DE3044934C2

DE3044934C2 - Einstellscheibe

Info

Publication number: DE3044934C2
Application number: DE3044934A
Authority: DE
Inventors: Susumu Kawasaki Kanagawa Matsumura; Takashi Yokohama Kanagawa Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1986-06-19
Also published as: US4336989A; DE3044934A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einstellscheibe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Einstellscheibe ist bekannt (DE-GM 52 315). Sie dient dazu, beispielsweise bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera, einer Sucherkamera oder auch einer Filmkamera das Scharfeinstellen bzw. Fokussieren zu erleichtern. Bei der bekannten Einstellscheibe bewirkt das Beugungsgitter zwei beobachtbare Doppelbilder, die zusammenfallen, wenn in der Gitterebene das Objektbild scharf eingestellt bzw. fokussiert ist. Das Vorhandensein der Mehrfachbilder zeigt somit unscharfe Einstellung an und erleichtert dem Benutzer des mit der Einstellscheibe versehenen Gerätes die Scharfeinstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einstellscheibe derart weiterzubilden, daß die Erkennbarkeit der Mehrfachbilder verbessert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Einstellscheibe gemäß Patentanspruch 1 und die Einstellscheibe gemäß Patentanspruch 4 gelöst Diesen beiden Einstellscheiben ist gemeinsam, daß die von ihnen erzeugten Mehrfachbilder ein und desselben Objektes unterschiedlich gefärbt sind, was die Unterscheidung der Mehrfachbilder erheblich erleichtert Im fokussierten Zustand fallen die Doppelbilder zusammen und verschwindet die Färbung, so daß ein Einfachbild mit den Objektfarben beobachtbar ist In diesem Sinne ist der Ausdruck »komplementär« in Patentanspruch 1 dahingehend zu verstehen, daß sich die durch Beugung erzeugten Mehrfachbilder im Falle der Überlagerung zu einem farbneutralen Bild ergänzen. Eine günstige Eigenschaft der mittels der erfindungsgemäßen Einstellscheibe erzeugten Mehrtachbilder ist, daß diese durchgehend — und nicht nur an ihren Rändern — in untcrschiedlichen Farben gefärbt sind.

Durch die US-PS 36 18 498 ist es an «ich bekannt, farbige Doppelbilder zum Zweck der Scharfeinstellung zu erzeugen. Im bekannten Fall dient jedoch zur Erzeugung der farbigen Doppelbilder ein dichroitischer Spiegel. Ferner ist ein Relief-Beugungsgitter mit asymmetrischem Profil, wie es bei der Einstellscheibe gemäß Patentanspruch 4 vorgesehen ist, an sich bekannt durch den Aufsatz »Color separating gratings« in Applied Optics 1978, Band 17, Heft 15, Seite 2237 ff.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine einäugige Spiegelreflexkamera mit einer Einstellscheibe,

F i g. 2 die Beugungswirkung der Einstellscheibe,

F i g. 3 die Beugungsausbeute der in F i g. 2 gezeigten Einstellscheibe,

. F i g. 4 das Bild eines Objekts, wenn es unter Verwendung der Einstellscheibe gemäß F i g. 2 beobachtet wird, Fig.5 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Einstellscheibe,

Fig.6 das Transmissionsvermögen der Farbfilter in Fig.5,
Fig.7 ein Schaubild des Scharfeinstell-Anzeigeteils eines zweiten Ausführungsbeispiels der Einstellscheibe, F i g. 8 einen Querschnitt durch die Einstellscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

F i g. 9 einen Querschnitt durch die Einstellscheibe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

F i g. 10,11,12 und 13 die Beugungsausbeuten für vier Konstruktionsbeispiele der in F i g. 9 gezeigten Einstellscheibe,

Fig. 14 ein Schaubild des Scharfeinstell-Anzeigeteils der Einstellscheibe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, das den in F i g. 9 gezeigten Beugungsgitteraufbau verwendet, und

