DE2356978A1

DE2356978A1 - Vorrichtung zur automatischen scharfeinstellung (autofokussierung), insbesondere fuer photographische kameras

Info

Publication number: DE2356978A1
Application number: DE2356978A
Authority: DE
Inventors: Hideomi Takeda
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1973-11-15
Publication date: 1974-06-06
Also published as: FR2209120A1; FR2209120B1; US3849643A; DE2356978B2; JPS5340334B2; JPS4978542A; GB1449191A

Description

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Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung (Auto-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung (Autofokussierung) für optische Apparate, insbesondere für photographische Kameras.

Bei vielen bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Einstellung (Fokussierung) elektrisch gesteuert. Dies geschieht dadurch, daß die Änderung des Bildkontrastes, der sich bei Fehleinstellung ergibt, über den gesamten Ortsfrequenzbereich des. Bildes gemessen wird. Es ist bekannt, daß die Änderung des Bildkontrastes bei hohen Ortsfrequenzen stark ansteigt. Man erhält daher eine gesteigerte Empfindlichkeit bei der Ermittlung der Fehleinstellung, wenn Bildkomponenten relativ hoher Frequenz ausgefiltert und deren Anteil bei unterschiedlichen Einstellungen des optischen Systems miteinander verglichen werden. Hiervon ausgehend wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das durch die Abtastung der Lichtverteilung des Bildes gewonnene Zeitsignal auf elektrischem Wege einer Frequenzanalyse unterzogen wird und die hochfrequenten Komponenten herausgezogen werden. Bei der Umsetzung in die Praxis treten jedoch Schwierigkeiten auf, da die erforderlichen Siebmittel umfangreich "und teuer sind und vergleichsweise komplizierte Filterschaltungen beinhalten.

AO 9 8.2 3/G 7 6.3 '

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein optisches System zu schaffen, bei dem derart komplizierte Filterschaltungen nicht erforderlich sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem zu der Abtastvorrichtung verlaufenden Strahlengang des optischen Systems ein Beugungsgitter angeordnet ist, mittels dessen Bildkomponenten hoher Frequenz optisch ausfilterbar sind. Durch diese Einfügung eines Beugungsgitters in das optische System erhält dessen optische Übertragungsfunktion BandpaßCharakter. Damit erübrigen sich elektrische Bandpässe bei der Verarbeitung des durch die Abtastvorrichtung erzeugten Zeitsignales. Der Maximalwert des von der Abtastvorrichtung abgegebenen elektrischen Signales kann durch einen einfachen Hochpaß ermittelt werden. Weitere frequenzanalysierende Mittel sind nicht erforderlich. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich die elektrische Weiterverarbeitung des Ausgangssignales der Abtastvorrichtung aus diesem Grunde erheblich vereinfacht. Außerdem wird die Meßempfindlichkeit, d.h. die Empfindlichkeit, mit der Fehleinsteilungen ermittelbar sind, erheblich gesteigert.

Es wurde erwähnt, daß die Meßempfindlichkeit um so grosser ist, je höher die Ortsfrequenz ist, die der Autofokussierung zugrunde gelegt wird. Da jedoch die obere Grenze der Ortsfrequenz je nach Objekt sehr unterschiedlich sein kann, darf die der Autofokussierung zugrunde liegende Grenzfrequenz im Interesse der universellen Anwendbarkeit nicht zu hoch gewählt werden. Eine vorgeschlagene Anordnung zur Autofokussierung bedient sich deshalb einer Mehrzahl von elektrischen Bandpässen, die je nach der Beschaffenheit des Aufnahmegegenstandes alternativ wirksam werden. Es ist offensichtlich, daß eine derartige Anordnung zwar optimale Ergebnisse liefert, jedoch sehr aufwendig ist. Einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zur Autofokussierung verwendete Frequenzband mit möglichst geringem Aufwand variabel zu gestal-

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ten und damit dieMöglichkeit zu schaffen, bei Objekten unteres chiedlicher Beschaffenheit optimale Ergebnis se zu erzielen. Diese Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, mittels derer das Beugungsgitter längs de? optischen Achse des optischen Systems verschiebbar ist» Durch eine derartige Verschiebung des Beugungsgitters längs der optischen Ach-" se verschiebt sich die Mittenfrequenz des von dem Beu-■ /gungsgitter ausgef ilterten Frequenzbereiches, Damit ist es möglich, für jedes beliebige Aufnahmeobjekt maximale Meß empfindlichkeit zu .erzielen.

