DE3635790A1

DE3635790A1 - Fokussierzustandserfassungsvorrichtung fuer objektivlinsen

Info

Publication number: DE3635790A1
Application number: DE19863635790
Authority: DE
Inventors: Yasuo Suda; Ichiro Ohnuki; Akira Akashi; Akira Ishizaki; Keiji Ohtaka; Takeshi Koyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1986-10-21
Publication date: 1987-04-23
Also published as: GB2183419A; GB8625120D0; GB2183419B; DE3635790C2; US4859842A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Fokussierzustandes einer Objektivlinse in Abhängigkeit von der Licht- oder Energieverteilung eines Objektes, genauer gesagt, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fokussierzustandes in Abhängigkeit von Lichtverteilungen in einer Vielzahl von Richtungen.

Eine herkömmlich ausgebildete passive automatische Fokuserfassungsvorrichtung erfaßt die Defokussierung einer Fokussierlinse aus der Lichtverteilung in einer speziellen Richtung eines Objektes, wie dies in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 1 50 918/1983 beschrieben ist. Daher ist eine Fokuserfassung bei einem Objekt nicht möglich, das keine Lichtverteilung in einer Richtung besitzt, die eine Fokuserfassung durch die Fokuserfassungsvorrichtung möglich macht. Beispielsweise besitzt eine passive Fokuserfassungsvorrichtung einer Kamera normalerweise nur in bezug auf eine Lichtverteilung in vertikaler Richtung die Fähigkeit, eine Fokuserfassung durchzuführen. Es bereitet daher Schwierigkeiten für eine Vorrichtung, ein Objekt zu fokussieren, das ein Muster von sich wiederholenden Streifen aufweist, beispielsweise ein Pullover mit einem Muster von in gleichen Abständen angeordneten seitlichen Streifen oder die Jalousie eines Fensters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fokuserfassungsvorrichtung zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist und in der Lage ist, den Fokussierzustand einer Fokussierlinse unabhängig von der äußeren Erscheinungsform oder dem speziellen Muster eines Objektes zu erfassen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch eine Fokuserfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Fokusserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Blende;

die Fig. 3A bis 3C Detailansichten eines Sekundärfokussierlinsenkörpers;

Fig. 4 die Ansicht eines Feldmaskenbildes auf einer fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung;

die Fig. 5A und 5B Schnittansichten der Fokuserfassungsvorrichtung;

Fig. 6 die Ansicht eines Pupillenteilungszustandes einer Objektivlinse;

die Fig. 7A und 7B Ansichten der Bewegungrichtungen der Lichtverteilung im Feldmaskenbild;

Fig. 8 Sensorausgangssignale, die dem Fokussierzustand der Objektivlinse entsprechen;

Fig. 9 die perspektivische Ansicht einer Fokuserfassungsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

die Fig. 10A-10D Detailansichten eines Sekundärfokussierlinsenkörpers;

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Blende;

Fig. 12 die Ansicht eines Feldmaskenbildes auf einer fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung;

die Fig. 13A-13C Sensorausgangssignale entsprechend einem gerade erreichten Fokussierzustand der Objektivlinse;

Fig. 14 ein Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform einer Blende;

die Fig. 15A-15C die Summen von Pixelreihenausgangssignalen;

Fig. 16A das Ausgangsschaltungsdiagramm einer fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung und

Fig. 16B eine Vorderansicht der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung;

Fig. 17 ein Schaltungsdiagramm einer äquivalenten Schaltung der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung;

Fig. 18 ein Ablaufdiagramm von entsprechenden Signalen der in Fig. 17 gezeigten Schaltung;

Fig. 19A die Ansicht eines Sucherfeldes und eines Entfernungsmeßabschnittes, wenn die erfindungsgemäß ausgebildete Fokuserfassungsvorrichtung bei einer Kamera Anwendung findet;

Fig. 19B eine Schnittansicht des optischen Systems der Kamera;

Fig. 20 eine Draufsicht auf eine Feldmaske, die verwendet wird, wenn drei optische Systeme zur Fokuserfassung kombiniert werden; und

Fig. 21 ein Feldmaskenbild auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den Fig. 1 bis 8 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Fokuserfassungsabschnitt eines optischen Systems. Wenn dieses optische System in einer Einfachreflexkamera installiert wird, wird eine Fokussierlinie vor dem optischen System angeordnet.

