DE2722804C3

DE2722804C3 - Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung

Info

Publication number: DE2722804C3
Application number: DE2722804A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Omiya Saitama Miyata; Kazuo Asaka Saitama Nakamura; Seijiro Tokio Tokutomi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1976-05-22
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1979-10-25
Also published as: US4180309A; DE2722804A1; GB1571660A; JPS52142512A; DE2722804B2; JPS5914723B2

Description

Ji-p

25

'«+ι>Ι

und durch eine Einrichtung (21), die feststellt, wenn die summierten Resultate einen vorher bestimmten Schwellenwert übersteigen, der die korrekte Scharfeinstellung der Abbildung anzeigt

Z Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11') an einer Stelle angeordnet sind, die optisch konjugiert zu der Lage der Oberfläche des Films (10) ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Wandlerelementen (14) an einer Stelle angeordnet sind, die optisch konjugiert zu der Lage der Oberfläche des Filnts (10) ist

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlerelemente (d\... d„) Fotodioden sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoelektrischen Wandlerelemente (dt... d„) automatisch nacheinander abgefragt werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung (24, 25) zur Erzeugung von Abtaststartimpulsen für die jeweiligen Reihen enthält, die einen zeitlichen Abstand haben, der äquivalent zu der seitlichen Versetzung der zu Paaren geschalteten Elemen te ist

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11,1 V) im Kontakt mit der Reihe von Wandlerelementen (14) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese bei einer einäugigen Spiegelreflexkamera verwandt wird.

mit zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Keilprismen, mit einer zweireihigen Anordnung von fotoelektrischen Wandlerelementen, die optisch jenseits der Prismen angeordnet sind, und mit einer Einrichtung, welche die Lichtstrahlen von einem fotografischen Objekt auf die Prismen richtet, wobei die Prismen die Objektabbildung in zwei Hälften aufteilen, deren relative seitliche Verschiebung auf den Reihen von Wandlerelementen und deren Kontrastwert eine Funktion der korrekten Scharfeinstellung der Abbildung sind.

Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen -worden, bei denen die Feststellung der korrekten Scharfeinstellung unter Ausnutzung von Änderungen des Kontrastes, der Raumfrequenz und der Lichtmenge eines scharf eingestellten Objektes durchgeführt wird. Die meisten dieser herkömmlichen Verfahren weisen insofern Nachteile auf, als die dabei verwandte Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung sehr empfindlich gegen mechanische Schwingungen ist, relativ viel Raum beansprucht und einen zu empfindlichen Aufbau hat Infolgedessen sind solche Einrichtungen beispielsweise nicht für einäugige Spiegelreflexkameras geeignet

Darüber hinaus ist es sehr schwierig, die Scharfeinstellung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Weiterhin ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Abbildung eines Objektes mit Hilfe von Keilprismen so in zwei Teile oder Halbbilder aufgeteilt wird, daß die beiden Halbbilder in entgegengesetzte Richtungen zueinander verschoben werden. Die Feststellung der korrekten Scharfeinstellung wird anhand von Änderungen in der relativen Verschiebung der beiden Halbbilder durchgeführt Bei diesem Verfahren muß jedoch die Abbildung des Objektes scharf und klar sein, und zwar sogar auch dann, wenn das Objekt nicht scharf eingestellt ist Um also die notwendige Bildklarheit zu erhalten, muß die bei diesem Verfahren verwandte Einrichtung sehr groß sein. Auch diese Einrichtung ist für einäugige Spiegelreflexkameras nicht geeignet

Der Erfindung liegt die AufgaDe zugrunde, eine Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sowohl das Prinzip der Feststellung der Scharfeinstellung aufgrund des Kontrastes als auch dasjenige des Bildausrichtens ausgenutzt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Einrichtung für den Vergleich der Ausgangssignale (i\ ... i„; /V ... in) der paarweise zueinander geschalteten, seitlich um gleiche Strecken (P) versetzten Wandlerelemente in den beiden Reihen, durch eine Einrichtung zur Absolutwertbildung, durch eine Einrichtung zur Summierung der Resultate, d. h. Bildung der Funktion

65 n-p

3 =Σ I'« -1

+ \K

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung und durch eine Einrichtung die feststellt, wenn die summierten Resultate einen vorher bestimmten Schwellenwert übersteigen, der die korrekte Scharfeinstellung der Abbildung anzeigt

Aufgrund der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, selbst dann, wenn die Klarheit der Abbildung nicht aufrechterhalten wird und ein Objekt mit geringer Helligkeit oder geringer Beleuchtung vorliegt, die korrekte Scharfeinstellung vorzunehmen. Ferner zeich-

net sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ihre geringe Größe aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm eines optischen Systems für eine einäugige Spiegelreflexkamera gemäß einer ernten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2die Anordnung einer Gruppe von Fotozellen,

