DE2846696C2

DE2846696C2 - Automatische Scharfeinstelleinrichtung für ein optisches Abbildungssystem

Info

Publication number: DE2846696C2
Application number: DE2846696A
Authority: DE
Inventors: Masao Saitama Jyojiki; Kazuo Tokyo 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: 1988-12-22
Also published as: US4408853A; JPS5461921A; GB2011213B; GB2011213A; DE2846696A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine automatische Scharfeinstelleinrichtung für ein optisches Abbildungssystem mit zwei Keilen zur Bildaufspaltung auf zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern und mit einer Signalverarbeitungsschaltung, der die Ausgangssignale der Wandler zugeführt werden und durch die ein Schärfesignal erzeugbar ist.

Eine solche automatische Scharfeinstelleinrichtung ist aus der DE-OS 26 39 625 bekannt. Bei dieser Einrichtung sind zwei optische Keile vorgesehen, die in einer Ebene angeordnet sind, welche zur bildseitigen Schnittebene des optischen Abbildungssystems konjugiert ist. Dadurch erfolgt eine Aufspaltung des Abbildungsstrahlenbündels in zwei Teilstrahlen, von denen ein jeder nur je eine Hälfte des abzubildenden Objektes abbildet. Infolgedessen wird jede der beiden Gruppen von fotoelektrischen Wandlern mit je einem Teilbild des abzubildenden Objektes beaufschlagt, wobei jedoch diese Teilbilder voneinander verschieden sind.

Mit dieser bekannten automatischen Scharfeinstelleinrichtung läßt sich eine relativ gute Scharfeinstellung dann vornehmen, wenn das Bild des Objektes senkrecht zu den reihenförmig angeordneten, fotoelektrischen Wandler ausgerichtet ist Wenn jedoch das Bild des Objektes unter einem gewissen Winkel zur Symmetrielinie zwischen den fotoelektrischen Wandlern scharf eingestellt wird, ergibt sich eine geringere Genauigkeit bei der Scharfeinstellung. Insbesondere kann mit der bekannten Scharfeinstelleinrichtung nur dann eine wirklich genaue Scharfeinstellung durchgeführt werden, wenn die beiden Teilbilder, mit denen die beiden Gruppen von fotoelektrischen Wandlern jeweils beaufschlagt werden, miteinander optisch identisch sind. Dies trifft jedoch bei dsr praktischen Anwendung fast nie zu. Eine andere Scharfeinstelleinrichtung ist aus der DE-OS 24 31 860 bekannt Auch dieser Scharfeinstelleinrichtung liegt das Prinzip zugrunde, für das abzubildende Objekt zwei Abbildungsstrahlenbundel zu erzeugen und mit je einem jeweils eine Gruppe von zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern zu beaufschlagen. Gemäß einem in dieser Druckschrift enthaltenen Vorschlag ist objektseitig vor dem optischen Abbildungssystem eine Polarisationseinnchtung angeordnet, durch die eine Hälfte des in das Abbildungssystem eintretenden Lichtes in einer Richtung und die andere Hälfte in einer anderen Richtung polarisiert wird. Vor jeder Wandlergruppe ist ein Polarisationsfilter derart angeordnet, daß jeweils eine Wandlergruppe das in einer Richtung und die andere das in der anderen Richtung polarisierte Licht empfängt. Die auf den Wandlergruppen abgebildeten Teilbilder stimmen also nicht miteinander überein, so daß sich bei der Scharfeinstellung die gleichen Probleme ergeben, wie sie im Zusammenhang mit der vorhergehend beschriebenen Scharfeinstelleinrichtung erläutert wurden. Bei einer anderen, in dieser Druckschrift angegebenen Ausbildung sind zwei optische Keile bildseitig angeordnet. Es läßt sich zeigen, daß, damit die in der DE-OS 24 31 860 angegebene Scharfeinstelleinrichtung so arbeitet, wie es in dieser Druckschrift beschrieben ist, die optischen Keile nicht zwischen dem optischen Abbildungssystem und dessen bildseitiger Schnittebene liegen können. Die optischen Keile liegen vielmehr in der bildseitigen Schnittebene, was zur Folge hat, daß jede Wandlergruppe nur dasjenige Licht empfängt, welches durch die eine Hälfte des optischen Abbildungssystems hindurchgetreten ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Scharfeinstelleinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Scharfeinstellung mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Keile zwischen dem optischen Abbildungssystem und der bildseitigen Schnittebene oder einer bildseitig dazu konjugierten Ebene dieses Abbildungssystems angeordnet sind, wodurch auf jeder Gruppe von Wandlern mindestens das gleiche Teilbild eines abzubildenden Objektes erzeugbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Scharfeinstelleinrichtung werden zwei Abbildungsteilstrahlenbündel erzeugt, von denen ein jedes die gesamte Information des abzubildenden Objektes enthält. Die Wandlergruppen werden jeweils von je einem der Abbildungsteilstrahlenbündel

