DE2944161C2 - Vorrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung eines optischen Systems - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung eines optischen Systems nach

dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (DE-AS 24 55 407 und DE-OS 29 23 573) ist eine sehr genaue gegenseitige Anordnung der Lichtübertragungselemente und konjugierten photoelektrischen Wandler erforderlich, was hohen Montageaufwand bedingt, um zu erreichen, daß die konjugierten Wandler genau zu beiden Seiten einer mechanisch eingestellten Mittellinie angeordnet sind, gegenüber der der Vergleich vorgenommen wird. Bei einer anderen Vorrichtung dieser Art (DE-AS 23 43 391) sind die Ladungsübertragungselemente auf einem längs der optischen Achse hin- und herbewegten Träger angeordnet, um die Bildelemente in unterschiedlichen Bildebenen abzutasten. Das Vorsehen bewegter Teile ist in vielerlei Hinsicht problematisch. Es ist bekannt (DE-OS 28 11817), bei einer Scharfeinstellvorrichtung als Bildelementanordnung Ladungsübertragungsfclemente vorzusehen. Diese liegen jedoch alle in einer zur optischen Achse orthogonalen Ebene, so daß ein Bildteiler im Strahlengang erforderlich ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend fortzuentwickeln, daß eine hohe Schärfefeststellgenauigkeit bei geringer Größe und einfacher Konstruktion sowie vermindertem Montageaufwand erzielbar ist.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Trotz hoher Genauigkeit der Schärfeeinstellung ist eine genaue gegenseitige Anordnung der Lichtübertragungselemente und der konjugierten photoelektrischen Wandlerelemente, wie beim Stand der Technik gemäß der DE-OS 24 55 407 oder 29 23 573, nicht erforderlich. Ebensowenig bedarf es bewegter Teile wie beim Stand der Technik nach der DE-AS 23 43 391. Durch die Anordnung der Bildelementanordnung unter einem Winkel gegenüber der Soll-Schärfeebene des optischen Systems vereinfacht sich der Aufbau wesentlich. Auch ist die Winkellage nicht kritisch, da einander entsprechende Bildelemente sich unabhängig vom Neigungswinkel immer im gleichen Abstand von der Soll-Schärfeebene im Zustand der Scharfeinstellung befinden.

Durch eine selektive Auswahl nur vorbestimmter Bildelemente zu beiden Seiten der Soll-Schärfeebene zur Schärfefeststellung ergibt sich der Vorteil, daß bei der Differenzbildung ein verhältnismäßig starkes Signal entsteht, und zwar auch in der Nähe der Soll-Schärfeebene. Einer speziellen Zuordnung von Wandlerelementen zu Ladungsübertragungselementen bedarf es nicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigen

F i g. 1 und 2 perspektivische Darstellungen von Bildelementenanordnungen,

Fig.3 ein Diagramm, aus dem die Größe von Leuchtdichtesignalen und eine Abbildung durch Vergleich der Fälle in den F i g. 1 und 2 hervorgeht, wenn das optische System im fokussierten Zustand bzw. scharf und im nicht fokussierten Zustand bzw. unscharf eingestellt ist,

Fig.4 und 5 Schaltbilder der Vorrichtung in zwei verschiedenen Ausführungsformen,

Fig.6A —61 Signalformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach F i g. 5 und

Fig. 7A + 7B Querschnitte zweier Spiegelreflexkameras, in die jeweils eine Schärfefeststellvorrichtung eingebaut ist.

Die F i g. 1 und 2 zeigen perspektivisch die Lage von aus photoelektrischen Wandlerelementen, die im folgenden als Bildelemente bezeichnet sind, dargestellten Bildelementanordnungen 1 und 4, die durch Ladungsübertragungselemente (CCD) gebildet und bezüglich der Soll-Schärfeebene 3 eines optischen Systems 2 geneigt sind. Die Ladungsübertragungselemente können die Form einer Eimerkettenvorrichtung od. dgl. eindimensionale Anordnung von photoelektrischen Wandlern haben. Die Bildelementanordnung 1 ist zu der Soll-Schärfeebene derart geneigt, daß die optische Achse O des optischen Systems 2 zur Ermittlung der Scharfeinstellung durch die Miite der Bildelementanordnung 1 verläuft

