NL8201070A - Stelsel voor automatische focussering van een beeldopneemlens. - Google Patents

Description

C/Ca/eh/1384

Stelsel voor automatische focussering van een beeldopneemlens.

De uitvinding heeft betrekking op een stelsel voor automatische focussering van een beeldopneemlens, en meer in het bijzonder een beeldopneemlens van een met een lenzenstelsel van het "zoom"-type uitgeruste televisiecamera.

5 In het Amerikaanse octrooischrift 3.442.193 is een televisiecamera beschreven, waarbij de focusseringstoe-stand wordt gedetecteerd en op een beeldzoeker wordt zichtbaar gemaakt. Voorts is een stelsel voor automatische focussering van een camera bekend, waarbij de focussering plaats-10 vindt op basis van een dergelijke detectie van de focusserings-toestand.

Fig. 1 van de bijbehorende tekening toont sche-” matisch een dergelijk stelsel van gebruikelijk type voor au tomatische focussering van een beeldopneemlens.

15 Zoals fig. 1 laat zien, behoren tot het stelsel een beeldopneemlens of cameralens 1 en een focusseringsscherm 2. Aan de beeldopneemlens 1 is een focusbijregelmechanisme toegevoegd, dat wordt bekrachtigd door middel van een aan-drijforgaan 3. Voorts zijn een voor meting van de afstand tus-20 sen een op te nemen voorwerp en het cameralichaam samenwerkende lichtbron 4 en lichtontvanger 5 aanwezig. De lichtbron 4 richt bijvoorbeeld een infrarode stralingsbundel naar de optische as van de beeldopneemlens 1, terwijl de lichtontvangstrichting van de lichtontvanger 5 wordt gewijzigd binnen een vlak, dat 25 gaat door de van de lichtbron 4 afkomstige stralingsbundel en door de optische as van de beeldopneemlens 1, zodat de van de lichtbron 4 afkomstige stralingsbundel een op te nemen voorwerp 6 treft, daaraan weerkaatst en door de lichtontvanger 5 wordt gedetecteerd. Het détectie-uitgangssignaal 30 van de lichtontvanger 5 wordt toegevoerd aan een signaalbe-werkingsschakeling 7 voor meting van de afstand.

Het voorgaande wil zeggen, dat bij de afstands-meting zodanig te werk gegaan wordt, dat de lichtbron 4 door het uitgangssignaal van de signaalbewerkingseenheid 7 wordt 35 bestuurd, terwijl de ontvangstrichting van de lichtontvanger 5 geleidelijk van evenwijdig aan de optische as van de beeld- 8201070 · ? * , - 2 - opneemlens 1 meer naar binnen wordt verplaatst, zoals met de pijl P in fig. 1 is aangeduid. Wanneer de aan het voorwerp 6 weerkaatste lichtbundel door de lichtontvanger 6 wordt gedetecteerd, wordt het van de hoek van de lichtontvangst-5 richting afhankelijke detectie-uitgangssignaal van de lichtontvanger 5 aan de signaalbewerkingseenheid 7.toegevoerd voor berekening van de afstand van het cameralichaam tot het voorwerp 6.

Een de gemeten afstand weergevend signaal wordt 10 door de signaalbewerkingseenheid 7 aan het aandrijforgaan 3 toegevoerd voor bijregeling van de brandpuntsafstand van de lens 1.

, Zoals fig. 1 voorts laat zien, is aan de beeld- opneemlens 1 een lenzenstelsel 8 van het "zoom,,-type toegevoegd.

15 Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm van een automatisch focusseringsstelsel van bekend type bestaat dit lenzenstelsel 8 uit een concave lens 8a en een convexe lens 8b; het stelsel krijgt het karakter van een telelens wanneer de concave lens 8a nabij de convexe lens 8b wordt gebracht, doch het karakter van 20 een groothoeklens wanneer de concave lens 8a van. de convexe lens 8b wordt verwijderd. De focusbijregeling van de beeldopneemlens 1 vindt: plaats door een heen- en weergaande beweging van een tot de lens 1 behorende, beweegbare convexe lens la; tot de beeldopneemlens 1 behoort bovendien een vaste convexe 25 lens lb. In fig. 1 heeft de letter W betrekking op het gebied, waarbinnen de van hét voorwerp 6 afkomstige lichtflux ingeval van groothoekopnarae invalt, en heeft de letter T betrekking op het gebied van lichtfluxinval ingeval van telelensopname.

