DE2458868A1

DE2458868A1 - Anordnung zur messung des fokussierungszustandes in optischen systemen, insbesondere in photographischen kameras

Info

Publication number: DE2458868A1
Application number: DE19742458868
Authority: DE
Inventors: Hideomi Takeda
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1973-12-12
Filing date: 1974-12-12
Publication date: 1975-06-19
Also published as: US3975631A; DE2458868C3; DE2458868B2; JPS5091317A

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUTSCHROEThR KLAUS LEHMANN ^

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING.

ASAHI KOGAKU KOGYO K.K. y-as-177

12. Dezember 1974

Anordnung zur Messung des Fokussierungszustandes in optischen Systemen, insbesondere in photographischen Kameras.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung des Fokussierungszustandes in optischen Systemen, insbesondere in photographischen Kameras, die in einer vorgegebenen Abbildungsetene ein Gegenstandsbild erzeugen.

Es ist eine als Einsattelungseffekt bezeichnete Erscheinung bekannt, die bei photoelektronischen Bauelementen, z.B. bei CdS-Photowiderständen auftritt, wenn diese zur Messung des Fokussierungszustandes im bildseitigen Strahlengang des optischen Systems angeordnet sind und der Kontrast des auf ihrer wirksamen Oberfläche entworfenen optischen Bildes sich ändert. Der Einsattelungseffekt äußert sich in einem lokalen Minimum der die Abhängigkeit zwischen dem Photostrom oder -leitwert und der Entfernung zum Objektiv wiedergebenden Kurve. Dieses lokale Minimum befindet sich an der Stelle der Kurve, die der korrekten Scharfeinstellung entspricht. Der Einsattelungseffekt ist von drei Faktoren abhängig, nämlich der Ortsfrequenz, dem Kontrast und der Leuchtdichte des abzubildenden Gegenstandes, d„h. der Objekthelligkeit. Die Gestalt der den Einsattelungseffekt charakterisierenden Kurve kann sich in Abhängigkeit von diesen Faktoren sehr stark ändern. Die elektrische Verarbeitung einer solchen in weiten Grenzen variablen Einsatt elungskurve erfordert Schaltungen mit extrem großem Aussteuerbereich und bringt wegen der Änderung der Meßempfindlichkeit bei der Ermittlung des Fokussierungszustandes eine Anzahl schwieriger Probleme mit sich. Bei Vorrichtungen zur automatischen Scharfeinstellung von

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optischen Apparaten, beispielsweise photographischen Kameras, bei denen üblicherweise ein vergleichsweise großer Helligkeitsbereich erfaßt werden muß, wirkt sich insbesondere der dritte der genannten Faktoren, nämlich die Änderung der Objekthelligkeit, nachteilig aus.

Bekannte Schaltungsanordnungen zur Messung des Fokussierungszustandes, die sich den erwähnten Einsattelungseffekt zunutze machen, können in zwei Gruppen unterteilt werden (Fig. 1 und Fig. 2): Bei den Schaltungen der ersten Gruppe (Fig. 1) ist ein CdS-Photowiderstand, (dessen Innenwiderstand mit bezeichnet sei,) mit einem Lastwiderstand R in Reihe geschaltet, und die Spannung Vp an dem Verbindungspunkt C dieser beiden Elemente dient als Ausgangssignal.

Die Schaltungen der zweiten Gruppe (Fig. 2) sind als Brückenschaltungen ausgebildet, in deren Brückenzweigen zwei CdS-

sind
Photowiderstände angeordnet^ deren wirksame Oberflächen den bild«erzeugenden Strahlen ausgesetzt sind und deren Innenwiderstände mit R^c-, bzw. R₁-^₀ bezeichnet seien. In den

CdSI Cdo2

anderen Brückenzweigen sind die ihnen zugeordneten Lastwiderstände R bzw. R¹ angeordnet. Vor der wirksamen'Oberfläche des Photowiderstandes R_r,_QO befindet sich eine Diffusor-

CdS2

scheibe 3. Der Diagonalzweig der Brückenschaltung enthält ein Galvanometer 4. Die Verbindungspunkte der Brückenschaltung sind mit D, E, F und G bezeichnet. Zur Realisierung einer Anordnung zur Ermittlung der Fokussierungsposition wird überlicherweise das in Fig. 3 angedeutete optische System verwendet. Es enthält ein Objektiv 1, einen halbdurchlässigen Spiegel 2, den Photowiderstand Rq^q-i und die Diffusorscheibe 3, die in äquivalenten Bildebenen f^ bzw. f₂ angeordnet sind. Biese Bildebenen sind durch die Strahlenteilung des bildseitigen Strahlengangs des Objektivs 1 durch den halbdurchlässigen Spiegel 2 definiert. Der CdS-Photowiderstand R-rdS2

ist unmittelbar hinter der Diffusorscheibe 3 angeordnet.