Einer anderen Weiterbildung der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarf für die Abtastvorrichtung zu reduzieren. Die üblichen Abtastvorriehtungen, die z.B. aus rotierende;?! Scheiben mit einem Schlitz bestehen ,sind nämlich vergleichsweise umfangreich;. Die Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß' die Abtastvorrichtung einen oszillierend rotierbaren Spiegel umfaßt. Dadurch ist es möglich, einen feststehenden Schlitz zu verwenden, an dem das von dem optischen System erzeugte Bild infolge der Drehbewegung des Spiegels vorbeiwandert, '"■■""

Bevor die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, seien ihre charakteristischen Merkmale noch einmal zusammenfassend dargestellt:

Durch die dem Beugungsgitter eigene Bandpaß-Charakteristik können partikuläre Ortsfrequenzen des Bildes in einfacher Weise ausgefiltert und weiter verarbeitet werden. Als elektrisches Siebmittel genügt ein einfacher Hochpäß. '

Die erwähnte Weiterbildung der Erfindung, die die Verschiebung des Beugungsgitters längs der optischen Achse zum Gegenstand hat, erlaubt "eine überaus einfache Anpassung der Vorrichtung zur ÄutöfÖkussierung an die jeweilige Objekt-

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beschaffenheit. Die Vorrichtung ist deshalb sehr flexibel.

Der gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehene oszillierend rotierbare Spiegel bildet im Zusammenhang mit einem feststehenden Schlitz eine Abtastvorrichtung, die einen besonders kompakten Aufbau ermöglicht und die sich deshalb zum Einbau in photographische Handkameras hervorragend eignet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung in photographischen Kameras beschränkt, sie eignet sich gleichermaßen für andere optische Geräte z.B. für Projektoren, für Laufbildkameras, Laufbildprojektoren oder dergleichen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. .

Fig. 1 zeigt den Verlauf des Transmissionsfaktors eines Phasengitters,

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung der optischen Filterung mittels eines Phasengitters,

Fig. 3 zeigt die optische Übertragungsfunktion eines Phasengitters,

Fig. 4 zeigt das LeistungsSpektrum des durch das Phasengitter gefilterten Bildes,

Fig. 5 veranschaulicht die Meßempfindlichkeit, d.h. die Empfindlichkeit, mit der die Abweichungen von der korrekten Fokussierung feststellbar sind, einmal für den Fall, daß sich die Messung über den gesamten Bereich der Ortsfrequenzen erstreckt und zum anderen für den Fall, wenn nur eine Ortsfrequenzkomponente selektiv gemessen wird,

Fig. 6 veranschaulicht die Änderung der Meßempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Mittenfrequenz,

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Ausfüh-

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rungsbeispiels der erfindTangSigemäßen Anordnung,. Fig. 8 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Servosteuerung gemäß der

Phasenmeßmethode,
Fig. 9 schließlich ist eine schematisehe Darstellung zur Veranschaulichung einer Abtastvorrichtung, die einen oszillierenden Spiegel verwendet.

Bevor ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben wird, seien zunächst einige Betrachtungen darauf gerichtet, in welcher Weise die optische Übertragungsfunktion eines optischen Abbildungssystems durch die Verwendung eines Beugungsgitters verbessert wird. Als Beugungsgitter kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung entweder ein Phasengitter, ein Amplitudengitter oder ein komplexes Amplitudengitter verwendet werden. Die folgende Beschreibung bezieht sich jedoch ausschließlich auf ein Phasengitter, dessen Tr.ansmissionsfaktor-Verteilung f ^ (x) durch folgende Gleichung gegeben ist:

fexp(iJ) Ix|< f ' . -

(1) ^Cx)=V

■ I ι . i<i-f< f

Es sei noch erwähnt, daß diese und die folgenden Gleichungen zur Erleichterung der Anschauung ausschließlich eine Dimension berücksichtigen.

In Gleichung (1) bedeuten i die Phasendifferenz,a die Breite der Gitterelemente :und d. den Phasenabstand bzw. die Gitterkonstante. Der Transmissionsfaktor f^(x) dieses. Phasengitters ist in Fig. 1 dargestellt. Wenn - wie in Fig. 2 dargestellt - das Phasengitter 1 zwischen einem Kameraobjektiv 2 und einer Bildebene 3 angeordnet wird, ergibt sich als optische Übertragungsfunktion des optischen Systems: .--.""