Das optische System umfaßt eine Feldmaske 101 mit einem kreuzförmigen Schlitz, eine Feldlinse 102, eine mehrere Öffnungen aufweisende Blende 103, einen Sekundärfokussierlinsenkörper 104, der beispielsweise einstückig ausgebildet ist, und eine Einchip fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 105 mit vier Pixelreihen. Das Abbildungssystem der Fig. 1 besitzt eine optische Achse X. Die Feldmaske 101 ist in der Nähe der vorraussichtlichen Fokussierebene einer Abbildungslinse (nicht gezeigt, die die vorraussichtliche Fokussierebene einschließt) angeordnet, und der Sekundärfokussierlinsenkörper 104 refokussiert ein von der Abbildungslinse auf den Pixelreihen 105 a bis 105 d der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 105 fokussiertes räumliches Bild. Die mit mehreren Öffnungen versehene Blende 103 besitzt vertikal ausgerichtete Öffnungen 103 a und 103 c und horizontal ausgerichtete Öffnungen 103 b und 103 d (Fig. 2), und der Sekundärfokussierlinsenkörper 104 besitzt vertikal ausgerichtete Positivlinsenabschnitte 104 a und 104 c sowie in entsprechender Weise horizontal ausgerichtete Positivlinsenabschnitte 104 b und 104 d (Fig. 3). Aus diesem Grund wird das räumliche Bild im Schlitz der Feldmaske 101 in vier Bilder unterteilt und auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 105 refokussiert. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Sekundärfokussierlinsenkörper 104 sind die vertikal und horizontal ausgerichteten Paare der Positivlinsenabschnitte 104 a und 104 c und 104 b und 104 d so miteinander verbunden, daß die Entfernung zwischen ihren optischen Achsen kleiner sind als ihre Durchmesser, derart, als ob sie nach dem Abtrennen der Linsenränder miteinander verklebt worden wären. Durch diese Linsenkonstruktion kann die Menge an wirksamem Licht erhöht werden. Die Paare der Positivlinsenabschnitte 104 a und 104 c sowie 104 b und 104 d besitzen die gleiche Fokussiervergrößerung.

Ein Lichtstrahl, der über die Feldmaske 101 und die Feldlinse 102 auf die Blendenöffnung 103 trifft, fällt dann auf den Linsenabschnitt 104 a des Linsenkörpers 104 und erzeugt einen erleuchteten Bereich als Feldmaskenbild 109 a auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 105, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Pixelreihe 105 a ist innerhalb des Feldmaskenbildes 109 a angeordnet, und die Lichtverteilung des Objetivbildes wird dadurch als elektisches Signal entnommen. In entsprechender Weise erzeugt der über die Blendenöffnung 103 b und den Linsenabschnitt 104 b übertragene Lichtstrahl ein Feldmaskenbild 109 b, der über die Blendenöffnung 103 b und den Linsenabschnitt 104 c übertragene Lichtstrahl ein Feldmaskenbild 109 c und der über die Blendenöffnung 103 d und den Linsenabschnitt 104 d übertragene Lichtstrahl ein Feldmaskenbild 109 d. Die Lichtverteilung des Objektbildes wird von den Pixelreihen 105 b, 105 c und 105 d fotoelektrisch umgewandelt.

Die Fig. 5A und 5B zeigen diesen optischen Effekt im Schnitt. In den Fig. 5A und 5B ist die Feldmaske 103 benachbart zu der Primärfokussierplatte der Abbildungslinse 106 angeordnet, und die Feldlinse 102 ist so vorgesehen, daß sie die mit mehreren Öffnungen versehene Blende 103 auf eine Austrittspupille der Abbildungslinse 106 projiziert. Wie in Fig. 6 gezeigt, werden daher die Feldmaskenbilder 109 a, 109 b, 109 c und 109 d von den Lichtstrahlen erzeugt, die durch vier separate Bereiche 108 a, 108 b, 108 c und 108 d auf die Austrittspupille 107 übertragen werden. Genauer gesagt, für jeden Lichtstrahl, der die Bereiche 108 a, 108 b, 108 c und 108 d passiert und auf die Austrittspupille 107 trifft, existiert ein optisches Fokuserfassungssystem, das mit Phasendifferenzerfassung arbeitet.

In einem brennpunktnahen Zustand, bei dem ein Element vor dem Objekt ein Bild auf der voraussichtlichen Fokussierebene erzeugt, sind die Lichtverteilungen des Bildes in den Feldmaskenbildern 109 a bis 109 d gegenüber dem fokussierten Zustand in Richtungen verschoben, die in Fig. 7A durch Pfeile angedeutet sind. In umgekehrter Weise sind in einem brennpunktsfernen Zustand, bei dem ein Element hinter dem Objekt ein Bild auf der voraussichtlichen Fokussierebene erzeugt, die Lichtverteilungen gegenüber dem fokussierten Zustand in den durch Pfeile in Fig. 7B angedeuteten Richtungen verschoben.

