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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Scharfeinstellzustandes einer Kamera entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Das optische Bild eines Aufnahmeobjekts, auf das mit einem phototgraphischen Objektiv scharf eingestellt wird, zeigt eine solche Charakteristik, daß der Intensitätsunterschied zwischen den hellen und dunklen Bereichen eines Bildes, d. h. sein Kontrast, am größten ist, wenn auf das Aufnahmeobjekt genau scharf eingestellt worden ist. Der Brennpunkt oder Scharfeinstellpunkt kann somit durch Bestimmung des größten Kontrasts automatisch bestimmt oder erfaßt werden.
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der DE-OS 30 05 044 bekannt. Mit dieser Schrift wird auch das in Fig. 1 dargestellte Kontrastsystem mit Lichtempfangs-Elementreihen 3 und 4, die optisch in einem festen Abstand parallel zur optischen Achse eines photographischen Objektivs 1 voneinander angeordnet sind, umfaßt.
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Das System enthält einen Licht- oder Strahlteiler 2 für die Aufteilung bzw. Amplitudenteilung des vom Objektiv 1 gelieferten optischen Bilds. Der Strahlteiler 2 umfaßt einen halbdurchlässigen Spiegel 2 a und einen reflektierenden Spiegel 2 b, wobei die beiden Spiegel so angeordnet sind, daß sie das einfallende Licht bzw. das übermittelte Bild zu den betreffenden Lichtempfangselementen 3 bzw. 4 umlenken. Kontrastsignalgrößen des erfaßten optischen Bilds werden nach einer vorbestimmten Auswertungsgleichung berechnet, um festzustellen, welche der beiden Lichtempfangs- Elementreihen 3 und 4 sich näher an der Abbildungsebene des Objektivs 1 befindet.
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Fig. 2 veranschaulicht die Kontrastsignalgröße, die sich als Funktion der Entfernung l e, auf welche das Objektiv eingestellt ist, bestimmt. Die Kurven C&sub1; und C&sub2; zeigen Kontrastsignalkurven für von erster und zweiter Lichtempfangs-Elementreihe 3 bzw. 4 erfaßte optische Bilder. Da das vom Objektiv gelieferte optische Bild durch den Strahlteiler 2 zu gleichen Anteilen in die beiden Bilder aufgeteilt wird, besitzen die Kurven C&sub1; und C&sub2; jeweils dieselbe Form, doch sind sie in Achsrichtung um eine Strecke entsprechend dem optischen Abstand l o zwischen den beiden Lichtempfangs-Elementreihen 3 und 4 voneinander entfernt.
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Der Schnittpunkt F zwischen den beiden Kurven C&sub1; und C&sub2; entspricht einem gleich weit von beiden Lichtempfangs- Elementreihen 3 und 4 entfernten Punkt, d. h. dem Mittelpunkt zwischen ihnen. Dieser Punkt stellt gewöhnlich einen Brennpunkt dar, der in einer Brennebene Q enthalten ist, auf welcher das optische Bild eines Aufnahmeobjekts fokussiert bzw. scharf eingestellt ist. Wenn die Einstellentfernung l e des Objekts in der Nähe des Punkts F geändert, d. h. auf l e -l&min; e geändert wird, entsteht ein Unterschied Δ C in der Kontrastsignalgröße C zwischen den optischen Bildern von den beiden Lichtempfangs-Elementreihen 3 und 4. In diesem Fall wird die Abbildungsebene als näher an der ersten Lichtempfangs-Elementreihe 3 der höheren Kontrastsignalgröße C gelegen bestimmt. Das Objektiv 1 wird somit zur Scharfeinstellung verstellt, bis die Kontrastsignalgrößen C beider Lichtempfangs- Elementreihen 3 und 4 gleich groß sind.
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Eine ähnliche Scharfeinstellung erfolgt auch dann, wenn die Abbildungsebene Q als näher an der zweiten Lichtempfangs-Elementreihe 4 befindlich festgestellt wird.
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In den vom Schnittpunkt F entfernten Bereichen, d. h. an der linken Seite in der Nähe des Punkts N&sub1; sowie an der rechten Seite in der Nähe des Punkts N&sub2; gemäß Fig. 2, ist das Aufnahmeobjektivbild äußerst unscharf, und die Kontrastsignalgrößen C beider Lichtempfangs- Elementreihen sind sehr klein und im wesentlichen gleich groß. Im Fall von l e -l&min;&min;&sub2; ist beispielsweise der Unterschied zwischen den beiden Kontrastsignalgrößen C sehr gering. Wenn ein Fehler in der gesamten Meßvorrichtung erheblich ist, ist es daher in diesem Fall schwierig zu bestimmen, welche der beiden Lichtempfangs-Elementreihen der Abbildungsebene Q näher liegt.
