DE2431860C2

DE2431860C2 - Fokussiereinrichtung für optische Geräte

Info

Publication number: DE2431860C2
Application number: DE2431860A
Authority: DE
Inventors: Norman L. Englewood Col. Stauffer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1973-07-09
Filing date: 1974-07-03
Publication date: 1983-05-26
Also published as: US3875401A; DE2431860A1; US3875401B1; JPS5039544A; GB1447832A; CA1007081A

Description

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9. Fokussiereinrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zwei jeweils eine l.lnscnhillfic abdeckende, hintereinander anec-Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fokussiereinrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruches I.

Es wurden bislang zahlreiche Anstrengungen unternommen, um eine Kamera, sei es eine Kamera für bewegte oder stillstehende Bilder mit Vorrichtungen auszustatten, welche es erlauben, die rf.ennweite im Hinblick auf das zu fotografierende Objekt automatisch einzustellen. So ist beispielsweise aus der DE-AS 14 47 469 eine Vorrichtung zur Feststellung der Entfernung bekannt geworden, bei der zwei Fotozellen in Ebenen angeordnet sind, die gegenüber einer Bildebene in der ein von einer Linse entworfenes Bild scharf abzubilden ist. entsprechend nach hinten und nach vorne versetzt angeordnet sind, so daß bei einer Anordnung der Fotozellen in einer Brückcnschaltung die Brücke nur abgeglichen ist. wenn die Linse auf die Bildebene fokussiert Ist. Nur in diesem Fall Ist die Schürfe der Abbildung des jeweiligen Objektes auf beiden Fotozellen gleich. Obgleich die bekannte Vorrichtung passiv arbeitet, d. h. Licht verarbeitet, das aufgrund der natürlichen Beleuchtung des Objektes empfangen wird, ist das Verfahren eine Kontrastauswertung aus Gründen der unterschiedlichen Objektbeleuchtung nicht Immer zuverlässig.

Aus der DE-AS 20 56 014 Ist eine ebenfalls mit zwei Fotozellen arbeitende Vorrichtung zur automatischen Ermittlung der Scharfeinstellung bekannt, bei der die Fotozellen In einer Ebene angeordnet sind. Diese bekannte Vorrichtung arbeitet aktiv, d. h. sie verwendet eine modulierte Infrarot-Strahlungsquelle um das Objekt anzuleuchten, auf das die Kamera zu fokussieren Ist. Ein Infrarotfilter ist vordem optischen Hllfssystem angeordnet, um sicherzustellen, daß nur reflektiertes Infrarotlicht in das optische Hllfssystem eintritt. Eine optische Vorrichtung bestehend aus Keilen. Zylinderlinse!! und Blcn-

den, erzeugt gelrennte Infrarot-Ltetuflecken unterschiedlicher Lage aber gleicher intensität in Abhängigkeit von dem Fokussierungszustand der Linse des Hllfssystems auf den zugeordneten Fotozellen. Vorausgesetzt, daß die Fotozellen das gleiche Ansprechverhalten aufweisen und nicht ungleichmäßig altern, laßt ein gleiches Signal beider Fotozeilen bzw. ein Differenzsignal mit der Größe Null auf eine vorliegende Fokussierung schließen.

Ausgehend von dieser oekannten Scharfeinstellvorrichtung ist e· die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fokussiereinrichtung fur optische Geräte anzugeben, die zuverlässig und passiv die jeweilige Scharfeinstellung ermittelt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Patentanspruch I gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert: Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines automatischen Fokussiersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiei der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2A bis 2C eine schematische Darsteilung einer Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente gemäß Fig. I mit der Objektivlinse in der fokussierenden Stellung,

Fig. 3A bis 3C eine schematische Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente gemäß Fi g. 1 mit der Objektivlinse in einer ersten nicht fokussierten Stellung,

Fig. 4A bis 4C eine schematische Seitenansicht der Empfangseinrichtung und der lichtempfindlichen Elemente gemäß Fi g. I mit der Objektivlinse in einer zweiten nicht fokussierten Stellung,

Fig. 5A bis 5C eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung mit den auf dtn lichtempfindlichen Elementen der Empfangseinrichtung erscheinenden Bildern für zwei nicht fokussierte Stellungen der Objektivlinse,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 eine schematischc Darstellung eines fünften Ausführun$sbeispieles der vorliegenf'en Erfindung,

Fig. 9 die Darstellung eines Teiles der Vorrichtung gemäß Fig. 8 und

Fig. 10 die schemalische Darstellung einer Modifikation eines Teiles der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Gemäß Fig. I gehen drei Lichtstrahlen 1, 3 und 5 von einem Punkt 7 eines zu fokussierenden Objektes 9 aus. In dem dargestellten Beispiel besteht das Objekt 9 aus einem Quadrat, welches durch eine horizontale Linie 11 unterteilt ist, wobei der oberhalb der Linie 11 liegende Teil des Quadrates unschraffiert und der unterhalb der Linie 11 liegende Teil des Quadrates schraffiert ist. Das Strahlenbündel, bestehend aus den Lichtstrahlen 1, 3 und 5 trifft auf eine Kennzeichnungseinrichtung 13 auf. Die Kennzeichnungseinrichtung 13 besteht im vorliegenden Beispiel aus einer scheibenförmigen Maske aus polarisierendem Material. Die Kennzeichnungseinrichtung 13 Ist horizontal in zwei Teile aufgeteilt, wobei der obere Teil in einer ersten Richtung P\ und der untere Teil in einer zweiten Richtung Pl polarisiert. Gemäß Flg. 1 ist der besseren Übersicht wegen die Kennzeichnungseinrichtung 13 als ein von eine¹· Linse 14 getrennter Teil dargestellt. Vorteilhafterweise sind jedoch die Kennzeichnungseinrichtung 13 und die Linse 14 miteinander verbunden, um eine einzige bewegliche Einrichtung 16 m bilden. Die Linse 14 sammelt die Lichtstrahlen Ii 3 und S, nnchdem sie durch die Kennzeichnungseinrichtung 13 polarisiert wurden, so daß, falls sich die Linse 14 In einer geeigneten Fokussierstellung befindet, die Lichtstrahlen 1, 3 und 5 in einer vorbestimmten Ebene ein fokussiertes Bild des Punktes 7 bilden. Die Lichtstrahlen 1, 3 und 5 werden durch die Linse 14 auf eine Empfangseinrichtung

