DE2126178A1

DE2126178A1 - Fokussieremrichtung

Info

Publication number: DE2126178A1
Application number: DE19712126178
Authority: DE
Inventors: Kazuya Kawasaki Kanagawa Matsumoto Senchi Tokio Hosoe, (Japan)
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1970-05-27
Filing date: 1971-05-26
Publication date: 1971-12-09
Also published as: FR2096760A1; FR2096760B1; GB1354030A; DE2126178B2; DE2126178C3

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH _8O34 unterpfaffenhofen _c .

BLUMENSTRASSE S ^O . MaX 1971

PATENTANWALT E/G/Ex

TELEFONt(MuNCHEN) 84 36 38

TELEGRAMMADRESSE: PATENDLICH MÜNCHEN

CABLE ADDRESS: PATENDLICH MUNICH

Meine Akte: C-284o

Anmelder: Canon Kabushiki Kaisha

No. 3o-2, 3-chome, Shimomaruko, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Fokussierexnrxchtung

Die Erfindung betrifft eine Fokussiereinrichtung zur automatischen Fokussierung eines optischen Systems, insbesondere für eine Kamera, wobei die Fokussierung durch das Ausgangssignal eines lichtelektrischen Empfängers erfolgen soll, welcher einen Lichtstrom von einer in dem System angeordneten Lichtquelle empfängt, der von dem Objekt reflektiert wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur schnellen Einstellung eines optischen Systems auf eine unendliche Entfernung, oder auf eine über die Brennweite hinausgehende Entfernung, falls ein Objekt sehr weit von dem System entfernt ist, oder wenn die von einem Objekt reflektierte Lichtmenge, die den Emfpänger erreicht, aus irgend einem Grunde so gering ist, daß die Grenze der Nachweismöglichkeit für die Fokussierung des Systems überschritten wird, sowie ein Verfahren unter Verwendung eines besonderen Empfängersystems und eines Projektionssystems in einer solchen Weise, daß die von dem Objekt reflektierte Strahlung auf den Empfänger in einer geeigneten Weise auffallen soll.

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Es wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, bei denen die Fokussierung durch den Lichtstrom erfolgt, der von einer Lichtquelle in einem Gerät ausgeht und der durch das Aufnahmeobjekt reflektiert wird. Wenn jedoch ein derartiges System Verwendung findet, ändert sich die auf den Empfänger auffallende Lichtmenge innerhalb eines sehr großen Bereichs durch die Differenz des Abstands zu einem Objekt oder dessen Brechungsindex. Deshalb ist ein sehr großer Arbeitsbereich einer elektronischen Schaltung erforderlich, so daß die Funktion des gesamten Systems instabil werden und beträchtliche Schwierigkeiten auftreten können. Durch die Erfindung soll deshalb ein Verfahren zur Steuerung der Empfindlichkeit des Systems entsprechend der Menge des auf den Empfänger auffallenden Lichts angegeben werden, wobei gleichzeitig ermöglicht werden soll, die Energie der Lichtmenge für die Fokussierung wirksam auszunutzen, um die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden und die Fokussierung zu vereinfachen. Deshalb soll dieEmpfindlichkeit bei der Fokussierung erfindungsgemäß verbessert werden, indem das System so ausgebildet wird, daß der auf den Empfänger auffallende Lichtstrom ein linearer Lichtstrom ist, dessen Querschnitt eine praktisch geschlossene Umhüllende hat, wobei eine Achse beträchtlich länger als die andere ist. Wegen der Abhängigkeit von dem Zustand eines Objekts wird jedoch die automatische Fokussierung des Systems in vielen Fällen unmöglich, weshalb andererseits das optische System schnell in einer geeigneten Lage eingestellt werden soll, welche vorherbestimmt wurde, damit eine derartige Einstellung der Lage eines optischen Systems gewährleistet ist, die in jedem Falle zufriedenstellend ist.

Wenn ein Objekt aus vilen Blättern und feinen Linien zusammengesetzt ist, ist das auf den Empfänger auffallende Lichtbündel mitunter für die Fokussierung ungeeignet, weshalb eine Zylinderlinse Verwendung finden soll, die das Bild in einer linearen Richtung zu der Stirnfläche des Empfängers verändert, um den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden.

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Bei der Erfindung findet neben einem derartigen Verfahren unter Verwendung einer Linearisiereinrichtung in dem System des Empfängers, um den auf den Empfänger auffallenden Lichtstrom in einer Richtung zu sammeln, beispielsweise durch Verwendung einer Zylinderlinse in dem optischen Systems des Empfängers, zum Zwecke der Erhöhung der Empfindlichkeit eine Linearisierung des auf den Empfänger auftretenden Lichtstroms Verwendung, dessen Querschnitt eine praktisch geschlossene Umhüllende hat, wobei eine Achse beträchtlich langer als die andere ist, oder ein Verfahren zur Sammlung des auf den Empfänger auffallenden Lichtstrom .in einer Richtung, wobei ein zylindrischer Spiegel anstelle der Zylinderlinse Verwendung findet, so daß der Lichtstrom ein linearer Lichtstrom durch die Gestalt und Struktur der Lichtquelle wird. Die beiden Verfahren können gleichzeitig Verwendung finden, um eine Verbesserung der Linearisierung des Lichtstroms zu bewirken.

