DE2846696A1

DE2846696A1 - Einrichtung zur feststellung der scharfeinstellung

Info

Publication number: DE2846696A1
Application number: DE19782846696
Authority: DE
Inventors: Masao Jyojiki; Kazuo Nakamura; Seijiro Tokutomi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2846696C2; JPS5461921A; GB2011213B; US4408853A; GB2011213A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

CX PL-ING

H. KlNKELDEY 2846896

DR-ING - AkE(CALTCCH

K. SCHUMANN

Da RER W^T. · OPL-PHVS

P. H. JAKOB

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Q. BEZOLD

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8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

PH 13 227

Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung, und insbesondere eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung bzw. Fokussierung, die bei einer Kamera verwendet werden kann.

Es sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, mit denen die Scharfeinstellung festgestellt werden kannJ

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TBLEPON (oao) aaasea TELex os-adoso teleqramme momapat

dabei werden beispielsweise Änderungen des Objekt-Kontrastes, der Ratimfreguenz und der Lichtmenge in Abhängigkeit von der jeweiligen Scharfeinstellung ausgenutzt. Bei einem ersten/ herkömmlichen Verfahren wird ein fotoelektrisches , aus CdS hergestelltes Element mit einer besonderen, auf den Kontrast ansprechenden Charakteristik verwendet. Bei einem zweiten Verfahren wird ein fotoelektrisches Ausgangssignal eingesetzt, das erhalten wird, indem ein optisches Element mechanisch in Schwingungen versetzt oder gedreht wird. Bei einem dritten Verfahren, das einem Entfernungsmesser/Sucher ähnelt, werden zwei Ausgangssignale von an verschiedenen Stellen vorgesehenen Lichtmeßelementen verwendet, um die Beendigung der Scharfeinstellung festzustellen.

Das zuerst erwähnte Verfahren hat mehrere Nachteile; dazu gehören insbesondere die Schwierigkeiten bei der Herstellung von fotoelektrischen Elementen mit der gleichen Ansprechempfindlichkeit für Licht, also der gleichen Kennlinie. Außerdem läßt sich die Beendigung der Scharfeinstellung bei schwachem Licht nur mit großem apparativen Aufwand ermitteln, weil die Änderungen des Ausgangssignals des fotoelektrischen Elementes vor und nach dem Erreichen der Scharfeinstellung äußerst klein sind. Ein weiterer Nachteil des ersten Verfahrens liegt darin, daß sich eine Kamera, die dieses System benutzt, nicht kompakt auslegen läßt, weil mechanisch bewegliche Bauteile vorgesehen sein müssen. Außerdem wird eine relativ große Strommenge verbraucht, wenn die beweglichen Bauteile elektrisch angetrieben werden sollen.

Der wesentliche Nachteil des dritten Verfahrens liegt darin, daß es in der Regel nicht möglich ist, das Objektiv auszuwechseln. Da zur Zeit nahezu alle Kameras der hier interessierenden Gattung, insbesondere Spiegelreflexkameras, mit Wechselobjektiven versehen sind, läßt sich dieses Verfahren bei vielen üblichen Kameras zur Zeit nicht kommerziell

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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung für ein optisches System zu schaffen, bei der das optisches System eine äußerst geringe Größe hat, also sehr kompakt ist.

Außerdem soll eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung vorgeschlagen werden, die eine große Präzision ermöglicht, auch bei geringer Helligkeit korrekt arbeitet und für den Betrieb nur wenig elektrische Energie benötigt.

Der Grundaufbau der Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Teiler für den Strahlengang mit gespalteten, bzw. geteilten Prismen sowie aus Lichtempfangselementen.

Eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Erfindung weist also geteil|rte bzw. gespaltene Prismen auf, die zwischen einem Aufnahmeobjektiv und einer auf der Brennebene des Aufnahmeobjektivs ausgebildeten Abbildung des Objektes vorgesehen ist, wodurch die Abbildung des Objektes in zwei Abbildungen aufgeteilt wird. Zwei lichtempfangende Elemente oder zwei Gruppen von lichtempfangenden Elementen sind auf einer Oberfläche angeordnet, in der die Abbildung erzeugt wird; eine Signalverarbeitungsschaltung unterwirft die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente der Gruppen von Lichtempfan.gsele-' menten einem Vergleich, um ein Signal abzugeben, welches die Scharfeinstellung darstellt.

Wenn die Scharfeinstellung noch nicht beendet ist, werden die beiden Abbildungen durch die gespaltenen Prismen auf den Lichtempfangselementen oder den Gruppen von Lichtempfangselementen in entgegengesetzte Richtungen verschoben ', dies bedeutet, daß die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtempfangselemente oder der Gruppen von Lichtempfangselementen nicht Null ist. Wenn

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die Scharfeinstellung beendet ist, werden die beiden Abbildungen an optisch äquivalenten Stellen auf den beiden Lichtempfangselementen oder den Gruppen von Lichtempfangselementen gebildet, so daß die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtempfangselemente oder der Gruppe, von Lichtempfangselementen entweder Null oder zu einem einstellbaren Minimalwert werden, wenn auch das Rauschen des Signals berücksichtigt wird. Die Signalverarbeitungsschaltung erzeugt dann ein Signal, welches die Beendigung der Scharfeinstellung anzeigt.

