DE2549905B2 - Vorrichtung zur scharfeinstellung eines objektivs - Google Patents
Vorrichtung zur scharfeinstellung eines objektivsInfo
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Description
3°
den ist, aem gieiui^cmg uit «ι.λ.ι·ο^^κ» o ·*"■· -o— o-
zugeführt wird, und daß eine einen Phasensprung 25 welche dadurch hervorgerufen wird, daß mit der
feststellende Einrichtung (15) vorgesehen ist. optischen Einrichtung verhältnismäßig langsame Bewe-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gungen ausgeführt werden. Die obenerwähnte Anordzeichnet,
daß die Lichtsensoren jeweils aus zwei in nung ist jedoch insofern unzweckmäßig, als die
entgegengesetzten Richtungen zueinander parallelgeschalteten Fotodioden (18,19) bestehen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang
der einen Phasensprung feststellenden Einrichtung (15) eine Anzeigeeinrichtung (16) verbunden ist.
4. Vorrichtungn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anzeigeeinrichtungen
vorgesehen sind, von denen in Abhängigkeit von einem festgestellten Phasensprung jeweils eine
Anzeigeeinrichtung erleuchtbar ist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scharfeinstellen des durch eine Linse in eine feststehende
Brennebene F0 abgebildeten Bildes, wobei die Linse in bezug auf die Brennebene verstellbar ist, mit einem
ersten und einem zweiten Lichtsensor, auf die Licht aus dem Abbildungsstrahlengang abgelenkt wird, und die so
angeordnet sind, daß der erste Lichtsensor vor und der zweite Lichtsensor hinter jeweils einer Brennebene
angeordnet sind, die sich ergeben, wenn die Linse in die Brennebene Fo abbildet, mit einer elektrischen Brückenschaltung,
in deren Zweige die Lichtsensoren eingeschaltet sind.
Die praktische Verwirklichung einer Scharfeinstellungseinrichtung oder einer automatischen Fokussierungssteuereinrichtung
wird ernsthaft benötigt, weil sie nicht nur den Unterschied in der Scharfeinstellung
beseitigen würde, der bei verschiedenen Personen auftritt, sondern auch eine vereinfachte Handhabung
optischer Einrichtungen ermöglichen könnte. Obwohl solche Einrichtungen in verschiedenster Form entwikkeli
wurden, haben die meisten das Experimentierstadium nicht verlassen, weil sie praktische Probleme nicht
berücksichtigt haben, die oft auftreten. Insbesondere für Kameras ist es wesentlich, daß sie möglichst klein sind
und daß sie möglichst leicht sind, wobei sie außerdem nur eine geringe elektrische Energie verbrauchen
elektrische Verarbeitung des abgetasteten Signals schwierig ist, weil es sich nämlich um ein Gleichstromsignal
handelt. Diese Nachteile bilden eine Hauptursache dafür daß die bekannte Einrichtung zur Einstellung
der Schärfe in der praktischen Anwendung auf Schwierigkeiten stieß. . .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Einstellung einer scharfen Abbildung zu schaffen die
kompakt und leicht gebaut ist, und von jeglichen Einflüssen frei ist, die von einer Bewegungsunscharfe bei
der Handhabung oder von einer Hell.gke.tsveranderung eines Objektes herrühren.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst daß die Brückenschaltung mit einer Wechselspannung
vorgegebener Frequenz gespeist ist, daß am Ausgang der Brückenschaltung ein Differenzverstärker
vorgesehen ist, daß der Differenzverstärker über ein
Bandpaßfilter, das eine Mittelfrequenz aufweist, die im
wesentlichen gleich der Frequenz der Wechselspannung ist mit einem Phasenkomparator verbunden ist, dem
gleichzeitig die Wechselspannung zugeführt wird, und
daß eine einen Phasensprung feststellende Einrichtung vorgesehen ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine exakte Scharfeinstellung eines Bildes vorgenommen
werden, wobei Störungen ausgeschaltet sind, die durch
Schwankungsbewegungen der optischen Einrichtung die sogenannte Bewegungsunschärfen hervorrufen
oder durch Helligkeitsänderungen des abzubildendei Objektes hervorgerufen werden. Die Schärfeeinstellung
selbst kann mit hoher Empfindlichkeit durchgeführ werden. Weiterhin kann der Einfluß der Bewegungsun
schärfe dadurch wesentlich verringert werden, daß ein*
Wechselspannung statt einer Gleichspannung verwand wird. Einen minimalen Einfluß der Bewegungsunscnar..