Neben dem Verfahren zur Bestimmung der Gestalt und der Struktur des Glühfadens einer Lampe, wenn die Strahlenquelle selbst als linearisierende Einrichtung Verwendung findet, sind Verfahren wie Verbesserung der Elektrodenanordnung einer Entladungsröhre, der Gestalt der Röhre und die Begrenzung des leuchtenden Teils eines Festkörpers geeignet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen sphärisch geformten reflektierenden Spiegel als Strahlenquelle mit einer spaltförmigen Öffnung zu verwenden, oder eine Zylinderlinse mit einem optischen System zur Erzeugung eines Lichtbündels.

Die obigen Ausführungen betreffen hauptsächlich den Fall, daß der auf den Empfänger auffallende Lichtstrom als linearer Lichtstrom gesammelt wird. Für die obigen Zwecke kann einfach ein Spalt an einer Kamera entweder im projizierten Strahlengang oder im reflektierten Strahlengang angeordnet werden, obwohl

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der erste Fall sehr geeignet ist, ein F oku ssier sy stern zur Verbesserung des Wirkungsgrads herzustellen, wenn eine Lichtquelle Verwendung findet, im Vergleich zu dem letzteren Fall. Der Erfindung 'liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Verhältnis der kurzen Achse des linearen Lichtstroms zu der langen Achse des Lichtstroms so klein wie möglich gemacht werden sollte, unter Berücksichtigung anderer Bedingungen zur Verbesserung der Fokussierung. Wenn dieses Verhältnis beispielsweise auf 1/2 ohne Änderung anderer Bedingungen reduziert wird, wird das Fokussierungsvermögen oder der mögliche Nachweisbereich nahezu verdoppelt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Blockschaltbilder der elektronischen Schaltung für ein System gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 a,b und c eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 und 8 einen mechanischen Zerhacker und einen lichtelektrischen Empfänger mit einer Abdeckblende, welche Einrichtungen für das System in Fig. 6 verwendbar sind, wobei Fig. 8 eine Ansicht entlang der Linie X-X in Fig. 6 zeigt;

Fig. 9 die Verwendung eines Systems gemäß der Erfindung für eine Filmkamera; und

Fig. loa und lob abgewandelte Ausführungsbeispiele des Projekttionssystems eines Systems gemäß der Erfindung.

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Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist eine Lampe 1 im Brennpunkt eines sphärischen Spiegels 2 angeordnet, der ein rotationssymmetrischer parabolischer Spiegel sein kann. Der von der Lampe erzeugte Lichtstrom wird als paralleles Lic! ~~ bündel abgestrahlt. An der Oberseite der Lampe 1 ist eine Kondensorlinse 3 angeordnet, um die Streuung des direkten Lichtbündels zu verhindern. Ein Filter 4 ist vor der Lampe angeordnet, um nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchzulassen. Dieses Filter 4 kann zweckmäßigerweise so ausgebildet werden, daß sichtbares Licht abgeschirmt wird, wenn ein infraroter Lichtstrom Verwendung finden soll. Neben dem Projektionssystem 5 mit den genannten Teilen ist ein Empfängersystem 6 vorgesehen. Ein Filter 7 dient zum Ausfiltrieren von Störlicht, das in einem anderen Wellenlängenbasich als das projizierte Licht liegt. Dieses Filter 7, das im Ausführungsbeispiel über dem Empfängersystem 6 angeordnet ist, kann einstückig mit dem Filter 4 ausgebildet sein. Hinter dem Filter 7 sind eine Zylinderlinse 8 und ein sphärischer Spiegel 9 angeordnet, welche stationär angeordnet sind, damit der Lichtstrom linear auf den Empfänger auffällt. Ein totalreflektierender Spiegel Io ist in einem geeigneten Abstand von der optischen Achse der Zylinderlinse 8 verschwenkbar angeordnet, damit der Lichtstrom linear auf den Empfänger auffällt. Als Empfänger sind zwei lichtelektrische Elemente 11a und 11b vorgesehen. Mindestens eine der Krümmungsmittellinien der Zylinderlinse 8 in der Linsenoberfläche liegt senkrecht zu der Papierebene und dient zur Fokussierung des durch ein Objekt reflektierten Lichts in einer konstanten Richtung, weshalb diese Linse das Bild des Objekts zu einem linearen Bild in einer Richtung spreizt, die senkrecht zu der Papierebene liegt. Das lineare Bild wird vergrößert und wieder durch den sphärischen Spiegel 9 fokussiert. Die Lage des totalreflektierenden Spiegels Io ist so eingestellt, daß die Abbildungslage des linearen Bilds, das durch den Spiegel 9 fokussiert wurde, immer auf oder in der Nähe der Empfänger 11a, 11b liegt, die eine Trennlinie c aufweisen, die senkrecht zu der Papierebene läuft und die gegen-