beaufschlagt, so daß auf jeweils zwei einander zugeordneten Wandlern der beiden Wandlergruppen das gleiche Tdlbild des Objektes erzeugt wird. Infolgedessen ist die relative Ausrichtung der Wandlergruppen zu dem abzubildenden Objekt ohne Belang, so daß eine Scharfeinstellung stets mit sehr großer Genauigkeit erfolgen kann.

Jedes Abbildungsteilstrahlenbündel weist nur die halbe Gesamthelligkeit auf. Dies ist jedoch ohne Bedeutung, da es preisgünstige, rauscharme fotoelektrisehe Wandler gibt, so daß auch bei geringer Objekthelligkeit eine zuverlässige Scharfeinstellung vorgenommen werden kann, ohne daß auf besondere fotoelektrische Wandler zurückgegriffen werden müßte.

Während bei den aus dem Stand der Technik bekannten Scharfeinstelleinrichtungen zwei aneinander anschließende Teilbilder· auf der Anordnung von fotoelektrischen Wandlern erzeugt werden, entstehen bei der erfindungsgemäßen Scharfeinstelleinrichtung zwei vollständige, voneinander getrennte Abbildungen des Objektes, wobei mindestens je ein fotoelektrischer Wandler innerhalb der jeweiligen Abbildung des Objektes angeordnet wird. Es hat sich dabei herausgestellt, daß die Genauigkeit der Lage der jeweiligen fotoelektrischen Wandler weniger kritisch als beim Stand der Technik ist Wegen des relativ großen räumlichen Abstandes zwischen den den jeweiligen Vollabbildungen des Objektes zugeordnete fotoelektrischen Wandlern tritt auch kein »Übersprechen« auf, was bei den herkömmlichen Scharfeinstelleinrichtungen der Fall ist, wenn dort die vorbestimmte Lage der fotoelektrischen Wandler nicht sehr genau eingehalten wird.

Wenn ein »Übersprechen« zwischen den fotoelektrisehen Wandlern vorliegt, wird die Genauigkeit der Scharfeinstellung beeinträchtigt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Scharfeinstellung ist dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandler einer jeden Gruppe in jeweils miteinander identischen, nicht-reihenförmigen Anordnungen angeordnet sind. Während bei den vorhergehend beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Scharfeinstelleinrichtungen die fotoelektrischen Wandler in zwei nebeneinanderliegenden Reihen angeordnet sein müssen, um eine relativ genaue Scharfeinstellung zu erhalten, ist dies bei der erfindungsgemäßen Scharfeinstelleinrichtung nicht erforderlich. Dadurch ergibt sich für den Konstrukteur ein größerer Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung eines optischen Gerätes, bei dem die automatische Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung eingesetzt werden soll.

Eine andere, vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Scharfeinsteileinrichtung bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet wird, in der die Keile auf der von dem optischen Abbildungssystem abgewandten Seite eines teilweisen transparenten Bereiches des Sucherspiegels angeordnet sind, wobei das durch den transparenten Bereich und die Keile hindurchgegangene Licht von einem an dem Sucherspiegel vorgesehenen Ansatz zu den fotoelektrischen Wandlern reflektiert wird. Diese Ausbildung ermöglicht in vorteilhafter Weise die fotoelektrischen Wandler im Bodenbereich der Kamera anzuordnen, wenn die Lichtstrahlen von dem an dem Sucherspiegel vorgesehenen Ansatz in Richtung zum Kameraboden reflektiert werden.