F i g. 15 das Bild eines Objekts auf dem Scharfeinstell-Anzeigeteil gemäß den F i g. 7 und 14 im defokussierten Zustand.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine einäugige Spiegelreflexkamera, die ein Aufnahmeobjektiv 1, eine Blende 2, einen schnellen Rückkehrspicgel 3, einen Bildrahmen 4, einen photographischen Film

5, eine Einstellscheibe 6, eine Kondensorlinse 7, ein Pentaprisma 8 und ein Okular 9 aufweist Mit 10 ist ein Auge eines Benutzers bezeichnet Obwohl weitere Einzelheiten des Aufbaus der Einstellscheibe nicht gezeigt sind, ist in ihrem Mittelpunkt ein Beugungsgitter 11 zur Entfernungsmessung im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer zur Oberfläche des photographischen Films 5 konjugierten Ebene erkennbar.

F i g. 2 zeigt die Beugungswirkung des .auf der Einstellscheibe vorgesehenen Beugungsgitters.

Das Beugungsgitter 11 auf der Einstellscheibe beugt den größten Teil des einfallenden Lichtes in das in + 1. Ordnung gebeugte Licht 12 und das in — 1. Ordnung gebeugte Licht 13; beispielsweise wird der größte Teil des blauen Lichtes in das in + 1. Ordnung gebeugte Licht und der größte Teil des roten Lichtes in das in

— 1. Ordnung gebeugte Licht gebeugt Die Änderung der Beugungsausbeute für die ± 1. Ordnung über der Wellenlänge des einfallenden Lichtes ist für das Beugungsgitter 11 in Fig.3 gezeigt Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Wellenlängenabhängigkeit derart, daß eine farbkomplementäre Beziehung für die ± 1. Ordnung der Beugung des Beugungsgitters 11 besteht Es ist wünschenswert, daß die Beugungsausbeute für die + 1. Ordnung und die Beugungsausbeute für die

— I.Ordnung, wenn sie addiert werden, über den gesamten Wellenlängenbereich konstant sind.

Wenn eine Einstellscheibe mit einem derartigen Beugungsgitter als Scharfeinstell-Anzeigeteil verwendet wird, ergibt sich beispielsweise ein Sucherbild gemäß F i g. 4. F i g. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht lediglich des inneren Teils des Scharfeinstell-Anzeigeteils 14, wenn ein weißes rechteckiges Objekt beispielsweise ein an einer Wand angebrachtes Blatt weißes Papier, während des defokussierten Zustandes über das Okular beobachtet wird.

In Fi g. 4 ist mit 14 der Scharfeinstell-Anzeigeteil mit einem Beugungsaufbau bezeichnet; ferner sieht man ein Bild 15 aufgrund des in die + 1. Ordnung gebeugten Lichtes und ein Bild 16 aufgrund des in die — 1. Ordnung gebeugten Lichtes. Das Bild 15 erscheint blau gefärbt und das Bild 16 orange; der Abschnitt, in dem sich die beiden Bilder überlappen, erscheint weiß. Wenn die Bildebene dicht bei der Einstellscheibe liegt liegen die Bilder 15 und 16 dicht beieinander und, wenn der fokussiertc bzw. scharf eingestellte Zustand erreicht worden ist. werden die beiden Bilder vollständig koinzident und man sieht ein Objektbild mit der diesem eigentümlichen Farbe.

Wenn der periodische Aufbau des Beugungsgitters grob ist wird hierdurch das Auge angestrengt; dies ist nachteilig für die Scharfeinstell-Bestimmung. Deshalb ist es wünschenswert, daß der periodische Aufbau feiner als das Auflösungsvermögen des Auges ist. Das Auflösungsvermögen des Auges variiert in Abhängigkeit von der Qualität des optischen Suchersystems der Kamera, gewöhnlich liegt es jedoch in der Größenordnung von ΙΟμιη. Wenn deshalb die Gitterkonstante kleiner als dieser Wert gemacht wird, wird hierdurch das Auge nicht in Beschlag genommen.