In Fig.2 ist eine Bildelementanordnung 4 mit einer zweidimensional Anordnung einer großen Anzahl von Bildelementen in Form einer Matrix in Reihen h 1 bis h m und Spalten ν 1 bis ν π vorgesehen, die ebenfalls gegenüber der Soll-Schärfeebene so geneigt ist, daß die Ladungsübertragungselemente bzw. Bild~lemente der mittigen Reihe hmo auf einer geraden Linie 5 liegen, die senkrecht zur optischen Achse O auf der Soll-Schärfeebene 3 sfeht Die optische Achse O verläuft durch das etwa mittlere Bildelement (hmo, vno) der mittleren Reihe Arno und mittleren Spalte vno.

Wenn bei der Anordnung der F i g. 1 und 2 der Brennpunkt des optischen Systems 2 bei a auf der Soll-Schärfeebene 3 liegt, d. h„ das optische System 2 scharf eingestellt ist, der Schnittpunkt bei b vor der Soll-Schärfeebene 3 bei c hinter dieser liegt, haben die Leuchtdichtesignale Eta, EXb, Eic der Bildelemente der Bildelementanordnung 1 und die Leuchtdichtesignale EAa, EAb, £4cder Bildelemente in der Spalte vno der Bildelementenanordnung 4 den in F i g. 3 gezeigten Verlauf.

Wenn daher die aufeinanderfolgenden, von der Bildelementanordnung 1 oder von einer bestimmten Spalte der Bildelementenanordnung 4 erhaltenen Ausgangs- bzw. Leuchtdichtesignale entsprechend Patentanspruch 1 weiterverarbeitet werden, kann die Schärfeeinstellung gut ermittelt werden. Im Falle der Bildelementanordnung 4 sind, wie die Kurven Fa, Fb, Fc in F i g. 3 zeigen, die Größen der Abbildungen vor und hinter den Brennpunktlagen a, b, c verschieden, so daß ein Signal bzw. ein Kontrast, das bzw. der die Größe der Abbildung darstellt, in einer ausgewählten Reihe gesucht und entsprechend die Schärfeeinstellung durch deren Vergleich ermittelt werden kann.

F i g. 4 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Vorrichtung, aus deren Bildelementanordnung 1 gemäß so F i g. 1 mit einer Steuerschaltung Leuchtdichtesignale von zwei konjugierten Bildelementen zu beiden Seiten der optischen Achse selektiv ausgelesen werden. Das optische System 2 kann automatisch entsprechend der Verarbeitung der Signale scharfgestellt werden. Die Steuerschaltung umfaßt einen Taktsignalgeber 7, den das Ausgangssignal eines Oszillators 8 empfängt und einem Synchronsignal-Generator 9 einen bestimmten Taktimpuls zuleitet. Die Bildelementanordnung 1 wird von einer Folge von Taktimpulsen des Taktsignalgebers 7 zum Auslesen angesteuert und leitet die Leuchtdichtesignale jedes Bildelements nacheinander einem Vorverstärker 10 zu, der diese verstärkt und Analogschaltern 11 und 12 zuführt. Die letzteren werden von einem bestimmten Treiberimpuls des Generators 9 angesteuert und übertragen das Ausgangssignal des Vorverstärkers 10 beim Empfang des Treiberimpulses zu Halteschaltungen 13 bzw. 14, um es zu speichern. Der Treiberimpuls des Generators 9 gibt ferner seine Adresse an und bestimmt die Ausgangssignale der jeweiligen Bildelemente auf beiden Seiten der optischen Achse in der Bildelementenanordnung 1, die auszulesen und in den Halteschaltungen zu speichern sind. Die Halteschaltungen 13 und 14 speichern daher die Signale, die den so bestimmten Ausgangssignalen der vorbestimmten Bildelemente zu beiden Seiten der optischen Achse der Bildelementanordnung 1 entsprechen. Ein Differentalverstärker 15 vergleicht die Signale der Haltekreise 13 und 14 und führt zu einer derartigen Verstellung des optischen Systems 2 in Richtung der optischen Achse mittels eines Motors 16 entsprechend der Vergleichsdifferenz, bis der Brennpunkt auf der Abbildungsfläche, z. B. dem Film, liegt. Dies bedeutet, daß beim Vergleich der Leuchtdichtesignale der Bauelemente auf beiden Seiten abstandsgleich von den Bildelementen, durch die die optische Achse verläuft, das optische System 2 verstellt und in eine Lage gebracht wird, in der das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 15 Null wird. Dann ist das optische System scharf eingestellt.

