DE3686285T2

DE3686285T2 - Automatisches fokussiergeraet.

Info

Publication number: DE3686285T2
Application number: DE8686105943T
Authority: DE
Inventors: Takashi Azumi; Takanori Hisada; Takesuke Maruyama; Kenji Sano; Hironobu Satoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2006-05-01
Also published as: JPH0581882B2; EP0201036A3; JPS61251809A; DE3686285D1; EP0201036B1; EP0201036A2; US4740676A

Description

Diese Erfindung betrifft ein automatisches fokussierendes Gerät, das geeignet zum Einbau in beispielsweise eine Videokamera ist.
Videokameras sind ausgestattet mit einer Einrichtung zum automatischen Einstellen des Fokus, um die Betriebsfähigkeit zu erhöhen, und verschiedene automatische fokussierende Einrichtungen sind bisher vorgeschlagen worden. Ein Beispiel derartiger Einrichtungen ist beispielsweise in den US-Patenten 3 435 744, 3 442 193 und 3 443 502 offenbart. Das in den genannten US-Patenten offenbarte Gerät enthält eine lichtemittierende Einrichtung und eine lichtempfangende Einrichtung. Ein Lichtstrahl, der von der lichtemittierenden Einrichtung emittiert ist, wird auf einen Gegenstand gerichtet, und ein Teil des Lichtstrahls, der von dem Gegenstand reflektiert wird, wird durch die lichtempfangende Einrichtung empfangen. Ein Sensor in der lichtempfangenden Einrichtung erfaßt die Bestrahlungsposition mit dem reflektierten Lichtstrahl und stellt dadurch den Fokus ein.
Der praktische Aufbau eines derartigen automatischen fokussierenden Geräts nach dem Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 13 eine lichtprojizierende Linse, ein lichtemittierendes Element, eine lichtempfangende Linse, ein lichtempfangendes Element, ein Fokusring, einen Nocken, der an dem hinteren Ende des Fokusrings vorgesehen ist, einen Verbindungsmechanismus, ein federndes Element und einen festen Zylinder, der Linsen VE bzw. RE enthält.
Dieses automatische fokussierende Gerät ist aus einem Lichtemittierteil zusammengesetzt, das die lichtprojizierende Linse 1 und das lichtemittierende Element 2 enthält, einem Lichtempfangsteil, der die lichtempfangende Linse 3 und das lichtempfangende Element 4 enthält, das mit einem halbgeteilten Sensor ausgestattet ist, und einem Treiberteil für das lichtempfangende Element, der den Fokusring 5 mit dem Nocken 6, dem Verbindungsmechanismus 7 und dem federnden Element 8 enthält.
Der Fokusring 5 ist mit dem festen Zylinder 13 durch viele Schrauben gekoppelt, wodurch er durch den Motor M gedreht wird und in eine Vorwärts- und eine Rückwärtsrichtung in Übereinstimmung mit seiner Drehung bewegt wird. Ein fokussierendes Linsenelement LE, das als genau fokussierendes Element wirkt, ist in dem Fokusring 5 enthalten, und ein Relais-Linsenelement RE und ein variables Linsenelement VE, deren optische Achse mit jener des Linsenelements LE ausgerichtet ist, sind in dem festen Zylinder 13 angeordnet. Ein Bild eines Gegenstands 11 wird durch die Kombination des Linsenelements LE, des variablen Linsenelements VE und des Relais-Linsenelements RE auf eine bildempfangende Oberfläche eines Festkörper-Bildaufnahmeelements SE (oder einer Kameraröhre) fokussiert.
Der Lichtemittierteil und der Lichtempfangsteil sind so angeordnet, daß die optischen Achsen der lichtprojizierenden Linse 1 und der lichtempfangenden Linse 3 um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind und parallel zueinander sind. Der Fokusring 5 wird durch einen Motor M gedreht. Der Verbindungsmechanismus 7 ist zwischen dem Fokusring 5 und dem lichtempfangenden Element 4 so angeordnet, daß die Drehung des Fokusrings 5 zu dem lichtempfangenden Element 4 übertragen werden kann, um eine lineare Bewegung des lichtempfangenden Elements 4 in einer Richtung zu veranlassen, wie sie durch einen Pfeil gezeigt ist. Dieser Verbindungsmechanismus 7 enthält einen ersten Hebel mit einer Länge l&sub1; und einem zweiten Hebel mit einer Länge l&sub2; und der Verbindungspunkt dieser Hebel ist an einem stationären Element des Geräts drehbar gelagert. Das andere Ende des ersten Hebels mit der Länge l&sub1; ist in Kontakt mit dem Nocken 6, der an dem hinteren Ende des Fokusrings 5 vorgesehen ist, und das andere Ende des zweiten Hebels mit der Länge l&sub2; ist in Kontakt mit einem Teil des lichtempfangenden Elements 4. Das lichtempfangende Element 4 ist durch das Federelement 8 federnd vorgespannt, so daß das andere Ende des zweiten Hebels des Verbindungsmechanismus 7 in nahen Kontakt mit dem Teil des lichtempfangenden Elements 4 gebracht werden kann, und zwar ohne irgendeinen Freiraum dazwischen.
