DE2361626A1

DE2361626A1 - Verfahren zur regelung der einbringung abgebeugter strahlenbuendel

Info

Publication number: DE2361626A1
Application number: DE2361626A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Matsumoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1972-12-11
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1974-06-12
Also published as: DE2361626B2; US4215924A; DE2361626C3; GB1461084A

Description

No. 30. - 2,3-chome, Shimomaruko, Ohta-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zur Regelung der Einbringung abgebeügter Strahlenbündel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem. Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren, um ein Strahlenbündel aufzuteilen, welches sich eignet, um .auf .eine Einrichtung zu gelangen, mittels der eine derartige Aufteilung des Strahlenbündels erfolgt, wobei das eine der Teilstrahlenbiindel beispielsweise zur Abbildung verwendet wird, während das andere Teilstrahlenbündel zur IAchtmessung dient. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, um die Einführung des abgebeugten Strahlenbündels mittels eines Beugungselementes zu steuern, wobei man ein Strahlenbündel in eine Beugungsgitterstruktur eintreten läßt und die abgebeugten Strahlenbündel längs bestimmter festgelegter Richtungen leitet.

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Es ist bereits bekannt, eine- Lichtmessung durchzuführen, indem man ein Teil des Abbildungsstrahlenbündels, welches die Information für die Erzeugung eines Bildes enthält, herausnimmt. Als Strahlenteiler dienen hierbei halbdurchlässige Spiegel und Spiegel mit Unterbrechungen. Des weiteren hat man auch auf der Oberfläche durchsichtiger fester Körper ein kleines Prisma derart angebracht, daß ein Teil des Lichts von dem Prisma gebrochen wird.

Bei der Verwendung eines unterbrochenen Spiegels im Abbildungsstrahlenbündel ergab sich jedoch unvermeidbar eine bemerkenswerte Abdunkelung in dem erhaltenen Bild. Für den Einbau eines Spiegels schräg zu dem Abbildungsstrahlenbündel benötigte man einen erheblichen Raum. Dieser Raum für .den Einbau eines Spiegels im Inneren eines optischen Elements ist jedoch beschränkt. Die genannten bekannten Anordnungen sind deshalb nachteilig.

Andererseits ist der Einbau eines durchsichtigen Festkörpers mit einem kleinen Prisma im Abbildungsstrahlengang unvermeidbar mit einer "Verschlechterung des Abbildungsvermögens verbunden.

Die Herstellung der Lichtteiler gestaltete sich außerordentlich schwierig, wenn die Lichtmessung gleichzeitig an verschiedenen Teilen des Abbildungsstrahlenbündels durchgeführt werden soll oder wenn die Lichtmessung an bestimmten wichtigen Teilen des Strahlenbündels erfolgen soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um ein Strahlenbündel zu unterteilen und an bestimmte Stellen zu führen, ohne daß hierbei eine negative Beeinflussung des Abbildungsvermögens entsteht, wobei gleichzeitig für den Einbau einer entsprechenden Vorrichtung nur ein geringer Raum benötigt werden soll. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des HauptanSpruches gelöst.

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Mit.der Erfindung wird eine Möglichkeit geschaffen, um wenigstens ein Strahlenbündel, das mittels einer Beugungsgitterstruktur abgebeugt ist, längs einer bestimmten Richtung auf eine lichtelektrische oder -elektronische Einrichtung zu richten. ' -

Mit der Erfindung wird ferner eine Möglichkeit geschaffen, die geteilten Strahlenbündel konvergent oder divergent verlaufen zu lassen. Des weiteren wird mit der Erfindung ein Abbildungsstrahlenbündel in eine größere Anzahl von Teilstrahlenbündel zerlegt, was mittels Strahlenteilereinrichtungen geschieht, die an mehreren unterteilten Orten eingebaut sind, sowie die unterteilten Strahlenbündel auf eine Mehrzahl von photoelektrischen oder-elektronischen Einrichtungen unabhängig voneinander zu leiten. Des weiteren gelingt es. mit der Erfin- · ^r dung, einen Strahl aus dem Abbildungsstrahlenbündel auszusondern, der in die Strahlenteilereinrichtungen mit einem bestimmten Winkel einfällt,und dieses ausgewählte Strahlen-¹ bündel auf eine photoelektrische oder elektronische Einrichtung zu leiten. Mit der Erfindung gelingt es des weiteren, das Strahlenteilerverhältnis zu ändern oder das Strahlenteilerverhältnis eine optimale Verteilung einnehmen zu lassen, indem man die Strahlenteilereinrichtung an unterschiedlichen Punkten anbringt. Der Beugungswinkel des Beugungsgitters, welches als Strahlenteilereinrichtung dient, kann ferner die Bedingungen für die.Totalreflexion an der Grenzfläche eines Materials erfüllen, in welches das abgebeugte Strahlenbündel eintritt, wobei dieses einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Es gelingt ferner mit der Erfindung, das abgebeugte Strahlenbündel totalreflektiert zu den photoelektrischen und-elektronischen Einrichtungen zu leiten.

Schließlich ermöglicht es die Erfindung, das richtungssßlektive Beugungselement, welches als Strahlenteilereinrichtung in einem optischen System von einer photographischen Kamera dient, wirksam einzubauen.

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Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit darin zu sehen, daß in dem. Abbildungsstrahlengang ein richtungsselektives Beugungselement derart vorgesehen ist, daß das in das Beugungselement eingetretene Abbildungsstrahlenbündel von der Beugungsgitterstruktur des Beugungselementes abge^- beugt und in mehrere Strahlenbündel unterteilt wird, wobei wenigstens eines der abgebeugten Strahlenbündel zu einer photoelektrischen oder-elektronischen Vorrichtung geleitet wird, während das nicht abgebeugte Strahlenbündel als Abbildungsstrahlenbündel verwendet wird.

Die beiliegende Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:

Figur 1 ein Verfahren zur Herstellung eines Beugungselements gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Anordnung des Beugungselements in einem Abbildungsstrahlenbündel;

Figur 3 und 4· bekannte Strahlenteilereinrichtungen;

Figur 5 ein Verfahren zur Herstellung eines anderen Beugungselements gemäß der Erfindung;

Figur 6 eine Anordnung dieses Beugungselements in dem

AbBildungsstrahlenbiindel; -

Figur 7 einen Zustand, bei dem das Abbildungsstrahlenbündel unterteilt ist;
Figur 8 eine Draufsicht eines weiteren erfindungsgemäßen

Beugungselement s; ,

Figur 9 dieses Beugungselement in dem Abbildungsstrahlenbündel;
Figur 10 ein weiteres Beugungselement bei der Durchführung '

einer Lichtmessung gemäß der Erfindung;

Figur 11 das Verfahren zur Herstellung des Beugungselements; Figur 12 ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren

Beugungselements gemäß der Erfindung;

Figur 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Verteilungskurve von dem Durchlaß Vermögens eines Filters,, das zur

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Herstellung eines Beugungselement verwendet werden kann;

Figur 14 bereits bekannte Techniken, ein Strahlungsbündel zu einer totalreflektierenden Oberfläche zu leiten;

Figur 15 den Strahlenverlauf im Falle.der Totalreflexion; Figur 16 eine Ausführungsform der Erfindung;

Figur 17 ein Verfahren zur Herstellung eines total reflektierenden Teiles gemäß der Erfindung;

Figur 18 eine Anwendung des totalreflektierenden Teiles;

Figur 19 das'optische System einer bereits bekannten einäugigen Spiegelreflexkamera;

Figur 20 das totalreflektierende Teil im eingebauten Zustand;

Figur 21 eine Anwendung des totalreflektierenden Teiles;

Figur 22 ein bereits bekanntes Beispiel eines Bildanzeigesystems ;

Figur 23 das totalreflektierende System bei seiner Anwendung; ■

Figur 24- eine Ausführungsform der Erfindung bei einer Anwendung auf eine einäugige Spiegelreflexkamera;

Figuren 25 und 26 weitere Ausführungsformen der Erfindu:.,.; bei einer Anwendung auf eine einäugige Spiegelreflexkamera;

Figur 27 die'Anwendung einer Anordnung in einem mit Markierungen versehenen Entfernungsmesser gemäß der Erfindung;

Figuren 28 und 29 eine Anordnung in Anwendung auf eine Kinokamera gemäß der Erfindung; und

Figur 30 eine Ausführungsform, bei der ein Element, welcl.as ein lichtdurchlässiges Teil und eine Beugungsgitterstruktur verbindet, verwendet wird, um eine Lichtmessung im Mittelbereich und im Randbereich des Bildes vorzunehmen.

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Im folgenden soll zuerst das Verfahren beschrieben werden, in welchem auf holographischem Wege ein rxchtungsselektives Beugungselement erzeugt werden kann, welches bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Hierzu dient Figur 1.Es soll jedoch nicht unerwähnt bleiben, daß dieses Verfahren selbst bereits zum bekannten Stand der Technik gehört.