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Die Nachteile des bekannten Verfahrens liegen also darin, daß bei sehr großer Entfernung vom Scharfeinstellbereich die Kontrastsignale von beispielsweise zwei miteinander verglichenen Lichtempfangs-Elementreihen sehr klein sind und im Rahmen der Meßgenauigkeit kaum unterschieden werden können. In der genannten DE-PS 30 05 044 ist zwar zur Behebung dieser Schwierigkeiten bereits vorgeschlagen, nicht nur zwei Lichtempfangs-Elementreihen, sondern drei oder vier solche Reihen hintereinander anzuordnen, um einen größeren Fehlfokussierungsbereich abdecken zu können.
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Dies ist aber nur in begrenztem Maße möglich, da bei sehr starker Fehlfokussierung des Objektivs die Kontrastsignalgrößen immer sehr klein sind und damit schwierig zu unterscheiden sind.
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Bei einer aus der DE-PS 28 21 722 bekannten Einrichtung zur Scharfeinstellung wird das Licht über spiegelbildlich angeordnete Mikroprismenraster auf dahinterliegende Bildsensoren projiziert, deren Ausgangssignale einem Differenzverstärker zugeleitet werden. Auf diese Weise wird die Scharfeinstellung der Linse kontrolliert, da die Abbildungen auf den Bildsensoren nur dann zueinander ähnlich sind, wenn das Objektiv scharf eingestellt ist. Eine Verfeinerung des Meßverfahrens wird dort durch Verwendung mehrerer Paare von Bildsensoren vorgenommen, wobei jedoch die Ausgangssignale dieser Bildsensorpaare jeweils gleichwertig einem gemeinsamen Differenzverstärker zugeleitet und dort verarbeitet werden. Diese Druckschrift befaßt sich im wesentlichen lediglich mit einer Scharfeinstellung für den Fall, daß das Objektiv bereits in der Nähe der richtigen Fokussierung liegt. Für eine sehr starke Fehlfokussierung ergibt sich aber aus dieser Schrift keine Möglichkeit, die Richtung der Verstellung sicher zu erkennen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Scharfeinstellmessung der oben genannten Art anzugeben, bei dem auch bei starker Fehlfokussierung stets zuverlässig ermittelt werden kann, in welcher Richtung die Fehlfokussierung vorliegt, um schnell und zuverlässig eine Scharfeinstellung des Objektivs vornehmen zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen von Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des bisherigen Scharfeinstellmeßverfahrens,
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Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen den von den einzelnen Lichtempfangs- Elementreihen gelieferten Kontrastsignalgrößen und der Einstellentfernung des Objektivs,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Scharf(ein)stellmeßverfahrens,
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Fig. 4 eine Darstellung des Strahlenganges durch ein photographische Objektiv zu Lichtempfangs- Elementreihen und
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Fig. 5 eine graphische Darstellung der von den einzelnen Lichtempfangs-Elementreihen-Paaren gelieferten Scharfeinstellmeßsignale.
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Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
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In den Fig. 3 bis 5 sind Teile oder Einzelheiten, die denen nach Fig. 1 und 2 entsprechen, mit denselben Ziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind erste und zweite Lichtempfangs-Elementreihen-Paare (im folgenden auch einfach als Elementpaare bezeichnet) 5 und 6 in der Nähe der optischen Achse des photographischen Objektivs (bzw. einer Linse) 1 und im wesentlichen senkrecht zu dieser Achse in einem gegenseitigen Abstand angeordnet. Das erste Elementpaar 5 besteht aus Lichtempfangs-Elementreihen 5 A und 5 B, die sich unter einem Winkel senkrecht zur Zeichnungsebene erstrecken. Ebenso besteht das zweite Elementpaar 6 aus Lichtempfangs-Elementreihen 6 A und 6 B. Diese Elementreihenpaare 5 A, 5 B und 6 A, 6 B besitzen jeweils denselben Aufbau wie die Elementreihen 3 und 4 beim bisherigen Kontrastsystem.