Bij het hier beschreven automatische focusse-30 ringsstelsel van bekend type zijn de beeldopneemlens 1 en het uit de lichtbron 4 en de lichtontvanger 5 voor afstandsmeting bestaande stelsel onafhankelijk van elkaar uitgevoerd; dit heeft tot gevolg, dat wanneer het'optische waarnemingsveld van de beeldopneemlens 1 door "zoom"-werking van dat voor telelens-35 opname in ddt voor groothoeklensopname wordt gewijzigd, geen verandering optreedt in het gebied S van de door de lichtbron _____^ 8201070 - 3 - . » ... ? * 4 afgegeven stralingsbundel, respectievelijk lichtflux. Dit zal nader worden uitgewerkt aan de hand van de fig. 2A-2C.

Fig. 2A heeft betrekking op het geval, waarin het lenzenstelsel van het "zoom"-type als normale standaard-5 lens wordt gebruikt. Het voorwerp 6, dat op de beeldzoeker F van de camera zichtbaar wordt, heeft dan de gedaante volgens fig. 2A; daarbij wordt aangenomen, dat het gebied S, waarbinnen de van het voorwerp 6 afkomstige lichtflux invalt op de beeldzoeker F zichtbaar wordt als het door de gebroken lijn D 10 begrensde gebied.

Fig. 2B heeft betrekking op het geval, waarin het "zoom”-lenzenstelsel als telelens werkt, waarbij het voorwerp 6 vergroot wordt waargenomen, zoals fig. 2B laat zien.

Hoewel het gebied S, waarbinnen de van het voorwerp afkomstige 15 lichtflux invalt, door het binnen de gebroken lijn D liggende gebied blijft weergegeven, zal het afstandsmeetgebied noodzakelijkerwijze groter worden en bijna het gehele door de gebroken lijn D' begrensde gebied bestrijken, daar het via de beeldzoeker F waargenomen voorwerp 6 eveneens is vergroot.

20 Fig. 2C heeft betrekking op het geval, waarin het "zoom”-lenzenstelsel als groothoeklens dient, waarbij het via de beeldzoeker F waargenomen voorwerp is verkleind en het met het in. fig. 2C door de gebroken lijn D" begrensde gebied overeenkomende afstandsmeetgebied betrekkelijk klein geworden is.

25 Zoals uit het voorgaande blijkt, zal bij toe passing van het "zoom"-lenzenstelsel het schijnbare afstandsmeetgebied, dat volgens de fig. 2A-2C als het respectievelijk door de gebroken lijn D, D' en D" begrensde gebied in de beeldzoeker F naar voren. komt,, variëren. Hoewel daarbij een verande-30 ring van het afstandsgebied van D naar D' en D" ten opzichte van het waarnemingsraster van de beeldzoeker F optreedt, wordt een dergelijke verandering echter niet zichtbaar via de beeldzoeker F, zodat niet werkelijk bekend is of de camera nauwkeurig op het voorwerp 6 is gefocusseerd.

35 De bedieningspersoon zal in dergelijke gevallen

de neiging hebben om aan te nemen, dat het afstandsmeetgebied een vaste waarde heeft, weergegeven door de gebroken D in fig. 2A

8201070 ' . t- .