• Ein von einem Laser 1 emittiertes Strahlenbündel 2 wird in zwei Strahlenbündel mittels eines Strahlenteilers 3 unterteilt, wobei jedes Teilstrahlenbündel von Linsen 4 und 5 bzw. 7 und 8 derart divergent gemacht wird, daß beide Teilstrahlen- " bündel in Richtung auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Materials 9 auffallen. Auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Materials 9 wird durch beide Strahlenbündel ein Interferenzmuster erzeugt, welches photographiech auf dem lichtempfindlichen Material aufgezeichnet wird. Das lichtempfindliche Material, auf welchem die Beugungsbilder photographisch aufgezeichnet sind, stellt das sogenannte Hologramm dar, sowie eines der rxchtungsselektiven Beugungselemente, welche in der vorstehenden Beschreibung bereits erwähnt wurden.

Im folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, das dazu dient, um ein Strahlenbündel zu leiten, welches einen · Grundgedanken der vorliegenden Erfindung bildet. Dieses Verfahren wird im Zusammenhang mit einem richtungsselektiven Element beschrieben, welches man beispielsweise gemäß obigem Verfahren erhalten kann. In. Figur 2 ist ein optisches Abbildungssystem dargestellt, das aus Linsen 11 und 12 besteht, welche derart angeordnet sind, daß von einem Objekt 10 ein Bild 13 erzeugt wird. Das richtungsselektive Element, welches gemäß den anhand von Figur 1 beschriebenen Verfahren erhalten wurde,wird in dem Abbildungsstrahlenbündel des oben erwähnten optischen Systems angeordnet. Mit diesem Element, das durch das Bezugszeichen 14 gekennzeichnet ist, werden reflektierte abgebeugte Strahlenbündel' 15 und 16, sowie hindurchgelassene

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abgebeugte Strahlenbündel 16 und 17 erzeugt, sowie ferner ein reflektiertes nicht, gebeugtes Strahlenbündel· 19, sowie ein hindurchgelassenes nicht gebeugtes Strahlenbündel· 20, welches man auch als in O-ter Ordnung abgebeugt bezeichnen kann.

Wenn zu diesem Zeitpunkt das das Objekt 10 beleuchtende Strahlenbündel· aus weißem Licht besteht, erhält man ein Bild, mittels der oben genannten abgebeugten Strahlenbündel·, das farbmäßig verfäl·scht ist, während dies für das aus den nicht abgebeugten Strahlenbündel· erzeugte B^d nicht zutrifft. Es wurde somit mög^ch, gl·eichzeitig die Helligkeit des vom Objekt ausgesandten Strahl·enbündel·s zu messen, indem man das nicht abgebeugte Strahlenbündel· al·s Abb^dungsstrat^enbu^il^ verwendet und indem man die abgebeugten Stra^enbündel· mit einer photoelektrischen oder-elektronischen Einrichtung empfängt.

Des weiteren sollte das erwähnte holographische richtungsselektive Beugungsel·ement ^ar, d.h. durchsichtig sein. Es empfiehl sich zu diesem Zweck, die Ho^gramme aus s^bersalzhaltigen l·icht.empfindl·iche·n Materia^en zu bleichen oder transparente licht empfindliche Materialien zu verwenden, welche keine Silbersalze enthalten. Als ^chtempfind^ches Material·, we^hes kein Silbersalz enthält, seien beispielsweise Photoätzstoffe (photoresist), Photopolymere (photopol·^!^^ oder Photothermoplasten (photothermoplastics) 'genannt.

Das richtungssel·ektive Beugungsel·ement ist jedoch nicht notwendigerweise auf)Hologramme begrenzt, und es ist möglich, bereits bekannte Beugungsgitter ebenso zu verwenden. In diesem Fa^e ist es jedoch erwünscht, daß der Abstand zwischen benachbarten Gitterbalken so klein ist, daß ein mit einer höheren als zweiten Ordnung abgebeugtes Strahlenbündel nicht die Voraussetzung fur die Beugung in dieser Weise erfüllt und daß nur die Strahlenbündel mit ί erster Ordnung abgebeugt werden.

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Wenn auch bisher lediglich ein ebenes Hologramm beschrieben wurde, mittels dessen.eine Anzahl abgebeugter Strahlenbündel erzeugt wird, ist es selbstverständlich auch möglich, ein lichtempfindliches Material zu verwenden, bei dem der lichtempfindliche Bereich ungefähr 5 pm bis zu 50 pm dick ist, so daß lediglich ein abgebe,ugtes Strahlenbündel erzeugt werden kann. Es kann daher eine wirksame Beugung erzielt werden, indem man ein Hologramm einer dreidimensionalen Struktur, wie oben erwähnt, anordnet.

Falls, wie ebenfalls in Figur 2 dargestellt ist, ein reflektiertes nicht abgebeugtes Strahlenbündel als Abbildungsstrahlenbündel verwendet wird, empfiehlt es sich, ein holographisches lichtempfindliches Material von der Reliefbauart zu verwenden, wodurch das Hologramm mit den Unebenheiten der Oberfläche des lichtelektrischen Materials erzeugt wird, indem man die Oberfläche mit einem das "Strahlenbündel reflektierenden Film behandelt, beispielsweise über eine Al-Abscheidung.

Erfindungsgemäß wird zwar ein derartiges richtungsselektives Beugungselement im wesentlichen entweder in .dem Abbildungsstrahlengang angeordnet oder auf der Oberfläche von anderen optischen Teilen, die in dem Strahlengang derart angeordnet sind, daß das von dem Element abgebeugte Strahlenbündel zu einer lichtempfindlichen Einrichtung gelangt. Im folgenden sollen Jedoch weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, um deren Verständnis zu vertiefen.

Als allererstes soll auf den wichtigen Punkt eingegangen werden, daß der Wellenfläche des abgebeugten Strahlenbündels eine bestimmte festgelegte Ausbildung (tendency) erteilt·wird. Dies wird im folgenden". anhand eines Vergleichs mit bereits bekannten Techniken erläutert.

Figur 3 zeigt eine bekannte Lichtmeßeinrichtung, bei der das Strahlenbündel mittels eines halbdurchlässigen Spiegels auf-

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gespalten wird. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Fall ist die das Licht aufnehmende Oberfläche der Photozelle 25 klein; es ist daher notwendig, das abgebeugte Strahlenbündel zu konzentrieren. Hierbei wird das Strahlenbündel 23, welches von dem halbdurchlässigen Spiegel 21 des Strahlenteilers 22 aufgespalten ist, auf die lichtempfindliche Oberfläche der Photozelle 25 mittels einer Kondensor- oder Zylinderlinse fokussiert.

Figur 4· zeigt eine Verbesserung der in Figur 3 gezeigten Lichtmeßeinrichtung. Hierbei ist im Inneren des optischen Elements 26 ein geneigte sphärische halbdurchsichtige Fläche 27 so angeordnet, daß sie das Abbildungsstrahlenbündel aufteilt und das unterteilte Strahlenbündel auf die lichtempfindliche Fläche der Photozelle 29 konzentriert. Die beschriebenen Einrichtungen weisen jedoch einen großen Raumbedarf auf, wobei ferner in dem zuletzt genannten Falle die Herstellung äußerst schwierig ist.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dem mittels eines richtungsselektiven Beugungselements abgebeugten Strahlenbündel eine bestimmte festgelegte Eigenschaft, beispielsweise eine Sammelwirkung, zu erteilen. Die Herstellung dieses richtungsselektiven Beugungselements ist in Figur 5 beschrieben. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß das Herstellungsverfahren selbst als solches zum Stand der Technik gehört.

Von einem Laser 1 wird ein Strahlenbündel emittiert. Dieses Strahlenbündel wird in zwei Bündel von einem Strahlenteiler 3 aufgeteilt. Das eine dieser-Bündel wird von den Linsen 4- und 5 divergent und anschließend parallel gemacht, während das andere Bündel von einem Spiegel zu einer kleinen Linse 7 reflektiert wird, welche das Bündel derart divergent macht, daß beide Bündel auf das lichtempfindliche Material gelangen. Beide Bündel bilden daher zueinander konzentrische

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exzentrisch angeordnete Interferenzstreifen, die photographisch aufgezeichnet werden. Falls ein derart hergestelltes Beugungselement in den Abbildungsstrahlengang gemäß Figur 2 in der in Figur 6 gezeigten Weise eingebracht wird, werden durch dieses Element 31 konvergierende gebeugte Bündel 32 und 33» sowie divergierende gebeugte Bündel 34- und 35 erzeugt. In diesem Falle sind die nicht gebeugten Bündel 36 und 37 frei von jeglichen schädlichen Einflüssen von dem Element 31·

Wenn daher im Brennpunkt des divergierenden Bündels 32 oder eine Photozelle angeordnet ist, läßt sich eine Lichtmessung durchführen, selbst wenn das lichtempfindliche Gebiet der Photozelle klein ist.

Selbst wenn ferner der lichtempfindliche Bereich der Photozelle nicht sphärisch ist, gelingt es, das ii die Photozelle eintretende Bündel so zu formen, daß es der Photozelle entspricht.

Wenn beispielsweise der lichtempfindliche Bereich der Photozelle schmal ist, kann man das Bündel zu einer Linie zusammendrücken, was mittels eines Hologramms als Beugungselement gelingt, welches dadurch hergestellt wird, daß man ein Bündel mit parallelen Wellenfronten mit einem anderen mit zylindrischen Wellenfronten interferieren läßt.

