DE2431860A1

DE2431860A1 - Fokussiersystem fuer optische geraete

Info

Publication number: DE2431860A1
Application number: DE2431860A
Authority: DE
Inventors: Norman L Stauffer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1975-01-30
Also published as: DE2431860C2; CA1007081A; US3875401A; JPS5039544A; US3875401B1; GB1447832A

Description

04-3858 Ge 2. Juli 1974

HONEYWELL INC.
7201 Fourth Avenue South Minneapolis, Minn., USA

Fokussiersystem für optische Geräte

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fokussiersystem für optische Geräte, insbesondere Kameras, mit einem das Bild eines Objektes in einer vorbestimmten Ebene abbildenden optischen Hauptsystem.

Es wurden bisher zahlreiche Anstrengungen unternommen, um eine Kamera, sei es eine Kamera für bewegte oder stillstehende Bilder mit Vorrichtungen auszustatten, welche es erlauben, die Brennweite im Hinblick auf das zu fotografierende Objekt automatisch einzustellen. Diese bekannten Vorrichtungen weisen teilweise Mittel zur Bestimmung des Kontrastes fokussierter oder nicht fokussierter Bilder auf. Andere bekannte Vorrichtungen messen den Winkel eines oder mehrerer Lichtstrahlen, welche von der Kamera zu dem aufzunehmenden Objekt ausgehen. Weiterhin ist es bekannt, die Frequenzkomponenten eines Bildes in Funktion der Brennweite zu analysieren. Schließlich ist es bekannt, mechanische oder elektromechanische Einrichtungen,so z.B. ein pendelbetätigtes System,zur Lösung der gestellten Aufgabe zu verwenden. Aus dem einen oder anderen Grund sind jedoch alle vorstehend genannten

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Vorrichtungen für den Gebrauch in relativ kleinen Handkameras als unbefriedigend anzusehen..

So ist es zum Beispiel in denjenigen Systemen,welche eine Kon- ' trastbestimmung der Bildkomponenten durchführen,erforderlich, daß das analysierte Bild zusammen mit dem aufzunehmenden Bild exakt und synchron fokussiert ist. Wenn ein Hilfslinsensystem benutzt wird, um das zu analysierende Bild zu erzeugen, so muß dieses Linsensystem genau an die Brennweitencharakteristik des Hauptlinsensystems angepaßt sein. Das gleiche gilt für Systeme, welche die·Frequenzkomponenten des zu analysierenden Bildes bestimmen. Diejenigen Einrichtungen, welche einen oder mehrere zu dem aufzunehmenden Objekt verlaufende Lichtstrahlen benutzen und diejenigen Einrichtungen, die von einem Pendel Gebrauch machen, um die automatische Fokussierung zu.bewirken, erfordern aufwendige mechanische Verbindungen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Aufbau und Wirkungsweise eines Fokussiersystems der eingangs genannten Art gegenüber den bekannten System zu verbessern. Die Losung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.■

Anhand eines in den Figuren der anliegenden Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines automatischen Fokussiersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Figuren 2A bis 2C eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente gemäß Figur 1 mit der Objektivlinse in der fokussierten Stellung,

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Figuren 3A bis 3C eine schematische Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente . gemäß Figur 1 mit der Objektivlinse in einer ersten nicht fokussierten Stellung,

Figuren 4A bis 4C eine schemtatische Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente gemäß Figur 1 mit der Objektivlinse in einer zweiten nicht fokussierten Stellung,

•Figuren 5A bis 5C eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung mit den auf den lichtempfindlichen Elementen der Empfangseinrichtung erscheinenden Bildern für zwei nicht fokussierte Stellungen der Objektivlinse,

Figur 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung, Figur 7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, Figur 8 eine schematisch'e Darstellung eines fünften Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, Figur 9 die Darstellung eines Teiles der Vorrichtung gemäß Figur 8 und

Figur 10 die schematische Darstellung eines Modifikation eines Teiles der Vorrichtung gemäß Figur 8.

Gemäß Figur 1 gehen drei Lichtstrahlen 1,3 und 5 von einem Punkt 7 eines zu fokussierenden Objektes 9 aus. In dem dargestellten Beispiel besteht das Objekt 9 aus einem Quadrat, welches durch eine horizontale Linie 11 unterteilt ist, wobei der oberhalb der Linie 11 liegende Teil des Quadrates unschraffiert und der unterhalb der Linie 11 liegende Teil des Quadrates schraffiert ist. Das Strahlenbündel, bestehend aus den Licht-' strahlen 1,3 und 5 trifft auf eine Kennzeichpungseinrichturig auf. Die Kennzeichnungseinrichtung 13 besteht im vorliegenden Beispiel aus einer scheibenförmigen Maske aus polarisierendem Material. Die Kennzeichnungseinrichtung 13 ist horizontal in zwei Teile aufgeteilt, wobei der obere Teil in einer ersten

