DE2711755A1

DE2711755A1 - Einrichtung zur automatischen scharfeinstellung von abbildungen

Info

Publication number: DE2711755A1
Application number: DE19772711755
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Kondo
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1976-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1977-09-22
Also published as: US4132888A

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

O«.-MG.

H. KINKELDEY ·· W · W. STOCKMAIR

DR-Μα ΛΛICAiTEO*

λ _n r- _r K- SCHUMANN

P. H. JAKOB G. BEZOLD

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSB

P 11

17. März 1977

FUJI PHOTO FILM CO.,Ltd.

210, Nakanuma, Minamiashigara-shi

Kanagawa-ken / Japan und

TOSHIHIRO KONDO

2-14-3, Kamiishihara, Chofu—shi

Tokyo / Japan

Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung von Abbildungen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung bzw. Fokussierung von Abbildungen für optische Geräte, wie beispielsweise eine fotografische Kamera, und insbesondere eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung, die durch ein Objektiv einer einäugigen Spiegelreflexkamera fokussiert wird.

Es ist bekannt, automatisch eine Abbildung in einer fotografischen Kamera scharf einzustellen. Bei den herkömmlichen Vorrichtungen zur automatischen Scharfeinstellung von Abbildung befindet sich, ein Fotodetektor im wesentlichen auf der Bildebene eines Objektes des optischen Gerätes, wie beispielsweise einer Kamera, und das Objektiv wird längs seiner optischen Achse nach hinten und nach vorne bewegt, um den Extrem-

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(MS) aaasea tblbx oa-aosao telesrammi monapat telekopisrbr

-ν.

wert des Ausgangssignals des Fotodetektors zu finden. Wenn die Ebene der Scharfeinstellung oder die Bildebene des Objektive mit dem Fotodetektor ausgerichtet ist, wird das Ausgangssignal des Fotodetektors maximal. Das Ausgangssignal des Fotodetektors wird auf eine Objektiveteuerung übertragen, und die axiale Lage des Objektive wird so eingestellt, daß in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Fotodetektors eine Abbildung auf den Fotodetektor fokussiert wird.

Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung von Abbildungen ist, daß sich das Ausgangssignal des Fotodetektors nur sehr langsam ändert, andererseits jedoch der Extremwert des Ausgangseignais festgestellt werden mußt deshalb läßt sich mit diesem Verfahren die Steuerung der Scharfeinstellung nicht rasch durchführen. Da insbesondere der Extremwert des Ausgangssignals erst dann festgestellt werden kann, wenn das Objektiv in der Nähe der Scharf ein stellage nach vorne und nach hinten bewegt wird, um den Extremwert zu finden, kann man nicht wissen, ob de Abbildung in der entsprechend ausgewählten Stellung optimal fokussiert ist.

Es ist deshalb ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung in eine·) optischen Gerät mit einem Objektiv zu schaffen, mit der festgestellt werden kann, ob die Abbildung in jeder beliebigen Lage optimal scharf eingestellt ist oder nicht.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung in einem optischen Gerät mit einem Objektiv zu schaffen, bei der die Scharfeinstellung rasch festgestellt werden kann.

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Und schließlich soll noch eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung geschaffen werden, die einen einfachen Aufbau hat, und deshalb mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Die Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung von Abbildungen nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die durch das Objektiv einfallenden Lichtstrahlen auf zwei Strahlengänge aufgeteilt werden, wobei sich in wenigstens einem der Strahlengänge ein optisches Brechungselement, wie beispielsweise ein Prisma, im wesentlicher in der Bildebene des Objektivs befindet, während in beiden Strahlengängen Fotodetektoren vorgesehen sind. In den beiden Strahlengängen ist ein Paar Fotodetektoren angeordnet, jeweils einer in jedem Strahlengang. Das Paar Fotodetektoren hat äquivalente Charakteristiken bzw. Eigenschaften bzw. Kennlinien. Die Fotodetektoren befinden sich hinter dem optischen Brechungselement in dem Strahlengang, in dem das optische Brechungselement vorgesehen ist. Zwischen dem optischen Brechungselement und dem Detektor kann eine Fokussierlinse bzw. Fokussierobjektiv eingefügt werden, wenn der Fotodetektor im Abstand von dem optischen Brechungeelement angeordnet ist. Sind die beiden Strahlengänge mit optischen Brechungβelementen versehen, so werden die optischen Brechungselemente so angeordnet, daß die Lichtverteilung auf den beiden Fotodetektoren in entgegengesetzte Richtungen verschoben wird...', wenn die Bildebene von den* optischen Brechungselementen verschoben wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Fotodetektor direkt hinter den in seiner Nähe angeordneten optischen Brechungβelement, während die Fokussierlinse zwischen ihnen angeordnet ist.