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(2) R(u) = (f_o · f^® (f_o · ijt

Hierin bedeuten u die Ortsfrequenz, f_Q(x) die sogenannte Pupillenfunktion des Objektivs 2 und die Zeichen © und f eine Autokorrelationsfunktion bzw. die dazu konjungiert komplexe Autokorrelationsfunktion. Wenn die optischen Übertragungsfunktionen des Objektivs und des Phasengitters R (u) bzw. R₁(u) sind, kann R(u) durch das Pro dukt R · R* angenähert werden. Wenn die Phasendifferenz ci^=/?Tgleich ist, kann R₁Cu) folgendermaßen ausgedrückt wer den:

(3) R₁Cu) . q ( ^ , u)* Σ, 6 (u - ψ,

worin q (B, u) eine Funktion mit Dreieck-Verlauf mit einer Bandbreite von 2B und einer Höhe von 1 bedeutet. ο (u—r-) bedeutet einen Impuls bei u = γητ. Das Zeichen * bezeichnet ein Hüllintegral, b ist der Abstand zwischen dem Phasengitter und der Bildebene und λ ist die Wellenlänge des Lichtes. In Fig. 3 ist die optische Übertragungsfunktion R₁(U) des Phasengitters für d = 1,2mm, a = 0,3mm, λ^a 0,5 ,α und b = 60mm dargestellt. Es ist bekannt, daß die optische Übertragungsfunktion R_Q(u) des Objektivs durch eine Kurve dargestellt werden kann, die bei hohen Frequenzen abnimmt. Die optische Übertragungsfunktion R(u) des aus dem Beugungsgitter und dem Objektiv bestehenden optischen Systems hat deshalb wie R^(u) den Verlauf eines Bandpasses. Es existieren Seitenbänder, bei denen xi^ den Wert 80 pic/mm überschreitet. Da die optische Übertragungsfunktion R (u) beispielsweise eines Kameraobjektivs bei derart hohen Frequenzen beträchtlich abfällt, genügt es für den Zweck der vorliegenden Erfindung, lediglich, das positive und negative erste Frequenzband zu betrachten.

Man erkennt aus den vorstehenden Ausführungen» daß das optische System, dessen optische Übertragungsfunktion durch die Verwendung eines Gitters beeinflußt wird, den Charak-

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ter eines Bandpaß-Filters besitzt. In Fig. 4 ist das Leistungsspektrum I(u) des Bildes eines'Aufnahmegegenstandes dargestellt. Dieses Leistungsspektrum ergibt sich aus dem Produkt des Leistungsspektrums des Gegenstandes und der optischen Übertragungsfunktion R(u). In Fig. 4 bilden die Dreieck-Funktionen Δ OA^jU und AAJH₀Ar die optische Übertragungsfunktion R(u), die durch das Phasengitter "verbessert" wurde. Die Kurven τ und r^ veranschaulichen den ..Verlauf des Leistungsspektrums des Bildes ohne Verwendung des Phasengitters einmal für den Fall der korrekten Fokussierung (z = 0) und für den Fall einer fehlerhaften Fokussierung (z = Zv|). Wenn das Phasengitter eingefügt wird, erhält man als Leistungsspektrum des Bildes sowohl bei korrekter Fokussierung als auch bei fehlerhafter Einstellung eine Dreieck-Funktion A0A>| Ap, die eine Gleichkomponente darstellt, sowie Dreieck-Funktionen Aa^HqA- und ΔΙ-Η^Αλ,- die Komponenten hoher Frequenz entsprechen. Hieraus erkennt man, daß das Phasengitter mit Rechteckweilehprofil den Effekt eines Bandpaß-Filters hervorruft*

Der Erfindung liegt folgendes. Prinzip zugrunde:. Das durch das beschriebene optische System mit "verbesserter" optischer Übertragungsfunktion gefilterte Bild wird durch Abtastung, z.B. mittels eines Schlitzes, in ein Zeitsignal umgewandelt, sodann wird ein der in Fig. 4 dargestellten hohen Ortsfrequenzkomponente äquivalenter Signalanteil mittels einer Hochpaß-Filterschaltung herausgefiltertund der Maximalwert dieses Signalanteiles am Ausgang der Filterschaltung gemessen. Im folgenden wird noch der Effekt erläutert, wonach sich eine höhere Meßempfindlichkeit ergibt, wenn die Messung der Fehleinstellung sich nur über spezifische Ortsfrequerizkomponenten und nicht über das gesamte Frequenzband erstreckt.