Die Erfindung schafft also eine Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung mit Prismen zwischen einem optischen Objektiv und einer Abbildung des Objektes, die auf der Brennebene des Objektivs ausgebildet ist. Die Abbildung wird in zwei Abbildungen aufgeteilt, wobei mehrere Lichtempfangselemente oder zwei Gruppen von Lichterapfangselementen auf der Oberfläche angeordnet sind, in der die Abbildung erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Elemente oder Gruppen werden verarbeitet, wodurch ein elektrisches Signal erhalten wird, welches den Zustand der Scharfeinstellung anzeigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen jeweils gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen , also Ziffern oder Buchstaben, versehen sind. Außerdem zeigen in den Zeichnungen

Fig. 1 ein Diagramm einer Anordnung eines im Strahlengang angeordneten Strahlteilers,

Fig. 2(a) ein Diagramm mit den Lagen einer Linse 2 und der gespaltenen Prismen 3a und 3b, und zwar längs der optischen Achse gesehen,

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Fig. 2{b) ein Diagramm der Brechung der optischen Achse durch das gespaltene Prisma 3a und der Lage der Abbildung, ·

Fig. 2(c) ein Diagramm der Brechung der optischen Achse durch das gespaltene Prisma 3b und die Lage der Abbildung,

Fig. 3, 4, 5 und 7 Diagramme einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Scharfeinstellung beendet ist,

Fig. 6 und 8 Diagramme des Zustandes der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wenn die Scharfeinstellung noch nicht beendet ist,

Fig. 9 ein Diagramm einer Anwendung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera,

Fig. 10 ein Diagramm einer weiteren Anwendung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, bei der die Linse in dem in dem Strahlengang vorgesehenen Strahlenteiler getrennt von dem Aufnahmeobjektiv angeordnet ist,

Fig. 11 eine Seitenansicht der Linse und der gespaltenen Prismen nach Figur 10,

Fig. 12(a) ein zur Erläuterung dienendes Diagramm der Lichtempfangselemente 5a und 5b,

Fig. 12(b) ein zur Erläuterung dienendes Diagramm der Gruppen von Lichtempfangselementen 5a und 5b, wobei sich die Lichtempfangselemente 5a.. und

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5b.., 5a₂ und 5b₂, , 5a_ bzw. 5b_ jeweils

in optisch äquivalenten Lagen angeordnet sind,

Fig. 12(c) ein zur Erläuterung dienendes Diagramm von Gruppen von Lichtempfangselementen, die in Matrixform angeordnet sind, wobei sich die Lichtempfangselemente 5a, ₁ ... und 5b... ... ,

^5a(1, 2) ^{und 5b}(1, 2)' ·'■ ^5a(3, 3) ^{Und 5b}(3, 3) jeweils in optisch äquivalenten Lagen angeordnet sind,

Fig. 12(d) ein zur Erläuterung dienendes Diagramm von Gruppen von Lichtempfangselementen, die statistisch verteilt angeordnet sind, wobei sich die Lichtempfangselemente 5a.. und 5b-, 5a₂ und 5b₂, ...... 5a_g und 5b,- sich jeweils in optisch äquivalenten Lagen befinden,

Fig. 13 ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung,

Fig. 14 eine graphische Darstellung des Ausgangssignals der Absolutwertschaltung und der Größe der Bewegung der Linse,

Fig. 15 eine weitere graphische Darstellung des Ausgangs-* signals eines Komparators zusätzlich zu der in Figur 14 gezeigten Kurve, und

Fig. 16 ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels der Signalverarbeitungsschaltung, wobei mehrere Paare von Lichtempfangselementen verwendet werden.

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Da der in dem Strahlengang vorgesehene Strahlenteiler wesentlich für das Verständnis der Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Erfindung ist, soll ein solcher Strahlenteiler zunächst unter Bezugnahme auf mehrere, schematische Zeichnungen beschrieben werden. In den Figuren 1 und 2 sind ein Objekt, 1, eine Linse 2, eine Oberfläche 4, auf der eine Abbildung des Objektes erzeugt wird, und gespaltene bzw. geteilte Prismen 3a und 3b dargestellt. Die gespaltenen Prismen sind so angeordnet, daß sich ihre Spitzen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten befinden, wie man insbesondere Figur 1 entnehmen kann. Figur 2(a) zeigt ein Diagramm der Linse 2 und der gespaltenen Prismen 3a und 3b, und zwar von der optischen Achse aus gesehen. Figur 2(b) stellt eine Draufsicht auf den Strahlengang dar, der durch die obere Hälfte 2a der Linse 2 verläuft, und zwar von oben auf das optische System nach Figur 1 gesehen^ Figur 2(c) stellt eine Draufsicht auf den Strahlengang dar, der durch die untere Hälfte 2b der Linse 2 verläuft und zwar von oben gesehen.

