DE3645349C2 - Fokussierzustandserfassungsvorrichtung für Objektivlinsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Scharfeinstellungserfas­ sungsvorrichtung für eine Objektivlinse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine gattungsgemäße Scharfeinstellungserfassungsvorrichtung für eine Objektivlinse ist aus der US 45 26 458 bekannt. Eine Blen­ de ist nahe einer vorbestimmten Bildebene einer Objektivlinse angeordnet. Diese Blende legt das für die Erfassung der Scharf­ einstellung auszuwertende Bildfeld in dem von der Objektivlinse erzeugten Bild eines Objektes fest. Weiterhin ist ein Paar Ab­ bildungslinsen als erste optische Einrichtung vorgesehen, die einem Objektbild entsprechende Strahlungsenergieverteilungen in einer ersten Richtung erzeugt. Eine weitere Blende mit einem Paar Öffnungen reguliert die Strahlungsenergiemenge entlang der ersten Richtung und liegt zwischen einer Feldlinse und einer ersten Sensoreinrichtung mit einer Vielzahl von Photosensoren. Die weitere Blende wirkt als Eintrittspupille für die Abbil­ dungslinsen und reguliert somit die Strahlungsenergiemenge. Diese Vorrichtung erfaßt den Fokussierzustand in nur einer durch die Sensoreinrichtung vorgegebenen Richtung.

Die DE 33 17 090 A1 zeigt einen zweidimensionalen photoelektri­ schen Lagesensor, so daß die Scharfeinstellung selbst bei kri­ tischen Objekten besser möglich ist als bei einer eindimensio­ nalen Messung. Zur Ermittlung des Scharfstellungszustands ist ein Pupillenteiler vorgesehen, dessen lichtdurchlässige Be­ reiche nacheinander in einen transparenten Zustand umschaltbar sind, um Strahlungsenergieverteilungen in zwei Richtungen zu erzeugen. Diese werden nacheinander erfaßt und aus den erhalte­ nen Signalen wird ein Scharfstellungszustand ermittelt.

Die DE 32 11 234 zeigt eine Markierung, die dem Benutzer die Größe und Lage eines Scharfstellungsbereiches zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scharfeinstel­ lungserfassungsvorrichtung für eine Objektivlinse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so weiterzubilden, daß der Scharfeinstellungszustand unabhängig von der äußeren Erschei­ nungsform oder dem speziellen Muster eines Objektes zuverlässig zu erfassen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Scharfeinstellungserfassungsvor­ richtung für eine Objektivlinse mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs gelöst.

Erfindungsgemäß kann die Scharfeinstellung nicht nur in einer Richtung sondern in einer weiteren, davon verschiedenen Rich­ tung erfaßt werden. Dazu ist eine zweite Sensoreinrichtung zum Erfassen der von einer zweiten optischen Einrichtung in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Richtung erzeugten Strah­ lungsenergieverteilungen vorgesehen. Die erste Blende legt nicht nur das für die Erfassung der Scharfeinstellung auszuwer­ tende Bildfeld für die erste Sensoreinrichtung sondern auch für die zweite Sensoreinrichtung fest. Dabei hat diese erste Blende eine derartige Form, daß die von den Abbildungslinsen für die erste Sensoreinrichtung erzeugten Strahlungsenergieverteilungen nicht auf die zweite Sensoreinrichtung auftreffen können. Ein Teil der Öffnungen der Eintrittspupille für die Abbildungslin­ sen reguliert die Strahlungsenergiemenge entlang der zweiten Richtung. Darüber hinaus befindet sich im Suchfeld eine Entfer­ nungsmeßabschnittsanzeigemarkierung, innerhalb der sich Entfer­ nungsmeßfelder überlappen, die den Richtungen der ersten und zweiten Sensoreinrichtung entsprechen. Ein mit dieser Markie­ rung in Deckung gebrachtes Objekt ist mittels beiden Sensorein­ richtungen scharfstellbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Scharfein­ stellungserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 die Draufsicht einer Blende; die

Fig. 3A bis 3C Detailansichten eines Sekundärfokus­ sierlinsenkörpers;

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

Fig. 5A und 5B Schnittansichten der Scharfeinstel­ lungserfassungsvorrichtung;

Fig. 6 die Ansicht eines Pupillenteilungszustandes ei­ ner Objektivlinse; die

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

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

Fig. 9 die perspektivische Ansicht einer Scharfeinstel­ lungserfassungsvorrichtung nach einer anderen Ausfüh­ rungsform; die

Fig. 10A-10D Detailansichten eines Sekundärfokus­ sierlinsenkörpers;

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Blende;

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

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

Fig. 14 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausfüh­ rungsform einer Blende; die

Fig. 15A-15C die Summen von Ausgangssignalen von reihenförmig angeordneten fotoelektrischen Ele­ menten der Umsetzvorrichtung;