Die Fig. 8A bis 8C zeigen Ausgangssignale der fotoelektrischen Umwandlung im brennpunktsnahen und brennpunktsfernen Zustand. Es handelt sich hierbei um die Ausgangssignale der Pixelreihen 105 a, 105 b, 105 c und 105 d, wenn ein Punktbild am Mittelpunkt der Feldmaske 101 durch die Abbildungslinse erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Pixelreihen 105 a und 105 b entsprechen einer A-System-Säule, während die Ausgangssignale der Pixelreihen 105 c und 105 d einer B-System-Säule entsprechen. Fig. 8A zeigt Ausgangssignale der fotoelektrischen Umwandlung, wenn sich die Abbildungslinse gerade in der Fokussierstellung befindet, Fig. 8B zeigt entsprechende Ausgangssignale, wenn sich die Abbildungslinse in der brennpunktsnahen Position befindet, und Fig. 8C zeigt entsprechende Ausgangssignale, wenn sich die Abbildungslinse in der brennpunktsfernen Position befindet. Die Entfernung zwischen zwei Bildern wird in der brennpunktsnahen Stellung verringert, während sie in der brennpunktsfernen Position erhöht wird. Wenn der relative Abstand zwischen den beiden Bildern erfaßt wird, kann eine Defokussiergröße der Abbildungslinse errechnet werden. Obwohl eine derartige Berechnungsmethode später kurz erläutert wird, wird auf eine detaillierte Beschreibung einer solchen Methode verzichtet, da sie nicht unter die Erfindung fällt.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Wie in Fig. 9 dargestellt, umfaßt eine Fokuserfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform eine Feldmaske 116 mit einer quadratischen Öffnung, deren Diagonalen mit der Vertikal- und Horizontalrichtung zusammenfallen, eine Feldlinse 112, eine mehrere Öffnungen aufweisende Blende 117, einen Sekundärfokussierlinsenkörper 118 und eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 119 mit vertikal und horizontal ausgerichteten Pixelreihen (Leuchtpunkten). Bei dieser Ausführungsform ist vor diesem System eine Abbildungslinse angeordnet. Die Blende 117 besitzt vier punktsymmetrische Öffnungen 117 a, 117 b, 117 c und 117 d (Fig. 10), während der Sekundärfokussierlinsenkörper 118 vier Linsenabschnitte 118 a, 118 b, 118 c und 118 d und Aberrationskorrekturprismenabschnitte 118 e, 118 f, 118 g, und 118 h aufweist. Genauer gesagt, ein Lichtstrahl, der auf die Blendenöffnung 117 a fällt, trifft auf den Linsenabschnitt 118 a, tritt aus dem Prismenabschnitt 118 e aus und erzeugt dann ein Bild der Feldmaske 116 auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 119. Die Pixelreihe 119 a ist innerhalb eines Feldmaskenbildes 125 a, die Pixelreihe 119 b innerhalb eines Feldmaskenbildes 125 b, die Pixelreihe 119 c innerhalb eines Feldmaskenbildes 125 c und die Pixelreihe 119 d innerhalb eines Feldmaskenbildes 125 d angeordnet. Die Lichtverteilung des Objektbildes wird als elektrisches Signal entnommen.

Fig. 10 zeigt den Sekundärfokussierlinsenkörper 118 im Detail. Die Paare der konkaven Linsenabschnitte 118 a und 118 c sowie 118 b und 118 d sind so miteinander kombiniert, daß die Abstände zwischen ihren optischen Achsen kleiner sind als die Durchmesser der entsprechenden Linsen. Ferner sind am Austrittsende des Säulenkörpers Paare von Korrekturprismenabschnitten 118 e und 118 g sowie 118 f und 118 h angeordnet, die symmetrisch in Horizontal- und Vertikalrichtung und in Richtung auf die Pixelreihen geneigt sind. Durch diese Korrekturprismen werden Aberrationserscheinungen, d. h. Verzerrungen in den getrennten Bildern, eliminiert, da sich beispielsweise die Stelle, an der der Linsenabschnitt 118 a das Objekt erfaßt, von der unterscheidet, an der der Linsenabschnitt 118 c das Objekt erfaßt. Die Austrittsflächen sind geneigt, um die optischen Achsen der entsprechenden Linsenabschnitte in der Mitte zu haben und damit das obige Zeil zu erreichen. Diese Technik ist in einer amerikanischen Patentanmeldung des gleichen Anmelders vorgeschlagen worden. Wenn daher ein Objektbild an einer beliebigen Stelle im Fokuserfassungsfeld erzeugt wird, kann die gleiche fokussierte Position erreicht werden.

Fig. 11 zeigt die Blende im Detail. Die Öffnungsabschnitte der Blende besitzen eine solche Form, daß die Symmetrie eines unscharfen Bildes und die Basislänge des Fokussystems auf ein Maximum gebracht werden können. Genauer gesagt, die unscharfen Bilder, die von der in Fig. 2 gezeigten Blende erzeugt werden, sind in den Fig. 8B und 8C dargestellt, und diese beiden Bilder sind inkongruent. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Blendenöffnungen 103 a und 103 c nicht überlappen können, obwohl eine dieser Öffnungen parallel verschoben ist. Dies trifft auch auf die Öffnungen 103 b und 103 d zu. Wenn die Blende die in Fig. 2 gezeigte Form besitzt, stehen die beiden Paare der Öffnungen in spiegelbildlicher Beziehung zueinander. Aus diesem Grunde stehen auch die unscharfen Bilder in spiegelbildlicher Beziehung zueinander und können sich durch eine Parallelbewegung nicht überlappen. Im Gegensatz dazu überlappt bei der in Fig. 11 gezeigten Blendenform, bei der zwei Bögen miteinander kombiniert sind, die Öffnung 117 a, wenn sie parallel verschoben ist, die Öffnung 117 c und die Öffnung 117 b, wenn sie parallel verschoben ist, die Öffnung 117 d. Daher besitzen die unscharfen Bilder eine kongruente Form, wie in Fig. 13 gezeigt und können sich durch Parallelbewegung eines unscharfen Bildes überlappen. Folglich kann die Phasendifferenzerfassung zwischen zwei Bildern mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Um unter den vorstehend geschilderten Bedingungen die Basislänge des Fokuserfassungssystem auf ein Maximum zu bringen, besitzt die Blende eine kreisförmige Gestalt, so daß die maximalen Durchmesser der vier Öffnungen der Austrittspupillenform der Abbildungslinse entsprechen.

