DE1958311C3 - Fokussiereinrichtung für eine Kamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fokussiereinrichtung fur eine Kamera gemäß dem Oberbegriff des Hauptan-U-

EssmG verschiedene derartige Fokussiereinrichtun-

,o pen für eine Kamera bekannt, mit denen ein Bild eines Obiekts durch ein Objektiv und eine Bildtrenne.nr.chtung auf zwei photoelektrische Bauelemente abgebildet wird Die Unterschiede in den Ausgangsgrößen der nhotoelektrischen Bauelemente ermöglichen eine auto-

matische Fokussierung des Objektivs^ Bei diesen Fokussierungsrichtungen findet man insbesondere solche mit zwei photoelektrischen Elementen, die in e.ne obere und eine untere Fläche durch eine Bildtrennlinie unterteilt sind. Bei diesen Fokussierungsemnchtungen er-

folgt so lange eine relative Verschiebung zwischen dem Objektiv und der Bildebene, bis der Unterschied der Ausgangsgrößen der beiden photoelektrischen Bauelemente Null wird, bei gleichmäßiger Objektheiligkeit immer dann der Fall, wenn das obere Bild und das untere Bild zueinander ausgerichtet sind, d. h. wenn eine

Scharfeinstellung vorgenommen ist. Wenn das obere Bild mit dem unteren Bild nicht zusammenfällt, ist keine Scharfeinstellung gegeben.

Zwei Beispiele von derartigen bekannten Scharfein-

Stellungssystemen sind in den F i g. 1 und 3 beschrieben.

Bei diesen bekannten Fokussierungsemnchtungen

wirkt es sich nachteilig aus, wenn das Objekt Oberlicht bzw einen besonders hellen Bereich enthält, da dann die Beleuchtungsstärke des oberen und des unteren Elements unterschiedlich wird, obwohl eine Scharfem stellung vorgenommen ist. bei der das obere Büd zu dem unteren Bild ausgerichtet ist. Wenn daher eine automatische Fokussierung durch Nullabgleich der Ausgangsgrößen von den beider, photoelektrischen

Bauelementen durchgeführt wird, kann es zu unscharfen Abbildungen kommen, so daß die Genauigkeit der Fokussierung beeinträchtigt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fokussierungseinrichtung der eingangs

beschriebenen Art zu schaffen, die auch bei unterschiedlich hellen Objektbereichen eine zuverlässige Scharfeinstellung ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Da es mit der Erfindung gelingt, eine Mittelwertbildung der Helligkeit in einer Richtung vorzunehmen, die senkrecht zur Bildtrennlinie der Bildtrenneinrichtung liegt, wird eine sehr genaue Entfernungsmessung möglich, die nicht durch die größere Helligkeit des Himmels oder des helleren Objektteils verfälscht wird. Die erfindungsgemäße Fokussiereinrichtung für eine Kamera ist darüber hinaus einfach in ihrem Aufbau und damit wirtschaftlich herzustellen.

In der DT-PS 1103 050 ist eine Anordnung zur Scharfeinstellung beschrieben, die auf dem Prinzip der Foucaultschen Schneide beruht. Eine derartige Foucaultsche Schneide schirmt das Licht gleichmäßig ab, wenn sie genau im Brennpunkt eines idealen Objektivs steht. Wird sie vor oder hinter dem Brennpunkt in den Strahlengang eingeschoben, so werden die beiden Hälften des Strahlenganges verschieden stark abgeschattet.

die automatische Fokussierung oder Bildschärfeeinstellung unter Ausnutzung dieser Verhältnisse erfolgen kann.

Bei der bekannten Einrichtung in F i g. 3 werden an Stelle eines Trennprismas zwei photoelektrische Elemente 4i und 42 verwandt, die eine obere und eine untere Hälfte bilden und vor bzw. hinter einem angenommenen Brennpunkt Fangeordnet sind, so daß sie diesen

©je Feststellung dieser Abschattung mittels zweier Trennprisma 3 fokussiert ist. sind die Bilder auf den •hotoelektrischer Bauelemente liefert in der eingangs beiden Oberflächen 4i und 42 ausgerichtet. Wenn keine betriebenen Weise die Scharfeinstellung. Bei dem in Fokussierung vorliegt, sind das obere und das untere Rede stehenden Patent sollen Fehler vermieden wer- Bild gegeneinander nach rechts bzw. nach links verien. die sich unter Umständen aus einer Unterschiedli- 5 schoben, wodurch sich ein Unterschied zwischen den chen Charakteristik der beiden photoeleittrischen EIe- Ausgangsgrößen der beiden Elemente ergibt, so daß

men:e ergeben, was mittels einer im Strahlengang an- ~ '

gebrachten rotierenden halbkreisförmigen Blende erfolgt, deren Achse mit der optischen Achse des Systems fusanimenfällt Diese Anordnung wird insbesondere für io eine automatische Bestimmung der Brennweite eines optischen Systems empfohlen, bei der als Objekt ein gleichmäßig ausgeleuchteter Spalt verwendet wird. In diesem Fall kann es nicht zu Fehleinstellungen auf