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Bei der Schaltung nach Fig. 1 ändert sich die in dem Last-» widerstand R verbrauchte Leistung P₁ in Abhängigkeit von der Intensität des auftreffenden Lichts, da der Innenwiderstand ^RCdS ^leitungsabhängig ist. Wenn zwischen A und B eine Speisespannung e angelegt wird, ergibt sich die Leistung P als Funktion des Innenwiderstandes R^s des CdS-Photowiderstandes gemäß ,folgender Gleichung:

(D P = ( >^{2 R}o·
^RCdS ^{+ R}o °

Bekanntlich nimmt die Leistung P ihren Maximalwert P__„ in Gleichung (1) an, wenn R^^ = R₀ wird. Wenn die Meßenpfindlichkeit r? als

(2) Yt = P/Pmax,

definiert wird, erhält man mit Gleichung (1) die Beziehung CdSο ■

Der durch die Gleichung (3) beschriebene Kurvenverlauf ist in Fig. 4 dargestellt. Als Abszisse ist das Widerstandsverhältnis R₀Z^C(Js aufgetragen. Die .Meßempfindlichkeit ^ ist die Ordinate. Man erkennt aus Fig. 4, daß die Empfindlichkeit ^ bei Messungen auf der Grundlage des Einsattelungseffekts ihren Maximalwert bei ^R _o/^RcdS ⁼ ^ ^{hat und} ^^ei größeren oder kleineren Abszissenwerten abfällt■. Dies bedeutet, daß die Empfindlichkeit ^ = 1 nur in einem ganz bestimmten Bereich der Lichtintensität vorhanden ist, wenn die Einsattelung mit Hilfe einer derartigen Schaltung gemessen wird und daß im übrigen Bereich der Lichtintensität die Leistung nutzlos verbraucht wird. Dieser nutzlose Leistungsverbrauch wird um so größer, je mehr das Widerstandsverhältnis R₀/^Rrrio ^von ^^em Wert 1 abweicht,

Fig. 5 zeigt den Einfluß der Lichtintensität auf die den Ein-

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Sattelungseffekt darstellenden Kurve. Als Abszisse ist die Entfernung zwischen der Oberfläche des CdS-Widerstandes und dem Kameraobjektiv aufgetragen, Ordinate ist die Spannung V_c am Meßpunkt C der Schaltung nach Fig. 1, Parameter ist die Lichtintensität I. Diese Kurven, die im folgenden auch kurz als Einsattelungskurven bezeichnet werden, enthalten eine Komponente, die der genannten Entfernung L umgekehrt pro-

portional ist und die im folgenden auch kurz als 1/L -Komponente bezeichnet wird, sowie eine Einsattelungs-Komponente, die sich in der Nachbarschaft der durch den Abszissenwert f gekennzeichneten korrekten Fokussierungsposition in Form einer Einsattelung ändert, die von dem Bildkontrast abhängig ist. Wenn die Einsattelungs-Kurve durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ermittelt wird, erhält man in Abhängigkeit von der Lichtintensität den durch die Parameter a bzw. b gekennzeichneten Verlauf. Beide Kurven laufen im wesentlichen längs

ο
der l/L -Komponente parallel zueinander, sie unterscheiden sich jedoch bezüglich der Tiefe der Einsattelungskomponenten, (die im folgenden auch kurz als Einsattelungstiefe bezeichnet wird), beträchtlich voneinander. Die Unterschiede zwischen den beiden dargestellten Kurven kommen auf folgende Weise zustande: Die Änderung der Intensität I des einfallenden Lichts führt zu einer Veränderung des Widerstandsverhältnisses R„/R^_JC. Dieses wiederum führt zu einer Änderung der Meßempfindlichkeit η , die eine Änderung der Einsattelungstiefe

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und der 1/L -Komponente zur Folge hat.

Eine derartige Änderung der Einsattelungs-Kurve in Abhängigkeit von der Lichtintensität führt notwendigerweise zu einer komplizierten Schaltungsanordnung zur Weiterverarbeitung der von der Meßschaltung gelieferten Signale. Gleichzeitig führt sie dazu, daß die Meßempfindlichkeit bei der Ermittlung des Fokussierungszustands nicht konstant ist. Diese Änderung ist insbesondere bei solchen optischen Geräten beträchtlich, die wie z.B. photographische Kameras einen vergleichsweise großen

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Helligkeitsumfang verarbeiten müssen. Die entsprechenden Schaltungen zur Weiterverarbeitung der Meßsignale müssen einen entsprechend großen Aussteuerbereich besitzen. Infolge dieser Forderungen ist es ausser'ordentlich schwierig, optische Geräte mit Anordnungen zur automatischen Scharfeinstellung (Autofokussierung) auszustatten.