Eine wiederum andere, vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Scharfeinsteüeinrichtung bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet wird, deren Sucherspiegel einen teilweisen transparenten Bereich und eine reflektierenden Ansatz aufweist, durch den das durch den transparenten Bereich hindurchgehende Licht reflektiert wird, wobei die Keile mit dem von dem Ansatz reflektierten Licht beaufschlagt werden, und daß in den Strahlengang zwischen dem Ansatz und den Keilen eine Abbildungslinse angeordnet ist, durch die die zwischen der Abbildungslinse und dem Ansatz liegende bildsei dge Schnittebene auf die fotoelektrischen Wandler abbildbar ist Durch die Abbildungslinse kann beispielsweise eine Verkleinerung erzielt werden, so daß die hinter der Abbildungslinse angeordneten Keile entsprechend klein sein können und die gesamte Scharfeinstelleinrichtung nur einen äußerst geringen Raumbedarf aufweist In Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen kann es zweckmäßig sein, die Abbildungslinse und die Keile als eine Einheit auszubilden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung von im Strahlengang angeordneten optischen Keilen zur Bildaufspaltung,

F i g. 2(a) die Lage einer Linse und der Keile in Richtung der optischen Achse gesehen,

F i g. 2(b) den Strahlengang durch einen der Keile und die Lage der Abbildung,

F i g. 2(c) den Strahlengang durch den anderen der Keile und die Lage der Abbildung,

F i g. 3, 4, 5 und 7 die schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung bei erfolgter Scharfeinstellung,

Fig.6 und 8 schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung bei noch nicht erfolgter Scharfeinstellung, F i g. 9 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung, wobei diese Scharfeinstelleinrichtung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwandt wird,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer wiederum anderen Ausführungsform einer Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung, wobei diese Scharfeinstelleinrichtung in einer einäugigen Spiegelreflexkamera vorgesehen ist,

Fig. 11 eine Seitenansicht einer Kombination aus Abbildungslinse und optischen Keilen, wie sie bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform verwandt werden kann,

Fig. 12(a) eine- Darstellung von zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern, wobei jede Gruppe nur einen einzigen Wandler umfaßt,

F i g. 12(b) zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern, wobei in jeder Gruppe die fotoelektrischen Wandler auf einer Geraden angeordnet sind,

F i g. 12(c) zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern, wobei in jeder Gruppe die fotoelektrischen Wandler in der Form einer Matrix angeordnet sind,

Γ i g. 12(d) zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern, wobei die fotoelektrischen Wandler einer jeden Gruppe unregelmäßig oder statistisch verteilt sind, Fig. 13 ein Beispiel einer Signalverarbeitungsschaltung,
F i g. 14 eine grafische Darstellung des Absolutwertes

der Differenz der Ausgangssignale von zwei fotoelektrischen Wandlern, die jeweils je einer Gruppe zugeordnet sind, in Abhängigkeit von der Verschiebung des optischen Abbildungssystems bzw. der Linse,

F i g. 15 die grafische Darstellung gemäß F i g. 14 mit zusätzlich dem Ausgangssignal eines !Comparators, und F i g. 16 ein Blockdiagramm einer anderen Signalverarbeitungsschaltung. wobei mehrere Paare von fotoelektrischen Wandlern verwandt werden.

Da bei der automatischen Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung die Arbeitsweise der der Bildaufspaltung dienenden beiden optischen Keile für das Verständnis der Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung von Bedeutung ist, soll diese Arbeitsweise zunächst erläutert werden. In den F i g. 1 und 2 sind ein Objekt 1, eine Linse 2, eine Ebene 4, in der eine Abbildung des Objektes erzeugt wird, und optische Keile 3a und 3b dargestellt; die Keile sind so angeordnet, daß sich ihre Spitzen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten befinden, wie man insbesondere in F i g. 1 erkennen kann. F i g. 2(a) zeigt eine Ansicht der Linse 2 und der Keile 3a und 3b in Richtung der optischen Achse. F i g. 2(b) stellt eine Draufsicht auf den Strahlengang dar, der durch die obere Hälfte 2a der Linse 2 verläuft, wobei von oben auf das optische System nach F i g. 1 gesehen wird F i g. 2(c) stellt eine Draufsicht auf den Strahlengang dar, der durch die untere Hälfte 2b der Linse 2 verläuft und zwar in einer Ansicht von oben.

