DE4218678A1 - Vorrichtung zum erfassen der scharfeinstellung eines objektivs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung eines Objektivs einer Kamera o. ä. auf ein aufzunehmendes Objekt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art, die z. B. in einer einäugigen Spiegelreflexkamera vorgesehen ist, werden Strahlenbündel, die durch unterschiedliche Teile der Austrittspupille eines Objektivs hindurchtreten, mit einer Abbildungsoptik eines optischen Erfassungs­ systems für die Scharfeinstellung auf zwei Liniensen­ soren geführt, so daß die Scharfeinstellung des Objek­ tivs durch die beiden Ausgangssignale der Liniensenso­ ren erfaßt werden kann. Dieses Prinzip des Erfassens der Scharfeinstellung ist z. B. in der US-A-46 36 624 beschrieben.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung eines Objektivs auf ein Objekt be­ kannt, deren Erfassungsbereich außerhalb der optischen Achse liegt, so daß das Objekt auch außerhalb der Mitte der Bildebene liegen kann.

Tritt jedoch eine große Abweichung des Erfassungsbe­ reichs von der optischen Achse auf, so erscheint eine Vignettierung der Pupille des optischen Erfassungs­ systems. Die Vignettierung tritt beispielsweise dann auf, wenn die Position oder Größe der Austrittspupille des Objektivs durch einen Objektivwechsel oder bei einer Brennweitenvariation geändert wird. In solchen Fällen ist der Abschnitt der Pupille des optischen Er­ fassungssystems, durch den das Strahlenbündel hindurch­ tritt, verkleinert. Dadurch sind die Arten der Wechsel­ objektive für ein solches automatisches Erfassungs­ system begrenzt.

Besonders wenn die außerhalb der optischen Achse liegenden Erfassungsbereiche in radialer Richtung des Objektivs liegen, kann das einem oberen Abschnitt eines Bildes entsprechende Strahlenbündel die Liniensensoren nicht erreichen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bildhöhe gegenüber der optischen Achse groß ist.

Fig. 4 zeigt eine bekannte Einrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung mit einer Erfassungszone, die von der optischen Achse Ax eines Objektivs abweicht. Eine Kondensorlinse 1 empfängt ein Strahlenbündel, das in einer vorbestimmten Scharfstellebene 2 ein Bild er­ zeugt. Diese Ebene ist eine der Filmebene äquivalente Ebene. Das Strahlenbündel tritt aus einer Austritts­ pupille EP des Objektivs aus.

Separatorlinsen 3 und 4 erzeugen separate Bilder der durch unterschiedliche Teile der Austrittspupille austretenden Strahlenbündel auf den Liniensensoren 5 und 6.

Eine in Fig. 7 gezeigte vorbekannte optische Anordnung hat ein Objektiv mit einer Austrittspupille EP, die zum besseren Verständnis vergrößert dargestellt ist. Bei dieser optischen Anordnung hat die Kondensorlinse 1 eine symmetrische Leistungsverteilung gegenüber der optischen Achse Ix. Die die oberen Teile der auf den Liniensensoren 5 und 6 zu erzeugenden Bilder bestimmen­ den Lichtstrahlen entsprechen den Bereichen A und B außerhalb der Austrittspupille EP, wodurch eine Vignet­ tierung (Eklipse) eines Bildes infolge des Fehlens von Strahlen für die oberen Bildteile entsteht. Daher kann also ein Bild großer Höhe die Liniensensoren 5 und 6 nicht erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nach­ teil zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung anzugeben, die einen gegenüber der optischen Achse versetzten Erfassungsbereich hat, so daß die Scharfeinstellung des Objektivs auch bei Bil­ dern großer Höhe ohne Vignettierung genau erfaßt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Da bei einer Vorrichtung nach der Erfindung die Konden­ sorlinse eine asymmetrische Leistungsverteilung hat, können die aus der Austrittspupille des Objektivs aus­ tretenden Strahlenbündel in der gegenüber der optischen Achse des Objektivs verlagerten Erfassungszone empfan­ gen werden, wodurch das Vignettieren der Bilder auf den Bildaufnahmeelementen verhindert wird. Dadurch ist eine genaue Erfassung der Scharfeinstellung des Objektivs auf das Objekt möglich.

Vorzugsweise ist die asymmetrische Leistungsverteilung der Kondensorlinse derart, daß die Strahlenbündel auf die entsprechenden Liniensensoren unabhängig von der Bildhöhe in der vorbestimmten Scharfstellebene des Objektivs konvergiert werden.

Bei einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel hat die Kondensorlinse einen Teil hoher Brechkraft entsprechend einem oberen Bildteil in der vorbestimmten Scharfstell­ ebene des Objektivs und einen Teil geringer Brechkraft entsprechend einem unteren Bildteil in der Scharfstell­ ebene.