Obwohl sich bei dem von der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung gelieferten Keßsignal die 1/L -Komponente, die auf die Änderung der Lichtintensität I zurückzuführen ist, nicht ändert, da durch die Verwendung zweier lichtempfindlicher Elemente eine Differentialmessung durchgeführt wird, bleibt dort die Beziehung zwischen den Photowiderständen ^{und R}CdS2 ^{und den en}"t^sP^recnen(ieri Lastwiderständen R_Q

bzw. R' die gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. 1, wodurch sich„auch hier die Meßempfindlichkeit ^ ändert, Ausserdem benötigt die Anordnung eines Strahlenteilers in Form des halbdurchlässigen Spiegels 2 (Fig. 3) einen nicht unbeträchtlichen Platzbedarf. Ferner können Lichtverluste durch den Strahlenteiler nicht vermieden werden und eine Differenz in dem i^-Wert zwischen den beiden lichtempfindlichen Elementen wirkt sich stark auf den Einsattelungs-Effekt aus. Der J "-Wert kennzeichnet die Konstante T in der bekannten Formel

R = k I"' (k = Konstante)

die die Beziehung zwischen dem Innenwiderstand R_c,g eines CdS-Photowiderstandes und der Intensität des auf die wirksame Oberfläche des Photowiderstandes auftreffenden Lichts angibt.

Alle diese Nachteile erschweren den Einbau der bekannten Vorrichtungen zur Messung des Fokussierungszustandes in ein kompaktes optisches Gerät, z.B. in eine photographische Kamera.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung der

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— df —

•6.

eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der der Einfluß von Lichtintensitätsänderungen auf den Einsattelungseffekt derart reduziert ist, daß der Fokussierungszustand unabhängig von der Objekthelligkeit mit hinreichend großer Genauigkeit ermittelt werden kann.

Der Einfluß der Objekthelligkeit auf den Einsattelungseffekt kann nach zwei Einflußgrößen unterschieden werden. Die erste Einflußgröße ist durch die Eigenschaften des photoelektronischen Bauelements selbst gegeben, die zweite Einflußgröße resultiert aus dem Aufbau der Meßschaltung. Es ist deshalb weiter Aufgabe der Erfindung, den Einfluß der Meßschaltung auf die Meßgenauigkeit zu verringern.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung, bei der wenigstens ein photoelektronisches Bauelement vorgesehen ist, das in vcrbestimnrter Relation zur Bildebene oder einer äquivalenten Ebene im bildseitigen Strahlengang des Objektivs angeordnet ist, durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Mittel gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind, in den Unteransprüchen angegeben.

Im Folgenden sei die Erfindung anhand der Fig. 6 bis 16 näher erläutert:

Fig. 6a zeigt das aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten Photowiderständen bestehende photoelektronische Bauelement im Querschnitt,

Fig. 6b zeigt in Aufsicht die Anordnung der Elektroden des in Fig. 6a dargestellten photoelektronischen Bauelements,

Fig. 6c zeigt, ebenfalls in Aufsicht, die Abdeckscheibe des photoelektronischen Bauelements,

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Fig. 7 zeigt eine Variante der Elektrodenanordnung,

Fig. 8 zeigt eine Abdeckscheibe, die der in Fig. 7 dargestellten Elektrodenanordnung angepaßt ist,

Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten Photowiderständen bestehende photoelektronische Bauelement,

Fig. 10 zeigt eine Schaltung zur Messung des Fokussierungszustandes, .