erhält man insbesondere dann, wenn die Frequenz de Wechselspannung, mit der die Brückenschaltung betne
ben wird, höher gewählt wird als die Frequenz, mit de die Bewegungsunschärfe auftritt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt
pig 1 eine Ausführungsform eines optischen Systems, welches bei der Erfindung verwendbar ist,
Fig.2 ein Blockdiagramm, welches eine elektronische Schaltung darstellt, die dazu dient eine Scharfeinstellungs-Abiastung
durchführen,
Fig.3 eine grafische Darstellung der jeweiligen ι
Ausgangssignale a und b der fotoeiektrischen Elemente 7 bzw. 8, wobei die Bezugszeichen d und V jeweils die
Lage der Linse 1 bzw. die Ausgangssignale der Elemente in Form einer Wechselspannungsamplitude
bezeichnen,
pig.4 eine grafische Darstellung, welche das Ausgangssignal des Differenzverstärkers Hin Form der
Wechselspannungsamplitude V veranschaulicht, wobei die Bezugszeichen ρ und q jeweils Schwellenwerte für
die Anzeige darstellen,
Fig.5 eine grafische Darstellung des Ausgangssignals
des Nullpunktdurchgangssektors,
pig.6 eine grafische Darstellung, welche das elektrisch verarbeitete Ausgangssignal im Hinblick auf
die Information über die Positionen vor und hinter der Brennebene veranschaulicht, wobei die Bezugszeichen
fund Q jweils den nahen bzw. den entfernten Bereich bezeichnen, und zwar in bezug auf die Brennebene F0
pig. 7 ein Blockdiagramm, welches eine weitere
elektronische Schaltung veranschaulicht, die für die Scharfeinstellung-Abtastung verwendbar ist, wobei die
Bezugszeichen 18 und 19 fotoelektrische Elementenbereiche bezeichnen.
In der F i g. 1 ist eine Ausführungsform eines optischen Systems für den Fall veranschaulicht, in
welchem eine Scharfeinstellungs-Abtasteinrichtung in eine Spiegelreflexkamera mit einer einzigen Linse
eingebaut ist. Licht von einem Aufnahmeobjekt geht durch eine Fokussierungslinse 1 hindurch und wird
durch einen Schnellkippspiegel 3 in das Auge 5 eines Beobachters reflektiert. Das Aufnahmeobjekt ist durch
ein (nicht dargestelltes) optisches Suchersystem zu beobachten. Ein Teil des Lichtstromes wird dann durch
und ein Bandpaßfilter 13 verarbeitet, und es wird dann in einem Phasendiskriminator 14 im Hinblick auf seine
Phf>se untersucht. Das Ausgangssignal des PhasendisKriminators
14 hat einen Null-Kreuzungspunkt, welcher durch einen entsprechenden Null-Kreuzungspunkt-Detektor
15 abgetastet und durch eine Anzeigeeinrichtung 16 angezeigt wird.
Zur Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung sei angenommen, daß ein Objekt durch die Abbildungslinse 1 auf die fotoelektrischen Elemente 7 und 8 reell
abgebildet wird.
Weiterhin sei angenommen, daß die Linse durch eine herkömmliche Einrichtung aus einer Fokussierungsstelluitg
für den Abstand »unendlich« in eine Fokussierungsstellung für einen geringen Objektabstand verschoben
wird. Die auf die Elemente 7 und 8 auftreffende Lichtmenge wird in Abhängigkeit von den Kurven a und
b der Fig.3 verändert. Die Elemente 7 und 8 verzeichnen eine maximale Lichtintensität, wenn sich
die Linse unmittelbar vor und hinter der Stellung befindet, welche eine im wesentlichen exakte Fokussierung
auf die Ebene F0 liefert. Die Kurven schneiden sich an dem Punkt, an welchem die Linse in der Weise
eingestellt ist, daß das Aufnahmeobjekt im wesentlichen in der Ebene Fo fokussiert. Die Kurven sind auch für die
Amplituden der entsprechenden Wechselspannungen an den Ausgangsklemmen A und B in bezug auf die
Spannung an der Verbindung zwischen den Widerständen 9 und 10 repräsentativ, d. h., wenn die Lichtintensität
ι auf dem Element 7 ansteigt, nimmt auch der Spannungsabfall.am Widerstand 9 zu. Die Tatsache, daß
die Kurven a und b symmetrischen Stellen in bezug auf die Brennebene Fo angeordnet sind, ergibt sich daraus,
daß die fotoelektrischen Elemente 7 und 8 des optischen j Systems gemäß Fig. 1 jeweils vor bzw. hinter der
Brennebene Fi bzw. F2 angeordnet sind. Zweckmäßig ist
die Erzeugungsfrequenz der Wechselstrom-Brückenschaltung auf einem Pegel, der gleich oder größer ist als
einige kHz, und zwar zu dem Zweck, die Rauschfreo quenz zu eliminieren, welche durch die bei der
Handhabung entstehende Unscharfe verursacht wird, die geringer ist als einige 100 kHz.
