DE2533000A1

DE2533000A1 - Photoelektrische brennpunktdetektorvorrichtung

Info

Publication number: DE2533000A1
Application number: DE19752533000
Authority: DE
Inventors: Yasuniro Nanba
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1976-02-26
Also published as: US4039824A

Description

Minolta Camera Kabushiki Kaisha_/ Osaka/Japan Photoelektrisehe Brennpunktdetektorvorri chtung

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung zur Verwendung bei einem Brennpunktsteuerungssystem für die Ermittlung des Fokussierzustandes eines durch eine Objektivlinseneinrichtung projizierten optischen Bildes.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein automatisches Brennpunktsteuerungsgerät für eine Photokamera oder für eine Fernsehkamera und eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung zur Verwendung bei einem derartigen automatischen Brennpunktsteuerungsgerät als räumliches Filter zur Bildung eines elektrischen Signals, das anschließend verarbeitet wird, um den Fokussiervorgang einer Objektivlinseneinrichtung der Photokamera bzw. der Fernsehkamera zu steuern.

Es ist allgemein bekannt, daß die Raumfrequenz, welche das durch die Objektivlinseneinrichtung projizierte Bild zusammensetzt, die Eigenschaft aufweist, daß, wenn das Bild in einer Bildebene der Objektivlinseneinrichtung scharf fokussiert ist, die Amplitude einer Wechselstromkomponente der Raumfrequenz einen Maximalwert erreicht und daß die Amplitude der Raumfrequenz sich bedeutend ändert, wenn die fragliche Raumfrequenz sich innerhalb eines relativ hochgelegenen Frequenzbereiches befindet. Verschiedene räumliche Filter oder photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtungen, die die vorstehend beschriebenen Eigenschaften ausnutzen, wurden in der Vergangenheit entwickelt, und eines von diesen ist beispielsweise in der veröffentlichten

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japanischen Patentanmeldung Nr. 13964/1972 beschrieben, welche am 26. Juli 1972 offengelegt wurde.

In der erwähnten japanischen Patentanmeldung ist eine photoelektrische Vorrichtung beschrieben, die, wenn sie erregt wird, die Intensität einer besonderen Komponente der Raumfrequenzen ermittelt, welche das Bild zusammensetzen; die Einzelheiten dieser Vorrichtung sollen nun anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben werden.

Die photoelektrische Vorrichtung nach der oben erwähnten veröffentlichten japanischen Patentanmeldung umfaßt eine erste Gruppe von Photodioden A.., A^, A- ... und A , die elektrisch parallel miteinander verbunden und Seite an Seite im Abstand voneinander angeordnet sind sowie eine zweite Gruppe von Photodioden B-, B2, B₃ ... und B , die in derselben Ebene wie die Photodioden der ersten Gruppe so angeordnet sind, daß jede der Photodioden der zweiten Gruppe eine Zwischenstellung zwischen angrenzenden Photodioden der ersten Gruppe einnimmt. Jede der Photodioden der ersten und zweiten Gruppe umfaßt, wie in Figur 2 dargestellt, eine Kathode 1, eine lichtempfangende Oberfläche 2 und eine Anode 3, und die Photodioden der ersten und zweiten Gruppe, die die photoelektrische Vorrichtung gemäß der oben erwähnten veröffentlichten japanischen Patentanmeldung bilden, müssen einzelne lichtempfangende Oberflächen 2 mit demselben Oberflächenbereich und ferner mit derselben Empfindlichkeit aufweisen und in derselben Ebene in einem Abstand φ voneinander angeordnet sein. Wie in Figur 1 dargestellt, sind diese Photodioden der ersten und zweiten Gruppe elektrisch so verbunden, daß die Anoden aller Photodiode der ersten und zweiten Gruppe miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluß 4 verbunden sind, die Kathoden der Photodioden der ersten Gruppe miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluß 5 verbunden sind und die Anoden der Photodioden der zweiten Gruppe miteinander und mit einem gemeinsamen Anschluß 6 verbunden sind.

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Unter der Annahme, daß die photoelektrische Vorrichtung mit dem Aufbau nach der obigen Beschreibung in der Bildebene angeordnet wird, in der das Bild eines Gegenstandes fokussiert werden soll und wenn das Bild auf diese Ebene durch eine Obpktivlinseneinheit projiziert wird, so wird eine Potentialdifferenz erzeugt zwischen der elektrischen Spannung, die an einen Belastungskreis 7 geliefert werden soll, der zwischen die Anschlüsse 4 und 5 geschaltet ist, und derjenigen, die einem Belastungskreis 8 zugeführt werden soll, der zwischen die Anschlüsse 4 und 6 geschaltet ist. Die so erhaltene Potentialdifferenz zeigt die Intensität einer besonderen Raumfrequenz in der Weise an, daß, wenn die Potentialdifferenz maximal gemacht wird, indem die Stellung der Objektivlinseneinrichtung in Bezug auf die Bildebene eingestellt wird, in der sich die photoelektrische Vorrichtung befindet, das Bild als exakt in der Bildebene zu dem Zeitpunkt angezeigt werden kann, wo die Potentialdifferenz den Maximalwert erreicht hat.

