DE2451352C3

DE2451352C3 - Vorrichtung zum Scharfeinstellen eines optischen Systems

Info

Publication number: DE2451352C3
Application number: DE2451352A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Aizawa; Kazuya Hosoe; Tokio Machida; Seiichi Yokohama Kanagawa Matsumoto; Hideo Tokio Yokota
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1973-10-29
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2451352A1; DE2451352B2; JPS5616408B2; JPS5073633A; US3984677A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scharfeinstellen eines optischen Systems gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Diese soll sich speziell für eine Kamera eignen.

Ein Verfahren zum Nachweis der Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes, das sich für die Durchführung einer Scharfeinstellung eines optischen _W) Instruments, wie beispielsweise einer Kamera usw., eignet, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind beispielsweise aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung 39-29120, der offengelegten japanischen Patentanmeldung 41-14500 der Anmel- (,-> derin, sowie der US-PS 35 62 785 und der entsprechenden DE-AS 11 73 327 sowie der entsprechenden offengelegten japanischen Patentanmeldung 4-49501

bekannt.

Die offengelegte japanische Patentanmeldung 39-29120 beschreibt eine Vorrichtung, welche von einer Charakteristik der nicht linearen Abhängigkeit des Widerstandswerts von der Beleuchtungsstärke Gebrauch macht, wie sie insbesondere bei fotoleitenden Substanzen, wie Cadmiumsulfid usw., auftritt Hierbei wird der Punkt der Scharfeinstellung eines optischen Systems durch Feststellung der Änderung von dem Widerstandswert ermittelt, wenn ein Bild des Objekts mittels einer Optik auf der fotoleitenden Substanz erzeugt wird.

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung 41-14500 ist eine Verbesserung gegenüber der in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 39-29120 beschriebenen Anordnung erreicht Hierbei wird eine Vorrichtung in Vorschlag gebracht, welche aus zwei fotoelektrischen Wandlerelementen besteht, bei denen die erwähnten fotoleitenden Substanzen, wie Cadmiumsulfid usw., an derartigen Lagen angebracht sind, daß sich diese vor- bzw. rückwärts einer vorgeschlagenen Brennebene eines optischen Systems befinden, wobei sie den Brennpunkt des optischen Systems sandwichartig umschließen. Die Scharfeinstellung des optischen Systems wird durch Ermittlung des Differenzausgangssignals der beiden Wandlerelemente erzeugt, das sich in Abhängigkeit von dem Grad der Scharfeinstellung des optischen Systems ändert da beide Wandlerelemente an eine Differenzschaltung angeschlossen sind.

In der US-PS 35 62 785 ist ein Verfahren beschrieben, das auf dem in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 39-29120 beschriebenen Prinzip aufbaut. Wenn ein Bild von einem Objekt mittels eines optischen Systems auf eine Bildebene von zwei fotoelektrischen Wandlerelernenten erzeugt wird, bei denen sich der Widerstandswert in nicht linearer Weise mit der Beleuchtungsstärke ändert. Eines der Wandlerelemente enthält hierbei ein deutliches Bild, währenddem das andere Wandlerelement ein diffuses bzw. zerstreutes Bild aufnimmt. Man ermittelt daher die Änderung in dem Widerstandswert der Elemente, welche von einer Änderung in der Lichtverteilung in den Bildebenen der Wandlerelemente hervorgerufen wird und auf die Änderung der Schärfe eine Bildes zurückgeht. Aufgrund des so erhaltenen Signals wird das optische System solange nachgestellt, bis das von beiden Wandlerelementen erhaltene elektrische Signal seinen Maximalwert erreicht. Durch diese Maßnahmen wird eine automatische Scharfeinstellungsvorrichtung für das optische System vorgeschlagen, welche das von den beiden Wandlerelementen erhaltene Signal verwendet.

Der oben erwähnte fotoelektrische Effekt, einer nicht linearen Charakteristik zwischen dem Widerstandswert und der Beleuchtungsstärke eines fotoelektrischen Wandlerelernents bedeutet die Erscheingung, daß die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Widerstandswert, eines fotoelektrischen Wandlerelements sich ändert d. h. ansteigt oder abfällt, wenn sich die Schärfe eines vom Objekt auf dem fotoelektrischen Wandlerelernent erzeugten Bildes ändert, insbesondere zunimmt. Diese Erscheinung beruht auf der Tatsache, daß bei einer Änderung der auf die Flächeneinheit der fotoleitenden Substanz auffallenden Lichtmenge, die mit einer Änderung der Schärfe des vom Objekt erzeugten Bildes einhergeht, insbesondere wenn die Schärfe ihr Maximum erreicht, bestimmte Änderungen in der Lichtverteilung an den einzelnen Punkten der fotoleitenden Substanz auftreten.