F i g. 3(a) bis (e) die Hälften des Objektbildes, die bei verschiedenen Zuständen der Scharfeinstellung auf die Gruppe von Fotozellen projiziert werden,

Fig.4 eine graphische Darstellung der Ausgangssignale einer herkömmlichen Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes,

F i g. 5 eine entsprechende graphische Darstellung für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig.6 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltungsanordnung für die Feststellung des Brennpunktes,

Fig.7 ein Verbindungsdiagramm für eine Gruppe von jeweils zu Paaren geschalteten Fotodioden,

F i g. 8 ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs für eine Ausführungsform des Bildfühlers,

F i g. 9 ein Blockdiagramm einer Verarbeitungsschaltung für die Ausgangssignale der Bildfühler nach F i g. 8,

Fig. 10 ein Diagramm eines optischen Systems für eine einäugige Spiegelreflexkamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 1 l(a) bis (f) Objektbild-Hälften, die bei verschiedenen Zuständen der Scharfeinstellung auf die Fotozellengruppe der Ausführungsform nach F i g. 10 projiziert werden,

Fig. 12 ein Diagramm eines optischen Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13 das Objektbild, das auf die Fotozellengruppe nach Fig. 12 projiziert wird, wenn das Objekt scharf eingestellt ist

F i g. 1 zeigt den Aufbau des optischen Systems einer einäugigen Spiegelreflexkamera, die mit einer Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes nach der vorliegenden Erfindung versehen ist; im einzelnen sind dabei dargestellt: Ein Objekt 1 bzw. Γ; eine Linsengruppe 2 der Kamera; ein total reflektierender Spiegel 3, der in seinem mittleren Bereich einen Halbspiegelabschnitt 3' aufweist; einen total reflektierenden Spiegel 4; eine Brennpunktplatte 5; und eine Kondensorlinse 6. Weiterhin sind zu erkennen: ein Pentaprisma 7; ein Okular 8; das Auge eines Fotografen 9; ein Film 10; zwei keilförmige Prismen 11 und 11', die in bezug auf den Film 10 an optisch konjugierten Stellen angeordnet sind und einander entgegengesetzt geneigte Neigur.gen bzw. Schrägflächen haben; eine Zwischenfläche oder Grenzlinie 12, an der die beiden Prismen 11 und 11' einander berühren; eine Linse 13, um die Abbildung des Objektes 1, Γ auf eine Gruppe 14 von Wandlere'ementen zu richten, die aus Paaren von winzigen Fotozellen d\ bis d_n so und d\ bis dn besteht; und eine Schaltung 15 zur Feststellung des Brennpunktes (die im einzelnen in F i g. 6 dargestellt ist) zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Fotozellen.

Fig.2 zeigt Einzelheiten der Gruppe 14 von Wandlerelementen. Die Licht empfangenden Oberflächen der Fotozellen d\ bis d„ und d\' bis d_n', die gleiche elektrische Eigenschaften bzw. Kennlinien und Lichtempfangsllächen haben, sind symmetrisch in bezug auf eine Mittellinie 12' angeordnet Die Bezugszeichen /1 bis I_n und i\ bis J_n bezeichnen die Ausgangssignale der Fotozellen d\ bis d_n bzw. d\ bis da, die proportional zu der Lichtmenge oder Intensität der einfallenden Lich»strahlenbündel bzw. Büschel sind.

F i g. 3 zeigt verschiedene Zustände der Abbildungen 16 und 16' des Objektes, die durch die Linse 2, die beiden Keil-Prismen 11 und ti' und die Projektionslinse 13 auf die Gruppe 14 von Wandlerelementen projiziert werden. Bei der Darstellung nach den Fig.3(a), (b), (d) und (e) ist die Abbildung des Objektes nicht richtig scharf eingestellt Die relative Abweichung in Fi g. 3(a) ist größer als die in Fig.3(b), und die relative Abweichung in Fig.3(e) ist größer als die in Fig.3(d). Die Verformung bzw. Deformation und relative Verschiebung der Bildhälften zeigt also an, wie stark die Abweichung von der Scharfeinstellung ist Bei der Darstellung in F i g. 3(c) ist die Abbildung richtig scharf eingestellt

Wie sich aus F i g. 3 ergibt, wird das Objekt optisch in zwei Teile aufgeteilt, das heißt, das obere Objekt und das untere Objekt, während die Abbildung des Objektes ebenfalls in eine obere Abbildung 16 und eine untere Abbildung 16' aufgeieüi wird, die dem oberen bzw. unteren Objekt entsprechen. Die Mittellinie 12' entspricht optisch der Grenzlinie 12 zwischen den beiden Keil-Prismen 11 und 11'.

