DE2756954A1 - Optisch-elektronische fokussiereinrichtung - Google Patents

Description

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Ernst Leitz Wetzlar GmbH pnt iue/Ma-i9.12.77

Optisch-elektronische Fokussiereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine optisch-elektronisohe Einrichtung zur Fokussierung von Objektiven, insbesondere in fotografischen Kameras.

Derartige Einrichtungen sind bereits bekannt. Sie basieren auf dem elektronischen Vergleich zweier Bilder des gleichen Objektes, die bei defokussierter Einstellung des Objektivs seitlich gegeneinander verschoben sind, wobei diese Verschiebung entweder aus der Abbildung über unterschiedliche Pupillenbereiche oder aus der Triangulation über einen Basisentfernungsmesser resultiert.

Es ist jedoch ein Nachteil der bisher bekannten Einrichtungen, daß bei ihnen ein Gitterraster oder auch ein Ablenkspiogel zwingend vorhanden sein muß, der eine Scan-Bewegung ausführt. Es ist also zwingend mindestens ein bewegtes Bauelement erforderlich.

So ist z.B. bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der die relative Lage zweier Bilder dadurch ermittelt wird, daß jedes Bild auf je eine Anordnung streifenförmiger fotoelektrischer Empfänger projiziert und die Signale jeweils korrespondierender Empfängerstreifon paarweise miteinander verglichen werden, wobei die Totalabweichung durch die betragsweise Summation aller Teilabweichungen gegeben ist (DT-PS 1 263 325).

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Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die Fokussierung um so ungenauer wird, je geringer die Anzahl und. je größer die Fläche der einzelnen streifenförmigen Empfänger ist. Aus technologischen Gründen ist es jedoch nicht möglich, die Zahl der Empfänger hinreichend groß zu wählen. Außerdem müssen an die Gleichheit der streifenförmigen Empfänger extrem hohe Anforderungen gestellt werden, so daß die Ausschußrate mit der Zahl der Empfänger exponentiell ansteigt. Die entsprechenden Halbleiterbausteine arbeiten daher entweder nur sehr ungenau, oder sie sind extrem teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektro-optische Fokussiereinrichtung zu schaffen, die erstens ohne bewegte Bauelemente und außerdem auch ohne derartige streifenförmige Empfänger auskommt.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die fotoelektrische Erapfängereinrichtung mindestens aus einem Paar zweier einzelner, mit je einem der Objektbilder beaufschlagten Empfänger besteht, die eine solche, untereinander etwa gleiche, von einer Seite zur anderen regelmäßig größer werdende Empfangsflache besitzen, daß eine Verschiebung des Objektbildes auf ihnen eine Änderung des abgegebenen elektrischen Signals bewirkt, daß die Empfänger hinsichtlich ihrer äußeren Form etwa gleichgerichtet angeordnet sind und daß den Empfängern paarweise elektrische Mittel zur Bildung der Differenz der elektrischen Signale nachgeschaltet sind.

Diese Differenz ist boi genauer Fokussierung des Objektivs gleich Null. Ist dns Objektiv dagogon defokussiert, so erscheint ein mehr oder weniger großos positives oder negatives Signal am Ausgang des Differenzbildners, so daß daraus

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auch die Richtung der Dpfοküss ierung erkennbar ist..

Obwohl eine Einrichtung mit nur einem Paar fotoelektrischer Empfänger der angegebenen Ausbildung zur Fokussierung durchaus ausreicht, wird zur Verbesserung der Empfindlichkeit und der Genauigkeit jedoch vorgeschlagen, zwei Paar fotoelektrischer Empfänger mit je zwei einzelnen Empfänger zu benutzen, deren Empfangsflächen keilförmig auszubilden und alle Empfänger in der Weise ineinanderzuschachteln, daß die Gesamtfläche ein Rechteck darstellt.

Der wesentliche Vorteil der erfundenen Einrichtung besteht darin, daß nur relativ unkritische, großflächige Empfänger verwendet werden. Ob diese Empfänger als Fotoelemente oder als Fotowiderstände ausgebildet sind, ist von untergeordneter Bedeutung.