Aufgrund des obigen Aufbaus wird die Drehbewegung des Fokusrings 5 durch die Kombination des Nockens 6 und des Verbindungsmechanismus 7 in eine Linearbewegung in eine Richtung umgewandelt, wie sie durch den Pfeil gezeigt ist, wodurch die Linearbewegung des lichtempfangenden Elements 4 in der Richtung des Pfeils verursacht wird. Der Hub der Linearbewegung des Fokusrings 5 aufgrund seiner Drehung wird durch den Nocken 6 vergrößert, so daß das lichtempfangende Element 4 mit sehr hoher Genauigkeit positioniert werden kann.
Im Betrieb wird ein Lichtstrahl, der von dem lichtemittierenden Element 2 emittiert ist, durch die lichtprojizierende Linse 1 zu und auf den Gegenstand 11 gerichtet, der bei einer Position angeordnet ist, die um einen Abstand von der lichtempfangenden Linse 3 beabstandet ist. Der halbgeteilte Sensor, der an dem lichtempfangenden Element 4 vorgesehen ist, ist aus zwei empfangenen Elementen S&sub1; und S&sub2; zusammengesetzt, die miteinander verbunden sind, wie es in Fig. 1B gezeigt ist, wenn ein reflektierter Strahlfleck SP auf der Verbindung (der Trennlinie) zwischen den zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; auftrifft, d. h. wenn der Strahlfleck SP einheitlich auf die zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; bei der Verbindung auftrifft, erzeugen die zwei Empfangselemente S&sub1; und S&sub2; Ausgangssignale, die einander gleich sind. Der reflektierte Strahlfleck SP von dem Gegenstand (Objekt) 11 läuft durch die lichtempfangende Linse 3, um auf den halbgeteilten Sensor 4 fokussiert zu werden, der an dem lichtempfangenden Element vorgesehen ist.
Wenn der reflektierte Strahlfleck SP nicht einheitlich auf der Verbindung (der Trennlinie) zwischen den zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; des halbgeteilten Sensors auftrifft, d. h. wenn der reflektierte Strahlfleck SP auf nur einem der zwei Empfangselemente S&sub1; und S&sub2; auftrifft, wird der Fokusring 5 durch den Motor M gedreht, um eine Bewegung des lichtempfangenden Elements 4 in der Richtung des Pfeils zu verursachen, bis der reflektierte Strahlfleck SP einheitlich auf den zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; bei der Verbindung dazwischen auftrifft. Der Motor M hört auf sich zu drehen, wenn der reflektierte Strahlfleck SP einheitlich auf den zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; bei der Verbindung dazwischen auftrifft, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Mit der Drehung des Fokusrings 5 bewegt sich die fokussierende Linse LE in dem fotographischen optischen System TL der Videokamera in der Richtung der optischen Achse. Das optische System TL der Videokamera kann genau fokussieren, wenn schließlich der reflektierte Strahlfleck SP einheitlich auf der Verbindung zwischen den zwei Empfangselementen S&sub1; und S&sub2; des halbgeteilten Sensors des lichtempfangenden Elements 4 auftrifft.
Der Hub der Bewegung des lichtempfangenden Elements 4 ist eine Funktion des Abstands zwischen der optischen Achse der lichtprojizierenden Linse 1 und jener der lichtempfangenden Linse 3, des Fokusabstands der lichtempfangenden Linse 3, und des Abstands von der lichtempfangenden Linse 3 zu dem Gegenstand 11, und zwar wie folgt:
x = fl/y ..... (1)
Auch der Hub der Bewegung des lichtempfangenden Elements 4 ist auf den Hub der Bewegung des Fokusrings 5 mit dem Nocken 6 und den Längen l&sub1;, l&sub2; der jeweiligen Hebel des Verbindungsmechanismus 7 bezogen, und zwar wie folgt:
x = l&sub2;z/l&sub1; ..... (2)