Die Einstellscheibe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die mit einem Beugungsgitter mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften versehen ist, wird im folgenden erläutert.

F i g. 5 zeigt einen Querschnitt des Scharfeinstell-Anzeigeteils der Einstellscheibe. In Fig.5 ist mit 17 eine durchsichtige Grundplatte mit einem Relief-Beugungseitter auf einer Oberfläche bezeichnet, die im wesentlichen mit der Bildebene übereinstimmt: mit 18 ist ein Farbfilter, mit 19 eine Klebstoffschicht mit einem Brechungsindex, der unterschiedlich von dem der Grundplatte 17 ist und mit 24 ein optisch durchsichtiges Teil als Deckplatte bezeichnet Das Farbfilter ist direkt auf der Reliefstruktur beispielsweise durch Farbstoffeindampfen oder durch einen gefärbten lichtempfindlichen Lack aufgebracht Der Phasen-Beugungsgitteraufbau wird durch die konkav-konvexe Reliefstruktur auf der Grundplatte gebildet und gibt dem einfallenden Licht eine Phasenverteilung und erzeugt eine Beugungswirkung.

Das Farbfilter umfaßt orangefarbene Filterabschnitte 20 und blaue Filterabschnitte 21, die in Form von Streifen alternierend mit derselben Periode P wie das Relief des Beugungsgitters angeordnet sind. Das Farbfilter hat das in F i g. 6 gezeigte Transmissionsvermögen.

Folglich wird von einem auf die Einstellscheibe auftreffenden Lichtstrahl 22 eines Lichtbündels, der paral-IeI zu der optischen Achse verläuft der im roten Wellenlängenbereich liegende Teil absorbiert, wenn er durch das Blaufilter hindurchgeht woraufhin lediglich das blaue Licht durch das Relief gestreut wird und in einer Richtung — Θ in bezug auf die optische Achse austritt Auf ähnliche Weise geht ein anderer Lichtstrahl 23 durch das Orangefilter, woraufhin er gestreut wird und in einer Richtung — Θ in bezug auf die optische Achse austritt. Ein Beugungsgitter, das eine Kombination aus einem Relief und einem Farbfilter aufweist, bewirkt, daß das in ± !.Ordnung gebeugte Licht im wesentlichen mit derselben Lichtmenge austritt Das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Streifenfilter kann entweder ein dichroitisches Filter, das aus einem dielektrischen Vielschichtfilm besteht, oder ein Farbabsorbtionsfilter sein, das einen Farbs toff verwendet.

Somit ist das Beugungsgitter des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein optisch asymmetrisches Phasen-Beugungsgitter, dessen eine Periode eine Kombination aus einem geometrisch symmetrischen Reliefprofil zur Beugung des in der optischen Achse einfallenden Lichtes in zwei symmetrische Richtungen und einen Farbfilter umfaßt, wobei Filterabschnitte 20 und 21 mit unterschiedlichen Wellenlängencharakteristiken innerhalb der Periode asymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse des Reliefprofils angeordnet sind, so daß im wesentlichen gleichförmig in unterschiedlichen Farben gefärbte Doppelbilder entstehen.

Folglich werden im defokussierten Zustand gefärbte Doppelbilder im Entfernungsmeßsystem beobachtet, während im fokussierten Zustand ein einziges Bild mit der diesem eigentümlichen Farbe durch das Entfernungsmeßsystem beobachtet wird.