Fig. 16A das Ausgangsschaltungsdiagramm einer fo­ toelektrischen Umsetzvorrichtung und

Fig. 16B eine Vorderansicht der fotoelektrischen Um­ setzvorrichtung;

Fig. 17 ein Schaltbild einer äquivalenten Schaltung der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung;

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

Fig. 19A die Ansicht eines Sucherfeldes und eines Entfernungsmeßabschnittes bei Anwendung der Scharf­ einstellungserfassungsvorrichtung in einer Kamera;

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

Fig. 20 eine Draufsicht auf eine Feldmaske, die ver­ wendet wird, wenn drei optische Systeme zur Fokuser­ fassung kombiniert werden; und

Fig. 21 ein Feldmaskenbild auf der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den Fig. 1 bis 8 be­ schrieben. Fig. 1 zeigt einen Scharfeinstellungs- oder Fokuserfassungsabschnitt eines optischen Systems. Wenn dieses optische System in einer Einfachreflexka­ mera 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 Se­ kundärfokussierlinsenkörper 104, der beispielsweise einstückig ausgebildet ist, und eine fotoelektrische Ein­ chip-Umsetzvorrichtung 105 mit vier Reihen fotoelek­ trischer Elemente. Das Abbildungssystem der Fig. 1 be­ sitzt eine optische Achse X. Die Feldmaske 101 ist in der Nähe der vorraussichtlichen Fokussierebene einer (nicht gezeigten) Abbildungslinse, die die vorraussichtli­ che Fokussierebene einschließt) angeordnet. Der Se­ kundärfokussierlinsenkörper 104 refokussiert ein von der Abbildungslinse auf die Reihen der fotoelektrischen Elemente 105a bis 105d der fotoelektrischen Umsetz­ vorrichtung 105 fokussiertes Bild. Die mit mehreren Öff­ nungen versehene Blende 103 besitzt vertikal ausgerich­ tete Öffnungen 103a und 103c und horizontal ausgerich­ tete Öffnungen 1036 und 103d (Fig. 2); der Sekundärfo­ kussierlinsenkörper 104 besitzt vertikal ausgerichtete Positivlinsenabschnitte 104a und 104c sowie in entspre­ chender Weise horizontal ausgerichtete Positivlinsen­ abschnitte 104b und 104d (Fig. 3). Aus diesem Grund wird das Bild im Schlitz der Feldmaske 101 in vier Bilder unterteilt und auf der fotoelektrischen Umsetzvorrich­ tung 105 refokussiert. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Se­ kundärfokussierlinsenkörper 104 sind die vertikal und horizontal ausgerichteten Paare der Positivlinsenab­ schnitte 104a und 104c und 104b und 104d so miteinan­ der verbunden, daß die Entfernung zwischen ihren opti­ schen Achsen kleiner sind als ihre Durchmesser, derart, als ob sie nach dem Abtrennen der Linsenränder mitein­ ander verklebt worden wären. Durch diese Linsenkon­ struktion kann die Menge an wirksamem Licht erhöht werden. Die Paare der Positivlinsenabschnitte 104a und 104c sowie 104b und 104d besitzen die gleiche Fokus­ siervergrößerung.

Ein Strahlenbündel, das über die Feldmaske 101 und die Feldlinse 102 auf die Blendenöffnung 103 trifft, fällt dann auf den Linsenabschnitt 104a des Linsenkörpers 104 und erzeugt einen beleuchteten Bereich in Form eines Feldmaskenbildes 109ä auf der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung 105, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Reihe der fotoelektrischen Elemente 105a ist innerhalb des Feldmaskenbildes 109a angeordnet; die Lichtverteilung des Objektivbildes wird dadurch als elektrisches Signal entnehmbar. In entsprechender Weise erzeugt das über die Blendenöffnung 103b und den Linsenabschnitt 104b übertragene Lichtstrahlenbündel ein Feldmaskenbild 109b, das über die Blendenöffnung 103b und den Linsen­ abschnitt 104c übertragene Lichtstrahlenbündel ein Feldmaskenbild 109c und der über die Blendenöffnung 103c und den Linsenabschnitt 104d übertragene Licht­ strahlenbündel ein Feldmaskenbild 109d. Die Lichtver­ teilung des Objektbildes wird von den Reihen der foto­ elektrischen Elemente 105b, 105c und 105d fotoelek­ trisch umgewandelt.

Die Fig. 5A und 5B zeigen diesen Abbildungsvorgang im Schnitt. In den Fig. 5A und 5B ist die Feldmaske 103 benachbart zu der Primärfokussierebene der Abbil­ dungslinse 106 angeordnet; die Feldlinse 102 ist so posi­ tioniert, 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 109a, 109b, 109c und 109d von den Lichtstrahlen erzeugt, die durch vier separate Bereiche 108a, 108b, 108c und 108d auf die Austrittspupille 107 übertragen werden. Genauer gesagt, für jedes Licht­ strahlenbündel, das die Bereiche 108a, 108b, 108c und 108d durchläuft und auf die Austrittspupille 107 trifft, existiert ein optisches Fokuserfassungssystem, das nach dem Prinzip einer Phasendifferenzerfassung arbeitet.