to 15 gelenkt. Die Empfangseinrichtung 15 weist eine erste Lichtfühleranordnung 17 und eine zweite Lichtfühleranordnung 19 auf. Die erste Lichtfühleranordnung 17 weist im vorliegenden Beispiel vier lichtempfindliche Elemente 21, 23, 25 und 27 auf, welche in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, wobei diese Horizontalebene senkrecht zu der Ebene der Linse 14 steht. Die zweite Lichtfühleranordnung 19 weist in gleicher Weise vier lichtempfindliche Elemente 29, 31, 33 und 35 auf, welche in einer Ebene parallel zu der Ebene der Linse 14 angeordnet sind. Eine Polarisaiionsmaske 37 ist vor den lichtempfindlichen Elementen 21, ?.'.. 25 und 27 angeordnet und erlaubt jeweils nur dem in dc^f ersien Richtung P\ polarisierten Licht den Durchtritt zu den genannten lichtempfindlichen Elementen der ersten Lichtfühleranordnung 17. In gleicher Weise ist eine Polarisationsmaskf 39 den lichtempfindlichen Elementen 29, 31, 33 und 35 der zweiten Lichifühleranordnung 19 vorgeschaltet, um nur dem in der zweiten Richtung Pl polarisierten Licht den Durchtritt zu der zweiten Lichtfühleranord-. 30 nung 19 zu gestatten. Die Empfangseinrichtung 15 weist ferner einen halbdurchlässigen Spiegel 41 auf, der diagonal zwischen den beiden Lichtfühleranordnungen 17 und 19 angeordnet ist. Der halbdurchlässige Spiegel 41 ist in der Winkelhalbierungsebene zwischen den beiden rechtwinklig aneinanderstoßenden Lichtfühleranordnungen 17 und 19 angeordnet. Jedes lichtempfindliche Element ist über eine gemeinsame Verbindungsleitung 43 an Masse gelegt. Ausgangssignale ßl bis BA der lichtempfindlichen Elemente 21, 23. 25 und 27 der ersten Lici-tfühleranordnung 17 werden einer Signalverarbeitungseinrichtung 45 aufgeschaltet. In gleicher Weise werden Ausgangssignale A 1 bis AA der lichtempfindlichen Elemente 29, 31, 33 und 35 der zweiten Lichtfühleranordnung 19 der Signalverarbeitungseinrichtung 45 zugeführt. Jedem lichtempfindlichen Element 21, 23, 25 und 27 der ersten Lichtfühleranordnung 17 ist ein entsprechendes lichtempfindliches Element 29, 31, 33 und 35 der zweiten Lichtfühlerapordnung 19 zugeordnet. Die Signalverarbeitungseinrichtung 45 weist vier Differenzverstärker 47, 49, 51 und 53 auf. Jedem der vier Differenzverstärker 47, 49, 51 und 53 werden Signale eines Paares zugeordneter lichtempfindlicher Elemente der ersten und zwei'en Lichtfühleranordnung 17 bzw. 19 zugeführt, um in Abhängigkeit der bestehenden Differenz ein Signal zu erzeugen. Die Ausgänge der Differenzverstärker 47, 49, 51 und 53 sind mit den Eingängen von ab:iolutwertbildenden Netzwerken 55, 57. 59 und 61 verbunden. Die Ausgänge der absolutwertbildenden Netzwerke sind in einem Summenpunkt 63 vereinigt, an welchem ein Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 45 erscheint, welches von dem Grad der Gleichheit der auf der ersten und zweiten Lichtfühleranordnunü 17 bzw. 19 abgebildeten Bilder abhängt. Der Summenpunkt 63 Ist über eine Verbindungsleitung 65 mit einer Deteklorschaltung f-n verbürgen. Die Detektorschaltung 6? stellt lest, wann sich die Linse 14 in der fokussierten Stellung befindet und erzeugt ein Ausgangssignal, welches von dieser Stellung abhängig 1st. Das Ausgangssignal wird

über eine Verblndungsleltung 69 einer Steuerschaltung 71 aufgeschaltet. Die Steuerschaltung 71 Ist In der Lage, die bewegliche Einrichtung 16 /u bewegen, welche die Linse 14 und die Polarisatlonsmaske 13 aufweist. Diese Bewegung kann in Vorwärtsrichtung F In Richtung auf das zu fokusslerende Objekt 9 und In Rückwärtsrichtung R In Richtung nach der Empfangseinrichtung 15 erfolgen. Die Steuerschaltung 71 Ist weiterhin In der Lage, die Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 zu beenden, wenn die bewegliche Einrichtung 16 sich In der geeigne-'en Fokussierstellung befindet, was durch die Empfangseinrichtung 15 In Zusammenarbeit mit der Signalverarbeitungseinrichtung 45 und der Detektorschaltung 67 festgestellt wird.