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überliegend in der Einfallrichtung des linearen Bilds angeordnet sind. Das Zentrum des totalreflektierenden Spiegels Io ist so angeordnet, daß es mit dem Drehzentrum eines Arms 12 zusammenfällt, welcher einen mechanischen Kopplungsmechanismus mit einem Vorsprung 15 einer Fassung 14 bildet, welche das optische System 13 haltert, so daß bei einer Verschwenkung in Richtung des Pfeils b die Fassung in Richtung des Pfeils a verschoben wird. Eine Zahnstange 16 ist an der Fassung 14 befestigt. Ein Zahnrad 17 greift an der Zahnstange 16 an. Das Zahnrad 17 wird durch einen Servo-Motor M gedreht, so daß die Fassung 14 in Richtung des Pfeils a verschiebbar ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Zylinderlinse 8 gegen eine gewöhnliche Linse ersetzt werden, während der sphärische Spiegel 9 durch einen Zylinderspiegel oder dergleichen ersetzt werden kann.

Im folgenden soll die Wirkungsweise diese Systems näher erläutert werden. Der durch die Lampe 1 erzeugte Lichtstrom wird durch die Wirkung des sphärischen Spiegels 2 oder durch die Wirkung des Parabolspiegels und der Kondensorlinse 3 ausgerichtet und nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs gelangt durch das Filter 4 auf das Objekt. Das von dem Objekt reflektiert^ Lichtbündel wird durch die Zylinderlinse in ein lineares Bild umgewandelt, wenn es auf das Empfängersystem 6 auffällt, ferner vergrößert und wieder durch den sphärischen Spiegel 9 als lineares Bild auf oder in der Nähe der Empfänger 11a, 11b über den totalreflektierenden Spiegel Io abgebildet. Da die Lage des Bild, das auf der optischen Achse des sphärischen Spiegels abgebildet wird, sich in Abhängigkeit von dem Abstand des Projektors 5 zu dem Objekt ändert, wird das auf den Empfängern 11a, 11b nach Reflexion an dem totalreflektierenden Spiegel Io erzeugte Bild auf dem Empfänger verschoben, wenn der Spiegel Io feststeht, welche Verschiebung entsprechend der Lage des Objekts erfolgt. Wenn das Bild eines Objekts genau in der vorbestimmten Lage durch das optische System 13 abgebildet wird, wenn das lineare Bild sich mit der Trennlinie c des Empfängers

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deckt, wird die Lage des linearen Bilds beeinflußt, wenn das Objekt verschoben wird, wodurch das Ausgangssignal der Empfänger nicht abgeglichen ist, so daß das optische System und der totalreflektierende Spiegel Io durch den Servo-Mechanismus angetrieben werden, der noch später näher erläutert werden soll, bis das lineare Bild geeignet auf der Trennlinie c auf den Empfängern ausgerichtet ist.

Da die Bewegungsrichtung des linearen Bilds bei Annäherung des Objekte an das Objektiv entgegengesetzt derjenigen ist, wenn sich das Objekt von dem Objektiv entfernt, ergibt sich eine Richtwirkung bei der Unausgeglichenheit des Ausgangssignals des Empfängers, durch deren Benutzung zur Steuerung der Drehrichtung des Servo-Motors M, welcher den Servo-Mechanismus betätigt, die Verschiebungsrichtung des Objekts kontinuierlich festgestellt werden kann, weshalb das optische System immer in eine geeignete Fokussierlage gebracht werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für einen Servo-Mechanismus für das System gemäß der Erfindung. Der von dem Projektor L emittierte Lichtstrom wird entsprechend der Frequenz eines Impulsgenerators G amplitudenmoduliert. Das von dem Objekt reflektierte Licht fällt auf die Empfänger 11a, 11b über das in Fig. 1 dargestellte optische System auf und wird durch eine lichtelektrische Nachweisschaltung D, die beispielsweise eine Brückenschaltung enthalten kann, und einen Kondensator zur Beseitigung des Störuntergrunds nach lichtelektrischer Umwandlung am Ausgang eines Differenzverstärkers D₁ zugeführt. Am Ausgang des DifferenzVerstärkers D, treten Signale auf, deren Amplitude und Verschlüsselung der Differenz der Lichtmenge entspricht, die auf die Empfänger 11a und 11b auffällt, sowie in Abhängigkeit davon, welcher Einfall größer ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers D, enthält zyklische Geräusche, beispielsweise von loo oder 12o Hz entsprechend üblichen Wechselspannungsquellen, welche durch ein Filter F beseitigt werden können. Das Ausgangssignal gelangt dann in eine Wollenformschaltung S. Dortwird das Signal so geformt, daß es praktisch gleich der Impuls-

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wellenform ist, die von einem Impulsgenerator G zugeführt wird, und gelangt in eine nächste Synchronisiereinrichtung, wo das Signal in zwei Signale unterteilt wird, wovon eines invertierte Phase hat und ein Synchronisationsnachweis durch den Impuls von dem Impulsgenerator G erfolgt. Da das Ausgangssignal der Nachwei seinrichtung K, oder K je nach der Verse Müsse lung des Signals nur einem der Integratoren I₁ oder I₂ zugeführt wird, wird der Servo-Motor M über einen Verstärker A₁ oder über einen Verstärker A in einer solchen Richtung angetrieben, welche diesen entspricht. Durch die Rotation des Servo-Motors M wird der Spiegel Io in Fig. 1 in Richtung des Pfeils b gedreht, wodurch sich eine neue Verteilung der Lichtmenge zwischen den beiden Empfängern 11a und 11b ergibt, so daß der Zustand des Systems fortschreitend so verschoben wird, daß die Lichtmenge ausgeglichen ist. Es ist möglich, die Richtung des Unterschieds der Ausgangssignale der Empfänger über die oben erwähnte Verschiebung des Signals festzustellen und die Lage des optischen Systems 13 immer in einer genauen Lage entsprechend dem Abstand zu einem Objekt einzustellen.