Falls dagegen der lichtempfindliche Bereich ringförmig gestaltet ist, kann man zu diesem Zweck ein Hologramm herstellen, indem man ein Bündel mit sphärischer Wellenfläche von einem ringförmigen Teil aus emittiert.

Im folgenden soll die Bedeutung eines weiteren wesentlichen Punktes der Erfindung erläutert werden, gemäß dem es gelingt, das Abbildungsstrahlenbündel mittels eines Beugungselements, das auf mehrere Stellen aufgeteilt ist, derart zu

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verteilen, daß die einzelnen Strahlenbündel zu ihnen entsprechenden Photozellen geleitet werden. Dies soll im folgenden erläutert werden.

Figur 7 zeigt einen Schnitt eines Abbildungsstrahlenbündels beispielsweise in der Brennebene eines Kamerasuchers. Hierbei ist es erwünscht, die Lichtmessung an den Bereichen und 41, welche eine Gesamtbildebene bilden, und an dem Mittelbereich 42 unabhängig voneinander zu messen.

Das für diesen Zweck-benötigte Beugungselement läßt sich in diesem Falle mittels des anhand von Figur 5 beschriebenen Verfahrens herstellen. Als erstes wird auf der Vorderseite des in Figur 5 gezeigten lichtempfindlichen Materials 30 eine Maske angebracht, deren Schnitt eine entsprechende Gestalt aufweist, und es wird ein Hologramm photographiert. Anschließend wird eine andere Maske mit einem Schnitt an einem unterschiedlichen Teil auf das gleiche lichtempfindliche

Material 30 gehegt» worauf das lichtempfindliche Material. gemeinsam mit der Maske um einen bestimmten Winkel um die Optische Achse als Mittelpunkt gedreht und anschließend eine zweite Aufnahme gemacht wird. Auf diese Weise werden photor· graphische Aufnahmen auf dem gleichen lichtempfindlichen · Material derart getätigt, daß schließlich ein Hologramm 46 entsteht, wie es in Figur 8'dargestellt ist. In diesem Hologramm sind insbesondere die Interferenzstreifen 43, 44 und 45 des Beugungselements 46 aufgezeichnet, welche unterschied-, liehe Neigungen aufweisen.

Falls nun das Beugungselement 46 in das Abbildungsstrahlenbündel 47 gemäß Figur 9 eingebracht wird, so ergibt sich, daß die von den Teilen 43, 44 und 45, welche das Beugungselement bilden, abgebeugten Lichtbündel an räumlich unterschiedlichen' Lagen gesammelt worden. Es wurde somit möglich, die Lichtmenge an jeder Lage unabhängig von der anderen zu messen, indem man

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an den Stellen, an denen diese. Strahlenbündel gesammelt werden, Photozellen 4-8·, 49 und 50 anbringt. Es ist ferner möglich, die abgebeugten Strahlenbündel mittels eines Hologramms zu unterteilen, welches dadurch erhalten wird, daß man die Einfallsrichtung der Bündel aufeinanderfolgend ändert.

Als nächstes soll im folgenden im einzelnen erläutert werden, welche Bedeutung erfindungsgemäß dem Umstand zukommt, daß ein bestimmter Bereich des Abbildungsstrahlenbundels ausgewählt werden kann.

Wenn beispielsweise das Licht in dem Suchersystem einer Kamera gemessen werden soll, erweist es sich vielfach als erwünscht, die Lichtmessung im mittleren Bereich und nicht im Bereich nahe des Randes des Sucherstrahlenbündels durchzuführen. Diese Art einer Lichtmessung wird allgemein als partielle Lichtmessung bezeichnet, wobei im Falle der bereits bekannten Verfahren in Nachbarschaft des Okulars von dem Sucher eine Linse derart angeordnet ist, daß das Strahlenbündel nahe dem Mittelpunkt der Brennebene auf die lichtempfindliche Fläche einer Photozelle gelangt, welche das Licht mißt · Ein optisches System, welches diesen Zweck erfüllt, ist jedoch äußerst kompliziert.

Verwendet man andererseits das richtungsselektive Beugungselement gemäß der vorliegenden Erfindung, so kommt man zu der in Figur 10 gezeigten Anordnung. Die Brennebene 51 liegt in- dem Sucherstrahlenbündel. Mit dem Bezugszeichen 53 ist ein Beugungselement für eine selektive Lichtmessung bezeichnet.. Dieses Beugungselement wird gemäß einem später noch näher beschriebenen Verfahren hergestellt. Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet das Okular, das Bezugszeichen 55 eine Photozelle. Im vorliegenden Falle wird das von dem Punkt 54- auf der Brennebene 51 liegende Strahlenbündel mit äußerster Wirksamkeit von dem Beugungselement 55 abgebeugt und zu der Photozelle 55 geleitet,

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während die Strahlenbündel, welche von. dem Bereich nahe des äußeren Randes der .Brennebene 51 kommen, weniger wirksam in. derartiger Veise abgebeugt werden, daß das zu der Photozelle gelangende Strahlenbündel vermindert ist. Auf diese Weise wird eine selektive Lichtmessung durchführbar.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Herstellung eines Beugungselements für eine derartige selektive Lichtmessung beschrieben werden» In Figur 11 kennzeichnet 63 das lichtempfindliche Material, welches an einer Lage angebracht: ist, die der des Elements 53 von Figur 10 entspricht. Mit dem Bezugszeichen 64- ist ferner die Lage einer Stelle gekennzeichnet, welche dem Punkt 54- auf der Brennebene 51 von Figur 10 entspricht, wobei an dieser Stelle eine selektive Lichtmessung durchgeführt werden soll. Ein kohärentes Strahlenbündel ist mittels der Linse 57 auf diese Stelle fokussiert, nach Durchlaufen der Lage 64' läßt man das Strahlenbündel divergieren und zu dem lichtempfindlichen Material 63 gelangen. Des weiteren wird ein anderes kohärentes Strahlenbündel, das mittels des Strahlenteilers abgespalten ist, als divergentes Strahlenbündel auf das lichtempfindliche Material 6 J geleitet, was mittels eines Spiegels 6 und einer Linse 62 geschieht. Ein durch die Interferenz dieser beiden kohärenten Strahlenbündel erzeugtes Interferenzstreifenmuster wird auf einem lichtempfindlichen Material erzeugt, dessen lichtempfindlicher Bereich ungefähr 10 mu bis zu 100 mu dick ist, so daß ein Hologramm gebildet wird. Das derart'gebildete Hologramm ist dreidimensional und weist eine äußerst scharfe Richtungsselektivität auf. Es sollte hier festgestellt werden, daß das zu dem lichtempfindlichen Material von der Linse 62 geleitete Strahlenbündel nicht notwendigerweise auf ein wie oben beschrieben divergentes Strahlenbündel beschränkt ist, sondern vielmehr irgendein Strahlenbündel sein kann, das eine Wellenfläche von beliebiger Gestalt aufweist.

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Des weiteren läßt -sich das Merkmal der Erfindung, ein Strahlenbündel mit einem bestimmten Neigungswinkel aus dem Abbildungsstrahlenbündel.herauszuführen, dadurch verwirklichen, daß man ein Hologramm erzeugt und eine Gestalt für das Strahlenbündel 58, wie es beispielsweise in Figur 11 gezeigt ist, geeignet auswählt.

Die weitere Besonderheit der vorliegenden Erfindung, gemäß der die Intensität des von dem Beugungselement abgebeugten Strahlenbündels eine wunschgemäße Verteilung auf der Oberfläche des Elements aufweist, wird im folgenden beschrieben. Es ist möglich, wie oben beschrieben war, eine selektive Liehtmessung mit einem derartigen Element durchzuführen, das in der Brennebene des Kamerasuchers angeordnet ist. Das Verfahren zur Herstellung eines Beugungselementes, das derartige Eigenschaften aufweist, wird im folgenden beschrieben. Figur 12 zeigt einen optischen Aufbau ähnlich dem von Figur 5* wobei jedoch die Intensitäten des Strahlenbündels 70 und des Strahlenbündels 71 einander gleich sind, so daß ein Interferenzstreifenmuster auf dem lichtempfindlichen Material 30 entsteht. Hierbei ist in dem einen Strahlenbündel 71 ein Filter 72 angeordnet. Das Filter weist ein Transmissionsvermögen auf, wie es in Figur 13 dargestellt ist.

Ein Hologramm, das mittels eines derartigen Filters 72 erzeugt ist, liefert einen maximalen Kontrast in dem Interferenzstreifen, der von dem gleichen Strahlenbündel hervorgerufen ist, welches benachbart zu dem Punkt A mit dem größten Transmissionsvermögen des Filters hindurchgegangen ist, wobei mit zunehmender Entfernung von dem Punkt A der Kontrast abnimmt.