Die genannte Erscheinung beruht, mit anderen Worten ausgedrückt, auf dem Umstand, daß der Unterschied in der Lichtmenge zwischen den hellen Teilen und den dunklen Bereichen des vom Objekt erzeugten Bildes bei maximaler Schärfe ebenfalls -, maximal werden. Hierdurch entsteht ein großer Unterschied in der Widerstandswerten der einzelnen Bereiche der fotoleitenden Substanz. Bei den tatsächlich in der Praxis zu fotografierenden Objekten ist die Leuchtdichteverteilung zwischen dunklen und heilen ι« Bereichen 'xhr unregelmäßig. Auch der Unterschied zwischen der Leuchtdichte der hellen Bereiche und derjenigen der dunklen Bereiche, Kontrast ist nicht notwendigerweise groß. Es läßt sich daher kein ausreichender fotoelektrischer Effekt erhalten, wenn man lediglich ein Bild des Objekts in der Ebene eines fotoelektrischen Elements erzeugt, das einen bestimmten Bereich der fotoleitenden Substanz aufweist Der Nachweis der Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes mit hoher Genauigkeit wird daher als schwierig angesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Scharfeinstellen eines optischen Systems, mit bei beliebigem Muster des Objekts ein genauer Nachweis der Schärfe gelingt zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Hierbei ist sichergestellt, daß man selektiv zwei derartige voneinander verschiedene Charakteristiken mit einem Halb- jo leiterelement erhält, das einen fotoelektrischen Effekt zeigt, bei dem sich der Widerstands wert in nicht linearer Weise mit der Beleuchtungsstärke ändert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung anhand der j-, Zeichnung ersichtlich.

F i g. 1 zeigt schematisch den theoretischen Aufbau von zwei Ausführungsformen eines fotoelektrischen Wandlerelements für die erfindungsgemäße Vorrichtung, 4(1

F i g. 2 zeigt ein Diagramm von der Verteilung der Beleuchtungsstärke des von einem Objekt erzeugten Bildes auf einem fotoelektrischen Wandlerelement,

F i g. 3 zeigt Diagramme, in denen die Abhängigkeit des Widerstandswertes /?und der Beleuchtungsstärke E v> und die Abhängigkeit eines Fotostroms / und der Beleuchtungsstärke E für die Fälle γ> 1, γ= 1 und y< 1 dargestellt sind,

F i g. 4 zeigt eine schematische Darstellung von einer Ausführungsform, bei der eine Wechselstromspannungsquelle und ein Belastungswiderstand mit einem fotoelektrischen Wandlerelement verbunden sind,

F i g. 5 zeigt ein Beispiel von einer Nachweisschaltung für die Schärfe des von einem Objekt erzeugien Bildes, bei der das in Fig.4 dargestellte fotoelektrische Wandlerelement zur Verwendung kommt,

F i g. 6 zeigt ein zweites Beispiel von einer Nachweisschaltung für die Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes, bei der das in Fig.4 dargestellte, fotoelektrische Wandlerelement zur Anwendung bo kommt,

F i g. 7 zeigt ein Spannungsdiagramm von einem Ausgangssignal an je einem Punkt der Nachweisschaltungen für die Schärfe eines von dem Objekt erzeugten Bildes der F i g. 5 und 6, M

F i g. 8 zeigt schematisch die Anwesenheit von einem Nachweissystem für die Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes auf eine Kamere. bei welchem das in F i g. 4 dargestellte fotoelektrische Wandlerelement zur Anwendung kommt

F i g. 9 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung von konkreten Bauelementen einer Steuerschaltung 38 des in F i g. 8 dargestellten Systems,

Fi 2· 10 zeigt die zeitliche Änderung der Ausgangssignale von den Bauelementen 39, 40, 41, 42 und 43 der Steuerschaltung 38 von F i g. 9.

In den Fig. IA und IB sind schumatisch zwei theoretische Ausbildungsmöglichkeiten eines fotoelektrischen Wandlerelements dargestellt das sich zur Verwendung bei der erfindungsgeniäßen Vorrichtung eignet Fig. IA zeigt eine Ausbildung des Fotoelektrischen Wandlerelements, welche im folgenden als Wandlerelement der Serien- bzw. Reihenbauart bezeichnet wird. Dieses Wandlerelement enthält Elektroden 2 an den kürzeren Seiten eines Halbleiters 1. Der Halbleiter 1 ist derart ausgebildet, daß die Ausdehnung seiner kürzeren Seiten erheblich geringer ist als die Ausdehnung seiner längeren Seite. Die Elektroden 2 sind mit einer Spannungsquelle 3 über eine Leitung 4 verbunden. F i g. 1B zeigt die Ausbildung eines weiteren fotoelektrischen Wandlerelements, das im folgenden als Wandlerelement der Parallelbauart bezeichnet wird. Bei diesem Wandlerelement der Parallelbauart sind die Elektroden 2 an der längeren Seite des Halbleiters 1 angebracht, der die gleiche Gestalt hat wie der Halbleiter von F i g. 1A. Die Elektroden 2 sind mit einer Spannungsquelle 3 über eine Leitung 4 verbunden. In den Fig. IA und IB ist mit 5 ein Amperemeter bezeichnet, welches dazu dient, einen Fotostrom zu messen. 6 bezeichnet eine Grenzlinie zwischen einem hellen und einem dunklen Bereich eines vom Objekt mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Abbildungssystem auf dem fotoelektrischen Wandlerelement erzeugten Bildes.