Wird die Bildebene nun von dem optischen Brechungselement verschoben, wenn das Objektiv nach hinten und nach vorne

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bewegt wird, so wird die durch das Objektiv fokussierte Abbildung nicht auf dem optischen Brechungselement fokussiert, so daß die Lichtverteilung an dem Fotodetektor seitlich verschoben wird. Da das optische Brechungselement oder die Elemente so vorgesehen sind, daß die Lichtverteilung an einem Fotodetektor in die Richtung bewegt wird, die entgegengesetzt zu der der Bewegung der Lichtverteilung an dem anderen Fotodetektor ist, wenn die Bildebene von dem optischen Brechungselement verschoben wird, wird das Ausgangssignal der beiden Fotodetektoren auf unterschiedliche Weise geändert, wenn die Bildebene von dem optischen Brechungselement verschoben wird. Wenn sich die Bildebene auf dem optischen Brechungselement befindet, werden die Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren einander gleich.

Nach bevorzugten Ausführungsformen ist ein Schlitz vor dem Fotodetektor vorgesehen, um die Bewegung oder Änderung in der Lichtverteilung an dem Fotodetektor zu verstärken. Als Alternative hierzu werden in einem Strahlengang mehrere Fotodetektoren angeordnet, während in dem anderen Strahlengang die gleiche Zahl von Fotodetektoren an Stellen vorgesehen ist, die denen der anderen Fotodetektoren entsprechen.

Di· Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des optischen Systems nach einer Aueführungsform der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung eines Beispiels

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für eine elektrische Schaltung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3a und 3b Ansichten der Beziehung zwischen den Fotodetektoren und der Abbildung, die gemäß einer Aus führungs form der vorliegenden Erfindung darauf fokussiert wird;

Fig. k bis 7 Seitenansichten der optischen Systeme von anderen Ausführungsformen der Erfindung;

Fig. 8 eine Seitenansicht des optischen Systems einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Fokussierlinsen nicht vor den Fotodetektoren verwendet werden;

Fig. 9 eine Schaltungsanordnung eines Beispiels einer elektrischen Schaltung, die bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 10a bis 10c Ansichten der Beziehung zwischen den Fotodetektoren, die bei der Ausführungsfonu nach Fig. 8 verwendet werden, und der darauf Γ·»- kussierten Abbildung;

Fig. 11a bis lic, 13a bis 13c, 15a bis 15c und 17a bis 17d Schnitt ansicht en von verschiedenen Beispielen für optische Brechungselemente, die bei der Einrichtung nach der vorliegenden.Erfindung eingesetzt werden können;

Fig. 12, Ik, 16 und l8 Draufsichten auf Fotodetektoren, die in Verbindung mit optischen Brechungselementen verwendet werden können, wie sie in den Fig. 11a bis lic, 13a bis 13c, 15a bis 15c und 17a bis 17d gezeigt sind;

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Pig. 19 eine Seitenansicht des optischen Systems einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 einen seitlichen Schnitt durch eine einäugige Spiegelreflexkamera, bei der die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 21 bis 23 Seitenansichten von optischen Systemen weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Figuren 1, 2 und 3a bis 3c beschrieben werden. Ein Objektiv

1 ist so angeordnet, daß es sich längs seiner optischen Achse nach vorne und nach hinten bewegen kann, wie durch den Pfeil angedeutet ist. Das durch das Objektiv 1 verlaufende Licht wird durch einen halbtransparenten Spiegel 2 geteilt. In dem Strahlengang a des durch den Halbapi eg el 2 verlaufenden Lichtes befindet sich ein Prisma 31 während sich in dem Strahlengang b des an dem Spiegel

2 reflektierten Lichtes ein zweites Prisma k befindet. Die Prismen 3 und k sind so orientiert bzw. ausgerichtet, daß die Lichtstrahlen durch sie in Bezug auf die durch das Objektiv erzeugte Abbildung in entgegengesetzten Richtungen gebrochen werden. Hinter dem ersten Prisma 3 befindet sich eine Pokussierlinse 5, um eine Abbildung auf mehrere Fotodetektorelemente 7» bis 7d zu fokussieren, die einen ersten Fotodetektor 7 bilden. Hinter dem zweiten Prisma 4 befindet sich eine Fokussierlinse 6, um eine Abbildung auf mehrere Fotodetektorelemente 8a bis 8d eines zweiten Fotodtektors 8 zu fokussieren. Die durch das Objektiv 1 erzeugte Abbildung wird zuerst auf die Prismen 3 und k und dann auf die Fotodetektorgruppen 7 und 8 scharf eingestellt. Die Fotodetek-

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torgruppen 7 und 8 befinden sich an Stellen, die optisch zueinander konjugiert sind, wobei die jeweiligen Fotodetektorelemente 7a, 7b, 7c und 7d den Elementen 8a, 8b, 8c und 8d entsprechen. Das Objektiv 1 ist mit einer · Steuerschaltung 9 verbunden, die einen durch ein Fokussiersignal F gesteuerten Servomotor enthält.