Das Ausgar gssignal der Wechselstrom-Brückenschaltung wird in einem Differenzverstärker 12 einer
» ι * J A
kor\harhten tin e UCS uullbuuiiics wiiuuamiuun.il .».uunuus .. .■ - ■-■
.
Sehe Teiler 4 und 6 auf fotoelektrische Elemente 7 45 Differenzverstärkung unterworfen wobei das Auoptiscne
leiiei * " „„,,■,_ ^n „;„ ^n««^™! dieses Differenzverstärkers in der F ι g. 4 in
optische Teiler 4 und 6 a
und 8 geleitet, welche in der Weise arbeiten, daß ein gewünschter Fokussierungspunkt oder Scharfeinstellungspunkt
abgetastet wird. Die Bezugszeichen F, und F2 bezeichnen jeweils Brennebenen der Linse 1, die dann
erhalten werden, wenn sich die Linse 1 in einer solchen Stellung befindet, daß ihre Brennebene F0 in der
Bildebene liegt. Die Brennebenen Fi und F2 werden
durch die Teiler 6 und 4 erzeugt. Die fotoelektrischen Elemente 7 und 8 sind jeweils vor bzw. hinter den
Brennebenen Fi und F2 angeordnet. Bei 2 ist ein
fotoempfindiicher Film dargestellt, welcher in der Brennebene F0 der Fokossierungslinse oder Abbildungslinse 1 angeordnet ist. Alle Brennebenen F0, Ft und F2
haben den gleichen optischen Abstand von der Linse 1.
Die F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung eines fotoelektrischen
Signals, welches durch das oben beschriebene opitsche System geliefert wird. Die fotoelektrischen
Elemente 7 und 8 sind derart angeordnet, daß sie eine Wechselstrombrückenschaltung bilden, und zwar zusammen
mit Lastwiderständen 9 und 10 und einer Wechselspannungsquelle 11. Das Ausgangssignal der
Brückenschaltung wird durch Differenzverstärker
gangssignal dieses Differenzverstärkers in der F i g. 4 in Form der Wechselspannungsamplitude ^dargestellt ist.
Aus der Fig.3 ist ersichtlich, daß dann, wenn die
Brennebene der Linse 1 vor oder hinler der Brennebene Fo liegt, eine Differenz zwischen den Fokussierungsanpaßsignalen
erzeugt wird, welche von den entsprechenden fotoelektrischen Elementen 7 und 8 aufgenommen
werden, so daß eine Verstimmung der Wechselstrombrückenschaltung entsteht. Wenn andererseits die zwei
Fokussierungsanpaßsignale denselben Wert annehmen, so bedeutet dies eine Abstimmung in der Brennebene F0.
Somit folgt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 12 der in F i g. 4 gezeigten Spannungskurve, deren
Polarität gemäß Fig.4 vor und hinter der Brennebene
F0 umgekehrt ist. Eine solche Charakteristik des Differenzausgangssignals kann als Signal verwendet
werden, um deutlich die Fokussierungsstellung bzw. Scharfeinstellung anzuzeigen, wie es nachfolgend im
einzelnen näher erläutert wird.
Nachfolgend wird die elektrische Verarbeitung des Ausgangssignals vom Differenzverstärker 12 beschrieben.