Das durch die obere Hälfte 2a der Linse 2 hindurchgehende Licht gelangt durch den Keil 3a, während das durch die untere Hälfte 2b der Linse hindurchgehende Licht durch den Keil 3b hindurchtritt. Die Helligkeit der Abbildung wird auf die Hälfte verringert, wobei jedoch zwei vollständige Abbildungen 4a und Ab auf die Ebene 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 Ebene 4 über die Linse 2 erzeugt, wird der Lichtfluß durch die Keile 3a und 36 in zwei Hälften geteilt. Als Ergebnis hiervon wird das durch den Keil 3a verlaufende Licht gemäß der Darstellung in Fig. 2(b) nach oben verschoben, während das durch den Keil 36 verlaufende Licht nach unten verschoben wird, wie man F i g. 2(c) entnehmen kann.

In F i g. 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 optischen Keilen 3s und 36. Mit dem Bezugszeichen C ist schließlich der Abstand zwischen den Keilen 3a und 36 und der Ebene 4 bezeichnet, auf der die Abbildungen erzeugt werden.

Wenn die Brennweite der Linse 2 durch ^2) und die optischen Brechungswinkel der Keile 3a und 3b durch (X3a bzw. Xu, dargestellt werden, haben die beiden Abbildungen, die auf der Ebene 4 gebildet werden, den Abstand C{tan(«3₃) + tan(a3(,)} voneinander. Wenn a3_a=*3i>=« ist, dann beträgt der Abstand zwischen den beiden Abbildungen C{2 tan «). In diesem Fall werden die Abbildungen 4a und 46 in einem Abstand erzeugt, der optisch konjugiert zu dem Objekt ist Deshalb kann als Näherung die folgende Gleichung aufgestellt werden:

\IA+\I(B+C)=\lf(2)

Wenn achromatische Prismen als Keile 3a und 36 verwendet werden, so läßt sich eine Farbdispersion bei den Abbildungen 4a und 46 vermeiden.

Nun soll unter Bezugnahme auf die F i g. 3,4 und 5 das Grundprinzip der Feststellung der Scharfeinstellung unter Verwendung des oben beschriebenen Strahlenteilers erläutert werden.

Fig.3 zeigt ein Beispiel einer automatischen Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung in einer Kamera. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, verläuft die optische Achse 6 des Aufnahmeobjektivs 2 durch einen Punkt la

ίο an dem Objekt 1. Es wird angenommen, daß der Lichtfluß von dem Punkt la beilin Hindurchgehen durch den Keil 3a in einem Winkel &_3e gebrochen wird. In ähnlicher Weise wird der Lichtfluß in einem Winkel «34 gebrochen, wenn er durch den Keil 36 verläuft;

i^r> dementsprechend gilt:

Die Hauptstrahlengänge der beiden Lichtflüsse sind in F i g. 3 durch die Strahlen 7a und 76 gekennzeichnet

:o Zwei Abbildungen des Objektpunktes la werden an den Schnittpunkten der Hauptstrahlengänge 7a und 76 und der Ebene 4 gebildet, auf der die Abbildungen erzeugt werden. Der Abstand zwischen den beiden Abbildungen ist C {2 tan «(, wobei die beiden Abbildungen symmetrisch zu der optischen Achse 6 angeordnet sind. Wenn die Filmoberfläche 5 in der Kamera mit der Ebene 4 zusammenfällt, auf der die Abbildungen erzeugt werden, liegt die richtige Scharfeinstellung vor. Nun soll eine Ebene untersucht werden, die optisch äquivalent zu der Filmoberfläche 5 ist. Dabei sind fotoelektrische Wandler 5a und 56 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 durchge-

r> führt, 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

4(i zur Einstellung der Scharfeinstellung festgestellt wird, bei dem die Filmoberfläche längs der optischen Achse der Linse bewegt wird.