- 4 - (en in fig. 2B en fig. 2C). Dit heeft tot gevolg, dat bij toepassing van het "zoom"-lenzenstelsel als bijvoorbeeld telelens het gevaar bestaat, dat indien zich tussen de af-standsgebieden D en D' nog een ander voorwerp dan het voor-5 werp 6 bevindt, bijvoorbeeld vóór of achter het voorwerp 6, de focusbijregeling, zelfs wanneer het voorwerp 6 in de beeld-zoeker P binnen de gebroken lijn D in fig. 2B wordt waargenomen, op een respectievelijk vóór of achter het voorwerp 6 gelegen punt wordt geconcentreerd. Dit heeft dan tot ge-10 volg, dat wanneer een opname van een voorwerp met een ronde vorm, zoals een menselijke figuur, wordt genomen, de focus-seringsbijregeling waarschijnlijk wel enigszins rondom, respectievelijk in de omgeving van, een op te nemen detail van ’ het waargenomen voorwerp,'doch niet op het detail zelf plaats- 15 vindt. Bij toepassing van het ''zoom"-lenzenstelsel als groothoeklens bestaat, zelfs indien het voorwerp 6 in de beeldzoeker F binnen de gebroken lijn D volgens fig. 2C wordt waargenomen, het gevaar, dat de focusbijregeling niet correct plaatsvindt wanneer het voorwerp 6 zich buiten de buitenste gebroken lijn 20 D" bevindt.

Daarbij wordt opgemerkt, dat bij toepassing van het lenzenstelsel als telelens, dat wil zeggen bij een geringe diepte van het waarnemingsveld, nauwkeurige focusbijregeling. noodzakelijk is. Ingeval van toepassing als groothoeklens is 25 het daarentegen toelaatbaar, dat een enigszins grove, niet geheel nauwkeurige focusbijregeling tot stand komt, aangezien de diepte van het waamemingsvels betrekkelijk groot wordt.

Dit wil zeggen, dat bij een automatisch focusseringsstelsel van het hiervoor beschreven, bekende type de nauwkeurigheid 30 van de afstandsmeting in het bijzonder twijfelachtig wordt wanneer het "zoom”-lenzenstelsel als telelens wordt gebruikt; in de praktijk vereist echter een telelensopname een zeer nauwkeurig focusbijregeling.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel, 35 hierin verbetering te brengen en een stelsel voor automatische focussering te verschaffen, waarbij de hiervoor genoemde nadelen zich niet voordoen.

8201070 - * ·; * - 5 -

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een stelsel voor automatische focussering van een beeldopneemlens, dat niet alleen een eenvoudige constructie heeft, doch bovendien de hiervoor beschreven variaties van het 5 afstandsmeetgebied onmogelijk maakt.

Daartoe verschaft de uitvinding een stelsel voor aut anatische focussering van een beeldopneemlens, welke is uitgeruste met een lenzenstelsel van het "zoom"-type en met een voor afstandsmeting samenwerkende lichtbron en licht-10 ontvanger, waarbij aan de beeldopneemlens een focusbijregel-mechanisme is toegevoegd. Volgens de uitvinding wordt bij een dergelijk stelsel het focusbijregelmechanisme bekrachtigd door het detectie-uitgangssignaal van de lichtontvanger, en * bevindt zich hetzij de lichtbron, hetzij de lichtontvanger, 15 voor de afstandsmeting achter het lenzenstelsel van het "zoom"-type binnen de beeldopneemlens.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening van een uitvoeringsvoorbeeld, waartoe de uitvinding 20 zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: fig. 1 een schematische weergave van de uitvoering van een stelsel van bekend type voor automatische focussering, fig. 2A-2C enige schematische weergaven ter 25 verduidelijking van de werking van het bekende stelsel volgens fig. I, fig. 3 een schematische weergave van de uitvoering van een stelsel volgens de uitvinding voor automatische focussering, en 30 fig. 4A en 4B enige schematische weergaven ter verduidelijking van het effect, dat door middel van het automatische focusseringsstelsel volgens de uitvinding kan worden verkregen.

Zoals fig. 3 laat zien, is bij het daarin sche-35 matisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van een automatisch focusseringsstelsel volgens de uitvinding een half doorlatende spiegel 9 onder een hoek van 45° ten opzichte van de optische 8201070 ï - ? - - 6 - as tussen het lenzenstelsel 8 van het "zoom”-type en de convexe lens lb van de beeldopneemlens I aangebracht. De voor afstandsmeting dienende lichtontvanger 5 is aangebracht op een plaats, waar de optische as van de beeldopneemlens 1 door 5 de halfdoorlatende spiegel wordt afgebeeld. De voor afstandsmeting dienende lichtbron 4 bevindt zich op de plaats, waar zich bij het bekende stelsel volgens fig. 1 de lichtontvanger 5 bevindt. De richting van de door de lichtbron 4 afgegeven bestralingsbundel kan bewegen door een vlak, dat door de op-10 tische as van de beeldopneemlens 1 gaat.'