Wenn ein derartig hergestelltes Beugungselement in das Abbildungsstrahlenbündel eingebracht wird, erzeugt der Bereich, welcher der·Nachbarschaft des Punkts A entspricht, ein abgebeugtes Bündel mit größtem Wirkungsgrad, während mit zunehmendem

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Abstand von dem Punkt der Wirkungsgrad des Strahlenteiler^ abnimmt, so daß eine selektive Lichtmessung ähnlich wie oben durchgeführt werden kann. '

Wenn auch im vorliegenden Falle ein Filter in dem einen Strahlenbündel angeordnet ist, um den Kontrast des Interferenzstreifens zu verändern, so reicht es jedoch aus, den Kontrast · des Interferenzstreifenmusters in einem kurzen Bereich (in short) zu ändern. ·

Die bisherigen Ausführungen beziehen sich prinzipiell auf den Fall, daß das von der Beugungsgitterstruktur abgebeugte Strahlenbündel direkt auf die lichtempfindliche Einrichtung gesammelt wird. Es' ist jedoch auch möglich, das abgebeugte Strahlenbündel auf die lichtempfindliche. Einrichtung Lichtübertragungsteil zu leiten.

Im folgenden sollen zwei weitere wesentliche Punkte der Erfindung erläutert werden, wobei auf die Einführung eines von einem Beugungselement abgebeugten Strahlenbündels in ein Strahlenbündelübertragungsteil Bezug genommen wird, wobei dieses Strahlenbündelübertragungsteil insbesondere ein Teil sein kann, welches das Strahlenbündel mittels Totalreflexion weiterführt. Es ist ferner auch wichtig, ein Strahlenbündel herauszuführen, welches über die Einrichtung mittels Totalreflexion von dem Teil übertragen ist, um das Strahlenbündel auf,eine.Photozelle zu leiten, so daß Obiger Fall ebenso erklärt ist.

Es gab bereits viele optische Instrumente, bei denen eine Totalreflexion an der Endoberfläche eines Prismas verwendet wurde. Eine bekannte Technik dieser Art, wie sie Figur 14 zeigt, wurde verwendet, um ein Strahlenbündel in ein Prisma so einzuführen, daß eine Totalreflexion bewirkt wird,oder ein in dem Prisma totalreflektiertes Strahlenbündel aus dem Prisma herauszuleiten.

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Hierbei trifft insbesondere ein Strahlenbündel, für welches die Bedingungen der Totalreflexion erfüllt sind, auf eine Oberfläche 102 auf. Hierdurch entsteht die Totalreflexion des Prismas 101, wobei die Einfallsoberfläche 103 ebenso wie die Austrittsoberfläche 104 bezüglich der Oberfläche 102 geneigt verlaufen.

Wenn dagegen entsprechend der Oberfläche lOJ¹ von Figur 15 die Einfallsoberfläche oder die Austrittsoberfläche parallel zur totalreflektierenden Oberfläche verlaufen, ergibt sich folgende Besonderheit. Ein die Bedingung für eine Totalreflexion an der Oberfläche 102 erfüllendes Strahlenbündel 105, insbesondere das von außen auf das Prisma einfallende Strahlenbündel, erfüllt auch die Bedingung für die Totalreflexion an der Grenzfläche 1OJ¹ zwischen der Außenseite und dem Prisma ΙΟβ, so daß das Strahlenbündel gar nicht in das Prisma eintreten kann. Umgekehrt wird ein Strahlenbündel, das die Bedingung für die Totalreflexion an der Oberfläche 103' nicht erfüllt und das in das Prisma eintritt, unter Eeflexion durch das Prisma 106 hindurchgehen, niemals jedoch an der Oberfläche 102 totalreflektiert werden. Des weiteren wird das an der Oberfläche 102 totalreflektierte Strahlenbündel 105 ebenfalls an der Oberfläche 103¹ totalreflektiert, so daß es niemals aus dem Prisma 106 herausgerät. .

Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche geschaffen wird, welche als Einfallsoberfläche oder als Austrittsoberfläche eines optischen Teiles mit einer Beugungsgitterstruktur derart dient, daß das hierdurch abgebeugte Strahlenbündel totalreflektiert wird; es ist nicht jeweils gemäß dem herkömmlichen Verfahren notwendig, die Ein-· fallsoberflache und die Austrittsoberfläche bezüglich der" totalreflektierenden Oberfläche zu neigen, so daß es möglich wird, ein

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Strahlenbündel, welches die Bedingung für die .Totalreflexion erfüllt, in das optische Teil einzubringen oder aus dem optischen Teil herauszuführen, ohne daß hierbei irgendwelche" zusätzlichen optischen Teile verwendet werden müssen, damit man von der Bedingung für die Totalreflexion hinwegkommt.

- Das Prinzip·der Erfindung wird im folgenden anhand von Figur 1β erläutert, ■

In dieser Zeichnung bedeuten; 113 ein Prisma, 114 eine totalreflektierende Oberfläche, 108 die Oberfläche eines Prismas, welches'eine Beugungsgitterstrulctur liefert, 109 ein in das Prisma von außen eintretendes Strahlenbündel, 110 ein abgebeugtes Strahlenbündel der -1. Ordnung,. 111 ein abgebeugtes Strahlenbündel der 0. Ordnung und 112 ein abgebeugtes Strahlenbündel der +1, Ordnung. Das Strahlenbündel 109* welches in die Oberfläche 108 des eine. Beugungsgitterstruktur aufweisenden Prismas eingetreten ist, wird abgebeugt und in drei Strahlenbündel unterteilt, nämlich ein abgebeugtes Strahlenbündel HO -1. Ordnung, ein abgebeugtes Strahlenbündel 111 0, Ordnung sowie ein abgebeugtes Strahlenbündel 112 +1. Ordnung; Die Richtung des abgebeugten Strahlenbündels Hl 0,-Ordnung wird hierbei durch die. folgende Beziehung wiedergegeben

während die Richtungen der abgjebeugten Strahlenbündel +1, Ordnung durch folgende Beziehung wiedergegeben werden:

Hierbei bedeutet n, den Brechungsindex des Mediums, in welcher sich das einfallende' Strahlenbündel 109 ausbreitet, während n₂ der Brechungsindex des Prismas ist. Des weiteren

• 409824/089'Sp .

bedeuten O, den Einfallswinkel des Strahlenbündels S,' θρ den Brechungswinkel des abgebeugten Strahlenbündels 9 0. Ordnung, λ. dieWellenlänge des Strahlenbündels 9* P den Gitterabstand des Beugungsgitters sowie o< + l die Richtung des Strahlenbündels mit der -1. Ordnung und <* - l die des Strahlenbündels +1. Ordnung.

Das abgebeugte Strahlenbündel 112 der +1. Ordnung tritt in die totalreflektierende Oberfläche 114 mit einem Winkel Q-, ein, der durch folgende Gleichung wiedergegeben wird, wobei ß den Neigungswinkel der Fläche Il4 gegenüber der Fläche 108 darstellt.

Die Bedingung für die Totalreflexion des Strahlenbün dels 112 auf der Fläche 114 wird von folgender Beziehung wiedergegeben, wobei n₂ größer ist als n-, (n₂> n^).

Θ,

Hierbei ist ferner n^ der Brechungsindex des Mediums außerhalb des Prismas.

Die Beziehung (4) kann mittels der Beziehungen (1), (2) und (3) umgeformt werden.

SuT¹C-^-Si.* S₁) * atn (-φ-Ο - ?>***·* (.-gi

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Wenn daher die Brechungsindices der Medien η,, ru und n^, der Gitterabstand-p des Beugungsgitters, der Einfallswinkel O₇ des Prismas und. der Neigungswinkel ß geeignet gewählt sind, läßt sich das Strahlenbündel 9 in die totalreflektierende Oberfläche 14 des Prismas von außen einführen.

Wenn beispielsweise das Prisma aus parallelen Platten besteht und der Neigungswinkel des Strahlenbündels ein rechter Winkel ist, d.h. 0, = 0 und ß = 0 ergibt sich die folgende Beziehung aus der Gleichung (5):

(6)

n.

Es ist daher im vorliegenden Falle möglich, das Strahlenbündel in das Prisma mittels eines Beugungsgitters einzubringen, welches die Beziehung (6) erfüllt.

Falls beispielsweise Θ, = 45°, ß = 0, n, = n., = 1, n₂ = 1,5 und X = 5000& sind, ist ρ kleiner als 144 μηι. Ss ist daher möglich, ein Strahlenbündel in das Innere der planparal-.lelen Platten von außen einzuführen, welches andernfalls an der Oberfläche totalreflektiert würde, indem man die Einfallsplatte der planparallelen Platten mit einer Beugungsgitterstruktur von ungefähr 1 um versieht.

Da hierbei das oben erwähnte Beugungsgitter eine ebene Struktur aufweist, enthält das abgebeugte Strahlenbündel der 0. Ordnung die größte Lichtmenge, während es erwünscht wäre, daß die abgebeugten Strahlenbündel der +1. Ordnung die größte Lichtmenge erhalten, damit das Licht der einfallenden Strahlen-' bündel mit größtem Wirkungsgrad ausgenützt wird. Zu diesem Zwecke wird empfohlen·, Beugungsgitter von einer dreidimensionalen Struktur zu verwenden.