Das durch die obere Hälfte 2a der Linse 2 verlaufende Licht passiert das gespaltene Prisma 3a, während das durch die untere Hälfte 2b der Linse verlaufende Licht das gespaltene Prisma 3b passiert. Die Helligkeit der Abbildung wird auf die Hälfte reduziert, wobei jedoch zwei vollständige Abbildungen 4a und 4b auf die Oberfläche 4 projiziert werden, auf der die Abbildungen erzeugt werden. Dies ist auf folgendes zurückzuführen: Wenn der Lichtfluß von dem Objekt 1 die Abbildungen auf der Oberfläche 4 über die Linse 2 erzeugt, wird der Lichtfluß durch die gespaltenen Prismen 3a und 3b in zwei Hälften geteilt. Als Ergebnis hiervon wird das durch das gespaltene Prisma 3a verlaufende Licht gemäß der Darstellung in Figur 2(b) nach oben ver-

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schoben, während das durch das gespaltene Prisma 3b verlaufende Licht nach unten verschoben wird, wie man Figur 2(c) entnehmen kann.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen A den Abstand zwischen dem Objekt 1 und der Linse 2. Das Bezugszeichen B kennzeichnet den Abstand zwischen der Linse 2 und den gespaltenen Prismen 3a und 3b , Mit dem Bezugszeichen C ist schließlich der Abstand zwischen den gespaltenen Prismen 3a und 3b und der Oberfläche 4 bezeichnet, auf der die Abbildungen erzeugt werden.

Wenn die Brennweite der Linse 2 durch f ₍₂) ^un(^ ^ie optischen Brechungswinkel der gespaltenen Prismen 3a und 3b durch α., bzw. α,., dargestellt werden, haben die beiden Abbildungen, die auf der Oberfläche 4 gebildet werden, den Abstand C {tan (cc, ) + tan (a_, )] voneinander. Wenn

^α·3 ^{= α}·3κ ^{= α} ist, dann beträgt der Abstand zwischen Ja JD -

den beiden Abbildungen C (2 tanotj . In diesem Fall werden die Abbildungen 4a und 4b in einem Abstand angeordnet, der optisch äquivalent von dem Objekt 1 ist. Deshalb kann als Näherung die folgende Gleichung aufgestellt werden:

1/A + 1/(B + C) = 1/f ₍₂₎

Wenn achromatische Prismen als gespaltene Prismen 3a und 3b verwendet werden, so läßt sich eine Farbdispersion bzw. Farbverlegung der Abbildungen 4a und 4b vermeiden.

Nun soll unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4 und 5 das Grundprinzip der Feststellung des Brennpunktes unter Verwendung des oben beschriebenen Strahlenteilers erläutert werden.

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Figur 3 zeigt ein Beispiel eines optischen Systems in einer Kamera nach der vorliegenden Erfindung. Wie sich aus Figur 3 ergibt, verläuft die optische Achse 6 des Aufnahmeobjektivs 2 durch einen Punkt 1a an dem Objekt Es wird angenommen, daß der Lichtfluß von dem Punkt 1a beim Passieren des gespaltenen Prismas 3a in einem Winkel a^_a gebrochen wird. In ähnlicher Weise wird der Lichtfluß in einem Winkel α.,, gebrochen, wenn er durch das gespaltene Prisma 3b verläuft; dementsprechend gilt: ^a3a ^{= a}3b ^{= α}·

Die Hauptstrah1engänge der beiden Lichtflüsse sind in Figur 3 durch die Strahlen 7a und 7b gekennzeichnet. Zwei Abbildungen des Objektpunktes 1 werden an den Schnittpunkten der Hauptstrahlengänge 7a und 7b und der Oberfläche 4 gebildet, auf der die Abbildungen erzeugt werden. Der Abstand zwischen den beiden Abbildungen ist C \2 tan α) , wobei die beiden Abbildungen symmetrisch zu der optischen Achse 6 angeordnet sind. Wenn die Filmoberfläche 5 in der Kamera mit der Oberfläche 4 zusammenfällt, auf der die Abbildungen erzeugt werden, liegt die richtige Scharfeinstellung vor- Nun soll eine Ebene 5 untersucht werden, die optisch äquivalent zu der Filmoberfläche 5 ist. Dabei sind Lichtempfangselemente 5a und 5b an Stellen vorgesehen, die gleich den Lagen der beiden Abbildungen zu dem Zeitpunkt sind, zu dem die Scharfeinstellung beendet wurde. In. der Praxis wird die Scharfeinstellung einer Kamera dadurch durchgeführt, daß die Lage des Objektivs in bezug auf das Objekt verschoben wird, während die Filmoberfläche stationär gehalten wird. Um jedoch die Beschreibung zu vereinfachen, soll angenommen werden, daß bei dieser Ausführungsform der Brennpunkt mittels eines Systems zur Ein stellung der Scharfeinstellung festgestellt wird, bei dem die Filmoberfläche längs der optischen Achse der Linse bewegt wird.

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Wenn die Scharfeinstellung erfolgt, ist, erreicht Licht von dem gleichen Objektpunkt 1a die Lichtempfangselemente 5a und 5b. Wenn also die Charakteristiken bzw. Kennlinien des optischen Ausgangssignals der beiden Lichtempfangselemente -5a und 5b einander gleich sind, so sind auch die Ausgangssignale dieser Elemente gleich. Da die Lichtempfangselemente 5a und 5b optisch äquivalent zu der Filmoberfläche 5 sind, werden sie bei einer Fokussie rung nach vorne auf den gestrichelten Linien 8a und 8b nach rechts und bei einer Fokussierung nach hinten nach links verschoben. Die Verschiebungen der Lichtempfangselemente 5a und 5b sind in Figur 3 durch die gestrichelten Linien 8a bzw. 8b angedeuted.