Wenn die Scharfeinstellung erfolgt ist, erreicht Licht von dem gleichen Objektpunkt la die fotoelektrischen Wandler 5a und 56. Wenn also die Kennlinien des optischen Ausgangssignals der beiden Wandler 5a und 56 einander gleich sind, so sind auch die Ausgangssignale dieser Wandler gleich. Da die fotoelektrischen Wandler 5a und 56 optisch konjugiert zu der

5'.; Fümoberfläche 5 sind, werden sie bei einer Scharfeinstellung nach vorne auf den gestrichelten Linien 8a und 86 nach rechts und bei einer Scharfeinstellung nach hinten nach links verschoben. Die Verschiebung der fotoelektrischen Wandler 5a und 56 sind in F i g. 3 durch

^5 die gestrichelten Linien 8a bzw. 86 angedeutet

Die gestrichelten Linien 8a und 86 haben einen Abstand C tan α von der optischen Achse 6 und verlaufen parallel zu der Achse 6. Die Lagen der Wandler 5a und 56 sind bei einer vorderen Scharfein-

w stellung durch 9a und 96 bzw. durch 10a und 106 bei der hinteren Scharfeinstellung angedeutet Wenn sich bei der Anordnung nach Fig.3 die fotoelektrischen Wandler 5a und 56 in den Lagen 9a und 96 bzw. iOa und 106 befinden, ist es sehr schwierig, festzustellen, ob die

■0 Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 5a und 56 voneinander verschieden sind oder nicht

Wenn sich jedoch ein Objektpunkt 16 gemäß der Darstellung in Fig.4 etwa über dem Objektpunkt la

befindet, bildet die optische Hauptachse 11 des Lichtflusses von dem Objektpunkt 16 einen Winkel β mit der optischen Achse 6. Dann bildet die optische Hauptachse 7a des Lichtflusses, der durch den Keil 3a verläuft, einen Winkel (λ—β) mit der optischen Achse 6 bei dieser Näherung, während die optische Hauptachse Tb des Lichtflusses, der durch den anderen Keil Zb verläuft, einen Winkel (&+ß) mit der optischen Achse 6 bildet. Deshalb wird das Licht von dem Objektpunkt \b bei der vorderen Scharfeinstellung dem Wandler 5a und bei der hinteren Scharfeinstellung dem Wandler 5b zugeführt. Wenn jedoch die Scharfeinstellung beendet ist, erhält keiner der Wandler dieses Licht. Dies kann durch den folgenden Ausdruck gezeigt werden:

Ctan(«-jJ)<Ctan«<Ctan(«+0)

Die entgegengesetzte Bedingung ist in F i g. 5 gezeigt, wobei sich ein Objektpünkt Ic etwas unter dem Objektpunkt la befindet. Die optische Hauptachse des Lichtpunktes vom Objektpunkt Ic bildet einen Winkel γ mit der optischen Achse 6. Die optische Hauptachse 7a des durch den Keil 3a verlaufenden Lichtflusses bildet näherungsweise einen Winkel (ot+γ) mit der optischen Achse 6, während die optische Hauptachse Tb des Lichtflusses, der durch den Keil 3b verläuft, einen Winkel (α—γ) mit der optischen Achse bildet

Deshalb wird im Gegensatz zu dem Fall nach F i g. 4 das Licht von dem Objektpunkt Ic bei der vorderen Scharfeinstellung dem Wandler 5b und bei der hinteren Scharfeinstellung dem Wandler 5a zugeführt. Dies kann durch den folgenden Ausdruck bewiesen werden:

tan (λ—γ) < tan ä < tan (<x+γ)

Deshalb wird bei der vorderen Scharfeinstellung das Licht von einem Bereich des Objektes 1, der sich bei den F i g. 3,4 oder 5 oberhalb der optischen Achse befindet, dem Wandler 5a zugeführt, während Licht von einem Bereich des Objektes, unterhalb der optischen Achse dem Wandler 5b zugeführt wird. Im Gegensatz hierzu wird bei der hinteren Scharfeinstellung Licht von einem Bereich des Objektes 1, oberhalb der optischen Achse dem Wandler 5b zugeführt, während Licht von einem Bereich des Objektes 1, unterhalb der optischen Achse dem Wandler 5a zugeführt wird.