Um die Gesamtgröße der Videokamera zu reduzieren, ist es notwendig, die Größe des Lichtemittierteils und jene des Lichtempfangsteils zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Abstand zu verkürzen. Ein Verkürzen des Abstands resultiert jedoch in einer entsprechenden Abnahme des Bewegungshubs des lichtempfangenden Elements 4, und zwar angesichts der Gleichung (1). Es ist daher notwendig, die Länge l&sub2; des zweiten Hebels des Verbindungsmechanismus 7 oder den Bewegungshub des Fokusrings 5 mit dem Nocken 6 zu erniedrigen, oder die Länge l&sub1; des ersten Hebels des Verbindungsmechanismus 7 zu erhöhen, und zwar in der Gleichung (2). Da der Nocken 6 jedoch zum Vergrößern des Hubs der Linearbewegung des Fokusrings 5 vorgesehen ist, wodurch das lichtempfangende Element 4 mit sehr hoher Genauigkeit positioniert wird, wie es oben beschrieben ist, ist es unerwünscht, den Bewegungshub des Fokusrings 5 mit dem Nocken 6 zu erniedrigen. Weiterhin ist ein Erniedrigen der Länge l&sub2; des zweiten Hebels des Verbindungsmechanismus 7 aus Konstruktionsgründen sehr beschränkt.
Auch wenn die Länge l&sub1; des ersten Hebels des Verbindungsmechanismus 7 erhöht wird, ist der Lichtempfangsteil entsprechend von der fotographischen Linse (d. h. der Objektivlinse) beabstandet, was in einem derartigen Defekt resultiert, daß die Gesamtgröße der Videokamera sich unvermeidlich erhöht oder daß der reflektierte Strahlfleck von dem Gegenstand 11 sehr weit in dem Bereichssucher abweicht, abhängig von dem Abstand von der lichtempfangenden Linse 3 zu dem Gegenstand 11. Wenn der Verbindungsmechanismus 7 enthalten ist, ist es somit schwierig, den Abstand (die Basislänge) zwischen dem Lichtemittierteil und dem Lichtempfangsteil zu erniedrigen, und der Aufbau des automatischen fokussierenden Geräts wird auch sehr komplex.
Weiterhin werden folgende Dokumente als Stand der Technik betrachtet.
Die DE-A-2 226 964 zeigt eine Fokusvorrichtung, die einen Lichtemittierteil, einen Lichtempfangsteil und einen spärischen Spiegel und einen totalreflektierenden Spiegel umfaßt. Die Spiegel sind zwischen einer lichtempfangenden Linse und einem Sensor angeordnet. Durch manuelles Bewegen einer optischen Linse kann die Position des totalreflektierenden Spiegels verändert werden, so daß der resultierende Strahl auf einem fotoelektrischen Element auftrifft, wo ein Signal erzeugt werden wird, um verarbeitet zu werden. Dann wird das Signal an einem Meßinstrument angezeigt, um dem Benutzer zu zeigen, ob die manuelle Bewegung der optischen Linse gestoppt werden kann oder nicht. Durch die Vorrichtung gemäß diesem Dokument kann ein schnelles Fokussieren und ein leichtes Anwenden erreicht werden.
Die JP-A-57 17909 zeigt eine Abstandsmeßeinheit mit einem lichtemittierenden Element und einem lichtempfangenden Element, die bei vorgeschriebenen Positionen auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Es existiert eine transparente gerade parallele Einstellplatte, um die Entfernung zu messen. Das wesentliche Merkmal dieses Dokuments besteht in der Anordnung des lichtemittierenden Elements und des lichtempfangenden Elements.
Die JP-A-59 99420 zeigt eine automatische Fokuseinstellvorrichtung. Eine parallele ebene Platte ist gezeigt, die zwischen einer nicht-sphärischen Linse fär eine Lichtemission und einem Chip angeordnet ist. Der mit diesem Dokument verfolgte Zweck besteht in einem Messen einer Entfernung ohne eines Auswählens einer Basislänge und einem Verbesserns der Zuverlässigkeit.
Es ist eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches fokussierendes Gerät zu schaffen, das die Defekte des Standes der Technik vermeidet, die oben aufgezeigt sind, und das im Aufbau vereinfacht ist und bezüglich der Größe reduziert ist, während die hohe Genauigkeit der Fokuseinstellung beibehalten wird.
Diese Aufgabe wird durch ein automatisches fokussierendes photographisches Gerät gemäß Anspruch 1 erreicht.
Fig. 1 ist eine diagrammäßige Ansicht, die den Aufbau eines automatischen fokussierenden Geräts nach dem Stand der Technik schematisch zeigt.
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene, seitliche Schrägansicht einer Videokamera, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des automatischen fokussierenden Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Fig. 3 ist eine vordere Schrägansicht der in Fig. 2 gezeigten Videokamera, wobei die Ansicht von einer Gegenstandsseite genommen ist.