Die gestrichelten Linien 8a und 8b haben einen Abst.and C tan α von der optischen Achse 6 und verlaufen parallel zu der Achse 6. Die.¹ Lagern der Lichtempfangselemente 5a und 5b sind bei einer vorderen Fokussierung durch 9a und 9b bzw. durch 10a und 10b bei der hinteren Fokussierung angedeutet. Wenn sich bei der Anordnung nach Figur 3 die Lichtempfangselemente 5a und 5b in den Lagen 9a und 9b bzw. 10a und 10b befinden, ist es sehr schwierig, zu analysieren, ob die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 5a und 5b voneinander verschieden sind oder nicht.

Wenn sich jedoch ein Objektpunkt 1b gemäß der Darstellung in Figur 4 etwa über dem Objektpunkt 1a befindet, bildet die optische Hauptachse 11 des Lichtflusses von dem Objektpunkt 1b einen Winkel ß mit der optischen Achse 6. Dann bildet die optische Hauptachse 7a des Lichtflusses, der durch das gespaltene Prisma 3a verläuft, einen Winkel ( α - ß ) mit der optischen Achse 6 bei dieser Näherung, während die optische Hauptachse 7b des Lichtflusses, der durch das andere, gespaltene Prisma 3b verläuft, einen Winkel ( α + ß ) mit der optischen Achse 6 bildet. Des-

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halb wird das Licht von dem Objektpunkt 1b bei der vorderen Fokussierung dem Lichtempfangselement 5a und bei der hinteren Fokussierung dem Lichtempfangselement 5b zugeführt. Wenn jedoch die Scharfeinstellung beendet wird, erhält keins der Lichtempfangselemente dieses Licht. Dies kann durch den folgenden Ausdruck demonstriert werden:

c tan (α - ß) < C tan α < C tan (α + ß)

Die entgegengesetzte Bedingung ist in Fig. 5 gezeigt, wobei sich ein Objektpunkt 1c etwas unter dem Objektpunkt 1a befindet. Die optische Hauptachse des Lichtpunktes vom Objektpunkt 1c bildet einen Winkel γ mit der optischen Achse 6. Die optische Hauptachse 7a des durch das gespaltene Prisma 3a verlaufenden Lichtflusses bzw. Lichtstroms bildet näherungiiwoise einen Winkel (α + γ) mit der optischen Achse 6, während die optische Hauptachse 7b des Lichtstroms, der durch das gespaltene Prisma 3b verläuft, einen Winkel (α - γ) mit: der ox>tischen Achse bildet.

Deshalb wird im Gegensatz zu dem Fall nach Fig. 4 das Licht von dem Objo.ktpunkt 1 c bei der vorderen Fokussierung des Lichtempiangselementes5b und bei der hinteren Fokussierung dem Lichtempfangselement 5a zugeführt. Dies kann durch den folgenden Ausdruck bewiesen werden:

tan (α - γ) < tan α < tan (α +γ)

Deshalb wird bei der vorderen Fokussierung das Licht von einem Bereich des Objektes 1, der sich bei den Figuren 3, 4 oder 5 über der optischen Achse befindet, dem Lichtempfangselement 5a zugeführt, während Licht von einem Bereich des Objektes, der sich unter der optischen Achse befindet, dem Lichtempiangselement 5b zugeführt wird. Im Gegensatz hierzu wird bei dor hinteren Fokussierung Licht von einem Bereich des Objekt.oi; 1 , der sich über der optischen Achse befindet, dem Licht oinpfangselement 5b zugeführt, während Licht von einem

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Bereich des Objektes 1, der sich unter der optischen Achse befindet, dem Lichtempfangselement 5a zugeführt wird.

Wenn die Defokussierung zunimmt, also die Scharfeinstellung schlechter wird, nehmen auch die Beträge von γ und ß zu. Damit wird die Lage des Objektpunktes, dessen emittiertes Licht auf die Lichtempfangselemente 5a und 5b fällt, in zunehmendem Maße aus der Lage 1a verschoben, weil die Abbildung des Objektpunktes nicht scharf eingestellt ist. Dies auf folgendes zurückzuführen: Obwohl die Schnittfläche des Lichtstroms von dem Objektpunkt auf der Oberfläche 4, auf der die Abbildung erzeugt wird, minimal ist und der Bildpunkt und der Objektpunkt das Korrespondenzverhältnis 1:1 haben, wird Licht von mehreren Objektpunkten auf einen Punkt auf einer Ebene gerichtet, die nicht scharf eingestellt ist. Aufgrund der oben beschriebenen Defokussierung hat das den Lichtempfangselementen 5a und 5b zugeführte Licht eine besondere Charakteristik bzw. Kennlinie.