Fig.4 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangssignale für die Feststellung des Brennpunktes bei einem herkömmlichen Verfahren, während F i g. 5 eine ähnliche Darstellung für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt

F i g. 6 zeigt ein Blockdiagramm der in F i g. 1 angedeuteten Schaltung 15 zur Feststellung des Brennpunktes, die ein Subtrahierglied 17, eine Absolutwertschaltung 18, einen Integrator 19, ein Verknüpfungsglied 20 und einen Komparator 21 aufweist Wenn die korrekte Scharfeinstellung vorliegt wird eine Anzeigeeinrichtung 22, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) erregt Die gesamte Schaltung wird durch eine Steuereinheit 23 gesteuert

Im folgenden soll die Funktionsweise dieser ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 6 erläutert werden.

Wie sich aus F i g. 1 ergibt, verläuft das Licht des Objektes 1, Γ durch das Objektiv 2 und wird dann an dem Spiegel 3 reflektiert wodurch die Abbildung des Objektes auf der Brennpunktplatte 5 erzeugt wird. Das Licht von dieser Abbildung verläuft durch die Kondensorlinse, das Penta-Prisma 7 und das Okular 8 zu dem Auge 9 des Fotografen. Gleichzeitig verläuft das Licht von dem Objekt durch den Halbspiegel 3' und wird dann im Spiegel 4 reflektiert, um eine Abbildung des Objektes in der Nähe der beiden Keil-Prismen 11 und 11' zu erzeugen, deren Positionen optisch konjugiert zu der Lage des Films 10 sind. Diese Abbildung wird durch die Prismen in obere und untere Hälften aufgeteilt, wie oben beschrieben wurde; die beiden Hälften werden in einander entgegengesetzten Richtungen verschoben und durch die Linse 13 auf die Gruppe 14 von Wandlerelementen projiziert.

Wenn die Abbildung an einer Stelle Q fokussiert ist, die optisch konjugiert zu der Lage des Films 10 ist, so ist die relative Verschiebung aufgrund der Prismen 11 und 11' Null; das bedeutet also, daß keine Verschiebung der Halbbilder an der Gruppe 14 von Wandlerelementen erzeugt wird.

Die Zustände der Bilder 16 und 16' an der Gruppe 14 von Wandlerelermenten sollen im folgenden unter Bezugnahme auf F i g. 3 beschrieben werden, wobei η die Zahl der Fotozellen in jeder Reihe der Gruppe angibt.

Es soll angenommen werden, daß das Objektiv 2 nur in eine Richtung von einer nicht scharf eingestellten Lage (entweder zu weit oder zu nah) eine fokussierte Lage und weiter zu einer nicht scharf eingestellten Lage an dem anderen Extremwert bewegt wird. Wenn das Objektiv 2 zu Beginn nicht scharf eingestellt ist, werden die Abbildungen 16 und 16' in Fig.3{a) relativ weit voneinander längs der Mittellinie 12' durch die beiden Prismen verschoben, so daß die Klarheit und der Kontrast der Bi'dhä'ften relativ gering ist. Di
Bildhälften werden auf die Fotozellen d/, d/+\, d_m-\ und d_m projiziert.

Wenn das Objektiv 2 bewegt wird, so nimmt die Bildklarheit und der Kontrast zu, während die relative Verschiebung der beiden Hälften abnimmt Dieser Zustand ist in F i g. 3(b) dargestellt, wobei die Abbildungen auf die Fotozellen dj-\ und c/,₊i projiziert werden.

Wenn das Objektiv 2 weiterbewegt wird, wird es schließlich auf das Objekt scharf eingestellt, wie in F i g. 3(c) dargestellt ist, wobei der Bildkontrast maximal und die relative Verschiebung Null sind. In diesem Fall werden die Abbildungen auf die Fotozellen dj und dj projiziert.

Wenn das Objektiv noch weiterbewegt wird, so verläßt es die Lage für die Scharfeinstellung wieder, wie in den Fig.3(d) und (e) dargestellt ist, wobei die Richtung der relativen Bildverschiebung entgegengesetzt zu der ist, die in den F i g. 3(a) und (b) angedeutet ist.

ίο Im folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, mit dem der Zustand der Scharfeinstellung der beiden Bildhälften elektrisch festgestellt werden kann.

Wenn die Breiten der Fotozellen in der Gruppe 14 relativ klein und die relative Verschiebung der e !5 Bildhälften IS und 16' Null sind, so kann man davon ausgehen, daß gleiche Lichtbündel bzw. Lichtbüschel auf ein einziges Paar von einander gegenüber angeordneten Fotozellen fallen. Wenn also das Objektiv auf das Objekt scharf eingestellt ist, wird der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen des Paars von Fotozellen Null.