Fig. 2 zeigt eine mit den Fotodetektorgruppen 7 und verbundene Signalbehandlungsschaltung. Die entsprechenden Fotodetektorelemente 7a und 8a sind mit den Eingängen eines ersten Verstärkers 10a verbunden, so daß die Differenz zwischen den beiden AusgangsSignalen durch den Verstärker 10a verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 10a wird auf einen Eingang eines zweiten Verstärkers 11a geführt, dessen anderer Eingang geerdet ist. Der Ausgang des zweiten Verstärkers ist mit der Anode einer ersten Diode 12a verbunden, deren Katode mit einem ersten Addierpunkt 13 gekoppelt ist. Der Ausgang des zweiten Verstärkers 11a ist weiter mit einer Katode einer zweiten Diode l^a verbunden, deren Anode mit einem zweiten Addierpunkt 15 gekoppelt ist. In ähnlicher Weise sind erste Verstärker 10b bis 1Od und zweite Verstärker 11b bis lld mit den Fotodetektorelementen 7b bis 7d und 8b bis 8d verbunden, während ihr Ausgang über ähnliche Dioden 12b bis 12d bzw. l4b bis l4d an die Addierpunkte 13 und 15 angeschlossen ist, wie sich Fig. 2 entnehmen läßt. Der zweite Addierpunkt 15 ist mit dem ersten Eingang eines umgekehrten bzw. Gegen.—· taktverstärkers l6 verbunden, dessen Ausgang über einen Rückkopplungswiderstand 17 auf seinen ersten Eingang zurückgekoppelt ist und über einen Widerstand l8 mit dem ersten Eingang eines weiteren Verstärkers 19 verbunden ist. Der erste Addierpunkt 13 ist ebenfalls an den ersten Eingang des zuletzt erwähnten Verstärkers 19 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist über einen Rückkopplungswiderstand 20 auf seinen ersten Eingang zurückgekoppelt und wird auch als Fokus-

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siersignal F abgenommen, das zur Steuerung der Steuerschaltung 9 für das Objektiv verwendet -wird.

Im folgenden soll die Funktionsweise dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 3a und 3b beschrieben werden. Wenn die durch das Objektiv 1 erzeugte Abbildung gerade auf die Prismen 3 und ^lk scharf eingestellt ist, befinden sich die auf den Fotodetektorgruppen 7 und 8 durch die Fokussierlinsen 5 erzeugten Abbil dingen an den entsprechenden Stellen auf den Fotodetektor element en 7a bis 7d bzw. 8a bis 8d, beispielsweise auf den Elementen 7b und 7c sowie 8b und 8c, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In diesen Figuren 3a und 3b sind die Abbildungen durch a und b angedeutet. Beispielsweise ist im einzelnen der helle Bereich in der Form des Kreises der Abbildung durch die Bezugszeichen a und b angedeutet. In diesem Fall haben die Ausgangssignale der entsprechenden Fotodetektorelemente den gleichen Wert bzw. Pegel, so daß alle Ausgangssignale der Verstärker 11a bis lld Null sind. Deshalb hat das Ausgangssignal F den niedrigsten Wert, der den Antrieb des Servomotors (nicht dargestellt) in der Steuerschaltung 9 beendet, so daß das Objektiv 1 in seiner Lage angehalten wird.

Wenn die Abbildung an den Prismen 3 und k nicht scharf eingestellt ist, werden die auf den Fot odet ektor gruppen 7 und 8 erzeugten Abbildungen aus ihren Lagen a und b in die entgegengesetzten Richtungen verschoben, tie in den Figuren 3a und 3b durch a* und b' angedeutet ist. Da der helle Bereich der Abbildung von a nach a¹ verschoben wird, nimmt das Ausgangssignal des Elementes 7b ab, während das Ausgangssignal des Elementes 7d zunimmt. Andererseits nimmt das Ausgangssignal des Elementes 8c ab, während das Ausgangssignal des Elementes 8a zunimmt, da die hellen Bereiche a und b in die entgegengesetzten Richtungen bewegt werden. Dadurch werden

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alle Ausgangssignale der Veriärker 11a bis 11 d auf einen höheren Wert gebracht. Wenn das Ausgangssignal der Verstärker 11a bis lld einen negativen Wert hat, wird das negative Ausgangssignal durch die Dioden lAa bis 1^d und den Gegentaktverstärker l6 in ein positives Ausgangssignal umgewandelt. Das verstärkte Ausgangs signal von dem Verstärker l6 wird zu dem Ausgangssignal addiert, das an dem Addierpunkt 13 gesammelt wird. Die Summe der Ausgangssignale von dem Verstärker l6 und dem Addierpunkt 13 wird durch den Verstärker 19 als Pokussiersignal P ausgegeben.

Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die beiden durch den Spiegel 2 aufgeteilten Strahlengänge mit Prismen 3 und 4 versehen sind, kann auf eins der Prismen 3 und k verzichtet werden, wie in Fig. k dargestellt ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. k ist nur der Strahlengang a mit einem Prisma 3 versehen, während der andere Strahlengang b kein Prisma aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist die Größe der Änderung des erhaltenen Ausgangssignals nicht so hoch wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform.

Der bisher bei den obigen Ausführungsformen verwendete halbtransparente Spiegel 2 kann auch durch einen Strahlteiler erstzt werden, der aus einem Paar miteinander verkitteter Prismenblöcke hergestellt lab; ein solcher Strahlteiler ist in Fig. 5 dargestellt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind zwei dreieddge Prismen 21 und 22 miteinander verkittet und bilden gemeinsam einen Strahlteiler 23· Die Prismen 3 und k sind auf die Flächen des Strahlteilers 23 gekittet, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen weist Jeder Fotodetektor mehrere Fotodetektorelemente auf.

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Diese Fotodetektorelemente können jedoch durch einen einzigen Fotodetektor und einen Spalt ersetzt werden, der sich vor dem Fotodetektor befindet. Wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist, kann die Fotodetektorgruppe 7 durch einen einzigen Fotodetektor 2k und eine Spaltplatte 26 ersetzt werden, die sich vor dem Fotodektor 24 befindet. Die Spaltplatte 26 weist mehrere parallele Spalte auf. Die Spaltplatte 26 kann jedoch durch eine Spaltplatte mit nur einem Spalt bzw. Schlitz ersetzt werden, der sich in eine Richtung erstreckt, die seitlich zu der Richtung verläuft, in der die Abbildung darauf bewegt wird, wenn die Brennebene der Abbildung axial längs des Strahlengangs des Objektivs nach vorne und nach hinten bewegt wird. Bei Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungs form müssen nicht alle Verstärker 10a bis 1Od und 11a bis lld verwendet werden, sondern es reicht ein Satz von Verstärkern 10a und 11a aus.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform kann ebenfalls auf eins der Prismen 3 und k verzichtet werden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Bei den beiden, in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen wird das Ausgangssignal des Endverstärkers 11a am stärksten gesenkt, wenn die Abbildung gerade auf die Prismen 3 und k oder das Prisma k fokussiert ist.

Bei den oben beschriebenen und in den Figuren 1 bis

dargestellten Ausführungsformen sind Fokussierlinsen 5 und 6 zwischen die Prismen 3 und k und die Fotodetektor gruppen bzw. Fotodetektoren 7 und 8 eingefügt. Deshalb wird hinter den Prismen 3 und k ein relativ großer Raum benötigt. Un die Kamera einschließlich der Einrichtung zur Scharfeinstellung von Abbildungen so klein wie möglich zu machen, sollte auf die Fokussierlinsei 5 und 6 verzichtet werden. Fig. 8 zeigt ein Ausführungs-

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beispiel einer solchen Einrichtung, bei der keine Fokussierlinse zwischen dem Prisma und dem Fotodetektor vorgesehen ist.

Wie sich aus Fig. 8 ergibt, ist in ähnlicher Weise wie bei den in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Ausführungsformen ein Objektiv 31 mit einer Servomotor 37 verbunden, der durch ein elektrisches Signal von einer Schaltungsanordnung gesteuert wird, die an Fotodetektoren 35a, 35b, 36a und 36b angeschlossen ist, um längs seiner optischen Achse nach hinten und nach vorne bewegt zu werden. Das durch das Objektiv 3I verlaufende Licht wird durch einen halbtransparenten Spiegel 32 in zwei Strahlengänge a und b aufgeteilt. In dem Strahlengang a befindet sich ein erstes Prisma 33; direkt hinter diesem Prisma 33 sind zwei Fotodetektorelemente 35 a und 35b angeordnet, die ein Fotodetektorpaar 35 bilden. In dem Strahlengang b befindet sich ein zweites Prisma 3^! direkt hinter diesem Prisma ist ein zweites Fotodetektorpaar 3° angeordnet, das aus zwei Foto detektor elemente^ 36a und 36b besteht. Bei dieser Ausführungsform werden als Fotodetektorelemente Fotoelemente bzw. Sperrschichtfotozellen verwendet, wie beispielsweise Fotodioden. Die Elemente 35a, 35b, 36a und 36b sind in der Richtung angeordnet, in der die durch das Objektiv scharf eingestellte Abbildung bewegt wird, wenn die Brennebene der Abbildung axial längs der optischen Achse des Objektivs nach hinten und nach vorne verschoben wird.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung, die zwischen den Fotodetektorelementen 35a bis 36b und dem Servomotor 37 liegt. Wie aus Fig. 9 zu erkennen ist, sind die Fotodetektorelemente 35a und 36a, die einander in den Fotodetektorpaaren 35 und j6 entsprechen, mit den Eingängen eines Operationsverstärkers 38 verbunden, um die Differenz zwischen den Ausgangssignalen

