.It will be explained further below in which way such a diffraction grating is considered to be optical Bandpass works. In the device according to the invention, the desired "steepening" of the dependency is achieved between a change in the image contrast and a misalignment that leads directly to an improvement the measurement sensitivity and accordingly leads to an improvement in the setting accuracy an extremely simple constructive measure - namely the insertion of a two-dimensional diffraction grating in the image-side beam path - reached. The photoelectronic component used for photometric A suitable semiconductor component is preferably used to measure the image.

Das verwendete Beugungsgitter kann grundsatzlieh entweder als Phasengitter, als Amplitudengitter oder als komplexes Amplitudengitter ausgebildet sein. Zur Vereinfachung der im folgenden gegebenen Darstellung der Erfindung wird ausschließlich ein Phasengitter beschrieben.The diffraction grating used can in principle either be a phase grating or an amplitude grating or be designed as a complex amplitude grating. To simplify the illustration given below according to the invention, only a phase grating is described.

Die Verwendung eines solchen als Phasengitter ausgebildeten Beugungsgitter bringt folgende Vorteile mit sich:The use of such a diffraction grating designed as a phase grating has the following advantages with himself:

Da das in den bildseitigen Strahlengang eingefügte Ortsfrequenzfilter ein Phasengitter ist, entsteht keine Verringerung der zum Bildaufbau beitragenden Lichtmenge.Since the spatial frequency filter inserted into the beam path on the image side is a phase grating, it is created no reduction in the amount of light contributing to the image composition.

Die Bandbreite und die optische übertragungsfunktion des von dem Beugungsgitter gebildeten optischen Filters sind konstant und hängen nicht von der Blendenzahl des Objektivs ab. Das Filter dienende Beugungsgitter kann anThe bandwidth and the optical transmission function of the optical filter formed by the diffraction grating are constant and do not hang on the f-number of the lens. The diffraction grating used for the filter can be

ίο beliebiger Stelle der optischen Achse zwischenίο any point on the optical axis between

der Bildebene und der Pupillenebene des Objektivs angeordnet sein.the image plane and the pupil plane of the objective can be arranged.

Es ist zwar möglich, zur Messung des Kontrastes. eines optischen Bildes ein Frequenzfilter zu verwenden, das aus einem photoelektrischen Halbleiterbauelement mit einem »Einsattelungseffekt« besteht, das eine amplitudengitterähnliche Maske besitzt. Zunächst könnte es den Anschein haben, daß eine Vorrichtung. die mit einem derartigen photoelektrischen Bauelement arbeitet, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch ist. in Wirklichkeit besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied zwischen beiden Vorrichtungen: Bei der erstgenannten Vorrichtung findet lediglich eine Multiplikation der Lichtintensitätsverteilung des Bildes und der gitieriihnlichen Maske statt, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hingegen die optische übertragungsfunktion des bilderzeugenden Objektivs in einen optischen Bandpaß umgewandelt, wobei das zweidimensionalc Beugungsgitter als tatsächliches Ortsfrequenzfilter svirkt.It is possible to measure the contrast. to use a frequency filter of an optical image, that consists of a photoelectric semiconductor component with a "dip effect" that has an amplitude grating-like mask. At first it might appear that a device. which works with such a photoelectric component, with the device according to the invention is identical. in reality, however, there is one major difference between the two devices: In the case of the first-mentioned device, there is only a multiplication of the light intensity distribution of the image and the grid-like mask instead, in the case of the device according to the invention on the other hand, the optical transfer function of the image-generating lens in an optical bandpass filter converted, the two-dimensional diffraction grating acts as an actual spatial frequency filter.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert:In the following the invention is based on the drawings explained in more detail:

In Fig. 1 ist die optische übertragungsfunktion eines üblichen bilderzeugenden Objektivs in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz dargestellt. Parameter sind die unterschiedlichen Werte der Fehlfokussierung; In Fig. 1, the optical transfer function of a conventional imaging lens is dependent represented by the spatial frequency. Parameters are the different values of the misfocusing;

F i g. 2 zeigt die optische Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Fehlfokussierung. wobei zwei unterschiedliche Werte der Ortsfrequenz als Parameter dienen:F i g. 2 shows the optical transfer function as a function of the misfocusing. being two different values of the spatial frequency serve as parameters:

Fig. 3 zeigt den Phasenverlauf eines eindimensionalen Phasengitters mit rechteckigem Profil: F i g. 4 zeigt das Leistungsspektrum eines von einem üblichen Objektiv erzeugten Bildes sowie den Bandpaß-Filtereffekt eines Phasengilters:Fig. 3 shows the phase profile of a one-dimensional Phase grating with a rectangular profile: F i g. 4 shows the power spectrum of one of image generated by a conventional lens as well as the bandpass filter effect of a phase filter:

F i g. 5 zeigt die Änderung des Bildkontrastes in Abhängigkeit von der Größe der lehlfokussierung: F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung:F i g. 5 shows the change in image contrast as a function of the size of the misfocusing: F i g. 6 shows an embodiment of the invention Contraption:

F i g. 7 zeigt die Kennlinie eines lichtempfindlichen Elementes mit »Einsattelungseffekt«':F i g. 7 shows the characteristic curve of a light-sensitive element with a "saddle effect":

F i g. 8 veranschaulicht die Änderung der aus dem von dem optischen System erzeugten Bild abgeleiteten Spannung in Abhängigkeit vom Betrag der Fehlfokussierung. die Darstellung veranschaulicht ferner das Prinzip der Servosteuerung mit Hilfe einer Phasendiskriminierung:F i g. Fig. 8 illustrates the change in the image derived from the optical system Voltage as a function of the amount of misfocusing. the representation illustrates also the principle of servo control with the help of phase discrimination:

F i g. 9 zeigt das Blockschallbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem an Stelle der Phasendiskriminierung ein Spannungsvergleich zur Servosteuerung dient:F i g. 9 shows the block diagram of a further exemplary embodiment of the invention, in which instead of a voltage comparison for the servo control is used for phase discrimination:

Fig. H) zeigt den zeillichen Verlauf der Spannungen in den verschiedenen Schaltungsstufen des in 1 i g. 9 dargestellten BlockschaltbildesFig. H) shows the progression of the voltages over time in the various circuit stages of the in 1 i g. 9 shown block diagram