Fig. 4 ist eine vordere Schrägansicht, die die Art des Montierens der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 5 ist eine seitliche Schrägansicht der Fig. 4.
Fig. 6 stellt die optische Funktion der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen dar.
Fig. 7 ist eine vordere Schrägansicht, die eine weitere Form der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nun in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungsseiten beschrieben werden.
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene seitliche Schrägansicht, die eine Videokamera zeigt, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des automatischen fokussierenden Geräts der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 9, 9a, 10 und 11 eine transparente Platte mit parallelen Oberflächen, eine Drehwelle der Platte 9, den Körper der Videokamera bzw. einen Gegenstand und gleiche Bezugszeichen sind benutzt, um gleiche Teile zu bezeichnen, die in Fig. 1 erscheinen.
Fig. 3 ist eine vordere Schrägansicht der Videokamera, wenn sie von der Seite des Gegenstands 11 betrachtet wird, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine photographische Linse TL. In Fig. 3 werden die gleichen Bezugszeichen benutzt, um die gleichen Teile zu bezeichnen, die in Fig. 2 erscheinen.
In den Fig. 2 und 3 ist das automatische fokussierende Gerät, das die vorliegende Erfindung verkörpert, an einer Seite des Videokamerakörpers 10 bei einer Position montiert, die den Bereich des Photographierens nicht behindern wird, wenn er von der photographischen Linse 12 aus betrachtet wird.
Der Ausdruck "transparente Platte mit parallelen Oberflächen", der bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wird nun definiert werden. Das Wort "parallele Oberflächen" bedeutet, daß die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche der Platte im wesentlichen parallel zueinander sind, und bedeutet nicht, daß diese Oberflächen optisch genau parallel sind. Auch das Wort "transparent" bedeutet, daß die Platte durchlässig gegenüber elektromagnetischer Strahlung ist, die von einer lichtemittierenden Einrichtung emittiert wird, und bedeutet nicht, daß die Platte nur gegenüber sichtbarem Licht durchlässig ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtemittierteil aus einer lichtprojizierenden Linse 1 und einem lichtemittierenden Element (beispielsweise einer infrarot-emittierenden Diode) 2 zusammengesetzt; und ein Lichtempfangsteil ist zusammengesetzt aus einer lichtempfangenden Linse 3, einem lichtempfangenden Element (beispielsweise einer halbgeteilten PIN-Photodiode) 4, der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen (beispielsweise einer Glasplatte oder einer Plastikplatte), die um die Drehwelle 9a drehbar ist, die sich orthogonal in bezug auf eine Ebene erstreckt, die die optischen Achsen der Linsen 1 und 3 enthält, einem Federelement (beispielsweise einer Zugspulenfeder) 8 zum federnden in nahen Kontakt Bringen der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 mit einem Nocken 6 eines Fokusrings 5, was eine Bewegung der photographischen Linse 12 verursacht.
Ein von dem lichtemittierenden Element 2 emittierter Lichtstrahl wird durch die lichtprojizierende Linse 1 auf den Gegenstand 11 projiziert, und der reflektierte Lichtfleck von dem Gegenstand 11 läuft durch die lichtempfangende Linse 3 und die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9, um auf dem lichtempfangenden Element 4 aufzutreffen. Wenn der reflektierte Lichtfleck nicht einheitlich auf zwei Empfangselementen eines halbgeteilten Sensors auftrifft, der an dem lichtempfangenden Element 4 vorgesehen ist, d.h. wenn der Gegenstand 11 außerhalb des Fokus ist, wird der Fokusring 5 durch einen Motor M gedreht, ähnlich wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Darauffolgend wird auch die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9, die einen nahen Kontakt mit dem Nocken des Fokusrings 5 mit der fokussierenden Linse LE herstellt, um die Drehwelle 9a gedreht, bis der reflektierte Strahlfleck einheitlich auf den zwei Erfassungselementen des halbgeteilten Sensors bei der Verbindung dazwischen auftrifft. Somit wird der Fokus der photographischen Linse TL der Videokamera genau eingestellt.