Wenn die Unscharfe zunimmt, also die Scharfeinstellung schlechter wird, nehmen auch die Beträge von γ und β zu. Damit wird die Lage des Objektpunktes, dessen ausgesandtes Licht auf die Wandler 5a und 5b fällt, in zunehmendem Maße aus der Lage la verschoben, weil die Abbildung des Objektpunktes nicht scharf eingestellt ist Dies ist auf folgendes zurückzuführen: Obwohl die Schnittfläche des Lichtflusses von dem Objektpunkt auf der Ebene 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 Unscharfe hat das den Wandlern 5a und 5b zugeführte Licht eine besondere Kennlinie.

Deshalb sind die Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler 5a und 56 voneinander verschieden, wenn nicht die Objektpunkte la, ib und Ic die gleiche Lichtmenge aussenden. Wenn also das Objekt einen gewissen Kontrast hat und die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Wandler 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 Filmoberfläche bewegt wird. Deshalb soll eine übliche Kamera im folgenden kurz unter Bezugnahme auf die F i g. 6,7 und 8 beschrieben werden. Bei einer solchen Kamera erfolgt die Scharfeinstellung durch eine Bewegung des Objektivs in dem gleichen optischen System.

Die F i g. 6(a), 6(b) und 6(c) zeigen den Lichtfluß von den Objektpunkten la, Ib und Ic bei der vorderen Scharfeinstellung. Die F i g. 7(a), 7(b) und 7(c) zeigen den Lichtfluß von den Objektpunkten la, 16 und Ic, wenn die Scharfeinstellung beendet ist, während die F i g. 8{a), 8(b) und 8(c) den Lichtfluß von den Objektpunkten la, ib und Ic bei der hinteren Scharfeinstellung darstellen.

Fig.9 zeigt ein schematisches Diagramm einer Anwendung der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera, bei der die optische Anordnung aus einem Objekt 1, einem Aufnahmeobjektiv 2, optischen Keilen 3a und 3b und fotoelektrischen Wandlern 5a und 56 identisch mit der Anordnung ist wie sie in den F i g. 3 bis 8 zu erkennen ist. In F i g. 9 sind außerdem noch ein teildurchlässiger Spiegel 20 und ein total reflektierender Spiegel 21 zu erkennen. Eine Einstellplatte 18 befindet sich an einer Kondensorlinse 14. Ein Dachprisma 15 reflektiert die Abbildung auf ein Okular 16, wo sie durch einen Beobachter 17 betrachtet werden kann. Diese Elemente werden üblicherweise bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet.

Die Einstellplatte 13, der Film 5 und die Wandler 5a und 56 befinden sich in Ebenen, die optisch zueinander äquivalent sind. Wenn die Scharfeinstellung erreicht ist, wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Wandler 5a und 56 Null. Die Differenz wird jedoch dann nicht Null, wenn die Scharfeinstellung noch unvollständig ist, so daß auf diese Weise die gewünschte Scharfeinstellung festgestellt werden kann.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Anwendung wird eine Abbildungslinse 19 verwendet, um die Wirkung der Bildaufspaltung zu verbessern. Der Abstand zwischen der Abbildungslinse 19 und den Keilen 3a und 36 wird kürzer gemacht als in dem Fall nach F i g. 9. In F i g. 10 ist eine Ebene 18 dargestellt, die äquivalent zu der Filmoberfläche ist.

In Fig. 10 wird die Abbildungslinse nicht als Aufnahmeobjktiv verwendet, so daß bei Bedarf ein optisches Element eingesetzt werden kann, das durch Kombination einer Abbildungslinse und von Keilen erhalten wird, wie in F i g. 11 dargestellt ist Das optische Element ist eine Kombination der Abbildungslinse 19 und der Keile 32 und 36.

Wenn Silizium-Photodioden oder Silizium-Phototransistoren als fotoelektrische Wandler 5a und 56 verwendet werden, läßt sich das oben beschriebene System zur Feststellung der Scharfeinstellung mit zwei Wandlern [Fig. 12(a)] erreichen. Die Wandler können jedoch in Form von Reihen [F i g. 12(b)J in Matrixform [Fig. 12(c)] oder in willkürlicher Form angeordnet werden, wie in Fig. 12(d) angedeutet ist Wenn die Wandler 5a und 56 (die im folgenden als »zwei Wandler« bezeichnet werden sollen, soweit es zutrifft) in optisch äquivalenten Lagen angeordnet sind, wird beiden die gleiche Abbildung zugeführt, sobald die Scharfeinstellung in jedem der in den Fig. 12(b)—(d) gezeigten Fälle beendet ist In dem Fall nach F i g. 12(b) befinden sich die Wandler 5ai und 56i, 5a2 und 562,... 5a7