Fig. 11a bis 11c zeigen die Abhängigkeit des Innenwiderstands der beiden das photoelektronische Bauelement bildenden Photowiderstände von der Entfernung zwischen dem abbildenden Objektiv und der wirksamen Oberfläche des photoelektronischen Bauelements, ■

die Fig. 12a und 12b zeigen Meßkurven, in denen die Abhängigkeit zwischen dem von einer Meßschaltung abgegebenen Ausgangssignal und dem Fokussierungszustand, wobei die Objekthelligkeit bzw. die auf der wirksamen Oberfläche des photoelektronischen Bauelements herrschende Beleuchtungsstärke als Parameter dient, '

Fig. 13 zeigt eine weitere Schaltung mit dem erfindungsgemäß gestaltetem photoelektronischen Bauelement zur Messung des Fokussierungszustandes,

Fig. 14 zeigt die Anordnung eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Messung des Fokussierungszustandes, bei dem zwei der erfindungsgemäß gestalteten aus je zwei Photowiderständen bestehenden photoelektronischen Bauelemente verwendet werden,

Fig. 15 zeigt die zu der optischen Anordnung nach Fig. 14 gehörende Schaltungsanordnung,

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die Fig. 16a bis I6c schließlich zeigen Kennlinien, die den Verlauf von Einzelspannungen in der in Fig. 15 dargestellten Schaltung sowie den Verlauf der Überlagerungsspannung in Abhängigkeit vom Fokussierungszustand wiedergeben.

In Fig. 6a ist in geschnittener Darstellung ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäß aus zwei Photowiderständen zusammengesetzte photoelektronische Bauelement wiedergegeben. Ein gemeinsames Substrat 5 trägt eine CdS-Schicht 6, auf der Elektroden 9 aufgebracht sind. Eine im wesentlichen röhrenförmige Wandung 7 bildet den Träger für eine Abdeckscheibe 8, die einen durchsichtigen Bereich 8a und einen diffus durchscheinenden Bereich 8b besitzt.

Die Abdeckscheibe 8 ist in Fig. 6c in Aufsicht dargestellt. Das von den Elektroden 9 gebildete Muster ist in der in Fig. 6b gezeigten Aufsicht dargestellt. Das photoelektronische Bauelement bildet zwischen den Elektroden C und A einen ersten CdS-Photowiderstand, dessen Innenwiderstand im folgenden mit R_c» bezeichnet wird und zwischen den Elektroden C und B einen zweiten CdS-Photowiderstand, dessen Innenwiderstand im folgenden mit FUg bezeichnet wird. Die Elektrode C ist beiden Photowiderständen gemeinsam. Jedes der Einzelelemente hat im wesentlichen die gleichen charakteristischen Eigenschaften, z.B. stimmt der /T-Wert bei beiden Elementen überein. Die Einzelelemente sind derart hinter der Abdeckscheibe 8 angeordnet, daß der Photowiderstand mit dem Innenwiderstand R_CB den den durchsichtigen Bereich 8a und das Element mit dem Innenwiderstand Rp. den den diffus zerstreuenden Bereich der Abdeckscheibe 8 durchdringenden Strahlen I ausgesetzt ist. In Fig. 6a ist noch die Zusammenschaltung der einzelnen Elektroden dargestellt.

Anstelle des in Fig. 6b dargestellten Elektrodenmusters in Form von konzentrischen Kreisen kann auch die in Fig. 7 dar-

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Sf -

gestellte Elektrodenanordnung gewählt werden. Die zugehörige Abdeckscheibe hat die in Fig. S dargestellte Gestalt. Sie ist zur Unterscheidung mit dem Bezugszeichen 8¹ versehen. Der durchsichtige Bereich 8Va und der diffus durchscheinende Bereich 8'b bilden Halbkreisflächen auf der Abdeckscheibe 8'.

Selbstverständlich kann das Elektrodenmuster der Photowiderstände auch eine beliebige andere Gestalt haben, wobei die Form der durchsichtigen bzw. der diffusen Bereiche der Abdeckscheibe jeweils der Elektrodenform angepaßt sein nuß. Anstelle zwei^üimensionaler .Elektrodenanordnungen kann auch ein photoelektronisches Bauelement in sogenannter Sandwich-Bauweise verwendet werden, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Bei diesen sind die Elektroden auf beiden Seiten einer CdS-Schicht 6 angeordnet.

In Fig. 10 ist eine Schaltung zur Messung des Einsattelungseffekts dargestellt, bei der eines der vorangehend beschriebenen aus zwei Photowiderständen zusammengesetzten photoelektronischen Bauelemente verwendet wird. Die Schaltungspunkte A, B und C in Fig. 10 entsprechen den Elektroden A, B und C in Fig. 6. Die Innenwiderstände Rq^ und Rq₃ der beiden Teilelemente sind von der Intensität I des auftreffenden Lichts abhängig. Vor den wirksamen Oberflächen der das photoelektronische Bauelement bildenden Photowiderstände ist eine Abdeckscheibe mit einem durchsichtigen Bereich 8a und einem diffusen Bereich 8b angeordnet. Die Innenwiderstände R^. und R_C3 ändern sich in Abhängigkeit von der Intensität I des einfallenden Lichts im gleichen Verhältnis, falls die Entfernung zwischen dem Objektiv und der wirksamen Oberfläche des photoelektronischen Bauelements konstant ist. Das Verhältnis der Innenwiderstände ist deshalb konstant und die Spannung Vp am Meßpunkt C ist ebenfalls konstant. Infolgedessen ist auch die Meßempfindlichkeit, die für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung den in Fig. k dargestellten Verlauf hat, konstant. Der hinter dem durchsichtigen Bereich der Abdeckscheibe liegende Photo-