Fig. 4 ist eine Schrägansicht, die die Art des Montierens der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 zeigt, die in Fig. 2 gezeigt ist, und Fig. 5 ist eine seitliche Schrägansicht der Fig. 4. In den Fig. 4 und 5 bezeichnen die Bezugszeichen 13, 14 und 15 einen Rahmen, der die Drehwelle 9a der transparenten Platte 9 stützt, einen Hebel, der an der transparenten Platte 9 befestigt ist, bzw. einen rohrförmigen Stab, der an dem anderen Ende des Hebels 14 befestigt ist. In den Fig. 4 und 5 werden die gleichen Bezugszeichen benutzt, um die gleichen Teile zu bezeichnen, die in Fig. 2 erscheinen.
Nimmt man Bezug auf die Fig. 4 und 5 ist der Rahmen 13 an einem Gehäuse befestigt, in dem die verschiedenen Elemente (einschließlich der lichtempfangenden Linse 3 und des lichtempfangenen Elements 4) des Lichtempfangsteils montiert sind. Der Rahmen 13 ist mit einem Träger (nicht gezeigt) ausgestattet, in dem die Drehwelle 9a, die die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 trägt, ruhig drehbar gelagert ist. Der Hebel 14 ist an einer seitlichen Oberfläche der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 befestigt, und der rohrförmige Stab 15 ist an dem anderen oder dem freien Ende des Hebels 14 befestigt, um einen Kontakt mit den Nocken 6 des Fokusrings 5 herzustellen, der in Fig. 2 gezeigt ist. Der Hebel 14 ist geformt, um eine Kollision mit dem Rahmen 13 zu vermeiden, so daß er nicht gegen den Rahmen 13 stoßen kann, wenn die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 zu einer Winkelposition gedreht wird, bei der die Platte 9 einen Winkel von 90º in bezug auf die optische Achse der Linse 3 herstellt.
Die Funktion der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden.
Man nimmt nun an, daß die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 sich um einen Winkel β in bezug auf die optische Achse C der lichtempfangenden Linse 3 neigt. In einem solchen Fall wird ein Lichtstrahl L, der auf die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 bei einem Winkel θ in bezug auf die optische Achse C der Linse 3 auftrifft, um bei der lichtempfangenden Oberfläche R versetzt, wenn sie mit dem Fall verglichen wird, wo die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 nicht vorhanden ist. Dieser Versatz ist durch die folgende Gleichung gegeben:
e = h (sin β - cos β tan θ) ..... (3)
wobei, h = d (tan i - tan i')
i = θ + 90º - β
sin i = N sin i'.
Somit ist der Versatz bestimmt durch den Brechungsindex N und die Dicke der transparenten Platten mit parallelen Oberflächen 9, den Winkel θ zwischen der optischen Achse C und dem Lichtstrahl L, der auf die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 auftrifft, und den Neigungswinkel β der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 in bezug auf die optische Achse C. Der Brechungsindex N wird durch das Material der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 bestimmt, und die Dicke wird durch Bestimmen der Form und Größe der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 bestimmt. Weiterhin wird der Winkel θ durch den Gegenstandsabstand (y in Fig. 1) und die Basislänge (die der Abstand zwischen der optischen Achse der lichtprojizierenden Linse 1 und jener der lichtempfangenden Linse 3 ist und in Fig. 1 l ist) bestimmt. Daher kann durch Steuern des Winkels β der Versatz bestimmt werden.
Man nehme an, daß der Gegenstandsabstand y = 1 m ist, die Basislänge l = 25 mm ist, der Fokusabstand der lichtempfangenden Linse 3 f = 30 mm ist, und der Brechungsindex N und die Dicke der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 N = 1,5168 bzw. d = 3 mm sind. Dann wird in der Abwesenheit der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 der Lichtstrahl L von der optischen Achse C um versetzt, was durch die folgende Gleichung gegeben ist:
x = fl/y