Die Summe der Ausgangssignal-Differenzen der Gruppe von Fotozellen-Paaren bei den Zuständen nach den F i g. 3{a) bis (e) kann durch die Größen ε (a) bis ε (e) durch folgende Formeln angegeben werden:

'(«) =ΣΙ'</- './I= ■·· +I'!" '"l I + l'l + l - 'ί + ll + l'V.,-1 - Im- A + I'.« ~ 'ml ··· 9 = 1

»•(ft) =Σ I'«- './I = lo-i - O-i I +1 ο+ι - o+il

1= 1
η

'■(£·) =Σ Ι',-'ίΙ = ο

q = I
η

'W) = Σ Ι'«- 'ίΙ = Ιθ-1 - Ο-ιΙ +1ο+ι - Ο+ιΙ

9= 1
η

He) = Σ Ι'«- κ\ = -■ ■ + I'V-i-'V-II + I'V- 'Vl + 1'Vi- /.; ίΙ +1/»- ζI ■-■

Die Ausgangssignal-Differenz der oben nicht erwähnten Fotozellen (die Fotozellen, auf die kein Licht fällt) ist Null; deshalb gilt:

r(d)

MC) = 0.

Mit anderen Worten wird das Ausgangssignal

einen Wert εο (ε₀ > 0) annehmen. Weiterhin gilt in dem Fall der Fig.3(a) und (e), bei denen die Abbildung unklar und der Kontrast gering sind, die folgende Beziehung:

Null oder erreicht ein Minimum, wenn das Objekt scharf eingestellt wird; die Feststellung des Brennpunktes kann also durchgeführt werden, indem dieses Ausgangssignal festgestellt wird.

In der Praxis kann jedoch das subtraktive Ausgangssignal der Gruppe im scharf eingestellten Zustand aufgrund von Fluktuationen bzw. Schwankungen in den Kennlinien der Fotozelle nie Null werden, sondern

Dementsprechend wird die Größenbeziehung zwischen ε (c) und e(a) - e(e) unklar, so daß in diesem Fall die Feststellung des Brennpunktes sehr schwierig wird.

Die Änderung des Feststellungsausgangssignals ε wird durch die Kurve P\ in F i g. 4 angedeutet, wobei für die Fälle der Fig.3(b) und (d) das Ausgangssignal maximal wird, weil der Kontrast hoch ist und die Abbildungen einen relativ großen Abstand voneinander haben. Die Brennpunktstellungen (a), (b), (c), (d) und (e) in F i g. 4 entsprechen den in F i g. 3 gezeigten.

Nun soll der Fall betrachtet werden, bei dem die Feststellung des Brennpunktes durch Messung der Änderung des Kontrastes erfolgt In diesem Fall kann

das Feststellungsausgangssignal ει durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:

71 — 1

'■'ι ⁼Zj ι Ί/ ~ Ίι + ι I

■7=1

'Ί =2-1 l'<; - '.;-!l 9 = I

η - ρ

9= 1

π - ρ

— T Il

Q= 1

Dabei ist P = 1, 2, 3, ..., n—1, während g die Elementzahl einer Fotozelle ist Die Änderungen der Feststellungs-Ausgangssignale 62 und 82' in bezug auf die Lage des Brennpunktes sind durch die Kurven A₁ und A2 in F i g. 5 dargestellt

Im folgenden sollen die Änderungen der Kurve Ai beschrieben werden. In der Brennpunktstellung Si in F i g. 5 ist das Objektiv vollständig aus der Lage für die Scharfeinstellung herausbewegt worden. In diesem Falle ist der Kontrast sehr gering, so daß

gilt wobei li^Sfl — ρ ist Das Feststellungs-Ausgangssignal 82 nähert sich also Null. In der Brennpunkt-

Wenn das Objektiv auf das Objekt scharf eingestellt ist, wird der maximale Wert erhalten. Die Kurve P₂ in Fig. 4 zeigt die Änderungen des Feststellungs-Ausgangssignals ει an; dieser Kurve läßt sich entnehmen, daß der maximale Wert bei der Lage (c) für die korrekte Scharfeinstellung liegt.

Bei dem zuerst erwähnten Feststellungsverfahren mit Hilfe von ε werden also die Abbildungen 16 und 16' unklar und das Feststellungs-Ausgangssignal für die F i g. 3(a), (c) und (e) können nicht voneinander unterschieden werden, wenn das Objektiv die Lage für die Scharfeinstellung verläßt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird eine kompliziertere Schaltung benötigt. Um außerdem die Klarheit der Abbildungen 16 und 16' beizubehalten, muß die Größe der Feststelleinrichtung erhöht werden. Dies sind die wesentlichen Nachteile des zuerst erwähnten, herkömmlichen Feststellungsverfahrens.

Obwohl bei den zuletzt erwähnten herkömmlichen Verfahren mit Hilfe von ει die Klarheit der Abbildung nicht aufrechterhalten werden muß, nimmt der Wirkungsgrad der Feststellung für ein Objekt mit geringer Helligkeit oder geringer Beleuchtung wesentlich ab. Dies ist der wesentliche Nachteil des zuletzt erwähnten herkömmlichen Verfahrens.