Um die Lichtmenge in wirkungsvoller Weise zu nutzen, kann die Blende quadratische Öffnungen aufweisen, wie in Fig. 14 dargestellt.

Bei den Blendenformen der Fig. 2, 11 und 14 sind die baryzentrischen Entfernungen der entsprechenden Blendenöffnungspaare so eingestellt, daß sie einander entsprechen, so daß die entsprechenden optischen Fokusererfassungssysteme die gleiche Basislänge besitzen. Genauer gesagt, die horizontalen und vertikalen baryzentrischen Entfernungen der Öffnungspaare 103 a-103 c und 103 b- 103 d der Fig. 2, der bikonkaven Öffnungspaare 117 a- 117 c und 117 b-117 d der Fig. 11 und der parallelogrammförmigen Öffnungspaare 136 a-136 c und 136 b-136 d der Fig. 14 entsprechen einander. Bei dieser Ausführungsform ist die relative Verschiebung der Lichtverteilung im Feldmaskenbild der Fig. 7 in bezug auf die Defokussierung einer Objektivlinse in den Feldmaskenbildern 109 a-109 c und 109 b-109 d gleich.

Fig. 12 zeigt den Zustand eines Feldmaskenbildes auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung bei dem in Fig. 9 gezeigten optischen Fokuserfassungssystem. Die Feldmaske wird hierbei durch den Sekundärfokussierlinsenkörper 118, der vier Linsenabschnitte besitzt, in vier Bilder aufgeteilt, die auf die fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung projiziert werden. Die Punkte a, b, c und d innerhalb des in Fig. 9 gezeigten Feldmaskenschlitzes entsprechen den Punkten a′, b′, c′ und d′ der Fig. 12.

Wie in Fig. 9 gezeigt, wird das Objektbild von der Abbildungslinse (nicht gezeigt) in der Nähe der Feldmaske 116 erzeugt, und ein durch den Schlitz der Feldmaske 116 dringender Lichtstrahl passiert die mehrere Öffnungen aufweisende Blende 117 und wird von der Sekundärfokussierlinse 118 in der Form von zwei Bildpaaren mit einer Parallaxe auf der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung 119 fokussiert. In diesem Falle wird in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 5A der die Öffnung 117 a der Blende 117 passierende Lichtstrahl durch den Positivlinsenabschnitt 118 a einem Fokussierungseffekt ausgesetzt und erzeugt nach der Durchführung einer Aberrationskorrektur durch den Prismenabschnitt 118 e ein Bild auf der Pixelreihe 119 a. Der die Öffnung 117 c passierende Lichtstrahl wird durch den Positivlinsenabschnitt 118 c fokussiert und einer Aberrationskorrektur durch den Prismenabschnitt 118 g unterzogen und erzeugt danach ein Bild auf der Pixelreihe 119 c. Die getrennten Bilder auf den Pixelreihen 119 a und 119 c bewegen sich bei einer Fokussierung der Abbildungslinse (nicht gezeigt) symmetrisch in Vertikalrichtung in der gleichen Weise wie in Fig. 7. Die Lichtstrahlen, die die Öffnungen 117 b und 117 d der Blende 117 passieren, erzeugen Bilder auf den Pixelreihen 119 b und 119 d, und diese Bilder bewegen sich bei einer Fokussierung der Abbildungslinse symmetrisch in Horizontalrichtung.

Die Defokussiergröße der Abbildungslinse kann aus der Phasendifferenz der auf die Pixelreihen der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung projizierten Bilder in der folgenden Weise errechnet werden.

Wenn d die Fokussiergröße der Abbildungslinse, Z die relative Verschiebung zwischen zwei Bildern, M die Fokussiervergrößerung eines Sekundärfokussiersystems, Fo eine F-Zahl, die den von der optischen Achse der Abbildungslinse und einem Lichtstrahl, der durch den Mittelpunkt der unterteilten Pupillenabschnitte der Austrittspupille verläuft, gebildeten Winkel verkörpert, und g der Abstand zwischen einer Filmoberfläche und einer Abbildungslinsenaustrittspupillenfläche bedeuten, gilt die folgende Gleichung:

Die Defokussiergröße der Abbildungslinse kann aus der relativen Verschiebung Z zwischen den beiden Bildern errechnet werden. Die relative Verschiebung Z zwischen den beiden Bildern kann durch ein Verfahren bestimmt werden, das in der japanischen Offenlegungsschrift 5 81 42 306 beschrieben ist.

Da die Defokussiergrößen in vertikaler und horizontaler Richtung im wesentlichen einander entsprechen, wird die Abbildungslinse gemäß den errechneten Größen bewegt. Es ist jedoch manchmal unmöglich, aufgrund der äußeren Erscheinungsform eine Gegenstandes oder aufgrund von dessen Muster eine Defokussiergröße zu errechnen. In diesem Fall wird die Position der Abbildungslinse unter Verwendung eines errechneten Wertes eingestellt.

Selbst wenn die errechneten Vertikal- und Horizontalwerte nicht zusammenfallen, da ein kleinerer Wert oder ein Wert mit einem höheren Kontrastwert, der während der Berechnung erhalten wurde, angenommen werden kann, kann die Zuverlässigkeit in bezug auf die Einstellung verbessert werden.