In einem brennpunktnahen Zustand, bei dem ein Ele­ ment vor dem Objekt ein Bild auf der voraussichtlichen Fokussierebene erzeugt, sind die Lichtverteilungen des Bildes in den Feldmaskenbildern 109a bis 109d gegen­ über dem fokussierten Zustand in Richtungen verscho­ ben, die in Fig. 7A durch Pfeile angedeutet sind. In um­ gekehrter Weise sind in einem brennpunktfernen Zu­ stand, 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 foto­ elektrischen Umwandlung im brennpunktnahen und brennpunktfernen Zustand. Es handelt sich hierbei um die Ausgangssignale der Reihen fotoelektrischer Ele­ mente 105a, 105b, 105c und 105d, wenn ein Punktbild am Mittelpunkt der Feldmaske 101 durch die Abbildungs­ linse erzeugt wird. Die Ausgangssignale der Reihen fo­ toelektrischer Elemente 105a und 105b entsprechen ei­ ner Spalte des Systems A, während die Ausgangssignale der Pixelreihen 105c und 105d einer Spalte des Systems B entsprechen. Fig. 8A zeigt Ausgangssignale der foto­ elektrischen Umwandlung, wenn sich die Abbildungslin­ se gerade in der Fokussierstellung befindet, Fig. 8B zeigt entsprechende Ausgangssignale, wenn sich die Ab­ bildungslinse in der brennpunktnahen Position befindet, und Fig. 8C zeigt entsprechende Ausgangssignale, wenn sich die Abbildungslinse in der brennpunktfernen Posi­ tion befindet. Die Entfernung zwischen zwei Bildern wird in der brennpunktnahen Stellung verringert, wäh­ rend sie in der brennpunktfernen Position erhöht wird. Wenn der relative Abstand zwischen den beiden Bildern erfaßt wird, kann die Größe der Defokussierung der Abbildungslinse errechnet werden. Eine derartige Be­ rechnungsmethode wird später zwar kurz erläutert, doch wird auf eine detaillierte Beschreibung einer solchen Methode verzichtet.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine weitere Ausführungs­ form. Wie in Fig. 9 dargestellt, umfaßt eine Fokuserfas­ sungsvorrichtung dieser Ausführungsform eine Feld­ maske 116 mit einer quadratischen Öffnung, deren Dia­ gonalen mit der Vertikal- und Horizontalrichtung zu­ sammenfallen, eine Feldlinse 102, eine mehrere Öffnun­ gen aufweisende Blende 117, einen Sekundärfokussierl­ insenkörper 118 und eine fotoelektrische Umsetzvor­ richtung 119 mit vertikal und horizontal ausgerichteten Reihen fotoelektrischer Elemente. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist vor dem System eine Abbildungslinse an­ geordnet. Die Blende 117 besitzt vier punktsymmetri­ sche Öffnungen 117a, 117b, 117c und 117d, während der Sekundärfokussierlinsenkörper 118 vier Linsenab­ schnitte 118a, 118b, 118c und 118d und Aberrationskor­ rekturprismenabschnitte 118e, 118f, 118g, und 118h auf­ weist. Genauer gesagt, ein Lichtstrahlenbündel, das auf die Blendenöffnung 117a fällt, trifft auf den Linsenab­ schnitt 118a, tritt aus dem Prismenabschnitt 118e aus und erzeugt dann ein Bild der Feldmaske 116 auf der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung 119. Die Reihe fo­ toelektrischer Sensoren 119a ist innerhalb eines Feld­ maskenbildes 125a, die Reihe fotoelektrischer Sensoren 119b innerhalb eines Feldmaskenbildes 125b, die Reihe fotoelektrischer Sensoren 119c innerhalb eines Feld­ maskenbildes 125c und die Reihe fotoelektrischer Sen­ soren 119d innerhalb eines Feldmaskenbildes 125d an­ geordnet. Die Lichtverteilung des Objektbildes wird als elektrisches Signal entnommen.

Fig. 10 zeigt den Sekundärfokussierlinsenkörper 118 im Detail. Die Paare der konvexen Linsenabschnitte 118a und 118c sowie 118b und 118d sind so miteinander kombiniert, daß die Abstände zwischen ihren optischen Achsen kleiner sind als die Durchmesser der entspre­ chenden Linsen. Ferner sind am Austrittsende des Lin­ senkörpers 118 Paare von Korrekturprismenabschnit­ ten 118e und 118g sowie 118f und 118h 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 Linsenab­ schnitt 118a das Objekt erfaßt, von der unterscheidet, an der der Linsenabschnitt 118c das Objekt erfaßt. Die Austrittsflächen sind geneigt und haben die optischen Achsen der entsprechenden Linsenabschnitte in der Mitte, so daß die vorstehende Wirkung erzielt wird. Wenn daher ein Objektbild an einer beliebigen Stelle im Fokuserfassungsfeld erzeugt wird, kann die gleiche fo­ kussierte Position erreicht werden.

