DE2722804A1 - Einrichtung zur feststellung des brennpunktes fuer eine einaeugige spiegelreflexkamera - Google Patents
Einrichtung zur feststellung des brennpunktes fuer eine einaeugige spiegelreflexkameraInfo
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
PATENfANWALTP A. GRÜNECKER
WL-IHQ
H. KINKELDEY
cn-Μα
-Μ- 2722804 W· STOCKMAlR
en-Μα - MCiCKUKi*
K. SCHUMANN P. H. JAKOB
(VL-MS
G. BEZOLD
8 MÜNCHEN
20. Mai 1977 PH 11 664
ASAHI KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA
No. 36-9» Maeno-cho 2-chome, Itabashi-ku, Tokyo, Japan
Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige Spiegelreflexkamera
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige Spiegelreflexkamera, bei
der die Abbildung eines Objektes mit Hilfe von zwei Keiltyp-Prismen so in zwei Teile oder Hälften geteilt wird,
daß die beiden Halbbilder voneinander verschoben sind und sich ihre relative Verschiebung in Abhängigkeit von der
Scharfeinstellung des Objektes ändert.
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TELEFON <OSi> 23 SS öi TELE* Uo-St*SBO TELEGHiMME MONAPtT
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, bei denen die Feststellung des Brennpunktes bzw. die Scharfeinstellung
unter Ausnutzung von Änderungen des Kontrastes, der Raumfrequenz und der Lichtmenge eines scharf eingestellten
Objektes durchgeführt wird. Die meisten dieser herkömmlichen Verfahren sind jedoch nicht für einäugige
Spiegelreflexkameras geeignet, da die Feststelleinrichtung sehr empfindlich gegen mechanische Schwingungen ist,
zu groß ist und einen zu empfindlichen Aufbau hat.
Darüber hinaus ist es sehr schwierig, die Scharfeinstellung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Weiterhin ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Abbildung eines Objektes mit Hilfe von Keil-Prismen
so in zv/ei Teile oder Halbbilder aufgeteilt wird, daß die beiden Halbbilder in entgegengesetzte
Richtungen zueinander verschoben werden; die Scharfeinstellung bzw. die Feststellung des Brennpunktes wird
anhand von Änderungen in der relativen Verschiebung der beiden Halbbilder durchgeführt. Bei diesen herkömmlichen
Verfahren muß jedoch die Abbildung des Objektes scharf und klar sein, und zwar auch sogar dann, wenn das Objekt
nicht scharf eingestellt ist. Um also die notwendige Bildklarheit zu erhalten, muß diese Einrichtung sehr
groß sein, so daß auch sie nicht für einäugige Spiegelreflexkameras
geeignet ist.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes zu schaffen,
bei der sowohl die Kontrast-Feststellungsmethode als auch die Bild-Ausrichtungsmethode ausgenutzt wird. Insbesondere
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ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige
Spiegelreflexkamera zu schaffen, die eine geringe Größe und eine hohe Genauigkeit hat sowie die Feststellung des
Brennpunktes für ein Objekt durchführen kann, deren Helligkeit relativ gering ist.