Bevor die in den Zeichnungen dargestellten Ausfiihrungsbeispicle ausführlich beschrieben werden, seiBefore the execution examples shown in the drawings be described in detail, be

kurz die Beziehung zwischen der optischen Übertragungsfunktion des bilderzeugenden Objektivs und dem Betrag der Fehleinstellung dargelegt. F i g. 1 zeigt die optische übertragungsfunktion t(u, z) in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz u. Parameter ist der Betrag der Fehlfokussierung z. F i g. 2 zeigt die optische übertragungsfunktion t(u,z) in Abhängigkeit vom Betrag der Fehlfokussierung z. Hier ist die Ortsfrequenz u Parameter der verschiedenen Kurven. Man erkennt aus diesen Figuren, daß der Abfall der optischen übertragungsfunktion des bilderzeugenden Objektivs mit steigender Frequenz und mit steigendem Wert der Fehlfokussierung beträchtlich wird.briefly set forth the relationship between the optical transfer function of the imaging lens and the amount of misalignment. F i g. 1 shows the optical transfer function t (u, z) as a function of the spatial frequency and the parameter is the amount of misfocusing z. F i g. 2 shows the optical transfer function t (u, z) as a function of the amount of misfocusing z. Here the spatial frequency u is the parameter of the various curves. It can be seen from these figures that the decrease in the optical transfer function of the imaging lens becomes considerable with increasing frequency and with increasing value of the misfocusing.

Im folgenden sei die optische übertragungsfunktion eines zweidimensionalen Phasengitters, wie es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung findet, und seine Wirkung als Bandpaß-Filter erläutert. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß das Beugungsgitter ein eindimensionales rechteckiges Gitter sei. das die in F i g. 3 dargestellte Phasenverteilung besitzt. Diese Phasenverteilung wird durch folgende Funktion / (x) beschrieben:The following is the optical transfer function of a two-dimensional phase grating, as it is in the Device according to the invention is used, and explains its effect as a bandpass filter. To the For the sake of simplicity, assume that the diffraction grating is a one-dimensional rectangular grating. that the in F i g. 3 has phase distribution shown. This phase distribution is given by the following Function / (x) described:

A₀ = 2AOAiA₂ kann als »Gleichstromkomponente« des optischen Bildes betrachtet werden. Man erkennt auf Grund der vorangehenden Erläuterung, daß das Phasengitter mit Rechteckprofil als Bandpaß für die A ₀ = 2AOAiA ₂ can be viewed as the "direct current component" of the optical image. It can be seen on the basis of the preceding explanation that the phase grating with a rectangular profile as a band pass for the

5 optische übertragungsfunktion des optischen Systems oder für das Leistungsspektrum des Bildes wirkt.5 optical transmission function of the optical system or acts for the performance spectrum of the image.

In Fig. 4 bedeuten die Flächen S₀ = O Ou₀H₀Zl₂ und S_b = D Ou₀H₁A₂ den gesamten bei korrekterIn Fig. 4, the areas S ₀ = O Ou ₀ H ₀ Zl ₂ and S _b = D Ou ₀ H ₁ A ₂ mean the entire with correct

ίο Fokussierung (z = 0) bzw. bei Fehlfokussierung (z = z,) gemessenen Lichtfluß, wenn kein Phasengitter verwendet wird, während die Flächenίο focusing (z = 0) or in the event of incorrect focusing (z = z,) measured luminous flux if no phase grating is used while the surfaces

undand

^o = ^o + I A₃H₀A+
S₁ = A₀+ \ A₃H₁A^ ^ o = ^ o + I A ₃ H ₀ A +
S ₁ = A ₀ + \ A ₃ H ₁ A ^

den gemessenen Lichtfluß bei korrekter Fokussierung bzw. bei einer Fehlfokussierungsposition bedeuten, wenn ein Phasengitter verwendet ist. Das Verhältnis der Kontrastä'iderung bei Fehlfokussierung sei folgendermaßen ausgedrückt:mean the measured light flux with correct focusing or with a misfocusing position, if a phase grating is used. Let the ratio of contrast enhancement in the event of a misfocusing be as follows expressed:

Tür |x| g a/2Door | x | g a / 2

für a/2 ί,χί ά\1 for a / 2 ί, χί ά \ 1

(D bzw. (D or

C₀ = (S₀ - S„)HS_a + S_h)
C₁ = (S₀-S₁V(Sc,-)- S₁).C ₀ = (S ₀ - S ") HS _a + S _h )
C ₁ = (S ₀ -S ₁ V (Sc, -) - S ₁ ).

ο ist die Phasendifferenz, α die Breite eines Elementes Die Größen U₀H₀ und U₀W₁ des Leistungsspek- ο is the phase difference, α the width of an element The sizes U ₀ H ₀ and U ₀ W _{1 of} the power spectrum

und d die Gitterkonstante. trams bei der Frequenz u₀ seien Zj₀ bzw. Zi₁. Damitand d is the lattice constant. trams at frequency u ₀ are Zj ₀ or Zi ₁ . In order to

Durch eine einfache Rechnung erhält man folgende 30 wird das Kontraständerungsverhältnis Näherungslösung für die optische ÜbertragungsA simple calculation gives the following 30 is the contrast change ratio Approximate solution for optical transmission

funktion r_p(u):function r _p (u):

bzw.or.

C₀ = (Zi₀- /j,)/(2 + Zi₀ + Zi₁) C₁ = (Zi₀ -K₁)Kh₀ +h,).C ₀ = (Zi ₀ - / j,) / (2 + Zi ₀ + Zi ₁ ) C ₁ = (Zi ₀ -K ₁ ) Kh ₀ + h,).

in der q (B, u) eine Dreieckfunktion mit der Basisbreite IB und der Höhe 1 bedeutet. 6 (u - ^ p\ bedeutet Impulse bei der Stelle u = Tg p. Das Zeichen * bedeutet ein Hüllintegral, b ist der Abstand zwischen dem Gitter und der Bildebene (F i g. 6), und /. ist die Wellenlänge des Lichtes (normalerweise λ = p,5 μ).in which q (B, u) means a triangular function with base width IB and height 1. 6 (u - ^ p \ means impulses at the point u = Tg p. The symbol * means an envelope integral, b is the distance between the grating and the image plane (Fig. 6), and /. Is the wavelength of the light (usually λ = p, 5 μ).