Fig. 11 zeigt die Blende im Detail. Die Öffnungsab­ schnitte der Blende sind derart geformt, daß die Symme­ trie eines unscharfen Bildes und die Basislänge des Fo­ kussystems auf ein Maximum gebracht werden können. Genauer gesagt, die unscharfen Bilder, die von der in Fig. 2 gezeigten Blende erzeugt werden und in den Fig. 8B und 8C dargestellt sind, sind nichtkongruent. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich die Blendenöff­ nungen 103a und 103c nicht überlappen können, obwohl eine dieser Öffnungen parallel verschoben ist. Dies trifft auch auf die. Öffnungen 103b und 103d zu. Wenn die Blende die in Fig. 2 gezeigte Form besitzt, stehen die beiden Öffnungspaare in spiegelbildlicher Beziehung zueinander. Aus diesem Grunde stehen auch die un­ scharfen Bilder in spiegelbildlicher Beziehung zueinan­ der und können durch eine Parallelverschiebung nicht zur Deckung gebracht werden. Im Gegensatz dazu deckt sich bei der in Fig. 11 gezeigten Blendenform, bei der zwei Bögen miteinander kombiniert sind, die Öff­ nung 117a, wenn sie parallel verschoben wird, mit der Öffnung 117c und die Öffnung 117b, wenn sie parallel verschoben ist, mit der Öffnung 117d. Daher besitzen die unscharfen Bilder eine kongruente Form, wie in Fig. 13 gezeigt und können durch Parallelverschiebung eines unscharfen Bildes zur Deckung gebracht werden. Folglich kann die Phasendifferenzerfassung zwischen zwei Bildern mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer­ den.

Um unter den vorstehend geschilderten Bedingungen die Basislänge des Fokuserfassungssystems auf ein Ma­ ximum zu bringen, besitzt die Blende eine kreisförmige Gestalt, so daß die maximalen Durchmesser der vier Öffnungen der Austrittspupillenform der Abbildungs­ linse entsprechen.

Um die Lichtmenge in wirkungsvoller Weise zu nut­ zen, 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 Fo­ kusererfassungssysteme die gleiche Basislänge besitzen. Genauer gesagt, die horizontalen und vertikalen bary­ zentrischen Entfernungen der Öffnungspaare 103a-103c und 103b-103d der Fig. 2, der bikonvexen Öffnungspaare 117a-117c und 117b-117d der Fig. 11 und der quadratischen Öffnungspaare 136a-136c und 136b-136d 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 Feld­ maskenbildern 109a-109c und 109b-109d gleich.

Fig. 12 zeigt den Zustand eines Feldmaskenbildes auf der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung bei dem in Fig. 9 gezeigten optischen Fokuserfassungssystem. Die Feldmaske wird hierbei durch den Sekundärfokussierl­ insenkörper 118, der vier Linsenabschnitte besitzt, in vier Bilder aufgeteilt, die auf die fotoelektrische Um­ setzvorrichtung projiziert werden. Die Punkte a, b, c und d innerhalb des in Fig. 9 gezeigten Feldmasken­ schlitzes entsprechen den Punkten a', b', c' und d' der Fig. 12.

Wie in Fig. 9 gezeigt, wird das Objektbild von der (nicht gezeigten) Abbildungslinse in der Nähe der Feld­ maske 116 erzeugt, und ein durch die Öffnung der Feld­ maske 116 dringendes Lichtstrahlenbündel durchläuft die mehrere Öffnungen aufweisende Blende 117 und wird von der Sekundärfokussierlinse 118 in Form zwei­ er Bildpaare mit einer Parallaxe auf der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung 119 fokussiert. In diesem Falle wird in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform der Fig. 5A das die Öffnung 117a der Blende 117 passieren­ de Lichtstrahlenbündel durch den Positivlinsenabschnitt 118a Fokussiert und erzeugt nach Durchführung einer Aberrationskorrektur mittels des Prismenabschnitts 118e ein Bild auf der Reihe der fotoelektrischen Elemen­ te 119a. Das die Öffnung 117c durchlaufende Lichtstrah­ lenbündel wird durch den Positivlinsenabschnitt 118c fokussiert und einer Aberrationskorrektur durch den Prismenabschnitt 118g unterzogen und erzeugt danach ein Bild auf der Reihe der fotoelektrischen Elemente 119c. Die getrennten Bilder auf den Pixelreihen 119a und 119c bewegen sich bei einer Fokussierung der (nicht gezeigten) Abbildungslinse symmetrisch in Vertikalrich­ tung in der gleichen Weise wie in Fig. 7. Die Lichtstrah­ lenbündel, die die Öffnungen 117b und 117d der Blende 117 passieren, erzeugen Bilder auf den Reihen fotoelek­ trischer Elemente 119b und 119d; diese Bilder bewegen sich bei einer Fokussierung der Abbildungslinse symme­ trisch in Horizontalrichtung.