F i g. 5 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsform für eine Bildelementanordnung nach F i g. 2, bei der zwei Bildelementreihen zu beiden Seiten der mittleren Reihe .hmo ausgewählt werden, deren Leuchtdichtesignale, die die Größe der Abbildungen der jeweiligen Reihen darstellen, durch die Steuerschaltung verarbeitet werden und das optische System 2 automatisch durch Vergleich der die Größen dieser beiden Abbildungen darstellenden Signale scharf eingestellt wird. Um die Signale zu erhalten, die die Größe der Abbildungen in den beiden ausgewählten Reihen darstellen, wird das Ausgangssignal des Vorverstärkers 10 durch einen Komparator 20 mit einem Bezugswert Vs verglichen. Die Ausgangssignale mit einer Amplitude, die größer als der Bezugswert ist, werden zu Ausgangssignalen mit einer bestimmten Amplitude gemacht. Die Ausgangssignale der ßildelementanordnungen in jeder der ausgewählten Reihen werden über die Analogschalter U und 12 Integratoren 21 und 22 zugeführt, die die Gesamtsumme der Ausgangssignale der Spalten ν 1 bis vn jeder ausgewählten Reihe, d. h_M es werden Signale proportional der Gesamtsumme der Anzahl der Bildelemente, die die Leuchtdichtesignale erzeugen, die größer als der Bezugswert ist, ermittelt und diese Werte nach Speicherung durch die Haltekreise 13 und 14 im Differentialverstärker 15 miteinander verglichen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig.5 wird anhand des Verlaufs des Signals, wie er in Fig.6 dargestellt ist, näher erläutert. Die Bildelementanordnung 4 wird von der Reihe Λ1 bis hm an jeder Spalte ν 1 bis vn abgetastet. Die beiden ausgewählten Reihen sind die Reihen Arno—a und hmo+a an einer von der Reihe hmo abstandsgleichen Stelle. Die Bildelementanordnung 4 wird von der Spalte ν 1 bis vn der Reihe nach durch den Taktimpuls gemäß F i g. 6A ausgelesen. Der Synchronisiersignal-Generator 9 gibt wiederholt die in den Fig.6B und 6C gezeigten Torimpulse an die Analogschalter 11 und 12 bei jeder Spalte ab, um die vom Komparator 20 durchgelassenen Leuchtdichtesignale entsprechend den Reihen hmo-a und hmo +a den Integratoren 21 und 22 an jeder Spalte ν 1 bis vn zuzuführen. Die Integratoren 21 und 22 erhalten dann Signale der Bildelemente der Reihe hmo—a bzw. hmo+a.

Wenn der Brennpunkt des optischen Systems 2 auf der Abbildungsfläche liegt, d. h., wenn das optische

System 2 im fokussierten Zustand ist oder der Brennpunkt vor der Abbildungsfläche oder hinter dieser liegt und die Signale der Bildelemente der Reihen hmo—a und hmo+a der Bildelementanordnung 4 gewählt werden, ergeben sich die in den F i g. 6D bis 6F gezeigten Signalverläufe. Die Integration der Werte der Signale der Reihe hmo—a und hmo+a der Haltekreise 13 und 14 ergibt die Signalformen gemäß den F i g. 6G bis 61. Im fokussierten Zustand (F i g. 6D) sind somit die Ausgangssignale der Haltekreise 13 und 14 gleich, so daß das Ausgangssignal des Differential Verstärkers 15 Null wird und das optische System 2 im fokussierten Zustand bleibt. Liegt der Brennpunkt vor der Abbildungsfläche (F i g. 6E), ist die Anzahl der Bildelemente, die Leuchtdichtesignale mit einer Amplitude größer als eine vorbesiimir.te Amplitude in der Reihe kmo-a erzeugen, größer als die Anzahl der Bildelemente, die Leuchtdichtesignale mit einer Amplitude größer als der vorbestimmte Wert in der Reihe hmo+a erzeugen, so daß das Ausgangssignal des Haltekreises 13 größer als das des Haltekreises 14 wird. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 15 wird daher negativ, um das optische System 2 näher an die Abbildungsfläche (Filmoberfläche) zu schieben. Liegt der Brennpunkt hinter der Abbildungsfläche (Fig.6F), wird das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 15 positiv, so daß das optische System 2 von der Abbildungsfläche wegbewegt wird.

