DE3320096C2

DE3320096C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Scharfstellungszustandes eines optischen Abbildungssytems

Info

Publication number: DE3320096C2
Application number: DE3320096A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Tokio/Tokyo Aoki; Kenji Fussa Tokio/Tokyo Fukuoka; Asao Hayashi; Masatoshi Hachioji Tokio/Tokyo Ida; Junichi Nakamura; Kenichi Tokio/Tokyo Oinoue
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-06-04
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1985-12-12
Also published as: DE3320096A1; JPS58211721A; US4492449A

Abstract

Der Scharfstellungszustand wird entsprechend einer Kombination von zwei verschiedenen Feststellverfahren, z.B. der Feststellung der Bildschärfe mit der Feststellung einer seitlichen Bildverschiebung, ermittelt, wobei zur Feststellung der Bildschärfe eine erste und eine zweite Lichtempfangselementen-Gruppe und zur Feststellung der seitlichen Bildverschiebung eine dritte Lichtempfangselementen-Gruppe benutzt werden. Um eine Feststellvorrichtung von kleinen Abmessungen und einfachem Aufbau zu erzielen, sind diese Licht emp fangselementen-Gruppen auf ein und demselben Halbleiter-Substrat ausgebildet. Ferner sind ein Lichtstrom-Teilerprisma und eine Gruppe - insbesondere eingeprägter - lentiformer Linsen ineinander integriert ausgebildet. Nach dem Fokusfeststellverfahren ist es möglich, durch Feststellen der Bildschärfe und durch Ermitteln der seitlichen Bildverschiebung auch in einem Bereich nahe der Scharfstellung den Scharfstellungszustand für verschiedene Objekte innerhalb eines großen Bereiches festzustellen.

Description

Ist, weist ein Lichtempfänger ein Substrat 9 auf, zwei Gruppen 23 und 24 von regelmäßig angeordneten Lichtempfangselementen zur Erfassung der Bildschärfe und eine Gruppe 21 von regelmäßig angeordneten Lichtempfangselementen zur Feststellung der seitlichen Bildverschiebung. Die Llchtempfangselementen-Gruppe

23 und 24 sind auf zugehörigen Selten einer Im voraus festgelegten Brennebene angeordnet, die mit der Filmebene konjugiert Ist, und von der konjugierten Brennebene durch gleiche Abstände getrennt, und die Lichtempfangselementen-Gruppe 21 ist zumindest annähernd In einer Ebene angeordnet, die zur Brennebene optisch äquivalent Ist.

Bei Verwendung der Fokusfeststellvorrichtung In einer einäugigen Spiegelreflexkamera weist ein zwischen einem Objektiv 2 und einem Film 10 angeordneter Schnellrückstellsplegel 11 in seinem Zentrumsabschnitt einen halbdurchlässigen Spiegel 12 auf. Ein von diesem durchgelassener Lichtstrom wird von einem Spiegel 13 auf der Rückseite des Schnellrückstellspiegels 11 in Richtung auf ein Llchtstrom-Tellerprlsma 14 zurückgestrahlt. Das Teilerprisma 14 weist halbdurchlässige Spiegel 34 und 35 und einen reflektierenden Spiegel 36 auf und dient zum Aufteilen eines einfallenden Lichtstroms In drei Lichttellströme, die gegen die zugehörlgen Llchtempfangselementen-Gruppen 23, 24 und 21 gerichtet werden.

Bei dem Lichtdetektor bzw. -empfänger sind gemäß FI g. 2 die Llchtempfangselementen-Gruppen 23 und

24 von Lichtempfangselementen 23-1, 23-2 ... 23-n bzw. 24-1, 24-2 ...24-« gebildet und dienen zum Feststellen der Bildschärfe. Die Llchtempfangselementen-Gruppe 21 ist aus einer Vielzahl von Paaren von Lichtempfangselementen 21/1-1, 21ß-l; 21/12, 21/152... 2lA-n, 21B-n zusammengesetzt, und jedes Paar Lichtempfangselemente 21-4 -/, 21ß-/ empfängt den Lichtteilstrom durch eines von einer Vielzahl von optischen Hilfssystemen 22-/, die z. B. von - Insbesondere eingeprägten- lentiformen Linsen und Mlkrolinsen gebildet sind.

Zum Feststellen der Bildschärfe und der seitlichen Bildverschiebung sind gemäß der Erfindung verschiedene bekannte Bewertungsverfahren anwendbar.

Die Kurven im Diagramm gemäß Flg.3A stellen eine Beziehung dar zwischen der Stellung des Objektivs und Bewertungsfunktionen F₄U) und F_B(x), die durch Verarbeiten der Ausgangssignale von den zugehörigen Lichtempfangselementen-Gruppen 24 und 23 erhalten wurden, wobei χ die Stellung des Objektivs In bezug auf eine Referenzstellung x = 0 ist, In welcher das Objektiv auf einen in unendlicher Entfernung befindlichen Aufnahmegegenstand scharf eingestellt 1st. Die in Fig. 3B dargestellte Kurve entspricht der Differenz F_B(x)-F^(x) zwischen den Bewertungsfunktionen F_A(x) und FgCx); diese Differenz wird zum Nachweis des Scharfstellungszustandes des Objektivs benutzt. Wenn beide Bewertungsfunktionen F_A(x) und F_B(x) kleiner als K in Fig. 3A sind, wird die Bewertung nicht mehr vorgenommen, weil die Bewertungswerte In diesem Falle nicht mehr zur genauen Fokusfeststeilung beitragen. Gemäß Fig. 3B entspricht der Differenz F₈(X)-F₄(X) eine Kurve mit sehr steller Steigung, und somit kann der Scharfstel lungszustand mit außerordentlich großer Empfindlichkeit festgestellt werden.