Da sich andererseits der Betrag der auf die Empfänger auffallenden Lichtmengen wesentlich in Abhängigkeit von dem Abstand zu einem Objekt und dessen Reflexionsvermögen etc. ändert, muß der Arbeitsbereich der lichtelektrischen Nachweisschaltung D ziemlich groß sein, weshalb es schwierig ist, eine nachteilige instabile Arbeitsweise oder dergleichen zu vermeiden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird das Ausgangssignal mindestens eines der Empfänger an einen Verstärker A_ weitergeleitet und die Steuerung eines Projektors L mit diesem Ausgangssignal durchgeführt.

Zu diesem Zweck werden entsprechend Fig. 2 die beiden Ausgangssignale der Nachweisschaltung D Differenzverstärkern D.. bzw. D₁₂ zugeführt, welche als Komparatoren dienen, und deren Ausgangssignale nach Addition durch eine Addierschaltung AD einer Gleichrichterschaltung R, über einen Verstärker A_ zugeführt werden, der exn^yi Rechenverstärker sein kann. Die Lichtmenge von dem

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Projektor L wird durch eine Abblendschaltung C gesteuert. Die Abblendschaltung C empfängt das Ausgangssignal der Nachweisschaltung D und das Impulssignal von dem Impulsgenerator D. Fig. 2 zeigt nur ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens, da ein entsprechender Effekt beispielsweise auch dadurch erzielt werden kann,daß die Rückkopplung des Verstärkers über die gestrichelt dargestellte Rückkopplungsleitung eingestellt werden kann, unter Verwendung des Ausgangssignals mindestens eines der Empfänger oder indem die auf die Empfänger auffallende Lichtmenge in der Nachweiseinrichtung D gesteuert wird, indem beispielsweise der Arbeitswiderstand eingestellt wird, oder indem eine Blende in den optischen Strahlengang der Empfänger eingesetzt wird. Wenn beispielsweise ein Objekt in einem unendlichen Abstand aufgenommen werden soll, oder wenn aus irgend einem Grunde die von dem Objekt reflektierte Lichtmenge sehr gering ist, muß das optische System auf die unendliche Entfernung oder auf eine Überentfernung ohne Verzögerung eingestellt werden. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des Verstärkers A mindestens einem der Servo-Verstärker zugeführt, z.B. dem Eingang des Verstärkers A„, über eine Schwellenwert-Nachweisschaltung C,, eine eine konstante Lage einstellende Lage c₂# woraufhin der Servo-Motor M in die vorherbestimmte Lage gedreht wird. In der Figur haben die Synchronisations-Detektoren K,, K Phasen, die zueinander entgegengesetzt sind.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels des Servomechanismus in dem System gemäß der Erfindung, wobei ein lichtelektrisches Element zum Nachweis der auf den Empfänger auffallenden Lichtmenge getrennt vorgesehen und gleichzeitig so angeordnet ist, wie für ein anderes in Fig. 5 dargestelltes Ausführungsbeispiel geeignet ist, das später noch beschrieben werden soll, aber auch als abgeänderte Ausführungsform für das System in Fig. 1 Verwendung finden kann. Wie in dem Falle von Fig. 2 wird die von dem Projektor L emittierte Lichtmenge mit einer geeigneten Frequenz durch den Impulsgenerator G amplitudenmoduliert. Die von dem Objekt reflektierte Lichtmenge tritt durch das in Fig. 1 oder Fig. 6 dargestellte optische System in die lichtelektrische Nachweisschaltung D₂ ein, welche z.B. den

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Differenzverstärker D₁ enthält und wird in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt, während das Geräusch mit konstantem Pegel, das in diesem Signal enthalten ist, durch den Kondensator in der Nachweisschaltung D_ beseitigt wird- Dann gelangt der Lichtstrom durch ein Filter F, welches zyklische Geräusche beseitigt, während durch eine Torschaltung G, nur diejenige isolierte Strahlung durchgelassen wird, die von dem Projektor L entsprechend der Impulsfolge des Impulsgenerators G moduliert wird. Nach dem Durchtritt durch die Torschaltung G, hat das Signal die Amplitude und die Phase, die in fast reiner Form dem Zustand des Unterschieds des einen oder der beiden Lichtströme entspricht, die auf den Empfänger auffallen. Damit das Signal etwa die Impulsform erhält, wird es einer Wellenformschaltung S zugeführt, dessen Ausgangesignal durch den Verstärker A verstärkt wird. Nach der Verstärkung wird das Signal in zwei Signale geteilt, wovon eines einer gleichphasigen Synchronisations-Nachweiseinrichtung K, zugeführt wird, während das andere einer gegenphasigen Nachweiseinrichtung K« zugeführt wird. In diesen Nachweiseinrichtungen folgt der Synchronisationsnachweis durch den Impuls und das Ausgangssignal wird einem der Integratoren I₁ oder I entsprechend der Phase des Wechselstroms zugeführt, der in den Empfängern erzeugt wird» Dieses Ausgangssignal betätigt den Servomotor M über die Verstärker A, oder A„ in einer vorherbestimmten Richtung.