Somit wird der Wert von als x = 0,75 mm berechnet. Der Winkel β, der erforderlich ist zum Löschen dieses Versatzes und zum Veranlassen einer Übereinstimmung des Lichtstrahls L mit der optischen Achse C durch die Funktion der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9, wird durch Einsetzen von e = 0,75 mm in die Gleichung (3) berechnet. Der Winkel β wird als β = 54,7º berechnet, und es ist erforderlich, daß die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 um 54,7º in bezug auf die optische Achse C geneigt wird, urn eine Koinzendenz des Lichtstrahls L mit der optischen Achse C zu erreichen.
Der Winkel β zwischen der optischen Achse C und der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 wird gemäß der Gleichung (3) für alle Werte von berechnet, die von einer nächsten Entfernung von y = 1 m zu y = unendlich reichen. Das Ergebnis der Berechnung lehrt, daß der Winkel β in dem Bereich von 54,7º bis 90º liegt.
Der Drehwinkel (90º - βº) der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9, der auf der Basis des berechneten Winkels β bestimmt wird, variiert sehr stark in Abhängigkeit von dem Abstand (der Basislänge) l zwischen der optischen Achse der lichtprojizierenden Linse 1 und jener der lichtempfangenden Linse 3 und auch von der Dicke der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9.
Somit kann, auch wenn die Basislänge verkurzt wird, ein Drehwinkel, der gleich jenem ist, der vor dem Verkürzen der Basislänge erforderlich ist, durch geeignetes Auswählen der Dicke der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 geschaffen werden.
Beschreibt man es genauer, wird, wenn die Basislänge auf l = 50 mm unter den vorgenannten Bedingungen eingestellt ist, der Drehwinkel einer flachen Glasplatte 9 mit einer Dicke von 3 mm zu 56,2º berechnet. Wenn die Basislänge auf 1/2 oder l = 25 mm erniedrigt wird, während die Plattendicke bei d = 3 mm beibehalten wird, erniedrigt sich dann der Drehwinkel auf 35,4º Wenn jedoch die Plattendicke auf d = 2 mm erniedrigt wird, erhöht sich der Drehwinkel auf 47,4º. Somit kann der Drehwinkel durch Erniedrigen der Plattendicke erhöht werden, selbst wenn die Basislänge verkürzt wird. Daher kann die Genauigkeit der Drehung konstant beibehalten werden, wenn die photographische Linse die gleiche ist.
Bei einem äußerst kleinen Winkel β kann eine Totalreflexion auftreten, wenn der Lichtstrahl L aus der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 in Umgebungsluft austritt. In dem Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels ist jedoch der Einfallwinkel 39,7º, auch wenn der Winkel β so klein wie 15,8º bei der Plattendicke von 1 mm ist. Dieser Einfallswinkel von 39,7º ist kleiner als der Totalreflexionswinkel von 41,2º und es tritt keine Totalreflexion auf.
Die Form des Nockens 6 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von jener des Nockens nach dem Stand der Technik. Jedoch kann die Form des Nockens 6 leicht auf der Basis der Hubbewegung der fokussierenden Linse LE und des Drehwinkels der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 berechnet werden, die aus dem optischen Aufbau berechnet werden, und auch auf der Basis der Länge des Hebels 14, der direkt an der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 befestigt ist, um eine nahe Berührung mit der Nockenoberfläche herzustellen.
Wenn die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 geneigt ist, kann das Fleckbild, das auf das lichtempfangende Element 4 einfällt, aufgrund des Einflusses einer Abweichung verschlechtert werden. In einem solchen Fall kann eine Verschlechterung des Fleckbildes minimiert werden durch Umwandeln der spärischen Oberfläche der lichtempfangenden Linse 3 in eine nicht-sphärische Oberfläche und durch Kombinieren einer solchen Linse 3 mit der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9. Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine nicht-sphärische Oberfläche verwendet, die durch den vorliegenden Ausdruck gegeben ist:
wobei h = Abstand von dem Scheiteipunkt der Oberfläche in einer Richtung orthogonal zu der optischen Achse
Z = Abweichung von dem Scheitelpunkt der Oberfläche bei dem Abstand
c = 6,7743 x 10&supmin;²
K = -0,7135243
AE = 6,550627 x 10&supmin;&sup6;
Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 zwischen der lichtempfangenden Linse 3 und dem lichtempfangenden Element 4 angeordnet. Deshalb wird der Lichtmengenverlust größer als bisher sein, weil ein derartiger Verlust in der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 auftritt und auch auftritt aufgrund der Reflexion an der Oberfläche der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch eine Antireflexionsbeschichtung auf die transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 aufgetragen, um den Lichtmengenverlust zu vermeiden.
Eine Beschichtung von MgF&sub2; mit einer Filmdicke von etwa 0,3 µm wird vorzugsweise verwendet, um den Lichtmengenverlust zu vermeiden.
Auch durch Ausbilden der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 mit einem Material, das eine sichtbare Strahlung absorbiert und nur eine Infrarotstrahlung durchläßt, kann die Platte 9 als ein Filter benutzt werden, das eine Strahlung abschneidet, was umgekehrt das lichtempfangende Element 4 beeinträchtigt.
Der Effekt, der ähnlich zu jenem ist, der oben beschrieben ist, kann sogar dargestellt werden, wenn die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 durch eine Platte mit nicht-parallelen Oberflächen ersetzt wird, einer Meniskuslinse oder einer konvexen Linse.
Die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 kann an irgendeiner gewünschten Position zwischen der lichtempfangenden Linse 3 und dem lichtempfangenden Element 4 angeordnet werden, bis sie gegen die lichtempfangende Linse 3 oder das lichtempfangende Element 4 stößt, wenn sie geneigt ist, oder bis ihre Seitenteile in die geraden Linien eingreifen, die den effektiven Durchmesser der lichtempfangenden Linse 3 und den äußeren Umfang der lichtempfangenden Oberfläche des lichtempfangenden Elements 4 verbinden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 an einer Position angeordnet, die von der Oberfläche des lichtempfangenden Elements 4 um einen Abstand beabstandet ist, der etwa gleich 1/3 des fokalen Abstands der lichtempfangenden Linse 3 ist, um die Größe der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 zu minimieren.
Auch kann, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, die transparente Platte mit parallelen Oberflächen 9 aus Plastikmaterial geformt sein in einer integralen Beziehung zu der Drehwelle 9A, dem Hebel 14 und dem Stab 15, um die Anzahl von Teilen zu verringern, um das Gesamtgewicht zu reduzieren, und um den Schritt der Einstellung der Position des Hebels 14 relativ zu der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen 9 während des Aufbaus zu eliminieren.
Somit wird gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Dicke der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen erniedrigt, um mit einem Verkürzen der Basislänge fertig zu werden, so daß der Drehwinkel der transparenten Platte mit parallelen Oberflächen konstant gehalten werden kann. Da die transparente Platte mit parallelen Oberflächen auch zusammen mit der Drehwelle, dem Hebel und dem Stab geformt sein kann, kann die Anzahl von Teilen verringert werden.
Somit kann bei einem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung die Bereichssuchoperation leicht erreicht werden, auch wenn die Basislänge verkürzt ist. Daher ist der bisher verwendete komplexe Verbindungsmechanismus zum Bewegen des lichtempfangenden Elements nicht mehr notwendig, und ein automatisches fokussierendes Gerät mit vereinfachtem Aufbau und kleiner Größe kann geschaffen werden.
Es wird aus der vorangehenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung verstanden werden, daß der Abstand zwischen dem Lichtemittierteil und dem Lichtempfangsteil ausreichend eingeengt werden kann, und daß der Aufbau des Mechanismus zum Übertragen der Drehbewegung des Fokusrings auf die transparente Platte mit parallelen Oberflächen in starkem Maß vereinfacht werden kann, um eine kompakte Gesamtanordnung der Teile zu erzeugen. Da das lichtempfangende Element stationär gehalten werden kann, wird irgendeine exzessive Last nicht auf das lichtempfangende Element aufgeteilt, wodurch weiterhin die Zuverlässigkeit des automatischen fokussierenden Geräts in großem Maß verbessert wird.