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widerstand ändert seinen Innenwiderstand FUß infolge des Einsattelungseffekts in Abhängigkeit von der Entfernung L zwischen dem Objektiv und seiner wirksamen Oberfläche in der in Fig. 11a dargestellten Weise. Der Innenwiderstand des hinter dem diffusen Teil der Abdeckscheibe gelegenen Photowiderstands zeigt hingegen bei Änderung der Entfernung ' L keinen derartigen Einsattelungseffekt. Er ändert sich lediglieh entsprechend der obenerwähnten 1/L -Komponente, wie dies in Fig. 11b dargestellt ist. Fig. 11c zeigt den Verlauf der Meßspannung V^ an dem Schaltungspunkt C der Schaltung nach Fig. 10. Diese Kurve besteht aus einer Gleichspannungskomponente, der die von dem Photowiderstand mit den Innenwiderstand R_c erzeugte Einsattelung überlagert ist. Die Gleichspannungskomponente hängt von dem Widerstandsverhältnis ^RCA^/RCB ^ab·

Es ist zwar nicht notwendig, im Interesse einer hohen Meßempfindlichkeit jedoch wünschenswert, die photoelektronischen Bauelemente so herzustellen, daß Rqa gleich Rp-, ist, damit die Keßempfindlichkeit immer den Wert Y^ = 1 hat.

In den Fig. 12a und 12b sind die Einsattelungs-Kurven einander gegenübergestellt,· die den Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 bzw. nach Fig. 10 entsprechen. Als Abszissenwert ist wieder die Entfernung zwischen dem Objektiv und der wirksamen Oberfläche des photoelektronischen Bauelements aufgetragen, den Ordinatenwert bildet die Spannung V~ an dem MeBpunkt C. Der Nullpunkt der Abszissenachse entspricht der korrekten Fokussierungsposition. Parameter der einzelnen Kurven ist die in der Bildebene herrschende Beleuchtungsstärke. Aus den Fig. 12a und 12b ist ersichtlich, daß die Höhe des durch den Einsattelungseffekt bewirkten Spannungsmaximums bei der den Stand der Technik repräsentierenden in Fig. 1 dargestellten Anordnung überaus stark von der Beleuchtungsstärke abhängt. Bei der Schaltung, die mit einem aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten Photowiderständen be-

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stehenden photoelektronischen Bauelement ausgestattet ist, ist das Spannungsmaximum im wesentlichen von der herrschenden Beleuchtungsstärke unabhängig. Der Aussteuerbereich der Schaltung, zur Weiterverarbeitung der Meßsignale kann infolgedessen vergleichsweise klein sein. Die Empfindlichkeit bei der Messung des Fokussierungszustandes unterliegt bei wechselnder Beleuchtungsstärke bzw. bei wechselnder Objekthelligkeit keinem wesentlichen Änderungen, so daß eine derartige Anordnung sich ausgezeichnet zur genauen Fokussierung eignet.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Schaltung ändert sich die 1/L -Komponente nicht und bildet einen konstanten Grundwert. In Fig. 15 ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Messung des Fokussierungszustandes dargestellt, bei der die beiden Teilelemente des photoelektronischen Bauelements Zweige einer Brückenschaltung bilden. Hierdurch wird die 1/L -Komponente eliminiert. Diese Schaltungsanordnung entspricht in ihrem Aufbau der Schaltung nach Fig. 2. Die Brückenschaltung besteht aus den dem durch das Objektiv eintretenden Licht ausgesetzten Elementen R_CB und R^ und den Brückenwiderständen R¹ und R . Der Innenwiderstand der in der Schaltung nach Fig. enthaltenen Photowiderstände R_Cg und Rq^ ändern sich in Abhängigkeit von der Objektiventfernung L in der in Fig. 11a bzw. 11b dargestellten Weise. Das Galvanometer 4· zeigt einen Spannungsverlauf an, der dem in Fig. 11c dargestellten Spannungsverlauf ähnlich ist. Im folgenden seien die Unterschiede zwischen den in den Fig. 10 und 13 dargestellten Schaltungsanordnungen betrachtet. Zunächst kann festgestellt werden, daß die in Fig. 13 dargestellte Schaltung keine Gleichspannungskomponente besitzt, wie sie in Fig. 11c dargestellt ist. Bei der Schaltung nach Fig. 10 ist die Meßempfindlichkeit >i konstant, während die Meßempfindlichkeit bei der Schaltung nach Fig. 13 Veränderungen unterliegt. Diese Tatsache ist aus dem Vergleich der beiden Schaltungen nach Fig. 2 bzw. 13 erkennbar. Im Vergleich zum Stand der Technik, den beispielsweise die Fig. 2 und 3 veranschaulichen,