Die Kurven y" und y^b in F1 g. 4A stellen die Ausgänge des ersten bzw. des zweiten Lichtempfangselementes 21/1 bzw. 21S dar, unter Benutzung dieser Ausgänge/¹ und y* wird eine typische Bewertungsfunktion Ax) folgendermaßen errechnet:

= j!

worin y% und y^b _k die Ausgänge der /cten Lichtempfangselemente 2\A-k und 2\B-k für den Fall darstellen, daß das Objektiv 2 die Stellung χ einnimmt. Der typische Bewertungswert J(x) ist in Flg. 4B dargestellt, und In diesem Falle 1st es möglich, nach hinten und nach vorn unscharfe Bereiche a' bzw. b' von sehr großer Ausdehnung zu erhalten. Im Scharfstellungsbereich d jedoch entspricht dem Bewertungswert J(x) eine Kurve mit kleiner Steigung; somit ist die Genauigkeit der Fokusfeststellung In der Nähe des Punktes c der besten Scharfstellung gering.

Zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile werden gemäß der Erfindung die Feststellung nach der Bildschärfe und die Feststellung nach der seitlichen Bildverschiebung In Kombination miteinander benutzt. Insbesondere in der Nähe der Scharfstellung.

Die In Flg. 5A dargestellten Kurven F₈₁ und F₁₁₁ sind Bewertungsfunktionen für das mit der Bildschärfe arbeitende Fokusfeststellverfahren, die von einem fotoelektrisch umgeformten Ausgang der zugehörigen Lichtempfangselementen-Gruppen 24 und 23 abgeleitet worden sind. Bei dieser Ausführungsform wird für die Bewertungsfunktionen F_Bi und F_n eine maximale Ausgangsdifferenz zwischen benachbarten Spitzen, dargestellt durch die Formel X„-X„+\ _Μλ\- benutzt. Ferner stellt eine Kurve 5" eine Bewertungsfunktion für das mit der seitlichen Bildverschiebung arbeitende Fokusfeststellverfahren dar, die aus einer Beziehung zwischen entsprechenden Lichtempfangselementen 21A und 21ß der Llchtempfangselementen-Gruppe 21 gemäß FI g. 2 abgeleitet worden 1st. In diesem Falle ist angenommen, daß die Ausgänge des nten Paares von Lichtempfangselementen 2lA-n und 21ß-n, das Lichlteilströme empfängt, welche durch obere und untere Hälften einer Austrittspupille des Objektivs 2 hindurchtreten, A_n bzw. B_n sind; die Bewertungsfunktion S' wird dann nach der folgenden Gleichung abgeleitet:

S' = Σί A_n- B_n+\ - A_n+X — BA

η «

Die Kurve 5 in Fig. 5B Ist eine Bewertungsfunktion für die Fokusfeststellung nach der Bildschärfe und wurde aus der Differenz zwischen den oben angegebenen Funktionen F₈₁ und F₈₂ abgeleitet; sie Ist durch die Gleichung S = F₈^-F₈₁ dargestellt.

Gemäß Fig. 5A und 5B werden bei den Fckusfcststellverfahren gemäß der Erfindung mehrere Schwellenwerte ±Ai, ±A₂, A, benutzt. Gemäß Fig. 5A werden zuerst die Bewertungsfunktionen F_Bl und F₈₂ für das mit der Bildschärfe arbeitende Feststellverfahren mit dem Schwellenpegel bzw. -wert A%, verglichen. Wenn F_Bl < Ai und F₈₁ < A₁, wird die Fokusfeststellung nach dem mit der seitlichen Bildverschiebung arbeitenden Verfahren vorgenommen, weil in Bereichen α entsprechend Fig. 5A das mit der Bildschärfe arbeitende Feststellverfahren sehr ungenau wird. Wenn dagegen f_B, > A₁ oder F₈₁ > A₃ ist, werden die Scharfstellungszustände, z. B. Scharfstellung, vordere Unscharfe, hintere Unscharfe, nur nach dem mit der Bildschärfe arbeitenden Verfahren ermittelt. Weil sich in diesem Falle die Bewertungsfunktion 5 für die Feststellung nach der Bildschärfe in der Nähe des Scharfstellungsbereiches in bezug auf die Objektivstellung abrupt ändert.