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Richtung P1 und der untere Teil in einer zweiten Richtung P 2 polarisiert. Gemäß Figur 1 ist der besseren Übersicht wegen die Kennzeichnungseinrichtung 13 als ein von einer Linse 14 getrennter Teil dargestellt. Vorteilhafterweise sind jedoch die Kennzeichnungseinrichtung 13 und die Linse 14 miteinander verbunden, um eine einzige bewegliche Einrichtung 16 zu bilden. Die Linse 14 sammelt die Lichtstrahlen 1,3 und 5, nachdem sie durch die Kennzeichnungseinrichtung 13 polarisiert wurden, so daß, falls sich die Linse 14 in einer geeigneten Fokussierstellung befindet, die Lichtstrahlen 1,3 und 5 in einer vorbestimmten Ebene ein fokussiertes Bild des Punktes 7 bilden. Die Lichtstrahlen 1, 3 und 5 werden durch die Linse 14 auf eine Empfangseinrichtung geworfen. Die Empfangseinrichtung 15 weist eine erste Lichtfühleranordnung 17 und eine zweite Lichtfühleranordnung 19 auf. Die erste Lichtfühlerariordnung 17 weist im vorliegenden Beispiel vier lichtempfindliche Elemente 21,23,25 und 27 auf, welche in einer horizontalen Eböne angeordnet sind, wobei diese Horizontalebene senkrecht zu der Ebene der Linse 14 steht. Die zweite Lichtfühleranordnung 19 weist in gleicher Weise vier lichtempfindliche Elemente 29,31,33 und 35 auf, welche in einer Ebene parallel zu der Ebene der Linse 14 angeordnet sind. Eine Polarisationsmaske 37 ist vor den lichtempfindlichen Elementen 21,23, 25 und 27 angeordnet und erlaubt jeweils nur dem in der ersten Richtung P1 polarisierten Licht den Durchtritt zu den genannten lichtempfindlichen Elementen der ersten Lichtfühleranordnung 17. In gleicher Weise ist eine Polarisationsmaske 39 den lichtempfindlichen Elemnten 29,31,33 und 35 der zweiten Lichtfühleranordnung 19 vorgeschaltet, um nur dem in der zweiten Richtung P2 polarisierten Licht den Durchtritt zu der zweiten Lichtfühleranordnung 19 zu gestatten. Die Empfangseinrichtung 15 weist ferner einen halbdurchlässigen Spiegel 41 auf, der diagonal zwischen den beiden Lichtfühleranordnungen 17 und 19 angeordnet ist. Der halbdurchlässige Spiegel 41 ist in der Winkelhalbierungsebene zwischen den beiden rechtwinklig aneinanderstoßenden Lichtfühleranorndungen 17 und 19 angeordnet.- Jedes lichtempfindliche

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Element ist über eine gemeinsame Verbindungsleitung 43 an Masse gelegt. Ausgangssignale B1 bis B4 der lichtempfindlichen EIe- ■ mente 21,23,25 und 27 der ersten Lichtfühleranordnung 17 werden einer Signalverarbextungseinrichtung 45 aufgeschaltet. In gleicher Weise werden Ausgangssignale A1 bis A4 der lichtempfindlichen Elemente 29,31,33 und 35 der zweiten Lichtfühleranordnung 19 der Signalverarbeitungseinrichtung 45 zugeführt. Jedem lichtempfindlichen Element 21,23,25 und 27 der ersten Lichtfühleranordnung 17 ist ein entsprechendes lichtempfindliches Element 29, 31,33 und 35 der zweiten Lichtfühleranordnung 19 zugeordnet. Die Signalverarbextungseinrichtung 45 weist vier Differenzverstärker 47,49,51 und 53 auf. Jedem der vier Differenzverstärker 47,49,51 und 53 werden Signale eines Paares zugeordneter lichtempfindlicher Elemente der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung 17 bzw. 19 zugeführt, um in Abhängigkeit der bestehenden Differenz ein Signal zu erzeugen. Die Ausgänge der Differenzverstärker 47,49, 51 und 53 sind mit den Eingängen von absolutwertbildenden Netzwerken 55,57,59 und 61 verbunden. Die Ausgänge der absolutwertbildenden Netzwerke sind in einem Summenpunkt 63 vereinigt, an welchem ein Ausgangssignal der Signalverarbextungseinrichtung 45 erscheint, welches von dem Grad der Gleichheit der auf der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung 17 bzw. 19 abgebildeten Bilder abhängt. Der Summenpunkt 63 ist über eine Verbindungsleitung 6 5 mit einer Detektorschaltung 67 verbunden. Die Detektorschaltung 67 stellt fest, wann sich die Linse 14 in der fokussierten Stellung befindet und erzeugt ein Ausgangssignal, welches von dieser Stellung abhängig ist. Das Ausgangssignal wird über eine Verbindungsleitung 69 einer Steuerschaltung 71 aufgeschaltet. Die Steuerschaltung 71 ist in der Lage, die bewegliche Einrichtung zu bewegen, welche die Linse 14 und die Polarisationsmaske 13 aufweist. Diese Bewegung kann in Vorwärtsrichtung F in Richtung auf das zu fokussierende Objekt 9 und in Rückwärtsrichtung R in Richtung nach der Empfangseinrichtung 15 erfolgen. Die Steuerschaltung 71 ist weiterhin in der Lage, die Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 zu beenden, wenn die bewegliche Einrichtung 16 sich in der geeigneten Fokussierstellung befindet, was

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durch die Empfangseinrichtung 15 in Zusammenarbeit mit der Signalverarbeitungseinrichtung 45 und der Detektorschaltung 67 festgestellt wird.