Die Größe der Defokussierung der Abbildungslinse kann aus der Phasendifferenz der auf die Reihen der fotoelektrischen Elemente der fotoelektrischen Um­ setzvorrichtung projizierten Bilder in der folgenden Weise errechnet werden.

Wenn d die Größe der Defokussierung der Abbil­ dungslinse, Z die relative Verschiebung zwischen zwei Bildern, M die Fokussiervergrößerung eines Sekundär­ fokussiersystems, Fo eine F-Zahl, die den von der opti­ schen Achse der Abbildungslinse und einem Lichtstrahl, der durch den Mittelpunkt der unterteilten Pupillenab­ schnitte der Austrittspupille verläuft, gebildeten Winkel darstellt, und g der Abstand zwischen einer Filmoberflä­ che und einer Austrittspupillenfläche der Abbildungslin­ se bedeuten, gilt die folgende Gleichung:

d = (Fo/M)Z/{1 + FoZ/(Mg)} (1)

Die Größe der Defokussierung der Abbildungslinse kann aus der relativen Verschiebung Z zwischen den beiden Bildern errechnet werden. Die relative Verschie­ bung Z zwischen den beiden Bildern kann durch ein Verfahren bestimmt werden, das in der japanischen Of­ fenlegungsschrift 5 81 42 306 beschrieben ist.

Da die Größen der Defokussierung in vertikaler und horizontaler Richtung im wesentlichen einander ent­ sprechen, wird die Abbildungslinse gemäß den errech­ neten Größen bewegt. Es ist jedoch manchmal unmög­ lich, aufgrund der äußeren Erscheinungsform eine Ge­ genstandes oder aufgrund von dessen Muster eine Grö­ ße einer Defokussierung zu errechnen. In diesem Fall wird die Position der Abbildungslinse unter Verwen­ dung eines errechneten Wertes eingestellt.

Selbst wenn die errechneten Vertikal- und Horizon­ talwerte nicht übereinstimmen, kann die Zuverlässigkeit in bezug auf die Einstellung verbessert werden, da der kleinere Wert oder ein Wert mit einem höheren Kon­ trast, der während der Berechnung erhalten wurde, an­ genommen werden kann.

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 der Verschiebungserfassung. In Fig. 15 sind die Ausgangssignale der Reihen fotoelektrischer Elemente mit 130 bis 135 bezeichnet, wobei (a)-C dem Ausgangssignal der Reihe fotoelektrischer Elemente 105a, (a)-D dem Ausgangssignal der Reihe 105c, (b)-E dem Ausgangssignal der Reihe 105b und (b)-F dem Aus­ gangssignal der Reihe 105d entspricht. Fig. 15(c) zeigt die Summen der in den Fig. 15(a) und 15(b) dargestellten Ausgangssignale, wobei (c)-G der Summe der Sensor­ ausgangssignale 130 und 132 und (c)-H der Summe der Sensorausgangssignale 131 und 133 entspricht. Wenn mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren die relati­ ve Bildverschiebung aus den Ausgangssignalen 134 und 135 des Sensors erhalten worden ist, kann die Größe der Defokussierung der Abbildungslinse errechnet werden. Bei dieser Vorgehensweise kann das synthetische Aus­ gangssignal der Reihe fotoelektrischer Elemente eine hohen Kontrast aufweisen, wie in Fig. 15(c) gezeigt, selbst wenn ein Bild auf den Reihen fotoelektrischer Elemente einen niedrigen Kontrast besitzt und die Bild­ verschiebung durch dieses Ausgangssignal der Reihen fotoelektrischer Elemente allein nicht genau erfaßt wer­ den kann, falls ein Bild mit hohem Kontrast auf den anderen Reihen fotoelektrischer Elemente erzeugt wird. Folglich kann die Bildverschiebung durch eine einzige Berechnung mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. Dies ist insbesondere dann wirkungsvoll, wenn ein Bild mit fehlendem Kontrast in einer Richtung, d. h. das Bild ei­ nes Objektes mit einem Streifenmuster, auf ein Paar der Reihen fotoelektrischer Elemente projiziert wird.