Im folgenden soll ein Verfahren zur Feststellung des Brennpunktes nach der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, bei dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden.

Wenn die Abbildungen 16 und 16' die geeignete Klarheit haben, so beträgt die Summe 82 der Ausgangssignal-Differenzen der paarweise geschalteten Fotozellen, die durch P Spalten voneinander in der Gruppe getrennt sind:

45 lage S₂ wird das Objektiv näher zu der Lage für die Scharfeinstellung heranbewegt. In diesem Fall wird der Kontrast höher, so daß sich eine Ausgangssignal-Differenz aufgrund der relativen Verschiebung ergibt. Dementsprechend nimmt das Feststellungs-Ausgangssignal 62 auf einen ersten Spitzenwert zu.

In der Stellung S3 befindet sich das Objektiv sehr viel näher bei der Scharfeinstellung. Der Kontrast ist nun viel höher; das Feststellungs-Ausgangssignal 82 nähert sich jedoch Null, wenn sich die relative Verschiebung der Abbildung in ähnlicher Weise Null nähert.

In der Stellung Sa ist das Objektiv auf das Objekt fokussiert. In diesem Fall ist der Kontrast maximal, und die tatsächliche oder wahre relative Verschiebung der Abbildungen wird Null. Da die Ausgangssignaldifferenz der zu Paaren geschalteten Fotozellen unter dieser Bedingung P £ 1 ist, kann man jedoch davon ausgehen, daß sich eine äquivalente relative Verschiebung der Abbildungen ergibt. Das Feststellungs-Ausgangssignal 82 erreicht deshalb einen Maximalwert.

In der Stellung Ss hat sich das Objektiv an der Lage für die korrekte Scharfeinstellung vorbeibewegt, wodurch der Kontrast wieder abnimmt und eine gewisse relative Verschiebung der Abbildungen beobachtet wird. Das Feststellungs-Ausgangssignal 82 ist etwas niedriger als das in der Stellung S4.

In den Stellungen Sf, und S7 wird das Objektiv weiter aus der Lage für die Einstellung bewegt, wodurch der Kontrast weiter abnimmt und die relative Verschiebung der Abbildungen zunimmt. Das Feststellungs-Ausgangssignal 82 nimmt also weiter ab.

Wie sich aus den Gleichungen für 82 und 82' ablesen laut, siiiu uic Kurven n\ uriu tn syrnrnetriscii m uezug aui die Lage Sa für die korrekte Scharfeinstellung. Mit anderen Worten entsprechen die Lagen Si bis S7 der Kurve Ai jeweils den Lagen S7 bis Si der Kurve A₂.

Das zusammengesetzte Ausgangssignal des Feststellungs-Ausgangssignals ε₂ (Kurve Ai) und des Feststellungs-Ausgangssignals 82' (Kurve A2) ist durch die Kurve Λ3 in F i g. 5 gezeigt. Dieses zusammengesetzte Feststellungs-Ausgangssignal 83 wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung als Ausgangssignal für die Feststellung des Brennpunktes verwendet Mit anderen Worten erhält die Kurve in der Nähe der Lage S₄ für den korrekten Brennpunkt bei der Feststellung von

η - ρ η - ρ

_l3 = ,₂ +,,- =Σ k, - iq+_P\ +Σ l'.i - V;.i

50 9=I

einen scharfer. Peak bzw. eine schafe Spitze, so daß die Genauigkeit der Feststellung des Brennpunktes dementsprechend sehr hoch ist. Diese Feststellung kann auch für ein Objekt mit sehr geringer Helligkeit durchgeführt werden, wobei der Abstand zwischen den Lagen S3 und Ss, in denen das Signal abfällt bei Bedarf variiert werden kann, indem der Wert für P in geeigneter Weise ausgewählt wird. Darüber hinaus ist die Bildklarheit nur zwischen den Lagen S3 und Ss erforderlich. Der optische Abstand von den beiden Keilprismen 11 und 11' zu der Gruppe 14 von Wandlerelementen kann also sehr kurz gemacht werden, wodurch sich die Einrichtung einfach miniaturisieren läßt
Wenn P = 1 ist, wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Fotozellen erhalten, die in schräger oder diagonaler Richtung nebeneinander liegen. Deshalb wird das Glied n—p der Σ auf der linken Seite der oben angegebenen Gleichung für die

Feststellung des Brennpunktes λ—1, wodurch die schmalen Fotozellen maximal genutzt werden. Zusätzlich wird für P = 1 der Bereich der erforderlichen Bildklarheit minimal, so daß der Wert Eins für P bevorzugt wird. Wenn nur ein Teil der Fotozellen-Anordnung oder -Gruppe benutzt wird, beispielsweise die Fotozellen g-bis m, so gilt:

= f-2 + η =

•ι= s

<— 'ι;+ /ι I +Zj \'<Ι + Ι'~ '</1

wobei m—g δ ρ ist. In diesem Fall läßt sich die gleiche Wirkung erhalten; die Genauigkeit der Feststellung wird jedoch durch die Größe der Licht empfangenden Oberflächen und die Zahl der verwendeten 2!ellen beeinflußt.