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besitzt die Schaltung nach Fig. 13 den Vorteil, daß nur ein einziges photoelektronisches Bauelement vorhanden ist, so daß keine Strahlenteilung stattzufinden braucht und die mit ihr verbundenen Lichtverluste vermieden sind. Die Spannung an dem Schaltungspunkt D kann als Steuersignal für eine elektrische Schaltungsanordnung zur automatischen Scharfeinstellung oder dergleichen verwendet werden.

In Fig. 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine noch höhere Meßempfindlichkeit liefert und daß es insbesondere ermöglicht, das Vorzeichen einer Defokussierung festzustellen, d.h. zu unterscheiden, ob sich die maximale Bildschärfe vor oder hinter der vorbestimmten Bildebene befindet bzw. ob die Entfernung zwischen Bildebene und Objektiv vergrößert oder verkleinert werden muß. Dieses Ausführungsbeispiel macht ebenso wie das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel von einem Strahlenteiler Gebrauch. Es besitzt daher zwar ebenfalls einen gegenüber den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung vergrößerten Raumbedarf, dieser Nachteil wird jedoch durch den Vorteil ausgeglichen, daß dieses Ausführungsbeispiel - wie erwähnt - eine größere Meßgenauigkeit besitzt und es gestattet, das Vorzeichen des Defokussierungszustandes festzustellen. Das einfallende Licht I wird durch den halbdurchlässigen Spiegel aufgeteilt. Ein erstes aus zwei Photowiderständen zusammengesetztes photoelektronisches Bauelement PH_e (mit den Innenwider-

CL

ständen R_{r n} bzw. R_p . ) ist hinter, ein weiteres aus zwei Photowiderständen zusammengesetztes photoelektronisches Bauelement PH_b (mit den Innenwiderständen ^Rcb-Bb ^und ^Cb-Ab^ ist mit seiner wirksamen Oberfläche vor der Bildebene bzw. einer äquivalenten Abbildungsebene angeordnet. Die Bildebenen sind mit f.j bzw. f« bezeichnet und liegen im direkten bzw. in dem von dem halbdurchlässigen Spiegel 2 reflektierten bildseitigen Strahlengang des Objektivs 1. Die Elektrode der photoelektronischen Bauelemente PH und PH, sind mit

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Aa, Ba, Ca bzw.· mit Ab, Bb und Cb bezeichnet. Fig.15 zeigt die zugehörige Schaltung, Die durchsichtigen Bereiche der Abdeckmasken der beiden photoelektronischen Bauelemente FH bzw. PH^ sind mit 9a und 10a bezeichnet, während die diffus durchscheinenden Bereiche die Bezeichnungen 9b bzw. 10b tragen. Die beiden den Diagonalzweig der Brückenschaltung begrenzenden Schaltungspunkte sind mit den Eingängen eines Differentialverstärkers 11 verbunden. Fig. 16 zeigt die Ausgangsspannungen an den genannten Schaltungspunkten bzw. am Ausgang des Differentialverstärkers 11. Man erkennt den Einsattelungseffekt, der durch die in Fig. 14 dargestellte optische Anordnung in Zusammenhang mit der in Fig. 15 dargestellten Schaltungsanordnung erzielt wird. Die Ausgangsspannungen Vq und V^k der aus je zwei Photowiderständen zusammengesetzten photoelektronischen Bauelemente sind in Fig. 11a bzw, in Fig. 11b dargestellt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Spannungskurven besteht darin, daß das den Einsattelungseffekt kennzeichnende lokale Minimum bei unterschiedlicher Entfernung L zwischen dem Objektiv und der jeweiligen Oberfläche des photoelektronischen Bauelements liegt. Durch die Verknüpfung der beiden Ausgangsspannungen Vp und V^i₃ in dem Differentialverstärker 11 entsteht eine Ausgangsspannung V_Q, wie sie in Fig. 16c dargestellt ist. Diese Ausgangsspannung schneidet die Abszissenachse im Punkt f, der der korrekten Scharfeinstellung entspricht. Durch die Polarität der Spannung V kann erkannt werden, ob sich die maximale Bildschärfe vor oder hinter der vorgegebenen Bildebene befindet. Ein wichtiger Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß'durch die Verknüpfung der Einzelspannungen durch einen Differentialverstärker eine wesentlich höhere Meßempfindlichkeit erzielen läßt, ein weiterer Vorteil steht darin, daß sowohl die 1/L -Komponente als auch die Gleichspannungskomponente eliminiert sind. Ein weiterer Vorteil gegenüber bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Meßgenauigkeit von Änderungen der Licht-