Wenn wie im oben erwähnten Falle die kürzeren Seiten des Fotohalbleiters erheblich kürzer ausgebildet sind als die längeren Seiten, sei angenommen, daß die Grenzlinie 6 zwischen Hell und Dunkel in dem vom Objekt auf dem Fotohalbleiter erzeugten Bild eine extrem hohe Frequenz aufweist so daß sie wie in der Zeichnung dargestellt verläuft Man erhält, mit anderen Worten ausgedrückt, bei dem Wandlerelement der Serienbauart (Fig. IA) eine Grenzlinie 6 zwischen einem hellen und einem dunklen Bereich, die nahezu im rechten Winkel zu der Richtung des Fotostromes verläuft. Bei dem Wandlerelement der Parallelbauart (F i g. 1 B) verläuft die Grenzlinie 6 nahezu parallel zu dem Fotostrom.

Man erkennt aus den Fig. IA und IB, daß sich die Strukturen des Wandlerelements der Serienbauart und des Wandlerelements der Parallelbauart deutlich voneinader unterscheiden. Im folgenden sollen die Beziehungen näher erläutert werden, die zwischen der Änderung der elektrischen Eigenschaften der Wandlerelemente, insbesondere des Widerstandswerts oder des Fotostroms, und den Änderungen der Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes bestehen.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem der Verlauf der Beleuchtungsstärke in einem auf dem fotoelektrischen Wandlerelement erzeugten Bild eines Objekts wiedergegeben ist. Auf der Ordinate ist die Beleuchtungsstärke, auf der Abszisse die örtliche Verteilung derselben auf dem Wandlerelement aufgetragen. Der durchgehende Kurvenzug zeigt die Verteilung der Beleuchtungsstärke im Falle einer maximalen Schärfe, während der strichlierte Kurvenzug die Verteilung der Beleuchtungs-

stärke bei herabgesetzter Wahrnehmbarkeit wiedergibt.

Allgemein gesprochen lassen sich die elektrischen Eigenschaften eines Fotohalbleiters, insbesondere die Beziehung zwischen dem Widerstandswert R und der Beleuchtungsstärke E durch folgende Beziehung in befriedigender Weise wiedergeben:

R = KE~

(D

Hierin bedeuten K und y spezifische Konstanten für einen gegebenen Fotohalbleiter. Wenn daher an diesen Fotohalbleiter eine bestimmte Spannung angelegt wird, entsteht ein Fotostrom /, der durch die folgende Beziehung wiedergegeben wird:

= K'E^y

(2) wert maximal wird, d. h. daß der Fotostrom minima wird, wenn die Schärfe des von einem Objekt erzeugte Bildes maximal wird, und zwar unabhängig von dem Wert von y.

Im folgenden sollen entsprechende Überlegungen fü das Wandlerelement der Parallelbauart angestellt werden. In diesem Falle wird jedoch zur Vereinfachung der Betrachtung die Beziehung zwischen dem Fotostrom / und dem Widerstandswert E betrachtet. Wenn

ίο man die Abnahme des Fotostroms, welche bei eine Abnahme der Beleuchtungsstärke in dem Bereich AB auftritt, durch AId wiedergibt, während man di< Zunahme des Fotostroms, die bei einer Zunahme de Beleuchtungsstärke in dem Bereich AC auftritt, durch AIu wiedergibt, läßt sich aus der Formel (2) die folgend Beziehung erhalten:

Hierin bedeutet K' eine Konstante, die von den spezifischen Eigenschaften des Fotohalbleiters und der eingeprägten Spannung abhängt.

In den Fig.3A und 3B ist die Beziehung zwischen dem Widerstandswert R und der Beleuchtungsstärke E sowie die Beziehung zwischen dem Fotostrom /und der Beleuchtungsstärke E wiedergegeben, und zwar für die Fälle y> l,y= 1 undy<l.

Zunächst soll auf die speziellen Eigenschaften des in F i g. 1A dargestellten Wandlerelements der Serienbauart eingegangen werden. Es sei hierbei angenommen, daß die Verteilung der Beleuchtungsstärke im Bereich der Begrenzungslinie 6 zwischen Hell und Dunkel in der Bildebene des Wandlerelements sich entsprechend Fig. 2 von der durchgezogenen Linie A-A zu der strichlierten Linie B-C ändere. Dies bedeutet, daß die Beleuchtungsstärke des Bereiches A-B nahe der rechten Seite des Punktes A herabgesetzt wird, während die Beleuchtungsstärke des Bereiches AC nahe der linken Seite des Punktes A erhöht wird. Die Beleuchtungsstärke £3 kann als Mittelwert zwischen E₁ und Ei betrachtet werden. In Fig.3A ist die Beziehung zwischen diesen Änderungen der Beleuchtungsstärke und der lokalen Änderung des Widerstandswerts aufgetragen. Wenn die Strecken AB und AC sehr klein sind, kann man davon ausgehen, daß die Verminderung der Beleuchtungsstärke nahezu der Änderung der Beleuchtungsstärke von E\ nach Ei entspricht Des weiteren kann man davon ausgehen, daß die Zunahme der Beleuchtungsstärke in dem anderen Bereich der Änderung der Beleuchtungsstärke von Ei nach £3 entspricht Man kann daher, wie in Fig.3A dargestellt die auf die Änderungen der Beleuchtungsstärke zurückzuführende Zunahme des Widerstandswerts mit ARu für γ< 1 und die Abnahme des Widerstandswerts mit ARd bezeichnen. Bei zweimaliger Differentiation der Formel (1) ergibt sich folgende Beziehung:

-gj- Ky(y ₊l)

Aus dem Vorstehenden erhält man ersichtlicherweise jo die Beziehung ARd>ARU. Die algebraische Summe von den Änderungen der Widerstandswerte, die auf einer lokalen Änderung in der Beleuchtungsstärke beruht, wird somit negativ, so daß auch der Gesamtwiderstandswert des Fotohalbleiters 1 abnimmt und damit der Fotostrom zunimmt Dies gilt auch für die Fälle y= 1 und y>l. Man erkennt somit, daß für den Fall eines Wandlerelements der Serienbauart der WiderstandsMan erhält hieraus die folgenden Formeln fü γ < 1, γ = 1 und j' > 1:

d²/ „ d²/ „ d²/

dE²

d£²

Für den Fall γ< 1 erhält man AIu>Alo. Für den FaI γ = 1 erhält man AIu=AId- Für den Fall γ> 1 erhält man schließlich ΔΙ_υ<ΔΙο- Wenn y<l, wird daher de gesamte durch den Fotohalbleiter 1 fließende Foto strom minimal, d. h. der Widerstandswert wird maxima wenn die Schärfe des von einem Objekt erzeugter Bildes maximal ist Für den Fall γ= 1 wird der Fotostrorr und damit auch der Widerstandswert konstant, unc zwar unabhängig von der lokalen Änderung in de Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes. Fü y>l wird der Fotostrom maximal, d.h. der Wider standswert minimal, wenn die Schärfe des vom Objek erzeugten Bildes maximal ist

Es ist somit ersichtlich, daß für ein Wandlerelemen der Serienbauart und ein Wandlerelement der Parallel bauart mit y>l, welche beide einen nicht lineraren fotoelektrischen Effekt des Fotohalbleiters aufweisen die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Ände rung des Widerstandswerts, mit der Änderung de Schärfe des vom Objekt erzeugten Bildes umgekehr zueinander verlaufen. Wenn daher beispielsweise eii Bild des gleichen Objekts auf einem Wandlerelemen der Serienbauart und auf einem Wandlerelement de Parallelbauart erzeugt wird, die aus einem Halbleiter material bestehen, für das γ > 1 gilt erhält man be zunehmender Schärfe des auf beiden Wandlerelemen ten erzeugten Bildes eine Widerstandszunahme in den Wandlerelement der Serienbauart, jedoch eine Wider Standsabnahme in dem Wandlerelement der Parallel bauart Die Differenz der Widerstandswerte von beidei fotoelektrischen Wandlerelementen wird somit bemer kenswert groß. Die Nachweismöglichkeit wird hier durch im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Nachweh der Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes mittel: lediglich eines Wandlerelements von einer Bauar bestimmt wird, erheblich verbessert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt eii scharfer Nachweis der Schärfe eines vom Objek erzeugten Bildes durch Multiplikation der Nachweiswir kung, die man erhält, wenn man ein Wandlerelement de Serienbauart und ein Wandlerelement der Parallelbau art mit den zueinander entgegengesetzt verlaufendei Charakteristiken gemeinsam verwendet

F i g. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Wechselstromquelle und ein Belastungswiderstand mit einem fotoelektrischen Wandlerelement verbunden sind. In Fig.4 (a) bedeutet 7 einen Fotohalbleiter mit derartiger Gestalt, daß seine kürzeren Seiten eine extrem geringere Ausdehnung aufweisen als seine längeren Seiten. Zwei Dioden 10 sind mit ersten Elektroden 8 verbunden, die an beiden Enden des Fotohalbleiters angebracht sind und sich längs dessen kürzeren Seiten erstrecken. Desweiteren ist eine Anzahl von Dioden 11 vorgesehen, die mit einer Anzahl von zweiten Elektroden 9 verbunden ist. Die zweiten Elektroden 9 sind in diskreten Abständen an beiden Seiten des Fotohalbleiters in Längsrichtung desselben angebracht. Die genannten Dioden sind des weiteren mit einer Wechselspannungsquelle 12 von geeigneter Frequenz und einem Belastungswiderstand 13 verbunden. Bezüglich der Art der Zusammenschaltung wird insbesondere auf Fig.4a verwiesen. Die Wirkungsweise eines derartigen erfindungsgemäßen, fotoelektrischen Wandlerelements soll im folgenden erläutert werden. Wenn an dem Punkt »a« auf der einen Seite der Wechselspannungsquelle 12 gegenüber dem auf der anderen Seite gelegenen Punkt »fx< ein positives elektrisches Potential herrscht, fließt ein Strom entlang der Längsseite des Fotohalbleiters 7 durch die eine der Dioden 10 und die andere der Dioden 10 sowie durch den Belastungswiderstand 13. Der Punkt »a< des Ausgangs 14 erhält daher ein positives elektrisches Potential im Vergleich zu dem Punkt »tx<. Wenn im Gegensatz hierzu an dem Punkt »ix< ein positives elektrisches Potential im Vergleich zu Punkt »a« anliegt, fließt ein Strom durch den Belastungswiderstand 13, die auf der einen Seite des Fotohalbleiters 7 angebrachten Dioden 11 und die auf der anderen Seite desselben angebrachten Dioden 11, wobei der Punkt »Zx< bezüglich des Punktes »cx< an dem Ausgang 14 ein positives elektrisches Potential einnimmt. Es ist desweiteren ersichtlich, daß die Größe des in beiden Fällen fließenden Stroms, d. h. die Ausgangsspannung an dem Anschluß 14, von den elektrischen Eigenschaften des Fotohalbleiters abhängt, insbesondere von dessen Widerstandswert. Es muß nicht mehr erläutert werden, daß dann, wenn von den auf beiden Seiten der Wechselspannungsquelle 12 liegenden Punkten »a« und »Zx< der Punkt »a« ein positives elektrisches Potential gegenüber dem Punkt »ίκ< einnimmt, das fotoelektrische Wandlerelement als Wandlerelement der Serienbauart arbeitet, während im anderen Falle, wenn der Punkt »Zx< bezüglich des Punktes »a« ein positives elektrisches Potential einnimmt, das fotoelektrische Wandlerelement als Wandiereiernent der Paraüelbauari arbeitet Aus den vorstehenden Darlegungen zu F i g. 1 und F i g. 3 ergibt sich, daß bei einer Änderung der Beleuchtungsstärke auf dem Fotohalbleiter an dem Ausgang 14 ein Signal erhalten wird, das durch den in Fig.7(a) dargestellten Spannungsverlauf wiedergegeben wird. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Fall wird das elektrische Potential am Punkt »&< zu Null gemacht Das (+)-seitige Ausgangssignal entspricht einem Wandlerelement der Serienbauart, während das (—)-seitige Ausgangssignal einem Wandlerelement der Parallelbauart entspricht Selbstverständlich wird an der Stelle, an der das vom Objekt erzeugte Bild seine maximale Schärfe erhält, das (+)-seitige Ausgangssignal minimal, während der Absolutwert des (-)-seitigen Ausgangssignals maximal wird. Die Amplitude des Ausgangssignals nimmt mit einer zunehmenden Bildhelligkeit zu, welche mit einer Verschiebung des ein Bild auf dem Fotohalbleiter 7 erzeugenden optischen Systems einhergeht.