Die Erfindung schafft also eine Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige Spiegelreflexkamera,
bei der ein Paar Keil-Prismen an einer Stelle angeordnet sind, die optisch der des Films in einer einäugigen Spiegelreflexkamera
äquivalent ist; das Licht von dem Objekt wird auf die Prismen durch einen Spiegel oder ein ähnliches
Element gerichtet. Die Prismen spalten die Abbildung des Objektes in zwei Hälften auf, die auf eine zweireihige
Anordnung von dünnen Fotozellen oder ähnlichen Elementen projiziert werden, so daß sowohl die relative seitliche
Verschiebung zv/ischen den Bildhälften als auch ihr Kontrastwert eine Funktion der korrekten Scharfeinstellung
der Abbildung sind. Die zuletzt erwähnte GröBe wird festgestellt, indem die Ausgangssignale von jeweils
paarweise geschalteten, seitlich zueinander versetzt angeordneten Fotozellen in den beiden Reihen subtraktiv
oder differentiell verglichen werden, wobei die Paarbildung in beiden Richtungen durchgeführt wird. Das Ausgangs-Summationssignal
zeigt einen leicht feststellbaren scharfen Peak, wenn das Objekt richtig scharf eingestellt
ist, wodurch die automatische Feststellung des Brennpunktes bzw. der Scharfeinstellung möglich wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen
Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm eines optischen Systems für eine einäugige
Spiegelreflexkamera gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 die Anordnung einer Gruppe von Fotozellen;
Fig. 3(a) bis-(e) die Hälften des Objektbildes, die bei
verschiedenen Zuständen der Scharfeinstellung auf die Gruppe von Fotozellen projiziert werden;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangssignale einer herkömmlichen Einrichtung zur Feststellung
des Brennpunktes;
Fig. 5 eine entsprechende graphische Darstellung für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltungsanordnung
für die Feststellung des Brennpunktes;
Fig. 7 ein Verbindungsdiagramm für eine Gruppe von jeweils
zu Paaren geschalteten Fotodioden;
Fig. 8 ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs für eine Ausführungsform
des Bildfühlers;
Fig. 9 ein Blockdiagramm einer Verarbeitungsschaltung
für die Ausgangssignale der Bildfühler nach Figur 8;
Fig. 10 ein Diagramm eines optischen Systems für eine einäugige
Spiegelreflexkamera gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 11(a) bis (f) Objektbild-Hälften, die bei verschiedenen
Zuständen der Scharfeinstellung auf die Fotozellengruppe der Ausführungsform nach Figur IO projiziert
werden;
Fig. 12 ein Diagramm eines optischen Systems gemäß einer dritten Ausfühnungsform der Erfindung; und
Fig. 13 das Objektbild, das auf die Fotozellengruppe nach Figur 12 projiziert wird, wenn das Objekt scharf
eingestellt ist.
Figur.1 zeigt den Aufbau des optischen Systems einer einäugigen
Spiegelreflexkamera, die mit einer Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes nach der vorliegenden
Erfindung versehen ist; im einzelnen sind dabei dargestellt: Ein Objekt 1 bzw. 1'; ein Linsengruppe 2 der
Kamera; ein total reflektierender Spiegel 3, der in
seinem mittleren Bereich einen Halbspiegelabschnitt 3' aufweist; einen total reflektierenden Spiegel 4; eine Brennpunktplatte 5; und eine Kondensorlinse 6. Weiterhin sind zu erkennen: Ein Pentaprisma 7; ein Okular 8; das Auge eines Fotografen 9; ein Film 10; zwei keilförmige Prismen und II1, die in bezug auf den Film 10 an optisch äquivalenten Stellen angeordnet sind und einander entgegengesetzt geneigte Neigungen bzw. Schrägflächen haben; eine Zwischenfläche oder Grenzlinie 12, an der die
beiden Prismen 11 und II1 einander berühren; eine Linse 13, um die Abbildung des Objektes 1, I1 auf eine Gruppe 14 von Wandlerelementen zu richten, die aus Paaren von winzigen Fotozellen d. bis d und d. ' bis d ' besteht;
Kamera; ein total reflektierender Spiegel 3, der in
seinem mittleren Bereich einen Halbspiegelabschnitt 3' aufweist; einen total reflektierenden Spiegel 4; eine Brennpunktplatte 5; und eine Kondensorlinse 6. Weiterhin sind zu erkennen: Ein Pentaprisma 7; ein Okular 8; das Auge eines Fotografen 9; ein Film 10; zwei keilförmige Prismen und II1, die in bezug auf den Film 10 an optisch äquivalenten Stellen angeordnet sind und einander entgegengesetzt geneigte Neigungen bzw. Schrägflächen haben; eine Zwischenfläche oder Grenzlinie 12, an der die
beiden Prismen 11 und II1 einander berühren; eine Linse 13, um die Abbildung des Objektes 1, I1 auf eine Gruppe 14 von Wandlerelementen zu richten, die aus Paaren von winzigen Fotozellen d. bis d und d. ' bis d ' besteht;
l η l η
und eine Schaltung 15 zur Feststellung des Brennpunktes
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(die im einzelnen in Figur 6 dargestellt ist) zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Fotozellen.