Bei dem bekannten Brennpunktsteuerungssystem unter Verwendung der oben erwähnten photoelektrischen Vorrichtung kann dem Belastungskreis 7 mehr elektrische Leistung zugeführt werden als dem Belastungskreis 8, wenn beispielsweise ein Bild mit einer Raumfrequenzkomponente von 1/2.φ Linien pro Millimeter anschliessend auf einen lichtempfangenden Bereich der photoelektrischen Vorrichtung in einer solchen Weise projiziert wird, daß beispielsweise die Photodioden der ersten Gruppe das einfallende Licht stärker empfangen als die Photodioden der zweiten Gruppe. Dies trifft besonders dann zu, wenn das aufgefangene, zu fokussierende Bild genügend geeignete Eigenschaften aufweist, um die Brennpunktsteuerung zu ermöglichen. In der Praxis sind die meisten aufgefangenen und beispielsweise zu photographierenden Bilder zusammengesetzt aus unregelmäßig verteilten besonderen Raumfrequenzkomponenten, und dementsprechend liefert die herkömmliche photoelektrische Vorrichtung mit der in Figur 1 dargestellten Ausbildung bei einem Extremfall kein elektrisches Ausgangssignal, selbst wenn das Bild in der Bildebene exakt fokussiert worden ist.

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Mit anderen Worten,' selbst wenn ein Unterschied in der Lichtintensität existiert, die von einigen der die herkömmliche photoelektrische Vorrichtung bildenden Photodioden empfangen wird, werden elektrische Ausgangssignale aus allen Photodioden häufig gegeneinander ausgelöscht, und infolgedessen liefert die photoelektrische Vorrichtung ein elektrisches Signal, das die Auslöschung anzeigt . Im Hinblick auf diese Eigenschaft haftet der herkömmlichen photoelektrischen Vorrichtung zur Brennpunktermittlung nach der in Figur 1 dargestellten Ausbildung der Nachteil an, daß kein elektrisches Ausgangssignal geliefert wird, welches das Brennpunktsteuerungssystem in die Lage versetzt, eine zuverlässige und wirksame Brennpunktsteuerung durchzuführen.

Es ist ein weiteres automatisches Brennpunkt steuerungssystem bekannt, bei dem eine photoleitende Zelle verwendet wird; die elektrische Äquivalenzschältung der photoleitenden Zelle ist in Figur 4 dargestellt. Dieser Typ eines automatischen Brennpunktsteuerungssystems ist in der US-PS 3 511 155 vom 12. Mai 19 70 beschrieben. Wie in Figur 4 dargestellt, kann man bei der photoleitenden Zelle, die beispielsweise aus CdS oder CdSe hergestellt ist, annehmen, daß sie aus einer Reihe von Wheatstonesehen Brücken zusammengesetzt ist, bei denen jeweils Widerstände r, r¹, r'' und r¹'' verwendet werden, und sie arbeitet in der Weise, daß, wenn eine Wechselspannung zwischen die Anschlüsse 11 und 12 gelegt wird und irgendeine Brücke sich nicht im Gleichgewicht befindet, ein positives oder negatives Potential an einem Anschluß 13 in Bezug auf einen Anschluß 14 erzeugt wird.

Da die photoleitende¹ Zelle eine lichtempfangende Oberfläche aufweist, die■'-Mos einem photoleitenden Material wie CdS oder CdSe gebildet ist,, traten Schwierigkeiten in der Empfindlichkeit und in den Ansprecheigenschaften auf, und ferner zwingt die Verwendung der photoleitenden Zelle häufig zu Einschränkungen in der Auslegung der Schaltung zur Verarbeitung des Ausgangssignals der photoleitenden Zelle und der Vorrichtung dafür.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung anzugeben, die zur Brennpunktermittlung verwendet werden kann und die in einem Brennpunktsteuerungssystem wirksam zum Einsatz gelangen kann, wobei die den herkömmlichen Brennpunktermittlungsvorrichtungen anhaftenden Nachteile im wesentlichen beseitigt werden.

Bei der photoelektrischt ;i Brennpunktdetektorvorrichtung soll eine Mehrzahl von Photodioden mit im wesentlichen identischen Funktionseigenschaften verwendet werden, die demzufolge leicht und mit niedrigen Kosten hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung der eingangs beschriebenen Art, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch wenigstens zwei in Reihe geschaltete und Seite an Seite in derselben Ebene angeordnete Photodioden mit im wesentlichen gleicher Empfindlichkeit für einfallendes, das Bild tragendes Licht.

Die erfindungsgemäße Brennpunktdetektorvorrichtung umfaßt eine Anordnung von wenigstens einem Paar in Reihe geschalteter photoelektrischer Elemente, beispielsweise Halbleiterphotodioden wie Silizium-Sperrschichtphotozellen, wobei beide photoelektrischen Elemente im wesentlichen einander gleich sind in Bezug auf den Oberflächenbereich der lichtempfangenden Oberfläche und auf die Empfindlichkeit und Seite an Seite in derselben Ebene angeordnet sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild, welches die Anordnung von Photodioden darstellt, wie sie bei einer bekannten photoelektrischen Brennpunktdetektoreinrichtung verwendet wurde;

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Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer Photodiode, welches deren Aufbau darstellt;

Fig. 3 eine entsprechende Schaltung der Photodiode von Fig. 2;

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild einer anderen bekannten photoelektrischen Brennpunktdetektorvorrichtung;

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild, das die Anordnung der eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung bildenden photoelektrischen Elemente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 6 ein Schaltbild eines Paares der in Fig. 5 dargestellten photoelektrischen Elemente;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Ausgangscharakteristik der in der Schaltung von Fig. 6 dargestellten photoelektrischen Elemente;

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild zur Darstellung der Anordnung der eine Brennpunktdetektorvorrichtung gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildenden photoelektrischen Elemente;

Fig. 9 ein Schaltbild ähnlich der Fig. 8, welches eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 10 ein elektrisches Schaltbild, das die Anordnung der eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildenden photoelektrischen Elemente darstellt;

Fig. 11 ein elektrisches Schaltbild eines Teiles der photoelektrischen Vorrichtung von Fig. 10, welches zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der photoelektrischen Vorrichtung von Fig. 10 dient;

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Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausgangswert in der Schaltung von Fig. 11 und der Verschiebung einer Objektivlinseneinheit während des Fokussiervorganges;

Fig. 13 ein elektrisches Schaltbild, bei dem die Vorrichtung von Fig. 10 verwendet wird;

Fig. 14 eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 10; und Fig. 15 eine Abwandlung der Schaltung von Fig. 11.