und 5bj in optisch äquivalenten Lagen. In dem Fall nach Fig. 12(c) befinden sich die Wandler 5a<i.i) und 5i\\,\), 5a(u) und 5t\\a), ... 5a<3,3) und 5t\3$ in optisch äquivalenten Lagen. Schließlich befinden sich in dem Fall nach F i g. 12(d) die Wandler 5ai und 5Z>i, 5at und Sb₂, ... 5a₅ und 5ös in optisch äquivalenten Lagen. Dann ist die Gesamtdifferenz des optischen Ausgangssignals zwischen den Paaren von Wandlern Null, wenn die Scharfeinstellung beendet ist, jedoch nicht Null, wenn noch keine Scharfeinstellung vorliegt. Damit kann die Scharfeinstellung festgestellt werden. Wenn die Anordnung der Wandler 5a und 5b so kompliziert ist, wie es in den Fig. 12(b)—(d) zu erkennen ist, wird jedoch die Verarbeitung der Signale kompliziert. Andererseits läßt sich die Scharfeinstellung besser feststellen, da die Gestalt des Objektes stärker berücksichtigt wird.

Eine Signalverarbeitungsschaltung soll unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben werden, bei dem jeder Wandler 5a und 5b aus einem einzigen Element besteht. In diesem Fall sollen die Ausgangssignale der Lichtempfangs-Wandler 5a und 5b mit »5a« bzw. »5ix< bezeichnet werden. Die Signalverarbeitung hat das Ziel, den Zeitpunkt festzustellen, wenn sich die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Wandler 5a und 5b Null wird.

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

Fig. 14 stellt graphisch das Ausgangssignal 107 der Absolutwertschaltung 110 und die Spannung V dar, die durch Spannungsteilung der Widerstände 105 und 106 erhalten wird. Auf der Ordinate ist die Spannung angegeben, während auf der Abszisse die Größe der Bewegung des Aufnahmeobjektivs aufgetragen ist. Die Scharfeinstellung ist an einer Stelle 108 beendet, an der das Ausgangssignal 107 ein Minimum wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Ausgangssignal 107 aufgrund von Schaltungsrauschen oder ähnlichen Effekten nicht Null werden kann. Damit ist die Lage mit minimalem Ausgangssignal oder die Lage unter irgendeinem Schwellenwert der Wert, der in der Praxis die Scharfeinstellung anzeigt Wenn die Größe der Bewegung des Aufnahmeobjektivs weiter erhöht wird, und zwar von der Lage 108 weg, nimmt das Ausgangssignal 107 ab. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Abbildungen auf den beiden Wandlern kaum voneinander unterscheiden und »trübe bzw. verwischt« 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 Komparators 103 angibt. Damit ist die Scharfeinstellung beendet, wenn der Wert des Ausdruckes | 5a-5fe | ein Minimum annimmt. Wenn mehrere Wandler 5a und mehrere Wandler 5b vorgesehen sind, wie es in den F i g. 12(b) bis 12(d) dargestellt ist, ist die Scharfeinstellung beendet, wenn der Wert des Ausdrucks

(-1

minimal wird. Dabei ist η die Zahl der Wandler, die jede Anordnung 5a und 5b bilden. Die Zeichen in dem Absolutwertsymbol geben die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der gepaarten Wandler an.

2U In dem zuletzt erwähnten Fall sind die Verstärkerschaltung 101, der Differenzverstärker 102 und die Absolutwertschaltung 110 bei der in Fig. 13 gezeigten Schaltungsanordnung entsprechend der Zahl der Paare von Wandlern vorgesehen. Alle Ausgangssignale werden einem Addierglied zugeführt, dessen Ausgangssignal in dem Komparator 103 mit der Komparatorspannung verglichen wird. Wie in F i g. 16 dargestellt ist, bezeichnen Elemente 112 die Gruppe von Komponenten 5a, 5b, 101, 102 und 110 in Fig. 13, während das

Addierglied 111 die Summe aller ausgegebenen

Absolutwerte bildet Bei der in Fig. 16 gezeigten Schaltungsanordnung sind statt der Wandler 5a und 5b

in F i g. 13 mehrere Paare von Wandlern vorgesehen.