Um die vorstehend beschriebenen Signale zu synthe­ tisieren, können die Ausgangssignale einer Spalte eines M-Systems, die aus den Reihen fotoelektrischer Ele­ mente 105a und 105c besteht, und von einer Spalte eines N-Systems, die aus den Reihen fotoelektrischer Elemen­ te 105b und 105d 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 fotoelektri­ schen Umsetzvorrichtungen 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 Summie­ rungs-Bildsensor, kann jedoch auch eine CCD- oder MOS-Einheit aufweisen. Bei sämtlichen MOS-Transi­ storen in dieser Schaltung handelt es sich um n-Kanal- Transistoren. Wie man aus Fig. 18 entnehmen kann, ent­ spricht eine Periode mit hohem Pegel einem EIN-Zu­ stand, während eine Periode mit niedrigem Pegel einem AUS-Zustand entspricht. Während einer Leerperiode wird ein Steuersignal ϕRES auf hohen Pegel gesetzt, um somit die summierten Ladungen zu löschen. Wenn das Steuersignal ϕRES auf hohen Pegel gesetzt worden ist, wird das Basispotential auf ein Potential GND festge­ legt und gleichzeitig eine Verdrahtungsäquivalenzkapa­ zität C_p auf das Potential GND, um somit einen Lö­ schungsvorgang durchzuführen. Wenn das Steuersignal ϕRES auf niedrigen Pegel gesetzt worden ist, um eine Summierungsperiode zu beginnen, springt ein Signal ϕR auf hohen Pegel; 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 maxima­ len Summierwert der Reihe fotoelektrischer Elemente entspricht, eingegeben, und ein Potential, das dem Maxi­ malwert entspricht, erscheint am Ausgang VP über ei­ nen Source- bzw. Primärfolger SF₂. Der Maximalwert des Ausgangs VP steigt an, während das Licht auf die Reihen fotoelektrischer Elemente trifft, und der Aus­ gang VP wird überwacht, um die Summierungsperiode zu steuern. Zur gleichen Zeit werden die Kondensato­ ren CT mit den Emitterpotentialen der entsprechenden Reihen fotoelektrischer Elemente aufgeladen, da das Si­ gnal ϕT so gesteuert wird, daß es einen hohen Pegel besitzt. Wenn der Ausgang VP einen Schwellenwert VTH erreicht hat, wird das Signal ϕT auf niedrigen Pe­ gel 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 Elementen der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung entsprechen, stellen Signalausgänge der entsprechenden Elemente dar. Danach wird ein Schieberegister SR betätigt, um die Signalausgänge auszulesen. Bei dem Schieberegister SR handelt es sich um ein dynamisches Register, das Startimpulse ϕST und Taktimpulse ϕ1 und ϕ2 besitzt. Während sich der Impuls ϕ1 auf hohem Pegel befindet, wird ein MOS-Transistor MRn im EIN-Zustand gehal­ ten, und die Aufladung des Kondensators CT kann über eine äquivalente Verdrahtungskapazität CH durch Ka­ pazitätsteilung ausgelesen werden. Genauer gesagt, wenn der Impuls ϕST hohen Pegel erreicht, wie in Fig. 18 gezeigt, wird das Schieberegister SR gelöscht, und in Abhängigkeit von den Taktimpulsen ϕ1 und ϕ2 werden die Transistoren MR1 bis MRn nacheinander eingeschaltet, um die Signalausgänge auszulesen, mit denen die Kondensatoren CT aufgeladen worden sind. Während dieses Intervalls erreicht ein Impuls ϕHRS hohen Pegel, unmittelbar nachdem der Taktimpuls ϕ1 hohen Pegel erreicht hat, und die äquivalente Verdrah­ tungskapazität CH wird auf das Potential GND festge­ legt und gelöscht.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die MOS- Transistoren MR1 bis MRn der M- und N-Systeme der Reihen fotoelektrischer Elemente 105a, 105b, 105c und 105d oder 119a, 119b, 119c und 119d vom Schieberegi­ ster SR gleichzeitig eingeschaltet, und die Signalausgän­ ge der Reihen fotoelektrischer Elemente 105a und 105d und 105b und 105c oder 119a und 119d und 119b und 119c werden zur gleichen Zeit ausgelesen und addiert. Genauer gesagt, wenn eine Spannung, mit der ein Kon­ densator CT1 des M-Systems der Reihen fotoelektri­ scher Elemente aufgeladen worden ist, durch V1 und eine Spannung, mit der ein Kondensator CT1 des N-Sy­ stems der Reihen fotoelektrischer Elemente aufgeladen worden ist, durch V2 wiedergegeben wird, ergibt sich die Spannung an der äquivalenten Verdrahtungskapazi­ tät CH, wenn der MOS-Transistor MR1 eingeschaltet worden ist, durch die folgende Gleichung:

{CT/(CH + 2 CT)}(V1 + V2)

und die zu (V1 + V2) proportionale Spannung wird bei VS erhalten.