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der Fotodetektorelemente 35a und 36a zu verstärken. Auf die gleiche Weise sind die Fotodetektorelemente 35b und 36b mit den Eingängen eines Operationsverstärkers 39 verbunden. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 38 und 39 sind an die Eingänge eines weiteren Operationsverstärkers ^O angeschlossen. Das Ausgangssignal Sl von dem Verstärker 38 und das Ausgangssignal S2 von dem Verstärker 39 werden als Eingangssignale auf den Verstärker kO gegeben, so daß schließlich an dem Verstärker kO ein Ausgangssignal S3 erhalten wird, das zur Steuerung des Servomotors 37 verwendet wird. Die Operationsverstärker 38, 39 und kO sind mit variablen Widerständen 4l, k2 und kj versehen, so daß ihre Ausgangssignalse Sl, S2 bzw. S3 jeweils Null sein können, wenn die beiden ihnen zügeführt si Eingangssignale den gleichen Wert haben.

Im folgenden soll die Funktionsweise der in den Figuren 8 und 9 gezeigten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 8, 9 und 10a bis 10c beschrieben werden. In den Figuren 10a bis 10c ist die Beziehung zwischen der Lage der Abbildungen und den Fotodetektorelementen 35a, 35b, 36a und 36b dargestellt, auf denen die Abbildungen erzeugt werden. Wenn die durch das Objektiv 31 gelieferten Abbildungen gerade auf den Prismen 33 und Jk und entsprechend auf den Fotodetektorpaaren 35 und 36 fokussiert sind, wird der dunkle Bereich der Abbildungen beispielsweise in der Mitte der Paare erzeugt, wie in Fig. 10a gezeigt ist. In Fig. 10a stellt der schraffierte Teil den dunklen Bereich der Abbildung dar, die auf den Fotodetektorelementen 35a und 35b erzeugt wird. Da die dunklen Bereiche a und b sich in der Mitte der Paare 35 und 36 befinden, ist das Ausgangssignal des ersten Elementes 35a des ersten Paars 35 gleich dem des ersten Elementes 36ades zweiten Paars J6, während das Ausgangssignal des zweiten Elementes 35b des ersten Paars 35 gleich dem des zweiten EIe-

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mentes 36b des zweiten Paars 36 ist. Deshalb sind die Ausgangssignale Sl und S2 Null, wodurch das Ausgangssignal S3 ebenfalls Null wird. Wenn also die Abbildung genau auf die Prismen 33 und 3*έ fokussiert ist, wird der Servomotor 37 nicht angetrieben, und das Objektiv 31 wird nicht bewegt. Wenn dann die Abbildung aus dieser scharf eingestellten Lage herausbewegt wird, wird das Licht durch die Prismen 33 und Jk in die entgegengesetzten Richtungen gebrochen, wie in Fig. 10b dargestellt ist. Der dunkle Bereich auf dem Fotodetektorpaar 35 wird nach rechts bewegt, wie durch a¹ angedeutet wird, und der auf dem anderen Paar 36 wird nach links bewegt, wie durch b' angedeutet wird. Deshalb wild das Ausgangssignal des ersten Elementes 35a des ersten Paars 35 erhöht, während das Ausgangssignal des ersten Elementes 36a des zweiten Paars 3° abnimmt} außerdem wird das Ausgangssignal des zweiten Elementes 35b des ersten Paars 35 verringert, während das Ausgangssignal des zweiten Elementes 36b des zweiten Paars 36 zunimmt. Als Folge hiervon nimmt auch das Ausgangs signal Sl zu, während das Ausgangssignal S2 abnimmt; dadurch nimmt wiederum das Ausgangssignal S3 zu, und der Servomotor 37 wird in eine Richtung gedreht. Wenn die Abbildung auf den Fotodetektoren in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, nimmt das Ausgangssignal S3 ab, um'den Servomotor 37 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein normales Prisma, wie z. B. ein optischer Keil, als optisches Brechungselement verwendet, auf das die Abbildung fokussiert wird. Wie in den Fig. Ha bis Hc 13a bis 13c, 15a bis 15c und 17a bis 17d gezeigt ist, kann jedoch das Prisma jede beliebige Form haben. Die Figuren 11ε und 11 b stellen Schnittansichten von dreieckigen Prismen mit dreieckigem Querschnitt oder einer Kombi-