Der Teil hoher Brechkraft und der Teil geringer Brech­ kraft der Kondensorlinse können durch eine unterschied­ liche Formgebung oder unterschiedliches Material (z. B. mit unterschiedlichem Brechungsindex) realisiert wer­ den.

Eine Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung kann eine außerhalb der optischen Achse liegende ge­ meinsame Erfassungszone auf einer vorbestimmten Scharf­ stellebene eines Objektivs, eine Kondensorlinse zum Konvergieren zweier Strahlenbündel aus unterschiedli­ chen Teilen der Austrittspupille des Objektivs auf die gemeinsame Erfassungszone und Separatorlinsen zum Trennen der aus der Kondensorlinse austretenden Strah­ lenbündel sowie zum Erzeugen separater Bilder auf zwei Liniensensoren enthalten. Die Kondensorlinse hat dabei eine asymmetrische Leistungs- bzw. Brechkraftverteilung relativ zur optischen Achse, so daß die Strahlenbündel auf die Liniensensoren unabhängig von der Größe und der Position der Austrittspupille des Objektivs sowie von der Bildhöhe des Bildes in der vorbestimmten Scharf­ stellebene des Objektivs konzentriert werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann eine Vor­ richtung zum Erfassen der Scharfeinstellung eine Kon­ densorlinse, Separatorlinsen, ein optisches Abbildungs­ system zum Erzeugen separater Bilder eines Objektbildes in einer vorbestimmten Scharfstellebene sowie zwei Bildempfangselemente zum Erfassen einer relativen Ab­ weichung der separaten Bilder enthalten. Die Kondensor­ linse hat einen Teil hoher Brechkraft, der ein Strah­ lenbündel aus einem höheren Teil des Objektbildes auf der vorbestimmten Scharfstellebene empfängt, sowie einen Teil geringer Brechkraft, der ein Strahlenbündel aus einem unteren Teil des Objektbildes auf der vorbe­ stimmten Scharfstellebene empfängt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 das optische System einer Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung als Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer in Fig. 1 gezeigten Kondensorlinse mit einem Teil geringer Brechkraft,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2, je­ doch für einen Teil hoher Brechkraft,

Fig. 4 eine Anordnung der in Fig. 2 und 3 gezeigten Prinzipien mit einem Licht­ trennelement zwischen den Teilen der Kondensorlinse mit hoher und geringer Brechkraft,

Fig. 5 das optische System einer Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung als weiteres Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel ei­ ner Kondensorlinse und

Fig. 7 das optische System einer bekannten Vorrichtung zum Erfassen der Scharf­ einstellung.

In Fig. 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Vorrichtung erfaßt die Scharfeinstellung eines Objektivs auf ein Objekt, das in einer Erfassungszone steht, welche von der optischen Achse Ax des Objektivs versetzt ist. Die Scharfeinstel­ lung erfolgt in einer vorbestimmten Scharfstellebene 2. Die Vorrichtung enthält eine Kondensorlinse 10 und Separatorlinsen 3 und 4, die zusammen ein optisches Abbildungssystem darstellen, sowie zwei Liniensenso­ ren 5 und 6, die als Bildempfangselemente dienen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Liniensen­ soren 5 und 6 in radialer Richtung des Objektivs in einer Ebene quer zur optischen Achse Ax angeordnet.

Die Kondensorlinse 10 hat einen Teil 12 geringer Brech­ kraft, der ein Strahlenbündel aus der Austrittspupil­ le EP des Objektivs empfängt und einen unteren Teil des Bildes auf der Scharfstellebene 2 erzeugt. Die Konden­ sorlinse 10 hat auch einen Teil 11 hoher Brechtkraft, der ein Strahlenbündel von der Austrittspupille EP des Objektivs empfängt und einen oberen Bildteil erzeugt.

Die Teile der separaten Bilder auf den Liniensensoren 5 und 6, die dem unteren Teil des Bildes auf der Scharf­ stellebene 2 entsprechen, werden durch das über den Teil 12 geringer Brechkraft der Kondensorlinse 10 aus den Abschnitten A′ und B′ der Austrittspupille EP ge­ leitete Strahlenbündel erzeugt. Ähnlich werden die Tei­ le der separaten Bilder auf den Liniensensoren 5 und 6, die dem oberen Teil des Bildes auf der Scharfstell­ ebene 2 entsprechen, durch das über den Teil 11 hoher Brechkraft der Kondensorlinse 10 aus den Bereichen C und D der Austrittspupille EP des Objektivs geleitete Strahlenbündel erzeugt.