Desgleichen ist es unerheblich, mit welchen Mitteln die beiden Objektbilder erzeugt werden, welche die fotoelektrischen Empfänger beaufschlagen, Es kann dies z.B. durch ein Paar Ablenkkeile geschehen oder auch durch ein stationär angeordnetes Prismenraster.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

25 Fig. 2

Fig. 1 schematisch eine AusfIihrungsform, bei der die beiden Objektbilder mittels zweier Meßkeile erzeugt werden,

eine Darstellung der Empfängereinrichtung in Ansicht und deren Schaltung,

Fig. 3a-3c schema tisch drei Fokussierungszustände mit den anfallenden Signalen,

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Fig. 4 schema tisch eiiTe Ausf ührungsf orm, bei der die beiden Objektbilder mittels eines Prismenrasters erzeugt werden,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Prismenrasters, Fig. 6 schematisch eine Darstellung der Empfängereinrichtung mit überlagertem Rasterbild.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Objekt bezeichnet, dessen eine Kante 1a mittels eines Objektivs 2 angemessen wird. Das Objektiv 2 bildet die Kante in eine Bildebene 3 ab, in der zwei Meßkeile Ua, hb angeordnet sind. Danach wird das Bild dos Objektes mittels einer Feldlinse 5 sowie einer Hilfsoptik 6 in eine Auffa gebene 7 abgebildet, in der zwei Paar fotoeloktrischer Empfänger 8a, 8b und 9a, 9b angeordne t sind.

Dabei werden in bekannter Weise diejenigen Bildteile, die auf die Meßkeile ^a, kb fallen, in der Auffangebene 7 nur dann nicht seitlich ausgelenkt, wenn die Bildebene 3 tatsächlich mit der Ebene der Meßkeile zusammenfällt, d.h. wenn das Objektiv richtig fokussiert ist. In allen anderen Fällen erscheinen die Teilbilder der Kante im Bereich der Keile in der Auffangebene 7 und damit auf den fotoelektrischen Empfängern 8a, 8b und 9a, 9b seitlich gegeneinander verschoben.

Die fotoelektrischen Empfänger 8a, 8b und 9a, 9b haben die aus Fig. 2 ersichtliche Form. Die Empfangsfläche jeden einzelnen Empfängers wird von der einen Seite zur anderen Seite hin größer (KeiIform)·, wobei die Richtung, in der die Flächen größer werden, innerhalb eines Paares (z.B. 8a, 8b oder auch 9a, 9b) gleichgerichtet ist, bei den zwei Paaren jedoch unterschiedlich ist«

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Jedem Paar ist ein Differenzverstärker V, bzw. V₀ nächgeschaltet, deren Ausgänge zu einem dritten Differenzverstärker V„ geführt sind. Außerdem sind in den einzelnen Zveigen Trimrawiderstände T₁-T., eingeschaltet.

Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist folgende t Bei exakter Fokussierung verläuft das Bild der Kante 1a ohne Unterbrechung von oben nach unten (Fig. 3a). Die vier Empfängersegmente 8a, 8b und 9a» 9b geben einen bestimmten Strom ab, dessen absolute Höhe von der allgemeinen Helligkeit abhängig ist, jedoch für die jeweils dem oberen oder unteren Teilbild zugeordneten Empfänger 8a,9a/ 8b, 9b gleich groß ist. Die angeschlossenen Differenzverstärker V₁ und V₂ liefern daher jeweils ein Null-Signal am Ausgang, das auch am Ausgang des dritten Verstärkers V_ ein Null-Signal zur Folge hat.

Bei Defokussierung verschieben sich die beiden Teilbilder in an sich bekannter Weise seitlich gegeneinander. Nunmehr sind die Signale an den Eingängen der beiden Differenzverstärker V₁, V_ nicht mehr gleich,und an deren Ausgängen entstehen Signale entgegengesetzter Polarität. Als Folge davon steht am Ausgang des dritten Differenzverstärkers V„ ein Signal, das je nach Richtung des Bildversatzes entweder größer oder kleiner als Null ist. Somit ist also eine eindeutige Richtungsaussage möglich

25 (Fig. 3b, 3c).

30

Das hier am Beispiel der Kante 1a erläuterte Prinzip funktioniert auch bei anderen Objektstrukturen, vorausgesetzt daß das Objekt in Richtung der Schnittlinie überhaupt eine Struktur aufweist. Im Falle einer periodischen Struktur muß deren Gitterkonstante aus bekannten Gründen größer

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oder allenfalls gleich der halben Meßfeldlänge sein-.

Besonders vorteilhaft bei der angegebenen Anordnung ist außerdem, daß sie gegenüber Schwankungen der gesamten Helligkeit weitgehend unempfindlich ist. Da auf beiden Seiten jeweils die Lichtstromdifferenzen weiterverarbeitet werden, heben sich Lichtstromschwankungen, die den gesamten Empfängerbereich beeinflussen (z.B. Wechsellicht), weitgehendst heraus. Unterschiedliche Empfindlichkeit der Empfänger kann zudem in gewissen Grenzen durch Beeinflussung der Vorverstärkung, wie sie durch die Trimmwiderstände T-T angedeutet ist, ausgeglichen werden, dar die Einrichtung insgesamt als Null-Indikator arbeitet, die absolute Höhe der Aus gangsSignaIe also keine Bedeutung hat.