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nation von zwei dreieckigen Querschnitten dar, während eine Draufsicht eines solchen Prismas in Fig. lic gezeigt ist. In Kombination mit den in den Figuren 11a bis lic gezeigten Prismen wird ein Satz von Fotodetektoren 120a, 120b und 120c verwendet. Der mittlere Fotodetektor 120 und die beiden äußeren Fotodetektoren 120b und 120c sind elektrisch unabhängig voneinander. Die äußeren Fotodetektoren 120b und 120c sind miteinander verbunden, so daß elektrisch ein einzelner Fotodetektor entsteht. Die Fläche des mittleren Fotodetektors 120a und die Gesamtfläche der äußeren Fotodetektoren 120b und 120c sind einander gleich. Fig. 13a zeigt eine weitere Ausführungsform des Prismas, welche die Form einer Pyramide hat; Fig; 13b zeigt ein Beispiel, das eine pyramidenförmige Aussparung hat. Fig. 13c stellt eine Draufsicht auf diese Prismen dar. In Fig. 14 ist eine Fotodetektoranordnung gezeigt, die in Kombination mit den Prismen nach den Figuren 13a bis 13c verwendet wird. Bei dieser Fotodetektoranordnung ist ein viereckiges, insbesondere quadratisches mittleres Fotodetektorelement 121a durch ein großes Fotodetektorelement 121b umgeben. Die Figuren 15a und 15b zeigen ähnliche Prismen, welche die Form eines Kegels sowie einer Scheibe mit einer kegelförmigen Aussparung haben. Fig. 15c zeigt eine Draufsicht auf die in den Figuren 15a und 15b dargestellten Prismen. Fig. 16 ist eine Draufsicht auf eine Fotodetektoranordnung, die in Kombination mit den Prismen nach den Figuren 15a bis 15c verwendet werden kann; dabei ist ein kreisförmiger, zentraler Fotodetektor 122a durch einen ringförmigen Fotodetektor 122b umgeben. Fig. 17a zeigt ein Prisma, das dem Prisma ähnelt, wie es bei den obigen Aus führ ungs formen verwendet wvnde. Figur 17b zeigt ein Prisma mit einer konvexen Fläche, während Fig. 17c ein Prisma mit einer konkaven Fläche darstellt.Fig. 17d ist eine Draufsicht auf ein solches Prisma. Fig. l8 zeigt eine Fotodetektoranordnung, in der die beiden Fotodetektoren 123a und 123b nahe beioinander angeordnet sind» diese Anordnung wird in Kombination mit den Prismen nach den Figuren 17A - 17D verwendet.

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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in Fig. 8 dargestellt sind, befinden sich Prismen 33 und 34 in den beiden Strahlengängen a und b. Ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 kann jedoch auf ein Prisma 34 verzichtet werden, wie in Fig. 19 dargestellt ist.

Fig. 20 zeigt ein Beispiel für eine einäugige Spiegelreflexkamera, in der das optische System für die Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung v_on Abbildungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 21 dargestellt ist, eingebaut ist. Ein Objektiv 101, das aus mehreren Linsen besteht, ist in dem Objektivtubus der Kamera vorgesehen und kann zur Scharfeinstellung axial nach hinten und nach vorne bewegt werden. Hinter dem Objektiv 101 ist in einer schrägen Lage ein nach oben schwenkbarer Spiegel 124 angeordnet, um das Licht von dem Objektiv 101 nach oben zu einer Fokussier- bzw.Einst ellplatte 125 zu reflektieren. Über der Einstellplatte 125 befindet sich ein pentagonales Dachkantprisma 126 sowie ein Okular 127· In seiner Mitte ist der Schwenkspiegel 124 mit einem halbtransparenten Bereich 124a versehen, so daß er das Licht von dem Objektiv 101 teilweise durchlassen kann. Hinter dem halbtransparenten Bereich 124a des Spiegels 124 befindet sich ein kleiner Spiegel 128, der schwenkbar an der Rückseite des Spiegels 124 angebracht ist. Der kleine Spiegel 121 kann gefalten bzw. gekippt bzw. geschwenkt werden, um den halbtransparenten Bereich 124a des Spiegels 124 zu verschließen bzw. zu sperren^ dadurch kann Außenlicht nie kit durch den halbtransparenten Bereich 124a in die Kamera eindringen, wenn der Spiegel 124 beim Herunterdrücken eines Verschlußauslöserknopfes nach oben geschwenkt wird. Das an dem kleinen Spiegel 128 reflektierte Licht fallt auf einen Strahlteiler 130, der sich unter dem kleinen Spiegel 128 befindet. Der Strahlteiler 13O besteht aus zwei Prismen 13I und 132, die miteinander verkittet

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sind. Auf ihre Austrittsflächen sind zwei Prismen 103 bzw. 10Ί gekittet. Hinter den Prismen IO3 und 104 befinden sich zwei Fotodetektorpaare IO5 und 106, die jeweils wie die Fotodetektorpaare 35 bzw. 36 ausgelegt sind.