Figur 2 zeigt Einzelheiten der Gruppe 14 von Wandlerelementen. Die Licht empfangenden Oberflächen der Fotozellen d^ bis d
und d ' bis d ', die gleiche elektrische Eigenschaften bzw. Kennlinien und Lichtempfangsflächen haben, sind symmetrisch
in bezug auf eine Mittellinie 12' angeordnet. Die Bezugszeichen i. bis i und i,' bis i ' bezeichnen die Ausgangs-1
η 1 η
signale der Fotozellen d. bis d bzw. d. ' bis d ', die
proportional zu der Lichtmenge oder Intensität der einfallenden Lichtstrahlenbündel bzw. Büschel sind.
Figur 3 zeigt verschiedene Zustände der Abbildungen 16 und 16' des Objektes, die durch die Linse 2, die beiden Keil-Prismen
11 und 11' und die Projektionslinse 13 auf die Gruppe 14 von Wandlerelementen projiziert werden. Bei der
Darstellung nach den Figuren 3(a), (b), (d) und (e) ist die Abbildung des Objektes nicht richtig scharf eingestellt.
Die relative Abweichung in Figur 3(a) ist größer als die in Figur 3(b), und die relative Abweichung in
Figur 3 (e) ist größer als die in Figur 3(d). Die Verformung bzw. Deformation und relative Verschiebung der
Bildhälften zeigt also an, wie stark die Abweichung von der Scharfeinstellung ist. Bei der Darstellung in Figur
3(c) ist die Abbildung richtig scharf eingestellt.
Hie sich aus Figur 3 ergibt, wird das Objekt optisch in zwei Teile aufgeteilt, das heißt, das obere Objekt 1 und
das untere Objekt 1', während die Abbildung des Objektes ebenfalls in eine obere Abbildung 16 und eine untere Abbildung
16' aufgeteilt wird, die dem oberen bzv/. unteren
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AO -
Objekt entsprechen. Die Mittellinie 12· entspricht optisch
der Grenzlinie 12 zwischen den beiden Keil-Prismen 11 und 11'
Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgangssignale für die Feststellung des Brennpunktes bei einem herkömmlichen
Verfahren, während Figur 5 eine ähnliche Darstellung für die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
zeigt.
Figur 6 zeigt ein Blockdiagramm der in Figur 1 angedeuteten Schaltung 15 zur Feststellung des Brennpunktes, die ein
Subtrahierglied 17, eine Absolutwertschaltung 18, einen Integrator 19, ein Verknüpfungsglied 20 und einen Komparator
21 aufweist. Wenn die korrekte Scharfeinstellung vorliegt, wird eine Anzeigeeinrichtung 22, wie beispielsweise eine
lichtemittierende Diode (LED) erregt. Die gesamte Schaltung wird durch eine Stauereinheit 23 gesteuert.
Im folgenden soll die Funktionsweise deser ersten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 erläutert werden.
Wie sich aus Figur 1 ergibt, verläuft das Licht des Objektes 1, 1* durch das Objektiv 2 und wird dann an dem Spiegel 3
reflektiert/wodurch die Abbildung des Objektes auf der Brennpunktplatte 5 erzeugt wird. Das Licht von dieser Abbildung
verläuft durch die Kondensorlinse, das Penta-Prisma
7 und das Okular 8 zu dem Auge 9 des Fotografen. Gleichzeitig verläuft das Licht von dem Objekt durch den
Halbspiegel 31 und wird dann im Spiegel 4 reflektiert,
um eine Abbildung des Objektes in der Nähe der beiden Keil-Prismen 11 und II1 zu erzeugen, deren Positionen
optisch äquivalent zu der Lage des Films 10 sind. Diese
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Abbildung wird durch die Prismen in obere und untere Hälften aufgeteilt, wie oben beschrieben wurde; die beiden
Hälften werden in einander entgegengesetzten Richtungen verschoben und durch die Linse 13 auf die Gruppe 14
von Wandlerelementen projiziert.
Wenn die Abbildung an einer Stelle Q fokussiert ist, die optisch äquivalent zu der Lage des Films 10 ist, so ist
die relative Verschiebung aufgrund der Prismen 11 und II1
Null; das bedeutet also, daß keine Verschiebung der Halbbilder an der Gruppe 14 von Wandlerelementen erzeugt wird.
Die Zustände der Bilder 16 und 16' an der Gruppe 14 von
Wandlerelementensollen im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben werden, wobei η die Zahl der Fotozellen
in jeder Reihe der Gruppe angibt.