Grund unterschiedlich heller Objektteile kommen, wel- 15 Brennpunkt zwischen gegenüberliegenden Oberflächen ehe ansonsten auch bei diesem System unvermeidlich einschließen und einen gleichen Abstand davon haben, sind. Der hohe mechanische und elektronische Auf- Die Steuerung der automatischen Fokussierung erfolgt wand, der zum Antrieb der halbkreisförmigen Blende durch Ausnutzung des Unterschiedes der Ausgangsgrö- oder zur Auswertung der Signale notwendig ist, steht Ben der beiden Elemente, die auf Grund der Fehlaus- iarüber hinaus einer Anwendung dieser Anordnung bei 20 richtung der Bilder auf dem vorderen Element 4i und Kameras entgegen. dem hinteren Element 42 auftreten, wenn der tatsächli-

In der US-PS 35 11 156 ist schließlich eine Fokussie- ehe Brennpunkt des Objektivs 1 nicht mit dem ange- rungseinrichtung beschrieben, die in einer speziellen nommenen Brennpunkt ^"zusammenfällt. Ausführungsform lediglich einen kleinen Bereich des Bei den in F i g. 1 und F i g. 3 dargestellten bekann-

Bildes — außerhalb des vom Film eingenommenen Be- 25 ten Systemen sind somit die Ausgangssignale der pho- reichs - für die Scharfeinstellung verwendet. Unter- toelekirischen Bauelemente 4i und 42 auch bei einer schiedlich helle Bereiche im Objekt beeinflussen des- optimalen Scharfeinstellung nicht immer dieselben. Sie halb die Scharfeinstellung nur unerheblich. Anderer- hängen vielmehr von den Objekten ab. Bei der Durch- seits wird hierdurch die Menge des zu den photoelek- führung üblicher Landschaftsaufnahmen mit einer Ka- trischen Bauelementen gelangenden Lichts erheblich 3° mera ist die Helligkeit des Himmels im allgemeinen herabgesetzt, was eine genaue Messung, insbesondere wesentlich größer gegenüber der Helligkeit des Vorbei geringen Objekthelligkeiten erschwert. Ein weite- dergrunds, so daß auf das photoelektrische Bauelement _rer Nachteil dieser Anordnung, die eine sogenannte 4> viel mehr Licht vom Himmel auffällt, als auf das pho- »Scheinersche« Linse, d.h. eine Linse mit einem abge- toelektrische Bauelement 4i vom Vordergrund, was zu schatteten Bereich verwendet, beruht darin, daß eine 35 einer Fehleinstellung führen würde. Strahlablenkung mittels eines senkrecht zur optischen F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

Achse in den Strahlengang eingebrachten planparalle- auf der Basis der Einrichtung von F i g. 1. Dabei ist eine len Glasstabs vorgenommen wird, der von einem Mo- Zylinderlinse 5 so in dem Strahlengang eines Objektivs tor gleichmäßig in Umdrehung gesetzt wird. Zu diesem 1 angeordnet, daß die Achse des Zylinders senkrecht zu hohen mechanischen Aufwand gesellt sich zwangläufig 40 der Bildtrennlinie verläuft. Blenden 6 und 7 dienen zur eine komplizierte Auswertungselektronik. im Falle der Begrenzung des Bereichs der Entfernungsmessung. In Verwendung dieser Fokussiereinrichtung für eine Ka- dieser Einrichtung wird das Bild eines Objektivs durch mera muß ferner eine Energiequelle für den Antriebs- das Objektiv 1 und die Zylinderlinse 5 doppelt, d.h. in strom des Motors mitgeführt werden, was Kosten und zwei Bilder fokussiert. Das eine Bild wird in seitlicher Gewicht zusätzlich ansteigen läßt. Eine mit einer derar- 45 Richtung sowohl durch das Objektiv 1 als auch durch tigen Fokussiereinrichtung versehene Kamera wird so- die Zylinderlinse 5 abgebildet, während das andere Bild - "· · ^J in vertikaler Richtung nur durch das Objektiv 1 abge

bildet wird, wobei die Bilder in der Lage der Blende und in der Lage der Blend-? 7 entstehen. Wo das Bild in 5° vertikaler Richtung abgebildet wird, ist ein Trennprisma 3 so angeordnet, daß die Achse des Zylinders der Zylinderlinse 5 senkrecht zu der Trennlinie des Trenn-PnSiTIa¹. 3 liegt. Das Bild in der vertikalen Richtung wird ferner auf dem oberen photoclektrischen Element