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einstellscheibe, bei dem das Phasen-Beugungsgitter gemaß F i g. 5 angewendet ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Streifen 20, 21 bzw. 20', 21' des Farbfilters im Beugungsgitter so angeordnet, daß sie um eine halbe Gitterkonstante in einem oberen Bereich 42 und einem unteren Bereich 43 des Scharfeinstell-Anzeigeteils versetzt sind. Folglich sind die Phasen-Beugungsgitter im oberen und unteren Bereich optisch asymmetrisch zueinander und entgegengesetzt orientiert; im defokussierten Zustand werden gefärbte Doppelbilder in jedem Bereich des Scharfeinstell-Anzeigeteils beobachtet, und eine farbliche Bildaufspaltung wird an der Grenze zwischen den beiden Bereichen beobachtet, da die Art der Färbung im oberen Bereich umgekehrt zu der im unteren Bereich

ist. Dieser Zustand ist in F i g. 15 gezeigt.

F i g. 8 zeigt einen Querschnitt durch eine Einstellscheibe, die ein Phasen-Beugungsgitter aufweist, das unterschiedlich im Aufbau zu dem von F i g. 5 ist. In F i g. 8 ist mit 25 eine Grundplatte mit einer größenordnungsmäßig kleineren Periode PaIs 10 μιη bezeichnet, die auf ihrer Oberfläche ein erhabenes Relief 26 hat; mit 27 ist eine Glasgrundplatte bezeichnet, die auf ihrer Oberfläche ein Farbfilter 28 aufweist. Eine weitere Grundplatte 25 ist oberhalb der Grundplatte 27 angeordnet. Das Farbfilter weist orangefarbene Filterabschnitte 20 und blaue Filterabschnitte 21 auf, die mit derselben Periode wie das Beugungsgitter abwechselnd angeordnet sind. Wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel hat dieses Farbfilter das in F i g. 6 gezeigte Transmissionsvermögen.

Im folgenden Fall soll ein Ausführungsbeispiel einer Einstellscheibe beschrieben werden, die anders als die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele kein Farbfilter benötigt, aber dennoch gefärbte Doppelbilder während des defokussierten Zustandes bildet.

Fig.9 zeigt einen Querschnitt durch einen Bereich des Beugungsgitters, das auf einer derartigen Einstellscheibe vorgesehen ist. In F i g. 9 ist mit 38 eine Grundplatte bezeichnet, die mit einem Beugungsgitter versehen ist, bei dem drei ebene Abschnitte bzw. Streifen, von denen jeder eine Breite von '/3 der Periode hat und unterschiedliche Höhen d\ und £/2, derart vorgesehen sind, daß drei ebene Stufen in jeder Periode vorhanden sind. Das Beugungsgitter hat eine Ausbildung, wie sie in dem Artikel »Color separating gratings« in Applied Optics, Band 17. Heft 15. Seite 2273 als Farbauflösefilter beschrieben ist. Dadurch, daß für dieses Beugungsgitter die Werte der Höhen d\ und cfe geeignet gewählt werden, kann dafür gesorgt werden, daß das in die + I.Ordnung gebeugte Licht die Wellenlängen-Charakteristik von blauem Licht hat und das in die — 1. Ordnung gebeugte Licht die Wellenlängen-Charakteristik von rotem Licht hat.

In Fig. 10 ist ein Graph gezeigt,in dem die berechnete Beugungsausbeute in Oter und ± I.Ordnung über der Wellenlänge des einfallenden Lichtes aufgetragen ist, wenn d\ = 0,67 um und c/2 = 2,24 am ist Der Brechungsindex des optisch transparenten Teils, aus dem dieses Beugungsgitter gebildet ist, ist 1,5. Wie man aus Fig. 10 erkennt, hat das in + 1.Ordnung gebeugte Licht eine stärkere Blaukomponente und das in — 1. Ordnung gebeugte Licht eine stärkere Rotkomponente. Zwar ist die Beugungsausbeute in Oter Ordnung, die während der Bestimmung des Scharfeinstellzustandes eine Behinderung ergibt, nicht 0, aber im sichtbaren Bereich ist sie klein verglichen mit der Beugungsausbeute in + 1. und —1. Ordnung; deshalb ist die Behinderung durch sie nicht sehr groß.