Die optische übertragungsfunktion τ_τ (u, z) des bilderzeugenden Systems einschließlich des Phasengitters ist T₇-(u, z) = Tp(M)-t(u, 2). Das Leistungs- spektrum P_s{u,z) des in der Bildebene erzeugten Bildes kann durch das Produkt des in dem Bild enthaltenen Leistungsspektrums und der optischen übertragungsfunktion T₇-(H, z) des Gesamtsystems ausgedrückt werden. The optical transfer function τ _τ (u, z) of the imaging system including the phase grating is T ₇ - (u, z) = Tp (M) -t (u, 2). The power spectrum P _s {u, z) of the image generated in the image plane can be expressed by the product of the power spectrum contained in the image and the optical transfer function T ₇ - (H, z) of the overall system.

Das Leistungsspektrum P_s{u,z) des Bildes ist in F i g. 4 dargestellt, worin die optische übertragungsfunktion t.(m) des Phasengitters selbst durch die Dreieckfunktion /10A₁A₂ und IA₃HA₄ dargestellt ist. Die Kurven α und b veranschaulichen das Leistungsspektrum des erzeugten Bildes einmal bei korrekter Fokussierung (z = 0) sowie bei Fehlfokussierung (z = Z₁) für den Fall, daß kein Phasengitter vorhanden ist. Wenn ein Phasengitter in das bilderzeugende optische System eingefügt wird, hat das Leistungsspektrum P_m{u,z) des Bildes den Verlauf von Dreieckfunktionen .1OA₁A₂, 1A₃H₀A+ und 1 AjH₁A₄, wobei A A₃H₀A+ und 1 A₃H₁A+ die Leistungsspektra bei korrekter Fokussierung (z = 0) bei Fehlfokussierung iz = z-,) sind. Die Fläche Aus F i g. 4 ist erkennbar, daß beide Kontraständerungsverhältnisse C_n und C₁ anwachsen, wenn die Frequenz anwächst, daß C, jedoch stets größer ist als C₀. Wenn die Frequenz gegen 0 geht, nähern sich auch C₀ und C₁ dem Wert 0. Wenn man ein Leistungsspektrum annimmt, bei dem Zi₁-O und Zj₀ —► 1 gehen, nähert sich C₀ —* 1 /3 und C₁ —»1, das Kontraständerungsverhältnis wird also um den Faktor 3 verbessert. F i g. 5 zeigt diese Kontraständerungsverhältnisse C₀ und C₁. Aus der vorangehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß die bei der Defokussierung auftretende Verminderung des Kontrastes mit Hilfe eines Phasengitters als Bandpaß-Filter wirksam ausgewertet werden kann und daß auf diese Weise eine hochempfindliche Messung des Bildkontrastes möglich ist. The power spectrum P _s {u, z) of the image is shown in FIG. 4, in which the optical transfer function t. (M) of the phase grating itself is represented by the triangular function / 10A ₁ A ₂ and IA ₃ HA ₄ . The curves α and b illustrate the power spectrum of the generated image once with correct focusing (z = 0) and with incorrect focusing (z = Z ₁ ) for the case that no phase grating is present. If a phase grating is inserted into the imaging optical system, the power spectrum P _m {u, z) of the image has the course of triangular functions .1OA ₁ A ₂ , 1 A ₃ H ₀ A + and 1 AjH ₁ A ₄ , where AA ₃ H ₀ A + and 1 A ₃ H ₁ A + are the power spectrum with correct focusing (z = 0) with misfocusing iz = z-,) . The area from FIG. 4 it can be seen that both contrast change ratios C _n and C ₁ increase when the frequency increases, but that C i is always greater than C ₀ . When the frequency approaches 0, C ₀ and C ₁ also approach 0. If one assumes a power spectrum in which Zi ₁ -O and Zj ₀ - ► 1, C ₀ - * 1/3 and C approaches ₁ - »1, the contrast change ratio is thus improved by a factor of 3. F i g. 5 shows these contrast change ratios C ₀ and C ₁ . It can be seen from the preceding description that the reduction in contrast occurring during defocusing can be effectively evaluated with the aid of a phase grating as a bandpass filter and that in this way a highly sensitive measurement of the image contrast is possible .

In dem untersuchten Fall wurde angenommen, daß das Beugungsgitter eindimensional ist. Außerdem wurde nur das erste positive Durchlaßband [das in Gleichung (2) dem Wert ρ = + 1 mit dei In the examined case it was assumed that the diffraction grating is one-dimensional. In addition, only the first positive passband [that in equation (2) has the value ρ = + 1 with dei

Bandmittenfrequenz U₀ = .^ entspricht], betrachtet Unter der Annahme, daß d = 1,2 mm, a = 0,3 mm λ = 0,5 μ und 6 = 60mm ist, erhält man U₀ = 401/mrn Selbstverständlich existieren auch Seitenbänder zwei ter und höherer Ordnung. Da die optische Dbertra gungsfunktion beispielsweise eines Kameraobjektiv im Bereich von Frequenzbändern derart höherer Ord nung beträchtlich absinkt, genügt es in der Praxi: nur das positive und negative Seitenband erste Ordnung zu betrachten. Da ein optisches Bild zw<r dimensional Frequenzkomponenten enthält, mu das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwer Band center frequency U ₀ = . ^ Corresponds], considered Assuming that d = 1.2 mm, a = 0.3 mm, λ = 0.5 μ and 6 = 60 mm, one obtains U ₀ = 401 / mrn Of course, exist also sidebands of the second and higher order. Since the optical transmission function of a camera lens, for example, drops considerably in the range of frequency bands of such a higher order, it is sufficient in practice to only consider the positive and negative first- order sidebands. Since an optical image contains two-dimensional frequency components, this must be discarded in the device according to the invention

di::e Beugungsgitter ein zweidimensionales Gitter sein. Obwohl in der vorstehenden Beschreibung ein Gitter mit Rechteckprofil betrachtet wurde, können selbstverständlich auch Phasengitter mit irgendeiner anderen Profilform z. B. mit sinusförmigem Verlauf s Verwendung finden.di :: e diffraction grating is a two-dimensional grating being. Although a grid with a rectangular profile was considered in the above description, can Of course, phase grating with any other profile shape z. B. with a sinusoidal curve s Find use.