Das Ausgangssignal wird dem Bandfilter zugeführt, welches eine Mittenfrequenz hat, die gleich
der Erzeugungsfrequenz der Brückenschaltung ist. Das auf diese Weise verarbeitete Ausgangssignal wird dann
dem Phasendiskriminator 14 zugeführt, wo es in bezug auf die Phase mit dem Wechselspannungssignal
verglichen wird, welches der Brückenschaltung als Speisespannung zugeführt wird. Das Ausgangssignal
des Phasendiskriminators 14 verhält sich bekanntlich derart, daß es eine ähnliche Kurve beschreibt, wie sie in
der F i g. 4 dargestellt ist. Dies bedeutet, die Amplitude hängt von der Amplitude des Wechselspannungs-Eingangssignals
ab, und die Polarität hängt davon ab, ob das von dem Filter 13 erhaltene Einganssignal in Phase mit
oder gegenüber dem an die Brückenschaltung angelegten Wechselspannungssignal um 180° in der Phase
verschoben ist. Wenn die Kurve der Fig.4 dazu verwendet wird, die Ausgangscharakteristik des Diskriminators
14 zu beschreiben, so stellt die Ordinate eine Gleichspannungsamplitude dar, anstatt einer Wechselspannungsamplitude,
wie im Falle des Ausgangssignals von dem Verstärker 12. Die Polarität des Signals ist bei
Einstellungen der Linse der Art, daß die Brennebene vor oder hinter der Brennebene F0 liegt, umgekehrt. Das auf
diese Weise erhaltene Ausgangssignal wird durch einen bekannten Nullpunktkreuzungsdetektor 15 verarbeitet
und einer Anzeigeeinrichtung 16 zugeführt, welche aus einer lichtemittierenden Diode oder aus einer Miniaturlampe
bestehen kann. Der Nullpunkt-Kreuzungsdetektor 15 besteht beispielsweise aus einem Fensterkomparator,
und er wird in der Weise betrieben, daß er ein Signal mit einem hohen Pegel dann liefert, wenn sich das
Ausgangssignal des Phasendiskriminators 14 auf einem Pegel im Bereich von Null in der Fig.4 befindet, d.h.
wenn die Brennebene der Linse 1 in der Brennebene F0 liegt. Das Ausgangssignal des Detektors 15, welches in
der F i g. 5 dargestellt ist, wird einer Anzeigeeinrichtung
16 zugeführt.
Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Fokussierungsanpaßstellung klar angezeigt wird.
Obwohl die obige Beschreibung sich auf ein digitales Anzeigeverfahren der Scharfeinstellung bezieht, dürfte
ersichtlich sein, daß eine analoge Anzeige gewählt werden kann, wenn das Ausgangssignal des Phasendiskriminators
14 einem herkömmlichen Meßinstrument
17 zugeführt wird. Bei der beschriebenen Vorrichtung kann als zusätzliches Merkmal auch eine Information
über die Stellungen vor und hinter der Brennebene geliefert werden. Falls dies gewünscht wird, kann das
Ausgangssignal des Phasendiskriminators 14, welches dieselbe Kurve wie in der F i g. 4 beschreibt, leicht einer
derartigen elektrischen Weiterverarbeitung unterworfen werden, daß solche Signale wie P und Q erzeugt
werden, welche auf einem positiven bzw. negativen konstanten Pegel bleiben, und zwar jeweils vor bzw.
hinter der Brennebene F0, wie es in der Fig.6
dargestellt ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Ausgangssignal des Phasendiskriminators
14 in bezug auf seine Polarität separiert wird und dann die positiven und die negativen Ausgangssignale
von einem Komparator weiterverarbeitet werden, der Schwellenwerte hat, die in der Fig.4 durch unterbrochene
Linien ρ und q angegeben sind. Das in der F i g. in unterbrochenen Linien dargestellte Signal ist
dasselbe Fokussierungsanpaßsignal bzw. Scharfeinstellungssignal wie in der Fig.5. Die Signale P, Fund Q
können beispielsweise durch lichtemittierende Dioden mit einer blauen, roten bzw. grünen Farbe dargestellt
werden. Der Benutzer kann deshalb bestimmen, ob der s Brennpunkt vor oder hinter der Brennebene F0 liegt, so
daß er die Scharfeinstellung leicht und schnell ausführen kann. Insbesondere dann, wenn die blaue lichtemittierende
Diode während der Scharfeinstellung leuchtet, wird angezeigt, daß die Brennebene der Linse 1 von der
ίο Brennebene F0 zur Linsenseite hin verschoben ist. Um
die Scharfeinstellung zu erreichen, bringt der Benutzer die Linse 1 dann näher an die Brennebene F0 heran, bis
die rote lichtemittierende Diode eingeschaltet wird. Wenn die grüne lichtemittierende Diode eingeschaltet
is wird, bewegt der Benutzer die Linse vor der Brennebene Fo hinweg. Die Information über die
Stellungen vor bzw. hinter der Brennebene ist wesentlich zur Verbesserung der Handhabung der
Scharfeinstellungseinrichtung. Diese Anordnung ermöglicht eine leichtere Handhabung der Scharfeinstellvorrichtung,
da durch die erleuchtete Anzeige jeweils einer von zwei Anzeigevorrichtungen eine schnelle
Information darüber erhalten wird, ob bei der augenblicklichen Einstellung der Brennpunkt vor oder
hinter der Bildebene liegt.