In der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind die jeweiligen Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 5 ist eine photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung dargestellt, die eine Anordnung von einer Mehrzahl von Gruppen E., E», ... und E in Serie geschalteter photoelektrischer Elemente C, und D₁, C₂ und D₂, ... und C und D umfaßt. Diese Gruppen E-, E₂, ... und E_n der photoelektrischen Elemente sind Seite an Seite in derselben Ebene angeordnet, während die Kathode eines der in Serie geschalteten photoelektrischen Elemente jeder Gruppe elektrisch verbunden ist mit der Anode der anderen der in Serie geschalteten photoelektrischen Elemente derselben Gruppe. Andererseits ist die Anode dieses einen der in Serie geschalteten photoelektrischen Elemente jeder Gruppe und die Kathode des anderen der in Reihe geschalteten photoelektrischen Elemente dieser Gruppe jeweils an zugeordnete Anschlüsse 9 bzw. 10 angeschlossen.

Es ist anzumerken, daß die photoelektrischen Elemente jeder Gruppe E^, E₂, ... und E dieselbe Empfindlichkeit für einfallendes Licht und dieselbe lichtempfangende Oberfläche aufweisen müssen und daß sie somit dieselben bzw. im wesentlichen identischen Funktionseigenschaften aufweisen müssen. Die Gruppen der photoelektrischen Elemente können jedoch vershiedene lichtempfangende

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Oberflächenbereiche aufweisen und somit verschiedene Funktionseigenschaften besitzen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform besteht jede Gruppe der photoelektrischen Elemente aus zwei in Serie geschalteten photoelektrischen Elemente Cj und D₁, C₂ und D₂, .·· sowie C und D , während die photoelektrischen Elemente aller der Gruppen E₁, E₂, ... und E Seite an Seite in derselben Ebene in einer Reihe mit gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Jede Gruppe kann jedoch aus drei oder mehr photoelektrischen Elementen zusammengesetzt sein, vorausgesetzt, daß sie die Anforderungen erfüllen, daß

1. die photoelektrischen Elemente jeder Gruppe in Reihe miteinander verbunden sind mit derselben Polaritätsausrichtung in Bezug auf- den Stromfluß,

2. daß sie dieselben oder praktisch identischen Funktionseigenschaften aufweisen und

3. daß sie Seite an Seite in derselben Ebene angeordnet sind.

Ferner müssen nicht alle der Gruppen E₁, E₂* ··· und E der photoelektrischen Elemente Seite an Seite in der sich in einer Richtung erstreckenden Reihe angeordnet sein, sie können in verschiedenen Richtungen angeordnet sein und ein anderes Muster bilden als eine Reihe, wobei jedoch die Anordnung Seite an Seite der photoelektrischen Elemente jeder Gruppe beibehalten wird.

Wenn alle Gruppen der photoelektrischen Elemente in verschiedenen Richtungen in Beaig aufeinander angeordnet sind, während die photoelektrischen Elemente jeder Gruppe Seite an Seite angeordnet sind, so kann die photoelektrische Vorrichtung so ausgelegt sein, daß "die einzelnen Gruppen der photoelektrischen Elemente, da die photoelektrischen Elemente jeder Gruppe auf die Raumfrequenzen ansprechen, die in denselben Richtungen verteilt sind, wie die Richtungen der Anordnung der Gruppen der photoelektrischen Elemente, Raumfrequenzkomponenten ermitteln können, die in denselben Richtungen verteilt sind wie die Richtungen der Anordnung

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der Gruppen der photoelektrischen Elemente.

Ferner können die photoelektrischen Elemente jeder Gruppe nicht in gleichen Abständen φ. voneinander angeordnet sein,sondern können mit verschiedenen Abständen voneinander angeordnet sein, wobei dann die .zu ermittelnden Raumfrequenzen voneinander so abweichen, daß die photoelektrischen Elemente einiger Gruppen, welche mit relativ geringen Abständen voneinander angeordnet sind, relativ hohe Raumfrequenzkomponenten ermitteln, während die photoelektrischen Elemente der anderen Gruppen, welche in relativ großem Abstand voneinander angeordnet sind, relativ niedrige Raumfrequenzkomponenten ermitteln.

I₁H folgenden soll die Funktionsweise der photoelektrischen Vorrichtung der in Fig. 5 dargestellten Anordnung unter Bezugnahme auf Fig. 6 und Fig. 7 beschrieben werden. Es soll betont werden, daß der in Fig. 6 mit einer Gruppe von in Reihe geschalteten photoelektrischen Elementen C und D dargestellte elektrische Kreis E. als der Schaltung von Fig. 5 äquivalent betrachtet werden kann.