In Fig. 5 sind die Bildspektra, die sich bei korrekter Fokussierung (ζ -= Q) und bei Fehleinstellung (z = z^) ergeben, wenn keiniBhasengitter verwendet wird, durch gera-

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de Linien r_ und r,. angenähert. Die Grenzfrequenzen sind u bzw. u, . Die Dreieck-Funktion AA^PLyuund Δα,Η,Α/ veranschaulichen die Spektra, die man im korrekt bzw. fehlerhaft fokussierten Zustand erhält, wenn die niederfrequente Komponente (AOA₁A₀, Fig. 4) von dem dur.cn

¹ ^ gewonnenen Signals Filterung mittels eines Phasengitters/abgetrennt ist. Es ist ferner angenommen, daß die Mittenfrequenz des Bandpaß-Signals U₁ ist und daß die Höhen der Dreieck-Funktionen im fokussierten bzw. defokussierten Zustand h und hu betragen. Die durch den Verlauf des Leistungsspektrums definierten Flächen S„ = Aou A₀ und S^ = Δ Ou₁JL, repräsen-

o a 2 1 b 2 ^

tieren den gesamten Lichtfluß, der bei korrektem Fokussierung s zustand bzw. bei fehlerhaftem Fokussierungszustand gemessen wird, falls sich kein Phasengitter zwischen Objektiv und Bildebene befindet. Die Dreieck-Flächen S ' = Aa^HqA. und S^ ^f = Δα,Η.Αα repräsentieren den gesamten Lichtfluß, der dem Bandpaß-Ausgangssignal entspricht, das man im korrekten bzw. fehlerhaften Fokussierungszustand erhält. Die Meßempfindlichkeit oder das Änderungsverhältnis der Kontraständerung zwischen S und S₁ und zwischen S_Q' und S₁ ¹, die sich bei fehlerhafter Fokussierung ergeben seien folgendermaßen definiert:

K₁ = (S₀ - S₁)ZS₀ und K₂ = (S₀' - S₁OZS₀ ¹CmIt K_VK₂< 1).

Zur weiteren Vereinfachung sei h_Q durch u und h₁ durch u ersetzt. Für K₁ und K₀ ergibt sich dann

(4) K₁ -(u_a - u_b)/u_a

Zum Vergleich der Meßempfindlichkeiten bei korrekter bzw. fehlerhafter Fokussierung wird der Quotient KpZK₁ gebildet:

^.09823/0763 _0R(Gjjs}_AL INSPECTED

Gleichung (6) ist eine Funktion der Mittenfrequenz U₁ und der Quotient K^/K^ ändert sich in Form einer Hyperbel, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Für den Fall, daß U₁ so gewählt ist, daß es in dem Bereich u u, /(^u _a + ^uv,)<U₁ < u, liegt, ist Kp > K₁ und der Quotient KpZK₁ wächst sehr stark an, wenn sich U₁ dem Wert u, annähert. Man erkennt dies auch aus der Tatsache, daß gemäß Gleichung (5) die Empfindlichkeit Kp für die Messung des Bandpaß-Ausgangssignals sich ähnlich der Gleichung (6) hyperbolisch ändert und - wenn U₁ sich dem Wert u-, nähert rasch dem Wert 1 entgegenstrebt, der den Grenzwert der hier definierten Empfindlichkeit bildet. Aus alledem erkennt man, daß die Messung der fehlerhaften Fokussierung mit größerer Genauigkeit erfolgen kann, wenn nur bestimmte Ortsfrequenzen berücksichtigt werden. Hieraus resultiert der Vorteil' der erfindungsgemäßen Meßmethode, bei der das Bandpaß-Ausgangssignal, das sich durch die Einfügung eines Phasengitters ergibt,zur Steuerung dient.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Fokussierung dargestellt. Es enthält verschiedene Servomechanismen, deren Verwendung bei Vorrichtungen zur Autofokussierung bereits bekannt ist. Diese Servomechanismen können nach verschiedenen Verfahren gesteuert werden, beispielsweise nach der Phasenmeß-Methode, nach der Spannungsvergleichermethode usw. Da diese Verfahren bekannt sind, bezieht sich die folgende Beschreibung nur auf die bei dem Ausführungsbeispiel verwendete Phasenmeß-Methode, die am weitesten verbreitet ist.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Bild des Aufnahmegegenstandes durch ein Objektiv 2 in der Bildebene, d.h. auf der Filmoberfläche 3 abgebildet. Ein Teil der. durch das Objektiv 2 hindurchtretenden Objektstrahlen wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel 4,. der zwischen dem Objektiv 2 und der Filmoberfläche 3 α.-ΠΌΐ·-;.-Λ? ,.:._;-_;;-^.β 982 3/0 7 6'3.