Weiter oben wurden drei Vorteile herausgestellt, di-i das Verfahren der Frequenzuntersuchung unter Verwendung eines Phasengitters mil sich bringt. Im folgenden seien die theoretischen Grundlagen kurz untersucht: Der erste Vorteil, der darin besieht, daß das optische System eine minimale Dämpfung des durchtretenden Lichtes verursacht, ergibt sich aus der Natur des Phasengitters, welches definitionsgtmäß nicht die Amplitude, sondern nur die Phase der Lichtwellen beeinflußt. Die Ursachen für den zweiten und den dritten der genannten Vorteile sind aus Gleichung (2) erkennbar. Aus Gleichung (2) ist auch erkennbar, daß die angenäherte optische übertragungsfunktion T_p(M) des Phasengitters unabhängig ist vom Öffnungsverhältnis des bilderzeugenden Objektivs. Dies ergibt sich auch aus dem Ergebnis dor Berechnung der optischen übertragungsfunktion T₁(U) des Phasengitters für verschiedene Öffnungsverhältnisse des bilderzeugenden Objektivs. Dies sei h^er nicht in allen Einzelheiten erläutert; es ist jedoch bekannt, daß sich bei einem Phasengitter, wie es vorstehend definiert wurde, der Verlauf der optischen übertragungsfunktion (Dreieckform) des Phasengitt'rrs kaum ändert, wenn das öffnungsverhältnis des Objektivs /=11 ist. obwohl diese öffnung lediglich vier Gitterlinien entspricht. Aus Gleichung (2) i;t klar erkennbar, daß das Phasengitter an irgendeiner beliebigen Stelle längs der optischen Achse zwischen dem bilderzeugenden Objektiv und der Bildebene angeordnet sein kann. Die Bandbreite des von dem Phasengitter gebildeten Filters und seineAbove, three advantages have been identified by the method of frequency investigation using a phase grating. The theoretical fundamentals are briefly examined below: The first advantage, which is that the optical system causes minimal attenuation of the light passing through, results from the nature of the phase grating, which by definition does not affect the amplitude but only the phase of the light waves . The reasons for the second and third of the advantages mentioned can be seen from equation (2). From equation (2) it can also be seen that the approximate optical transfer function T _p (M) of the phase grating is independent of the aperture ratio of the image-generating lens. This also results from the result of the calculation of the optical transfer function T ₁ (U) of the phase grating for different aperture ratios of the image-generating lens. This is not explained in detail here; However, it is known that with a phase grating as defined above, the course of the optical transfer function (triangular shape) of the phase grating hardly changes when the aperture ratio of the objective is / = 11. although this opening corresponds to only four grid lines. It can be clearly seen from equation (2) i; t that the phase grating can be arranged at any desired point along the optical axis between the image-generating objective and the image plane. The bandwidth of the filter formed by the phase grating and its

Bandmittenfrequenz U₀ sind ^- bzw. _h/, beide Werte sind Funktionen von b, d. h. sie sind von dem Abstand zwischen dem Phasengitter und der Bildebene abhängig. Es ist deshalb möglich, ein Phasengitter so zu bemessen, daß es eine gewünschte Bandbreite und Bandmittenfrequenz u₀ aufweist, wenn die Gitcerkoeffizienten α und d und der Abstand b bekannt sind. Umgekehrt ist es ebenfalls möglich, das Frequenzband des auszumessenden optischen Bildes dadurch »abzutasten«, daß das Phasengitter längs der optischen Achse verschoben wird. Dies wird weiter unten noch ausführlicher erläutert. Band center frequency U ₀ are ^ - and _{h /} , both values are functions of b, ie they are dependent on the distance between the phase grating and the image plane. It is therefore possible to dimension a phase grating in such a way that it has a desired bandwidth and band center frequency u ₀ if the grating coefficients α and d and the spacing b are known. Conversely, it is also possible to "scan" the frequency band of the optical image to be measured by shifting the phase grating along the optical axis. This is explained in more detail below.