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lsi es möglich, die Fokusfesistellung genau durchzufüh- funktion S zu einem Fenster- bzw. Ausschnittsverglei-

rcn. Außerdem kann im Falle einer sehr großen Abwei- eher 120 weitergeleitet, um die Zustände vordere

chung von der besten Scharfstellung die Richtung der Unscharfe, Scharfstellung und hintere Unscharfe festzu-

Unschilrfe nach dem mit der seitlichen Bildverschie- stellen. Der Ausschnittsvergleicher 120 umfaßt Diffe-

bung arbeitenden Verfahren genau ermittelt werden. 5 rentialverstärker 121 und 122, Inverter 123 und 124

üic drei Lichtempfangselementen-Gruppen 21, 23 und UND-Glieder 125, 126 und 127 und dient zum

und 24 sind so angeordnet, daß die im voraus festge- Vergleichen der Bewertungsfunktion 5 mit den im

legte Brennebene für das Feststellverfahren nach der voraus festgelegten Schwellenwerten ± A₁, um den

Bildschärfe mit der im voraus festgelegten Brennebene obenerwähnten Scharfstellungszustand zu ermitteln,

für das Feststellverfahren nach der seitlichen Blldver- io und aus dem UND-Glied 125, 126 oder 127 ein Signal

Schiebung zusammenfällt. mit dem Schaltwert H abhängig von dem so ermittelten

Es wird nun erläutert, wie der Scharfstellungszustand Scharfstellungszustand, nämlich vordere Unscharfe,

nach den mit der Bildschärfe und mit der seitlichen Scharfstellung, hintere Unscharfe, abzugeben.

Hildvcrschiebung arbeitenden Verfahren festgestellt In einer Schaltungsanordnung 100 zum Feststellen

wird. Wenn gemäß Flg. 5B die Bewertungsfunktion S '5 der seitlichen Bildverschiebung werden fotoelektrisch

für die Feststellung nach der Bildschärfe gewählt umgeformte Ausgänge von einer Llchtempfangselemen-

worden Ist und mit den zugehörigen Schwellenwerten ten-Gruppe 101 von einer Abtast- und Halteschaltung

- A, verglichen wird, sind die Ermittlungsergebnisse 102 abgetastet und gehalten. Die auf diese Weise abge-

l'olgcndc: Wenn -A\ < 5 <A/_t: Scharfstellung; wenn tasteten und gehaltenen Signale werden in digitale

A₁ -■ S: nach vorn unscharf; wenn 5 < -Δ\. nach ²⁰ Signale umgesetzt und dann abwechselnd In Speichern

hinten unscharf. Ferner, wenn die Bewertungsfunktion 104 und 104' gespeichert. Aus dem Speicher 104

.V für die Feststellung nach der seitlichen Bildverschie- ausgelesene Ausgangssignale werden nacheinander

bung gewählt worden ist und mit den zugehörigen Schieberegistern 105 und 107 zugeleitet, um die Werte

Schwellenwerten ± A₂ verglichen wird, werden die A₁₁, A₁₁₊₁ abzuleiten. Nachdem die Werte B_n, ß„₊, von

lirmiitlungsergebnisse folgendermaßen abgeleitet: wenn ²⁵ den aus dem Speicher 104' über Schieberegister 106

-A₁ < .S" ^ Ai. Scharfstellung; wenn Δι < S': nach und 108 abgeleiteten Ausgangssignalen erhalten worden

vorn unscharf; wenn S' < -A₁: nach hinten unscharf. sind, werden diese Werte A_n, A_n+[, B_n und B_n+1 dann

Selbst bei schwieriger Ableitung des Feststellungs- Differentialverstärkern 109 und 110 zugeleitet, um

signals aufgrund des geringen Bildkontrastes, d.h. well Rechenwerte A_n-B_n+1 bzw. A_n+1-B_n zu ermitteln,

die Beweriungsfunktionswerte F_Hl und F_n gemäß ⁱ⁰ Sodann werden Absolutwerte dieser Rechenwerte

Fig. 6A innerhalb eines Feststellungsbereiches stets A„-B_n+] und A„₊₎_B„ von Verarbeitungsschaltungen

kleiner als der Schwellenwert Ai sind, ist es daher Ul und 112 errechnet und einem Differentialverstär-

gcmäß der Erfindung möglich, den Scharfstellungszu- ker 113 und einer Verarbeitungsschaltung 114 zugelei-

stand nach dem die seitliche Bildverschiebung benut- let, so daß bei diesem Beispiel die Bewertungsfunktion

zenden Verfahren festzustellen, bei dem sich der ³⁵ für die Feststellung nach der seitlichen Bildverschie-

Bcwcrtungswert S' in der Nähe der besten Scharfstel- bung:

lung abrupter ändert als der Bewertungswert S für das _ · _ _

mit der Bildschärfe arbeitende Feststellverfahren (s. ^s ~ ^{ ■*» ~ «ih-i ~ 4*1 ~ B_n)
Fig. 6B). ILs ist außerdem möglich, eine Fehlermittlung

und eine Fehlanzeige aufgrund von Störsignalen etc. *° erhalten wird. Danach wird die auf diese Weise abgelei-

auszuschließen. Beim gezeigten Beispiel sind die tete Bewertungsfunktion S' In einem Ausschnittsver-

Schwellenwerte A, und A₁ mit zweckdienlichen Größen gleicher 130 von gleichem Aufbau wie der Ausschnitts-

vorcinstcllbar. vergleicher 120 mit den Im voraus festgelegten Schwel-

Bci der durch das Blockschaltbild in F i g. 7 darge- lenwerten ± A₁ verglichen, um in Abhängigkeit vom stellten Ausführungsform einer für das vorstehend ⁴⁵ Scharfstellungszustand, also vordere Unscharfe, Scharferläuterte Fokusfeststellverfahren bevorzugten Signal- stellung oder hintere Unscharfe, am UND-Glied 135, Verarbeitungsschaltung werden in einer Schaltungs- 136 bzw. 137 ein Signal mit dem Schaltwert H zu anordnung 80 zum Feststellen der Bildschärfe fotoelek- erzeugen.