Um bei der Verwendung von Wechselspannung an der Brückenschaltung auch Fotodioden als Lichtsensor
verwenden zu können, wird vorzugsweise eine der Fig. 7 entsprechende Schaltung vorgesehen. Mit den
Bezugszeichen 18 und 19 sind Bereiche von fotoelektrischen Elementen bezeichnet, von denen jedes aus einer
Vielzahl von Fotodioden besteht und die an den Stellen angeordnet sind, welche denjenigen der fotoelektrischen
Elemente 7 und 8 nach F i g. 1 entsprechen. Jedes Element in den fotoelektrischen Elementen 18 und 19 ist
so angeordnet, daß zwei Fotodioden elektrisch in der Weise miteinander verbunden sind, daß ihre Fotoströme
in der entgegengesetzten Richtung fließen.
Wenn bei einer derartigen Konstruktion die Linse 1
4" bewegt wird, wird zwischen den Klemmen A und B der
Brückenschaltung dasselbe Signal aufgebaut, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist, und zwar in ähnlicher Weise
wie im vorausgehenden Beispiel. Deshalb kann das Scharfeinstellungssignal in der Brennebene Fo erreicht
werden, indem eine ähnliche Verarbeitung wie bei den vorausgegangenen Ausführungsformen an den auf den
Differenzverstärker 12 folgenden Stufen ausgeführi wird.
Im Hinblick auf den Aufbau erweist sich die beschriebene Anordnung als höchst vorteilhaft, weil die
Scharfeinstellungseinrichtung kompakt, leicht unc preiswert ist, da sie keine elektrische oder keim
Bewegungseinrichtung wie beispielsweise einen Elek tromotor erfordert, der elektrische Energie benötigei
ss würde. Es wird somit eine Scharfeinstellungseinrichtunj
geschaffen, welche sich in ein optisches Gerät mi kleinen Abmessungen, wie eine Kamera, einbauen läßt.
Weiterhin läßt sich die beschriebene Anordnuni
leicht von der oben beschriebenen Scharfeinstellungs
<>o einrichtung in eine automatische Scharfeinstellungs Steuereinrichtung abwandeln, indem ein Servorverstär
ker und ein Servomotor hinzugefügt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Vorrichtung zum Scharfeinstellen des durch eine Linse in eine feststehende Brennebene Fo
abgebildeten Bildes, wobei die Linse in bezug auf die Brennebene verstellbar ist, mit einem ersten und
einem zweiten Lichtsensor, auf die Licht aus dem Abbildungsstrahlengang abgelenkt wird, und die so
angeordnet sind, daß der erste Lichtsensor vor und der zweite Lichtsensor hinter jeweils einer Brennebene
angeordnet sind, die sich ergeben, wenn die Linse in die Brennebene Fo abbildet, mit einer
elektrischen Brückenschaltung, in deren Zweige die Lichtsensoren eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brückerischaltung mit einer Wechselspannung vorgegebener Frequenz gespeist ist, daß am Ausgang (A, B) der Brückenschaltung
ein Differenzverstärker (12) vorgesehen ist, daß der Differenzverstärker über ein Bandpaßfilter
(13), das eine Mittelfrequenz aufweist, die im wesentlichen gleich der Frequenz der Wechselspannung
ist, mit einem Phasenkomparator (14) verbunden ist, dem gleichzeitig die Wechselspannung
d dß i Phng
20 sollten Eine zusätzliche unerläßliche Bedingung fur e.ne
Errichtung zur Einstellung der Scharfe die in einer
Kamera verwendbar ist. besteht dann, daß irgendein
Süß auf die Scharfeinstellung ausgeschaltet sein
sollte der von einer Bewegungsunscharfe herrührt, die
Mfanmd einer entsprechenden Handhabung der Kame-™
Ät und es sollte außerdem ein Flackern oder eine
VeränJe rg der Helligkeit eines Objektes ohne Einfluß
hieben Leider enthält eine optische Information,
welche von einer Einrichtung zur Einstellung der Schärfe ermittelt wird, nicht nur die erforderliche
information zur Einstellung der Scharfe, sondern auch Rauschsignale, welche von einer Bewegungsscharfe
auSSnd der Handhabung und von einer Helhgkeitsveränderung
hervorgerufen werden.
Aus der DT-OS 14 47 469 ist bereits eine Einrichtung
der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, bei der die Abtastung beispielsweise durch Verwendung e.ner
SLA^Sruckichaltung bewirkt wird. Dies führt
tu dem Ergebnis, daß die Fokussierungsabtastung Astabil wird, weil sie den Einflüssen einer Bewegungsunscharfe,
einer Dispersion und anderem Rauschen aussetzt ist. Mit dem Ausdruck »Bewegungsunscharfe«
ist hier eine Bewegungsunschärfe angesprochen, dh horgerufen wird daß mit der
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