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Licht- bzw. Strahlteiler 20 umfassen jeweils reflektierende Spiegel 20 a und 20 b zur Strahlteilung des einfallenden Lichts in zwei Teilbündel sowie Lichtempfangs-Elementreihen 5 A, 5 B bzw. 6 A, 6 B. Diese Konstruktion ist in der JP-OS 1 19 325/1981 näher beschrieben. Je ein Lichtfluß wird über die beiden Bereiche A und B des Objektivs 1 übertragen, die durch eine im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Elementreihen 5 A, 5 B und 6 A, 6 B verlaufende Grenzfläche festgelegt werden, und die beiden aus der Projektionsfläche des Objektivs 1 austretenden Lichtflüsse fallen auf die Elementreihe 5 A und 6 A bzw. die Elementreihe 5 B und 6 B. Die Fokus- oder Scharfeinstell- Meßfunktion der einzelnen Elementreihen 5 und 6 beruht auf dem herkömmlichen Kontrastsystem, d. h. die vorher in Verbindung mit Fig. 2 erläuterten Prinzipien treffen auf sie zu. Insbesondere sind zwei Scharfstellmeßeinheiten vorgesehen. Bei gleichzeitiger Verwendung dieser beiden Einheiten können Fehler in den Meßsystemen gemittelt werden, so daß eine erhöhte Genauigkeit der Gesamt-Scharfstellmeßfunktion gegenüber dem Fall, in welchem nur ein einziges Paar solcher Elementreihen vorgesehen ist, erreicht werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eines der Elementreihenpaare für die Scharfstellmessung nach dem Kontrastsystem zu benutzen.
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Während bei der beschriebenen Ausführungsform die Licht- oder Strahlteiler 20 jeweils die reflektierenden Spiegel 20 a und 20 b für die Teilung des einfallenden Lichts in zwei Teilbündel verwenden, können auch andere, dieselbe Funktion wie eine Teilungslinse z. B. gemäß der JP-OS 1 19 326/1981 besitzende optische Elemente eingesetzt werden.
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Wie erläutert, ist das bisherige Kontrastsystem ungeeignet für die Fokus- oder Scharf(ein)stellmessung in Bereichen, die erheblich vom Brennpunkt F gemäß Fig. 2 abweichen. Erfindungsgemäß erfolgt die Scharfstellmessung in beträchtlich vom Brennpunkt F abweichenden Bereichen auf die im folgenden anhand von Fig. 4 beschriebenen Weise.
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In Fig. 4 sind die Licht- oder Strahlteiler 20 weggelassen, und die einzelnen Lichtempfangs-Elementreihen 5 A, 5 B, 6 A und 6 B sind jeweils als optische Äquivalentpunkte dargestellt. Die Ebenen 7 und 7&min; sind konjugierte optische Positionen oder Punkte in bezug auf die photographische Linse bzw. das Objektiv 1. Die Ebene 7&min; befindet sich auf halber Strecke zwischen den Elementreihen 5 A und 5 B oder 6 A und 6 B. Auf die Elementreihen 5 A-6 B fallen Lichtstrahlen, die Bereiche 9 A, 9 B, 10 A und 10 B passieren, nachdem sie durch die Bereiche A und B des Objektivs 1 übertragen worden sind.
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Wenn sich ein Aufnahmeobjekt in einer Ebene 8 befindet, die genügend näher am Objektiv 1 liegt als die Ebene 7, ist das Bild auf der Ebene 7&min; stark unscharf, weil die Lichtstrahlen in Abschnitten der Ebene 8, welche den Bereichen 9 A-10 B entsprechen, integriert werden, bevor sie auf die Elementreihen 5 A-6 B fallen.
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In diesem Fall werden durch die betreffenden Lichtempfangs- Elemente unterschiedliche Lichtstärken erfaßt, weil gewöhnlich eine bestimmte Lichtstärkenverteilung in X- und Y-Richtung in der Ebene 8 vorliegt. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, liegen in der Ebene 8 die Bereiche 9 B und 10 A näher nebeneinander als die Bereiche 9 A und 10 B, in manchen Fällen können sie einander sogar teilweise überlappen. Die durch die Elementreihen 5 B und 6 A erfaßten Lichtstärkenverteilungen sind somit einander ähnlicher als die durch die Elementreihen 5 A und 6 B erfaßten Lichtstärkenverteilungen.
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Wenn das Aufnahmeobjekt sich in einer Ebene 11 befindet, die ausreichend weiter vom Objektiv 1 entfernt ist als die Ebene 7, ist das Bild auf der Ebene 7&min; ebenfalls stark unscharf. In diesem Fall sind jedoch umgekehrt die von den Lichtempfangs-Elementreihen 5 A und 6 B erfaßten Lichtstärkenverteilungen einander ähnlicher als die von den Elementreihen 5 B und 6 A erfaßten Lichtstärkenverteilungen.