Die Figuren 2A, 3A und 4A zeigen eine Seitenansicht der Empfangseinrichtung 15 und der beweglichen Einrichtung 16, wobei die bewegliche Einrichtung 16 verschiedene relative Stellungen im Hinblick auf die Empfangseinrichtung 15 einnimmt. Die Figuren 2B, 3B und 4B zeigen die auf dem lichtempfindlichen Element 21 für diese drei verschiedenen Stellungen erscheinenden Bilder und die Figuren 2C, 3C und 4C zeigen die auf dem lichtempfindlichen Element 29 für die drei verschiedenen Stellungen der beweglichen Einrichtung 16 erscheinenden Bilder. In den Figuren 2A, 3A und 4A wird das von dem schraffierten Bereich des Objektes 9 kommende Licht durch auf der linken Seite, des Objektes 9 eingezeichnete Striche gekennzeichnet, während das von dem nicht schraffierten Bereich kommende Licht des Objektes 9 durch auf dessen linker Seite eingezeichnete Punkte gekennzeichnet ist. Diese Kennzeichnung erlaubt eine bessereVerfolgung des von dem Objekt 9 ausgehenden und über die bewegliche Einrichtung 16 auf die erste und zweite Lichtfühleranordnung der Empfangseinrichtung 15 geworfenen Lichts. In Figur 2A befindet sich die bewegliche Einrichtung 16 in der Fokussierstellung. Die Lichtstrahlen 1,3 und 5, die von dem Punkt 7 des Objektes 9 ausgehen, werden in ersten und zweiten Richtungen P1 bzw. P2 polarisiert, wenn sie die bewegliche Einrichtung 16 durchqueren. Nach Durchtritt der beweglichen Einrichtung 16 konvergieren die Lichtstrahlen 1,3 und 5 und treffen auf den halbdurchlässigen Spiegel 41 auf. Der halbdurchlässige Spiegel 41 reflektiert die Lichtstrahlen 1R, 3R und 5R in Richtung auf die Polarisationsmaske 37. Andererseits erlaubt der halbdurchlässige Spiegel 41 den Lichtstrahlen 1T, 3T und 5T den Durchtritt in Richtung auf die Polarisationsmaske 39. In den Figuren 2A, 3A und .4A sind aus Gründen der besseren Darstellbarkeit die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 von den zugeordneten Polarisationsmasken 37 und 39 entfernt angeordnet. Tatsächlich sind jedoch die Polarisationsmasken 37 und 39 so dünn, daß

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die lichtempfindlichen Elemente, welche in unmittelbarer Nähe der Masken angeordnet sind, im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Polarisationsmasken 37 und 39 liegen. Die reflektierten Strahlen 1R, 3R und 5R konvergieren und bilden ein fokussiertes Bild des Punktes 7 auf der Maske 37. Die hindurchgehenden Strahlen 1T, 3T und 5T konvergieren und bilden eine fokussiertes Bild des Punktes 7 auf der Maske 39. Da die Maske 37 in der ersten Richtung P1 polarisierend wirkt, erlaubt sie nur denjenigen Licht, welches in dieser ersten Richtung P1 polarisiert ist, den Durchgang und dementsprechend einen Empfang durch das lichtempfindliche Element 21. Da nur das Licht zwischen den Strahlen 1R und 3R in der ersten Richtung P1 polarisiert ist, fällt lediglich das zwischen den Strahlen 1R und 3R liegende Licht auf das lichtempfindliche Element 21. Das zwischen den Strahlen 3R und 5R liegende Licht wird durch die Polarisationsmaske 37 zurückgehalten, da dieses Licht in der zweiten Richtung P2 polarisiert ist. Da der durch das Zentrum der Linse verlaufende Lichtstrahl durch die Linse nicht verändert wird, die Linse aber ansonsten das Bild umkehrt, wird verständlich, daß das von dem schraffierten unteren Teil des Objektes 9 kommende Licht auf die rechte Seite des lichtempfindlichen Elementes 21 gemäß Figur 2A fällt, was durch die gestrichelten Linien zwischen der Polarisationsmaske 37 und dem lichtempfindlichen Element 21 angedeutet ist. Entsprechend fällt das von der nicht schraffierten oberen Hälfte des Objektes 9 kommende Licht auf die linke Hälfte des lichtempfindlichen Elementes 21, was durch Punkte zwischen dem lichtempfindlichen Element 21 und der Polarisationsmaske 37 angedeutet ist. Demgemäß erscheint das auf das lichtempfindliche Element 21 projizierte Bild, wenn man es von dem Spiegel 41 aus betrach- " tet,gemäß Figur 2B in seinem unteren Teil schraffiert und in seinem oberen Teil unschraffiert.

Da die Polarisationsmaske 39 in der zweiten Polarisationsrichtung P2 polarisierend wirkt, erlaubt sie nur dem in der zweiten Richtung polarisierten Licht den Durchtritt, d.h. es gelangen nur die Lichtstrahlen zwischen den Strahlen 3T und 5T durch die

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Polarisationsmaske 39 auf das lichtempfindliche Element 29. Das Licht zwischen den Lichtstrahlen 1T und 3T wird, da es in der ersten Richtung P1 polarisiert ist, von der Polarisatxonsmaske 39 am Durchtritt gehindert. Die Lichtstrahlen 3T und 5T konvergieren auf der Polarisationsmaske 39 und bilden eine fokussiertes Bild des Punktes 7. Das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht wird auf die untere Hälfte des lichtempfindlichen Elements 29 geworfen, während das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf den oberen Teil des lichtempfindlichen Elements 29 geworfen wird. Diese Lichtverteilung auf dem lichtempfindlichen Element 29 wird durch Punkte und Striche zwischen den lichtempfindlichen Elementen 29 und der Polarisationsmaske 39 angedeutet. Das Bild auf dem lichtempfindlichen Element 29, wie man es von dem Spiegel 41 aus sieht, ist in Figur 2C dargestellt. Die obere Hälfte ist schraffiert und die untere Hälfte ist unschraffiert. Es sei hier in Zusammenhang, mit Figur 2A vermerkt, daß in dem Fall, wo sich die bewegliche Einrichtung 16 in der fokussierenden Stellung befindet, die Beträge des auf die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 fallenden Lichtes gleich sind. Unter der Voraussetzung, daß die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 Signale erzeugen, welche den Beträgen des auf sie fallenden Lichtes proportional sind, ergeben sich im wesentlichen gleiche Signale und die aus den beiden Signalen gebildete Differenz wird zu Null.