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Figur 17 zeigt eine Ausführungsform von einem Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Beugungsgitters mit einer dreidimensionalen Struktur. In der Zeichnung bedeutet 115 ein mit einem Beugungsgitter versehenes totalreflektierendes Teil, 116 eine lichtempfindliche Schicht, 117 ein Hilfsprisma zur Erzeugung des Beugungsgitters, II8 ein Material wie eine Flüssigkeit, Vielehe einen Brechungsindex aufweist, der ähnlich zu dem des totalreflektierenden Teiles und des Hilfsprismas ist. 122 bedeutet einen Lasergenerator, IJO ein zweites Hilfsprisma. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist auf der einen Oberfläche der totalreflektierenden Einrichtung 15 eine lichtempfindliche Schicht II6 angebracht, wobei nahe an dieser Schicht ein Prisma II7 angeordnet ist.

Indem man die totalreflektierende Einrichtung 115 in Berührung mit dem Prisma 117 mittels.der Flüssigkeit bringt, deren Brechungsindex dem der beiden genannten Einrichtungen ähnlich ist, läßt sich hierbei ein optisch enger Kontakt herstellen. Mittels dieser Ausbildung können zwei zueinander kohärente Strahlenbündel II9 und 120 in das Prisma 117 geleitet, werden. Das eine Strahlenbündel 120 gelangt auf die totalreflektierende Oberfläche 121 der totalreflektierenden Einrichtung 115* während das Strahlenbündel 120 in das Prisma derart und mit einem solchen Winkel eingeführt wird, daß die totalreflektierende Oberfläche 121 die Bedingung für die Totalreflexion erfüllt/alls die Oberfläche in Berührung mit dem äußeren Medium wie Luft steht. Hierdurch werden die beiden kohärenten Strahlenbündel II9 und 120 derart erzeugt, daß das von dem Laser 122 emittierte Strahlenbündel 12J5 von einem Linsensystem zerstreut wird, welches aus den Linsen 124 und besteht, in zwei Strahlenbündel mittels des Strahlenteilers aufgeteilt und von einem Reflektor 127 reflektiert-wird. Die Strahlenbündel 128 und 129, Vielehe in das Prisma II7 eingetreten sind, erreichen die lichtempfindliche Schicht II6,

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wobei in dieser Schicht ein dreidimensionales Interferenzstreifenmuster 1-35- erzeugt wird, wie es in Figur 18 dargestellt ist.

Nach Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht erhält man eine totalreflektierende Einrichtung 115* welche eine dreidimensionale Beugungsgitterstruktur aufweist . Das auf der totalreflektierenden Oberfläche 121 während der Herstellung totalreflektierte Strahlenbündel.128 erreicht abermals die lichtempfindliche Schicht, und zwar als schädliches Strahlenbündel. Zur Vermeidung dieses Effekts wird die totalreflektierende Oberfläche 121 mit einer Farbschicht behandelt, welche die Totalreflexion verhindert, oder es wird, wie in Figur 17 dargestellt, das zweite Hilfsprisma I30 in Berührung mit der totalreflektierenden Oberfläche II5 mittels einer Flüssigkeit 13I derart gebracht, daß das Strahlenbündel 132, welches in das zweite Hilfsprisma I30 eingetreten ist, von der auf die Oberfläche 133 des Prismas I30 aufgebrachten Farbschicht absorbiert wird. Die Oberfläche I33 kann hierbei mit einem eine Reflexionsbildung verhindernden Überzug derart versehen wer den j, daß das Strahlenbündel aus dem Prisma 130 herausgeführt wird. . -

Mittels einer derart hergestellten totalreflektierenden Einrichtung 115·, wie sie in Figur l8 dargestellt ist, läßt sich ein abgebeugtes Strahlenbündel 13²I-¹ erhalten, welches mit nahezu der gleichen Richtung wie das Strahlenbündel 128 verläuft, wenn das Strahlenbündel 13²I- nahezu längs der gleichen Richtung wie das Strahlenbündel II9 in Figur YJ projiziert wird, so daß das Strahlenbündel 134' an der Oberfläche 121 totalreflektiert wird. Im vorliegenden Falle weist das Beugungsgitter 136 eine dreidimensionale Struktur auf, so " daß der Hauptanteil des darauf gerichteten Strahlenbündels

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längs der Richtung des sich geradlinig ausbreitenden äbgebeugten Strahlenbündels O. Ordnung und des abgebeugten Strahlenbündels iy\^x +1.'Ordnung übertragen wird, während nur ein geringer Anteil in die Richtung des abgebeugten Strahlenbündels -1. Ordnung gelangt. Eine Verminderung in der Intensität des Strahlenbündels kann daher vermieden werden.

Es ist ferner möglich, das Strahlenbündel aus der totalreflektierenden Einrichtung herauszuführen, indem man beispielsweise ein Beugungsgitter 135 von einer dreidimensionalen Struktur sowie ein weiteres Beugungsgitter^ 136, das ebenfalls eine dreidimensionale Struktur aufweist, jedoch in seiner Neigung symmetrisch zu dem des Beugungsgitters 135 ist, verwendet. Als lichtempfindliche Schicht, welche Beugungsgitter von einer derartigen Struktur herzustellen ermöglicht, empfehlen sich beispielsweise Photoätzmaterialien, Photopolymere USW

Mit Hilfe der oben erwähnten Einrichtungen kann man ein. " Strahlenbündel in ein Medium eintreten lassen, selbst wenn der Einfallswinkel normalerweise zu einer Totalreflexion führen würde. Dies kann derart erfolgen, daß ein erwünschter Brechungswinkel für das eingetretene Strahlenbündel erhalten werden kann, wenn das Strahlenbündel zwischen zwei Medien verläuft, welche unterschiedliche Brechungsindices haben.

Im folgenden soll die Anwendung auf ein.Ausführungsbeispiel im Vergleich zu bereits bekannten Verfahren beschrieben werden.

Figur 19 zeigt ein optisches System einer herkömmlichen Spiegelreflexkamera, mittels dessen ein Teil des Strahlenbündels zum lichtelektrischen und~elektronischen Ernpf angselement geleitet wird, um auf diese V/eise die Menge des auffallenden Lichts zu messen. In der Zeichnung bedeutet 137 ein Photo-

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139 eine Glasplatte, welche einen Strahlenteiler im Inneren enthält·, .144 ein lichtelektrisches oder-elektronisches Element. Ein Teil des vom Objekt kommenden und durch das Objektiv hindurchgehenden Strahlenbündels 141 wird von dem Strahlenteiler 138 reflektiert und bildet ein Strahlenbündel 142, welches an beiden Oberflächen der Glasplatte totalreflektiert und zu der Photozelle l40 geleitet wird, welche die Helligkeitsmessung vornimmt. Anstelle der Glasplatte 139 kann eine totalreflektierende Einrichtung verwendet werden, welche eine Beugungsgitterstruktur auf der einen Oberfläche der plariparallelen Glasplatte aufweist.

Falls in den Weg des Strahlenbündels l4l eine planparallele Glasplatte mit einer Beugungsgitterstruktur auf einer Oberfläche in der Art des totalreflektierenden Teils von Figur 18 angebracht ist, wird ein Teil des eintretenden Strahlenbündels mit der +1. Ordnung abgebeugt, auf beiden Oberflächen der planparallelen Glasplatte totalreflektiert und zu der Photozelle l40 geleitet, während das sich geradlinig ausbreitende abgebeugte Strahlenbündel 0. Ordnung ein Sucherbild liefert.

Wenn man hier eine Streuscheibe unter den totalreflektierenden Teilen II5 anbringt, gelingt eine Verbesserung hinsichtlich der Abhängigkeit des von der Beugungsgitterstruktur abgebeugten Strahlenbündels von Änderungen der Blendenöffnung der Objektive ebenso wie bezüglich des Einflusses von spektro-· graphischen Beugungscharakteristiken.

Wenn darüber hinaus das totalreflektierende Teil 115 Lichtmeßplatte des Suchers verwendet wird, treten die von dem Objektiv 142 kommenden Strahlenbündel in das Teil mit unterschiedlichen Winkeln ein, so daß es sich zur Erhaltung einer optimalen Totalreflexion für alle Strahlenbündel empfiehlt, ein Strahlenbündel 129 zu verwenden, dessen Wellenform gleich, der Kugelwelle ist, die von dem Mittelpunkt der Austritts-

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■pupille des die Abbildung vornehmenden Objektivs 157 in Richtung auf das totalreflektierende Teil ausgeht, wenn das totalreflektierende Teil hergestellt wird. Das Strahlenbündel l4l besteht aus weißem Licht, d.h. aus Licht, welches alle Farben enthält. Wenn man daher alle Strahlenbündel des sichtbaren Lichts zur Photozelle leiten will, empfiehlt es sich, das totalreflektierende Teil 115 mit der in Figur 17 gezeigten Anordnung durch Verwendung eines blauen Laserstrahlenbündels mit kurzer Wellenlänge herzustellen, so daß all die Strahlenbündel, deren Wellenlänge größer ist als die des blauen Strahlenbündels, hindurchgelangen.