Fig. 19A zeigt die Position eines Entfernungsmeßfel­ des in einem Sucherfeld einer Kamera. Wie man Fig. 19A entnehmen kann, umfaßt ein Sucherfeld 126 Entfernungsmeßfelder 127 und 128 und eine Entfer­ nungsmeßabschnittsanzeigemarkierung 129, die einen Abschnitt anzeigt, an dem sich die Felder 127 und 128 überlappen. Die Markierung 129 ist auf eine Fokusplat­ te FS einer Kamera aufgedruckt, wie in Fig. 19B ge­ zeigt. Auf die Fokusplatte FS können auch Markierun­ gen aufgedruckt sein, die die Entfernungsmeßfelder an­ zeigen. Fig. 19B zeigt ein optisches System einer Ein­ fachreflexkamera. In Fig. 198 wird ein durch einen schnellen Rückschwenkspiegel Q geleitetes Lichtstrah­ lenbündel von einem Unterspiegel S reflektiert und pflanzt sich bis zu einer Fokuserfassungsvorrichtung fort. Das auf diese Weise reflektierte Licht verläuft durch die Fokusplatte FS und ein Pentaprisma P zu einem Okular E.

Die Feldmaske 101 und die Fokusplatte FS sind in bezug auf eine Spiegelfläche des schnellen Rück­ schwenkspiegels Q optisch äquivalent. Daher ist die fo­ toelektrische Umsetzvorrichtung 105 der Fokusplatte FS optisch äquivalent. Die Markierungen 127 und 128 entsprechen dem kreuzförmigen Schlitz der Feldmaske 101 und den Reihen fotoelektrischer Elemente 105a bis 105d. Wenn daher ein Objektbild das Entfernungsmeß­ feld 127 überlappt, wird das Objektbild auf den Reihen fotoelektrischer Elemente 105b und 105d oder 119b und 119d der fotoelektrischen Umsetzvorrichtung refokus­ siert, und das auf das Entfernungsmeßfeld 128 treffende Objektbild wird auf den Reihen fotoelektrischer Ele­ mente 105a und 105c oder 119a und 119c der fotoelek­ trischen Umsetzvorrichtung refokussiert.

In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fall er­ läutert, bei dem zwei Sätze von optischen Systemen zur Fokuserfassung vorgesehen sind. Es können jedoch auch drei oder mehr Sätze von optischen Systemen zur Scharfeinstellungs- bzw. 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 Feldmas­ ke und Fig. 21 zeigt ein Feldmaskenbild auf einer foto­ elektrischen Umsetzvorrichtung. Ein Sekundärfokus­ sierlinsenkörper mit sechs Linsenabschnitten, die in glei­ chen Abständen am Umfang angeordnet sind, kann Ver­ wendung finden, wobei auf eine ins Detail gehende Be­ schreibung desselben verzichtet wird. Die in den Fig. 20 und 21 dargestellte Scharfeinstellungs- bzw. Fokuser­ fassungsvorrichtung umfaßt eine Feldmaske 137 und ei­ ne fotoelektrische Umsetzvorrichtung 138, auf der Rei­ hen fotoelektrischer Elemente 138a bis 138f angeordnet sind. Die Reihen fotoelektrischer Elemente 138a bis 138f sind innerhalb von Feldmaskenbildern 139a bis 139f, die in Fig. 21 gezeigt sind, angeordnet und wandeln die ent­ sprechende Lichtverteilung in elektrische Ausgangssi­ gnale um. In diesem Fall sind die Entfernungen zwischen den Sensoren und die Entfernungen zwischen den Feld­ maskenbildern so festgelegt, daß die Feldmaskenbilder benachbarte Reihen der fotoelektrischen Elemente nicht überlappen. Beispielsweise ist nur die Reihe foto­ elektrischer Elemente 138a innerhalb des Feldmasken­ bildes 139a angeordnet und von den Reihen fotoelektri­ scher Elemente 138b und 138f 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 wirksa­ men Lichtstrahlenbündels für optische Systeme zur Fo­ kuserfassung in einer Objektivlinse oder die Bildvergrö­ ßerung eines Sekundärfokussiersystems reduziert wird. Wenn jedoch die Fokuserfassungsvorrichtung bei einer Kamera o. ä. Verwendung findet, ist die F-Zahl des wirksamen Lichtstrahlenbündels der optischen Systeme zur Fokuserfassung klein, d. h. F8, und die Sekundärfo­ kussiervergrößerung 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 Fokuserfassungsvorrich­ tung.

Da, wie vorstehend erläutert, eine Fokuserfassung auf der Basis der Lichtverteilung in einer Vielzahl von Rich­ tungen eines Objektes möglich gemacht wird, kann bei­ spielsweise auf einen Pullover, der ein horizontales Streifenmuster besitzt, oder auf eine Jalousie für ein Fenster, deren Fokussierung mit einer herkömmlich ausgebildeten passiven Fokuserfassungsvorrichtung nicht möglich war, scharf eingestellt werden. Somit ist auch bei herkömmlicherweise schwer zu fokussierenden Objekten eine genaue Fokussierung und damit eine scharfe Aufnahme erreichbar. Auch erübrigt sich ein umständlicher Vorgang z. B. derart, daß nach einer Fo­ kussierung auf eine andere Position eines Objektes die Linsenposition zur Zielposition des Objektes geführt wird.