In F i g. 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur selbsttätigen Fokussierung dargestellt. Links von einem Objektiv 1 befindet sich ein (nicht dargestellter) Aufnahmegegenstand, dessen Bild auf einer Filmoberfläche 3 entworfen werden soll. Ein Teil des durch das Objektiv 1 hindurchtretenden Lichtes wird von einem halbdurchlässigen Spiegel 2 reflektiert, der im Strahlengang zwischen dem Objektiv 1 und der Bildebene 3 angeordnet ist. Der von dem Spiegel 2 abgelenkte Strahlenanteil erzeugt ein Bild des Aufnahmegegenstandes auf der lichtempfindlichen Oberfläche eines photoelektronischen Bauelementes 7. Ein zweidimensionales Phasengitter 6 ist senkrecht zur optischen Achse zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 2 und dem photoelektrischen Bauelement 7 angeordnet. Die Frequenzkomponenten des auf dem photoelektronischen Bauelement 7 erzeugten Bildes werden durch das zweidimensionale Phasengitter 6, das wie oben beschrieben als Bandpaß wirkt, gefiltert. Hieraus resultiert eine abrupte Kontraständerung des Bildes in Abhängigkeit vom Fokussierungszustand, wie an Hand von F i g. 5 erläutert wurde. Das photoelektronische Bauelement 7 kann ein Bauelement sein, das einen »Einsattelungseffekt« besitzt, beispielsweise ein CdS-Photowiderstand. Dieser Effekt ist in F i g. 7 veranschaulicht. Hierin ist der Betrag der Defokussierung ζ als Abszissenwert und der Leitwert G des CdS-Photo Widerstandes als Ordinatenwert aufgetragen. Aus dieser Kennlinie ist ersichtlich, daß der Leitwert G ein lokales Minimum bei korrekter Fokussierung (z = 0) hat. Diese Erscheinung hängt von den Eigenschaften des photoelektronischen Bauelementes ab und ist allgemein bekannt. Die Ausgangsspannung V des photoelektronischen Bauelementes 7 ändert sich in Abhängigkeit von der Fokussierung z, wie in F i g. 8 in Kurve P dargestellt. Die Meßspannung V erreicht bei korrekter Fokussierung (r = 0) ein Maximum. Die Kurve P hat einen ähnlichen Verlauf wie die Kurve C₁ in F i g. 5, die die Änderung des Kontrastverhältnisses darstellt. Bei der in F i g. 6 dargestellten Vorrichtung mißt das photoelektronische Bauelement 7 daher die Änderung des Bildkontrastes, die von der Verschiebung des Objektivs 1 verursacht wird, und liefert eine entsprechende Ausgangsspannung. Diese Ausgangsspannung dient als Steuersignal für die Servosteuerung des Objektivs 1. Bei dieser Servosteuerung wird das für Servosysteme bekannte Verfahren der Phasendiskriminierung angewendet. Das photoelektronische Bauelement 7 wird in eine periodische Bewegung längs der optischen Achse versetzt, und zwar schwingt es mit einer einfachen harmonischen Schwingung mit konstanter Amplitude und konstanter Periode. Der Antrieb erfolgt durch eine Schwingvorrichtung 12. Die Frequenz der einfachen harmonischen Bewegung (die beispielsweise 100 Hz beträgt), wird durch einen Oszillator 10 gesteuert, der mit einer Treiberstufe 11 verbunden ist. Die Schwingvorrichtung 12 kann beispielsweise als elektromagnetische Vorrichtung ausgebildet sein. Sie hat beispielsweise eine Schwingspule, wie sie bei Lautsprechern üblich ist und die so angeordnet ist, daß sie ein mit dem photoelektronischen Bauelement 7 verbundenes Eisenstück in Bewegung versetzt. Die Konstruktion und das Arbeitsprinzip einer derartigen Schwingvorrichtung sind bekannt und sollen daher nicht näher erläutert werden. Statl das photoelektronische Bauelement 7 mittels einei Schwingvorrichtung anzutreiben, kann das Bildsignal d. h. die Ausgangsspannung des photoelektronischer Bauelementes 7, auch dadurch moduliert werden daß die optische Weglänge zwischen dem Phasengit ter 6 und dem photoelektronischen Bauelement" verändert wird. Die Modulierung kann auch mittel: eines opto-elektrischen Kristalls erfolgen, der in dei Strahlengang eingefügt ist. Es kann auch ein optische Keil vorgesehen sein, der in einer einfachen har monischen Schwingung senkrecht zur optischen Ach» bewegt wird. Alle diese Verfahren ändern die optisch Weglänge nach Art einer karmonischen Schwingung Sie werden im folgenden deshalb als Verfahren zu Modulation der optischen Weglänge bezeichnet. In Fig. 6 shows a first exemplary embodiment of the device according to the invention for automatic focusing. To the left of an objective 1 is a recording object (not shown), the image of which is to be designed on a film surface 3. Part of the light passing through the objective 1 is reflected by a semitransparent mirror 2 which is arranged in the beam path between the objective 1 and the image plane 3. The beam portion deflected by the mirror 2 generates an image of the subject on the light-sensitive surface of a photoelectronic component 7. A two-dimensional phase grating 6 is arranged perpendicular to the optical axis between the semitransparent mirror 2 and the photoelectric component 7. The frequency components of the image generated on the photoelectronic component 7 are filtered by the two-dimensional phase grating 6, which acts as a bandpass filter as described above. This results in an abrupt change in the contrast of the image as a function of the focus state, as shown in FIG. 5 was explained. The photoelectronic component 7 can be a component that has a “dip effect”, for example a CdS photoresistor. This effect is shown in FIG. 7 illustrates. The amount of defocusing ζ is plotted here as the abscissa value and the conductance G of the CdS photo resistor is plotted as the ordinate value. From this characteristic curve it can be seen that the conductance G has a local minimum with correct focusing (z = 0). This phenomenon depends on the properties of the photoelectronic component and is generally known. The output voltage V of the photoelectronic component 7 changes as a function of the focusing z, as in FIG. 8 shown in curve P. The measuring voltage V reaches a maximum with correct focusing (r = 0). The curve P has a similar course as the curve C ₁ in FIG. 5, which shows the change in the contrast ratio. In the case of the in FIG. 6, the photoelectronic component 7 therefore measures the change in the image contrast which is caused by the displacement of the objective 1, and supplies a corresponding output voltage. This output voltage serves as a control signal for the servo control of the lens 1. In this servo control, the phase discrimination method known for servo systems is used. The photoelectronic component 7 is set into a periodic movement along the optical axis, namely it oscillates with a simple harmonic oscillation with constant amplitude and constant period. It is driven by an oscillating device 12. The frequency of the simple harmonic movement (which is 100 Hz, for example) is controlled by an oscillator 10 which is connected to a driver stage 11. The oscillating device 12 can be designed, for example, as an electromagnetic device. It has, for example, a voice coil, as is customary in loudspeakers and which is arranged in such a way that it sets a piece of iron connected to the photoelectronic component 7 in motion. The construction and the working principle of such a vibrating device are known and should therefore not be explained in more detail. Instead of driving the photoelectronic component 7 by means of an oscillating device, the image signal, ie the output voltage of the photoelectronic component 7, can also be modulated by changing the optical path length between the phase grating 6 and the photoelectronic component -electrical crystal, which is inserted into the beam path. An optical wedge can also be provided, which is moved in a simple harmonic oscillation perpendicular to the optical axis. All these methods change the optical path length in the manner of a caronic oscillation henceforth referred to as a method for modulating the optical path length.

Die Beziehung zwischen dem Wert ζ der Defokus sierung und dem Ausgangssignal V des photoclek tronischen Bauelementes 7 ist in F i g. 8 dargestell Die Kurve P zeigt das photoelektrischc Ausgang;The relationship between the value ζ of the defocusing and the output signal V of the photoclectronic component 7 is shown in FIG. Figure 8 shows the curve P shows the photoelectric output;

signal, das ohne Modulation der optischen Weglänge erhalten wird und das der Änderung des Bildkontrastes entspricht. Ferner ist der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals dargestellt, wenn die optische Weglänge moduliert wird, und zwar für den Fall, daß eine positive bzw. eine negative Fehlfokussierung und für den Fall, daß korrekte Fokussierung vorliegt. Die einfache harmonische Bewegung des photoelektronischen Bauelementes 7 längs der optischen Achse wird durch die Sinuswelle g, veranschaulicht. Der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung bei korrekter bzw. positiver oder negativer Fehlfokussierung sind als Kurven h, d bzw. e dargestellt. Man erkennt aus diesen Kurven, daß die Ausgangsspannung bei korrekter Fokussierung ein Minimum besitzt und daß die Ausgangsspannungen, die bei positiver und negativer Fehlfokussierung entstehen, um den Winkel η gegeneinander phasenverschoben sind. Das Verfahren der Phasendiskriminierung ermittelt die Einstellposition in Abhängigkeit von dem Betrag und der Phasenlage der Ausgangsspannung.signal which is obtained without modulating the optical path length and which corresponds to the change in the contrast of the image. Furthermore, the time course of the output signal is shown when the optical path length is modulated, specifically for the case that a positive or negative misfocusing and for the case that correct focusing is present. The simple harmonic movement of the photoelectronic component 7 along the optical axis is illustrated by the sine wave g. The time course of the output voltage with correct or positive or negative misfocusing are shown as curves h, d and e . It can be seen from these curves that the output voltage has a minimum with correct focusing and that the output voltages that arise with positive and negative misfocusing are phase-shifted by the angle η with respect to one another. The phase discrimination process determines the setting position as a function of the magnitude and the phase position of the output voltage.