Die Feststellungsschaltung 15 nach F i g. 1 soll im folgenden unter Bezugnahme auf das in F i g. 6 gezeigte Blockdiagramm beschrieben werden. Die Schaltung 15 verarbeitet die Ausgangssignale A bis i_n und i\ bis i„ der Fotozellen in der Gruppe 14, die proportional zu den einfallenden Lichtbündeln sind. Die Differenzen zwischen den verschiedenen Ausgangssignalen der Fotozellen werden durch das Subtrahierglied 17 erhalten; das Ausgangssignal für die Feststellung des Brennpunktes wird mit Hilfe der Absolutwertschaltung 18 und der Integrationsschaltung 19 gewonnen. Der Zeitpunkt, bei dem korrekte Fokussierung vorliegt, wird üfoer den Komparator 21 durch die LED 22 angezeigt.

Die Steuereinheit 23 steuert die Schaltung der Fotozellen, um die Ausgangssignal-Differenzen zwischen

η -ρ

ί=1

η- ρ

25

30

35 umwandeln und die elektrische Signale in eine Impulsfolge umsetzen, die den Abbildungen entspricht.

Wie in F i g. 7 dargestellt ist, sind die Anoden der zu Paaren geschalteten Dioden auf einer Seite der Gruppe und die Kathoden der Fotodioden auf der anderen Seite mit einem gemeinsamen Anschluß C verbunden, während die Kathoden der Fotodioden auf einer Seite und die Anoden der Fotodioden auf der anderen Seite durch eine Gruppe von Schaltern SWso geschaltet sind, daß die Fotodioden, die durch die Feststellungsgleichung

>i='2

ni

12 =Σΐ'</~'</+ι

q=\

n-p

+ΣΙ'«~'·/+ιΙ

q=l

40

zu liefern; außerdem steuert diese Einheit das Verknüpfungsglied 20, das die Integrationsschaltung 19 zurückstellt und das Ausgangssignal 63 für die Feststellung des Brennpunktes zu dem Komparator 21 führt

Das subtraktive Eingangssignal εο des Komparators 21 hat einen Wert, wie er in F i g. 5 dargestellt ist Durch geeignete Auswahl dieses Wertes kann der Bereich der Anzeige in bezug auf die korrekte Fokussierung gesteuert werden. Wenn die Bewegung des Objektivs 2 von Hand durchgeführt wird, und wenn diese Bewegung durch eine Anzeigeeinheit, wie beispielsweise eine LED festgestellt wird, so kann sie als Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes benutzt werden. Wenn das Objektiv 2 durch einen Elektromotor angetrieben wird, so kann das Ausgangssignal des Komparators 21 als Stopsignal für die Antriebsschaltung des Motors eingesetzt werden, so daß sich eine automatische Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige Spiegelreflexkamera und andere Kamteras ergibt, da diese Einrichtung sehr klein ist und äußerst exakt arbeitet

Die F i g. 7 und 8 beziehen sich auf Ausführungsformen, bei denen Gruppen von Fotodioden für die zu Paaren geschalteten Fotozellen in der Gruppe 14 von Wandlerelementen verwendet werden; dabei werden Bildfühler, wie beispielsweise ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) oder Eimerketten-Schaltungen (BBD) eingesetzt welche Abbildungen in elektrische Signale spezifiziert sind, gekoppelt sind. Wenn die Schaltergruppe SWzwischen den gemeinsamen Anschluß Cund die Anschlüsse Pk-u Pk, Pk+\ ··■ der Fotodioden geschaltet ist, wie durch die durchgezogenen Linien angedeutet ist, so werden Ausgangssignale

erhalten, die den Differenzen zwischen den einfallenden Lichtmengen entsprechen. Wenn andererseits die Schaltergruppe so geschaltet ist, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet wird, so werden Ausgangssignale

erhalten.

In F i g. 7 ist das ρ in (n —p) der Σ 1; es kann jedoch eine beliebige ganze Zahl sein, wenn ρ < η ist Die spezifischen Merkmale dieses Verfahrens liegen darin, daß der Feststellungsbereich breiter und die Lichtempfangsoberfläche größer werden, so daß die Feststellung des Brennpunktes bei geringer Beleuchtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Lichtempfangsoberflächen der Fotodioden sind so angeordnet, wie es in Fig.2 dargestellt ist; die Schaltergruppe SWwird durch die in Fig.6 gezeigte Schaltung 23 gesteuert, um dem Subtrahierglied 17 ein vorher bestimmtes Ausgangssignal zuzuführen.