ORIGSNAL INSPECTED

angeordnet ist, reflektiert und gelangt über ein. Phasengitter 1 auf einen photoelektrischen Detektor 8, der beispielsweise als lichtelektrische Röhre, als Photozelle oder als Phototransistor ausgebildet ist. Wenn als photoelektrischer Detektor 8 ein photoelektronisches Bauelement mit nichtlinearer Kennlinie verwendet wird, erhöht sich die Empfindlichkeit der Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung. Der halbdurchlässige Spiegel 4 kann auch von dem Sucherspiegel einer einäugigen Spiegelreflexkamera gebildet sein. Das von dem Spiegel 4 reflekx tierte Licht wird durch die oben beschriebene Bandpaß-Wirkung des senkrecht zur optischen Achse angeordneten Phasengitters 1 gefiltert und entwirft ein Bild in einer zur Ebene 3 der Filmoberfläche konjungierten Ebene. In dieser konjungierten Bildebene ist senkrecht zur optischen Achse eine mit einem Schlitz versehene Scheibe angeordnet. Diese Scheibe 6 kann durch eine Antriebsvorrich-. tung 5 in Rotationsbewegung versetzt werden. Dabei bewirkt sie durch ihren Schlitz eine Abtastung des entworfenen Bildes. An Stelle der rbtierbaren mit einem Schlitz versehenen Scheibe 6 kann auch eine elektromagnetische Schwingvorrichtung verwendet werden, mittels derer das Bild linear abgetastet wird. Die Schlitzbreite soll so gewählt sein, daß ihre optische Übertragungsfunktion eine höhere Grenzfrequenz hat als die mittels des Filtervorganges· zu messende Bildfrequenz. Das Signal, das sich durch die Bildabtastung ergibt, wird von einem Kondensor 7 gesammelt und von dem photoelektrischen Detektor 8 als Zeitsignal aufgenommen. Der photoelektrische Detektor wird durch eine Schwingvorrichtung 14 in eine harmonische Schwingbewegung mit konstanter Periode versetzt. Diese Schwingbewegung verläuft in Richtung der optischen Achse. Die harmonische Schwingbewegung des photoelektrischen Detektors 8 steht unter dem Steuereinfluß eines Oszillators 12, der über eine Treiber-Schaltung 13 auf den Vibrator 14,. der beispielsweise als elektromagnetischer Vibrator ausgebildet ist, einwirkt. Statt den pho-

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toelektrischen Detektor 8 in eine in Richtung der optischen Achse verlaufende Schwingbewegung zu versetzen, kann das gemessene Bildsignal auch dadurch moduliert wird,. daß die optische Weglänge zwischen der Scheibe 6 und dem Phasengitter 1 verändert wird. Hierzu kann z.B. ein optischer Keil verwendet werden, der so angeordnet ist, daß er eine einfache harmonische Schwingbewegung senkrecht zur optischen Achse ausführt. Diese Technik sei im folgenden als Verfahren zur Modulierung der.optischen Weglänge bezeichnet. Das modulierte photoelektrische Ausgangssignal wird in' einem Verstärker 9 verstärkt. Durch ein Hochpaß-FiIter werden die niederfrequenten Komponenten entfernt. Der Ausgang des Hochpaß-Filters 10 besitzt die oben erwähnte Bandpaß-Charakteristik. Fig. 8 zeigt das Bandpaß-Ausgangssignal V in Abhängigkeit vom Betrag ζ der Fehlfoküssierung. Die Kurve P zeigt ein Signal, das ohne Modulation der optischen Weglänge gemessen wurde. Es ist erkennbarj daß das Bandpaß-Signal in Übereinstimmung mit der Änderung des Bild-' kontrastes variiert,. Wenn das Bandpaß-Signal einer Modulation der optischen Weglänge unterworfen ist, erhält man die Ausgangssignale,e_Q, e^ und e₂, die der korrekten Fokussierung bzw. einer positiven oder negativen Fehlfokussierung entsprechen. Die einfache harmonische Bewegung des phötoelektrisehen Detektors in Richtung der optischen Achse ist durch die Sinuswelle h angedeutet. Das Ausgangssignal erreicht einen Minimalwert bei korrekter Fokussierung. Die Ausgangssignale bei positiver oder negativer Fehlfoküssierung sind um den Winkel TT gegeneinander phasenverschoben. Mit Hilfe eines Phasendetektors kann der Fokussierung s zustand in Abhängigkeit von dem Pegel und der Phasenlage des Ausgangssignals gesteuert werden.