Gemäß Figur 3A ist die bewegliche Einrichtung 16 in einer aus der Fokussierstellung gemäß Figur 2A in Richtung auf die Empfangseinrichtung 15 verschobenen Stellung dargestellt. Die Polarisationsmaske 37, welche in der ersten Polarisationsrichtung P1 polarisierend wirkt, erlaubt lediglich Licht, welches in der ersten Polarisationsrichtung P1 polarisiert ist, d.h. dem Licht zwischen den Lichtstrahlen 1R und 3R den Durchtritt und Auffall auf das lichtempfindliche Element 21. Demgemäß erscheint das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 kommende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 rechts - von dem Lichtstrahl 3R, während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9

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koinmende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 links von dem Lichtstrahl 1R erscheint. Da sich die bewegliche Einrichtung 16 nicht in der Fokussierstellung befindet, treffen sich die Lichtstrahlen 1R und 3R nicht auf dem lichtempfindlichen Element 21 und es bildet sich eine Grauzone, in der ein helles und ein dunkles Gebiet überlappt. Die hellen, dunkel und grauen Zonen sind durch Punkte, Striche und überlappende Punkte und

en Striche angedeutet, wobei diese Markierung /wiederum zwischen dem lichtempfindlichen Element 21 und der Polarisationsmaske 37 in Figur 3A angebracht sind. Das Bild auf dem lichtempfindlichen Element 21, wie es sich von dem Spiegel 41 aus betrachtet ergibt, ist in Figur 3B dargestellt. Wenn die bewegliche Einrichtung 16 in Richtung auf die Empfangseinrichtung 15, d.h. in Rückwärtsrichtung R bewegt wird, vergrößert sich die Grauzone, welche infolge der Überlappung der Hell- und Dunkelzonen auf dem lichtempfindlichen Element 21 entsteht. Dieser Sachverhalt ist in Figur 3B dargestellt. Entsprechend erlaubtdie Polarisationsmaske 39 lediglich dem in der zweiten Polarisationsrichtung P2 polarisierten- Licht den Durchtritt und Auffall auf das lichtempfindliche Element 29. Dementsprechend fällt nur das zwischen den Lichtstrahlen 3T und 5T liegende Licht auf das lichtempfindliche Element 29. Das von der schraffierten Zone des Objektes 9 herrührende Licht trifft oberhalb des Lichtstrahles 5T in Figur 3A auf die Polarisationsmaske 39. Die von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehenden Lichtstrahlen treffen unterhalb des Lichtstrahles 3T auf die Polarisationsmaske 39. Die auf dem lichtempfindlichen Element 29 erscheinende Lichtverteilung ist wiederum durch Striche und Punkte zwischen der Polarisationsmaske 39 und dem lichtempfliehen Element 29 angedeutet. Wie dies bereits bei dem reflektierten Licht der Fall war, bewirken auch die durch den Spiegel 41 hindurchtretenden Lichtstrahlen die Erzeugung einer Grauzone zwischen den Strahlen 3T und 5T, wie dies in Figur 3C dargestellt ist. Wenn die bewegliche Einrichtung 16 immer näher an die Empfangseinrichtung 15 heranbewegt wird, nimmt die Grauzone ein immer größer werdendes Gebiet des unschraffierten Bildteiles auf dem lichtempfindlichen Element 29

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ein. Somit ergibt sich bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in Rückwärtsrichtung R daß das auf dem lichtempfindlichen-Element 21 erscheinende Bild immer heller und das auf dem lichtempfindlichen Element 29 erscheinende Bild immer dunkler wird. Die Differenz zwischen den durch die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 erzeugten Signalenwird dementsprechend größer, wenn die bewegliche Einrichtung 16 die die Linse 14 aufweist, von der fokussierenden Stellung in Rückwärtsrichtung R be-¹wegt wird.

Gemäß Figur 4A durchtritt lediglich das zwischen den Lichtstrahlen 1R und 3R liegende Licht die Polarisationsmaske 37 und fällt auf das lichtempfindliche Element 21. Das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht erscheint auf dem lichtempfindlichen Element 21 rechts von dem Lichtstrahl 1R, während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 links von dem Lichtstrahl 3R erscheint. In gleicher Weise erscheint das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 29 oberhalb des Lichtstrahles 3T_f während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 29 unterhalb des Lichtstrahles 5T erscheint. Wie dies bereits in Figur 3A der Fall war, ergibt sich auch in Figur 4A eine Grauzone, in welcher sich helle und dunkle Zonen auf den lichtempfindlichen Elementen 21 und 29 überlappen. Diese Grauzonen vergrößern sich, wie in Figur 4B und AC dargestellt, wenn sich die bewegliche Einrichtung 16 aus der fokussierenden Stellung in Vorwärtsrichtung F bewegt. Bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in Vorwärtsrichtung F nimmt die auf dem lichtempfindlichen Element 21 erscheinende Gesamtlichtmenge ab, während die auf das lichtempfindliche Element 29 fallende Gesamtlichtmenge zunimmt. Demgemäß vergrößert sich die aus den Signalen B1 und A1 der lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 gebildete Differenz, wenn die bewegliche Einrichtung 16 aus der fokussierenden Stellung in Richtung F gegen das abzubildende Objekt bewegt wird.