Fig. 2 und 3 zeigen die Lichtbrechung mit dem Teil 12 geringer Brechkraft und dem Teil 11 hoher Brechkraft der Kondensorlinse 10. Das dem unteren Teil des Objekt­ bildes I entsprechende Strahlenbündel wird mit dem Teil 12 geringer Brechkraft leicht gebrochen und dann auf den Liniensensoren 5 und 6 über die Separatorlin­ sen 3 und 4 abgebildet. Das dem oberen Teil des Objekt­ bildes I entsprechende Strahlenbündel wird durch den Teil 11 hoher Brechkraft stärker gebrochen und dann auf den Liniensensoren 5 und 6 über die Separatorlinsen 3 und 4 abgebildet.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, er­ möglicht die asymmetrische Brechkraftverteilung der Kondensorlinse 10 gegenüber der optischen Achse die Erzeugung genauer separater Bilder auf den Liniensen­ soren 5 und 6 ohne Vignettierung im Gegensatz zu dem bisher bekannten Prinzip.

Hätte die Kondensorlinse 10 eine gleichmäßige Brech­ kraftverteilung entsprechend dem Teil 11 hoher Brech­ kraft, so müßten die Strahlenbündel aus den Bereichen A und B (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt) außerhalb der Austrittspupille EP kommen, um die unteren Teile der Bilder auf den Liniensensoren 5 und 6 zu erzeugen. Es wäre also unmöglich, die Strahlenbündel aus den äußeren Bereichen A und B zu erhalten, ohne die Austrittspupil­ le EP zu vergrößern. Dies ist jedoch nicht praktisch. Somit werden die Bilder auf den Liniensensoren 5 und 6, wie vorstehend anhand der Fig. 7 beschrieben, teilweise abgedunkelt.

Die Ausgangssignale der Liniensensoren 5 und 6 werden einem Signalprozessor 50 und einer Rechensteuerschal­ tung 51 zugeführt, die die Positionsbeziehung der sepa­ raten Bilder berechnet und dadurch den Betrag der Fehl­ einstellung auf das Objekt erfaßt. Die Rechensteuer­ schaltung 51 steuert einen Motor 52 an, der in einem Kameragehäuse B sitzt und einen Scharfstellmechanis­ mus 54 des Objektivs L über eine Kupplung 53 betätigt, so daß eine Scharfstellinse 55 in Richtung der opti­ schen Achse bewegt wird.

Die Kondensorlinse 10, die eine asymmetrische Lei­ stungsverteilung gegenüber der optischen Achse hat, kann durch Verkleben zweier Linsen realisiert werden, die unterschiedliche Formen haben. Es kann auch eine einzelne Kunststofflinse mit asymmetrischer Form vor­ gesehen sein.

Fig. 4 zeigt das Beispiel einer Kondensorlinse 10A mit einem Teil 11 hoher Brechkraft, einem Teil 12 geringer Brechkraft und einem Lichtabschirmteil 13 zwischen bei­ den. Der Lichtabschirmteil 13 verhindert eine optische Unregelmäßigkeit an dem Übergang zwischen dem Teil 11 hoher Brechkraft und dem Teil 12 geringer Brechkraft sowie den Einfall schädlichen Lichtes auf die Linien­ sensoren 5 und 6.

Alternativ kann anstelle des Lichtabschirmteils 13 auch ein Steuersystem vorgesehen sein, in dem die elektri­ schen Signale von Zwischenabschnitten 5c und 6c (Fig. 2 und 3) der Liniensensoren 5 und 6, auf die Strahlenbündel von dem Übergang zwischen den Teilen 11 und 12 der Kondensorlinse 10 fallen, nicht für die Rechnung in dem Signalprozessor oder der Rechensteuer­ schaltung 51 genutzt werden. Ferner ist es möglich, Licht abzuschirmen, das auf die Zwischenabschnitte 5c und 6c der Liniensensoren 5 und 6 fallen könnte.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung. Hier­ bei sind eine axiale Erfassungsvorrichtung 30 mit einer Erfassungszone 30A auf der optischen Achse Ax und eine außeraxiale Erfassungsvorrichtung 40 mit einer Erfas­ sungszone 40A außerhalb der optischen Achse Ax vorge­ sehen.

Die axiale Erfassungsvorrichtung 30 hat eine Kondensor­ linse 20 mit symmetrischer Brechkraftverteilung relativ zur optischen Achse, zwei Separatorlinsen 21 und 22 und zwei Liniensensoren 23 und 24. Die axiale Erfassungs­ vorrichtung 30 erfaßt die Scharfeinstellung des Objek­ tivs auf ein Objektbild innerhalb der Erfassungszone 30A. Diese liegt in der Scharfstellebene.