Alternativ dazu kann die Verschiebung Z errechnet werden, nachdem die Ausgangssignale von den beiden Paaren der vertikalen und horizontalen Pixelreihen summiert worden sind. Fig. 15 dient zur Erläuterung dieser Methode zur Verschiebungserfassung. In Fig. 15 sind die Ausgangssignale der Pixelreihen mit 130 bis 135 bezeichnet, wobei (a)-C dem Ausgangssignal der Pixelreihe 105 a, (a)-D dem Ausgangssignal der Reihe 105 c, (b)-E dem Ausgangssignal der Reihe 105 b und (b)-F dem Ausgangssignal der Reihe 105 d entspricht. Fig. 15(c) zeigt die Summen der in den Fig. 15(a) und 15(b) dargestellten Ausgangssignale, wobei (c)-G der Summe der Sensorausgangssignale 130 und 132 und (c)-H der Summe der Sensorausgangssignale 131 und 133 entspricht. Wenn mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren die relative Bildverschiebung aus den Ausgangssignalen 134 und 135 des Sensors erhalten worden ist, kann die Defokussiergröße der Abbildungslinse errechnet werden. Bei dieser Vorgehensweise kann das synthetische Ausgangssignal der Pixelreihen eine hohen Kontrast aufweisen, wie in Fig. 15(c) gezeigt, selbst wenn ein Bild auf den Pixelreihen einen niedrigen Kontrast besitzt und die Bildverschiebung durch dieses Pixelreihenausgangssignal allein nicht genau erfaßt werden kann, falls ein Bild mit hohem Kontrast auf den anderen Pixelreihen erzeugt wird. Folglich kann die Bildverschiebung durch eine einzige Berechnung mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Dies ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn ein Bild mit keinem Kontrast, d. h. das Bild eine Objektes mit einem Streifenmuster, auf ein Paar der Pixelreihen projiziert wird.

Um die vorstehend beschriebenen Signale zu synthetisieren, können die Ausgangssignale einer M-System-Säule, die aus den Pixelreihen 105 a und 105 c besteht, und von einer N-System-Säule, die aus den Pixelreihen 105 b und 105 d besteht, durch ein Addierglied, wie in Fig. 16A gezeigt, in einfacher Weise addiert oder in der Vorrichtung errechnet werden.

Diese Addition wird durch eine in Fig. 17 dargestellte Äquivalenzschaltung durchgeführt, die den fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen 105 und 119 zugeordnet ist. Die Parameter M und N in Fig. 17 entsprechen M und N in Fig. 16B. Fig. 18 zeigt den zeitlichen Ablauf dieser Vorgänge.

Die Äquivalenzschaltung basiert auf einem Summierungs- Bildsensor, kann jedoch auch eine CCD- oder MOS-Einheit umfassen. Bei sämtlichen MOS-Transistoren in dieser Schaltung handelt es sich um n-Kanal-Transistoren. Wie man aus Fig. 18 entnehmen kann, entspricht eine Periode mit hohem Niveau einem EIN-Zustand, während eine Periode mit niedrigem Niveau einem AUS-Zustand entspricht. Während einer Leerperiode wird ein Steuersignal ϕ RES auf hohes Niveau gestellt, um somit die summierten Ladungen zu löschen. Wenn das Steuersignal ϕ RES auf hohes Niveau gesetzt worden ist, wird das Basispotential auf ein Potential GND fixiert und gleichzeitig eine Verdrahtungsäquivalenzkapazität C _p auf das Potential GND fixiert, um somit einen Löschungsvorgang durchzuführen. Wenn das Steuersignal ϕ RES auf niedriges Niveau gesetzt worden ist, um eine Summierungsperiode zu beginnen, springt ein Signal ϕ R auf hohes Niveau, und das Basispotential wird im Hinblick auf den Emitter vorwärts vorgespannt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Vorwärtsvorspannung eine Spannung VBe übersteigt, wird eine Spannung, die einem Maximalsummierwert der Pixelreihe entspricht, eingegeben, und ein Potential, das dem Maximalwert entspricht, erscheint am Ausgang VP über einen Primärfolger SF ₂. Der Maximalwert des Ausgangs VP steigt an, während das Licht auf die Pixelreihen trifft, und der Ausgang VP wird überwacht, um die Summierungsperiode zu steuern. Zur gleichen Zeit werden die Kondensatoren CT mit den Emitterpotentialen der entsprechenden Pixelreihen aufgeladen, da das Signal ϕ T so gesteuert wird, daß es ein hohes Niveau besitzt. Wenn der Ausgang VP einen Schwellenwert VTH erreicht hat, wird das Signal ϕ T auf niedriges Niveau gesetzt, und die Kondensatoren CT werden von den Emittersignalen Es abgeschaltet, um auf diese Weise das Aufladen der Kondensatoren CT zu stoppen. Auf diese Weise endet die Summierungsperiode. Die Ladungen der Kondensatoren CT, die den jeweiligen Pixeln entsprechen, stellen Signalausgänge der entsprechenden Pixeln dar. Danach wird ein Schieberegister SR betätigt, um die Signalausgänge auszulesen. Bei dem Schieberegister SR handelt es sich um ein dynamisches Register, das Startimpulse ϕ ST und Taktimpulse ϕ 1 und ϕ 2 besitzt. Während sich der Impuls ϕ 1 auf hohem Niveau befindet, wird ein MOS-Transistor MRn auf EIN gehalten, und die Aufladung des Kondensators CT kann über eine äquivalente Verdrahtungskapazität CH durch Kapazitätsteilung ausgelesen werden. Genauer gesagt, wenn der Impuls ϕ ST hohes Niveau erreicht, wie in Fig. 18 gezeigt, wird das Schieberegister SR gelöscht, und in Abhängigkeit von den Taktimpulsen ϕ 1 und ϕ 2 werden die Transistoren MR 1 bis MRn nacheinander eingeschaltet, um die Signalausgänge auszulesen, mit denen die Kondensatoren CT aufgeladen worden sind. Während dieses Intervalls erreicht ein Impuls ϕ HRS hohes Niveau, unmittelbar nachdem der Taktimpuls ϕ 1 hohes Niveau erreicht hat, und die äquivalente Verdrahtungskapazität CH wird auf das Potential GND fixiert und gelöscht.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die MOS-Transistoren MR 1 bis MRn der M- und N-Systeme der Pixelreihen 105 a, 105 b, 105 c und 105 c und 105 d oder 119 a, 119 b, 119 c und 119 d vom Schieberegister SR gleichzeitig eingeschaltet, und die Signalausgänge der Pixelreihen 105 a und 105 d und 105 b und 105 c oder 119 a und 119 d und 119 b und 119 c werden zur gleichen Zeit ausgelesen und addiert. Genauer gesagt, wenn eine Spannung, mit der ein Kondensator CT 1 des M- Systems der Pixelreihen aufgeladen worden ist, durch V 1 und eine Spannung, mit der ein Kondensator CT 1 des N-Systems der Pixelreihen aufgeladen worden ist, durch V 2 wiedergegeben wird, ergibt sich die Spannung an der äquivalenten Verdrahtungskapazität CH, wenn der MOS- Transistor MR 1 eingeschaltet worden ist, durch die folgende Gleichung:

{CT/(CH + 2CT)} (V 1 + V 2).

und die zu (V 1 + V 2) proportionale Spannung wird bei VS erhalten.

Fig. 19A zeigt die Position eines Entfernungsmeßfeldes in einem Sucherfeld einer Kamera. Wie man Fig. 19A entnehmen kann, umfaßt ein Sucherfeld 126 Entfernungsmeßfelder 127 und 128 und eine Entfernungsmeßabschnittsanzeigemarkierung 129, die einen Abschnitt anzeigt, an dem sich die Felder 127 und 128 überlappen. Die Markierung 129 ist auf eine Fokusplatte FS einer Kamera aufgedruckt, wie in Fig. 19B gezeigt. Auf die Fokusplatte FS können auch Markierungen aufgedruckt sein, die die Entfernungsmeßfelder anzeigen. Fig. 19B zeigt ein optisches System einer Einfachreflexkamera. In Fig. 19B wird ein durch einen Schnellrückkehrspiegel Q geleiteter Lichtstrahl von einem Unterspiegel S reflektiert und pflanzt sich bis zu einer Fokuserfassungsvorrichtung fort. Das auf diese Weise reflektierte Licht dringt durch die Fokusplatte FS und ein Fünfeckprisma P bis zu einem Okular E vor.

Die Feldmaske 101 und die Fokusplatte FS sind in bezug auf eine Spiegelfläche des Schnellrückkehrspiegels Q optisch äquivalent. Daher ist die fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 105 der Fokusplatte FS optisch äquivalent. Die Markierungen 127 und 128 entsprechen dem kreuzförmigen Schlitz der Feldmaske 101 und den Pixelreihen 105 a bis 105 d. Wenn daher ein Objektbild das Entfernungsmeßfeld 127 überlappt, wird das Objektbild auf den Pixelreihen 105 b und 105 d oder 119 b und 119 d der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung refokussiert, und das auf das Entfernungsmeßfeld 128 treffende Objektivbild wird auf den Pixelreihen 105 a und 105 c oder 119 a und 119 c der fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung refokussiert.