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intensität unabhängig ist. Infolgedessen eignet sich diese Anordnung in besonderem Maße als Meßorgan für eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen messen die einzelnen CdS-Teilwiderstände der aus je zwei Photowiderständen bestehenden photoelektronischen Bauelemente die Bildinformationen jeweils an unterschiedlichen Stellen. Dies ist jedoch unproblematisch, da der hinter dem diffusen Bereich der gemeinsamen Abdeckscheibe angeordnete CdS-Teilwiderstand lediglich zur Messung des Betrags der Lichtintensitätsänderung dient.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestattete Meßanordnung gegenüber den bekannten Meßanordnungen, die vom Einsattelungseffekt Gebrauch machen, unter anderem den insbesondere für Vorrichtungen zur Autofokussierung, d.h. zur automatischen Scharfeinstellung wichtigen Vorteil besitzt, daß die Meßempfindlichkeit bzw. -genauigkeit unabhängig von Änderungen der Lichtintensität praktisch konstant ist. Zudem arbeitet die erfindungsgemäße Meßanordnung stabiler, was unmittelbar auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß zwei CdS-Teilwiderstände auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht sind und damit eine integrale Einheit bilden, die als homogener Photowiderstand (Fig. 10) behandelt werden kann. Bei den durch den Stand der Technik bekannten Anordnungen sind hingegen die Photowiderstände und die Lastwiderstände untereinander in ihrem Temperaturverhalten und in verschiedenen elektrischen Eigenschaften jeweils sehr unterschiedlich. Die CdS-Teilwiderstände, die auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht sind, besitzen in Bezug auf ihre Temperaturabhängigkeit, die die übrigen elektrischen Eigenschaften eines CdS-Widerstandes beeinflußt, übereinstimmende Eigenschaften, so daß elektrisches

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"Gleichgewicht" und daraus resultierend ein stabiles Meßsignal gewährleistet sind. Die in Fig. 2 dargestellte Brückenschältung besitzt Vorteile, die denjenigen der in Fig. 10 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung nicht unähnlich sind, Letztere ist jedoch schaltungstechnisch und konstruktiv wesentlich einfacher ausgebildet, ferner benötigt die in Fig. 2 dargestellte Brückenschaltung zwei getrennte CdS-Phötowiderstände, deren Kennlinien unvermeidbar voneinander abweichen. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus der Tatsache, daß die gegenüber geringsten Abweichungen im Herstellungsverfahren und gegenüber den Umgebungsbedingungen äusserst empfindliche Cadmiumsulfid-Substanz jeweils für zwei Photowiderstände völlig identische Eigenschaften besitzt, wenn sie auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht sind, und die CdS-Schicht für beide Teilwiderstände dieselbe ist.

Abschliessend seien einige Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele noch einmal zusammenfassend erläutert:

Die Anordnung besitzt einen überaus einfachen Schaltungsaufbau und die Meßgenauigkeit und -empfindlichkeit sind über einen weiten Bereich der Lichtintensität praktisch konstant.

Die Anordnung eignet sich zum Einbau in vergleichsweise kompakte Apparate, z.B. in photographische Kameras, da der Raumbedarf bei Verwendung nur eines photoelektronisches Bauelements sehr gering ist.

Diejenigen Ausführungsbeispiele, bei denen nur ein aus zwei Teilwiderständen bestehendes photoelektronisches Bauelement verwendet wird, vermeiden Lichtverluste, da kein Strahlenteiler erforderlich ist.

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Infolge, der integrierten Anordnung der Photowiderstände ist das Meßsignal stabil.

Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich mit geringem Aufwand und damit sehr preiswert herstellen. Es ist selbstverständlich, daß die Meßanordnung auch zur Steuerung von Servoverstärkern oder Servomotoren und damit zum Aufbau der Vorrichtungen zur selbsttätigen Schärfeneinstellung geeignet ist.