irisch umgeformte Ausgänge von Llchtempfangsele- Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform menlen-Gruppen 81 und 82 durch Abtast- und Halte- ⁵⁰ werden die Bewertungsfunktionen F₈, und F₈₂ für die schaltungen 83 und 84 abgetastet und gehalten. Die Bildschärfe aus den Speichern 92 und 93 ausgelesen au I diese Weise abgetasteten und gehauenen Signale und mittels Differentiaiverstärkern 95 und 96 mit dem werden von einem Analog-Digital-Wandler 85 zelt- im voraus festgelegten Schwellenwert A_} verglichen, .sequentiell In digitale Signale umgesetzt und dann Die Vergleichsergebnisse werden einem ODER-Glied einem Differentialverstärker 88 zugeleitet, um zwischen ⁵⁵ 97 zugeleitet. Wenn F_Bl ^ A₃ und F_B2 < Au also im Ausgängen von benachbarten Lichtempfangselementen Bereich, In dem der Scharfstellungszustand unter eine. Differenz X„-X„_+i zu ermitteln. Aus den Absolut- Benutzung der Bildschärfe nicht genau festgestellt werten der so ermittelten Differenz X_n-X_n+^ wird durch werden kann, nimmt der Ausgang des ODER-Gliedes Verarbeitungsschaltungen 89 und 90 der Größtwert 97 den Schaltwert L an. Im anderen Falle den Schaltabgeleitet, und die aus den Lichtempfangselementen- *° wert H. Dieser Ausgang, vom Schaltwert H oder L. Gruppen 81 und 82 abgeleiteten Größtwerte werden als wird direkt, also unverändert, UND-Gliedern 141, 142 zugehörige Bewertungsfunktionswerte F₈₁ und F_B2 in und 143 und über einen Inverter 98 UND-Gliedern einem Speicher 92 bzw. 93 gespeichert. Sodann wird 144, 145 und 146 zugeleitet. Bei einer solchen Anordvon einem Differentialverstärker 94 die Differenz nung ist es möglich, die ScharfstellungszustSnde, also zwischen den Bewertungsfunktionen F_n und F₈₂ ^6S vordere Unscharfe, Scharfstellung und hintere errechnet, um die Bewertungsfunktion S=F₈^F₈₂ für Unscharfe, genau festzustellen und zwar unter Benutdic Feststellung nach der Bildschärfe abzuleiten. Beim zung der seitlichen Bildverschiebung in dem Bereich, in gezeigten Beispiel wird die so abgeleitete Bewertungs- dem eine genaue Fokusfeststellung nach der Bildschärfe

nicht möglich ist. oder ausgehend von der Bildschärfe in dem Bereich, in dem damit der Scharfstellungszustand genauer festgestellt werden kann als nach der seitlichen Blldverschlebung.

In der grafischen Darstellung der FI g. 8, mit der eine weitere Ausführungsform des Fokusfeststellverfahrens gemäß der Erfindung erläutert wird, sind die Kurven F₈₁, F_B1, S und S' die gleichen, die anhand Fig. 5 und 6 schon beschrieben wurden. Beim Beispiel gemäß Fig. 8 wird der Bewertungsfunktlonswert S' für die Fokusfeststellung nach der seitlichen Bildverschiebung zuerst mit Schwellenwerten ±A_t verglichen. Wenn S' größer ist als +J«, wird das Ermittlungsergebnis als die vordere Unscharfe festgestellt. Ist S' kleiner als -4₄, wird das Ergebnis als die hintere Unscharfe festgestellt. Wenn der Bewertungsfunktionswert gleich ± A_A ist oder im Bereich von ± A₄ Hegt, wird gleichzeitig der Bewertungsfunktionswert 5 für die Feststellung nach der Bildschärfe benutzt und mit den Schwellenwerten ± Δ\ verglichen. Wenn In diesem Falle der Bewertungsfunktionswert S im Bereich von ± Δ\ und ferner der Bewertungsfunktlonswert S' im Bereich von Im voraus festgelegten Schwellenwerten ±Ai Hegt, wird das Ermittlungsergebnis als die Scharfstellung festgestellt. Außerdem werden die anderen Entscheidungen, z. B. ob vordere oder hintere Unscharfe im Bereich von ±Δ^ dadurch getroffen, daß die Bewertungsfunktionswerte F₈₁ und F_K für die Feststellung nach der Bildschärfe in der weiter oben beschriebenen Weise mit einem im voraus festgelegten Schwellenwert Δ-t verglichen werden. Wenn von den Bewertungsfunktlonswerten F_gl und F₈₂ einer größer als der Schwellenwert Δ\ 1st, erfolgt die Entscheidung unter Benutzung der Bewertungsfunktion 5 für die Feststellung nach der Bildschärfe. Sind dagegen beide Bewertungsfunktionen F₈₁ und F₈₂ kleiner als der Schwellenwert <di, wird die Entscheidung unter Benutzung der Bewertungsfunktion S' für die Feststellung nach der seitlichen Blldverschlebung getroffen.