Es soll angenommen werden, daß das Objektiv 2 nur in eine Richtung von einer nicht scharf eingestellten Lage (entweder
zu weit oder zu nah) durch eine fokussierte Lage und weiter zu einer nicht scharf eingestellten Lage an
dem anderen Extremwert bewegt wird. Wenn das Objektiv 2 zu Beginn nicht scharf eingestellt ist, werden die Abbildungen
16 und 16* in Figur 3(a) relativ weit voneinander längs der Mittellinie 12' durch die beiden Prismen
verschoben, so daß die Klarheit und der Kontrast der Bildhälften relativ gering ist. Die Bildhälften werden
auf die Fotozellen d^ , d^+ j» d m_i und d m projiziert.
Wenn das Objektiv 2 bewegt wird, so nimmt die Bildklarheit und der Kontrast zu, während die relative Verschiebung
der beiden Hälften abnimmt. Dieser Zustand ist in Figur 3(b)
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dargestellt, wobei die Abbildungen auf die Fotozellen d._x und d.+1 projiziert werden.
Wenn das Objektiv 2 weiterbewegt wird, wird es schließlich auf das Objekt scharf eingestellt, wie in Figur 3(c)
dargestellt ist, wobei der Bildkontrast maximal und die relative Verschiebung Null sind. In diesem Fall werden die
Abbildungen auf die Fotozellen cL· und d.1 projiziert.
Wenn das Objektiv noch weiterbewegt wird, so verläßt es die Lage für die Scharfeinstellung wieder, wie in den
Figuren 3(d) und (e) dargestellt ist, wobei die Richtung der relativen Bildverschiebung entgegengesetzt zu der ist,
die in den Figuren 3(a) und (b) angedeutet ist.
Im folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, mit dem der Zustand der Scharfeinstellung der beiden Bildhaften
elektrisch festgestellt werden kann.
Wenn die Breiten der Fotozellen in der Gruppe 14 relativ klein und die relative Verschiebung der Bildhälften 16
und 16' Null sind, so kann man davon ausgehen, daß gleiche Lichtbündel bzw. Lichtbüschel auf ein einziges Paar von
einander gegenüber angeordneten Fotozellen fallen. Wenn also das Objektiv auf das Objekt scharf eingestellt ist,
wird der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen des Paars von Fotozellen Null.
Die Summe der Ausgangssignal-Differenzen der Gruppe von Fotozellen-Paaren bei den Zuständen nach den Figuren 3(a)
bis (e) kann durch die Größen £ (a) bis £ (e) durch folgende Formeln angegeben werden:
- 10 -
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e(a) = M
1IrT1In I "·
e(b) = S ι V1Q11= 11J-I-1J1 -i I+11JtI-1J1 +i1
e(c) = Σ q=l
1 iq-y ι -1 Ij-1-V -i I+11J+I-1J1 +11
Die Ausgangssignal-Differenz der oben nicht erwähnten Fotozellen (die Fotozellen, auf die kein Licht fällt) ist Null;
deshalb gilt:
£ (a) - 6 (b) · 6 (d) · £ (e)
> £ (C) Mit anderen Worten wird das Ausgangssignal
ε.- ε μ, -ν Ι
q=l
Null oder erreicht ein Minimum, wenn das Objekt scharf eingestellt wird; die Feststellung des Brennpunktes kann also
durchgeführt werden, indem dieses Ausgangssignal festgestellt wird.
- 11 -
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In der Praxis kann jedoch das subtraktive Ausgangssignal der Gruppe im scharf eingestellten Zustand aufgrund von
Fluktuationen bzw. Schwankungen in den Kennlinien der Fotozelle nie Null werden, sondern einen Wert £ ^£o^°)
annehmen. Weiterhin gilt in dem Fall der Figuren 3(a) und (e), bei denen die Abbildung unklar und der Kontrast gering
sind, die folgende Beziehung:
1Z7 1V · 1Xa · m ' 1T-1T ·*· 1S ' 1S
Dementsprechend wird die Größenbeziehung zwischen £ (c) und S (a) · £ (e) unklar, so daß in diesem Fall die
Feststellung des Brennpunktes sehr schwierig wird.