Das modulierte Ausgangssignal des photoelektronischen Bauelementes 7 wird in dem Verstärker 8 verstärkt. Seine Phasenlage wird mittels eines Phasendetektors 9 diskriminiert. Als Referenzsignal dient dabei die Spannung des Oszillators 10. Die Signale werden in eine Gleichspannung umgewandelt, deren Vorzeichen in Abhängigkeit von der Phasenlage positiv oder negativ ist. Der Absolutwert der Gleichspannung entspricht dem Wert ζ der Fehleinstellung. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 9 dient zum Antrieb eines Gleichstrom-Servomotors 14. Seine Laufrichtung ist in F i g. 8 durch einen © -Pfeil bzw. durch einen ©-Pfe'l angedeutet. Die Laufrichtung hängt von dem Vorzeichen des Ausgangssignals des Phasendetektors 9 ab. Der Servomotor bewegt sich stets in der Richtung, daß die der korrekten Fokussierung entsprechende Einstellposition erreicht wird, die dem Maximum der Kurve P in F i g. 8 entspricht. Auf der Welle des Gleichstrom-Servomotors 14 ist ein Antriebsritzel 15 befestigt, das mit einer Zahnstange im Eingriff steht, die fest mit dem Objektiv 1 verbunden ist, so daß dieses vom Ausgangssignal des Phasendetektors 9 automatisch in die Einstellposition bewegt wird, die der korrekten Scharfeinstellung entspricht. Bei der vorangehenden Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß das photoelektronisch 5 Bauelement einen »Einsattelungseffekt.< aufweist, statt dessen können selbstverständlich auch andere geeignete photoelektronische Bauelemente wie beispielsweise Pin-Phototransistoren oder Photodioden verwendet werden.The modulated output signal of the photoelectronic component 7 is amplified in the amplifier 8. Its phase position is discriminated by means of a phase detector 9. The voltage of the oscillator 10 serves as the reference signal. The signals are converted into a direct voltage, the sign of which is positive or negative depending on the phase position. The absolute value of the direct voltage corresponds to the value ζ of the incorrect setting. The output signal of the phase detector 9 is used to drive a DC servo motor 14. Its direction of travel is shown in FIG. 8 indicated by a © arrow or by a © arrow. The direction of travel depends on the sign of the output signal of the phase detector 9. The servomotor always moves in the direction that the setting position corresponding to the correct focusing is reached, which is the maximum of the curve P in FIG. 8 corresponds. On the shaft of the DC servo motor 14, a drive pinion 15 is fixed, which is in engagement with a toothed rack which is fixedly connected to the lens 1, so that this is automatically moved by the output signal of the phase detector 9 into the setting position that the correct focus is equivalent to. In the preceding description it was assumed that the photoelectronic component has a "saddle effect." Instead, of course, other suitable photoelectronic components such as pin phototransistors or photodiodes can also be used.

Wenn eine Modulierung der optischen Weglänge und eine Demodulierung mittels eines Phasendetektors nicht stattfindet, ist es im allgemeinen schwierig, die der korrekten Fokussierung entsprechende Einstellposition (Gipfelpunkt der Kurve P in F i g. 8) ausschließlich durch das Gleichspannungssignal V, das von dem photoelektronischen Bauelement 7 abgegeben wird, zu ermitteln. Die Gründe hierfür seien kurz erläutert. Aus F i g. 8 ist ersichtlich, daß das Gleichspanmings-Ausgangssignal V bei positiven und negativen Einstellwerten ζ identische Werte aufweist. Es ist daher unmöglich, allein aus dem Absolutwert dieses Ausgangssignals abzuleiten, ob ein positiver oder ein negativer Einstellfehler vorliegt. Um die der korrekten Fokussierung entsprechende Einstellposition zu ermitteln, müssen die Ausgangssignale V, die benachbarten Einstellposition entsprechen, laufend miteinander verglichen werden. Die Phasendiskriminierung ist ein sehr geeignetes Verfahren, um diesen Vergleich analog und aufeinanderfolgend durchzuführen. Dieses Verfahren liefert mit Sicherheit eine der am besten geeigneten Methoder· zur schnellen und genauen Bestimmung der korrekten Einstellposition. When a modulation of the optical path length and a demodulation does not take place by means of a phase detector, it is generally difficult (g peak point of the curve P in F i. 8) of the correct focusing appropriate setting position exclusively by the DC voltage signal V from the photo electronic component 7 is submitted to determine. The reasons for this are briefly explained. From Fig. 8 it can be seen that the DC voltage output signal V has identical values for positive and negative setting values ζ. It is therefore impossible to deduce from the absolute value of this output signal alone whether there is a positive or a negative setting error. In order to determine the setting position corresponding to the correct focusing, the output signals V, which correspond to the adjacent setting position, must be continuously compared with one another. The phase discrimination is a very suitable method to carry out this comparison analogously and consecutively. This procedure certainly provides one of the most suitable methods for quickly and accurately determining the correct setting position.

In F i g. 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, beiIn Fig. 9 a device is shown at