F i g. 9 zeigt in einer detaillierten Schrägansicht den Aufbau des optischen Systems für die Fokusfeststellvorrichtung gemäß Fig. 1. Gemäß Flg. 9 wird ein einfallender Lichtstrom 30 von den halbdurchlässigen Spiegeln 34 und 35 und dem reflektierenden Spiegel 36, die zum Lichtstrom-Tellerprisma 14 fest miteinander verbunden sind, in drei Lichtteilströme 31, 32 und 33 aufgeteilt. Die Lichtteilströme 31 und 33 wenden gegen die zugehörigen Lichtempfangselementen-Gruppen 24 und 23 gelenkt, die auf ein und demselben Halbleiter-Substrat 9 ausgebildet sind, um die Bildschärfe fcslzusieücn. Der andere Lichüciisifüfn wird Zur Ermittlung der seitlichen Bildverschiebung benutzt und über das In das Teilerprisma 14 integriertes optisches Hilfssystem 22 auf die ebenfalls auf dem Substrat 9 angeordnete Lichtempfangselementen-Gruppe 21 gelenkt. Beim gezeigten Beispiel ist das optische Hilfssystem 22 von einer Gruppe regelmäßig angeordneter - insbesondere eingeprägter - lentlformer ZyIInderlinsen gebildet. Die Lichtmenge des Lichtteilstroms 31 ist zumindest annähernd gleich mit der des Lichtteilstromes 33 eingestellt. Weil beim gezeigten Beispiel ein aus derselben Stelle eines Bildes austretender Lichtstrom sowohl für das nach der Bildschärfe als auch für das nach der seitlichen Blldverschlebung arbeitende Feststellverfahren benutzt wird, ist eine genaue Fokusfeststellung sogar bei einem Tiefe besitzenden Objekt möglich.

Bei der in Fig. 10 dargestellten anderen Ausführungsform des optischen Systems, welche in der Fokusfeststellvorrichtung gemäß der Erfindung bevorzugt benutzt wird, wird das einfallende Licht mittels eines nicht dargestellten Lichtstrom-Teilerprlsmas In zwei Lichtteilströme 40 und 41 aufgeteilt. Der LichtieiKtrom 40 wird dann über eine Strahlengang-Korrekturplaiic 43 auf ein Lichtstrom-Teilerprisma 42 gerichtet und von einem halbdurchlässigen Spiegel 44 und einem reflektierenden Spiegel 45 dieses Teilerprismas 42 in zwei Lichtteilströme 46 und 47 aufgeteilt. Diese Lichiteilströme 46 und 47 werden gegen die zugehörigen LichtempfangselementenGi'tppen 24 und 23 auf dem Substrat 9 gerichtet, um die Bildschärfe festzustellen.

Über das Lichtstrom-Teilerprisma 42 und ein in es Integriertes optisches Hilfssystem 48 wird der andere einfallende Lichtteilstrom 41 auf die Lichtempfangselementen-Gruppe 21 gerichtet, um die seitliche Blldverschlebung festzustellen. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Lichtmenge des Lichtteilstroms 46 zumindest annähernd gleich derjenigen des Lichtiellsiroms 47. Außerdem kann beim gezeigten Beispiel der Lichtausnutzungsgrad gegenüber der Ausfühurngsform gemäß Fig. 5 verbessert werden, weil eine Hälfte des einfallenden Lichtstroms gegen die Gruppe 21 gericht wird.

Bei der in Fig. 11 dargestellten noch anderen Ausführungsform des für die Fokusfestsielivorrichiung gemäß der Erfindung bevorzugten optischen Systems

sind die optischen Systeme für die Bildschärfe und für die seitliche Bildverschiebung unabhängig voneinander angeordnet, jedoch sind die Lichtempfangselementcn-Gruppen auf ein und demselben Substrat angeordnet. Es 1st möglich, diese optischen Systeme, unter Beibc-

haltung ihrer bestehenden Stellungsbeziehung zueinander, ganz oder zum Teil miteinander zu verbinden. Gemäß Flg. 11 wird ein einfallender Lichtstrom zuerst in zwei Lichtteilströme 50 und 51 aufgeteilt. Eine weitere Aufteilung des Lichtteilstroms 50 in zwei

Lichtteilströme 52 und 53 erfolgt mittels eines in das Tellerprisma 14 Integrierten Prismas 54 mit einem halbdurchlässigen Spiegel 55 und einem reflektierenden Spiegel 56. Die Lichtteilströme 52 und 53 werden dann gegen die zugehörigen Lichtempfangselemcnten-Grup-

pen 24 und 23 gerichtet. Der andere einfallende Lichtteilstrom wird über eine Strahlengang-Korrekiurplatic 57 und ein optisches Hilfssystem, die Ineinander integriert sind, auf die Lichtempfangselementen-Gruppe 21 auf dem Substrat 9 gelenkt. Wie bei den zunächst beschriebenen Ausführungsformen sind die Lichlempfangseleroenten-Gnipnen 21. 23 und 24 auf ein und demselben Substrat 9 ausgebildet.

Bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 9 bis 11

j, sind die Lichtempfangselementen-Gruppen 21, 23 u.nd 24 auf ein und demselben Halbleiter-Substrat 9 ausgebildet, auf dem mit ihnen zusammen auch eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Treiberschaltung usw. ausgebildet sein können. Es ist daher möglich, alle opti-

_M sehen Systeme und Schaltungen In einem kleinen Raum einer Kompaktkamera unterzubringen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist es auch möglich, beim Erzeugen der Scharfslellungssignalc durch die Feststellung der Bildschärfe und die Fesislcllung der seitlichen Bildverschiebung den Fokussicrzustand als die beste Scharfstellung zu ermitteln, indem ein Ausgang des UND-Gliedes 136 dem UND-Glied 142 zugeleitet wird. Ferner ist bei der Ausführungsform

gemäß Fig. 7 der von den Differentialverstarkern 95 und 96, dem ODER-Glied 97 und dem Inverter 98 gebildete Schaltungstell auf der Ausgangsseite der Bewenungsfunktlon S' für die seitliche Bildverschiebung angeordnet; die Ausgänge der UND-Glieder 141 bis 146 können dann so gesteuert werden, daß die UND-Glieder 141 bis 143 gesperrt und die UND-GIIeder 144 bis 146 auf Durchlaß geschaltet sind, wenn die Beweriungsfunktion 5' außerhalb des Bereiches von τ.Δ, liegt, dagegen die UND-Glieder 141 bis 143 auf i» Durchlaß geschaltet und die UND-Glieder 144 bis 146 gesperrt sind, wenn S' In den Bereich von ± Δ» fällt.

Ferner ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen das optische Hllfssystem zum Aufteilen des aus dem Abbildungsobjekt austretenden Llchtstro- '5 mes von der lentiformen Linsen-Gruppe gebildet, kann aber auch von anderem optischen Systemen gebildet sein, z. B. von einer Gruppe regelmäßig angeordneter Schlitze, Mikrolinsen und Mikroprlsmen.

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Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

25

40

45

'%

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60

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Feststellen des Scharfstellungszustandes eines optischen Abblldungssystems, bei dem ein erster Bewertungsfunktionswert (S) zum Feststellen der Bildschärfe gebildet wird, welcher ein Maß für die Schärfe des vom optischen Abbildungssystem auf zumindest zwei Llchtempfangselementen-Gruppen erzeugten Bildes ist, dadurch gekennzeichnet, daß In einem von der Scharfstellung fernen ersten Bereich der Scharfstellungszustand des optischen Abbildungssystems durch Verarbeiten eines zweiten Bewertungsfunktionswertes (S') festgestellt wird, weicher eine seitliche Verschiebung von zwei ?af wenigstens einer Llchtempfangselementeii-Gruppe erzeugten Bildern darstellt, die von Licht teilströmen erzeugt werden, welche von verschiedenen Bereichen des optischen Abblldungssystems durchgelassen werden, und daß In einem der Scharfstellung nahen zweiten Bereich der Scharfstellungszustand des optischen Abblldungssystems durch Verarbeiten sowohl des ersten als auch des zweiten Bewertungsfunktionswertes (S, S') festgestellt wird. JS

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Scharfsteltungszustandes Im zweiten Bereich durch Ermitteln der seitlichen Bildverschiebung durchgeführt wird, wenn beide Bewertungswerte (F_Bl, F_n), aus denen der erste Bewertungsfunktionswert (S) abgeleitet wird, kleiner sind als ein vorgegebener Schwellenwert, und durch Ermitteln der Bildschärfe, wenn wenigstens einer der Bewertungswerte (F_Bl oder F_n) größer als der genannte Schwellenwert Ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Scharfstellungszustandes Im ersten Bereich durchgeführt wird, bis der zweite Bewertungsfunktionswert (S') außerhalb eines bestimmten Bereiches fällt, und die Feststellung des Scharfstellungszustandes, wenn der zweite Bewertungsfunktionswert (S') In den genannten vorgegebenen Bereich fällt, durch Ermitteln sowohl der Bildschärfe als auch der seitlichen Bildverschiebung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Scharfstellungszustandes Im zweiten Bereich durch Ermitteln der Bildschärfe durchgeführt wird, wenn die Bewertungswerte (Fg|, F_n), aus denen der erste Bewer- tungsfunktionswert (S) abgeleitet wird, größer sind als ein vorgegebener Schwellenwert, und durch Ermitteln der seitlichen Bildverschiebung, wenn die Bewertungswerte (F_BI, F₈₂) kleiner sind als der Schwellenwert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Scharfstellungszustandes im zweiten Bereich durch Ermitteln sowohl der Bildschärfe als auch der seitlichen Bildverschiebung in der Weise durchgeführt wird, daß, wenn der erste Bewertungsfunktionswert (S) innerhalb eines zweiten im voraus festgelegten Bereiches liegt und gleichzeitig der zweite Bewertungsfunktionswert (5') in einen dritten Im voraus festgelegten Bereich fällt, der Scharfstellungszustand als eine Scharfstellung festgestellt wird.