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Aus vorstehendem Sachverhalt geht klar hervor, daß die Differenz zwischen den Signalen zugeordneter lichtempfindlicher Elemente der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung ein Minimum wird, wenn die bewegliche Einrichtung 16 ihre fokussierende Stellung einnimmt. Gemäß Figur 1 werden die Absolutwerte entsprechender Differenzsignale zugeordneter lichtempfindlicher Elemente in dem Summenpunkt 63 aufsummiert und' durch den Minimumdetektor 67 erfaßt. Wenn der Minimumdetektor 67 ein Minimumsignal feststellt, wird über die Leitung 69 der Steuereinheit 71 ein Steuersignal aufgeprägt, welches die Beendigung der Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in seiner fokussierten Stellung bewirkt.

Gemäß Figur 5A weist ein abzubildendes Objekt 73 einen nicht schraffierten und einen schraffierten Teil auf, welche beiden Teile durch eine vertikale Linie 75 voneinander getrennt sind. Das von dem Objekt 73 ausgehende Licht durchläuft eine Kennzeichnungseinrichtung 77 und eine Linse 79, welche* zusammen eine bewegliche Einrichtung 78 bilden und fällt anschließend auf eine Empfangseinrichtung 81. Die Empfangseinrichtung 81 gemäß Figur 5A besitzt einen einfacheren Aufbau als die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Empfangseinrichtung und kann in solchen Fällen benutzt werden, wo nur kleine oder gar keine vertikalen Lichtdifferenzen in dem abzubildenden Objekt zu erwarten sind. Die Kennzeichnungseinrichtung 77 ist vertikal unterteilt, wobei die eine Hälfte das Licht in einer ersten Richtung P1 und die andere Hälfte das Licht in einer zweiten Richtung P 2 polarisiert. Die Empfangseinrichtung 81 ist horizontal aufgeteilt, wobei der obere Teil der Empfangseinrichtung 81 mit einer Polarisationsmaske 91 und der untere Teil der Empfangseinrichtung mit einer Polarisationsmaske 93 überdeckt ist. Die Polarisationsmaske 91 läßt nur Licht hindurch, welches in der ersten Richtung P1 polarisiert ist, während die Polarisationsmaske 93 nur Licht hindurchläßt, welches in der zweiten Richtung P2 polarisiert ist. Der obere Teil der Empfangseinrichtung 81 weist eine erste Licht-* fühleranordnung 82 auf, welche lichtempfindliche Elemente 83,85, 87 und 89 umfaßt. Entsprechend weißt die zweite Lichtfühleranordnung 84 vier lichtempfindliche Elemente 95,97,99 und 101 auf,

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welche gegenüber den zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten Lichtfühleranordnung 82 vertikal versetzt sind. Die Polarisationsmasken 91 und 93 sind zwischen der beweglichen Einrichtung 78 und den beiden Lichtfühleranordnungen 82 und angeordnet. Alle lichtempfindlichen Elemente sind über eine Leitung 103 gemeinsam an Masse gelegt und jedes lichtempfindliche Element erzeugt ein ihm zugeordnetes Ausgangssignal, welches dem auf das lichtempfindliche Element fallenden Licht proportional ist. Diese Ausgangssignale können an die Signalverarbeitungseinrichtung 45 gemäß Figur 1 angeschlossen werden.

Wenn die bewegliche Einrichtung 78 in Rückwärtsrichtung R aus der fokussierenden Stellung herausbewegt wird, so erscheint das Bild der Vertikallinie 75 des Objektes 73 versetzt auf der Empfangseinrichtung 81, wie dies in Figur 5 B dargestellt ist. Wenn die bewegliche Einrichtung 78 in Rückwärtsrichtung R bewegt wird, bildet sich eine Grauzone 86 auf der ersten Lichtfühleranordnung 82, welche immer mehr die zuvor unschraffierte Zone der ersten Lichtfühleranordnung 82 überdeckt, während eine Grauzone 88 auf der zweiten Lichtfühleranordnung 84 sich in die zuvor schraffierte Zone der zweiten Lichtfühleranordnung 84 erstreckt, wie dies durch die Pfeile in Figur 5B angedeutet ist. Umgekehrt ergibt sich bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 78 in Vorwärtsrichtung F eine Grauzone 90, welche sich in die zuvor schraffierte Zone der ersten Lichtfühleranordnung erstreckt, während eine Grauzone 92 sich in einer zuvor unschraffierten Zone der zweiten Lichtfühleranordnung 84 ausbreitet. Diese Verhältnisse sind aus Figur 5 C ersichtlich. Befindet sich die bewegliche Einrichtung 78 in der fokussierenden Stellung, so erscheint die vertikale Linie 75 des Objektes 73 ununterbrochen auf der Empfangseinrichtung 81 und es ergibt sich keine Differenz zwischen dem von zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung empfangenen Licht. Wird jedoch die bewegliche Einrichtung 78 aus der fokussierenden Stellung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung bewegt, so ergibt sich eine Differenz zwischen der von den beiden Lichtfühleranordnungen empfangenen Gesamtlichtmenge, wie dies aus den Figuren 5B und 5C ersichtlich ist. Besitzt.das aufzu-

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nehmende Objekt kleine oder gar keine vertikalen Lichtdifferenzen/ so verschwinden die Differenzsignale zwischen zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung, wenn sich die bewegliche Einrichtung 78 in ihrer fokussierenden Stellung befindet.