Der Vorteil, der sich bei der Verwendung des oben erwähnten totalreflektierenden Teils 115 bei einer Anwendung für die Lichtmessung ergibt, beruht darin, daß man entsprechend dem Bereich des Teiles, der mit dem Beugungsgitter versehen ist,oder entsprechend dem Herstellungsverfahren jeden erwünschten Winkel für die Lichtmessung und jeden erwünschten Bereich erhalten kann. Ein weiterer Vorteil beruht darin, daß das totalreflektierende Teil sehr dünn gemacht werden kann, da das Beugungsgitter als Strahlenteiler dient, wogegen für •die herkömmliche in Figur 19 gezeigte Glasplatte zur Lichtmessung im Hinblick auf die Notwendigkeit, einen Strahlen- . teiler 158 darin anzubringen, die Dicke der Glasplatte groß sein muß. Es sollte deshalb an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß in der Zeichnung das totalreflektierende Teil 15 hinsichtlich seiner Dicke übertrieben dargestellt ist. Wenn das ebene Beugungsgitter verwendet wird, lassen sich die Herstellungskosten im Vergleich zu den herkömmlichen Anordnungen erheblich vermindern, da eine Vervielfältigung durch Prägen, Stanzen oder Stempeln (stamping) möglich ist.

Das oben beschriebene Beispiel von einer Anordnung bezieht sich auf die Lichtmessung in dem optischen Suchersystem. Es ist jedoch auch möglich,diese Art der totalreflektierenden Teile zur Lichtmessung für Strahlenbündel ganz allgemein zu verwenden.

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Ein weiteres Beispiel, ist in Figur 21 dargestellt, wo ein totalreflektierendes Teil 115 in dem'Weg eines Strahlenbündels 1J4 derart angebracht ist, daß ein Teil des Strahlenbündels mittels eines auf der einen Oberfläche des totalreflektierenden Teils 115 angebrachten Beugungsgitters 155 abgebeugt, von beiden Oberflächen des Teiles totalreflektiert und zu einem lichtelektrischen oder -elektronischen Teil l40 · zur Lichtmessung geleitet wird.

Eine weitere Anwendung dieser Ausführungsform soll im folgenden im Vergleich mit herkömmlichen Techniken erläutert werden. Gemäß einer herkömmlichen Technik ist es bereits bekannt, die Bildinformation der Rauhigkeit (unevenness) in eine Helligkeitsinformation zu Anzeigez-wecken umzuwandeln, indem man einen Teil des totalreflektierten. Strahlenbündels absorbiert. Dieses Prinzip ist in Figur 22 dargestellt, das einfallende Strahlenbündel 145 wird hierbei auf der Fläche des Prismas l4j totalreflektiert, wobei der die Bildinformation liefernde Gegenstand 146 mit einer Rauhigkeitsverteilung in Berührung mit der totalreflektierenden Oberfläche gebracht wird. Hierbei wird das Strahlenbündel, welches von dem .totalreflektierenden Strahlenbündel in die Nachbarschaft der totalreflektierenden Oberfläche entweicht, von den konvexen Teilen des die Bildinformation liefernden Körpers 146 derart absorbiert, daß die Rauhigkeitsverteilung in eine Intensitätsverteilung des totalreflektierenden Strahlenbündels l4y umgewandelt wird. Der Mechanismus beruht darin, daß, wie in Figur gezeigt, das einfallende Strahlenbündel 145 an der einen Oberfläche 144 des Prismas 1'43 totalreflektiert wird und daß 'mit der totalreflektierenden Oberfläche ein die Bildinformation liefernder Gegenstand 146', beispielsweise ein Fingerabdruck, in Berührung gebracht wird, wodurch das von dem totalreflektierenden Strahlenbündel in die Nachbarschaft der totalreflek-' ti'erenden Oberfläche entweichende Strahlenbündel von den konvexen Teilen des die Bildinformation liefernden Gegenstands absorbiert wird. Dies geschieht auf eine derartige Weise, daß die Rauhheitsverteilung irL die Intensitätsverteilung des total·?

4 u y ö ^ 4 / υ a y j

-26- 2351626

reflektierten Strahlenbündels l47 umgewandelt wird. Bei diesen herkömmlichen Techniken muß die Austrittsoberfläche des Prismas geneigt zur totalreflektierenden Oberfläche 144 verlaufen, damit das totalreflektierende Strahlenbündel aus dem Prisma 143 herausgeführt werden kann. Es ist daher unvermeidbar, daß das mit diesen Techniken erhaltene Bild aufgrund der geneigten Fläche des Prismas selbst verzerrt wird, da die optische Weglänge von jedem totalreflektierten Strahlenbündel unterschiedlich ist. Im Falle der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch möglich, die Ausgangsoberfläche parallel zur totalreflektierenden Oberfläche anzuordnen, so -daß man dieses bekannte Problem einer Bildverzeichnung lösen kann. Hierzu werden die vorliegenden totalreflektierenden Teile anstelle der totalreflektierenden Prismen 143 verwendet. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 23 dargestellt. Wenn auf der einen Oberfläche 149 der planparallelen Glasplatte 143 eine ebene Beugungsgitterstruktur 150 aufgebracht ist, auf welche ein Strahlenbündel 153 auffällt, trifft das abgebeugte Strahlenbündel 152 der +1. Ordnung auf die totalreflektierende Oberfläche 153 und wird dort totalreflektiert. Das totalreflektierte Strahlenbündel 154 gelangt abermals auf die Oberfläche 149 " und wird dort mittels der Beugungsgitterstruktur 150 gebrochen, welche auf der Oberfläche angebracht ist, sowie aus der plan- parallelen Glasplatte als Strahlenbündel 155 herausgeführt.

Es wird möglich, die aus einer Rauhigkeitsverteilung bestehende Bildinformation in die Helligkeitsverteilung umzuwandeln, indem man die Bildinformation der Rauhigkeitsverteilung in Berührung mit der totalreflektierenden Fläche 153 'bringt. Hierdurch ist es ferner möglich, ein Bild zu erhalten, das frei von Verzeichnungen ist, da der Lichtweg jedes' totalreflekti.erten Lichtstrahls im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, bei denen ein Prisma zur Anwendung kommt, die gleiche Länge aufweist.

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Man versteht aufgrund obiger Ausführungen, daß im Falle der vorliegenden Ausführungsform auf einem Bereich des optischen Teiles, welches eine totalreflektierende Oberfläche bildet, eine Beugungsgitterstruktur derart angeordnet ist, daß die von dem Beugungsgitter abgebeugte "Welle 'ein totalreflektiertes Strahlenbündel ist, wodurch es irn Gegensatz zu einem herkömmlichen Prisma möglich wird, ein Strahlenbündel, für das die Bedingungen der Totalreflexion in dem optischen Teil erfüllt sind, in das optische Teil hineinzuführen, ohne daß hierbei die Einfalls- oder Austrittsebene des totalreflektierenden Prismas geneigt zur totalreflektierenden Fläche verlaufen muß. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform trägt daher in erheblichem Maße zur Lösung von vielen Problemen bei, welche bei herkömmlichen optischen Teilen auftreten, in welchen von der Totalreflexion Gebrauch gemacht wird.

Im folgenden soll die Ausbildung des■Beiichtungsmesssystems von einer Kamera, wie sie in Figur 20 beschrieben wurde, näher erläutert werden. Zunächst soll die Lage des ' reflektierenden Teiles, welches in der oben erwähnten V/eise eine Beugungsgitterstruktur aufweist, und die des lichtelektrischen oder -elektronischen Elements in einer .einäugigen Spiegelreflexkamera beschrieben werden. In Figur 24 bedeutet 200 ein Photoobjektiv, 201 eine Blende, 2OJ einen Spiegel, "■ 204 eine Bildebene, 205 einen Verschluß, 20β eine Brennebene, 207 eine Kondensorlinse, 208 ein Pentagonalprisma und 209 ein Okular. Mit G ist jeweils ein reflektierendes Teil bezeichnet, welches in der oben erwähnten Weise ein Beugungsgitter aufweist, während mit P jeweils ein lichtelektrisches oder -elektronisches Element bezeichnet ist. ' ■

ι ■

■ Das Teil G₁ ist zwischen der Brennebene 2Ό6 und der Kon- ■ .densorlinse 207 angeordnet. Das lichtelektrische Teil P₁ ist ■ auf die Endfläche des Teiles G₁ gerichtet. Bei dieser Anordnung

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tritt das von dem Objekt kommende Strahlenbündel durch' das Photoobjektiv 200 hindurch.,Es wird an dem Spiegel 203 reflektiert und an der Brennebene 20β zerstreut. Das zerstreute Strahlenbündel tritt durch das Teil G. hindurch. Hierbei breitet sich ein Anteil des .Strahlenbündels in dem Teil G₁ unter Totalreflexion aus oder längs des Beugungsgitters und erreicht das lichtelektrische Teil P,.

In dem Beispiel der zweiten Anordnung ist zwischen der Kondensorlinse 207 und dem Pentagonalprisma 208 ein Teil■G₂ angeordnet, wobei ein lichtelektrisches Element -Pp der Endfläche des Teiles G^ gegenübersteht. Im vorliegenden Falle wird die ' Lichtmessung durch Verwendung eines Teils des Strahlenbündels durchgeführt, welches durch die Kondensorlinse hindurchgetreten ist.