Aus den obigen Erläuterungen geht hervor, daß die Drehrichtung des Servomotors wegen der Steuerung des Ausgangssignals durch die Phase des von dem Empfänger erzeugten Wechselstroms, also durch die Information der relativen Lage des Empfängers entsprechend der normalen Fokussierungslage, bei Verwendung der beschriebenen Einrichtung das optische System immer so eingestellt werden kann, daß diese Lage der Entfernung zu einem Objekt entspricht.

Wie bereits erläutert wurde, kann zur Vermeidung einer instabilen Arbeitsweise einer elektronischen Schaltung, die durch den Unterschied der Lichtmenge bestimmt ist, die auf den Empfänger auffällt, ein weiteres lichtelektrisches Element R für den Nachweis des Eingangspegels vorgesehen werden, dessen Ausgangs-

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signal dem Verstärker A_ zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers A₃ wird de.r Abblendschaltung C des Projektors zugeführt, um die von dem Projektor L emittierte Lichtmenge zu steuern. Wenn beispielsweise ein Objekt in einem unendlichen Abstand aufgenommen werden soll, oder wenn die Intensität der von dem Objekt reflektierten Strahlung aus irgendeinem Grunde sehr gering ist, wird das optische System auf eine unendliche Entfernung oder auf eine Überentfernung ohne Verzögerung durch die EingangspegeI-Nachweisschaltung C, bzw. die Schaltung C„ für die Einstellung einer konstanten Lage eingestellt. R, ist eine Gleichrichterschaltung.

Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung. Während der Projektor 5 dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 entspricht, ist dort ein Empfängersystem 6 vorgesehen, welches dieselbe optische Achse wie der Projektor 5 hat und gerade hinter dem Projektor 5 angeordnet ist. Der obere Teil des Empfängers 6 hat zwei große Öffnungen und Filter 7a, 7b zur Abschirmung von Störstrahlung, deren Wellenlänge,außerhalb des Bereichs der emittierten Strahlung liegt. Die Filter 7a und 7b können derart angeordnet werden, daß sie mit dem Filter 4 des Projektors 5 einstückig ausgeführt werden können, in dem hinteren Teil der Öffnung ist ein sphärischer Spiegel 18 und ein flügeiförmiges Prisma 19 angeordnet, welche dieselbe optische Achse wie der sphärische Spiegel 18 haben. Empfänger 11a, 11b,zwischen denen eine Trennzone C liegt, sind derart angeordnet, daß das durch die beiden Öffnungen eintretende Licht durch den sphärischen Spiegel 18 und das Prisma 19 auf den Empfängern 11a und 11b abgebildet wird.

Abdeckblenden 20a und 20b sind an den Empfängern vorgesehen, um einen übermäßigen Lichteinfall zu verhindern. Abschirmplatten 21, 22 sind so angeordnet, daß die beiden Lichtbündel keinen nachteiligen Einfluß auf die Abbildung durch irreguläre Reflexion haben. Die Empfänger 11a und 11b sind so angeordnet, daß sie gleichzeitig in Pfeilrichtung parallel zu der optischen Achse des spärischen Spiegels 18 mnd zu dem Prisma 19 verschoben werden können. Ferner kann das Prisma 19 etwas in Richtung der optischen Achse verschoben werden, so daß der Abstand zwischen den beiden

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Lichtbündeln, welche die Empfänger erreichen, einjustiert werden kann. Zylinderlinsen 8a, 8b sind aus den oben genannten Gründen vorgesehen. Wenn die Zylinderlinsen 8a, 8b weggelassen werden, kann der spärische Spiegel 18 durch einen zylindrischen Spiegel ersetzt werden oder die Gestalt und Struktur der Lampe 1 kann begrenzt werden, um einen linearen Lichtstrom zu erhalten.

Diese Einrichtung arbeitet in folgender Weise.

Der von der Lampe 1 emittierte Lichtstrom hat ein ausreichendes Richtvermögen durch die Wirkung des spärischen Spiegels 2 oder durch den Parabolspiegel und durch die Kondensorlinse 3. Wegen des Filters 4 wird nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs durchgelassen und auf das Objekt projeziert.