Figur 6 zeigt eine weitere Kennzeichnungseinrichtung für das Fokussiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Licht von einem aufzunehmenden Objekt 105 durchtritt eine Linse 107 und anschließend zwei Prismen 109 und 111. Jedes der beiden Prismen. 109 und 111 deckt eine Querschnittshälfte der Linse 107 ab, d.h. die Prismen 109 und 111 sind um einen halben Linsendurchmesser in der Zeichenebene gegeneinander versetzt angeordnet. Die Prismen 109 und 111 lenken das durch sie hindurchgehende Licht in Richtung auf eine weitere Linse 113 ab. Eine Empfangseinrichtung 115 empfängt das die Linse 113 durchtretende Licht. Die Empfangseinrichtung 115 kann in Form der Empfangseinrichtung 81 gemäß Figur 5 ausgebildet sein, was lediglich von der Natur des aufzunehmenden Objektes abhängt, wie zuvor erläutert wurde. Die Funktion der Einrichtung gemäß Figur 6 ist im wesentlichen die gleiche, wie die Funktion der in den Figuren 1 und 5 dargestellten Systeme,da jede Lichtfühleranordnung nur dasjenige Licht sieht, welches durch die eine Hälfte der Objektivlinse 107 hindurchtritt.

Gemäß Figur 7 tritt das von einem aufzunehmenden Objekt 117 ausgehende Licht durch eine Objektivlinse 119 hindurch und trifft auf zwei senkrecht zur Zeichenebene versetzte und nicht parallele Spiegel 121 und 123 auf. Die Spiegel 121 und 123 reflektieren jeweils eine Hälfte des die Linse 119 durchsetzenden Lichtes in verschiedenen Richtungen. Das in verschiedenen Richtungen reflektierte Licht durchtritt eine weitere Linse 125 und trifft auf eine Empfangseinrichtung 127. Die Empfangseinrichtung 127 kann wiederum die Form der Empfangseinrichtung 15 gemäß Figur 1 bzw. der Empfangseinrichtung 81 gemäß Figur 5 aufweisen. Wie dies bereits bei dem in Figur 6 dargestellten System der Fall war,

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sieht jede Lichtfühleranordnung der Empfangseinrichtung 127 wiederum das durch eine Hälfte der Objektivlinse 119 hindurchtretende Licht von dem aufzunehmenden Objekt.

Gemäß Figur 8 durchtritt die von einem Objekt 131 ausgehende Lichtstrahlung eine bewegliche Linse 133, welche die Lichtstrahlen auf einer undurchsichtigen Platte 137 mit einem Schlitz 135 vereinigt. Wenn sich die bewegliche Linse 133 in ihrer fokussierenden Stellung befindet, wird ein Bild des aufzunehmenden Objektes 131 auf der undurchsichtigen Platte 137 scharf abgebildet und ein Teil' der das Bild bildenden Lichtstrahlung tritt durch den Schlitz 135 hindurch, um durch eine weitere Linseneinrichtung 139 in erste μηα zweite vertikale versetzt angeordnete Bilder aufgelöst zu werden. Die vertikal versetzten Bilder treffen auf Lichtfühleranordnungen 141 und 143 einer Empfangseinrichtung 145 auf. Die Anordnung der ersten und zweiten Lichtfühler 141 und 143 gemäß Figur 8 gleicht derjenigen anhand von vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Anordnungen, mit der Ausnahme, daß nunmehr lichtempfindliche Widerstandselemente verwendet werden. Zuvor wurden lichtempfindliche Spannungsquellen verwendet. Die Schaltung der Signalverarbeitungseinrichtung hängt selbstverständlich von der Art des verwendeten lichtempfindlichen Elementes ab. Im vorliegenden Beispiel weist die erste Lichtfühleranordnung 141 vier lichtempfindliche Widerstandselemente 147,149,151 und 153 auf. Die zweite Lichtfühleranordnung 143 weist entsprechende lichtempfindliche Widerstandselemente 155,157,159 und 161 auf. Eine Schaltungschiene 163 bildet einen gemeinsamen Anschluß für eine erste Anschlußklemme eines jeden der lichtempfindlichen Widerstandselemente in der ersten Lichtfühleranordnung 141. Die Schaltungsschiene 163 ist an positives Bezugspotential +V angeschlossen. Eine zweite Schaltungsschiene bildet einen gemeinsamen Anschluß für eine erste Anschlußklemme eines jeden der lichtempfindlichen Widerstandselemente in der zweiten Lichtfühleranordnung 143. Die zweite Schaltungsschiene 165 ist an ein zweites Bezugspotential -V angeschlossen, welches den gleichen Wert aber- das umgekehrte Vorzeichen wie das erstgenannte Bezugspotential besitzt. Die

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zweiten Anschlußklemmen der lichtempfindlichen Widerstandselemente der ersten Lichtfühleranordnung 141 und der zweiten Lichtfühleranordnung 143 sind miteinander verbunden.