In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fall erläutert, bei dem zwei Sätze von optischen Systemen zur Fokuserfassung vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch dadurch verwirklicht werden, daß drei oder mehr Sätze von optischen Systemen zur Fokuserfassung vorgesehen werden. Die Fig. 20 und 21 zeigen einen Fall, bei dem drei Sätze von optischen Systemen zur Fokuserfassung miteinander kombiniert sind. Fig. 20 zeigt eine Feldmaske und Fig. 21 zeigt ein Feldmaskenbild auf einer fotoelektrischen Umwandlungsvorrichtung. Ein Sekundärfokussierlinsenkörper mit sechs Linsenabschnitten, die in gleichen Abständen am Umfang angeordnet sind, kann Verwendung finden, wobei auf eine ins Detail gehende Beschreibung desselben verzichtet wird. Die in den Fig. 20 und 21 dargestellte Fokuserfassungsvorrichtung umfaßt eine Feldmaske 137 und eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung 138, auf der Pixelreihen 138 a bis 138 f angeordnet sind. Die Pixelreihen 138 a bis 138 f sind innerhalb von Feldmaskenbildern 139 a bis 139 f, die in Fig. 21 gezeigt sind, angeordnet und wandeln die entsprechende Lichtverteilung in elektrische Ausgangssignale um. In diesem Fall sind die Entfernungen zwischen den Sensoren und die Entfernungen zwischen den Feldmaskenbildern so festgelegt, daß die Feldmaskenbilder benachbarte Pixelreihen nicht überlappen. Beispielsweise ist nur die Pixelreihe 138 a innerhalb des Feldmaskenbildes 139 a angeordnet und von den Pixelreihen 138 b und 138 f getrennt, so daß sie kein überschüssiges Licht empfängt. Im Vergleich zu den Größen der Feldmaskenbilder können die Abstände zwischen den Sensoren theoretisch in ausreichender Weise erweitert werden, indem die F-Zahl eines wirksamen Lichtstrahles für optische Systeme zur Fokuserfassung in einer Objektivlinse oder die Bildvergrößerung eines Sekundärfokussiersystems reduziert wird. Wenn jedoch die Fokuserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei einer Kamera o. ä. Verwendung findet, ist die F-Zahl des wirksamen Lichtstrahles der optischen Systeme zur Fokuserfassung klein, d. h. F8, und die Sekundärfokussiervergrößerung fällt vorzugsweise in den Bereich von -0,2 bis -0,5. Wenn diese Werte jedoch weiter reduziert werden, entstehen Probleme hinsichtlich der Herstellung der fotoelektrischen Vorrichtung und der Montage oder Einstellung der Fokuserfassungsvorrichtung.

Da, wie in vorstehend beschriebenen Weise erläutert, eine Fokuserfassung auf der Basis der Lichtverteilung in einer Vielzahl von Richtungen eines Objektes möglich gemacht wird, können beispielsweise ein Pullover, der ein seitliches Streifenmuster besitzt, oder eine Jalousie für ein Fenster, deren Fokuserfassung mit einer herkömmlich ausgebildeten passiven Fokuserfassungsvorrichtung nicht möglich war, fokussiert werden, so daß auf diese Weise schwer zu fokussierende Gegenstände in Fortfall kommen. Die Möglichkeit einer Aufnahme geht aufgrund einer ungenauen Fokussierung nicht verloren, oder ein beschwerlicher Vorgang derart, daß nach einer zeitweiligen Fokussierung auf der Basis einer anderen Position eines Objektes die Linsenposition zur Zielposition des Objektes zurückgeführt werden muß, ist nicht mehr erforderlich.

Da eine doppelte Fokuserfassung durchgeführt wird, kann eine Fokussierposition im Hinblick auf im wesentlichen das gleiche Erfassungsfeld erfaßt werden, wodurch die Genauigkeit der Erfassung verbessert wird.

Wenn Änderungen in den Entfernungen zwischen Bildern infolge einer Defokussierung einer Abbildungslinse so eingestellt werden, daß sie einander entsprechen, kann die F-Zahl Fo als Konstante in bezug auf die Größe der Defokussierung angesehen werden, so daß eine einfache Berechnung ermöglicht wird.

Nachdem die Ausgangssignale der Sensorpaare addiert und die Signale 134 und 135 durch Addition der Signale 130 und 132 und der Signale 131 und 133 erzeugt worden sind, kann die Bildverschiebungsberechnung durchgeführt werden, um die Größe der Defokussierung der Objektivlinse zu erfassen. Auf diese Weise ist nur eine einzige Bildverschiebungsberechnung erforderlich.

Erfindungsgemäß wird somit eine Fokuserfassungsvorrichtung vorgeschlagen, die die folgenden Bestandteile umfaßt:
eine erste optische Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtverteilungen in Abhängigkeit von einem Objektbild, deren Relativlage sich in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse entlang einer ersten Richtung ändert; eine zweite optische Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtverteilungen in Abhängigkeit vom Objektbild, deren Relativlage sich in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse entlang einer zweiten Richtung ändert; eine erste Fühlereinheit mit einer Vielzahl von Fotosensoren zur Erzeugung eines elektrischen Signales in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse, um die durch die erste optische Vorrichtung erzeugten Lichtverteilungen zu erfassen; und
eine zweite Fühlereinheit mit einer Vielzahl von Fotosensoren zur Erzeugung eines elektrischen Signales in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse, um die von der zweiten optischen Vorrichtung erzeugten Lichtverteilungen zu erfassen.