Die F-"I g. 2Λ. 3Λ und 4Λ /eigen eine Seitenansicht der Empfangseinrichtung 15 und der beweglichen Einrichtung 16. wobei die bewegliche Einrichtung 16 verschiedene relative Stellungen Im Hinblick auf die Empfangseinrichtung 15 einnimmt. Die Fig. 2B, 3B und 4B zeigen die auf dem lichtemplindlichen tlement 21 für diese drei verschiedenen Stellungen erscheinenden Bilder und die Fig. 2C. 3C und 4C zeigen die auf dem lichtempfindlichen Element 29 für die drei verschiedenen Stellungen der beweglichen Hinrichtung 16 erscheinenden Bilder. In den F i α. 2Λ. 3Λ und 4Λ wird das von dem schraffierten Bereich des Objektes 9 kommende Licht durch auf der linken Seite des Objektes 9 eirgezeichnete Striche gekennzeichnet, wahrend das von dem nicht schraffierten tJereich kommende Licht des Objektes 9 durch auf dessen linker Seite eingezeichnete Punkte gekcnnzeiehnet ist. Diese Kennzeichnung erlaubt eine bessere Verfolgung des von dem Objekt 9 ausgebenden und über die bewegliche F.inrichtung 16 auf di; erste und /weite Lichifühleraiordnung der Empfangseinrichtung 15 geworfenen Lichts. In Fig. 2A befindet Fich die bewegliehe Einrichtung 16 in der Fokussiersiellung. Die Lichtstrahlen 1. 3 und 5. die son dem Punkt 7 des Objektes 9 ausgeiien. werden in ersten und zweiten Richtungen PX bzw. pi rdarisiert. wenn sie die bev.egliche Einrichtung 16 durchqueren. Nach Durchtritt d:r beweglichen Einrichtung 16 kon\ergieren die Lichtstrahlen I. 3 und 5 und treffen auf den halbdurchlässige ι Spiegel 41 auf. Der halbdurchlassige Spiegel 41 reflektiert die Lichtstrahlen XR. 3/? und SR in Richtung auf die Polarisationsmaske 37 Andererseits erlaubt der halbdurchlassige Spiegel 41 den Lichtsirahlen XT. 37" und 57"den Durchtritt in Richtung auf die Polarisaiionsmaske 39. In den Fig. 2A. 3A und 4A sind aus Gründen der besi.eren Darstellbarkeit die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 von den zugeordneten Polarisationsmaskcn 37 und 39 entfernt angeo.jnet. Tatsächlich sind jedoch die Polarisationsmasken 37 und 39 so dünn, daß die lichtempfindlichen Elemente, welche in unmittelbarer Nähe der Masken angeordnet sind, im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Poiarisationsmasken 37 und 39 liegen. Die reflektierten Strahlen \R. 2>R und SR konvergieren und bilden ein fokussiertes Bild des Punktes 7 auf der Maske 37. Die hindurchgehenden Sirahlen 17". 37 und 5Γ konvergieren und bilden eine fokussiertes Bild des Punktes 7 auf der Maske 39. Da die Maske 37 in der ersten Richtung PX ^Μ polarisierend wirkt, erlaubt sie nur demjenigen Licht, welches in dieser ersten Richtung PX polarisiert ist. den Durchgang und dementsprechend einen Empfang durch das lichtempfindliche Element 21. Da nur das Licht zwischen den Strahlen XR und 3R in der ersten Richtung PX polarisiert ist. fällt lediglich das zwischen den Strahlen XR und iR liegende Licht auf das lichtempfindliche Element 21. Das zwischen den Strahlen 3Λ und SR liegende Licht wird durch die Polarisationsmaske 37 zurückgehalten, da dieses Licht In der zweiten Richtung Pl polarisiert ist. Da der durch das Zentrum der Linse verlaufende Lichtstrahl durch die Linse nicht veiändert wird, die Linse aber ansonsten das Bild umkehrt, wird verständlich, daß das von dem schraffierten unteren Teil des Objektes 9 kommende Licht auf die rechte Seite des lichtempfindlichen Elementes 21 gemäß Fig. 2A füllt, was durch die gestrichelten Linien zwischen der Polarisatlonsmaske 37 und dem lichtempfindlichen Element 21 angedeutet Ist. Entsprechend fällt das von der nicht schraffierten oberen Hälfte des Objektes 9 kommende Licht auf die link. Hälfte des lichtempfindlichen Elementes 21. was durch Punkte zwischen dem lichtempfindlichen Element 21 und der Polarisatlonsmaske 37 angedeutet ist. Demgemäß erscheint das auf das lichtempfindliche Element 21 projizierte Bild, wenn man es von dem Spiegel 41 aus betrachtet, gemäß Flg. 2B In seinem unteren Teil schraffiert und in seinem oberen Teil unschrafüert.