ίο der an Stelle der Phasendiskriminierung das Verfahren des direkten Spannungsvergleichs zur Servosteuerung angewendet wird. Hierbei können die Schaltungsstufen, die bei der Phasendiskriminierungs-Methode zur Modulierung der optischen Weglänge erforderlich sind, entfallen. Die Meßspannung ist eine Gleichspannung. Der Verstärker 8', dem diese Meßspannung zugeführt wird, ist dementsprechend ein Gleichstromverstärker. Sein Ausgangssignal wird alternativ den beiden folgenden Speicherschaltungen 21 und 22 zugeführt. Ein Oszillator 19 dient zur Steuerung der Speicherschaltungen 21 und 22. Der Impulszyklus, mit dem diese Steuerung stattfindet, ist in Fig. 10 dargestellt. Die Impulszüge 19', 21'. 22', 23' und 24' stellen die Ausgangssignale der mit den gleichen Ordnungszahlen versehenen Schaltungsstufen dar, d. h. die von dem Oszillator 19 gelieferten Impulse, die Spannungen der Speicherschaltungen 21 und 22. die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 23 und die in der Schaltungsstufe 24 speicherbare Motorspannung. Die Impulsdiagramme sind in Abhängigkeit von der Zeit f aufgetragen. Die Einstell- und Rückstellsignale für die Speicherschaltungen 21 und 22 verden innerhalb eines Impulszyklus erzeugt, der jeweils drei aufeinanderfolgende Impulse umfaßt.ίο the procedure instead of phase discrimination of direct voltage comparison is used for servo control. Here the Circuit stages used in the phase discrimination method for modulating the optical path length are not required. The measuring voltage is a direct voltage. The amplifier 8 'to which this Measurement voltage is supplied, is accordingly a direct current amplifier. Its output will be alternatively fed to the two following memory circuits 21 and 22. An oscillator 19 is used for Control of the memory circuits 21 and 22. The pulse cycle with which this control takes place, is shown in FIG. The pulse trains 19 ', 21'. 22 ', 23' and 24 'represent the output signals of the circuit stages provided with the same ordinal numbers, i.e. H. those supplied by the oscillator 19 Pulses, the voltages of the memory circuits 21 and 22. the output voltage of the differential amplifier 23 and the motor voltage that can be stored in circuit stage 24. The timing diagrams are in Plotted as a function of time f. The set and reset signals for the memory circuits 21 and 22 are generated within a pulse cycle each comprising three consecutive pulses.

die in Fig. 10 mit I, II und 111 bezeichnet sind. Die Spannungen s, und S₂, die in den beiden Speicherschallungen 21 und 22 gespeichert werden, werden in einem Diffcrcntialverstärker 23 miteinander verglichen. Dieser erzeugt eine Differenzspannung s, - s₂ (wenn sich das Objektiv 1 bewegt). Diese Differenzspannung wird am Ende jedes der drei Impulse umfassenden Impulszyklen der Schaltungsstufe 24 zugeführt, in der sie während des folgenden Impulszyklus gespeichert wird, wie aus Fig. 11 hervorgeht. Die Schaltungsstufe 24 wird über das Gatter 25 von dem Oszillator 19 gesteuert.which are designated by I, II and 111 in FIG. The voltages s ₁ and S 2, which are stored in the two storage sound systems 21 and 22, are compared with one another in a differential amplifier 23. This generates a differential voltage s, - s ₂ (when the objective 1 is moving). This differential voltage is fed at the end of each of the pulse cycles comprising three pulses to the circuit stage 24, in which it is stored during the following pulse cycle, as shown in FIG. The circuit stage 24 is controlled by the oscillator 19 via the gate 25.

Der Gleichstrom-Servomotor 14 wird auf diese Weise in Abhängigkeit von dem Betrag und dem Vorzeichen der Differenzspannung gesteuert undThe DC servo motor 14 is operated in this way depending on the amount and the Sign of the differential voltage controlled and

bewegt seinerseits das Objektiv 1 so lange, bis die Differenzspannung zu Null wird.in turn moves the lens 1 until the differential voltage becomes zero.

Im Gegensatz zu dem Verfahren der Phasendiskriminierung benötigt das Verfahren, bei dem ein direkter Spannungsvergleich durchgeführt wird, keineIn contrast to the process of phase discrimination, the process in which a direct voltage comparison is carried out, none

Modulation der optischen Weglänge und damit keine Schwingvorrichtung. Die entsprechende Vorrichtuni ist daher einfacher in der Konstruktion und erlaub einen kompakten Aufbau von geringem Gewicht Das Verfahren des direkten Spannungsvergleichs isModulation of the optical path length and therefore no oscillating device. The corresponding Vorrichtuni is therefore simpler in construction and allows a compact structure with a low weight The method of direct voltage comparison is

allerdings auch weniger genau als das mit Phasen diskriminierung arbeitende Verfahren.however, it is also less precise than the phase discrimination procedure.

Es sei noch erläutert, in welcher Weise das Fre quen7band des Leistungsspektrums des auf den photoelektronischen Bauelement erzeugten BildeIt should also be explained in what way the frequency band of the power spectrum of the photoelectronic component generated images

durch Verschiebung des zweidiemensionalen Phaser gittern 6 längs der optischen Achse, d. h. durch Vei änderung des Abstands b (Fig. 6) beeinflußt wei den kann Wenn das zweidimensionale Phasengittergrating by shifting the two-dimensional phaser 6 along the optical axis, that is, by changing the distance b (FIG. 6), it can be influenced if the two-dimensional phase grating

in Richtung auf das Objektiv 1, d. h. in der Richtung, in der sich b vergrößert, verschoben wird, verringernin the direction of the objective 1, that is to say in the direction in which b is enlarged, shifted

sich sowohl die Bandmittenfrequenz u₀ = -.-. alsboth the band center frequency u ₀ = -.-. as

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auch die Bandbreite ß = J^ des von dem photoelektronischen Bauelement 7 gemessenen Bildes, und die Dreieckfunktion, die das Leistungsspektrum des Bildes repräsentiert, wird »schärfer«. Wenn hingegen das zweidimensionale Phasengitter 6 in Richtung des photoelektronischen Bauelements 7 verschoben wird, wachsen die Bandmittenfrequenz und die Bandbreite, und das genannte Dreieck wird flacher.also the bandwidth ß = J ^ of the photoelectronic Component 7 measured image, and the triangle function, which is the power spectrum of the image represented, becomes "sharper". If, however, the two-dimensional phase grating 6 in the direction of the photoelectronic component 7 is shifted, the band center frequency and the bandwidth increase, and said triangle becomes flatter.