Die Linsenanordnung 139 weist erste und zweite Linsenabschnitte 140 und 142 auf, welche im vorliegenden Beispiel als Halblinsen ausgebildet sind. Die ersten und zweiten Linsenabschnitte 140 und 142 sind entlang einer gemeinsamen Zwischenfläche 144 verschoben, so daß ein Bild 146 des in dem Schlitz 135 erscheinenden Bildes auf die" erste Lichtfühleranordnung 141 durch den ersten Linsenabschnitt 140 geworfen wird, während ein zweites Bild 148 des in dem Schlitz 135 erscheinenden Bildes über den zweiten Linsenabschnitt 142 auf die zweite Lichtfühleranordnung 143 geworfen wird. Dieser Sachverhalt ist in Figur 9 dargestellt. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 167 erhält gemäß Figur 8 Differenzsignale D1, D2, D3 und D4 als Eingangssignale aufgeschaltet. Die D'ifferenzsignale D1 , D2, D3 und D4 werden an den Verbindungspunkten zweier zugeordneter fotoempfindlicher Elemente der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung 141 und 143 erzeugt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 167 ihrerseits erzeugt einibkussiersignal, welches einer Steuerschaltung 169 aufgeschaltet wird. Die Steuerschaltung 169 steuert die Bewegung der beweglichen Linse 133. Wenn die bewegliche Linse 133 sich in ihrer fokussierenden Stellung befindet, d.h. wenn die Bilder 146 und 148, welche auf die erste und zweite Lichtfühleranordnung 141 und 143 projiziert werden, im wesentlichen die gleiche Lichtverteilung aufweisen, so ergibt sich an dem Verbindungspunkt zweier zugeordneter lichtempfindlicher Widerstandselemente im wesentlichen die Spannung Null. Die Signalverarbeitungseinrichtung 167 umfaßt für jedes Eingangssignal ein absolutwertbildendes Netzwerk und die Ausgänge der absolutwertbildenden Netzwerke sind zu einem gemeinsamen Schaltungspunkt zusammengefaßt, an welchem das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 167 abgenommen werden kann. Wenn die Differenzsignale D1 bis D4 im wesentlichen Null sind, so befindet sich das Ausgangssignal der SignalVerarbeitungseinrichtung 167 auf einem

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minimalen Wert. Die Steuerschaltung 169 weist einen bekannten Schaltkreis auf, um diesen Minimalwert festzustellen und seinerseits die Bewegung der beweglichen Linse 133 in der fokussierenden Stellung zu beenden.

Figur 10 zeigt eine Linsenstruktur 171 zusammen mit einer hierzu senkrecht angeordneten undurchsichtigen Platte 174, welche Kombination anstelle der Linsenstruktur 139 gemäß Figur 8 treten kann. Bei der in Figur 10 dargestellten Kombination kann die durchsichtige Platte 137, welche den Schlitz 135 aufweist, entfallen, wodurch die ganze, die bewegliche Linse 133 durchsetzende Strahlung auf die Linsenstruktur 171 trifft und nicht nur die durch den Schlitz 135 gemäß Figur 8 hindurchgehende Strahlung. Die Linsenstruktur 171 weist wiederum zwei entlang einer gemeinsamen Zwischenfläche vertikal versetzt angeordneter Halblinsen auf. Der untere Teil einer .der beiden Halblinsen und der obere Teil der anderen der beiden Halblinsen sind jedoch mit einem lichtundurchlässigen Material 173 beschichtet, um den Lichtdurchgang durch diese Teile der Linsen zu verhindern. Die für den Lichtdurchgang tatsächlich verantwortlichen Linsenabschnitte der Linsenstruktur 171 werden daher durch die nicht bedeckten Linsenteile 175 und 177 der vertikal verschobenen Halblinsen gebildet. Die lichtundurchlässige Platte 174 ist zwischen der Linsenstruktur 171 und der Lichtempfangseinrichtung 145 angeordnet, um zu verhindern, daß das durch den Linsenteil 175 hindurchtretende Licht auf die zweite Lichtfühleranordnung 143 und das durch den Linsenteil 177 hindurchtretende Licht auf die erste Lichtfühleranordnung 141 fällt. Die Wirkungsweise der in Figur 10 dargestellten Vorrichtung entspricht der in Figur 8 dargestellten Vorrichtung, d.h. daß für den Fall, daß sich die bewegliche Linse 133 in ihrer fokussierenden Stellung befindet, das Ausgangsdifferenzsignal eines jeden Paares zugeordneter lichtempfindlicher Elemente der Lichtempfangseinrichtung 145 im wesentlichen' zu Null wird und damit die Bewegung der beweglichen Linse 133 beendet. Aufgrund der lichtundurchlässigen Platte 174 gemäß Figur 10 kann die den

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Schlitz 135 aufweisende lichtundurchlässige Platte 137 entfallen, welche in Figur 8 die Abmessungen der auf der Lichtempfangseinrichtung 145 erscheinenden Bilder bestimmt hat. Die lichtundurchlässige Platte 174 verhindert ein Übergreifen des ersten Bildes auf die zweite Lichtfühleranordnung bzw. des zweiten Bildes auf die erste Lichtfühleranordnung.

In einer praktischen Anwendungdes Fokussiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Bildwinkel des Fokussiersystems wesentlich kleiner als der Bildwinkel, der sich von einem licht-

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empfindlichen Film m einer Kamera ergibt, um auf diese Weise den besonderen, für die Fokussierung herangezogenen Bildbereich von dem verbleibenden zu fotografierenden Bildbereich zu unterscheiden. Der Bildwinkel für das Fokussiersystem kann durch den Sucher der Kamera angezeigt werden und kann beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 10 liegen. Die bewegliche Linse in dem Fokussiersys'tem ist selbstverständlich'mit der Hauptobjektivlinse der Kamera antriebsmäßig gekuppelt, so daß der Zustand der Fokussierung des Bildes auf der Lichtempfangseinrichtung zu je~ dem Zeitpunkt mit dem Zustand der Fokussierung des Bildes in der · Filmebene übereinstimmt.