Der von dem Objekt reflektierte Lichtstrom gelangt in das optische System 6 durch die beiden Öffnungen p, q. In diesem Falle wird Störstrahlung außerhalb des durch die Filter 7a, 7b bestimmten Wellenlängenbereichs abgeschirmt. Die beiden Lichtströme durch die Filter 7a, 7b werden durch den sphärischen Spiegel gesammelt und durch das Prisma 19 gebrochen, wodurch sich zwei zur optischen Achse fast parallele Lichtbündel ergeben, nachdem ein Durchtritt durch das Prisma erfolgt ist, und ein lineares Bild der auf das Objekt projezierten Lichtbündel erzeugt wird. Wenn sich der Abstand zwischen dem Projektor 5 und dem Objekt ändert, wird der Abstand zwischen den beiden Lichtströmen in Abhängigkeit davon entweder größer oder kleiner.

Wenn die relative Lage der beiden Lichtströme, der Empfänger und der Abblendeinrichtungen geeignet ausgewählt wird, erfahren die linearen Bilder auf den Empfängern Änderungen, wie in Fig. 5a, b und c dargestellt, ist, entsprechend der Änderung des Abstands zwischen den beiden Lichtströmen oder der Verschiebung der Empfänger. Wenn ein optisches System, das von diesem System getrennt ist, derart vorgesehen wird, daß die Verschiebung der Empfänger und des getrennten optischen Systems geeignet gekoppelt sind, kann das Bild des Objekts durch das optische System immer geeignet fokussiert werden. Wenn die Relation der Lage der Empfänger und des optischen Systems, falls die auf die Empfänger auffallenden Lichtmengen wie im Falle a gleich sind, liegt die optimale Abbildung des Objekts durch das optische System vor.

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Dagegen entsprechen die Fälle b und c dem Fall, daß die Abbildung des Objekts durch das optische System nicht genau fokussiert ist. Ferner entsprechen die Fälle b und c einer vorderen bzw. hinteren Fokussierung, weshalb die nicht abgeglichenen Ausgangssignale der beiden Empfänger eine Richtkraft bewirken. Wenn die Empfänger und das damit gekoppelte optische System so bewegt werden, daß der Unterschied der Ausgangssignale der Empfänger bezeichnet wird, wovon die erwähnte Richtkraft abhängt, kann das Bild des Objekts durch das optische System immer in einer geeigneten Lage abgebildet werden.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Der Projektor 5 ist wie in Fig. 1 ausgebildet. 7a¹, 7b¹ sind Öffnungen, 8a und 8b sind Zylinderlinsen. 23 ist ein reflektierender Spiegel und 24 ist ein Zerhacker. 11 ist ein Empfänger. Der Zerhacker kann weggelassen werden, wenn zwei Empfänger benutzt werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. 20 ist eine Abdeckblende, 25 eine Antriebswelle für den Zerhacker und 26 ist ein Motor. Der lichtelektrische Empfänger 6 besteht aus den Öffnungen 7a und 7b, den Zylinderlinsen 8a und 8b, dem reflektierenden Spiegel 23, dem Zerhacker 24, dem lichtelektrischen Empfänger 11 und der Abdeckblende 20. 27 und 28 sind Abschirmglieder. Es ist zweckmäßig, Filter 7a und 7b zur Abschirmung solcher Störstrahlung vorzusehen, die außerhalb des Wellenlängenbereichs des emittierten Lichts liegt. Ein Filter 4 wird zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß es auch Filter 7a und 7b bildet. Der Empfänger 11 kann entlang der optischen Achse des Zerhackers 24 und des sphärischen Spiegels 23 verschoben werden, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Der Motor 26 zum Antrieb des Zerhackers kann durch einen anderen Antriebsmechanismus ersetzt werden.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser Einrichtung näher erläutert werden.

Der von dem Objekt reflektierte Lichtstrom tritt in das optische System 6 durch die beiden Öffnungen 7a¹ und 7b¹ ein, wonach durch die Zylinderlinsen 8a und 8b eine U mwandlung in lineare Bilder erfolgt, die durch den sphärischen Spiegel 23 vergrößert .

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abgebildet werden. Die Abbildung der beiden Liclitströme auf der optischen Achse des sphärischen Spiegels 23 hängt von dem Abstand zu dem Objekt ab. Vor oder hinter dem Bildpunkt werden zwei verdunkelte Bilder durch die Diskrepanz der beiden Lichtströme erzeugt. Der strahlenförmige Zerhacker 24 ist so ausgebildet, daß eine Scheibe in eine ganzzahlige Anzahl von Sektoren unterteilt ist, die abwechselnd durchlässig und undurchlässig für den Lichtstrom sind, wie in Fig. 7 dargestellt ist.