Bei Fig. 7 soll zunächst davon ausgegangen werden, daß die photoelektrischen Elemente C und D dieselben Funktionseigenschaften aufweisen, was die Beziehung zwischen Strom und Spannung im Verhältnis zu den verschiedenen Lichtintensitäten t-, ^₂ ^{und 4}3 ^an~ betrifft, welche auf sie auftreffen, wobei die Charakteristika der einzelnen photoelektrischen Elemente C und D jeweils mit durchgezogenem Strich bzw. gestrichelt dargestellt sind.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 soll nun angenommen werden, daß das photoelektrische Element C das einfallende Licht mit einer Intensität t ., empfängt, während auf das photoelektrische Element D zu diesem Zeitpunkt kein Licht einfällt. Das photoelektrische Element C erzeugt eine negative Spannung mit einem Wert V.J, welche an diesem anfällt, wenn es von der Anodenseite 12 in Richtung auf die Kathodenseite 13 des photoelektrischen Elements

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C aus betrachtet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das photoelekirische Element D in Sperrichtung polarisiert, und es fließt daher kein Strom durch dieses hindurch, außer dem Sperrichtungsstrom, welcher sich aus der Polarisierung des Elements D in Sperrichtung ergibt und vernachlässigt werden kann. Wenn jedoch beide photoelektrischen Elemente C und D das auffallende Licht mit derselben Intensität £. empfangen, so kann die Spannung am photoelektrischen Element C vernichtet werden durch eine Spannung am photoelektrischen Element D, und es fließt ein Kurzschlußstrom I₁ von der Anodenseite 12 zur Kathodenseite 13 durch das photoelektrische Element C. Auf diese Weise fließt nur dann ein der Intensität des einfallenden Lichtes proportionaler Strom, wenn die photoelektrischen Elemente C und D gleichzeitig das einfallende Licht empfangen.

Wenn andererseits das photoelektrische Element C das einfallende Licht mit einer Intensität ^- empfängt, während das photoelektrische Element D zu diesem Zeitpunkt einfallendes Licht mit einer Intensität /. empfängt, welche geringer ist als die Intensität i^t so wird das photoelektrische Element D durch das photoelektrische Element C in Rückwärtsrichtung polarisiert, welches an diesem eine Spannung mit einem Wert erzeugt, der höher ist als derjenige der vom photoelektrischen Element D erzeugten Spannung. Der Wert eines Stromes, der in der Schaltung nach Fig. 6 zu diesem Zeitpunkt fließt, entspricht einem Wert, der durch den in Fig. 7 gezeigten Schnittpunkt P zwischen den Kurven c~ und tdargestellt wird, welche mit ausgezogenem Strich bzw. gestrichelt dargestellt sindi, d.h. ein Wert, der durch das photoelektrische Element D bestimmt wird. Wenn ein Unterschied zwischen der Intensität des einfallenden Lichtes besteht, das von dem photoelektrischen Element C und von dem photoelektrischen Element D empfangen wird, so wlxü auf diese Weise der von einem der photoelektrischen Elemente C und D₁ welches xlas einfallende Licht mit geringerer Intensität als die von dem anderen empfangene aufnimmt, geregelte Strom in der Schaltung nach Fig. 6 nur in einer Richtung fließen.

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Es ist leicht ersichtlich, daß wenn die einzelne Gruppe der photoelektrischen Elemente C und D, die miteinander in Reihe verbunden sind und Seite an Seite angeordnet sind, in der Bildebene der Objektivlinseneinrichtung angeordnet wird, da der stärkste Korirast eines Bildes dann erhalten wird, wenn das Bild durch die Objektivlinseneinrichtung in der Bildebene fokussiert ist, der in der Schaltung nach Fig. 6 fließende Strom zu diesem Zeitpunkt einen Minimalwert besitzt.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung der photoelektrischen Elemente kann daher betrachtet werden, als bestünde sie aus parallelgeschalteten Kreisen, von denen jeder entsprechend Fig. 6 aufgebaut ist, wenn man einen äußeren Widerstand 11, der einen Belastungskreis bildet, vernachlässigt. Wenn also die photoelektrische Vorrichtung von Fig. 4 in der Bildebene der Objektivlinseneinrichtung angeordnet wird, so besitzt der von jeder Gruppe E₁, E₂/ ... und E äac photoelektrischen Elemente erzeugte Strom einen Minimalwert, wenn das Bild in der Bildebene durch die Objektivlinseneinrichtung fokussiert worden ist, und der Strom, welcher durch den zwischen die Anschlüsse 9 und 10 geschalteten Widerstand 11 fließen kann, besitzt ebenfalls einen Minimalwert.

Wie vorstehend beschrieben werden in der photoelektrischen Vorrichtung elektrische Signale, die von den jeweiligen Gruppen der photoelektrischen Elemente ausgehen, zueinander addiert, ohne daß sie vernichtet werden, und es kann so verglichen mit den herkömmlichen photoelektrischen Brennpunktdetektorvorrichtungen ein größerer Unterschied zwischen der Höhe der Ausgangssignale festgestellt werden, welche erzeugt werden, wenn das Bild fokussiert ist und welche erzeugt werden, wenn das Bild nicht fokussiert ist.

Die einzelnen photoelektrischen Elemente C₁ bis C und D₁ bis D , welche die photoelektrische Vorrichtung nach der in Fig. 5 dargestellten Ausfuhrungsform bilden, können in einem vorbestimmten Muster oder in einer vorbestimmten Anordnung auf einem Halbleitersubstrat bzw. -chip unter Verwendung einer bekannten Herstellungstechnik für integrierte Schaltungen gebildet werden. Durch

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geeignete Wahl der Ausrichtung der Gruppen der photoelektrischen Elemente/ des Oberflächenbereiches der einzelnen lichtempfangenden Oberfläche jeder der Gruppen der photoelektrischen Elemente und/oder des Abstandes zwischen jeweils zwei nebeneinanderliegenden photoelektrischen Elementen kann die photoelektrische Vorrichtung nicht nur dann wirkungsvoll ein Ausgangssignal erzeugen, wenn besondere Gegenstände photographiert werden sollen, die aus in horizontaler Richtung verteilten Raumfrequenzen zusammengesetzt sind, sondern auch bei anderen gewöhnlichen zu photographierenden Gegenständen. Während die photoelektrische Vorrichtung mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau während des Betriebes des Brennpunktsteuersystems in Schwingung versetzt werden mußte, braucht ferner die erfindungsgemäße photoelektrische Vorrichtung während des Betriebes des Brennpunktsteuersystems im allgemeinen nicht in Schwingung versetzt zu werden.