Im Fall eines dreistufigen Beugungsgitters ist die brauchbare Form nicht auf das vorstehend beschriebene Konstruktionsbeispiel beschränkt Als weiteres Konstruktionsbeispiel sind die berechneten Werte der Beugungsausbeuten in F i g. 11 gezeigt für CZ₁ = 1,67μηι und d2 = 334 μιη. Diese Charakteristik ist im wesentlichen ähnlich zu der gemäß Fig. 10 und für die vorliegenden Zwecke geeignet

Während die Fig. 10 und 11 Konstruktionsbeispiele von dreistufigen Beugungsgittern zeigen, bei denen hauptsächlich in die + 1. Ordnung gebeugtes Licht entsteht kann das Beugungsgitter auch so entworfen werden, daß hauptsächlich in die Ote und die + 1. Ordnung gebeugtes Licht oder in die Ote und die —!.Ordnung gebeugtes Licht entsteht und eine farbkomplementärc Beziehung zueinander annimmt.

Fig. 12 zeigt die berechneten Werte der Beugungsausbeute, wenn d\ = 1,92 μιη und di = 2,9 μιη ist. Bei einem vierstufigen Beugungsgitter mit vier ebenen Abschnitten bzw. Streifen in jeder Periode werden die in Fig. 13 gezeigten Beugungsausbeuten erhalten, wenn d\ = 0,96 μΐη, d₂ = 1,92 μηι und d₃ = 2,88 μηι ist.

Der vorstehend beschriebene Beugungsgitteraufbau hat anders als die früheren Ausführungsbeispiele kein Farbfilter, sondern er erzeugt vielmehr gefärbte Doppelbilder aufgrund seines geometrisch asymmetrischen Profils.

Fig. 14 zeigt ein Schaubild des Scharfeinstell-Anzeigeteils einer Einstellscheibe mit dem vorstehend beschriebenen Beugungsgitteraufbau. Der Scharfeinsteii-Anzeigeteil umfaßt ein Beugungsgitter 47, das in zwei Bereiche 45 und 46 durch eine Gerade 44 als Grenze unterteilt ist. In den entsprechenden Bereichen sind wechselseitig kongruente reliefartige Phasen-Beugungsgitter 48 und 49 gebildet, deren Periodenrichtung um 180° unterschiedlich ist. Sowohl dieser Scharfeinstell-Anzeigeteil als auch der Scharfeinstell-Anzeigeteil gemäß F i g. 7 haben im wesentlichen im defokussierten Zustand dieselbe Wirkung auf das Bild. Das Objektbild, wie es unter Verwendung des Scharfeinstell-Anzeigeteils während der Fokussierung beobachtet wird, ist in Fig. 15 gezeigt. In Fig. 15 bezeichnet das Bezugszeichen 29 den Umriß des Scharfeinstell-Anzeigeteils und das Bezugszeichen 44 die Gerade zwischen den Bereichen 45 und 46. In Fig. 15 wird im defokussierten Zustand ein weißes stangenförmiges Objekt 30 beobachtet; in jedem der Bereiche mit der Geraden 44 als Grenze ist das Objekt in ein rotes und blaues Doppclbild geteilt. Durchgehend gefärbte Doppelbilder in den entsprechenden unterschiedlichen Farben, wie das rote Bild 32i und das blaue Bild 322 im oberen Bereich 45 und das rote Bild 33₂ und das blaue Bild 33, im unteren Bereich 46 werden beobachtet; wenn der fokussierle Zustand erreicht wird, verschwinden diese gefärbten Doppelbilder, wodurch die Fokussierung erleichtext und die Genauigkeit der Fokussierung erhöht wird. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Effekt ergibt sich bei diesen Scharfeinsteil-Anzeigeteilen ein Effekt dadurch, daß in dem Scharfeinstell-Anzeigeteil innerhalb des Gesichtsfeldes die Richtungen der Farbabweichung entgegengesetzt zueinander im oberen und unteren Bereich sind; beispielsweise weist das ununterbrochene Bild aus dem roten Bild 32i und dem blauen Bild 33i eine Farbaufspaltung mit der Geraden 44 als Grenze auf, wodurch sich eine Wirkung ähnlich der eines herkömmlichen Bildaufteilungsprismas ergibt, so daß die Bestimmung des defokussierten Zustandes erleichtert und die Leichtigkeit und Genauigkeit der Fokussierung wcsentlieh erhöht werden. Bei den bisher erläuterten Ausführungsbeispielen ist der Scharfeinstell-Anzeigeteil in zwei Bereiche unterteilt Es sind jedoch auch mehr als zwei Bereiche möglich.