Wenn ein derartiger Zerhacker entsprechend Fig. 6 angeordnet und gedreht wird, erreicht der obere und der untere Lichtstrom nicht den Empfänger 11 gleichzeitig, sondern der obere oder untere Lichtstrom erreicht den Empfänger 11 entsprechend der Rotation des Zerhackers abwechselnd. Die Abdeckblende 20 des Empfängers 11 ist so ausgebildet, daß ihre Öffnungsbreite in einfacher Weise allmählich entlang der Richtung parallel zu der Achse änderbar ist, welche die beiden Öffnungen 7a¹ und 7b' verbindet, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Da dieses System derart ausgebildet ist, fallen die linearen Bilder 29, die abwechselnd durch die beiden Lichtströme abgebildet, werden, auf dem Empfänger zusammen, wenn die Empfänger in der durch die beiden Lichtströme bestimmten Abbildungslage geeignet vereinigt sind. Deshalb sind die Ausgangssignale der Empfänger beim Auftreffen des Lichtstroms ρ gleich denjenigen beim Auftreffen des Lichtstroms q. Wenn der Empfänger 11 weiter entfernt von dem sphärischen Spiegel 23 oder näher an diesem angeordnet ist, als der obigen Lage entspricht, unterscheiden sich die relativen Lagen der Bilder des Lichtstroms ρ und des Lichtstroms g voneinander, weshalb das Ausgangssignal durch die Wirkung der Abdeckblende 20 ungleich ist, wodurch ein Wechselstrom erzeugt wird. Die Phase dieses Wechselstroms ist um 180° verschoben, je nachdem, ob der Empfänger vor oder hinter dem Fokussierpunkt liegt.

Bei diesem System wird der von einem Objekt reflektierte Lichtstrom in zwei Lichtströme unterteilt, wovon jeder Lichtstrom wegen des Zerhackers 24 abwechselnd auf den Empfänger auffällt, wonach der Zustand der Fokussierung durch Vergleich der Wechselstromkomponente des Ausgangssignals des Empfängers nachgewiesen wird. Gleichzeitig kann durch die Phase des Wechselstroms nachgewiesen werden, ob der Empfänger vor oder hinter der Fokussierlage

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liegt.

Wenn deshalb die Verschiebung der Empfänger 11 und die Verschiebung eines anderen optischen Systems geeignet gekoppelt werden, kann die Abbildung eines Objekts durch dieses optische System immer fokussiert werden. Ein Servomechanismus für eine automatische Fokussierung des optischen Systems wurde in Verbindung mit Fig. 3 erläutert.

Selbst wenn der Zerhacker weggelassen wird und zwei lichtelektrische Elemente Verwendung finden (Fig. 1 und Fig. 4), ist es zweckmäßig, die Abdeckblende 20 entsprechend der in Fig. 8 dargestellten Form auszubilden.

Fig. 10a und Fig. 10b zeigen den Fall, bei dem die Strahlungsquelle selbst zur Ausbildung eines linearen Lichtstroms Verwendung findet, um einen linearen Lichtstrom für den lichtelektrischen Empfänger zu erzeugen. Entsprechend Fig. 10a kann ein Heizdraht V einer Lampe I so ausgebildet werden, daß das von einem abstrahlenden Teil des Glühfadens selbst bei dem Projektionssystem 5 in Fig. 1 emittierte Licht als linearer Lichtstrom auf den Empfänger 11a und 11b auftritt, der praktisch parallel zu der Trennlinie c der Empfänger mit Hilfe einer Umlenkeinrichtung

10 verläuft, indem ein reflektierender Spiegel II und eine Linse III Verwendung finden, um die Divergenz direkter Strahlung aus der Lampe I zu verhindern. Wenn die Lampe 1 und der reflektierende Spiegel 2 in Fig. 1 einfach durch die Lampe I und den Spiegel

11 ersetzt werden, wird ein zu der Trennlinie c fast paralleler linearer Lichtstrom auf die Empfänger 11a und 11b projeziert, weshalb in diesem Falle die Zylinderlinse 8 nicht unbedingt erforderlich ist. Entsprechendes gilt für die Ausführungsbeispiele in den Fig. 4 und 6. Da jedoch bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 die Trennungszone C breiter als die Trennlinie c ist, wird eine solche Ausbildung des strahlenden Teils des Glühfadens gewählt, daß die Richtung der Makrodiagonalen des Lichtstroms fast parallel zu der Trennzone C wie im Falle von Fig. 1 verläuft. Im Falle der Fig. 6 ist eine Trennzone nicht erforderlich, da ein einziger Empfänger Verwendung findet, weshalb der auf die Oberfläche des Elements projezierte Lichtstrom einen solchen abstrahlenden Glühfaden erfordert, daß sich die Verteilung 29 in

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Fig. 8 ergibt.

Im folgenden soll die Fig. 10b näher erläutert werden. Dabei ist IV eine Lampe, die keine Linse III trägt. Der Lichtstrom von der Lampe IV wird durch einen Spalt VII in einer Platte VI emittiert, die auch als Spiegel dienen kann, und wird über eine Kondensorlinse VIII auf das Objekt mit praktisch parallelem Strahlengang projeziert. Wenn die Einrichtung in Fig. 10b in dem Projektorsystem in den Fig. 1, 4 oder 6 Verwendung findet, ist es erforderlich, wegen des Spalts VII zur Erzeugung des linearen Bilds eine entsprechende Lage des Empfängers vorzusehen.

Wenn das Projektionssystem 5 durch das in Fig. 10 beschriebene Projektionssystem ersetzt wird, ist eine Abschirmung erforderlich, um einen Lichtdurchgang von der Rückseite der Lampe IV zu verhindern, welche Abschirmung so angeordnet werden kann, daß sie als Kondensor dient.