Bij een dergelijk automatisch focusserings-stelsel volgens de uitvinding geschiedt de afstandsmeting op de volgende wijze. Wanneer afstandsmeting dient plaats te hebben, wordt de lichtbron 4 bekrachtigd door middel van het 15 uitgangssignaal van de signaalbewerkingseenheid 7, zodanig, dat de stralingsrichting van de door de lichtbron afgegeven bundel geleidelijk verandert van evenwijdig aan de optische as van de beeldopneemlens 1 naar een meer centrale richting, zoals «me't de pijl P in fig. 3 is aangeduid. Wanneer de door 20 het voorwerp 6 weerkaatste lichtbundel in de convexe lens la terecht komt, wordt hij door het lenzenstelsel 8 van het "zoom"-type doorgelaten en door de half doorlatende spiegel weerkaatst naar da lichtontvanger 5, waarvan het van de richting van de door de lichtbron 4 afgegeven stralingsbundel afhanke-25 lijke detectie-uitgangssignaal aan de signaalbewerkingseenheid 7 wordt toegevoerd voor berekening van de afstand tussen het cameralichaam en het voorwerp 6.

Bij een dergelijk stelsel volgens de uitvinding bevindt de lichtontvanger 5 zich achter het lenzenstelsel 8 30 van het "zoom”-type, zodat het afstandsmeetgebied van het door de lichtontvanger 5 ontvangen licht steeds een zelfde waarde heeft, respectievelijk de door de "zoom"-werking van het lenzenstelsel 8 teweeg gebrachte gebiedsvergroting of -verkleining volgt, hetgeen tot een waarnemingsbeeld van con-35 stante= waarde bij waarneming via de beeldzoeker F leidt, zodat het voorwerp 6 zonder moeilijkheden kan worden waargenomen. Zoals fig. 3 laat zien, vindt de afstandsmeting ingeval van 8201070 V ί - 7 - gebruik van het lenzenstelsel 8 als telelens plaats binnen het in fig. 3 door de gebroken pijl T begrensde gebied, terwijl de afstandsmeting ingeval van gebruik van het lensen-stelsel 8 als groothoeklens plaatsvindt in het door de ge-5 broken pijl W begrensde gebied. In het eerstgenoemde geval, gebruik van het lensenstelsel 8 als telelens, geschiedt de afstandsmeting met een hogere nauwkeurigheid dan ingeval van gebruik van het lensenstelsel 8 als groothoeklens. Dit is het gevolg van het feit, dat bij gebruik als groothoeklens 10 de brandpuntspositie van het aan alle gebieden van het voorwerp 6 weerkaatste licht aanzienlijk beweegt binnen het gebied in fig. 3, zodat een aanzienlijke spreiding in de brandpuntspositie.optreedt. Daarentegen is het weerkaatsings-* oppervlak van het voorwerp 6 bij waarneming via het als tele- 15 lens functionerende lenzenstelsel 8 zeer klein, zodat de brandpuntspositie slechts binnen het gebied LT in fig. 3 beweegt. De nauwkeurigheid van de focussering wordt derhalve bij een telelensopname aanzienlijk meer verbeterd dan bij . een groothoeklensopnarae.

20 Dit verschaft de mogelijkheid tot een nauwkeurige afstandsmeting en overeenkomstige focussering van de beeldop-neemlens 1. Aangezien bij het hier beschreven uitvoerings-voorbeeld van een focusseringsstelsel volgens de uitvinding het in de beeldzoker F waargenomen afstandsmeetgebied zich 25 niet wijzigt bij overgang van telelenswaarneming naar groot-hoeklanswaameming, zoals bij de eerder beschreven uitvoeringsvorm van bekend type wel het geval is, is de mogelijkheid uitgesloten, dat een gebruiker onjuist met de automatische focussering omgaat. Zoals reeds is opgemerkt verschaft de veel 30 nauwkeuriger geworden afstandsmeting bij telelensopname de mogelijkheid, onder alle omstandigheden een goede focussering te verkrijgen.