Da die Polarisationsmaske 39 in der zweiten Polarisationsrichtung Pl polarisierend wirkt, erlaubt sie nur dem In der zweiten Richtung polarisierten Licht den Durchtritt, d. h. es gelangen nur die Lichtstrahlen zwischen den Strahlen 37" und 57" durch die Polarisationsmaske 39 auf das lichtempfindliche Element 29. Das Licht zwischen den Lichtstrahlen XT und 3Γ wird, da es in der ersten Richtung PX polarisiert ist, von der Polarisationsmaske 'i-t am Durchtritt gehindert. Die Lichtstrahlen 37" und ST konvergieren auf der Polarisationsmaske 39 und bilden ein fokussiertes Bild des Punktes 7. Das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht wird auf die untere Hälfte des lichtempfindlichen Elements 29 geworfen, während das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf den oberen Teil des lichtempfindlichen Elements 29 geworfen wird. Diese Lichtverteilung auf dem lichtempfindlichen Element 29 wird durch Punkte und Striche zwischen den lichtempfindlichen Elementen 29 und der Polarisationsmaske 39 angedeutet. Das Bild auf dem lichtempfindlichen Element 29. wie man es von dem Spiegel 41 aus sieht, ist in Fig. 2C dargestellt. Die obere Hälfte ist schraffiert und die untere Hälfte ist unschraffiert. Es sei hier in Zusammenhang mit Fig. 2A vermerkt, daß in dem Fall, wo sich die bewegliche Einrichtung 16 in der fokussierenden Stellung befindet, die Beträge des auf die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 fallenden Lichtes gleich sind. Unter der Voraussetzung, daß die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 Signale erzeugen, welche den Beträgen des auf sie fallenden Lichtes proportional sind, ergeben sich im wesentlichen gleiche Signal», und die aus den beiden Signalen gebildete Differenz wird zu Null.

Gemäß Fig. 3A ist die bewegliche Einrichtung 16 in einer aus der Fokussierstellung gemäß Fig. 2A in Richtung auf die Empfangseinrichtung 15 verschobenen Stellung dargestellt. Die Polarisationsmaske 37, welche in der ersten Polarisationsrichtung P\ polarisierend wirkt, erlaubt lediglich Licht, welches in der ersten Polarisationsrichtung Pl polarisiert ist, d. h. dem Licht zwischen den Lichtstrahlen IR und 3/? den Durchtritt und Auffall auf das lichtempfindliche Element 21. Demgemäß erscheint das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 kommende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 rechts von dem Lichtstrahl 3R. während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 kommende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 links von dem Lichtstrahl IR erscheint. Da sich die bewegliche Einrieb.-

Hint! Id nicht in tier F-'okussicrstcllung befindet, treffen sich die Lichtstrahlen Mi und Mi nicht auf dem lichtempfindlichen Element 21, und es bildet sich eine Orauzone. in der ein helles und ein dunkles Gebiet überlappt. Die hellen, dunkel und grauen Zonen sind durch Punkte, Striche und überlappende Punkte und Striche angedeutet, wobei diese Markierungen wiederum zwischen dem lichtempfindlichen Element 21 und der Polarlsatlonsmaskc 37 In Fig. 3Λ angebracht sind. Das Bild auf dem lichtempfindlichen Element 21, wie es sich von dem Spiegel 41 aus betrachtet ergibt, ist In Flg. .1B dargestellt. Wenn ti ic bewegliche Einrichtung 16 in Richtung auf die Empfangseinrichtung 15. d. h. in Rückwärtsrichtung R bewegt wird, vergrößert sich die Grauzone, welche infolge der Überlappung der Hell- und Dunkelzonen auf dem lichtempfindlichen Element 21 entsteht. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3B dargestellt. Entsprechend erlaubt die Polarisatlonsmaskc 39 lediglich dem in der /weilen Polarisationsrichtung Pl polarisierten Licht den Durchtritt und Auffall auf das lichtempfindliche Element 29. Dementsprechend fällt nur das zwischen den Lichtstrahlen 37" und 5T liegende Licht auf das lichtempfindliche Element 29. Das von der schraffierten Zone des Objektes 9 herrührende Licht trifft oberhalb des Lichtstrahles 57" in Fig. 3A auf die Polarisationsmaskc 39. Die von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehenden Lichtstrahlen treffen unterhalb des Lichtstrahles 37 auf die Polarisationsmaske 39. Die auf dem lichtempfindlichen Element 29 erscheinende Lichtverteilung ist wiederum durch Striche und Punkte zwischen der Polarisationsmaskc 39 und dem lichtempfindlichen Element 29 angedeutet. Wie dies bereits bei dem reflektierten Licht der Fall war. bewirken auch die durch den Spiegel 41 hindurchtretenden Lichtstrahlen die Erzeugung einer Grauzone zwischen den Strahlen 37" und 57". wie dies in Fig. 3C dargestellt ist. Wenn die bewegliche Einrichtung 16 immer näher an üie Empfangseinrichtung 15 heranbewegt wird, nimmt die Grauzone ein immer größer werdendes Gebiet des unschraffierten Bildteiles auf dem lichtempfindlichen Element 29 ein. Somit ergibt sich bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in Rückwärtsrichtung R, iWi das auf dem lichtempfindlichen Element 21 erscheinende Bild immer heller und das auf dem lichtempfindlichen Element 29 erscheinende Bild immer dunkler wird. Die Differenz zwischen den durch die lichtempfindlichen Elemente 21 und 29 erzeugten Signalen wird dementsprechend größer, wenn die bewegliche Einrichtung 16 die die Linse 14 aufweist, von der fokussierenden Stellung in Rückwärtsrichtung R bewegt wird.

Gemäß Fig. 4A durchtritt lediglich das zwischen den Lichtstrahlen \R und 3/? liegende Licht die Polarisationsmaske 37 und fällt auf das lichtempfindliche Element 21. Das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht erscheint auf dem lichtempfindlichen Element 21 rechts von dem Lichtstrahl 1Λ, während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 21 links von dem Lichtstrahl 3R erscheint. In gleicher Weise erschein! das von dem schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 29 oberhalb des Lichtstrahles 37", während das von dem nicht schraffierten Teil des Objektes 9 ausgehende Licht auf dem lichtempfindlichen Element 29 unterhalb des Lichtstrahles 5Γ erscheint. Wie dies bereits in Fig. 3A der Faii war, ergibt sich auch in Fig. 4A eine Grauzone, in welcher sich helle und dunkle Zonen auf den lichtempfindlichen Elementen 21 und 29 überlappen. Diese Grauzonen vergrößern sich, wie in Flg. 4B und 4C dargestellt, wenn sich die bewegliche Hinrichtung 16 aus der fokussierenden Stellung in Vorwiirtsrichtung F bewegt. Bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in Vorwärtsrichtung F nimmt die auf dem lichtempfindlichen Element 21 erscheinende Gesamtlichtmenge ab. während die auf das lichtempfindliche Element 29 fallende Gesamtlichtmenge zunimmt. Demgemäß vergrößert sich die aus den Signalen Sl und A 1 der llch'empfindlichen Elemente 21 und 29 gebildete Differenz, wenn die bewegliche Einrichtung 16 aus der fokusslercnclen Stellung in Richtung F gegen das abzubildende Objekt bewegt wird.