Bei der dritten Anordnung ist das Teil G₇ auf der Vorderseite der reflektierenden Ebene 208' des Pentagonalprismas angebracht, während ein lichtelektrisches Empfängerelement P-, dem Ende des Teiles G-,' gegenübersteht. Das hier für die Lichtmessung verwendete Strahlenbündel wird von dem Strahlenbündel gebildet, welches in Richtung auf die reflektierende Fläche 208' ■fortschreitet, welche das wirksame Sucherstrahlenbündel herausgreift. Bei der vierten Ausbildung ist schließlich ein Teil G^ zwischen dem Pentagonalprisma 208 und dem Okular angeordnet, wobei das lichtelektrische Element Fu dem Ende des Teiles Gh gegenübersteht.

In der fünften Anordnung ist schließlich das Teil Gt- hinter

5 dem Okular 209 angeordnet, wobei das lichtelektrische Element Pp. dem Ende des Teils G₁- gegenübersteht. Es ist hierbei zwar zu befürchten, daß ein nicht erwünschtes Strahlenbündel von dem Okular 209 kommt und sich zu dem Pentagonalprisma ausbreitet, welches einen geringfügigeren Einfluß hervorruft. Ein derartig schädliches Strahlenbündel läßt sich jedoch vermeiden, wenn man

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das Interferenzstreifenmuster des richtungsselektiven ■Beugungselements dreidimensional gestaltet.

Bei der sechsten Anordnung ist schließlich das Teil Gg auf der Reflexionsebene des Spiegels 2OJ angebracht. Das lichtelektrische Element Pg ist hierbei derart angeordnet, daß es der Endfläche des' Teiles Gg gegenübersteht, wenn der Spiegel 205 geneigt verläuft. Im vorliegenden Falle führt das Teil Gg gemeinsam mit dem Spiegel 2OJ eine Schwenkbewegung durch. Es ist deshalb erwünscht, daß das Teil Gg aus einem möglichst leichten Material besteht. Es kann hier auch ein in schräger Lage fest angeordneter halbdurchlässiger Spiegel verwendet werden. . . .

Bei der siebten Anordnung ist das Teil G₇ vor der Bild- . eben 204 angebracht, wobei das lichtelektrische Element P₇ der Endfläche des Teiles G₇ gegenüberliegt.

Im vorliegenden Falle 1st es möglich, die Lichtmessung' auch während der Belichtung des Films durchzuführen.

Figuren 25 und 26 beziehen sich'/.auf den Fall, daß das von der Beugungsgitterstruktur abgebeugte Strahlenbündel zu einem lichtelektrischen Element geleitet wird, ohne daß ein Lichtübertragungsteil wie eine ebene Glasplatte angeordnet wird. Im folgenden soll der Aufbau einer einäugigen Spiegelreflexkamera erläutert werden.

Bei einer ersten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur von einer Reflexbauart g.^ an der Außenseite der wirksamen Reflexionsebene der vorderen Reflexionsqberflache 208^T des Pentagonalprismas 208 angeordnet. Das lichtelektrische Element ist hierbei in einer Lage, angebracht, bei der die vordere obere und die Dachebene des Pentagonalprismas sich kreuzen. Die Lage.

409824/0893 ₀„_{1GMÄL INSPE0TED}

des lichtelektrischen-Elements ist jedoch nicht auf.die in den Zeichnungen dargestellte Lage beschränkt, und es ist vielmehr jegliche Lage möglich, sofern das von der Beugungsgitterstruktur abgebeugte Strahlenbündel das Element erreicht und sofern -das Sucherstrahlenbundel nicht negativ beeinflußt.

Wenn in diesem Falle das in dem Pentagonalprisma 208 reflektierte Sucherstrahlenbundel in die Beugungsgitterstruktur g, eintritt, erfolgt eine- Beugung dieses Strahlenbündels, das gleichzeitig konvergent gemacht wird und auf die lichtempfindliche Oberfläche des lichtelektrischen Elements < gesammelt wird.

Bei der zweiten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur gp von einer Durchlaßbauart an der Ausgangsoberfläche 108" des Pentagonalprismas angeordnet. Das lichtelektrische Element Q₂ ist oberhalb des Okulars I09 und in dessen Nähe angeordnet. Das lichtelektrische Element kann jedoch auch unterhalb des Okulars bzw. rechts oder links des-' selben angeordnet werden.

In diesem Falle tritt das Sucherstrahlenbundel bei seinem Weg zu dem Okular durch die Beugungsgitterstruktur g₂ hindurch. Hierdurch wird das abgebeugte Strahlenbündel auf die lichtempfindliche Oberfläche des lichtelektrischen Elements Q₂ gesammelt, während das Strahlenbündel 0. Ordnung durch die Beugungsgitter struktur g₂ hindurch und in das Okular 209 eintritt.

Bei der dritten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur g, einer Reflexionsbauart auf der Austrit/bsoberfläche 208" des Pentagonalprismas gebildet, während das lichtelektrische Element Q-, in Nachbarschaft zu der vorderen'oberen Fläche angeordnet ist.

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Bei der-vierten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur gh von einer Reflexionsbauart auf der Bodenfläche des Pentagonalprismas angebracht, während das lichtelektrische Element Q^ ^au-^ ^ei^ne andere Stelle als die effektiv reflektierende Oberfläche'der vorderen reflektierenden Fläche 208' gerichtet ist.

Bei der fünften Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur g[- der Reflexionsbauart auf der ebenen Fläche der Kondensorlinse 207 gebildet. Das zugehörige.lichtelektrische' Element Q,,- ist neben dem oberen Teil der Kondensorlinse 207 angeordnet.

Bei der sechsten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur gg der Reflexionsbauart auf der reflektierenden Oberfläche des Spiegels 203 gebildet, während das lichtelektrische Element GLr an der Stelle angeordnet ist, durch welche das Strahlenbündel für die photographische Aufnahme und für den Sucher hindurchgeht.

Bei der siebten Anordnung ist eine Beugungsgitterstruktur gy der Reflexionsbauart auf der Oberfläche eines durchsichtigen Festkörpers 210 angebracht, welcher senkrecht zur' optischen Achse des-Photoobjektivs 200 angeordnet ist. Das zugehörige lichtelektrische Element 0_ ist außerhalb des Strahlengangs für die photographische Aufnahme angeordnet.

Die achte Anordnung entspricht der fünften, wobei jedoch in diesem Falle das lichtelektrische Element Qo am Ende der Kondensorlinse 207 angebracht ist. Das abgebeugte Strahlenbündel breitet sich in der Kondensorlinse durch Totalreflexion aus und tritt in das lichtelektrische Element ein.

Die Anwendung der Erfindung auf eine mit Markierung versehene Scharfeinstellungseinrichtung soll im.folgenden beschrieben werden.

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In Figur 27 bedeutet 212 ein mit einer Markierung versehenes Fenster, während I eine Beugungsgitterstruktur bedeutet, die auf der ebenen Fläche einer Kondensorlinse 215 aufgebracht ist. R bedeutet ein lichtelektrisches Element, welches derart vorgesehen ist, daß es auf das seitliche Ende der Kondensorlinse 215 gerichtet ist. 216 bedeutet ein Objektiv, 217 einen halbdurchlässigen Spiegel und 218 ein Okular. Das vom Objekt kommende Strahlenbündel tritt in das. Fenster 212 und wird an einem Spiegel 21j5 reflektiert. Anschließend tritt es durch eine Linse 214 und gelangt zu der Kondensorlinse 215· Das Strahlenbündel wird von dem Beugungsgitter I abgebeugt. Hierdurch wird erreicht, daß das abgebeugte Bündel der 1. Ordnung in Richtung auf das lichtelektrische Element R fortschreitet, während das abgebeugte Bündel 0. Ordnung durch die Kondensorlinse 215 hindurchgeht. Das von dem Beugungsgitter I der 1. Ordnung abgebeugte Strahlenbündel wird entweder in der Kondensorlinse totalreflektiert, zu dem lichtelektrischen Element geleitet oder auf das lichtelektrische Element direkt von dem Beugungsgitter I abgebildet oder zu dem Iientelektrischen Element längs des Beugungsgitters I geleitet.

In diesem Fall verbindet sich das abgebeugte Strahlenbündel 0. Ordnung, welches durch die Kondensorlinse 215 hin-

durchgegangen ist, an dem halbdurchlässigen Spiegel 217 mit dem Strahlenbündel, welches durch das Objektiv 116 hindurchgetreten ist,und erreicht den Beobachter über das Okular 218.