Fi e 3 ein anderes optisches System einer bekannten 55 4i und auf dem unleren photoelektrischen Element Einrichtung ^{durch eine} Relais-Linse 8 abgebildet, die hinter dem

■ - .-.-.._· Trennprisma 3 angeordnet ist. Diese beiden Elemente

sind so nahe zueinander angeordnet, daß dazwischen eine konjugierte Bikü'mie zu der Trennlinie des Trennmäßen optischen Systeme zur Verdeutlichung von de ^f>° prismas 3 durch die Relais-Linse 8 erhalten wird

^F Bei der oben beschriebene Einrichtung wird durch

das Einsetzen der Zylinderlinse 5 die Verteilung der Beleuchtungsstärke in der vertikalen Richtung eines Objekts integriert und auf das Trennprisma 3 normah-

zwei Obernachen 4,. 42 eines photoelektrischen EIe- <>5 sier:. so daß es fast gleichförmig ist und die Verteilung tnents Das obere und das untere Bild sind auf der Ab- oder Änderung der Beleuchtungsstärke auf den photo-■ - ■ . . · "-.j 1: elektrischen Elementen nur in der horizontalen Rich

tung vorhanden ist. Durch Abbildung auf die photoe-

mit schwer, unhandlich und teuer.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein optisches System einer bekannten Einrichtung,

F i g. 2 ein optisches System entsprechend F i g. 1, jedoch mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 4 das optische System in F i g. 3 mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 5 eine Skizze von einem Teil der erfindungsge-

ren Wirkungsweise.

Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Einrichtung wird das Bild eines Objekts 2 auf ein Trennprisma 3 durch ein Objektiv 1 abgebildet und gleichzeitig auf

bildung hinter dem Trennprisma durch eine Bildtrennli nie unterteilt. Wenn das Bild des Objekts genau auf das

lektrischen Elemente durch die Linse 8 wird der Unterschied der Ausgangsgrößen des oberen und des unteren Elements verschieden von Null, wenn das obere Bild nicht mit dem unteren Bild ausgerichtet ist, weil das Bild durch die Trennlinie als Begrenzungslinie geteilt ist. Die Differenz der Ausgangsgrößen der beiden Elemente wird jedoch genau gleich Null, wenn das obere und das untere Bild zueinander ausgerichtet sind. Deshalb arbeitet diese automatische Fokussiereinrichtung mit sehr großer Genauigkeit.

Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches die Anwendung der Erfindung auf die Einrichtung in Fig.3 betrifft. Hierbei ist eine Zylinderlinse 5 im Strahlengang des Objektivs 1 vorgesehen. Die Abbildung eines Objekts in vertikaler Richtung erfolgt durch die beiden Linsen auf die beiden photoelektrischen Elemente 4i und 42, die im gleichen Abstand von einem angenommenen Brennpunkt in senkrechter Richtung angeordnet sind, so daß sie vor bzw. hinter dem Brennpunkt liegen und diesen einschließen. Die Differenz der Ausgangsgrößen der beiden Elemente wird dann nachgewiesen. Die beiden Elemente sind nahe zueinander angeordnet und haben als Begrenzungslinie die Ebene, welche durch die optische Achse verläuft und senkrecht auf der Zylinderachse der Zylinderlinse 5 steht. Bei einer derartigen Anordnung werden Unregelmäßigkeiten der Beleuchtungsstärke in der vertikalen Richtung, welche durch die Nachteile bei der Einrichtung in Fig.3 bedingt sind, insbesondere durch den Einfluß von Oberlicht od. dgl. beseitigt, so daß die Differenz der Ausgangsgrößen der beiden Elemente genau nachgewiesen werden kann.

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der Erfindung dient F i g. 5. F i g. 5 zeigt ein Objekt A, das Objektiv 11 und die Zylinderlinse 5. Das vom Objekt A ausgehende meridionale Lichtbündel m\ wird auf die Stelle B fokussiert, und zwar lediglich durch die Brechkraft des Objektivs 1, ohne daß sich die Brechkraft der Zylinderlinse 5 auswirkt. Die vom Objekt A ausgehenden sagittalen Lichtbündel si und κ werden dagegen durch die Brechkraft des Objektivs 1 und der Zylindcrlinse 5 beeinflußt und auf der Stelle Cfokussiert. Durch den Einfluß des optischen Systems 1,5 wird deshalb das meridionale Bild auf die Stelle B und das sagittale Bild auf die Stelle Cfokussiert.