Unter einer bestimmten Bedingung erzeugt die photoelektrische Vorrichtung mit dem Aufbau nach Fig. 5 ein Ausgangssignal, das durch äußere Störsignale verzerrt ist. Wenn beispielsweise ein zu photographierender Gegenstand von einer Leuchtstofflampe beleuchtet wird, die beispielsweise mit einem 60 Hertz Wechselstrom betrieben wird, so ändert sich die Helligkeit des beleuchteten Gegenstandes in Bezug auf einen vorbestimmten Helligkeitswert mit einer Frequenz, die der doppelten Wechselstromfrequenz entspricht. Es ist daher möglich, daß das von der photoelektrischen Vorrichtung nach Fig. 5 erzeugte Ausgangssignal mit diesen Frequenzkomponenten vermischt wird, die sich aus der Helligkeitsänderung des durch die Leuchtstofflampe beleuchteten Gegenstandes ergeben, und zwar in einem solchen Maße, daß eine genaue und exakte Brennpunktsteuerung nicht erzielt werden kann. Um diese Möglichkeit auszuschalten, kann ein weiteres oder mehrere zusätzliche photoelektrische Elemente, beispielsweise Photodioden wie Sperrschicht-Photoelemente, unabhängig von den photoelektrischen Elementen C^ bis C und D.. bis D verwendet werden. Ein Beispiel für die Verwendung der zusätzlichen photoelektrischen Elemente, die in der Anzahl der Anzahl der in der Anordnung nach Fig. 5 verwendeten

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Gruppen E₁ bis E der photoelektrischen Elemente entsprechen, ist in Fig. 8 dargestellt, auf die sich die nachstehenden Ausführungen beziehen.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Anordnung sind die zwischen Anschlüssen 14 und 15 miteinander elektrisch parallel verbundenen zusätzlichen photoelektrischen Elemente F., F₂, ... und F_n jeweils einzeln über jeder Gruppe der photoelektrischen Elemente C₁ und D₁, C₂ und D₂, ... sowie C und D angeordnet. Diese zusätzlichen photoelektrischen Elemente F₁ bis F ermitteln eine Wechselstromkomponente der Raumfrequenzen des aufgefangenen Bildes, so daß eine im Ausgangssignal enthaltene Komponente des Wechselstromes beseitigt werden kann, nachdem diese Komponente durch die zusätzlichen photoelektrischen Elemente F₁ bis F ermittelt worden ist.

Wenn man insbesondere annimmt, daß das aufgefangene Bild nicht fokussiert ist und derselbe Lichtbetrag auf einen Satz von drei photoelektrischen Elementen C₁, D₁ und F₁ auftrifft, und wenn man ferner annimmt, daß die jeweils zwischen den Anschlüssen 9 und 10 und den Anschlüssen 14 und 15 eingesetzten Lastkreise L₁ und L₂ den Widerstandswert null aufweisen, so sind die jeweils durch die Lastkreise L₁ und L₂ fließenden Stromwerte ineinander gleich. In Bezug auf die Helligkeitsänderung des von der Leuchtstoffröhre beleuchteten Gegenstandes ändern sich die jeweils durch die Lastkreise L₁ und L₂ fließenden Ströme mit derselben Phase, so daß Komponenten des Signals mit derselben Phase ausgelöscht werden können. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise ein Differenzverstärker zur Bewirkung dieser Auslöschung benutzt werden. Da jedoch der durch den Belastungskreis L₁ zur Zelt der Bildfokussierung in der Bildebene fließende Strom einen Minimalwert erreicht, besteht ein Unterschied zwischen den Teilen der Ströme, die jeweils durch die Belastungskreise L₁ und L₂ fließen, welcher der Frequenz des Wechselstromes entspricht, der zum Betrieb der Leuchtstofflampe verwendet wird. Demnach kann eine vollständige Beseitigung der Wechselstromkomponente aus dem Aus-

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gangssignal, das den Fokussierzustand des Bildes anzeigt, unmöglich sein, je nach der Bildbedingung, dem Verhältnis der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente, die in den Lichtstrahlen aus da: Beleuchtungsquelle enthalten ist, sowie weiteren Faktoren.

Bei der in Fig. 9 dargestellt η Ausfuhrungsform wird nur ein zusätzliches photoelektrisch« Element F verwendet. Dieses zusätzliche photoelektrische El r.ient F arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie die phocoelektrischen Elemente F- bis F bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform und ist so ausgelegt, daß es einen lichtempfangenden Bereich von einer Größe aufweist, die ausreicht, um die gesamte Länge der Reihe der photoelektrischen Elemente C. und D₁, C₂ und D₂/ .... sowie C und D der jeweiligen Gruppen E^, E₂, ... und E zu bedecken.