In Fig. h ist eine AusfUhrungsform der Einrichtung dargestellt, bei der die beiden Objektbilder nicht duroh zwei Meßkeile, sondern ein Prismenraster erzeugt werden. Diese AusfUhrungsform vermeidet den prinzipiellen Nachteil der Schnittbildentfernungsmessung, daß dabei nämlich nur eng benachbarte, aber nicht identische Objektbereiche zur Messung herangezogen werden.

Das Objektiv 10 bildet ein nichtdargestelltes Objekt auf eine Prismenrasterplatte 11 ab. Durch deren zueinander geneigte Flanken wird die Austrittspupille AP des Objektivs zweimal abgebildet. Es entstehen die beiden Pupillenbilder AP¹ und AP'. Aus diesen sich überlagernden Pupillenbildern worden mittels einer Blonde 12 zwei entgegengesetzt gelagerte Teilbereiche dor Austrittspupille ausgeblendet (eine gleichartige Blende kann auch bei der Ausf Uhr ungs for in nach Fig. 1 benutzt werden, um die mittleren Pupillenbereiche auszublenden, die keine zur Entfernungsmessung nutzbare Information übertragen).

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Durch eine nachgeordnete Ililfsoptik 13 werden diese- beiden Teilbereiche in die Auffangebene 1'* abgebildet, in der wiederum die fotoelektrischen Empfängerpaare 8a, 8b und 9a, 9b angeordnet sind. Die Bilder der beiden Teilbereiche würden sich in der Auffangebene wieder zu einem geschlossenen Bild überlagern, wenn nicht Mittel vorgesehen werden,um die Bilder auseinanderzuziehen. Diese Mittel bestehen aus den Keilen 15 und 16, deren brechende Kanten parallel zur Meßbasis verlaufen und die in der Figur um 90° gedreht dargestellt sind. Die Keile bewirken, daß die von den beiden Pupillenhälften herrührenden Teilbilder, obgloich sie aus dem gleichen Objektbereich stammen,' in der Höhe, d.h. senkrecht zur Zeiohenebene, gegeneinander versetzt auf die Empfänger projiziert werden. Die Empfänger 8a, 8b liegen in Wirklichkeit vor der Zeichenebene, die Empfänger 9a, 9b dagegen hinter der Zeichenebene. Durch Blenden im Strahlengang hinter der Ililfsoptik kann sichergestellt werden, daß die beiden Gesichtsfelder ausreichend eingeengt werden. Allerdings ist dann unter Umständen eine modifizierte Empfängerform notwendig, bei der die entstehenden Halbschattenbereiche zwischen die Empfängerhälften fallen.

In Fig. 6 ist gezeigt, daß sich beide Teilbilder komplementär zueinander verhalten, d.h. in streifenförmige Bereiche unterteilt sind, die jeweils wechselseitig abgeschattet sind. Beide Teilbilder erscheinen also von feinen, dem Prismenraster parallel verlaufenden dunklen Linien durchsetzt. Für den vorliegenden Anwendungszweck ist dios jedoch bei ausreichend feinor Gitterstruktur ohne Bedeutung.

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Claims (3)

1. Ernst IÄ Wstitor Ombi i _V,_D ΛΑ^ΐΙ. ₇₇

   Ansprüche

   Η. Optisch-elektronische Einrichtung zur Fokussierung von Objektiven, insbesondere in fotografischen Kameras, bei dor zwei Bilder des gleichen Objektes seitlich gegeneinander versetzt erzeugt und einer nachgeschalteten fotoelektrischen Empfängereinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Empfängereinrichtung mindestens aus einem Paar zweier einzelner, mit je einem der Objektbilder beaufschlagton Empfängern (8a, 8b) besteht, die eine solche, untereinander etwa gleiche, von einer Seite zur anderen regelmäßig größer werdende Empfangsfläche besitzen, daß eine Verschiebung des Objektbildes auf ihnen eine Änderung des abgegebenen elektrischen Signals bewirkt, daß die Empfänger (8a, 8b) hinsichtlich ihrer äußeren Form etwa gleichgerichtet angeordnet sind und daß den Empfängern paarweise elektrische Mittel (V₁) zur Bildung der Differenz der elektrischen Signale nachgeschaltet s i nd.
2. 2. Optisch-elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Empfängereinrichtung aus zwei Paar mit insgesamt vier einzelnen Empfängern (8a, 8b, 9a, 9b) besteht und daß jedem Empfängerpaar ein elektrisches Mittel (V₁, V ) zur Bildung der Differenz der elektrischen Signale nachgeschaltet ist.

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3. 3.

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   Optisch—e lektron ische Einrichtung nach Anspruch 1 .oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsflache der ger (8a, 8b, 9a» 9b) keilförmig ausgebildet ist.

   k. Optisch-elektronische Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmigen Empfänger in der Weise ineinandergeschachtelt angeordnet sind, daß die Gesamtfläche etwa ein Rechteck darstellt.

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