Die in dem auf der Oberfläche des photoelektronischen Bauelements 7 entworfenen Bild enthaltenen Spektralkomponenten sind selbstverständlich von den Frequenzkomponenten des Aufnahmegegenslandes abhängig. Es ist wünschenswert, die Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung so auszubilden, daß sie an Aufnahmegegenstände mit beliebigen Frequenzkomponenten angepaßt weiden kann. Es sei nun angenommen, daß sich das Objektiv 1 (Fig. 6) in irgendeiner beliebigen Einstellposition befinde und der Absolutwert der Ausgangsspannung des Phasendetektors von einem Spannungsmesser 13 angezeigt wird. Wenn die Taste 17 gedrückt wird, treibt der Motor 18 eine Verschiebungsvorrichlung 18' an, die beispielsweise aus einem Ritzel und einer Zahnstange besteht, und bewegt damit das zweidimensionale Beugungsgitter 6 entlang der optischen Achse. Die Anzeige des Spannungsmessers 13 ändert sich in Abhängigkeit von der Frequenzverteilung des Aufnahmegegenstandes. Die Position des Beugungsgitters, die einen maximalen Anzeigewert auf dem Spannungsmesser 13 entspricht, ist gleichzeitig die Stellung, die die optimale Grundlage für die automatische Schärfeneinstellung bildet. Im allgemeinen ist diese optimale Stellung von der Beschaffenheit des Aufnahmegegenstandes abhängig und kann experimentell bestimmt werden. Auf diese Weise kann manuell der optimale Frequenzbereich innerhalb des empfangenen Spektrums ausgewählt werden. Man kann sich hierzu eines Einstellorgans mit einer Skale bedienen, die die optimale Position des Beugungsgitters für bestimmte Objektarten anzeigt und die mit einem einfachen Mechanismus zur Verschiebung des Beugungsgitter verbunden ist.Those contained in the image designed on the surface of the photoelectronic component 7 Spectral components are of course from the frequency components of the host country dependent. It is desirable to form the automatic focusing device so that it can graze adapted to recording objects with any frequency components. It is now Assume that the lens 1 (Fig. 6) is in any desired setting position and the absolute value of the output voltage of the phase detector is displayed by a voltmeter 13 will. When the button 17 is pressed, the motor 18 drives a displacement device 18 'which consists for example of a pinion and a rack, and thus moves the two-dimensional Diffraction grating 6 along the optical axis. The display of the voltmeter 13 changes depending on the frequency distribution of the subject. The position of the diffraction grating, which corresponds to a maximum display value on the voltmeter 13 is at the same time the Position that forms the optimal basis for automatic focus adjustment. In general this optimal position depends on the nature of the subject and can be experimental to be determined. In this way, you can manually select the optimal frequency range within the received spectrum can be selected. You can do this with an adjusting device with a scale which shows the optimal position of the diffraction grating for certain types of objects and which associated with a simple mechanism for moving the diffraction grating.

Zweidimensionale Beugungsgitter mit beliebigem Verlauf der optischen übertragungsfunktion können beispielsweise in einem Photoverfahren, wie sie bei der Herstellung von integrierten Schaltungen Verwendung finden, hergestellt werden. Derartige Verfahren sind allgemein bekannt und bedürfen keiner näheren Beschreibung.Two-dimensional diffraction gratings with any course of the optical transfer function can for example in a photo process such as that used in the manufacture of integrated circuits find, be produced. Such processes are generally known and do not require any more detailed description.

Bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera kann der zur Lichtmessung dienende halbdurchlässige Spiegel 2 (F i g. 6) durch den Sucherspiegel der Kamera ersetz! werden.In the case of a single-lens reflex camera, the semitransparent mirror 2 used for measuring the light can be used Replace (Fig. 6) with the camera's viewfinder mirror! will.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patentansprüche:Patent claims:

I. 'Vorrichtung zur selbsttätigen Schärfeeinstellung (Autofokussierung) eines optischen Sy- StCmS₁ bei der in der Bildebene oder einer äquivalenten Ebene ein fotoelektronisches Bauelement angeordnet ist, dessen Ausgangssignal von der bei der Verstellung des optischen Systems auftretenden Änderung des Bildkontrastes abhängig ist und das zur Messung und/oder Steuerung der Schärfeneinstellung dient, dadurch gekennzeichnet, daß in den zu dem fotoelektronischen Bauelement (7) führenden bildseitigen Strahlengang des optischen Systems (IJ ein als optischer Bandpaß wirkendes zweidimensionales Beugungsgitter (6) eingefügt ist, durch aas die Abhängigkeit zwkchen der Änderung des Bildkontrastes und der Verstellung des optischen Systems (1) erhöht ist.I. 'Device for automatic sharpness adjustment (autofocusing) of an optical Sy- StCmS ₁ in which a photoelectronic component is arranged in the image plane or an equivalent plane, the output signal of which is dependent on the change in image contrast occurring during the adjustment of the optical system and that for The focus setting is measured and / or controlled, characterized in that a two-dimensional diffraction grating (6) acting as an optical bandpass is inserted into the image-side beam path of the optical system (IJ) leading to the photoelectronic component (7), through which the dependency between the change the image contrast and the adjustment of the optical system (1) is increased.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a servo control for focusing is provided, the means (11, 12) for periodically changing the optical paths between the two-dimensional diffraction grating (6) and the image plane of the optical system as well a phase detector (9) for phase discrimination from the from the optical system generated image comprises derived electrical signal and that the output signal of the phase detector (9) forms the control signal for the servo control.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that one of an oscillator circuit (10) controlled oscillating device (11, 12) for periodically changing the position of one at the location the image plane arranged photoelectronic component (7) is provided.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the oscillator circuit (10) the Provides reference signal for the phase detector (9).

5. The device according to claim 1, characterized in that a servo control is provided for focusing, which comprises two memory circuits (21, 22) in which alternately and successively instantaneous values (S ₁ , s,: Fig. 10) of the from the Optical system generated image derived electrical signal can be stored and that the difference in the output voltages (. * ,. s ₂ ) of these storage circuits forms the control signal (s, -. s,) for the servo control.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the output terminals of the memory circuits (21, 22) are connected to a differential amplifier (23) whose output voltage serves to drive a servomotor (Ϊ4) to move the optical system (1).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that a pulse oscillator (19) is provided, through whose output pulses (19 '. Fig. 10) the memory circuits (21, 22) and a circuit stage (24) for storing the output voltage (S ₁ -S ₁ ) of the differential amplifier (23) can be activated one after the other within a pulse cycle comprising three pulses (I, II. 111).

8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that means for shifting the two-dimensional diffraction grating (6) along the optical axis and thus for selecting the spatial frequency range of the image and for increasing the sensitivity of the contrast measurement and means (13) for measurement and display of the electrical signal derived from the image or of said control signal are provided for the servo control.

9. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the two-dimensional diffraction grating (6) is a phase grating.

10. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that that in the beam path of the optical system (1) a mirror! 2) for deflecting the image-side Beam path is inserted to a conjugate to the image plane plane, and that in this conjugate plane a photoelectroniscbes component (7) is arranged to measure the light intensity.

11. The device according to claim 10, characterized in that the mirror (2) is a semi-permanent fixed mirror is.

12 ". Device according to claim 10 thereby marked that the mirror (2) is the viewfinder mirror a single lens reflex camera.