Deshalb sind die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 5a und 5b voneinander verschieden, wenn nicht die Objektpunkte 1a, 1b und 1c die gleiche Lichtmenge emittieren. Wenn also das Objekt einen gewissen Kontrast hat und dit; Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtempfangselemente 5a und 5b Null ist, so kann davon ausgegangen werden, daß die Scharfeinstellung beendet ist. Damit ist das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Wie jedoch oben erwähnt wurde, erfolgte die Erläuterung dieses Prinzips anhand einer speziellen Kamera, bei welchen die Filmoberflache bewegt wird. Deshalb soll eine übliche Kamera im folgenden kurz unter Bezugnahme auf die Figuren 6,7 und 8 beschrieben werden. Bei einer solchen Kamera erfolgt die Scharfeinstellung durch eine Bewegung des Objektivs in dem gleichen optischen System.

Die Figuren 6 (a),6(b) und 6(c) zeigen den Lichtfluß von den Objektpunkten 1a, 1b und 1c bei der Front- bzw. vorderen Fokussierung. Die Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) zeigen den Lichtfluß von den Objektpunkten 1a, 1b und 1c, wenn die Scharfein-

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Stellung beendet ist, während die Figuren 8(a), 8(b) und 3(c) den Lichtfluß bzw. Lichtstrom von den Objektpunkten 1a, 1b und 1c bei der hinteren Fokussierung darstellen.

Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm einer Anwendung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung auf eine einäugige Spiegelreflexkamera, bei der die optische Anordnung aus einem Objekt 1, einem Aufnahmeobjektiv 2, gespaltenen Prismen 3a und 3b und Lichtempfangselementen 5a und 5b identisch mit der Anordnung ist, wie sie in den Figuren 3 bis 8 zu erkennen ist. In Fig. 9 sind außerdem noch ein Halbspiegel 20 und ein total reflektierender Spiegel 21 zu erkennen. Eine Fokussierungsoberflache 13 befindet sich an einer Kondensorlinse 14. Ein Pentaprisma 15 reflektiert die Abbildung auf οin Okular 16, wo axe durch einen Beobachter 17 betrachtet: werden kann. Diese; Elemente werden üblicherweise bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet.

Die Fokussierungiioberfläche 13, der Film 5 und die Lichtempfangseleuente ^f5a und 5b befinden sich in Ebenen, die optisch zueinander äquivalent sind. Wenn die Scharfeinstellung erreicht ist, wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtempfangseleraente 5a und 5b Null. Die Differenz wird jedoch dann nicht Null, wenn die Scharfeinstellung noch unvollständig ist, so daß durch diese Technik die gewünschte Scharfeinstellung festgestellt werden kann.

Bei der in Fig. IO gezeigten Anwendung wird eine Relaislinse 19 verwendet, um die Wirkung des Bildteilers zu verbessern. Der Abstand zwischen der Relaislinse 19 und den gespaltenen Prismen Ja und 3b ί/iul kürzer gemacht als in dem Fall nach Flg. 9. In Fig. IO ist eine Ebene 18 dargestellt, die äquivalent zu der FiLmoberfläche ist.

In Fig. 10 wird die Linse des Bildteilers nicht als Aufnahmeobjektiv verwendet, so daß bei Bedarf ein optisches Element

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eingesetzt werden kann, das durch Kombination einer Linse und gespaltener Prismen erhalten wird, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Das optische Element^ ist eine Kombination der Relaislinse 19 und gespaltener Prismen 32 und 36.

Wenn Silizium-Photodioden oder Silizium-Phototransistoren als Lichtempfangselemente 5a und 5b verwendet, werden, läßt sich das oben beschriebene System zur Feststellung der Scharfeinstellung mit zwei Lichtempfangselementen [Fig. 12 (a)] erreichen. Die Lichtempfangselemente können jedoch in Form von Gruppen [ Fig. 12 (b)], in Matrixform [ Fig. 12 (c)] oder in willkürlicher Form angeordnet werden, wie in Fig. 12 (d) angedeutet ist. Wenn die Lichtempfangselemente 5a und 5b (die im folgenden cils "zwei Lichtempfangs£3lemonte " bezeichnet werden sollen, soweit es zutrifft) in optisch äquivalenten Lagen angeordnet sind, wird beiden dio gleiche Abbildung zugeführt, sobald die Scharfeinstellung in jedem der in den Figuren 12 (b) - (d) gezeigten Fälle beendet ist. In dem Fall nach Fig. 12(b) befinden sich die Lichtempfangselemente 5a- und 5b-, 5a~ und 5b„, .... 5a_? und 5b., in optisch äquivalenten Lagen. In dem Fall nach Fig. 12(e) befinden sich die Lichtempfangselerneute 5a. _{1 1}. und Sb,.. -. , 5a... _o.

und 5b _ΙΛ „. 5a _/Q _.* und 5b,-, ... in opt inch äquivalen-

ten Lagen. Schließlich befinden sich in dem FnIl nach Fig. (d) die Lichtempfangselemente 5a.. und 5b- , 5a~ und 5b„, .... 5a,- und 5b₅ in optisch äquivalenten StGlItHIg(¹Ii. Dann ist die Gesamtdifferenz des optischen Ausgangssignali; zwischen den Paaren von Lichtempfangselementen Hull, wenn die Scharfeinstellung beendet ist, jedoch nicht Null, W(¹Im noch keine Scharfeinstellung vorliegt. Damit kann die; Scharfeinstellung festgestellt werden. Wenn die Anordnung dar Lichtempfangselemente 5a und 5b so kompliziert ist, wie es in den Figuren 12(b) - (d) zu erkennen ist, wird jedoch die Verarbeitung der Signale kompliziert. Andererseits nimmt, die Fähigkeit, die Scharfeinstellung festzustellen, basierend auf der Form eines Objektes zu.