In der Anordnung nach Fig. 7 wird das gefilterte Signal in dem Phasendetektor 11 einem Phasenvergleich unterworfen. Das Bezugssignal-liefert ein Oszillator 12. Das Signal wird in Abhängigkeit von denr Vorzeichen der Fehlfoküssierung in- eine positive oder negative Gleichspannung

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umgewandelt. Der Pegel der Gleichspannung hängt von dem Maß ζ der Fehleinstellung ab. Das Ausgangssignal des. Phasendetektors 11 wird einem Gleichstromservomotor 16 züge-' führt, so daß dieser in Abhängigkeit von dem Vorzeichen dieses Gleichstroms entweder in positiver oder negativer Richtung ί+) oder @ Pfeil, Fig. 8) rotiert. Der Servomotor bewegt sich deshalb immer in Richtung auf den Scheitelpunkt der Signalkurve P, d.h. in Richtung auf die korrekte Fokussierung,, Ein auf der Welle des Servomotors 16 befestigtes Antriebsrad 17 greift in eine mit dem Objektiv 2 verbundene Zahnstange 18 ein. Auf diese Weise wird das Objektiv durch das Ausgangssignal des Phasendetekttors servogesteurt, bis die der korrekten Fokussierung entsprechende Einstellposition erreicht ist.

Wenn keine Modulation vorhanden ist, ist es im allgemeinen schwierig die Fokussierungsposition allein auf Grund des Bandpaß-Ausgangssignals P zu bestimmen. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal P identische Werte für*Fehleinstellposition besitzt. Deshalb kann das Vorzeichen der Fehleinstellung aus diesem Ausgangssignal allein nicht bestimmt werden. Zur Ermittlung der Fehleinstellung ist es immer notwendig zwei Spannungen miteinander zu vergleichen, die benachbarten Einstellpositionen entsprechen. Das Meßverfahren, das von einem Phasendetektor Gebrauch macht, ist sehr gut geeignet, um gemessene Spannungen analog und aufeinanderfolgend miteinander zu vergleichen. Es ist von allen bekannten Methoden die beste, um die Fehleinstellposition schnell und genau zu bestimmen.

Anhand von Fig. 7 sei erläutert, wie die Mittenfrequenz des Bandpaß-Ausgangssignals durch Änderung des Abstandes b zwischen dem Phasengitter 1 und der Scheibe 6, (deren Lage der Lage der Filmoberfläche 3 in Fig. 2 entspricht), variiert werden kann. Aus Gleichung (3) ist ersichtlich, daß die Mittenfrequenz u^ = d/b \ und die Bandbreite

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2B = 2a/bA des Leistungsspektrums des von dem photoelektrischen Detektor 8 gemessenen optischen Bildes verringert werden, wenn das Phasengitter 1 in Richtung auf das Objektiv 2 d.h. in die Richtung verschoben wird, bei der sich die Entfernung b vergrößert, so daß die das Leistungsspektrums des Bildes repräsentierende Dreieck-Funktion "schärfer" wird. Wenn stattdessen das Phasengitter 1 in Richtung auf die Scheibe 6 verschoben wird, wächst die Frequenz an und die Dreieck-Funktion wird flacher.