Fig.4(b) zeigt ein Beispiel von einer weiteren Schaltung, bei der entsprechende Elemente wie in dem Beispiel von Fig.4(a) verwendet werden. Da die Funktion und Wirkungsweise dieselbe ist wie in dem Beispiel von F i g. 4(a), kann auf eine weitere Erläuterung verzichtet werden, zumal die Einzelheiten der

ίο Schaltung deutlich aus Fig.4(b) ersichtlich sind. Die Funktion eines Wandlerelements der Serienbauart und eines Wandlerelements der Parallelbauart wird alternativ eingenommen, und zwar entsprechend der Änderung der Polarität des von der Wechselspannungsquelle 12 angelegten Stroms. Die an dem Ausgangsanschluß 14 abgegriffene Spannung wird von F i g. 7(a) wiedergegeben. Die schraffierten Bereiche T in den F i g. 4(a) und 4(b), welche durch eine Strichlierung begrenzt sind, stellen ein Filter dar. Dieses Filter besteht aus einer isolierenden Substanz, welche ein geeignetes Transmissionsvermögen aufweist. Die Filter können entsprechend dem jeweiligen Bedarf vorgesehen werden, wobei sie durch eine Aufdampfung bzw. andere Verfahren auf dem Halbleiterkörper gebildet werden können, oder indem man einen getrennten dünnen Film auf dem Halbleiter befestigt. Die Wirkungsweise und der Effekt der erwähnten Filter beruht auf dem Umstand, daß ein bemerkenswerter Widerstandsunterschied zwischen dem Fall entsteht, bei dem ein Strom längs der langen Seite des Fotohalbleiters fließt, d. h. bei dem der Fotohalbleiter als Wandlerelement der Serienbauart verwendet wird, und dem anderen Fall, bei dem ein Strom in einer Richtung längs der kürzeren Seite des Fotohalbleiters fließt, d.h. indem der Fotohalbleiter als Wandlerelement der Parallelbauart wirkt. Indem man die Beleuchtungsstärke in den strichlierten Bereichen 7', welche als Wandler der Parallelbauart wirken, gering macht, erhält man einen erhöhten Widerstand für den Wandler der Parallelbauart. Dies geschieht um den Unterschied in dem Widerstandswert zwischen den beiden Wandlerelementen herabzusetzen. Als Wandlerelement der Serienbauart wirken die Elemente mit Ausnahme der strichlierten Bereiche 7', da der Strom in diesen Bereichen über die Elektroden 9 verläuft

Durch die Wirkung dieser Filter läßt sich der Unterschied in den elektrischen Eigenschaften zwischen dem fotoelektrischen Wandlerelement in seiner Funktion als Wandlerelement der Serienbauart und in seiner

so Funktion als Wandlerelement der Pärallelbauart vermindern, welche nicht von der Schärfe des von einem )bjeki erzeugten Bildes herrühren, so daß man die Empfindlichkeit für den Nachweis der Schärfe erheblich steigern kann.