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Eine Signalverarbeitungsschaltung soll unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben werden, bei dem jedes Lichtempfangselement 5a und 5b aus einem einzigen Element besteht. In diesem Fall sollen die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 5a und 5b mit "5a" bzw. "5b" bezeichnet werden. Die Signalverarbeitung hat das Ziel, den Zeitpunkt festzustellen, wenn sich die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Lichtempfangselemente 5a und 5b auf dem Pegel Null befindet.

Fig. 13 zeigt ein Beispiel einer solchen Signalverarbeitungsschaltung. Verstärkerschaltungen 101a und 101b für optische Ausgangssignale sind für jedes Lichtempfangselement . 5a und 5b vorgesehen, um das optische Ausgangssignal zu einem ausreichend starken Signal zu verstärken. Ein Differenzverstärker 102 dient dazu, die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Verstärkerschaltungen 101 für das optische Ausgangssignal zu verstärken. Eine mit dem Differenzverstärker 102 verbundene Absolutwertschaltung 110 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem Absolutwert der Ausgangssig nal-Differenz entspricht. Ein mit der Absolutwertschaltung 110 verbundener Komparator 103 dient dazu, eine Komparator spannung, die durch Spannungsteilung mittels der Widerstände 105 und 106 erhalten wird, mit dem Ausgangssignal der Absolutwertspannung 110 zu vergleichen. Außerdem ist . noch eine Anzeigeeinheit 104, wie beispielsweise eine Lampe bzw. Lichtquelle, vorgesehen, um das Ausgangssignal bei der Feststellung der Scharfeinstellung anzuzeigen.

Fig. 14 stellt graphisch das Ausgangssignal 107 der Absolutwertschal tung 110 und die Spannung V dar, die durch Spannungsteilung der Widerstände 105 und 106 erhalten wird. Die vertikale Achse wird dazu verwendet, die Spannung auszudrücken, während die horizontale Achse das Ausmaß bzw. die Größe der Bewegung des Aufnahmeobjektivs ausdrücken soll. Die Scharfeinstellung ist an einem Punkt 108 beendet, an dem das Ausgangssignal 107 ein Minimum wird. Es wird

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jedoch darauf hingewiesen, daß das Ausgangssignal 107 aufgrund von Schaltungsrauschen oder ähnlichen Effekten nicht Null werden kann. Damit ist der Punkt des minimalen Ausgangssignals oder ein Punkt unter irgendeinem Schwellwert der Punkt, der in der Praxis die Scharfeinstellung anzeigt. Wenn die Größe der Bewegung des Aufnahmeobjektivs weiter erhöht wird, und zwar von dem Punkt 108 weg, nimmt das Ausgangssignal 107 ab. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Abbildungen auf den beiden Lichtempfangselementen sich kaum voneinander unterscheiden und "trübe bzw. verv/ischt" oder unklar sind.

Wenn die Komparatorspannung V in geeigneter Weise ausgewählt wird, kann ein Signal 109 geliefert werden, wie es in Fig. 15 dargestellt ist und die Beendigung der Scharfeinstellung anzeigt. Dabei handelt es sich um eine graphische Darstellung, die das Ausgangssignal 107 der Absolutwertschaltung 110, die Komparatorspannung V und das Ausgangssignal 109 des !Comparators 103 angibt. Damit ist die Scharfeinstellung beendet, wenn der Wert des Ausdruckes j 5a - 5b |

ein Minimum annimmt. Wenn mehrere Lichtempfangselemente 5a und mehrere Lichtempfangselemente 5b vorgesehen sind, wie es in den Figuren 12 (b) bis 12 (d) dargestellt ist, ist die Scharfeinstellung beendet, wenn der Wert dc>s Ausdrucks _ j 5a. - 5b. | minimal wird. Dabei ist ti die Zahl

der Lichtempfangselemente, die jede Anordnung 5a und 5b von Lichtempfangselementen bilden. Die Zeichen in dem Absolutwertsymbol geben die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der gepaarten Lichtempfangselemente an.