Zur Herstellung der Phasen-Beugungsgitter der in den Fig.9 bis 14 gezeigten Form kann eine Fotoätz-' technik unter Verwendung einer optischen Maske und eines fotoempfindlichen Lacks verwendet werden, wie sie bei der Herstellung von elektronischen Halbleitcrelementen verwendet werden. Ferner kann, wenn eine Muttergußform aus Metall mittels Elektrobearbeitungstechniken hergestellt wird, wobei das Beugungsgitter als Negativ erhalten wird, diese konkav-konvexe Struktur der Metall-Muttergußform auf Kunststoffteile

übertragen werden, so daß hierdurch in der Serienherstellung Kopien mit geringen Kosten hergestellt werden können.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

10

15

20

30

40

#5

SO

55

•0

Claims

Patentansprüche:

1. Einstellscheibe mit einem Beugungsgitter, das von einem außerhalb seiner Gitterebene liegenden Bildpunkt Mehrfachbilder erzeugt, die aus der Beugung eines Lichtstrahls in zwei verschiedene Richtungen hervorgehen, wobei die Mehrfachbilder zusammenfallen, sofern der Bildpunkt in der Gitterebene liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (11; 17, 18, 19; 25 bis 28) ein optisch symmetrisches Relief-Beugungsgitter mit Filterabschnitten (20,21,21', 22') ist, die die gleiche Periodizität wie das Relief aufweisen, in ihrer spektralen Durchlässigkeit im wesentlichen komplementär zueinander sind und so angeordnet sind, daß eine optisch asymmetrische Gesamtbeugungswirkung entsteht

2. Einstellscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ReJief-Beugungsgitter (11; 17, 18,19; 25 bis 28) ein dreieckiges, dachförmiges Profil hat oder aus abwechselnd konkaven und konvexen Streifen besteht

3. Einstellscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief-Beugungsgitter (11; 17, 18, 19; 25 bis 28) zwei durch eine Gerade getrennte Bereiche (42,43) aufweist, in denen die durch die Beugung bewirkten Ablenkrichtungen zueinander entgegengesetzt sind.

4. Einstellscheibe mit einem Relief-Beugungsgitter, das von einem außerhalb seiner Gitterebene liegenden Bildpunkt Mehrfachbilder erzeugt, die aus der Beugung eines Lichtstrahls in zwei verschiedene Richtungen hervorgehen, wobei die Mehrfachbilder zusammenfallen, sofern der Bildpunkt in der Gitterebene liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief-Beugungsgitter (11; 47) ein asymmetrisches Profil hat, so daß die Mehrfachbilder verschiedenfarbig erscheinen, und daß das Relief-Beugungsgitter zwei durch eine Gerade (44) getrennte Bereiche (45, 46) aufweist, in denen die durch die Beugung bewirkten Ablenkrichtungen zueinander entgegengesetzt sind.

5. Einstellscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief-Beugungsgitter (11; 47) ein Profil hat, das aus drei oder mehr Streifen unterschiedlicher Höhe (d\, d₂) besteht.

6. Einstellscheibe nach einem der Ansprüche 3 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Bereiche (45,46) gleiche Größe haben.

7. Einstellscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungen bevorzugt in zwei symmetrische Ordnungen erfolgen.