Fig. 9 zeigt eine Filmkamera, die eine automatische Fokussiereinrichtung gemäß der Erfindung enthält. Die automatische Fokussiereinheit U enthält die Lichtquelle und den lichtelektrischen Empfänger, die beispielsweise wie in Fig. i oder Fig. 2 ausgebildet sein können. Die Fokussiereinheit ist als getrennte Einheit ausgebildet, und kann an dem Körper B der Kamera beispielsweise so befestigt werden, daß eine automatische Fokussierung erfolgt, während eine manuelle Fokussierung oder eine elektrische Fokussierungseinstellung erfolgt, wenn die Einheit U von der Filmkamera entfernt wird. Selbst wenn die Einheit U an der Filmkamera befestigt ist, kann eine manuelle Entfernungseinstellung erfolgen. Um dies zu erreichen, wird bei der Verbindung der Einheit U mit dem Anschluß der Filmkamera die Einrichtung entsprechend den Fig. 1 und 2 verbunden, während bei einer Trennung dieser Verbindung beispielsweise der Servomotor M auf die Schaltung für die elektrische Fokussierung oder Belichtungsmessung umgestellt wird. In Fig. 9 ist 30 ein Einstellknopf für eine elektrische Fokussierung, 31 ein Kabel für die automatische Steuerung des Servomotors M, während der Teil 32 die Spannungsquelle und die elektronische Schaltung der Einheit U enthält. 33 ist ein von dem Servomotor M angetriebenes Getriebe. 34 ist ein Zahn-

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rad zur Verstellung des Objektivs 35. 36 ist ein Rückkopplungszahnrad und 37 eine Befestigungseinrichtung für die Einheit. Die Befestigungseinrichtung kann so ausgebildet sein, daß bei Befestigung der Einheit U an dem Kamerakörper B das Kabel 31 automatisch durch den Befestigungsvorgang selbst angeschlossen wird.

IM eine manuelle Fokussierung oder Entfernungseinstellung zu ermöglichen, kann ein üblicher Mechanismus zwischen dem Motor M und der Objektivfassung 14 vorgesehen werden.

Patentansprüche

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Claims

Pa te η tan s prüche

Fokussiereinrichtung für ein optisches System, bei dem das Ausgangssignal eines lichtelektrischen Empfängers zur Fokussierung verwandt wird, indem von einer Lichtquelle emittiertes Licht von dem Aufnahmeobjekt reflektiert wird und auf den Empfänger auffällt, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Empfänger ein linearer Lichtstrom auffällt, dessen Querschnitt eine praktisch geschlossene Umhüllende hat, indem die eine Achse beträchtlich langer als die andere ist.
2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Lichtstrom durch Verwendung eines zylindrischen optischen Elements im Bereich des Empfängers hergestellt wird.
3. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen linearen Lichtstrom emittiert.
4. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß für die Lichtquelle eine Abschirmung vorgesehen ist, die eine Öffnung mit einem Querschnitt aufweist, dessen eine Achse beträchtlich länger als die andere Achse ist.
5. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle einen strahlenden Körper enthält, von dem Teile in einem Bereich vorgesehen sind, von dem eine Achse länger als die andere ist.
6. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweisempfindlichkeit durch die Lichtmenge gesteuert wird, die auf den Empfänger auffällt.
7. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger ein einziges licht-.

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elektrisches Element ist, dessen Ausgangssignal die Lichtmenge steuert.
8. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger zwei fotoelektrische Elemente aufweist, und daß das Ausgangssignal mindestens eines der fotoelektrischen Elemente die Lichtmenge steuert.
9. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e kennze ichnet , daß Ausgangssignale der beiden lichtelektrischen Elemente die Lichtmenge über eine Addierschaltung steuern.
10. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer lichtelektrischer Empfänger vorgesehen ist, der von dem Aufnahmeobjekt reflektiertes Licht empfängt, welches von der Lichtquelle in dem Nachweissystem auffällt, und daß die Nachweisempfindlichkeit des Nachweissystems in Abhängigkeit von der Lichtmenge gesteuert wird, die auf den zweiten Empfänger auffällt.
11. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennze ichnet, daß die Nachweisempfindlichkeit des Nachweissystems

gesteuert wird.

Nachweissystems eine automatisch arbeitende Verstärkerschaltung
12. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichnet, daß eine zusätzliche Einrichtung für das Nachweissystem vorgesehen ist, welche das Nachweissystem in einen vorherbestimmten Zustand bringt, wenn die auf den Empfänger auffallende Lichtmenge kleiner als eine vorherbestimmte Lichtmenge ist.
13. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Einrichtung ein einziges lichtelektrisches Element ist.

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14. Fokussxereinrichtung nach Anspruch 12/ dadurch g e kennze ichnet, daß die zusätzliche Einrichtung durch zwei lichtelektrische Elemente gebildet ist, und daß mindestens eines dieser lichtelektrischen Elemente die Nachweiseinrichtung in einen vorherbestimmten Zustand bringt.
15. Fokussxereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß ein Objektiv durch das Ausgangssignal des Empfängers gesteuert wird.
16. Fokussxereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet/ daß das Objektiv an einem Kamerakör-

" per angeordnet ist, und daß die Fokussxereinrichtung als zusätzliche Einheit ausgebildet ist, die an der Kamera lösbar befestigt ist.

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