Die Fig.5 und 6 zeigen Beispiele von der Nachweisschaltung für die Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes, bei der das fotoelektrische Wandlerelement und F i g. 4 zur Anwendung kommt In diesen Zeichnungen bedeuten die durch die strichpunktierten Linien wiedergegebenen Kästchen Rs und Rp elektrische Äquivalentschaltungen für die Wirkungsweise des Elements als Wandlerelement der Serienbauart und als Wandlerelement der Parallelbauart Wenn an dem Punkt »«< ein positives elektrisches Potential anliegt,

erhält man an dem Ausgang 14 als Ausgangssignal einen Strom, der durch den Eingangswiderstand 15, eine Diode 17, einen Glättungskondensator 19 und einen Entladungswiderstand 21 fließt, und der in einem

Verstärker A über einen Widerstand 23 eingegeben wird. Wenn an dem Punkt »cx< ein negatives elektrisches Potential anliegt, d. h. entgegengesetzt zum vorstehend beschriebenen Falle, fließt als Ausgangssignal ein Strom durch einen Glättungskondensator 20, einen Entladungswiderstand 22, eine Diode 18 und einen Eingangswiderstand 16, wobei dieser Strom dem Verstärker A über dem Glättungskondensator 20, dem Entladungswiderstand 22 und einem Widerstand 24 zugeführt: wird. Der Verlauf des Ausgangssignals von dieser Schaltung, das an den Punkten »c/« und »e« abgegriffen wird, ist in den F i g. 7(b) und 7(c) dargestellt. Der Verstärker A, die Widerstände 23,24, 25 sowie der Widerstand 26 bilden als Ganzes einen zusätzlichen Verstärker. Das in den F i g. 7(b) und 7(c) dargestellte Ausgangssignal wird von einer Glättungsschaltung geglättet und man erhält schließlich durch Addition der beiden Ausgangssignale ein Ausgangssignal Eo, wie es von dem Kurvenverlauf in F i g. 7(d) wiedergegeben ist. Das Ausgangssignal wird daher an demjenigen Punkt minimal, an dem die Schärfe des vom Objekt erzeugten Bildes am größten ist. Indem man daher den Minimalwert des Ausgangssignal Eo mit einem im folgenden noch zu beschreibenden Verfahren bestimmt, gelingt es automatisch, eine Scharfeinstellung durchzuführen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel von einer Nachweisschaltung für die Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes. Während man die Differenz der Ausgangssignale von dem Wandlerelement der Serienbauart Rs und dem Wandlerelement der Parallelbauart Rp bei dem in F i g. 5 dargestellten Beispiel ermittelte, um damit die Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes festzustellen, erhält man eine größere Empfindlichkeit für die Wahrnehmbarkeit des vom Objekt erzeugten Bildes mittels der in F i g. 6 gezeigten Schaltung, in der das Verhältnis der beiden Ausgangssignale bestimmt wird. In dieser Zeichnung entsprechen die mit »d« und »e« bezeichneten Punkte den Punkten »cfa und »e« in der Schaltung von F i g. 5(a). An diese Punkte werden die Ausgangssignale des Wandlerelements nach F i g. 4 der Serienbauart und desjenigen der Parallelbauart angelegt. Das Ausgangssignal des Wandlerelements der Serienbauart, das an dem Punkt »cA< angelegt ist, erregt eine Leuchtdiode 45, welche einen Fotokoppler PC\ bildet, über einen Begrenzungswiderstand 44. Die von der Leuchtdiode 45 ausgehende Strahlung ändert den Widerstandswert eines Fotowiderstandselements 46, welche den Fotokoppler PC\ bildet, entsprechend dem Ausgangssignal des Wandlerelements der Serienbauart.

Aj bedeutet einen Verstärker, der mit Widerständen 47,48 und 49 verbunden ist, so daß ein Umkehrverstärker gebildet wird. Wenn das Ausgangssignal des Wandlerelements der Parallelbauart an den Punkt »«< angelegt wird, wird ein Ausgangssignal mit einem unterschiedlichen Code an einem Ausgangsanschluß des Umkehrverstärkers von diesem erzeugt, daß über einen Begrenzungswiderstand 50 einer Leuchtdiode 51 zugeführt wird, welche einen weiteren Fotokoppler PCi bildet Das von der Leuchtdiode 51 ausgehende Licht ändert den Widerstandswert eines Fotowiderstandes 52. Der Widerstandswert des Foiowiederstands 52 entspricht in diesem Falle natürlich dem Ausgangssignal des Wandlerelements der Parallelbauart Aus Obigem ist ersichtlich, daß Signale, welche den Ausgangssignalen des Wandlerelements der Serienbauart und des Wandlerelements der Parallelbauart entsprechen, an die Fotowiderstandselemente 46 und 52 gegeben wurden.

A2 bedeutet eine Verstärkerschaltung. In der Rückkopplungsschleife dieser Verstärkerschaltung A2 ist das Fotowiderstandselement 46 eingeschaltet, dem ein derartiges Signal zugeführt wird. Das Fotowiderstandselement 52 ist in dem Eingang der Verstärkerschaltung A2 angebracht. 53 bezeichnet eine Kompensationsschaltung.

Bei der oben erwähnten Schaltung entspricht in wohlbekannter Weise das Ausgangssignal Eo dem Verhältnis der Widerstandswerte zwischen dem Fotowiderstandselement 46 und dem Fotowiderstandselement 52. Wenn daher die Schärfe des von einem Objekt auf beiden Wandlerelementen erzeugten Bildes maximal wird, nimmt der Widerstandswert des Fotowiderstands 52 minimal wird.