Das auf die Stelle B fokussierte meridionale Bild ist an der Stelle Cnicht fokussiert. An der Stelle Csind die Trennebene der Trennprismen 3 und eine Blende 7 vorgesehen und an der Stelle B die Blende 6. Die Blenden 6 und 7 dienen dazu, den Strahlengang derart zu begrenzen, daß der Meßbereich der zu messenden Objektentferni.ng, d.h. der Gesichtsfeldwinkel eines zu messender Objekts, begrenzt ist. Während somit ein meridionales Lichtbündel des optischen Systems aus dem Objektiv 1 und der Zylinderlinse S nicht an der Stelle Cfokussiert wird, erfolgt eine Mittelung der Hdligkeit von der Abbildung in vertikaler Richtung.

Man erreicht somit, daß im Falle der Scharfeinstellung die Ausgangssignale der Elemente 4i und 42 zusammenfallen. Deshalb sind sehr genaue Entfernungsmessungen möglich, die nicht durch die größere Helliekeit des Himmels oder eines anderen helleren Objektteils verfälscht v/erden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fokussiereinrichfting für eine Kamera mit einer Abbildungslinse, einer Bildirenneinrichtung und photoelektrischen Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderlinse (5) mit longitudinal angeordneter Zylinderachse vorgesehen ist daß die Abbildungslinse (1), die Zylinderlinse (5), die Büdtrenncinrichtung (3; 4i, 42 in F i g. 4) und die photoelektrischen Bauelemente (4i, 42) in dieser Reihenfolge von der Objektverteilung(2), ausgehend auf der optischen Achse der Abbildungslinse (1) derart angeordnet sind, daß ein sagittales Bild der Objektverteilung (2) auf der Fläche der photoeiektriscnen Bauelemente (4i, 42) oder benachbart zu diesen durch die Brennkraft der Abbildungslinse (J) und der Zylinderlinse (5), und daß ein meridionales Bild der Objektverteilung zwischen der Zylinderlinse (5) und der Bildtrenneinrichtung (3; 4i. 42) erzeugt wird.

2. Fokussiereinrichtung für eine Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stelle des sagittalen Bildes die Bildtrenneinrichtung und direkt dahinter zwei photoelektrische Bauelemente (4i, 4:) angeordnet sind, daß die Richtung der Bildtrennlinie der Bildtrenneinrichtung (3) und die Richtung der Achse der Zylinderlinse (5) senkrecht zueinander angeordnet sind und daß ferner die Bildtrennlinie der Bildtrenneinrichtung (3) mit derjenigen der beiden photoelektrischen Bauelemente zusammenfällt (F i g. 2).

3. Fokusshreinrichtung für eine Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden photoelektrischen Bauelemente in einer konjugierten Lage zu der Bildtrenneinrichtung (3) relativ zu einer Abbildungslinse (8) hinter der Bildtrenneinrichtung angeordnet sind und daß die Richtung der Bildtrennlinie der Bildtrenneinrichtung (3) und die Richiung der Achse der Zylinderlinse senkrecht zueinander angeordnet sind, sowie daß die Bild trennlinie der Bildtrenneinrichtung (3) mit derjenigen der beiden photoelektrischen Bauelemente zusammenfällt.

4. Fokussiereinrichtung für eine Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bild der Objektverteilung durch ein optisches System in ein meridionales Bild und ein sagittales Bild unterteilt wird, wobei das optische System aus einem Objektiv (1) und einer Zylinderlinse (5) besteht, daß die Bilder auf unterschiedliche Stellen fokussiert werden, und daß vor bzw. hinter dem sagittalen Bild auf der optischen Achse zwei photoelektrische Bauelemente (4i. 42) angeordnet sind (F i g. 4).

5. Fokussiereinrichtung für eine Kamera nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildtrenneinrichtung aus Trennprismen (3) besteht.

6. Fokussiereiririchtung für eine Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Blenden (6, 7) zur Begrenzung des Gesichtsfelds für eine Entfernungsmessung in der meridionalen Bildebene und in der sagittalen Bildebene angeordnet sind.

7. Fokussiereinrichtung für eine Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Mechanismus der automatischen Fokussiereinrichtung durch einen Vergleich der Ausgangssignale der beideo photoelektrischen Bauelemente (4i, 42) bestimmt ist.