Aus vorstellendem Sachverhalt gehl klar hervor, daß die Differenz zwischen den Signalen zugeordneter lichtempfindlicher Elemente der ersten und zweiten l.ichtfühleranordnung ein Minimum wird, wenn die bewegliche Einrichtung 16 ihre fokussierende Stellung einnimmt. Gemäß I·"ig. I werden die Absolutwerte entspreeilender Differenzsignale zugeordneter lichtemplindlicher Elemente in dem Summenpunkt 63 aufsummiert und durch den Minimumdetektor 67 erfaßt. Wenn der Mlniniumdctektor 67 ein Minimumsignal feststellt, wird über die Leitung 69 der Steuereinheit 71 ein Steuersignal aufgeprägt, welches die Beendigung der Bewegung der beweglichen Einrichtung 16 in seiner fokusslerten Stellung bewirkt.

Gemäß Flg. SA weis! ein abzubildendes Objekt 73 einen nicht schraffierten und einen schraffierten Teil vj(.

welche beiden Teile durch eine vertikale Linie 75 voneinander getrennt sind. Das von dem Objekt 73 ausgehende Licht durchläuft eine Kennzeichnungseinrichtung 77 und eine Linse 79. welche zusammen eine bewegliche Einrichtung 78 bilden und fällt anschließend auf eine Empfangseinrichtung 81. Die Empfangseinrichtung 81 gemäß Fig. 5A besitzt einen einfacheren Aufbau als die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Empfangseinrichtung und kann in solchen Fällen benutzt werden, wo nur kleine oder gar keine vertikalen Lichtdifferenzen in dem abzubildenden Objekt zu erwarten sind. Die Kennzeichnungseinrichtung 77 ist vertikal unterteilt, wobei die eine Hälfte das Licht in einer ersten Richtung PX und die andere Hälfte das Licht in einer zweiten Richtung Pl polarisiert. Die Empfangseinrichtung 81 ist horizontal aufgeteilt, wobei der obere Teil der Empfangseinrichtung 81 mit einer Polarisationsmaske 91 und der untere Teil der Empfangseinrichtung mit einer Polarisationsmaske 93 überdeckt ist. Die Polarisationsmaske 91 läßt nur Licht hindurch, welches in der ersten Richtung Pl polarisiert ist, während die Polarisationsmaske 93 nur Licht hindurchläßt, welches in der zweiten Richtung Pl polarisiert ist. De,· obere Te,I der Empfangseinrichtung 81 weist eine erste Lichtfühleranordnung 82 auf, welche lichtempfindliche Elemente 83, 85, 87 und 89 umfaßt. Entsprechend weist die zweite Lichtfühleranordnung 84 vier lichtempfindliche Elemente 95, 97, 99 und 101 auf, welche gegenüber den zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten Lichtfühleranordnung 82 vertikal versetzt sind. Die Polarisationsmasken 91 und 93 sind zwischen der bewegliehen Einrichtung 7C und den beiden Lichtfühleranordnungen 82 und 84 angeordnet. Alle lichtempfindlichen Elemente sind über eine Leitung 103 gemeinsam an Ma?«e gelegt und jedes lichtempfindliche Element erzeugt ein ihm zugeordnetes Ausgangssignal, welches

dem auf das lichtempfindliche Element fallenden Licht proportional ist. Diese Ausgangssignale können an die Signalverarbeitungseinrichtung 45 gemäß Fig. 1 angeschlossen werden.