Bij het aan de hand van fig. 1 beschreven fo-cusseringsstelsel van bekend type bestaat het risico, dat een 35 fout in de afstandsmeting in het bijzonder zal optreden wanneer een betrekkelijk korte afstand wordt gemeten? dit is het gevolg van het feit, dat de door de lichtbron 4 afgegeven stra- 8201070 1 - ί - w - 8 - lingsbundel zich op een betrekkelijk grote afstand tot de optische as van de beeldopneemlens 1 bevindt. Bij het in fig. 3 weergegeven, automatische focusseringsstelsel volgens de uitvinding is de lichtontvanger zodanig aangebracht (afbeelding 5 van de optische as door de half doorlatende spiegel 9 in de lichtontvanger 5)dat hij het door deze optische as van de beeldopneemlens 1 gaande licht ontvangt; daardoor bestaat niet het hiervoor genoemde risico, dat een ongewenste fout in de afstandsmeting optreedt. Dit zal in het bijzonder worden 10 toegelicht aan de hand van de fig. 4A en 4B, welke de aanwezigheid of afwezigheid van zogenaamde "parellax"-verschijn-selen tijdens afstandsmeting respectievelijk voor een bekend focusseringsstelsel en voor een stelsel volgens de uitvinding illustreren.

15 In de fig 1. 4A en 4B heeft het verwijzingsgetal 10 betrekking op het cameralichaam. Zoals fig. 4A laat zien, heeft het feit, dat de richting van de door de lichtbron 4 afgegeven, infrarode stralingsbundel bij het focusseringsstelsel van bekend type een onveranderlijke richting is, tot 20 gevolg, dat de door de van de lichtbron 4 .afkomstige stralingsbundel belichte gebieden Sv, S.,, S„ respectievelijk ten op-zichte van hun·bijbehorende voorwerpen X, Y en Z zijn verplaatst in afhankelijkheid van de respectieve afstanden van deze voorwerpen X, Y en Z tot het cameralichaam 10. Als gevolg 25 daarvan zal de sterkte van de door de lichtontvanger 5 gedetecteerde lichtflux veranderen met de genoemde afstand van de voorwerpen X, Y en Z tot het cameralichaam 10, waaruit een fout in de afstandsmeting resulteert. Fig. 4B toont dezelfde situatie voor een automatisch focusseringsstelsel volgens de 30 uitvinding, waarbij de lichtbron 12 en de lichtontvanger 11 met de respectievelijke lichtbron 4 en lichtontvanger 5 van de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 van plaats'zijn verwisseld. In het geval van fig. 4B belicht de infrarode stralingsbundel van een in het cameralichaam 10 ingebouwde lichtbron 12 de 35 respectieve voorwerpen X, Y en Z via een spiegel 13. Daarbij zullen de belichte gebieden Sv, S._ en S steeds met hun res- X Y z pectievelijk bijbehorende voorwerp X, Y en Z geheel samenvallen, 8201070 , - - c * S- * - 9 - onafhankelijk van de respectieve afstanden van deze voorwerpen tot het cameralichaam 10, zodat geen parellax-ver-schijnselen optreden.

Het feit, dat bij een automatisch, focusserings-5 stelsel van bekend type volgens fig. 1 behalve een beeldop-neeralens 1 een afzonderlijke lichtbron 4 en een afzonderlijke lichtontvanger 5 dienen te worden toegepast, leidt tot ongewenste beperkingen bij het ontwerp van een automatisch fo-cusseringsstelsel van dit bekende type. Bij het automatische 10 focusseringsstelsel volgens de onderhavige uitvinding behoeft naast de beeldopneemlens 1 slechts de enkele lichtbron 4 als onafhankelijke component te worden toegepast',: hetgeen tot een aanzienlijke vermindering, van de bij het ontwerp - in acht te nemen beperkingen leidt.