Das Ausgangssignal Eo zeigt daher einen maximalen Wert. Wenn dieses Ausgangssignal Eo in Verbindung mit einer geeigneten Steuerschaltung verwendet wird, läßt sich ein Nachweis von dem Punkt, an dem man die größte Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes erhält, oder eine automatische Scharfeinstellung von einem fotografischen Objektiv durchführen.

Fig.8 zeigt in schematischer Darstellung eine automatische Scharfeinstellungsvorrichtung, bei der das in F i g. 4 dargestellte, fotoelektrische Wandlerelement zur Verwendung kommt. In Fig.8 bedeutet 27 ein Objektiv für den Nachweis der Schärfe eines Bildes. Das Objektiv 27 ist in einem Objektivtubus 28 gehaltert. Eine Zahnstange 30 ist auf einem Teil des Objetivtubus 28 an dessen äußerem Rand vorgesehen. Die Zahnstange 30 steht im Eingriff mit einem Schneckenrad, welches dazu dient, das Objektiv 27 nach vorwärts und rückwärts zu verschieben. Das Schneckenrad 29 wird von einem Motor 35 über eine Welle 34 angetrieben. Das Schneckenrad steht des weiteren in Eingriff mit einer Zahnstange 33, die an einem oberen äußeren Rand eines Objektivtubus 31 angebracht ist, so daß auch ein fotografisches Aufnahmeobjektiv 32, das von dem Objektivtubus 31 gehaltert ist, nach vorne und rückwärts, und zwar gleichzeitig mit dem Objektiv 27 verschoben werden kann. Das Objektiv 27 für den Nachweis der Schärfe und das Aufnahmeobjektiv 32 führen somit gleichzeitig nach vorwärts und rückwärts erfolgte Verschiebungen durch, wenn sich der Motor 35 nach vorwärts oder rückwärts dreht. Ein fotoelektrisches Wandlerelement 37 nach Fig.4 ist in dem Strahlengang des Objektivs 27 für den Nachweis der Schärfe, und zwar auf der Rückseite dieses Objektivs, angeordnet. Das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlerelements 37 wird einer Steuerschaltung 38 zugeführt Von der Steuerschaltung 38 wird ein Ausgangssignal, das der Schärfe eines vom Objekt erzeugten Bildes entspricht, dem Motor 35 zugeführt, so daß das Objektiv 27 für den Nachweis der Schärfe und das Aufnahmeobjektiv 32 nach vorwärts bzw. rückwärts bewegt und gemeinsam angehalten werden. Man erhält auf diese Weise eine automatische Scharfeinstellung der beiden Objektive, so daß automatisch die maximale Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes geliefert wird.

36 bezeichnet einen Film, der in der Brennebene des fotografischen Objektivs 32 angebracht ist Mit 45 ist ein öffnungs- und Schließteil eines Verschlusses bezeichnet der vor dem Film 36 angebracht ist 44 bezeichnet einen Auslöseknopf für die Kamera. Diese Teile sind jedoch nur schematisch angedeutet Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird aus der Zeichnung von einem Beispiel einer Steuerschaltung ersichtlich.

F i g. 9 zeigt die wesentlichen Bauelemente von einem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fall, daß das in Fig.8 dargestellte Nachweissystem für die Schärfe eines Bildes in einer Kamera eingebaut ist, so daß ein automatisches Scharfeinstellungssystem entsteht. In Fig. 9 bezeichnet 39 eine Nachweisschaltung, die beispielsweise von der in F i g. 5 dargestellten Nachweisschaltung gebildet sein kann. Das Ausgangssignal dieser Nachweisschaltung 39 zeigt einen minimalen Wert, wenn die Schärfe maximal ist. Das Ausgangssignal wird anschließend einem Gleichstromverstärker 40 zugeführt und auf eine derartige Größe verstärkt, welche die darauffolgende Aufbereitung dieses Signals einfach macht. Das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 40 wird als Eingangssignal einer Differentiationsschaltung 41 zugeführt, wobei dieses Signal der Änderung in dem Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 40 entspricht. Das Ausgangssignal von der Differentiationsschaltung 41 wird einem Komperator42 zugeführt. In dem Ausgangssignal der Differentiationsschaltung 41 erfolgt eine plötzliche Änderung der Polarität, wobei der Punkt dieser plötzlichen Änderung der maximalen Schärfe des von einem Objekt erzeugten Bildes entspricht. Die Komparatorschaltung 42 erzeugt am Zeitpunkt des Nulldurchgangs dieses Signals einen Impuls, der in Fig. 10(d) dargestellt ist. Ein Schaltkreis mit bekanntem Aufbau erzeugt durch diesen Impuls ein Kurzschließen des Motors 35, so daß dieser plötzlich angehalten wird.

Die Wirkungsweise der in den F i g. 8 und 9 dargestellten automatischen Scharfeinstellungsvorrichtung soll im folgenden beschrieben werden.

Wenn ein Fotograf die Vorrichtung auf ein zu fotografierendes Objekt richtet und den beispielsweise zweistufig ausgebildeten Auslöseknopf 44 die erste Stufe eindrückt, wird die Steuerschaltung 9 in Betriebszustand gebracht. Der Motor 35 dreht sich hierdurch in eine vorbestimmte Richtung, so daß er die Objektive 32 und 27 aus einer Einstellung für den Nahbereich oder für Unendlich in eine vorbestimmte Richtung bewegt. Die chronologische Änderung der Ausgangssignale von den einzelnen Schaltungsbauelementen der Steuerschaltung 38, welche zu diesem Zeitpunkt auftreten, sind in den Fig. 10(a) bis 10(d) dargestellt.