Bei allen vorstehend anhand der Figuren 5, 8 und 9 beschriebenen Ausführungsformen wurde erläutert, daß der zwischen den Anschlüssen 9 und 10 fließende Strom einen Minimalwert erreicht, wenn das Bild in der Bildebene exakt fokussiert ist, wobei ein Phänomen auftritt, das dem sogenannten "Einsattelungseffekt" (dip effect) ähnlich ist. Wenn der Minimalwert des Stromes auf diese Weise ermittelt werden kann, so wird die Brennpunktsteuerung der ObjektivlinseneinriGhtung zu dem Zeitpunkt abgeschlossen, wo der Minimalwert ermittelt worden ist.

Andererseits ist es in der Technik wohlbekannt, daß sich die effektive Blende (f-flahl) der Objektivlinseneinrichtung, beispielsweise eiaer PhötokaHiera, ändert, während die Ofojektivlinseneinricnttaaaij parallel zur optischen Achse der photographischen Kamera auf Äfeir SwehM n&eh fler richtigen Fokussierung verschoben wird. D@si©&fe®p!Ce<Sh©e!ti iusigt der aus der photoelektrischen Vorrichtung imßh irg&öiteiä&fer der vorstehend beschriebenen Ausführungsform@a ©rhaltlietoe ftiotostrtam dazu, sieti zu erniedrigen, während cäi© CtojektlvE.iiis-eEainriclitung axial versetooäbe© witü, Mann das Bild niiÄit f©fcuÄei*rt ist, «3 erzeugt die

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Vorrichtung nach irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weiterhin einen Ausgangsstrom, der der Helligkeit des von der photoelektrischen Vorrichtung empfangenen Bildes entspricht. Dies ist unerwünscht, und um dies zu vermeiden und um sicherzustellen, daß das Brennpunktsteuersystem einen präzisen Brennpuiiktsteuervorgang ausführt, sind besondere kostspielige Einrichtungen in der Signalverarbeitungsschaltung notwendig, um das Licht in ein elektrisches Signal umzusetzen.

Um den vorstehend erwähnten Nachteil ohne das Erfordernis derartiger besonderer kostspieliger Einrichtungen zu vermeiden, kann die photoelektrisclie Brennpunktdetektorvorrichtung nach irgendeiner der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 5, 8 und 9 mit Dioden versehen werden, deren Anzahl der Anzahl der photoelektrischen Elemente C₁ bis C und D- bis D entspricht, was nun unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 15 beschrieben werden soll.

Die oben erwähnten Dioden sind mit d- , d~, ... und d bezeichnet und sind jeweils zwischen einen Anschluß 16 und eine Verbindung der photoelektrischen Elemente der zugeordneten Gruppe geschaltet. Insbesondere ist jede der Dioden d- bis d so angeschlossen, daß die Anode an die Verbindung zwischen den photoelektrischen Elementen C- und D-, C~ und D2/ ... sowie C und D_n der zugeordneten Gruppe angeschlossen ist, und die Kathode ist an den Anschluß 16 angeschlossen. Stattdessen kann jede der Dioden d.j bis d_n so geschaltet sein, daß die Anode an den Anschluß 16 angeschlossen ist, während die Kathode an die Verbindung zwischen den photbelektrisehen Elementen der zugeordneten Gruppe angeschlossen ist.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen photoelektrischen Vorrichtung können die photoelektrischen Elemente C. bis C und D-bis D aller Gruppen auf einem einzelnen Halbleitersubstrat unter Verwendung der bekannten Herstellungstechnik für integrierte Schaltungen zusammen mit den Dioden d- bis d gebildet werden. Stattdessen kann, wie in Fig. 14 dargestellt, eine Einheit der photoelektrischen Elemente Cj bis C und D^ bis D_n und eine Ein-

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heit der Dioden d- bis d auf einem getrennten Halbleitersubstrat unter Anwendung der bekannten Herstellungstechnik für integrierte Schaltungen gebildet werden und anschließend in vorbestimmter Weise angeschlossen werden.

Vorzugsweise sind die Gruppen der photoelektrischen Elemente bei der Ausführungsform räch Fig. 10 in Bezug auf ihre Ausrichtung, die Form der einzelnen lichtempfangenden Oberflächen und den Abstand der photoelektrischen Elemente jeder Gruppe so angeordnet, daß die sich daraus ergebende photoelektrische Vorrich tung nach der Ausführungsform von Fig. 10 eine relativ hohe Komponente der Raumfrequenz des zu photographierenden Bildes ermitteln kann.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 10 oder Fig. 14 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben.

Unter der Annahme, daß die photoelektrische Vorrichtung mit dem Aufbau nach Fig. 10 oder Fig. 14 in der Bildebene der Objektivlinseneinrichtung angeordnet wird und das durch die Objektivlinseneinr ich. tung auf die Bildebene projizierte Bild nicht fokussiert ist, empfangen die photoelektrischen Elemente C und D auffallendes Licht mit derselben Intensität, und die photoelektrischen Elemente C und D erzeugen daher jeweils Ströme mit demselben Wert in Abhängigkeit von der Aufnahme des einfallenden Lichtes mit derselben Intensität, wobei die Ströme in derselben Richtung" von der Anode des photoelektrischen Elementes C zur Kathode des photoelektrischen Elementes D fließen, wie durch den Pfeil X angedeutet. Daher fließt kein Strom durch die Diode d über die Verbindung zwischen den photoelektrischen Elementen C und D in der Richtung, die durch den Pfeil Y angedeutet ist.