Die Fig.7A und 7B zeigen Querschnitte zweier Ausführungsformen einer Spiegelreflexkamera, in die jeweils eine Schärfefeststellvorrichtung eingebaut ist. F i g. 7A zeigt eine Konstruktion, bei der die Ladungsübertragungselemente 29 einer ein- oder zweidimensionalen Bildelementanordnung auf einer Sucherscheibe 28 angeordnet ist, durch das die Achse O' eines reflektierten Strahlenbündels verläuft. Die Sucherscheibe 28 befindet sich an einer zur Filmoberfläche 27 konjugierten Stelle, um eine Reflektionsabbildung des vom Kameraobjektiv 25 kommenden Strahlenbündels über einen Schwenkspiegel 26 zu erzeugen, der unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse O steht. Die Biidelementanordnung ist schräg zur Abbildungsfiäche der Sucherscheibe 28 angeordnet. Aus ihr ausgelesene Leuchtdichtesignale werden von einer Steuerschaltung gemäß den Fig.4 oder 5 zu einem Stellsignal verarbeitet, das einem Verstellmotor 30 zugeführt wird, der das Kameraobjektiv 25 in Richtung der optischen Achse O in einer Objektivfassung 31 verstellt und in die Scharfstellung bringt Die Steuerschaltung der Fig.4 oder 5 kann im unteren Teil 33 des Kameragehäuses 32 untergebracht sein. F i g. 7 B zeigt eine Konstruktion, bei der ein lichtdurchlässiges Element 34 in der Mitte des Schwenkspiegels 26 auf der optischen Achse O des Kameraobjektivs 25 vorgesehen ist Das durch das lichtdurchlässige Element 34 hindurchgetretene Strahlenbündel wird in Richtung des unteren Teils 33 des Kameragehäuses 32 durch einen Reflektionsspiegei 35 am Schwenkspiegel 26 reflektiert. Das reflektierte Strahlbündel wird in der gleichen Weise wie in F i g. 7 A auf die im unteren Teil 33 des Kameragehäuses angeordnete Bildelementanordnung abgebildet.

Die Bildelementanordnung, die aus Ladungsübertragungselementen in Form von photoelektrischen Wandlern einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, einer Eimerkettenvorrichtung od. dgl. besteht, steht schräg zur Abbildungsfläche, so daß die Konstruktion einfach ist und man Leuchtdichtesignale der Bildelementanordnung auf, vor und hinter der Abbildungsfläche erhalten und die Schärfeeinstellung sehr genau feststellen kann.

ίο Stellt man diese durch Ermittlung des Kontrastes oder der Größe einer Abbildung fest, wenn photoelektrische Wandlerelemente in Matrixanordnung verwendet sind, kann die Abbildung auf, vor oder hinter der Abbildungsfläche ohne Verwendung eines Dreh- oder Schwenk- spiegeis abgetastet werden.

Wenn das optische System 2 nahe dem Fokussierzustand ist, wird die Leuchtdichte jedes Bildelements nahe der Abbildungsfläche groß, so daß, wenn die Leuchtdichtesignale und ihre Integrationswerte, die von den Bildelementen bzw. deren Anordnung auf beiden Seiten der Abbildungsfläche entfernt von dieser bis zu den Bildelementen bzw. ihrer Anordnung auf beiden Seiten der Abbildungsfläche nahe dieser aufeinanderfolgend oder wahlweise miteinander verglichen werden, der fokussierte Zustand festgestellt wird. Dann kann ein Signal mit hohem Pegel, wie es nahe dem fokussierten Zustand entsteht, verarbeitet werden, so daß der fokussierte Zustand mit hoher Genauigkeit ermittelt wird. Dies kann leicht durch geeignete Änderung der Zeitsteuerung des Treiberimpulses (Torimpulses) erreicht werden, den der Synchronisiersignal-Generator 9 erzeugt. Der fokussierte Zustand des optischen Systems 2 kann nicht nur durch Vergleich des Bildelementes und der Bildelementreihe auf beiden Seiten der Abbildungsfläche, sondern auch durch Vergleich des Bildelementes und der Bildelementreihe auf der Abbildungsfläche mit dem Bildelement und der Bildelementenreihe auf beiden Seiten der Abbildungsfläche, und auch durch Vergleich des Bildelementes und der Bildelementreihe auf der Abbildungsfläche mit einem bestimmten Bildelement und einer Bildelementreihe auf einer Seite der Abbildungsfläche festgestellt werden. Die Steuerschaltung nach Fig.4 wird für eine zweidimensionale Bildelementanordnung 1 gemäß Fig.2 verwendet.