6. Vorrichtung zum Feststellen des Scharfstellungszustandes eines optischen Abbildungssystems mit einer Einrichtung zum Aufteilen eines vom optischen Abbildungssystem durchgelassenen Lichtstromes In wenigstens drei l.ichtteilströme, einer ersten und einer zweiten Lichtempfangselemenien-Gruppe auf beiden Selten einer Im voraus bestimmten Brennebene zum Empfangen des ersten und des zweiten Lichtteilstromes und zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten Reihe von fotoelektrisch gebildeten Ausgangssignalen, einer Einrichtung zum Verarbeiten der beiden Reihen von Ausgangssignalen und zum Ableiten eines ersten Bewertungsfunktionswertes (S), der ein Maß für die auf der ersten und der zweiten Lichtempfangselementen-Gruppe erzeugten Bildschärfe Ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Lichtempfangselementen-Gruppe (21) etwa in der Brennebene angeordnet 1st, um eine dritte Reihe von fotoelektrisch gebildeten Ausgangssignalen zu erzeugen, sowie ein optisches Hilfssystem (22), welches vor der dritten Lichtempfangsclementcn-Gruppe (21) angeordnet ist, um darauf zwei Abbildungen mittels Lichtteilströmen zu erzeugen, die von verschiedenen Bereichen des optischen Abbildungssystems (2) durchgelassen sind. Einrichtungen (100) zum Verarbeiten der dritten Reihe von Ausgangssignalen und zum Ableiten eines zweiten Bewertungsfunktionswertes (S'), der ein Maß für die seitliche Verschiebung der zwei auf der dritten Lichtempfangselementen-Gruppe erzeugten Bilder darstellt, und Einrichtungen (141-146) zum Verarbeiten der beiden Bewertungsfunktionswerte (S. Sl, um den Scharfstellungszustand des optischen Ausbildungssystems festzustellen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zum Aufteilen des Lichtstromes ein Prisma (14) und einen ersten und einen zweiten halbdurchlässigen Spiegel (34, 33) und einen reflektierenden Spiegel (36) aufweist, die erste Lichtempfangselementen-Gruppe (24) so angeordnet ist, daß sie einen vom ersten halbdurchlässigen Spiegel durchgelassenen Lichtteilstrom empfängt, und die zweite Lichtempfangselementen-Gruppe (23) so angeordnet ist, daß sie einen Lichtteilslrom empfängt, der vom ersten halbdurchlässigen Spiegel reflektiert, vom zweiten halbdurchlässigen Spiegel durchgelassen und vom reflektierenden Spiegel (36) reflektiert worden Ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Lichtempfangselementen-Gruppe (21) so angeordnet 1st, daß sie einen vom ersten und vom zweiten halbdurchiässigen Spiegel (34, 35) reflektierten Lichtteilstrom empfängt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Hilfssystem (22) von einer Gruppe regelmäßig angeordneter, insbesondere eingeprägter, lentlformer Linsen gebildet ist, die In das Lichtstrom-Tellerprisma (14) Integriert Ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, wobei das Prisma einen halbdurchiässigen Spiegel und einen reflektierenden Spiegel aufweist, die erste Lichtempfangselemente-Gruppe so angeordnet ist, daß sie einen vom ersten halbdurchlässlgcn Spiegel durchgelassenen Lichtteilstrom empfängt und die zweite Lichtempfangselementen-Gruppe so angeordnet ist, daß sie einen vom halbdurchlässigen Spiegel und vom reflektierenden Spiegel reflektierten Lichtteilstrom empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Lichtempfangselementen-Gruppc so angeordnet Ist, daß sie einen vom Prisma durchge-

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lassenen Lichtteilstrom empfängt. stellsystem jedoch auf die automatische Steuerung bei

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder einer einäugigen TTL-Spiegelreflexkamera angewendet 9, wobei das Prisma einen halbdurchlässigen Spiegel wird, wird bei kleiner Blendenzard auf das Lichtemp- und einen reflektierenden Spiegel aufweist, die erste fangsetement auffallendes Licht abgeschattet, und somit Llchtempfangselementen-Gruppe so angeordnet ist, 5 wird die Genauigkeit der Scharfeinstellung herabgesetzt, daß sie einen vom ersten halbdurchlässigen Spiegel Well in diesem Falle die Genauigkeit der Scharfeinsteldurchgelassenen Lichtteilstrom empfangt und die lung sogar bei einem kontrastarmen Objekt gemindert zweite Llchtempfangselementen-Gruppe so angeord- 1st, ist es außerdem schwierig, den ScharfeinstelJungsnet ist, daß sie einen vom halbdurchlässigen Spiegel zustand exakt festzustellen. Mit anderen Worten, bei und vom reflektierenden Spiegel durchgelassenen io dem die Bildschärfe benutzenden Fokusfeststellsystem Lichtteilstrom empfängt, dadurch gekennzeichnet, ist die Feststellempfindiichkeit bei einem Bild mit daß die dritte Lichtempfangselementen-Gruppe so wenig Abwechslungen gering.

angeordnet ist, daß sie einen Lichtteilstrom Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

empfangt, der von einem Lichtweg-Korrektursystem Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen der und dem optischen Hilfssystem, die getrennt vom 15 Scharfstellung eines optischen Abbildungssystems zu

Prisma angeordnet sind, durchgelassen worden ist. schaffen, mit welchen sich auch bei weit vom Scharf-