Wenn das auf die Bildebene der Objektivlinseneinrichtung projizierte Bild daraufhin exakt fokussiert wird, so erhöht sich der Kontrast des Bildes, und es wird somit ein Unterschied zwischen den Lichtintensitäten erzeugt, die von dem photoelektrischen EIe-

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ment C und von dem photoelektrischen Element D empfangen werden. Wenn beispielsweise die von dem photoelektrischen Element D empfangene Lichtintensität größer ist als die von dem photoelektrischen Element C empfangene, aufgrund des scharfen Kontrastes des fokussierten Bildes, so erzeugt das photoelektrische Element D eine höhere Spannung als die, die von dem photoelektrischen Element C-erzeugt wird, und der Wert des an der Verbindung zwischen den photoelektrischen Elementen C und D erscheinenden Potentials wird liner als das am Anschluß 9 erscheinende Potential. Folglich fließt Strom von der Verbindung zwischen den photoelektritchen Elementen C und D in Richtung auf den Anschluß 16 durch die Diode d.

Wenn andererseits die von dem photoelektrischen Element D empfangene Lichtintensität geringer ist als diejenige, die von dem photoelektrischen Element C empfangen wird, so neigt das photoelektrische Element C dazu, eine höhere Spannung zu erzeugen als diejenige, die von dem photoelektrischen Element D erzeugt wird. Da jedoch keine Schaltung zur Entnahme eines Stromes existiert, der dem Unterschied zwischen den jeweils von den photoelektrischen Elementen C und D erzeugten Potentialen entspricht, kann der von dem photoelektrischen Element D geregelte Stum in Richtung X fließen, ohne daß er in Richtung Y fließt. Wenn die photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung beispielsweise aus einer oder aus wenigen Gruppen von photoelektrischen Elementen besteht und während ihrer Anwendung mit einer Auslenkung in Schwingung versetzt wird, die im wesentlichen dem Abstand der photoelektrischen Elemente jeder Gruppe entspricht _t so kann ein pulsierender Strom mit einer in Fig. T2 dargestellten Wellenform durch die Diode d fließen, wenn das Bild des zu photographierenden Gegenstandes in der Bildebene der Objektivlinseneinrichtung fokussiert ist.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß die photoelektrische Vorrichtung mit dem in Fig. 10 dargestellten Aufbau so ausgelegt ist, daß, wenn das Bild in der Bildebene, in der es liegt, exakt fokussiert ist, ein Unterschied zwischen den jeweils von den photo-

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elektrischen Elementen C und D erzeugten Spannungen gebildet wird. Daher kann ein elektrisches Signal, das zur Brennpunktsteuerung mit Hilfe eines Brennpunktsteuersystems notwendig ist, durch äußere Verarbeitung eines der Differenz entsprechenden Stromes erhalten werden.

Bei der Anwendung wird die Schaltung nach Fig. 11 so ausgelegt, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist.

Bei der Schaltung nach Fig. 13 sind jeweils Reihen der photoelektrischen Elemente C. bis C und D₁ bis D durch photoelektrisehe Elemente C und D dargestellt, während die Reihe der Dioden d.j bis d durch die Diode d dargestellt ist. Der Bezugszeichenbuchstabe A stellt einen Operationsverstärker dar, der eine Ausgangsleitung 18 und zwei Eingangsleitungen 19 und 20 aufweist. Eine der Eingangsleitungen 19 und die Ausgangsleitung 18 des Operationsverstärkers A sind jeweils mit der Anode bzw. Kathode einer Diode dd verbunden, und die andere Eingangsleitung 20 des Operationsverstärkers A ist mit Widerständen R₁ und R2 verbunden, wobei der Widerstand R- seinerseits an die Ausgangsleitung 18 angeschlossen ist und der Widerstand R₁ an Masse gelegt ist.

Ein im wesentlichen aus einer elektrischen Stromquelle E^ und in Serie geschalteten Widerständen R., R« und Rr gebildete Schaltung legt eine Spamnaang in Sperrichtung an die photoelektrischen Elemente C und D an. Es ist anzumerken, daß wenn Strom in der durch den Pfeil Y in Fig. 13 gezeigten Richtung fließt, eine Spannung an der Diode d und ebenfalls an der Diode dd abfällt, und dementsprechend das Verhältnis zwischen den Werten der Widerstände R- vmA R^ ^* wesentlichen gleich dem Verhältnis zwischen den Spannungen jeweils aa der Diode d und der Diode dd gewählt wird.

Bei der Sciialtuüigsauslegung nach Fig. 13 fließt, wenn das Bild nicht fokussiert ist umd die photoelektrischen Elemente C und D das einfallende Liefet: mit derselben Intensität aufnehmen, der der Intensität des einfallenden Lichtes, das von den photoelek-

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trischen Elementen aufgenommen wird, proportionale Strom in der durch den Pfeil X angezeigten Richtung, und es fließt kein Strom in der durch den Pfeil Y angezeigten Richtung. Folglich ist die in der Ausgangsleitung 18 des Operationsverstärkers A erscheinende Spannung gleich dem Massenpotential.

Wenn jedoch das Bild in der Bildebene exakt fokussiert ist und das photoelektrische Element D das einfallende Licht mit größerer Intensität empfängt als das photoelektrische Element C, so fließt der von dem photoelektrischen Element D erzeugte Strom in Richtung auf die Diode d in der durch den Pfeil Y angezeigten Richtung. Je größer die Differenz der Intensitäten des von den photoelektrischen Elementen C und D empfangenen Lichtes ist, desto größer ist der Stromfluß. Da jedoch die Werte der Widerstände R^ und R„ jeweils so gewählt sind, wde dies vorstehend beschrieben ist, wird die in der Ausgangsleitung 18 des Operationsverstärkers erscheinende Ausgangsspannung im wesentlichen gleich der Spannung zwischen der Ausgangsleitung 18 und der Verbindung der photoelektrischen Elemente C und D, und folglich wird die Ausgangsspannung einem logarithmischen Wert des Stromflusses derart proportional, daß, selbst wenn der Stromfluß in einem relativ weiten Bereich sich ändert, die Ausgangsspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten werden kann. Da die Spannung an der Verbindung zwischen den photoelektrischen Elementen C und D auf dem Wert des Massepotentials gehalten wird, kann zusätzlich ein verlässliches Ansprechen der einzelnen photoelektrischen Elemente C und D auf das einfallende Licht gewährleistet werden.