Dabei wird nicht nur jedes einzelne Bildelement auf beiden Seiten der Abbildungsfläche, sondern es werden mehrere Bildelemente zur Feststellung der Schärfeneinstellung verwendet. Das optische System wird nach Maßgabe des Ausgangssignals des Differentialverstär-

kers 16 automatisch fokussiert, jedoch bei Verwendung eines Komparators anstelle des Differentialverstärkers 16 kann bei Handeinstellung des optischen Systems eine Leuchtdiode durch das Ausgangssignal des Komparators gezündet oder ein Ton durch einen Summer

erzeugt werden, wenn das optische System fokussiert ist. Die optische Achse O des optischen Systems 2 verläuft bei den obigen Ausführungsformen im wesentlichen durch die Mitte der Bildelementanordnungen 1 und 4, müssen sich jedoch nicht notwendigerweise mit dieser Achse kreuzen, jedoch mit der AbbUdungsfläche

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Feststellung der Scharfeinstellung eines optischen Systems, bei der eine Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente, die in konjugierten Positionen vor und hinter einer Soll-Schärfeebene des optischen Systems angeordnet sind, eine Bildelementanordnung darstellen, wobei die Leuchtdichtesignale der Bildelemente mittels einer Steuerschaltung auslesbar sind und mit einer Einrichtung zum Vergleich von vor der Soll-Schärfeebene erzeugten Leuchtdichtesignalen mit jeweils konjugierten hinter der Soll-Schärfeebene erzeugten Lichtdichtesignalen und zur Verarbeitung der is Vergleichssignale zum Zwecke der Feststellung der Scharfeinstellung des optischen Systems, dadurch gekennzeichnet,

daß die Bildelementanordnung (1, 4), die durch Ladungsübertragungselemente gebildet ist, bezuglieh der Soll-Schärfeebene (3) des optischen Systems (2) geneigt ist,

daß die Steuerschaltung Analogschalter (11,12) zur Weiterleitung der Leuchtdichtesignale, Halteschaltungen (13, 14) zum Speichern der von den Analogschaltern (11, 12) übertragenen Leuchtdichtesignale und einen Synchronisiersignal-Generator (9) umfaßt, der die Analogschalter (11, 12) so ansteuert, daß die jeweils konjugierten Leuchtdichtesignale in die eine bzw. die andere Halteschaltung (13,14) eingespeichert werden,
und daß die Ausgangssignale der Halteschaltungen (13,14) die Vergleichssignale bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildelementenanordnung (4) die Ladungsübertragungselemente matrixförmig zu beiden Seiten einer geraden Linie (5) senkrecht zu der optischen Achse (O) angeordnet aufweist und daß das Auslesen konjugierte Leuchtdichtesignale aus Ladungsübertragungselenienten parallel zu der geraden Linie (5) erfolgt, deren Leuchtdichtesignale größer als ein vorbestimmter Bezugswert in jeder Reihe ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe eines auf eine Bildelementenspalte fokussierten Bildes durch einen Komparator (20) zum Vergleichen des Leuchtdichtesignals des Elementes mit einem Bezugswert (Vs) erzeugt wird, wobei sich die Größe der Bilder in zwei ausgewählten Reihen darstellende Signale ergeben, und daß die Summe der Ausgangssignale der gewählten Reihen mittels Integrierschaltungen (21, 22) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsübertragungselemente (29) der Bildelementanordnung auf einer Sucherscheibe (28) angebracht sind, auf der mittels eines gegenüber ihr geneigten und unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse (O) angeordneten Schwenkspiegel (26) ein Bild erzeugt wird und die vom Kameraobjektiv (15) die gleiche optische Entfernung wie die Filmoberfläche (27) hat