F i g. 8 bezieht sich auf die Verwendung eines Paars von Bildfühlern, wobei 8(a) die Taktimpulsfolge für ihren Antrieb und 8(b) einen Startimpuls für einen Bildfühler zeigen, der eine zeitlich abgestimmte Abtastung ermöglicht Das Videosignal ist in Fig.8(c) dargestellt; 8(d) zeigt den Startimpuls zu den anderen Bildfühlern in dem Paar, und sein Videosignal ist in Fig.8(e) dargestellt. Fig.8(f) zeigt die Ausgangswellenform, die das Videosignal (e) minus Videosignal (c) dargestellt

Die Wellenformen von F i g. 8 beziehen sich auf das Feststellungs-Ausgangssignal

ή =Σ

wobei P = 1 und V₁ - V_n und V_x ¹- V_n' den Strom-Ausgangssignalen /1—/„bzw./)—i„' entsprechen.

Eine Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der oben beschriebenen Bildfühler ist in Fig.9 dargestellt Die Taktimpulse zum Treiben der Fühler 14' und 14" werden durch eine Antriebsschaltung 24 erzeugt; eine Auslöse- bzw. Triggerschaltung 25 legt Startimpulse an die jeweiligen Fühler zu geeigneten Zeitintervallen an, um zeitlich abgestimmte Ausgangs-

formen

V₁-V₂', V₂- V₃'... V_n-X- V_n'

zu erhalten. In ähnlicher Weise wie im Fall von F i g. 6 wird das Ausgangssignal für die Feststellung des Brennpunktes

η - 1

'3 = -2'+<2 =Σ I ^vi-

9 = 1

π - 1

v> I +Σ ί κ

9=1

an die Absolutwertschaltung 18, den Integrator 19 usw. angelegt, um schließlich das Ausgangssignal der Schaltung zu erhalten, wie es durch die LED 22 angedeutet wird.

Auch hier ist wieder die Anordnung der Licht empfangenden Oberflächen die gleiche wie in Fig.2 dargestellt, und die Antriebsschaltung 24 und die Triggerschaltung 25 werden durch die Steuereinheit 23 gesteuert.

Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Startimpulse für den Wert von P und die Feststellungs-Ausgangssignale 62 und B₂ leicht erzeugt werden können; außerdem ist die Schaltungsanordnung relativ einfach, weil die Schaltergruppe SWnach F i g. 7 nicht erforderlich ist; und schließlich werden die Ausgangssignal-Differenzen der vorher bestimmten Paare von Bildfühiern in einer zeitlich abgestimmten Folge erzeugt

Ein geringer Nachteil dieser Bildfühler liegt jedoch darin, daß ihr Signal/Rausch-Verhältnis relativ gering ist, so daß Ausgangssignale für einfallende Lichtbündel über einen weiten Bereich nicht unter Verwendung der gleichen Antriebsfrequenz erhalten werden können. Deshalb sollte die Schwingungsfrequenz der Antriebsschaltung 24 in Fig.9 in Abhängigkeit von der Intensität der Beleuchtung eines Objektes variiert werden; dies kann unter Verwendung des Ausgangssignals eines Belichtungsmessers durchgeführt werden, der in die Kamera eingebaut ist und dessen Signal zur Steuerung der Frequenzänderung verwendet wird.

Wenn weiterhin die Ausgangssignale, die den einfallenden Lichtbüscheln entsprechen, durch die Gruppe 14 von fotoelektrischen Wandlerelementen logarithmisch komprimiert werden, läßt sich die Feststellung des Brennpunktes über einen weiten Bereich der Objekthelligkeit erreichen.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 13 beschrieben werden.

F i g. 10 zeigt den Aufbau des optischen Systems einer einäugigen Spiegelreflexkamera, das im allgemeinen äquivalent zu dem in F i g. 1 gezeigten System ist; der Unterschied liegt nur darin, daß die Gruppe 14 vor.

Wellenformen Vi- V_n und V₁'- V_n' zu erhalten. Diese Ausgangssignale werden an einen Differenzverstärker 26 angelegt um eine Ausgangs-Differenzwellenform

V₁'-V₂, V₂'-V₃... V'_n_,-V_n

zu erhalten, wie in F i g. 8(f) dargestellt ist.
Um das Feststellungs-Ausgangssignal

n- 1

9 -1

zu erhalten, werden in geeigneter Weise (umgekehrt) zeitlich abgestimmte Startimpulse durch die Triggerschaltung 25 angelegt, um Ausgangs-Differenzwellen-Wandlerelementen (statt der Prismen 11, 11') an einer Stelle angeordnet ist, die optisch konjugiert zur Lage des Films 10 ist; die Projektion der Objektabbildung 1, Γ wird nur durch das Objektiv 2 erreicht Die Abbildungen 16" und 16'" des Objektes werden relativ zueinander in einander entgegengesetzten Richtungen durch die beiden Keilprismen 11 und 11' verschoben, die zwischen dem Objektiv 2 und der Gruppe 14 angeordnet sind.