Wenn hingegen die Intensität des von dem photoelektrischen Element C empfangenen Lichtes größer ist als die von dem photoelektrischen Element D empfangene, so wird kein Stromfluß in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugt, und es wird daher kein Ausgangssignal an der Ausgangsleitung 18 des Operationsverstärkers A erzeugt. In der Praxis fließt jedoch anscheinend eine Komponente des Stromflusses von einer oder von einigen Gruppen

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der photoelektrischen Elemente, die in Fig. 10 dargestellt sind, in Richtung auf die Diode dd.

Es soll betont werden, daß die Anschlüsse 9 und 10 der Schaltung nach Fig. 13 kurzgeschlossen werden können.

Wie vorstehend beschrieben, erhält man bei der Schaltung nach Fig. 11 kein Ausgangssignal, wenn die Intensität des auf das photoelektrische Element C auffallenden Lichtes größer ist als die Intensität des auf das photoelektrische Element D auffallenden Lichtes. Wenn jedoch eine zusätzliche Diode d¹ parallel zu dem photoelektrischen Element D geschaltet ist, wie in Fig. 15 dargestellt, in im wesentlichen ähnlicher Weise wie die Diode d parallel zu dem photoelektrischen Element C geschaltet ist, so wird das Potential an der Verbindung zwischen den photoelektrischen Elementen C und D niedriger als das an den Anschlüssen 9 und 10, wenn die Intensität des auf das photoelektrische Element C auffallenden Lichtes größer ist als die des auf das photoelektrische Element D auffallenden Lichtes, und folglich fließt Strom durch die Diode d¹ in Richtung auf die Kathode des photoelektrischen Elementes C in der durch den Pfeil Z angezeigten Richtung. Obwohl die jeweils in den durch die Pfeile Y und Z angezeigten Richtungen fließenden Ströme getrennt entnommen werden können, können bei der Schaltung nach Fig. 15 aus den in die Richtungen Y und Z fließenden Strömen ableitbare Signalkomponenten unter Verwendung irgendeiner geeigneten Schaltungseinrichtung leicht zueinander addiert werden.

An den beschriebenen Ausführungsformen können noch zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden.

ÖÜ38Ü9/GGB3

Claims

2 5 3 3 G ü ü Patentansprüche

1. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung zur Verwendung bei einem Brennpunktsteuerungssystem für die Ermittlung des Fokussierzustandes eines optischen, durch eine Objektivlinseneinrichtung projizierten Bildes, gekennzeichnet durch wenigstens zwei in Reihe geschaltete und Seite an Seite in derselben Ebene angeordnete Photodioden (C, D) mit im wesentlichen glexcher Empfindlichkeit für einfallendes, die Bildinformation tragendes Licht.

2. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (C, D) im wesentlichen gleiche lichtempfangende Oberflächenbereiche aufweisen.

3. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (C, D) zum Anlegen einer Spannung in Sperrichtung geeignet sind.

4. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Diode (d) mit einem an die Verbindung zwischen den in Reihe geschalteten Photodioden (C, D) angeschlossenen Anschluß.

5. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Photodiode.

6. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung zur Verwendung bei einem Brennpunktsteuerungssystem für die Ermittlung des Fokussierzustandes eines durch eine Objektivlinseneinrichtung projizierten optischen Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl Gruppen von wenigstens zwei Photodioden (C.., D..; C₂, D₂; ..., C_n, D) vorgesehen ist und die Photodioden jeder Gruppe

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elektrisch in Reihe miteinander verbunden und Seite an Seite in derselben Ebene in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, wobei alle Gruppen von Photodioden in derselben Ebene in einem vorbestimmten Muster angeordnet und elektrisch parallel miteinander verbunden sind und wobei die Photodioden jeder der Gruppen im wesentlichen dieselbe Empfindlichkeit für das einfallende, das Bild tragende Licht aufweisen.

7. Photoelektrische Brennpunktdetektavorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (C-, D^; C^, D^; '·*ι C , D) jeder Gruppe im wesentlichen gleiche lichtempfangende Oberflächenbereiche aufweisen.

8. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Photodioden (C₁, D₁; C₀, D₉; ..., C , D ) geeignet sind zum Anlegen einer Spannung in Sperrichtung.

9. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch in ihrer Anzahl der Anzahl der Gruppen der Photodioden entsprechende Diodenelemente, wobei jedes der Diodenelemente einen an eine Verbindung zwischen den in Reihe geschalteten Photodioden einer zugeordneten Gruppe angeschlossenen Anschluß aufweist.

10. Photoelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch wenigstens eine zusatzlieh© Photodiode.

11. Photo#l#ktirisehe Irennpunktdetektorvorrichtung nach einem der Ansprüene 6 bis 10/ gekennzeichnet durch zusätzliche Photodioden/ d©ff#n Ansah! der Anzahl der Gruppen der Photodioden entspricht*

12. Photöelektrische Brennpunktdetektorvorrichtung nach einem der AnspriieHe 9 foil 11_# dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden der einseiften Gruppen geeignet sind zum Anlegen einer Spannung ift Sperr iehtiang.

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