Die vorliegende Erfindung vermeidet das Erfordernis einer Abtastbewegung zwischen dem aufzunehmenden Bild undder Meßeinrichtung. Die Verwendung einer Vielzahl einzelner lichtempfindlicher Elemente in jeder Empfangseinrichtung verbessert die Genauigkeit und

Reproduzierbarkeit des Fokussiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Gebrauch eines Strahlenteilers vor den lichtempfindlichen Elementen führt zu einem Fokussiersystem, welches unempfindlich im Hinblick auf die sich bei den bekannten Einrichtungen infolge nicht einheitlicher Lichtverteilungsmuster ergebenden Ungenauigkeiten ist.

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Claims

Patentansprüche

^,/Fokussiersystem für optische Geräte, insbesondere Kameras, mit einem das Bild eines Objektes in einer vorbestimmten Ebene abbildenden optischen Hauptsystem, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Hilfssystem vorgesehen ist, daß das optische Hilfssystem eine optische Vorrichtung (16;78;109,111;121,123;137,139;171) zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Bildes des- Objektes auf getrennt angeordneten Empfangseinrichtungen (17,19;82,84; 115/127;141,143) sowie eine im Strahlengang verschiebbare Linse(14;79;107,119;133) zur Fokussierung der beiden Bilder auf den Empfangseinrichtungen aufweist, daß das optische Hauptsystem mit der genannten Linse des Hilfssystems in Antriebsverbindung steht und daß die Signale der Empfangseinrichtung bis zum Verschwinden ihrer Differenz verschiebend auf die Linse des Hilfssystems und das optische Hauptsystem einwirken.
2. Fokussiersystem nach Anspruch 1,d adurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung ein in zwei unterschiedlich polarisierende Hälften aufgespaltenes Polarisationsfilter (13,77) und eine nachgeschaltete Linse (14, 79) aufweist.
3. Fokussiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (13) durch eine horizontale Trennlinie in zwei Hälften aufgespaltet ist.

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4. Fokussiersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (77) durch eine vertikale Trennlinie in zwei Hälften aufgespaltet ist.
5. Fokussiersystem nach Anspruch "!,dadurch gekennzeichnet, daß jede Empfangseinrichtung (17,19;82,84; 115;127;141,143) mehrere in einer Ebene angeordnete lichtempfindliche Elemente (21 bis 35;83 bis 89, 95 bis 101; 147 bis 161) aufweist.
6. Fokussiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung (139; 171) zwei entlang einer vertikalen Trennfläche verschobener⁷ Linsenhälften (140,142;175,177) aufweist.
7. Fokussiersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Linsenhälften (140,142) eine Schlitzblende (135,137) vorgeschaltet ist.
8. Fokussiersystem nach Anspruch 6,dadurch gekennr zeichnet, daß zwischen den beiden Linsenhälften (175, 177) und der Empfangseinrichtung (145) horizontal eine lichtundurchlässige Platte (174) angeordnet ist, daß der über der Platte (174) liegende Teil der einen Linsenhälfte (177) und der unter der Platte (174) liegende Teil der anderen Linsenhälfte (175) mit einer lichtundurchlässigen Schicht (173) beschichtet ist und der eine Teil (141) der Empfangseinrichtung (145) über der Platte (174) und der andere Teil (143) der Empfangseinrichtung (145) unter der Platte (174) liegt.
9. Fokussiersystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung zwei jeweils eine Linsenhälfte abdeckende, hintereinander und gegenläufig angeordnete Prismen(109,111) aufweist.
10. Fokussiersystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vorrichtung zwei jeweils

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eine Linsenhälfte abdeckende, hintereinander angeordnete und einen Winkel miteinander einschließende Spiegel (121,123) aufweist.
11. Fokussiersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (21 bis 35;83 bis 89, 95 bis 101, 147 bis 161) jeweils in Gruppen zu zwei getrennten Lichtfühleranordnungen (17,19;82,84;141,143) zusammengefaßt sind.
12. Fokussiersystem nach den Ansprüchen 4, 6, 7, 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfühler anordnungen^2,84;141,143) in einer Ebene vertikal versetzt angeordnet sind.
13. Fokussiersystem nach den Ansprüchen 3 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtfühleranordnungen (82,84) einen rechten Winkel miteinander einschließen und daß in der Winkelhalbierenden ein halbdurchlässiger Spiegel (41) angeordnet ist.
14. Fokussiersystem nach den Ansprüchen 3, 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß den Lichtfühleranordnungen (17,19;82,84) Polarisationsmasken (37,39;91,93) vorgeschaltet sind.
15. Fokussiersystem nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung (45) angeordnet ist, welche mehrere Differenzverstärker (47 bis 53), denen paarweise Signale (Al bis A4, B1 bis B4) von einander zugeordneten lichtempfindlichen Elementen (21 ,29;23,31;....) aufgeschaltet sind und nachgeschaltete, absolutwertbildende Netzwerke (55 bis 61) aufweist, daß die Ausgänge der absolutwertbildenden Netzwerke zusammengefaßt und auf einen Minimumdetektor (67) geführt sind, der über eine nachgeschaltete Steuerschaltung. (71) die Linse (14; 79; 107;119;133) des Hilfssystems antreibt.

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