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch stellzustand entfernt eingestellten optischen Abbilgekennzelchnet. daß das optische Hilfssystem und dungssystemen der Scharfstellungszustand feststellen das Lichtweg-Korrektursystem ineinander integriert läßt.

sind. 20 Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen J

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-11, und 6 und hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen in dadurch gekennzeichnet, daß die drei Lichtempfangs- den zugehörigen Unteransprachen gekennzeichnet. elementen-Gruppen (21, 23, 24) auf einem einzigen Die Erfindung ermöglicht es, die Feststellung des Halbleiter-Substrat (9) angeordnet sind. Scharfstellungszustandes unter Benutzung der seitlichen

25 Bildverschiebung sogar beim kontrastarmen Bild durch-

zuführen, bei dem das Feststellsignal nach dem Bildschärfeverfahren nicht erhalten werden kann; deshalb kann eine durch Störsignale etc. bedingte fehlerhafte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Erfassung und Anzeige vermieden werden, und der Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der Patentan- 30 Scharfstellungszustand kann somit innerhalb des Sprüche 1 bzw. 6. gesamten Bereiches des optischen Abbildungssystems

Bisher sind zur Vornahme der Scharfeinstellung zwei genau festgestellt werden. Falls die Fokusfeststellung in Verfahren hauptsächlich angewendet worden. Die Fest- der Nähe des Scharfstellungsbereiches unter Benutzung stellung der Scharfstellung erfolgt bei dem einen nach sowohl des Bildschärfe- als auch des Blldverschlebungsder Bildschärfe, bei dem anderen nach einer seitlichen 35 Verfahrens vorgenommen wird, ist es außerdem f| Blldverlagerung oder Bildverschiebung. Beide genann- möglich, sie bei jeder Art von Bildern mit größerer ψ ten Fokusfeststellsysteme besitzen je ausgezeichnete Genauigkeit durchzuführen.

fe! Vorteile, sind aber andererseits auch mit natürlichen Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden

?j Nachtellen beiiaftet. Eine genaue Fokuseinstellung im folgenden anhand schernatischer Zeichnungen näher S|i unter Benutzung nur eines Verfahrens ist daher schwie- 40 erläutert. Es zeigt

If rig. Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Ausführt Bei dem die Bildschärfe benutzenden Fokusfest- rungsform der Fokusfeststellvorrichtung gemäß der

H stellsysiem (DE-OS 30 05 044) kann die Scharfstellung Erfindung,

'φ bei einem Bild mit deutlicher Lichtstärkenverteilung Flg. 2 eine vereinfachte Darstellung einer Ausfüh-

ψ mit großer Genauigkeit festgestellt werden, und wenn 45 rungsform des Lichtdetektors gemäß der Erfindung, ! dieses System somit auf eine automatische Fokussier- Fig. 3A und 3B grafische Darstellungen der

y einrichtung bei einer einäugigen TTL-Spiegelreflexka- Ausgangssignale von den Lichtempfangselementen und i| mera angewendet wird, ist die Verwendung verschiede- von Bewertungswerten zur Verwendung in einem eine j§ ncr Objektive je mit verschiedener F- bzw. Blendenzahl Bildschärfe benutzenden Fokusfeststellsystem, möglich, ohne daß eine Lichtabschattung hervorgerufen 50 Fig. 4A und 4B grafische Darstellungen von Bewer- !' wird. Weil jedoch in diesem System bei extremer tungswerten zur Verwendung in einem eine seitliche §? Unscharfe der Bewertungswert außerordentlich klein Blldverschiebung benutzenden Fokusfeststellsystem, IS; wird und sich demgemäß entsprechend einer flachen Flg. 5A, 5B, 6A und 6B grafische Darstellungen zur

Kurve verändert. Ist die exakte Ermittlung der Un- Erläuterung von Arbeltsschritten des Fokusfeststellverschärferlchtung nicht möglich, und somit kann nicht 55 fahren« gemäß der Erfindung,

bestimmt werden, in welcher Richtung das Objektiv zu Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform

verstellen ist. Bei Anwendung dieses Systems auf einen einer Signalverarbeitungsschaltung der Fokusfeststell-Aufnahmegegenstand oder Objekt mit geringer Kon- vorrichtung gemäß der Erfindung, irastveränderung, z.B. auf einen Teil eines menschll- Fig. 8 eine grafische Darstellung zur Erläuterung

then Gesichtes, Ist die genaue Scharfeinstellung sogar 60 einer anderen Ausführungsform des Fokusfeststellverin der Nähe der Scharfeinstellung schwierig, well auch fahrens gemäß der Erfindung, und hier der Bewertungswert klein wird. Flg. 9 bis 11 Schrägansichten von Ausführungsfor-

Bei dem eine seilliche Bildverschiebung benutzenden men des optischen Systems in der Fokusfeststellvorl-okusfeststellsystem (DE-OS 30 04 703) kann der richtung gemäß der Erfindung.

Scharfstell/ustand bei einem Objekt mit geringeres Bei der In Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Konirasivcränderung festgestellt werden; es Ist somit Fokusfeststellvorrichtung, mit der sowohl das nach der möglich, die Objektlvversteürlchtung selbst bei extre- Bildschärfe als auch das nach der seitlichen Bildvermcr Unscharfe zu ermitteln. Wenn dieses Fokusfest- Schiebung arbeitende Feststellverfahren durchführbar