Die Figuren 28 und 29 zeigen Belichtungsraesseroptiken von einer Kino- oder Fernsehkamera. In den Zeichnungen bedeutet 220 ein Zoom-Objektivteil, 221 ein Relaisobjektiv, 222 einen Strahlenteiler, 223 eine Blende und 224 die Bildebene. 225 bezeichnet ferner das Objektiv eines Suchers, 226 einen Spiegel, 227 eine Feldlinse, 228 einen Erektor, d.h. eine Bildumkehroptik, 229 eine Kondensorlinse und 2^0 ein Okular»

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In der ersten Anordnung ist die Beugungsgitterstruktur auf der Oberfläche.des halbdurchlässigen Spiegels in dem Strahlenteiler 222 angebracht. Hierdurch wird erreicht, daß das in 1. Ordnung von der Beugungsgitterstruktur abgebeugte Strahlenbündel entweder auf das lichtelektrische Element S, gesammelt wird oder daß es auf der Oberfläche 222' reflektiert und zu dem licht/elektrischen Element Sp geleitet wird. Ansonsten wird eine Beugungsgitterstruktur von einerDurchlaßbauart gebildet, wobei das abgebeugte Strahlenbündel an der Oberfläche 222' reflektiert und zu dem lichtelektrischen Element S, geleitet wird. Hierbei wird das mit 0. Ordnung abgebeugte Strahlenbündel von dem halbdurchlässigen Spiegel des Strahlenteilers 222 in zwei Strahlenbündel aufgeteilt, von denen das eine in Richtung auf die Bildebene, das andere in Richtung auf das Suehersystem fortschreitet.

Bei der zweiten Anordnung ist die Beugungsgitterstruktur Jo auf einem durchsichtigen festen Körper 2Jl angebracht, der senkrecht zur optischen Achse des Suchersystems angeordnet ist. Das von dem Beugungsgitter abgebeugte Strahlenbündel fällt auf die lichtelektrisehen Elemente S₁,, S₁- oder Sg.

Bei der dritten in Figur 29 dargestellten Anordnung ist · eine Beugungsgitt erstruktur J-* der Reflexionsbauart auf der Oberfläche des Spiegels 226 gebildet. Hierdurch wird erreicht, daß das Beugungsgitter unter keinen Umständen einen negativen Einfluß auf das Bildfeld des Suchers ausübt.

Bei der vierten Anordnung ist ein durchsichtiger fester Körper 2J2 senkrecht zur optischen Achse zwischen.der Relaislinse 221 und.der Abbildungsebene 224 angebracht.·Auf der Oberfläche des durchsichtigen festen Körpers 232 ist eine Beugungsgitt erstruktur erzeugt. Das in erster Ordnung abgebeugte Strahlenbündel, welches in das lichtelektrische Element Sg eintritt, wird in dem durchsichtigen Festkörper 2J2 durch Totalreflexion oder längs des Beugungsgitters übertragen.. Die._%

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in die lichtelektrischen Elemente Sg und S,q eintretenden Strahlenbündel werden direkt von dem Beugungsgitter auf diese gesammelt.

Eine Steuereinrichtung 234 bewirkt eine Einstellung der Blende 123 aufgrund der Ausgangssignale des lichtelektrischen Elementes Sg (oder Sq oder S₁₀). Hierdurch gelingt die Erzeugung eines ordnungsgemäßen Bildes auf dem Aufzeichnungssystem, welches beispielsweise ein Film oder eine Aufnahmeröhre sein kann. .

Die oben beschriebenen Anordnungen stellen lediglich Beispiele dar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt und es ist eine Anwendung an jeglicher beliebiger Lage hinter einem Photoobjektiv möglich.

Figur 30 zeigt eine weitere Ausführungsform, Vielehe es ermöglicht, eine Belichtungsmessung in dem mittleren Bereich und, in einem nahe dem Rand der Abbildungsebene gelegenen Bereich mittels eines Elements durchzuführen, welches aus einer Kombination von einem Lichtübertragung'steil und einer Beugungsgitter struktur besteht. Das Belichtungsmeßelement enthält eine ebene Glasplatte, die auf einer Oberfläche mit einem Beugungsgitter versehen ist. Das Beugungsgitter ist in zwei Bereiche unterteilt, nämlich den mittleren Bereich 236 und den Bereich 237 in der Nähe des Randes. Mit dem Bezugszeichen 238, 240 und 240' sind optische Faserbündel bezeichnet, welche an den Endflächen"des Elements 235 befestigt sind. Das Strahlenbündel, welches von dem Bereich 236 eintritt und in dem Element übertragen wird, indem es einer Totalreflexion unterliegt, erreicht das optische Faserbündel 240 oder 240^f. An den anderen Enden jedes optischen Faserbündels ist eine Photozelle 239 bzw. 242 angebracht. Zwischen den Endflächen jeder optischen Faser und der entsprechenden Photozelle ist, ein Verschluß 241 bzw. 24l^f derart angebracht, daß eine Umschaltung 'zwischen einer Belichtungsmessung Im Mittelberelßh und . einer Beliclitungsmessung im RaMbereich durchgeführt werden."

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Das in den Bereich 2j6 bzw. in den Bereich 237 eintretende Strahlenbündel erreicht bei dieser Anordnung die Photozelle 239 bzwο 242, so daß es möglich ist, die BeIichtungsmessung in jedem der Bereiche durchzuführen..

Es ist selbstverständlich auch möglich, eine derartige Anordnung zu treffen, daß der Ausgang der Photozelle zum Zwecke einer Belichtungsmessung zu der elektronischen Schaltung mittels einer Schalters geleitet wird, ohne daß hierbei ein Verschluß vorgesehen ist.

■ Bei der obigen Darstellung war unterstellt, daß das Beugungsgitter ein Gitter mit Phasenstruktur wie von einem "Volumentyp" ist, das holographisch hergestellt wird. Es ist jedoch auch möglich, als Beugungselement ein Hologramm von einem -Typ oder ein richtungsselektives Beugungsgitter zu verwenden, welches als solches bereits bekannt ist. Hierbei.kann die lichtempfindliche Einrichtung entsprechend der Struktur des Beugungselements oder des Strahlenübertragungsteilteiles welches zwischen dem Beugungselement und dem lichtempfindlichen Einrichtung vorgesehen ist, an jeglicher geeigneten Lage in dem optischen Instrument angebracht sein.

Als Strahlenübertragungsteile können in der oben dargestellten V/eise Faseroptiken neben einer Strahlensammlerplatte (L.G.) (beam integrating plate) verwendet werden.

Als praktisches Ergebnis kann man feststellen daß bei Verwendung eines Hologramms als Beugungselement nicht nur eine bessere Beugungswirksamkeit erzielt werden .kann, sondern daß es vielmehr hierdurch auch erheblich einfacher möglich ist, die erwünschte Beugungsart oder charakteristik zu erhalten. Dies trägt in erheblichem Maße zu einer Verminderung* der Produktionskosten bei. Ferner gelingt es, eine gleichmäßige Qualität derart

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zu erzeugen, daß es möglich wird/ derartige kompakte Belichtungsmesser anzubieten, wies es bisher niemals möglich war.

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Claims

Patentansprüche

fI.j Verfahren zur Regelung der Einbringung abgebeugter Strahlen-— bündel, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein richtungsselektives Beugungselement in dem Abbildungsstrahlengang angeordnet ist, daß wenigstens ein von dem Beugungselement abgebeugtes Strahlenbündel zu einer lichtempfindlichen Einrichtung geleitet und daß das nicht abgebeugte Strahlenbündel als Abbildungsstrahlenbündel dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Wellenfläche von wenigstens einem der mittels des Beugungselements abgebeugten Strahlen sich von der unterscheidet, welche das in das Beugungselement eintretende Strahlenbündel hat. ■
3. Verfahren nach 'Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsselektive Beugungselement aus einer Mehrzahl von Bereichen besteht, · welche dreidimensional-derart unterteilt sind, daß die von den Bereichen abgebeugten Strahlenbündel räumlich voneinander getrennt sind.
A. Verfahren nach Anspruch 1, Jadurch gekennzeichnet, daß das ■ richtungsselektive Beugungselement Jegliche erwünschte Intensitätsverteilung des von dem Beugungselement abgebeugten Strählenbündeis wiedergibt.
•5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsselektive Beugungselement das in das Beugungselement mit jeglichen optischen Charakteristiken eines Einfallswinkels eintretende Abbildungsstrahlenbündel unterteilt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der von dem richtungsselektiven Beugungselement gebeugten Strahlenbündel in ein Strahlenübertragungsteil eingebracht wird, um zu .einer lichtempfindlichen Einrichtung zu gelangenβ .

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7. Verfahren nach Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenübertragungseinrichtung, welche das abgebeugte Strahlenbündel zu der lichtempfindlichen Einrichtung leitet, eine ebene Glasplatte ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsselektive Beugungselement in der Optik einer Kamera vorgesehen und in das Abbildungsstrahlenbündel hinter den Objektiven angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsselektive Beugungselement in Berührung mit der Oberfläche des optischen Elements einer Kamera angeordnet ist, wobei das Abbildungsstrahlenbündel an dieser Oberfläche vorbeigeht.
10. Verfahren nach Anspruch 8,. dadurch gekennzeichnet, dass das richtungsselektive Beugungselement in Berührung mit der Oberfläche von einem optischen Element der Kamera angeordnet ist, wobei an dieser Oberfläche das Abbildungsstrahlenbündel reflektiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das richtungsselektive Beugungselement in Berührung mit der ebenen Oberfläche einer Kondensorlinse angebracht ist.

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