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Die Richtung, in welcher das Objektiv zum Scharfstellen verstellt werden muß, kann somit anhand eines Vergleichs der durch die Lichtempfangs-Elementreihen 5 A, 5 B, 6 A und 6 B erfaßten Ähnlichkeiten bestimmt werden, auch wenn das Bild auf der Ebene 7&min; stark unscharf ist. Für die Bestimmung der Scharfstellrichtung sind verschiedene Formeln anwendbar. Ein Beispiel hierfür ist die folgende Formel: °=c:40&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz3&udf54; &udf53;vu10&udf54;
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In dieser Formel bedeuten: I = das von den einzelnen Lichtempfangs-Elementreihen 5 A-6 B gelieferte Lichtstärkensignal, und k = Ordnungszahl der einzelnen Lichtempfangssignale in den jeweiligen Elementreihen 5 A-6 B, vom einen Ende jeder Reihe zum anderen gesehen. Es sei angenommen, daß die Lichtempfangselemente mit jeweils derselben Ordnungszahl praktisch dieselbe Koordinate auf der X-Achse besitzen (die sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt und den Schnittpunkt zwischen der optischen Achse und der Ebene 7 gemäß Fig. 4 enthält).
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Andere Beispiele für die Bestimmungsformel sind eine Formel, welche die Summe der n-ten Potenzen der einzelnen Ausdrücke in obiger Formel ist, sowie eine solche, welche die Summe der Produkte der einzelnen Ausdrücke und der betreffenden Bewertungs- oder Gewichtungsfaktoren ist.
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In obiger Formel gibt der erste Summationsausdruck den Grad der Asymmetrie der durch die Elementreihen 5 A und 6 A erfaßten Lichtstärkenverteilungen an, während der zweite Summationsausdruck für die von den Elementreihen 5 A und 6 B erfaßte, entsprechende Asymmetrie steht. Die Unter- und Über-Scharfstellzustände (pre- and post-focus states) des Bilds können somit danach bestimmt werden, ob E positiv oder negativ ist. Im Fall von E=0 ist das Bild scharf.
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Fig. 5 zeigt die von den Lichtempfangs-Elementreihen 5 und 6 gelieferten Scharfstellmeßsignale.
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In Fig. 5 sind in den Kurven 12, 13, 14 und 15 die von den jeweiligen Lichtempfangs-Elementreihen-Paaren 5 und 6 gelieferten Kontrastsignalgrößen oder -werte Cin Abhängigkeit von der Einstellstrecke l e des Objektivs aufgetragen. Die Kurve 16 gibt die Größe E in Abhängigkeit von der Einstellstrecke l e des Objektivs an.
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Ob auf die Abbildungsebene zu kurz (pre-focus), zu weit (post-focus) oder scharf eingestellt ist, kann somit anhand der Kurve für E sowie anhand eines Vergleichs der Kontrastsignalgrößen C in den Kurven 12 und 13 sowie in den Kurven 14 und 15 bestimmt werden. Die Fokuseinstellung bzw. Scharf(ein)stellung kann unter Heranziehung der Ergebnisse beider Entscheidungen erfolgen.
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Wie vorstehend erläutert, kann erfindungsgemäß mittels eines Vergleichs der Lichtstärkenverteilungen ohne weiteres bestimmt werden, ob die Abbildungsebene vor, hinter oder auf dem Brennpunkt liegt, auch wenn die Abbildungsebene erheblich in der Unschärfe liegt, so daß der Unterschied zwischen den Kontrastsignalgrößen klein ist, während in diesem Fall die Bestimmung beim bisherigen Kontrastsystem schwierig ist.
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Erfindungsgemäß kann weiterhin die eben erläuterte Bestimmung genau und über einen weiten Bereich der Objektiveinstellungen unter Heranziehung der Ergebnisse sowohl der Erfassung der Größe E als auch des Vergleichs der Kontrastsignalgrößen erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eines dieser Ergebnisse zugrunde zu legen, was vom Standpunkt der Vielseitigkeit zweckmäßig ist.
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Während bei der beschriebenen Ausführungsform zwei Lichtempfangs-Elementreihen-Paare vorgesehen sind, ist es auch möglich, zur Durchführung desselben Verfahrens drei oder mehr derartige Paare zu verwenden. In diesem Fall kann die Meßleistung weiter verbessert werden.
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Während darüber hinaus im vorstehend anhand von Fig. 3 erläuterten Fall die Ähnlichkeit der Lichtstärkenverteilungen für die Lichtempfangs-Elementreihen 5 B und 6 A sowie die Elementreihen 5 A und 6 B berechnet worden ist, kann durch Umkehrung eines der Strahlteiler 20 auch die Ähnlichkeit für die Elementreihen 5 A und 6 A sowie 5 B und 6 B berechnet werden.
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Während weiterhin getrennte Licht- oder Strahlteiler 20 für die jeweiligen Lichtempfangs-Elementreihen 5 A und 5 B bzw. 6 A und 6 B vorgesehen sind, können diese Licht- oder Strahlteiler 20 auch einheitlich ausgebildet bzw. zusammengefaßt sein.