Es sei angenommen, daß sich in Fig. 7 das Objektiv 2 in einer bestimmten Fehlfokussierungsposition befindet und daß das in diesem Zeitpunkt abgegebene Ausgangssignal des Phasendetektors, d.h. der Absolutwert der Gleichspannung auf einem Spannungsmesser 15 angezeigt wird. Beim Betätigen, eines mit einem Verschlußauslöser gekoppelten Schalters 19 wird eine Antriebseinheit 20 eingeschaltet. Diese treibt ein Antriebsrad 21 an. Dieses Antriebsrad 21 steht in Eingriff mit einer mit dem Phasengitter 1 befestigten Zahnstange 22. Durch die Rotation des Antriebsrades 21 wird deshalb das Phasengitter 1 in Richtung der optischen Achse verschoben. Infolgedessen ändert sich die Anzeige des Spannungsmessers 15 in Abhängigkeit von der spektralen Verteilung des Aufnahmegegenstandes. Diejenige Position des Phasengitters .1, bei der die Anzeige \ einen Maximalwert erreicht, ermöglicht eine optimale Fokussierung in bezug auf den Aufnahmegegenstand. Da die spektraleVerteilung eines Gegenstandes im allgemeinen von der Objektbeschaffenheit abhängt, wird die Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Möglichkeit der Frequenzänderung, die durch die Verschiebbarkeit des Phasengitters gegeben ist, beträchtlich gesteigert. Hieraus ergibt sich eine hohe Empfindlichkeit für die automatische Fokussierung bei verschiedenen Objektarten.

Die beschriebene Vorrichtung verwendet eine mit einem

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Schlitz versehene Scheibe als Abtastelement für das von dem optischen System entworfene Bild. Derartige Schlitzscheiben benötigen jedoch einen vergleichsweise großen Einbauraum, so daß ihre Verwendung zu Geräten beträchtlicher Größe führt. Statt durch Verschiebung des Schlitzes selbst kann das Bild auch dadurch abgetastet werden, daß ein stationärer Schlitz verwendet wird und ein in dem Strahlengang angeordneter Spiegel oszilliert. Eine Vorrichtung zur automatischen Fokussierung, die mit einem solchen oszillierenden Spiegel ausgestattet ist, ist in Fig. 9 dargestellt. Hierin ist also die Schlitzscheibe 6 von Fig. 7 durch einen oszillierenden Spiegel 23 und einem stationären Schlitz 24 ersetzt. Im übrigen ist die Anordnung mit der in Fig. 7 dargestellten Anordnung identisch. In Fig. 9 ist der oszillierende Spiegel 23 zwischen dem Phasengitter 1 und der Platte 24 angeordnet, die den stationären Schlitz trägt. Der Spiegel 23 wird durch eine Antriebsvorrichtung in Schwingbewegung versetzt. Diese Antriebsvorrichtung besteht beispielsweise aus einer Nockenscheibe und einem elektrischen Motor zum Antrieb der Nockenscheibe mit konstanter Winkelgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Winkel -Θ. In der Praxis ändert sich die Winkelgeschwindigkeit des Spiegels in jedem Augenblick, da der Spiegel eine einfache harmonische Bewegung ausführt. Dies kann dadurch kompensiert werden, daß ein großer Winkel vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das Bild des Aufnahmegegenstandes mittels eines photoelektrischen Detektors in ein Zeitsignal umgewandelt werden, indem es wechselweise über einen stationären Schlitz 24 mit konstanter Geschwindigkeit abgetastet wird. Der Servomechanismus in den folgenden Stufen kann identisch ausgebildet sein wie derjenige bei der Anordnung nach Fig. 8 und sei deshalb nicht näher beschrieben.

Die Verwendung eines oszillierenden Spiegels erlaubt es, die Baugröße des Abtastmechanismus beträchtlich zu redu- · zieren. Hierdurch wird die gesamte Vorrichtung zur auto-

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matischen Fokussierung entsprechend kompakt.· Bei diesem Abtastverfahren, das. von einem stationären Schlitz Gebrauch macht, kann der oszillierende Spiegel auch, durch irgendein geeignetes rotierbares Prisma ersetzt werden.

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Claims

Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung (Autofokussierung), insbesondere für photographische Kameras, mit einer Abtastvorrichtung zur Abtastung des an dem optischen System erzeugten Bildes des Aufnahmegegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu der Abtastvorrichtung (6; 23, 24) verlaufenden Strahlengang des optischen Systems ein Beugungsgitter (1) angeordnet ist, mittels dessen Bildkomponenten hoher Frequenz optisch ausfilterbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (23, 24, Fig. 9) einen oszillierbar rotierenden Spiegel (23) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antrieb svorr iclrtung (20, 21, 22) vorgesehen ist, mittels derer das Beugungsgitter (1) längs der optischen Achse des optischen Systems (2) verschiebbar ist.

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L e e f s e ι f e