Wenn Änderungen in den Entfernungen zwischen Bil­ dern infolge einer Defokussierung einer Abbildungslin­ se so eingestellt werden, daß sie einander entsprechen, kann die F-Zahl Fo als Konstante in bezug auf die Grö­ ße der Defokussierung angesehen werden, so daß eine einfache Berechnung ermöglicht wird.

Nachdem die Ausgangssignale der Sensorpaare ad­ diert 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 Defokussie­ rung der Objektivlinse zu erfassen. Auf diese Weise ist nur eine einzige Bildverschiebungsberechnung erfor­ derlich.

Claims (1)

1. Scharfeinstellungserfassungsvorrichtung für eine Objektivlin­ se mit
einer Feldlinse (102),
einer ersten optischen Einrichtung (104b, 104d; 118b, 118d), die einem Objektbild entsprechende Strahlungsenergiever­ teilungen in einer ersten Richtung erzeugt, deren relati­ ve Lagebeziehungen sich in Abhängigkeit von dem Fokusier­ zustand der Objektivlinse entlang der ersten Richtung än­ dern,
einer ersten Sensoreinrichtung (105b, 105d; 119b, 119d; 138b, 138d) mit einer Vielzahl von Fotosensoren zum Erfassen der von der ersten optischen Einrichtung erzeugten Strah­ lungsenergieverteilung und zum Erzeugen eines dem Fokus­ sierzustand entsprechenden Signals,
einer nahe der vorbestimmten Bildebene der Objektivlinse an­ geordneten ersten Blende (101; 116) zum Festlegen des für die Erfassung der Scharfeinstellung durch die erste Sen­ sorvorrichtung auszuwertenden Bildfeldes in dem von der Objektivlinse erzeugten Bild eines Objekts bzw. zum Fest­ legen der dem Objektbild entsprechenden Strahlungsener­ gieverteilungen, deren relative Lagebeziehungen sich in Abhängigkeit des Fokussierzustands der Objektivlinse ent­ lang der ersten Richtung ändern und
einer weiteren Blende (103; 117; 136), die Öffnungen (103a, 103b, 103c, 103d; 117a, 117b, 117c, 117d; 136a, 136b, 136c, 136d) zum Regulieren der Strahlungsenergiemenge entlang der ersten Richtung aufweist und zwischen der Feldlinse und der ersten Sensoreinrichtung angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Sensorvorrichtung (105a, 105c; 119a, 119c; 138a, 138c, 138d, 138e) mit einer Vielzahl von Fotosensoren zum Er­ fassen der von einer zweiten optischen Einrichtung (104a, 104c; 118a, 118c) in einer zweiten, von der ersten verschie­ denen Richtung erzeugten Strahlungsenergieverteilungen und zum Erzeugen eines dem Fokussierzustand entsprechenden Si­ gnals vorgesehen ist, wobei die erste Blende (101; 116) auch den Erfassungsbereich der zweiten Sensorvorrichtung (105a, 105c; 119a, 119c; 138a, 138c, 138d, 138e) bzw. die dem Ob­ jektbild entsprechenden Strahlungsenergieverteilungen fest­ legt, deren relative Lagebeziehungen sich in Abhängigkeit des Fokussierzustands der Objektivlinse auch entlang der zweiten Richtung ändern, wobei die erste Blende (101; 116) eine der­ artige Form hat, daß die von der ersten optischen Einrichtung (104b, 104d; 118b, 118d) gebildeten Strahlungsenergievertei­ lungen nicht auf die zweite Sensoreinrichtung (105a, 105c; 119a, 119c; 138a, 138c, 138d, 138e) auftreffen, wobei ein Teil (103a, 103c; 117a, 117c; 136a, 136d) der Öffnungen der weiteren Blende (103; 117; 136) die Strahlungsenergiemenge entlang der zweiten Richtung reguliert und zwischen der Feld­ linse und der zweiten Sensoreinrichtung (105a, 105c; 119a, 119c; 138a, 138c, 138d, 138e) angeordnet ist, und wobei ein Suchfeld (126) Entfernungsmeßfelder (127, 128), die den Rich­ tungen der ersten und zweiten Sensorvorrichtung entsprechen, und zusätzlich eine Entfernungsmeßabschnittsanzeigemarkierung (129) aufweist, innerhalb der sich die Entfernungsmeßfelder (127, 128) überlappen, so daß das Objektbild dort mittels den beiden Sensorvorrichtungen scharfstellbar ist.