In dem zuletzt erwähnten Fall sind die Verstärkerschaltung 101, der Differenzverstärker 102 und die Absolutwurtsc:haltung 110 bei der in Fig. IJ gezeigten Schaltungsanotdnung entsprechend der Zahl der L'aatc von Lichtempf angse: I tMiumten vorgesehen. ALLe Aiujgangss iqna Lc v/erden einem Add iüf.'j L Led

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zugeführt, dessen Ausgangs signal in dem Komparator 103 mit der Komparatorspannung verglichen wird. Wie in Fig. 16 dargestellt ist, bezeichnen Elemente 112 die Gruppe von Komponenten 5a, ¹Sb, 101, 102 und 1 10 in Fig. 13, während das Addierglied I11 die Summe aller ausgegebenen Absolutwerte bildet. Bei der in Fig. 16 gezeigten Schaltungsanordnung sind statt der Lichtempfangselemente 5a und 5b in Fig. 13 mehrere Paare von Lichtempfangselementen vorgesehen,

Hei der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung wird die Aufteilung des Strahlenganges sogar dann nicht beeinfluß^ wenn die Lagen der gespaltenen Prismen 3a und 3b und der Linse 2 umgekehrt: werden. Wann beispielsweise die in Fig. 2 (a) gezeigten, gespaltenen Prismen 3a und 3b vertikal bewegt werden, ändert sich die relative Helligkeit der geteilten Abbildungen ·ία und -Ib, so d.iß der Ausgleich bzw. die IJaLance der optiscnen ilenge bzw. Lichtmenge eingestellt wenden kann. Wenn die g_t>,;p.:< LLeiiüi Pri^nen 3a und 3b längs des Strahlemgung.; bewegt v/erden, läßt sich der Abstand zwischen dtJii beiden Abbildungen -la und -Ib variieren. Wenn weiterhin ein SeivomechanIsmus durch das AusgangssLgnal der Signalveraibeltungsschal. tung (die so angepaßt ist, daß sie die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der gepaarten LicIiLempfäug.;-:Lemente feststellen kann) getrieben wird, dann läßt sich die Scharfe Ins te llung automatisch durchführen. Wenn zusätzlich eine Lampe oder ein ähnliches Elementunter Ausnutzung vies Ausgangs.; ignal.3 eingeschaltet wird, so wird sichergesteilt, daß auch eine Anzeige über die Beendigung der üchari tiiruituLLung erfolgt.

Die Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Krf Inching besteht nur aus der Linse, den Pr isiiKjn und den Li -htempfangsei ement en, so daß Ihr Gewicht äußerst gering ist. t) ι aiii-h die ,'ahl der Leistung bzw. Euer

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gie verbrauchenden Bauteile klein ist, kann der Leistungsbzw. Energieverbrauch der Einrichtung im Vergleich mit herkömmlichen Einrichtungen verringert werden. Die Scharfeinstellung läßt sich mit großer Geschwindigkeit und Genauigkeit feststellen. Der wesentliche Grund für diese Verbesserung liegt darin, daß die Scharfeinstellung durch Ausnutzung der Bildverschiebung festgestellt wird. Ein weiterer Grund ist, daß Silizium-Photodioden oder Verbindungshalbleiter als Lichtempfangselemente verwendet werden. Da gespaltene Prismen in dem Strahlungsteiler eingesetzt werden, der sich in dem Strahlengang befindet, hat die Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Erfindung einen äußerst einfachen Aufbau. Anders als bei Strahlenteilern, die einen Halbspiegel verwenden, treten keine Ungleichmäßigkeiten bzw. Schwankungen in Bezug auf Lichtmenge, Färbung, Verlust und Polarisation des Lichtes auf.

Darüberhinaus läßt sich die Einstellung des Ausgleichs der Lichtmenge für die Gruppen von Lichtempfangselementen leicht erreichen. Die oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung führen zu einer hohen Empfindlichkeit in Bezug auf die Feststellung der Scharfeinstellung bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung.

Schließlich kann das technische Konzept der vorliegenden Erfindung nicht nur bei Kameras, sondern auch bei anderen optischen Geräten, wie beispielsweise Vergrößerungsgeräten, Dia-Projektoren sowie anderen Projektoren eingesetzt werden.

- Patentansprüche -

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Claims

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MAXIMILIANSTRASSE «3

26. Okt. 1978 PH 13 227

ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA Wo. 36-9> Maeno-cho, 2-choine, Itabashi-ku, Tokyo, Japan

Patentansprüche

1/ Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung, gekennzeichnet dur.ch ein . Linsensystem mit einer optischen Linse (2), die eine Abbildung eines Objektivs (1) auf einer Brennebene erzeugt, durch eine Anordnung (3) mit gespaltenen Prismen (3a, 3b) zur Aufteilung der Abbildung des Objektes (1) in zwei Abbildungen, wobei die Anordnung (3) zwischen der Linse (2) und der Brennebene angeordnet ist, durch mehrere Lichtempfangselemente (5a, 5b), die auf einer Oberfläche (4) angeordnet sind, in der eine Abbildung erzeugt wird, und durch eine Signalverarbeitungsschaltung, die das Ausgangssignal der Lichtempfangselemente (5a, 5b) empfängt und ein Ausgangssignal erzeugt, welches die Scharfeinstellung angibt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (5a, 5b) durch zwei Gruppen