Das Ausgangssignal der Nachweisschaltung 39 ändert sich entsprechend der Kurve (a). Dies bedeutet, es entsteht ein plötzlicher Abfall und Anstieg, wobei der Punkt maximaler Schärfe des vom Objekt erzeugten Bildes in der Mitte dieses Extremums liegt. Die Änderung des Ausgangssignals von dem Gleichstromverstärker 40 ist in F i g. 10 (b) dargestellt. Man erkennt, daß dieses Signal lediglich eine Verstärkung des in der

■■> Kurve (a) wiedergegebenen Signals ist. Die Kurve (c) zeigt die Änderung des Ausgangssignals von der Differentiationsschaltung 41. Diese Änderung erfolgt derart, daß die Polarität des Signals vor und hinter dem Punkt maximaler Schärfe des vom Objekt erzeugten

ίο Bildes eine umgekehrte ist, wobei das Signal innerhalb einer sehr kurzen Zeit durch Null hindurchgeht, und zwar am Punkt der maximalen Schärfe. Der Komparator 42 enthält ein Bezugspotential, das bei dem gegebenen Beispiel auf eine Spannung 0 eingestellt ist.

Er erzeugt daher einen Impuls, wenn das Ausgangssignal der Differentiationsschaltung durch das Nullpotential hindurchgeht. Das Signal ist durch den Kurvenzug (d) in Fig. 10 wiedergegeben. Der in der Kurve (d) gezeigte Impuls wird einem Schaltkreis 43 zugeführt, der den Motor 35 momentan kurzschaltet, so daß dieser augenblicklich angehalten wird. Der Fotograf kann hieraus über irgendeine Einrichtung feststellen, daß das optische System angehalten ist. Dies besagt ihm, daß das Bild des Objekts nun scharf eingestellt ist. Anschließend wird beim Auslöseknopf 44 die zweite Stufe eingedrückt und es erfolgt eine Steuerung des öffnungs- und Verschließteiles 45 des Verschlusses so daß der Film 36 belichtet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die

jo vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, eine übliche Blende in einem Objektiv für den Nachweis der Schärfe eines Bildes so anzuordnen, daß die Belichtungsstärke in der Ebene des fotoelektrischen Elements unabhängig von der Objekt-

j5 helligkeit nahezu konstant gehalten wird. Hierdurch wird ein stabiler Betrieb der Steurschaltung gewährleistet. Wenn es schwierig ist, den oben erwähnten automatischen Scharfeinstellungsbetrieb durchzuführen, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn die Objekthelligkeit sehr niedrig ist, wird der Motor 35 derart gesteuert, daß er durch das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 40 das fotografische Objektiv in einer sogenannten »Überfokussierungs«-Lage anhält. Des weiteren kann die Steuerschaltung selbstverständ-Hch auch in anderen Mustern ausgebildet sein, welche die gleichen Funktionen wie in den beschriebenen Fällen aufweisen, so daß sie nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Scharfeinstellen eines optischen Systems unter Verwendung einer einen fotoelektrischen Widerstand aufweisenden Auswerteschaltung, wobei der fotoelektrische Widerstand eine langgestreckte Form mit einer im Vergleich zur Längserstreckung geringen Querabmessung aufweist, auf welchen das Objekt über das einzustellende optische System abgebildet wird und das abhängig von der Schärfe der Abbildung des Objektes seinen Widerstand ändert, wobei der Ausgangswert einem Verarbeitungsschaltkreis zur Erzeugung von Steuersignalen für die Einstellung des Fokussierglieds des optischen Systems zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an dem fotoelektrischen Widerstand (7) an den Schmalseiten ein erstes Paar von Elektroden (8, 8) und an den Längsseiten mindestens ein zweites Paar von Elektroden (9, 9) vorgesehen sind, so daß der Widerstand sowohl als Serienelement (Rs) als auch als Parallelelement (Rp) betreibbar ist, daß eine Stromversorgungseinrichtung (10, 11, 12) vorgesehen ist, die an dem fotoelektrischen Widerstand abwechselnd eine Spannung in Längsrichtung und eine quer dazu anlegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite, paarweise angebrachte Elektroden (9, 9) parallel zueinander geschaltet j<i und in Abständen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (7'), das aus einer isolierenden Substanz besteht, zwischen den einander gegenüberliegenden zweiten Elektrodenpaaren j-, derart angeordnet ist, daß es einen Teil des Fotohalbleiters (7) abdeckt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 mit 3, gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle (12) und eine Einrichtung (10,11), welche ein Fließen des Stromes in umgekehrter Richtung verhindert, die zwischen dem ersten Paar von Elektroden (8) und der Stromversorgungseinrichtung (12) sowie zwischen dem zweiten Elektrodenpaar (9) und der Stromversorgungseinrichtung derart vorgesehen ist, ₄ ^r, daß der Strom lediglich in eine Richtung fließt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10, 11) eine Diode oder Dioden enthält.