Wenn die bewegliche Einrichtung 78 In Rückwärtswirkung R aus der Ibkussierenden Stellung herausbewegt wird, so erscheint das Bild der Vertikallinie 75 des Objektes 73 versetzt auf der Empfangseinrichtung 81, wie dies In Flg. 5B dargestellt ist. Wenn die bewegliche Einrichtung 78 In Rückwärtsrlchtung R bewegt wird, bil det sich eine G.auzone 86 auf der ersten Lichtfühleranordnung 82. welche Immer mehr die zuvor unschraffierte Zone der ersten Lichtfühleranordnung 82 überdeckt, während eine Grauzone 88 auf der zweiten Llchtfühleranordnung 84 sich In die zuvor schraffierte Zone der zweiten Lichtfühlcranordnung 84 erstreckt, wie dies durch die Pfeile In Fig. 5B angedeutet Ist. Umgekehrt ergibt sich bei einer Bewegung der beweglichen Einrichtung 78 in Vorwärtsrichtung Feine Grauzone 90. welche sich in die zuvor schraffierte Zone der ersten Lichtfühleranordnung 82 erstreckt, wahrend eine Grauzone 92 sich in einer zuvor unschrafflerten Zone der zweiten Llchtfuhleranordnung 84 ausbreitet. Diese Verhältnisse sind iius Fig. 5C ersichtlich. Befindet sich die bewegliche Hinrichtung 78 In dir fokussierenden Stellung, so erscheint die vertikale Linie 75 des Objektes 73 ununterbrochen auf der Empfangseinrichtung 81. und es ergibt sich keine Differenz zwischen dem von zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung empfangenen Licht. Wird jedoch die bewegliche Einrichtung 78 aus der fokussierenden Stellung in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung bewegt, so ergibt sich eine Differenz zwischen der von den beiden Lichtfühleranordnungen empfangenen Gesamtlichtmenge, wie dies aus den Flg. 5B und 5C ersichtlich ist. Besitzt das aufzunehmende Objekt kleine oder gar keine vertikalen Lichtdifferenzen so verschwinden die Differenzsignaie zwischen zugeordneten lichtempfindlichen Elementen der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung. wenn sich die bewegliche Einrichtung 78 in Ihrer fokussierenden Stellung befindet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Kennzeichnungseinrichtung für das Fokussiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Licht von einem aufzunehmenden Objekt 105 durchtritt eine Linse 107 und anschließend zwei Prismen 109 und 111. Jedes der beiden Prismen 109 und ill deckt eine Querschnittshälfte der Linse 107 ab, d. h. die Prismen 109 und 111 sind um einen halben Linsendurchmesser in der Zeichenebene gegeneinander versetzt angeordnet. Die Prismen 109 und 111 lenken das durch sie hindurchgehende Licht in Richtung auf eine weitere Linse 113 ab. Eine Empfangseinrichtung 115 empfängt das die Linse 113 durchtretende Licht. Die Empfangseinrichtung 115 kann in Form der Empfangseinrichtung 81 gemäß Fig. 5 ausgebildet sein, was lediglich von der Natur des aufzunehmenden Objektes abhängt, wie zuvor erläutert wurde. Die Funktion der Einrichtung gemäß Fig. 6 ist im wesentlichen die gleiche, wie die Funktion der in den Fig. 1 und 5 dargestellten Systeme, da jede Lichtfühleranordnung nur dasjenige Licht sieht, welches durch die eine Hälfte der Objektivlinse 107 hindurchtriit.

Gemäß Fig. 7 tritt das von einem aufzunehmenden Objekt 117 ausgehende Licht durch eine Objektivlinse 119 hindurch und trifft auf zwei senkrecht zur Zeichenebene versetzte und nicht parallele Spiegel 121 und 123 auf. Die Spiegel 121 und 123 reflektieren jeweils eine Hälfte des die Linse 119 durchsetzenden Lichtes in verschiedenen Richtungen. Das in verschiedenen Richtungen reflektierte Licht durchtritt eine weitere Linse 125 und iriffi auf eine Empfangseinrichtung 127. Die Empfangseinrichtung 127 kann wiederum die Form der Empfangseinrichtung 15 gemäß Fig. I bzw. der Empfangseinrichtung 81 gemäß Flg. 5 aufweisen. Wie dies bereits bei dem In Flg. 6 dargestellten System der Fall war, sieht jede Lichtfühleranordnung der Empfangseinrichtung 127 wiederum das durch eine Hälfte der Objektivlinse 119 hindurchtretende Licht von dem aufzunehmenden Objekt.

Gemäß Flg. 8 durchtritt die von einem Objekt 131 ausgehende Lichtstrahlung eine bewegliche Linse 133. welche die Lichtstrahlen auf einer undurchsichtigen Platte 137 mit einem Schlitz 135 vereinigt. Wenn sich die bewegliche Linse 133 In ihrer fokussierenden Stellung befindet, wird ein DlId des aufzunehmenden Objektes 131 auf der undurchsichtigen Platte 137 scharf abgebildet und ein Teil der das Bild bildenden Lichtstrahlung tritt durch den Schlitz 135 hindurch, um durch eine weitere Linseneinrichtung 139 in erste und zweite vertikale versetzt angeordnete Bilder aufgelöst zu werden. Die vcuikal versetzten Bilder treffen auf Lichtfühleranordnungnn 141 und 143 einer Empfangseinrichtung 145 auf. Die

μ Anordnung der ersten und zweiten Lichuühier ϊ4ί und 143 gemäß Fig. 8 gleicht derjenigen anhand von vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Anordnungen, mit der Ausnahme, daß nunmehr lichtempfindliche Widerstandselemente verwendet werden.

Zuvor wurden lichtempfindliche Spannungsquellen verwendet. Die Schaltung der Signalverarbeitungseinrichtung hängt selbstverständlich von der Art des verwendeten lichtempfindlichen Elementes ab. Im vorliegenden Beispiel weist die erste Lichtfühleranordnung 141 vier lichtempfindliche Widerstandselemente 147. 149. 151 und 153 auf. Die zweite Lichtfühleranordnung 143 weist entsprechende lichtempfindliche Widcrstandselemente 155. 157, 159 und 161 auf. Eine Schallungsschiene 163 bildet einen gemeinsamen Anschluß für eine erste Anschlußklemme eines jeden der lichtempfindlichen Widerstandselemente in der ersten Lichtfühleranordnung 141. Die Schaltungsschiene 163 ist an positives Bezugspotential + 1' angeschlossen. Eine zweite Schaltungsschiene bildet einen gemeinsamen Anschluß für eine erste Anschlußklemme eines jeden der lichtempfindlichen Widerstandselemente in der zweiten Lichtfühleranordnung 143. Die zweite Schallungsschiei.e 165 ist an ein zweites Bezugspotential -V angeschlossen, welches den gleichen Wert aber das umgekehrte Vorzeichen wie das erstgenannte Bezugspotential besitzt. Die zweiten Anschlußklemmen der lichtempfindlichen Widerstandselemente der ersten Lichtfühleranordnung 141 und der zweiten Lichtfühleranordnung 143 sind miteinander verbunden.