Die außeraxiale Erfassungsvorrichtung 30 hat eine Kon­ densorlinse 10 ähnlich der Kondensorlinse 20, die aber eine asymmetrische Brechkraftverteilung hat, wie in Fig. 1 gezeigt. Ferner sind zwei Separatorlinsen 3 und 4, zwei Liniensensoren 5 und 6 und ein Prisma 15 vorge­ sehen, das der Austrittspupille EP näher liegt als die Kondensorlinse 10, um die Scharfeinstellung des Objek­ tivs auf ein Objektbild innerhalb der Erfassungszo­ ne 40A auf der Scharfstellebene zu erfassen.

Die Liniensensoren 5 und 6 sind parallel zur Richtung Y in einer Ebene quer zur optischen Achse Ax des Objek­ tivs angeordnet. Die Mitten der Liniensensoren 5 und 6 weichen von dem Schnittpunkt O der Achsen Y und Z in den Richtungen Y und Z ab. Entsprechend werden die Strahlenbündel mit dem Prisma 15 in Richtung Z abge­ lenkt und dann durch die Kondensorlinse 10 in Rich­ tung Y abhängig von der Bildhöhe geleitet, so daß die Strahlenbündel aus der Austrittspupille EP auf die Liniensensoren 5 und 6 fallen und separate Bilder des außeraxialen Objekts erzeugen.

Die Funktion der asymmetrischen Kondensorlinse 10 in Fig. 5 entspricht derjenigen der asymmetrischen Konden­ sorlinse 10 in Fig. 1.

Wenn mehrere Vorrichtungen zum Erfassen der Scharfein­ stellung vorgesehen sind, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, so kann eine automatische Scharfstellvorrichtung einer Kamera im allgemeinen eine von ihnen entsprechend einer Vorgabe durch den Benutzer oder durch eine in der Kame­ ra enthaltene Auswertevorrichtung wählen, so daß das Objektiv entsprechend dieser Wahl eingestellt wird.

Abweichend von der Realisierung der asymmetrischen Brechkraftverteilung der Kondensorlinse durch eine Formänderung kann die Linse auch aus unterschiedlichen optischen Materialien bestehen, die unterschiedliche Brechungsindizes haben. Fig. 6 zeigt das Beispiel einer Kondensorlinse 10B, die aus solchen unterschiedlichen Materialien besteht. Sie hat einen Teil 11B hoher Brechkraft aus einem Material mit hohem Brechungsindex und einen Teil 12B geringer Brechkraft aus einem Mate­ rial mit geringem Brechungsindex. Die Teile 11B und 12B sind miteinander durch eine Klebeschicht oder eine Lichtabschirmschicht 13B verbunden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zwei separate Liniensensoren 5 und 6 vorgesehen. Es kann jedoch auch ein einzelner Liniensensor mit zwei Sensorabschnitten vorgesehen sein.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Scharfeinstellung eines Objektivs, bei der zwei Strahlenbündel, die aus unterschiedlichen Teilen der Austrittspupille des Objektivs stammen, über eine ihnen gemeinsame Erfassungszone auf einer vorbestimmten Scharf­ stellebene des Objektivs geleitet und dann über eine Kondensorlinse auf Liniensensoren geleitet werden, wobei Separatorlinsen separate Bilder eines in der Scharfstellebene erzeugten Objekt­ bildes erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungszone gegenüber der optischen Achse des Objektivs versetzt ist, und daß die Kondensorlinse eine asymmetrische Brechkraftverteilung gegenüber ihrer optischen Achse hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die asymmetrische Brechkraftverteilung der Kondensorlinse derart vorgesehen ist, daß die Strahlenbündel unabhängig von der Bildhöhe in der Scharfstellebene des Objektivs auf die Liniensen­ soren geleitet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kondensorlinse einen Teil hoher Brechkraft entsprechend einem oberen Bild­ teil in der Scharfstellebene und einen Teil ge­ ringer Brechkraft entsprechend einem unteren Bild­ teil in der Scharfstellebene hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kondensorlinse separat geformte Teile mit hoher bzw. geringer Brechkraft hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die separaten Teile der Konden­ sorlinse aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse zwi­ schen ihren beiden Teilen einen Lichtabschirmteil hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Anordnung zum Ab­ schirmen von Licht, das durch den Bereich zwischen den beiden Teilen der Kondensorlinse fällt, gegen­ über den entsprechenden Abschnitten der Liniensen­ soren vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß Mittel zum Sperren der Ausgangssignale aus solchen Abschnitten der Linien­ sensoren vorgesehen sind, auf die Licht fällt, das über den Übergangsbereich zwischen den beiden Tei­ len der Kondensorlinse geleitet wird.