Claims

1. Automatisches fokussierendes photographisches Gerät, das aufweist:

einen Lichtsendeteil, der ein lichtprojizierendes optisches System (1) und ein lichtemittierendes Element (2) enthält, zum Richten eines Strahls einer elektromagnetischen Strahlung, die von dem lichtemittierenden Element ausgestrahlt wird zu einem Gegenstand (11),

einen Lichtempfängerteil, der ein lichtempfangendes optisches System (3) und ein lichtempfangendes Element (4) enthält, zum Empfangen eines Strahl-Lichtflecks, der von dem Gegenstand (11) reflektiert wird, wobei das lichtempfangende Element ein Ausgangssignal liefert, das dem empfangenden Strahl-Lichtfleck entspricht,

mindestens eine optische Linse (LE), die einen Teil einer photographischen Linse (TL) bildet und geeignet ist, sich entlang der optischen Achse der Linse zu bewegen, und eine Antriebseinrichtung (M), um die optische Linse (LE) in Antwort auf das Ausgangssignal zum Erreichen des Brennpunkts zu bewegen, wobei die lineare Bewegung der optischen Linse (LE) aufhört, sobald das Ausgangssignal des lichtempfangenden Elements (4) einen vorbestimmten Pegel erreicht,

gekennzeichnet durch

eine transparente Platte (9), die zwischen dem lichtempfangenden optischen System (3) und dem lichtempfangenden Element (4) angeordnet ist, um um eine Welle drehbar zu sein, die sich im wesentlichen orthogonal in bezug auf eine Ebene erstreckt, die die optische Achse des lichtprojizierenden optischen Systems (1) und die optische Achse des lichtempfangenden optischen Systems (3) enthält, und

einen Verbindungsmechanismus (7) zwischen der transparenten Platte (9) und der optischen Linse (LE), der angeordnet ist, um den Hub der linearen Bewegung der optischen Linse (LE) in den Hub einer Neigungsbewegung der transparenten Platte (9) zu konvertieren.

2. Automatisches fokussierendes photographisches Gerät nach Anspruch 1, wobei die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche der transparenten Platte (9) im wesentlichen parallel zueinander sind.

3. Automatisches fokussierendes photographisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbindungsmechanismus einen Nocken (6) enthält, der an dem hinteren Ende eines Fokusrings (5) vorgesehen ist, der die optische Linse (LE) stützt, und geeignet ist, sich entlang der optischen Achse der Linse zu bewegen, einen Hebel (14), der an der transparenten Platte (9) befestigt ist, und einen Stab (15), der an dem Hebel (14) befestigt ist, um einen nahen Kontakt zu dem Nocken (6) herzustellen.