Die Fig. 11 (a) bis (f) zeigen die verschiedenen Zustände der Abbildungen 16" und 16'", die auf die Gruppe 14 projiziert werden; um die Darstellung übersichtlich zu gestalten, sind nur acht Paare von fotoelektrischen Wandlerelementen dargestellt worden. Die Fig. 11 (a) bis (e) zeigen die Scharf einstellzustände der Abbildungen an, die den in den Fig.3(a) bis (e) dargestellten entsprechen, wobei 11 (c) die Lage für die korrekte Fokussierung zeigt Wie sich aus einem Vergleich mit Fig.3 ergibt ist jedoch ihre relative Verschiebung nicht Null und sie fallen auf die Fotozellen dt und ds, da die Abbildungen des Objektes 1,1' nicht auf die beiden Keilprismen 11 und 11' fokussiert sind. Eine solche relative Verschiebung in dem Zustand für die korrekte Scharfeinstellung wird durch den vertikalen Winkel der beiden Keilprismen und dem optischen Abstand zwischen ihnen und der Gruppe 14 von Fotozellen bestimmt, wobei der Bildkontrast selbstverständlich maximal ist Wenn die Fotozellen elektrisch so zu Paaren geschaltet sind, daß die relative elektrische Verschiebung der Abbildungen 16" und 16'" in der korrekten Fokussierstellung (c) Null ist so wird die Ausgangssignal-Differenz CZ₁ — (J₂',... <4 — ds',... dj — ds nährungsweise Null sein.

Wenn angenommen wird, daß die relative Verschiebung der Abbildungen in F i g. 1 l(c) Zist (Z = 1 in dem dargestellten Beispiel), dann wird das oben unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschriebene Ausgangssignal B₃ für die Feststellung des Brennpunktes

= '2+'2= Σ

9 = 1

P₊=I+ 2-i

9 = 1

Wenn die Fotozellenreihen um Z verschoben werden, wie in F i g. 1 l(f) dargestellt ist dann läßt sich die gleiche Wirkung erhalten, und die Ausgangsgleichung wird wieder:

B-p

'3= '2+ ή =Σ \'q~ '"« + ;

9= 1

Σ 9=1

Die Vorteile dieser Anordnung sind, daß man auf die projizierende Linse 13 verzichten kann, so daß die Einrichtung noch viel kleiner wird. Die Größe kann noch weiter verringert werden, indem die Fotozellengruppe 14 im nahen Kontakt mit den beiden Prismen angeordnet wird; in diesem Fall wird die optische Justierung viel einfacher.

Bei dieser Ausführungsform können selbstverständlich die Fotozellen durch Fotodioden, die automatisch nacheinander abgefragt werden, ersetzt werden, wie oben beschrieben wurde.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch durch eine Anordnung ausgenutzt werden, wie sie in F i g. 12 dargestellt ist; dabei sind die beiden Prismen getrennt angeordnet, und die Objektabbildung wird durch einen Halbspiegel 27 in zwei Teile aufgeteilt

F i g. 13 zeigt die Objektabbildung auf einer eindimensionalen Fotozellengruppe 28 und 28', wenn das Objektiv korrekt scharf eingestellt ist; es läßt sich erkennen, daß die Abbildung zwischen den Fotozellen dt und dk' einen maximalen Kontrast und eine relative Verschiebung Null hat

Die spezifischen Einzelheiten der Steuerschaltungen 23 in den F i g. 6 und 9 sind nicht erläutert worden, um die Beschreibung möglichst kurz zu halten; außerdem bilden diese Einzelheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind nicht notwendig, um das Konzept der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zu verstehen; der Aufbau dieser Schaltung kann je nach Bedarf ausgewählt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung mit zwei untgegengesetzt zueinander geneigten Keilprismen, mit einer zweireihigen Anordnung von fotoelektrischen Wandlerelementen, die optisch jenseits der Prismen angeordnet sind, und mit einer Einrichtung, welche die Lichtstrahlen von einem fotografischen Objekt auf die Prismen richtet, wobei die Prismen die Objektabbildung in zwei Hälften aufteilen, deren relative seitliche Verschiebung auf den Reihen von Wandlerelementen und deren Kontrastwert eine Funktion der korrekten Scharfeinstellung der Abbildung sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) für den Vergleich der Ausgangssignale (t\ ... j„; i'i ... i„) der p-iarweise zueinander geschalteten, seitlich um gleiche Strecken (P) versetzten Wandlerelemente in den beiden Reihen, durch eine Einrichtung (18) zur Absolutwertbildung, durch eine Einrichtung (19) zur Summierung der Resultate, d. h. Bildung der Funktion