15 Bij het automatische focusseringsstelsel volgens de onderhavige uitvinding wordt de halfdoorlatende spiegel 9 gevormd door een dichromatische spiegel, welke de infrarode stralingsbundel naar de lichtontvanger 5 kaatst en bovendien het zichbare licht naar een niet in de tekening 20 weergegeven afbeeldscherm van de beeldopneembuis doorlaat.

De uitvinding verschaft derhalve de mogelijkheid van afstandsmeting zonder toepassing van een speciaal infrarood filter (cut filter), dat gewoonlijk vóór de beeldopneemlens dient te worden aangebracht.

25 Hoewel bij de hiervoor beschreven uitvoerings vorm van de uitvinding relatieve rotatie van de lichtbron of de lichtontvanger voor meting van de afstand van het cameralichaam tot een op te nemen voorwerp wordt toegepast, beperkt de uitvinding zich daartoe niet. Zo is het bijvoorbeeld 30 ook mogelijk, dat noch de lichtbron, noch de lichtontvanger roteren, doch in plaats daarvan vast zijn aangebracht, waarbij eenvoudig twee lichtontvangers parallel aan elkaar worden toegepast, zodanig, dat de virtuele rotatiehoek van de lichtbron wordt afgeleid uit de verhouding tussen de uitgangs-35 signalen van deze beide lichtontvangers bij detectie van het brandpunt.

£2 o ^ Q 7 0 üiteraard is het ook mogelijk, dat de licht-

* Λ* I' V

- 10 - bron 4 en de lichtontvanger 5 volgens fig. 4B van plaats verwisselen, waarbij de lichtbron 4 binnen de beeldopneemlens 1 wordt aangebracht.

De uitvinding beperkt zich derhalve niét tot 5 de in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvorm; ‘verschillende wijzigingen kunnen in de beschreven componenten en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden.

T

8201070

Claims (6)

1. Stelsel voor automatische focussering van een beeldopneemlens, welke is uitgerust met een lenzenstelsel van het "zoom"-type, waarbij aan het stelsel een voor afstandsmeting samenwerkende lichtbron en lichtont- 5 vanger zijn toegevoegd, terwijl aan de beeldopneembuis een focusbijregelmechanisme is toegevoegd, dat met het, de hoek van de door de lichtbron afgegeven lichtbundel ingeval van weerkaatsing daardoor aan een voorwerp overeenkomende uitgangssignaal· van de lichtontvanger wordt bestuurd, met het 10 kenmerk, dat hetzij de voor afstandsmeting dienende lichtbron, hetzij de voor afstandsmeting daarmede samenwerkende lichtontvanger, achter het lenzenstelsel van het "zoom"-type binnen de beeldopneemlens is opgenomen.

2. Stelsel volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de beeldopneembuis onderdeel van hèt stelsel vormt.

3. Stelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lichtontvanger en/of de lichtbron roteerbaar zijn aangebracht. 20

4„ Stelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de lichtbron een infrarode stralingsbundel af-geeft en dat de beeldopneemlens een spiegel voor weerkaatsing van een gedeelte van de infrarode straling voor afleiding daarvan bevat.

5. Automatisch focusseringsstelsel voor een camera, waarbij door een binnen de camera aangebrachte lichtbron een lichtbundel op een voorwerp wordt gericht, een gedeelte van de lichtbundel door het voorwerp· naar de camera wordt weerkaatst en de hoek tussen de door de lichtbron afgegeven 30 stralingsbundel en het door het voorwerp weerkaatste licht-bundelgedeelte wordt gedetecteerd en wordt omgezet in een mechanische verplaatsing van een optische component van de camera, met het kenmerk, dat de omzetting als functie van de afstand van de camera tot het weerkaatsende voorwerp geschiedt. 8201070 ‘ ·» t V - 12—

6. Fotocamera met een lenzenstelsel van het ,'zoom"-type, dat tenminste ëén voor verplaatsing langs·, de optische as van het.stelsel geschikte lens voor wijziging van de effectieve brandpuntsafstand van het lenzenstelsel bevat, 5 gekenmerkt door automatische focusseringsmiddelen voor automatische bijregeling van de effectieve brandpuntsafstand van het lenzenstelsel van het "zoom"-type voor scherpe focussering; daarvan. % 8201070