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Claims

Patentansprüche

/Iy Anordnung zur Messung des Fokussierungszustandes in optischen Systemen, insbesondere in photographischen Kameras, mit wenigstens einem photoelektronischen Bauelement, das in vorbestimmter Relation zur Bildebene oder einer äquivalenten Ebene im bildseitigen Strahlengang des optischen Systems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die photoelektronischen Bauelemente (Fig. 6a bis 6c) je aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat (5) aufgebrachten Photowiderständen (R_CB! ^rqA^ zusammengesetzt sind, daß vor der wirksamen Oberfläche jedes dieser photoelektronischen Bauelemente eine Abdeckscheibe (8) angeordnet ist, die im Bereich (8a) des ersten (Rrg) der auf dem gemeinsamen Substrat (5) aufgebrachten Photowiderstände (Rqjj» R_Ca) durchsichtig und im Bereich (8b) des zweiten (R_CA) auf dem Substrat aufgebrachten Photowiderstände diffus durchscheinend ist und daß die Ausgangssignale dieser beiden Photowiderstände (R^i ^Rc^) einander überlagert sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten Photowiderstände (Rqd» ^qa) elektrisch miteinander in Reihe geschaltet sind und daß die an dem gemeinsamen Verbindungspunkt (C) beider Photowiderstände auftretende von Änderungen der Lichtintensität (I) unabhängige Spannung (Vq) das Ausgangssignal der Meßanordnung bildet.
3. Anordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlenteiler (2, Fig. 14) zur Erzeugung zweier konjugierter Bildebenen (f₁, f₂) vorgesehen ist und daß ein erstes aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten Photowiderständen (^RQ_a_g_a» ^Rca-Aa^

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photoelektronisches Bauelement (PH.) mit seiner wirksamen Oberfläche hinter der einen (f₂) der genannten konjugierten Bildebenen und ein weiteres aus zwei auf einem gemeinsamen Substrat (5) aufgebrachten Photowiderständen (Rp, _Bb, ^RCb-Ab^ bestehendes photoelektronisches Bauelement (PHw.) vor der zweiten Bildebene (F₁) angeordnet ist, derart daß das aus der überlagerung der Ausgangssignale (Vp , Vp, ) der beiden photoelektronischen Bauelemente (PH , PH^) resultierende Ausgangssignal (V ) Abweichungen von dem korrekten Fokussierungszustand sowohl dem Betrag als auch dem Vorzeichen nach kennzeichnet.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem gemeinsamen Substrat (5) eine Cadmiumsulfid-Schicht (6) aufgebracht ist, auf derem freier Oberfläche die Elektroden (9) der Photowiderstände angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, d ad u r cn gekennzeichnet, daß den beiden auf einem gemeinsamen Substrat (5) aufgebrachten Photowiderstände eine Elektrode (C) gemeinsam zugeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (9) der auf einem gemeinsamen Substrat (5) aufgebrachten beiden Photowiderstände die Gestalt von konzentrischen Kreisringstücken haben.
7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode (C) eine in Bezug auf die wirksame Oberfläche des photoelektronischen Bauelements symmetrische sprossenartige Struktur besitzt, in deren Zwischenräume die gabelartig ausgebildeten Gegenelektroden (H, B) hineinragen (Fig. 7).

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8, Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Trennüngslinie zwischen dem durchsichtigen Bereich (8'a) und dem diffus durchscheinenden Bereich (8'b) der Abdeckscheibe längs der Symmetrielinie der Elektrodenanordnung verläuft.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die photoelektronischen Bauelemente aus zwei auf einer Oberfläche einer Cadmiumsulfid-Schicht (6) aufgebrachten Elektrodenanordnungen (A, B) besteht und daß die gemeinsame Gegenelektrode (C) auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Cadmiumsulfidschicht (6) angeordnet ist»
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwiderstände ^^RCa-Ba» ^RCa-Aa^ ^eines ersten (PH_&) vor und die Teilwiderstände (Rqij.b]-,» ^Rcb-Ab^ ^eines zweiten (PH^) hinter äquivalenten Bildebenen angeordneten photoelektronischen Bauelementen zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt sind, daß der Diagonalzweig (Vq , Vq, ) dieser Brückenschaltung mit den beiden Eingängen eines Differentialverstärkers (11) verbunden ist, und daß das Ausgangssignal (V₀) dieses Differentialverstärkers (11), das Abweichungen von dem korrekten Fokussieruneszustand sowohl dem Betrag als auch den Vorzeichen nach kennzeichnet (Fig. 16c), das Ausgangssignal der Meßanordnung bildet.

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