Das bei der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform verwendete optische System ist im einzelnen in Fig. 21 dargestellt. Das in Fig· 21 nur angedeutete Objektiv 101 wird durch einen Servomotor 107 gesteuert, der durch ein Steuersignal von einer Schaltanordnung angetrieben wird, die in ähnlicher Weise wie die in Fig. 9 gezeigte Schaltungsanordnung die Fotodetektorpaare 105 und enthält.

Wie die in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen können die Fotodetektorpaare 105 und 106 durch ein Paar von einzelnen Fotodetektoren 135 und 136 sowie ein Paar Spaltplatten 137 und 138 ersetzt werden, wie in den Figuren 22 und 23 dargestellt ist. In den Figuren und 23 bezeichnet das Bezugszeichen 102 einen halbtransparenten Spiegel, der das Licht von dem Objektiv 101 in zwei Strahlengänge a und baufteilt. In Fig. 23 ist wie hei der Ausführungsform nach Fig. 7 auf ein Prisma \0k verzichtet worden. Bei den in den Figuren 22 und 23 gezeigten Ausführungsformen werden nur zwei Fotodetektoren 135 und 136 verwendet; deshalb kann bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 9 auf eine Seite der Schaltungsanordnung verzichtet werden, die dazu diente, eins der beiden Ausgangssignale Sl und S2 zu erhalten.

Die Erfindung schafft also eine Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung von Abbildungen, bei der hinter einem axial beweglichen Objektiv ein Strahlenteiler vorgesehen ist, um den durch das Objektiv verlaufenden Strahlengang in zwei Strahlengänge aufzuteilen.

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In einem der Strahlengang befindet sich auf der Bildebene des Objektivs ein Prisma. Hi* ~ dem Prisma ist ein Fotodetektor in dem Strahlengang vorgesehen, der das Prisma enthält. In dem Strahlengang, der kein Prisma enthält, ist ebenfalls ein Fotodetektor an einer Stelle vorgesehen, die optisch zu dem anderen Fotodetektor konjugiert ist. Die Ausgänge der Fotodetektoren sind mit einer Ausgangssignalvergleicherschaltung verbunden, die an einen Servomotor zur Steuerung der Lage bzw. Stellung des Objektivs angeschlossen ist. Wenn die Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren einander gleich sind, wird der Servomotor angehalten.

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER DtPL-ING H. KtNKELDEY DK hNQ W. STOCKMAIR OH 'NC-AeEiCALTcCr* X. SCHUMANN -^. / I 1/00 ρ Η Jakob QPL-INCi G. BEZOLD DR. PEA CUT OPLOCM 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE -3 P 11 462 17. März 1977 Patentansprüche

1. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung in einem optischen Instrument mit einem axial beweglichen Objektiv, gekennzei c h net durch eine Einrichtung zur axialen Bewegung des Objektivs in Abhängigkeit von einem zugeführten elektrischen Fokussiersignal, durch eine vor der Bildebene des Objektivs angeordnete Einrichtung zur Aufteilung des Strahlengangs des durch das Objektiv verlaufenden Lichtes in zwei Strahlengänge, durch ein im wesentlichen auf der Bildebene in einem der beiden Strahlengänge angeordnetes optisches Brechungseiement (3, d; 21, 22; 33, 103, 10*0, durch eine erste, hinter dem optischen Brechungselement (3, k; 21, 22; 33; 103, 104) angeordnete Fokussiereinrichtung zur Erzeugung einer Abbildung der auf die Bildebene fokussierten Abbildung auf einer zweiten Bildebene in dem Strahlengang, durch einen ersten Fotodetektor, der sich auf der zweiten Bildebene befindet, auf welche die Abbildung durch die erste Fokussiereinrichtung fokussiert wird, durch eine zweite, hinter der Bildebene in dem anderen Strahlengang angeordnete Fokussiereinrichtung zur Erzeugung einer Abbildung der auf die Bildebene fokussierten Ab-

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TELEFON (OSO) 11 QS 52 TELEX O6-2Q38O TELEGRAMME MONAPAT

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bildung in einer zweiten Bildebene in dem zweiten Strahlengang, durch einen zweiten Fotodetektor, der sich in der zweiten Bildebene befindet, auf welche die Abbildung durch die zweite Fokussiereinrichtung fokussiert wird, durch eine: mit dem ersten und dem zweiten Fotodetektor verbundene Einrichtung für den Vergleich des Ausgangssignals des ersten Fotodetektors mit dem des zweiten Fotodetektors, und durch eine mit der Vergleichseinrichtung verbundene Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Fokussiersignals (F) für den Antrieb der Bewegungseinrichtung für das Objektiv, um in entsprechender__Weise das Objektiv (l; 3I; 100) bis zu einer Stellung zu bewegen, in der das Ausgangssignal des ersten Fotodetektors gleich dem des zweiten Fotodetektors wird.

2. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Fotodetektor mehrere Fotodetektorelemente aufweisen, die in einer zu dem Strahlengang senkrechten Richtung angeordnet sind, wobei die Zahl der Fotodetektorelemente des ersten Fotodetektros gleich der der Fotodetektorelemente des zweiten Fotodetektors sind, und daß die Ausgangssignalvergleichseinrichtung mehrere Komparatorelemente in gleicher Zahl wie die Fotodetektorelemente aufweist, wobei jedes Komparatorelement mit einem der Fotodetektorelemente des ersten Fotodetektors und einem der Fotodetektorelemente des zweiten Fotodetektors verbunden ist, das einem der Fotodetektorelemente in dem ersten Fotodetektor entspricht, um die Ausgangssignale der entsprechenden Fotodetektorelemente zu vergleichen.

3. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Fotodetektor jeweils einen ein-

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zigen Fotodetektor und eine vor dem Fotodetektor angeordnete Spaltplatte aufweisen, wobei die Spaltplatte wenigstens einen Spalt hat, der sich senkrecht zu der Richtung erstreckt, in der die auf den Fotodetektor fokussierte Abbildung bewegt wird, wenn sich das Objektiv längs des Strahlengangs nach hinten und nach vorne verschiebt.

4. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch ein zweites, im wesentlichen in der Bildebene des anderen Strahlengangs angeordnetes optisches Brechungselement, wobei das ζ ve. te optische Brechungselement und das erste optische Brechungselement das Licht in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die darauf erzeugte Abbildung brechen.

5· Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung in einem optischen Gerät mit einem axial beweglichen Objektiv, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur axialen Bewegung des Objektivs in Abhängigkeit von einem zugeführten elektrischen Fokussiersignal (F), durch eine vor der Bildebene des Objektivs (1; 31» 100) angeordnete Einrichtung zur Aufteilung des Strahlengangs des durch das Objektiv verlaufenden Lichtes in zwei Strahlengänge, durch ein im wesentlichen in der Bildebene in einem der beiden Strahlengänge angeordnetes optisches Brechungselement, durch einen ersten, unmittelbar hinter dem optischen Brechungselement angeordneten Fotodetektor, durch einen zweiten, in der Bildebene des anderen Strahlengangs angeordneten Fotodetektor, durch eine mit dem ersten und dem zweiten Fotodetektor verbundene Einrichtung für den Vergleich des Ausgangssignals des ersten Fotodetektors mit den des zweiten Fotodetektors, und durch eine mit der Vergleichseinrichtung verbundene Einrichtung zur Erzeugung des elektrischen Fokussiersignals (F) für den Antrieb

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der Bewegungseinrichtung für das Objektiv, um das Objektiv (1; 31; 100) zu einer Stellung zu bewegen, in der das Ausgangssignal dee ersten Fotodetektors gleich dem des zweiten Fotodetektors wird.

6. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Fotodetektor mehrere Fotodetektorelemente aufweisen, die in einer zu dem Strahlengang senkrechten Richtung angeordnet sind, daß die Zahl der Fotodetektorelemente des ersten Fotodetektors gleich der der Fotodetektorelemente des zweiten Fotodetektore ist, und daß die Ausgange Signalvergleichseinrichtung mehrere Komparatorelemente in der gleichen Zahl wie die Fotodetektorelemente aufweist, wobei jedes Kotnparatorelement mit einem der Fotodetektorelemente des ersten Fotodetektors und einem der Fotodetektorelemente des zweiten Fotodetektore verbunden ist, das dem Fotodetektorelement in dem ersten Fotodetektor entspricht, um die Auegangesignale der entsprechenden Fotodetektorelemente zu vergleichen·

7· Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, diß der erste und zweite Fotodetektor jeweils einen einzigen Fotodetektor und eine vor den Fotodetektor angeordnete Spaltplatte aufweiten, wobei die Spaltplatte wenigstens einen Spalt enthält, der eich in einer zu dar Richtung senkrechten Richtung erstreckt, in der die auf den Fotodetektor fokussierte Abbildung bewegt wird, wenn eich da· Objektiv längs des Strahlengang« nach vorne und nach hinten verschiebt.

8. Einrichtung zur automatischen Scharfeinstellung einer Abbildung nach einem der Ansprüche 5 bis 7« gekennzeichnet durch ein zweites, im wesentlichen in der Bildebene in dem anderen Strahlengang angeordnete· optisches Brβ-

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chungselement, wobei das zweite optische Brechungselement und das erste optische Brechungselement das Licht in entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die darauf erzeugte Abbildung brechen.

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