Die Linsenanordnung 139 weist erste und zweite Linsenabschnitte 140 und 142 auf, welche im vorliegenden Beispiel als Halblinsen ausgebildet sind. Die ersten und zweiten Linsenabschnitte 140 und 142 sind entlang einer gemeinsamen Zwischenfläche 144 verschoben, so daß ein Bild 146 des in dem Schlitz 135 erscheinenden Bildes auf die erste Lichtfühleranordnung 141 durch den ersten Linsenabschnitt 140 geworfen wird, während ein zweites Bild 148 des in dem Schlitz 135 erscheinenden Bildes über den zweiten Linsenabschnitt 142 auf die zweite Lichtfühleranordnung 143 geworfen wird. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 9 dargestellt. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 167 erhält gemäß Fig. 8 Differenzsignale Dl, D2, D3 und D4 als Eingangssignale aufgeschaltet. Die Differenzsignale Dl, D2. D3 und D4 werden an den Verbindungspunkten zweier zugeordneter fotoempfindlicher Elemente der ersten und zweiten Lichtfühleranordnung 141 und 143 erzeugt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 167 ihrerseits erzeugt ein

Fokussicrsignal, welches einer Steuerschaltung 169 aufgeschaltet wird. Die Steuerschaltung 169 steuert die Bewegung der beweglichen Linse 133. Wenn die bewegliche Linse !33 sich in ihrer fokusslerenden Stellung befindet, d. h. wenn die Bilder 146 und 148, welche auf die erste und /weite Lichtfühleranordnung 141 una 143 projiziert werden, im wesentlichen die gleiche Lichtverteilung aufweisen, so ergibt sich an dem Verbindungspunkt zweier zugeordneter lichtempfindlicher Widerstandselemente Im wesentlichen die Spannung Null. Die Slgnalverarbeltungselnrichtung 167 umfaßt für jedes Eingangssignal ein absolutwertbildendes Netzwerk und die Ausginge der absolutwertbildcnden Netzwerke sind zu einem gemeinsamen Schaltungspunkt zusammengefaßt, an welchem das A.usgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung 167 abgenommen werden kann. Wenn die Differen/slgnale Dl bis DA Im wesentlichen Null sind, so befindet sich das Ausgangssignal der Signalvernrbeitungseinrichtung 167 auf einem minimalen Wert. Die SiCUCrSChüiiüPi^ 169 WCi5i einen bckännlcn 5Cndi'iki'ciS auf. um diesen Mlnlmalwert festzustellen und seinerseits die Bewegung der beweglichen Linse 133 in der fokussierenden Stellung zu beenden.

Fig. 10 zeigt eine Linsenstruktur 171 zusammen mit einer hierzu senkrecht angeordneten undurchsichtigen Platte 174, welche Kombination anstelle der Linsenstruktur 139 gemäß Fig. 8 treten kann. Bei der in Fig. 10 dargestellten Kombination kann die durchsichtige Platte 137. welche den Schlitz 135 aufweist, entfallen, wodurch die ganze, die bewegliche Linse X13 durchsetzende Strahlung auf die Linsenstruktur 171 trifft und nicht nur die durch den Schlitz 135 gemiiß Fig. 8 hindurchgehende Strahlung. Die Linsenstruktur 171 weist wiederum zwei entlang einer gemeinsamen Zwischenfläche vertikal versetzt angeordnete Halblinsen auf. Der untere Teil einer der beiden Halblinsen und der obere Teil der anderen der beiden Halblinsen sind jedoch mit einem lichtundurchlässigen Material 173 beschichtet, um den Lichtdurchgang durch diese Teile der Linsen zu verhindern. Die für den Lichtdurchgang tatsächlich verantwortlichen Linsenabschnitte der Linsenstruktur 171 werden daher durch die nicht bedeckten Linsenteile 175 und 177 der vertikal verschobenen Halblinsen gebildet. Die lichtundurchlässige Platte 174 ist zwischen der Linsenstruktur 171 und der Lichtempfangseinrichtung 145 angeordnet, um zu verhindern, daß das durch den Linsenteil 175 hindurchtretende Licht auf die zweite Lichtfühleranordnung 143 und das durch den Linsenteil 177 hindurchtretende LLhI auf die erste Lichtl'ühleranordnung 141 fällt. Die Wirkungsweise der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung, d. h. dit'i für Jen Fall, (i;iP sich die bewegliche Linse 133 in Ihicr iokussicrenden Stellung befindet, das Ausgangsdiffereii/signal eines jeden Paares zugeordn^'cr lichtempfindlicher Elemente der Lichtempfnngseinrlchtung 145 im wesentlichen zu Null wird unci damit die Bewegung der beweglichen Linse 133 beendet. Aufgrund der lichlundurchlässigen Platte 174 gemäß Fig. 10 kann die den Schlitz 135 aufweisende llchtundurchlässige Platte 137 entfallen, welche in Fig. 8 die Abmessungen der auf der I ichtempfangseinrichtung 145 erscheinenden Bilder best im η υ hat. Die lichtundurchlässige Platte 174 verhlnden ein Übergreifen des ersten Bildes auf die /weite I htluhleranordnung bzw. des /weiten Bildes auf die /weite Lichtfühleranordnung b/w. des zweiten Bildes auf die erste Lichllühleranordnung.