Bei der erfindungsgemäßen Scharfeinstellung wird

die Aufteilung des Strahlenganges sogar dann nicht beeinflußt, wenn die Lagen der Keile 3a und 3b und der Linse 2 umgekehrt werden. Wenn beispielsweise die in F i g. 2(a) gezeigten Keile 3a und 3b vertikal bewegt werden, ändert sich die relative Helligkeit der aufgespaltenen Abbildungen 4a und 46, so daß der Ausgleich der Lichtmenge eingestellt werden kann. Wenn die Keile 3a und 3b längs des Strahlenganges bewegt werden, läßt sich der Abstand zwischen den beiden Abbildungen 4a und 4i> variieren. Wenn weiterhin ein Servomechanismus durch das Ausgangssignal der Signalverarbeitungsschaltung (die so angepaßt ist daß sie die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der gepaarten Wandler feststellen kann) betrieben wird, dann läßt sich die Scharfeinstellung

so automatisch durchführen. Wenn zusätzlich eine Lampe oder ein ähnliches Element unter Ausnutzung des Ausgangssignals eingeschaltet wird, so wird sichergestellt, daß auch eine Anzeige über die Beendigung der Scharfeinstellung erfolgt

Die Einrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung nach der vorliegenden Erfindung besteht nur aus der Linse, den Keilen und den Wandlern, so daß ihr Gewicht äußerst gering ist Da auch die Zahl der Energie verbrauchenden Bauteile klein ist, ist der

Energieverbrauch der Einrichtung im Vergleich mit herkömmlichen Einrichtungen klein. Die Scharfeinstellung läßt sich mit großer Geschwindigkeit und Genauigkeit feststeilen.

Eine Scharfeinstelleinrichtung nach der Erfindung kann nicht nur bei Kameras, sondern auch bei anderen optischen Geräten, wie beispielsweise Vergrößerungsgeräten, Dia-Projektoren sowie anderen Projektoren eingesetzt werden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automatische Scharfeinstelleinrichtung für ein optisches Abbildungssystem mit zwei Keilen zur Bildaufspaltung auf zwei Gruppen von fotoelektrischen Wandlern und mit einer Signalverarbeitungsschaltung, der die Ausgangssignale der Wandler zugeführt werden und durch die ein Schärfesignal erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, ,<> daß die !teile (3a, 3b) zwischen den optischen Abbildungssystem (2) und der bildseitigen Schnittebene oder einer bildseitig konjugierten Ebene dieses Abbildungssystems (2) angeordnet sind, wodurch auf jeder Gruppe von Wandlern (5a, 5b) mindestens das gleiche Teilbild eines abzubildenden Objektes erzeugbar ist

2. Scharf einstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandler (5a, 5b) einer jeden Gruppe in jeweils miteinander identischen nicht-reihenförmigen Anordnungen angeordnet sind.

3. Scharfeinstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet wird, in der die Keile (3a, 3b) auf der von dem optischen Abbildungssystem (2) abgewandten Seite eines teilweise transparenten Bereiches des Sucherspiegels (20) angeordnet sind, wobei das durch den transparenten Bereich und die Keile (3a, 3b) hindurchgegangene Licht von einem an dem Sucherspiegel (20) vorgesehenen Ansatz (21) zu den fotoelektrischen Wandlern (5a, 5b) reflektiert wird.

4. Scharfeinstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwendet wird, deren Sucherspiegel (20) einen teilweise transparenten Bereich und einen reflektierenden Ansatz (21) aufweist, durch den das durch den transparenten Bereich hindurchgehende Licht reflektiert wird, wobei die Keile (38,3^mIt dem von dem Ansatz (21) reflektierten Licht beaufschlagt werden, und daß in den Strahlengang zwischen dem Ansatz (21) und den Keilen (3a, 3b; eine Abbildungslinse (19) angeordnet ist, durch die die zwischen der Abbildungslinse (19) und dem Ansatz (21) liegende bildseitige Schnittebene (18) auf die fotoelektrischen Wandler (5a, 5b) abbildbar ist.