Claims

1. Fokuserfassungsvorrichtung für eine Objektivlinse, gekennzeichnet durch:
eine erste optische Einrichtung zum Erzeugen von Energieverteilungen, die einem Objektbild zugeordnet sind, deren Relativlage sich in Abhängigkeit von dem Fokussierzustand der Objektivlinse entlang einer ersten Richtung ändert;
eine zweite optische Einrichtung zur Erzeugung von Energieverteilungen, die dem Objektivbild zugeordnet sind, deren Relativlage sich in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse entlang einer zweiten Richtung ändert;
eine erste Fühlereinrichtung mit einer Vielzahl von Fotosensoren zur Erzeugung eines Signales, das dem Fokussierzustand der Objektivlinse zugeordnet ist, um die von der ersten optischen Einrichtung erzeugten Energieverteilungen zu ertasten; und
eine zweite Fühlereinrichtung mit einer Vielzahl von Fotosensoren zum Erzeugen eines Signales, das dem Fokussierzustand der Objektivlinse zugeordnet ist, um die von der zweiten optischen Einrichtung erzeugten Energieverteilungen zu ertasten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten optischen Einrichtung ein Paar von Lichtregelelementen und ein Paar von Bilderzeugungslinsen besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtregelelemente der ersten optischen Einrichtung und die der zweiten optischen Einrichtung eine Blende (103, 117) mit mehreren Öffnungen bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungspaare (103 a-d, 117 a-d) der Blende (103, 117) mit mehreren Öffnungen so angeordnet sind, daß sie die optische Achse der Ojektivlinse dazwischen aufnehmen, und daß die gegenüberliegenden Öffnungen, die die optische Achse dazwischen aufnehmen, Formen besitzen, die sich überlappen, wenn sie parallel verschoben werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (103 a-d, 117 a-d) eine Form besitzt, bei der zwei Bögen miteinander kombiniert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen eine parallelogrammförmige Gestalt aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die baryzentrischen Abstände der einander gegenüberliegenden Öffnungen, die die optische Achse dazwischen aufnehmen, gleich groß sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare der Bilderzeugungslinsen so angeordnet sind, daß sie in bezug auf die optische Achse der Objektivlinse symmetrisch zueinander sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderzeugungslinsen einstückig ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Fühlereinrichtung einstückig ausgebildet sind, so daß eine einzige Vorrichtung gebildet wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der ersten Fühlereinrichtung und das von der zweiten Fühlereinrichtung durch eine Addiereinrichtung elektrisch addiert werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Addiereinrichtung in der Vorrichtung angeordnet ist, in der die erste und zweite Fühlereinrichtung integriert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung in der Positionsbeziehung der Energieverteilungen der ersten optischen Einrichtung und der zweiten optischen Einrichtung in bezug auf eine Defokussiergrößeneinheit der Objektivlinse einander entsprechen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste als auch die zweite optische Einrichtung ein Paar Öffnungen besitzt und daß die baryzentrischen Abstände dieser Öffnungen einander entsprechen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (103) mit einer ersten Öffnung (103 b, 103 d) zum Regeln eines Erfassungsfeldes für die erste Fühlereinrichtung und einer zweiten Öffnung (103 a, 103 c) zum Regeln eines Erfassungsfeldes für die zweite Fühlereinrichtung zwischen der ersten und zweiten optischen Einrichtung und der Objektivlinse angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Öffnung (103 b, 103 d) horizontal und die zweite Öffnung (103 a, 103 c) vertikal erstreckt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und zweite Öffnung (103 b, 103 d; 103 a, 103 c) am Mittelpunkt überlappen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Öffnung ein Kreuz bilden.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Öffnung ein Quadrat bilden, dessen Diagonalen mit der Vertikal- und Horizontalrichtung zusammenfallen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren umfaßt:
eine dritte optische Einrichtung zur Erzeugung von Energieverteilungen, die dem Objektbild zugeordnet sind, deren Relativlage sich in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse entlang einer dritten Richtung ändert, die sich von der ersten und zweiten Richtung unterscheidet; und
eine dritte Fühlereinrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren zur Erzeugung eines Signales, das dem Fokussierzustand der Objektivlinse zugeordnet ist, um die von der dritten optischen Einrichtung erzeugten Energieverteilungen zu ertasten.

21. Fokuserfassungsvorrichtung mit optischen Einrichtungen zur Erzeugung von Energieverteilungen, die einem Objektbild zugeordnet sind, von einem Lichtstrahl, der eine Objektivlinse passiert, deren Positionsbeziehung sich in Abhängigkeit vom Fokussierzustand der Objektivlinse ändert, und fotoelektrischen Umwandlungseinrichtungen zum Erzeugen eines Signales, das den Fokussierzustand der Objektivlinse anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der optischen Einrichtungen zur Verteilungserzeugung und der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtungen so angeordnet ist, daß sich die Richtungen, in denen sich die Relativlagen der Energieverteilungen verändern, voneinander unterscheiden.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen zur Verteilungserzeugung ein Paar von Positivlinsen besitzen, die so angeordnet sind, daß sie die optische Achse der Objektivlinse dazwischen aufnehmen, sowie eine Blende mit einem Öffnungspaar.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Öffnungen eine solche Form besitzt, daß sich die Öffnungen überlappen, wenn eine von ihnen parallel verschoben wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Feldblende und eine Feldlinse (102) aufweist, die benachbart zu einer voraussichtlichen Fokussierebene der Objektivlinse angeordnet sind, um ein Erfassungsfeld zu regeln.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldblende eine einzige Öffnung besitzt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung kreuzförmig ausgebildet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung quadratisch ausgebildet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Vielzahl der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtungen addiert und danach einer Signalverarbeitung unterzogen werden.

29. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtungen auf einem einzigen Chip angeordnet ist und daß dieser Chip Einrichtungen zum Addieren der Signale der fotoelektrischen Umwandlungseinrichtungen aufweist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jede fotoelektrische Umwandlungseinrichtung eine Reihe von Fotosensoren besitzt und daß sich die Reihen der entsprechenden Fotosensoren am Mittelpunkt kreuzen.