In einer praktischen Anwendung des Fokussiersysiems gciiiiiij ijei vorliegenden Erfindung ist der Bildwinkel des Fokussiersystcms wesentlich kleiner als der Bildwinkel, der sich von einem lichtempfindlichen Film aus in einer Kamera ergibt, urn auf diese Weise den besonderen, für die Fokussierung herangezogenen Bildbereich von di.ni verbleibenden zu fotografierenden Bildbereich zu unterscheiden. Der Bildwinkel für das Fokussiersystem kann durch den Sucher der Kamera angezeigt werden und kann beispielsweise in der Größenordnung von I bis 10" liegen. Die bewegliche Linse in dem Fokussiersystem ist selbstverständlich mit der Hauptobjektivlinse der Kamera antriebsmäßig gekuppelt, so daß der 7ustand der Fokussierung des Bildes auf der Lichtemplangseinrichtung zu jedem Zeilpunkt mit dem Zustand der Fokussierung des Bildes in der Filmebene übereinstimmt.

Die \orliegende Erfindung vermeidet das Erfordernis einer Abtastbevvegung zwischen dem aufzunehmenden Bild und der Meßeinrichtung Die Verwendung einer Vielzahl einzelner lichtempfindlicher Elemente in jeder Empfangseinrichtung verbessert die Genauigkeit und

■»o Reproduzierbarkeit des Fo«us.siersystems gemäß der vorliegenden Erfindurg. Der Gebrauch eines Strahlenteiler vor den lichtempfindlichen Elementen führt zu einem Fokussiersystem. welches unempfindlich im Hinblick auf die sich bei den bekannten Einrichtungen ι ηIc ;_e nicht einheitlicher Lichtverteilungsmuster ergebenden Ungenauiskeiten ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Fokusslerelnricbtung für optische Geräte, insbesondere Kameras, mit efnem optischen Hauptsystem zur Abbildung eines Objektes in einer vorbestimmten Ebene und mit einem optischen Hllfssystem, welches eine optische Vorrichtung zur Verteilung von vom Objekt kommender Strahlung auf zwei getrennt angeordneten Empfangseinrichtungen sowie eine im Strahlengang verschiebbare Linse zur Fokussierung der Strahlung auf den Empfangseinrichtungen aufweist, wobei das optische Hauptsystem mit der Linse des Hilfssystems in Antriebsverbindung steht und die Signale der Empfangseinrichtungen bis zum Verschwinden ihrer Differenz verschiebend auf die Linse des Hilfssystems und das optische Hauptsystem einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Empfangseinrichtungen (17, 19; 82, 84; 115, 127; 141, 143) mehrere jeweils in einer Ebene angeordnete lichtempfindliche Elemente (21 bis 35; 83 bis 89; 95 bis ΙΟΙ; 147 bis 161) umfassen und daß die optische Vorrichtung Einrichtungen (16; 78; 109, 111; 121, 123; 137, 139; 171) aufweist, um durch die beiden Hälften der Linse (14; 79; 107; 119; 133) des Hilfssystems übertragene, passive von dem Objekt kommende Strahlungsmuster aiif den Elementen der beiden Empfangseinrichtungen abzubilden.

2. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen ein in zwei unterschiedlich polarisierende Hälften aufgespaltenes Polarisationsfii.er (13, 77) und eine nachgeschaltete Linse (14, 79) aufweisen.

3. Fokussiereinrichtunp nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (13) durch eine horizontale Trennlinie in zwei Hälften aufgespalten ist.

4. Fokussiereinrichtung nach Ansp^ruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsfilter (77) durch eine vertikale Trennlinie in zwei Hälften aufgespalten ist.

5. Fokussiereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zwei entlarv einer vertikalen Trennfläche verschobene Linsenhälften (139, 140, 142; 171, 175, 177) aufweisen.

6. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Linsenhälften (140, 142) eine Schlitzblende (135. 137) vorgeschaltet ist.

7. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Llnsenhälften (175. 177) und der Empfangseinrichtung (145) horizontal eine lichtundurchlässige Platte (174) angeordnet ist. daß der über der Platte (174) liegende Teil der einen Linsenhälfte (177) und der unter der Platte (174) liegende Teil der anderen Linsenhälfle (175) mit einer llchtundurchliissigen Schicht (173) beschichtel ist und der eine Teil (141) der Empfangseinrichtung (145) über der Platte (174) und der andere Teil (143) der Empfangseinrichtung (145) unter der Platte (174) liegt.

8. Fökussiefeinrlchlung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Hinrichtungen zwei jeweils eine Linsenhälfte abdeckende, hintereinander und gegenläufig angeordnete Prismen (109. 111) aufwci-

60 ordnete und einen Winkel miteinander einschließende Spiegel (121, 123) aufweisen,

10, Fokussiereinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen (82, 84; 141,- 143) in der Ebene vertikal versetzt angeordnet sind.

11, Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen (17, 19) einen rechten Winkel miteinander einschließen und daß in der Winkelhalbierenden ein halbdurchlässiger Spiegel (41) angeordnet ist.

12. Fokussiereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Empfangseinrichtungen (17, 19; 82, 84) Polarisationsmasken (37, 39; 91, 93) vorgeschaltet sind.

13. Fokussiereinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung (45) angeordnet ist, welche mehrere Differenzverstärker (4"; bis 53), denen paarweise Signale (A 1 bis A4, BX bis BA) von einander zugeordneten lichtempfindlichen Elementen (21, 29; 23, 21;...) aufgeschaitet sind, und nachgeschaltete, absolutwertbildende Netzwerke (55 bis 61) aufweist, daß die Ausgänge der absolutwertbildenden Netzwerke zusammengefaßt und auf einen Minimumdetektor (67) geführt sind, der über eine nachgeschaltete Steuerschaltung (71) die Linse (:4; 79; 107; 119; 133) des Hilfssystdms antreibt.