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von Elementen gebildet werden, die in identischen Mustern auf der Oberfläche (4) angeordnet sind, auf der die Abbildungen erzeugt werden.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung einen jedem Element (5a, 5b) zugeordneten Ausgangssignal~Verstärker (101a, 10^b),einen Differenzverstärker (102), der die Ausgangssignale der Verstärker (101a, 101b) empfängt, eine Absolutwertschaltung (110) zur Erzeugung eines Ausgangssignals, die ein Ausgangssignal für den Absolutwert des Ausgangssignals des Differenzverstärkers (102) erzeugt, und einen Komparator (103) aufweist, der das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (102) empfängt und es mit einem vorher bestimmten Bezugssignal für die Scharfeinstellung vergleicht, wobei das Ausgangssignal des !Comparators (103) ein Ausgangssignal für die Anzeige der Scharfeinstellung erzeugt, wenn sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (102) auf einem minimalen Pegel befindet.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die SignalVerarbeitungseinrichtung einen jedem Element in der Gruppe von Elementen zugeordneten Ausgangssignalverstärker (101a, 101b), eine Gruppe von Differenzverstärkern (102), welche die Ausgangssignale der jeweiligen Paare von Lichtempfangselementen aus jeder Gruppe empfangen, Absolutwertdetektoren (110), die mit jedem Differenzverstärker (102) gekoppelt sind, eine Summiereinrichtung (111), welche die Ausgangssignale für die Absolutwerte von den Absolutwertdetektoren (110) addieren, und Komparatoren (103) aufweist, welche das Ausgangssignal der Summiereinrichtung (111) empfangen und es mit einem vorher bestimmten Bezugssignal vergleichen, welches die Scharfeinstellung angibt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Linse durch das Aufnahmeobjektiv gebildet wird, und daß die Einrichtung weiterhin

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eine zwischen dem Aufnahmeobjektiv und den gespaltenen Prismen (3a, 3b) angeordnete Relaislinse (T9) aufweist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5/ dadurch gekennzeichnet, daß die gespaltenen Prismen weiterhin eine Relaislinse (19) aufweisen, die den gespaltenen Prismen (32, 36) zugeordnet ist, um die Auslösung des Bildteilers zu verbessern.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche T bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abbildungen identisch sind, daß die beiden identischen Abbildungen in entgegengesetzten Richtungen auf den Lichtempfangselementen {5a, 5b) verschoben werden, wenn die Scharfeinstellung nicht beendet ist, und daß die beiden Abbildungen in optisch äquivalenten Lagen auf den Lichtempfangselementen (5a, 5b) angeordnet sind und das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsserhaltung sich auf einem minimalen Pegel befindet, wenn die Scharfeinstellung beendet ist.
8. Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung, gekennzeichnet durch eine Relaislinse "(19) zur Erzeugung einer Abbildung eines Objektes (1) auf der Brennebene einer optischen Linse (2), durch gespaltene Prismen (3a, 3b), die zwischen der Relaislinse (19) und einer sekundären Bilderzeugungsebene vorgesehen sind, um die primäre Abbildung in zwei sekundäre Abbildungen aufzuteilen, durch zwei auf einer Bilderzeugungsebene für die sekundären Abbildungen angeordnete Lichtempfangselemente (5a, 5b), und durch eine Signalvearbeitungsschaltung, welche die Ausgangssignale der beiden Lichtempfangselemente (5a, 5b) einem Vergleich zur Erzeugung eines Ausgangssignals unterwirft, das den Zustand der Scharfeinstellung angibt, wobei die beiden sekundären Abbildungen in entgegengesetzte Richtungen auf den beiden Lichtempfangselementen (5a, 5b) verschoben werden, wenn die Scharfeinstellung nicht beendet ist, wodurch die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Lichtempfangselemente (5a, 5b) keinen minimalen Pegel hat, und wobei

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die beiden sekundären Abbildungen an optisch äquivalenten Stellungen auf den beiden Lichtempfangselementen (5a, 5b) erzeugt werden, wenn die Scharfeinstellung beendet ist, wodurch die Differenz zwischen den AusgangsSignalen der beiden Lichtempfangselemente (5a, 5b) sich auf einem minimalen Wert befindet, und die Signalverarbeitungsschaltung ein Ausgangssignal erzeugt, welches die Beendigung der Scharfeinstellung anzeigt.
9. Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Linse

(2) ein Aufnahmeobjektiv einer einäugigen Spiegelreflexkamera mit einem Reflexspiegel ist, von dem ein Teil als Halbspiegel ausgebildet ist, und daß das durch den Halbspiegel (20) verlaufende Licht an einem total reflektierenden Spiegel (21) reflektiert wird, um dadurch einen Brennpunkt in Bezug auf eine Abbildung des Objektes (1) festzustellen, die in einer zu der Filmoberfläche (5) äqivaleiiten Position ausgebildet wird.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (5a, 5b) durch zwei Gruppen von Elementen gebildet werden, die sich in der sekundären Bilderzeugungsebene befinden.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung einen jedem Element (5a, 5b) zugeordneten Ausgangsverstärker (101a, 101b), einen Differenzverstärker (102), der die Ausgangssignale der Verstärker (101a, 101b) empfängt, eine Absolutwertschaltung (110), die das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (102) empfängt, und einen Komparator (103) enthält, der das Ausgangssignal der Absolutwertschaltung (110).' mit einem vorher bestimmten Signal-vergleicht.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung ein Addierglied für die Kombination der Ausgangssignale von jewei-

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ligen Paaren von Elementen aus den beiden Gruppen und einen Komparator (103) aufweist, der das Ausgangssignal des Addiergliedes (111) empfängt und es mit einer vorher bestimmten Signal vergleicht.

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