Die Änderung des Feststellungsausgangssignals £ wird durch die Kurve P. in Figur 4 angedeutet, wobei für
die Fälle der Figuren 3(b) und (d) das Ausgangssignal maximal wird, weil der Kontrast hoch ist und die Abbildungen
einen relativ großen Abstand voneinander haben. Die Brennpunktstellungen (a), (b), (c), (d) und (e) in
Figur 4 entsprechen den in Figur 3 gezeigten.
Nun soll der Fall beträchtet werden, bei dem die Feststellung
des Brennpunktes durch Messung der Änderung des Kontrastes erfolgt. In diesem Fall kann das Feststellungsausgangssignal
£. durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:
n-1 ι ι n-1
q=l q q + * * q*l
Wenn das Objektiv auf das Objekt scharf eingestellt ist, wird der maximale Wert erhalten. Die Kuve P, in Figur
zeigt die Änderungen des Feststellungs-Ausgangssignals £,
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an; dieser Kurve läßt sich entnehmen, daß der maximale Wert bei der Lage (c) für die korrekte Scharfeinstellung
liegt.
Bei dem zuerst erwähnten Feststellungsverfahren werden also die Abbildungen 16 und 16 · unRlar und das Fest Stellungs-Ausgangs
signal für die Figuren 3(a), (c), und (e) können
nicht voneinander unterschieden werden, wenn das Objektiv die Lage für die Scharfeinstellung verläßt. Um diese
Schwierigkeit zu überwinden, wird eine kompliziertere Schaltung benötigt. Um außerdem die Klarheit der Abbildungen
16 und 16* beizubehalten, muß die Größe der Feststelleinrichtung erhöht werden. Dies sind die wesentlichen
Nachteile des zuerst erwähnten, herkömmlichen Feststellungsverfahrens.
Obwohl bei den zuletzt erwähnten herkömmlichen Verfahren die Klarheit der Abbildung nicht aufrecht erhalten werden
muß, nimmt der Wirkungsgrad der Feststellung für ein Objekt mit geringer Helligkeit oder geringer Beleuchtung
wesentlich ab. Dies ist der wesentliche Nachteil des zuletzt erwähnten herkömmlichen Verfahrens.
Im folgenden soll ein Verfahren zur Feststellung des Brennpunktes nach der vorliegenden Erfindung beschrieben
werden, bei dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden.
Wenn die Abbildungen 16 und 16* die geeignete Klarheit
haben, so beträgt die Summe £ _ der Ausgangssignal-Differenzen
der paarweise geschalteten Fotozellen, die durch P Spalten voneinander in der Gruppe getrennt sind:
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n-p ι ι η-ρ
J I l £
n-p ι ι
oder £· = £ I i · - i I
Dabei ist P= 1, 2, 3, ..., η-1, während q die Elementzahl
einer Fotozelle ist. Die Änderungen der Feststellungs-Ausgangssignale £~ unc* 69' *n bezug au^ ^ie Lage des
Brennpunktes sind durch die Kurven h. und h- in Figur
dargestellt.
Im folgenden sollen die Änderungen der Kurve h. beschrieben
werden. In der Brennpunktstellung S. in Figur 5 ist das Objektiv vollständig aus der Lage für die Scharfeinstellung
herausbewegt worden. In diesem Falle ist der Kontrast sehr gering, so daß i = i ' gilt, wobei
1 ^ q ^ n~P ist. Das Feststellungs-Ausgangssignal
β 2 nähert sich also Null. In der Brennpunktlage S2
wird das Objektiv näher zu der Lage für die Scharfeinstellung heranbewegt. In diesem Fall wird der Kontrast
höher, so daß sich eine Ausgangssignal-Differenz aufgrund der relativen Verschiebung ergibt. Dementsprechend
nimmt das Feststellungs-Ausgangssignal £, _ auf einen
ersten Spitzenwert zu.
In der Stellung S3 befindet sich das Objektiv sehr viel
näher bei der Scharfeinstellung. Der Kontrast ist nun viel höher; das Feststellungs-Ausgangssignal £. nähert
sich jedoch Null, wenn sich die relative Verschiebung der Abbildung in ähnlicher Weise Null nähert.
In der Stellung S. ist das Objektiv auf das Objekt fokussiert. In diesem Fall ist der Kontrast maximal,
und die tatsächliche oder wahre relative Verschiebung
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der Abbildungen wird Null. Da die Ausgangssignaldifferenz
der zu Paaren geschalteten Fotozellen unter dieser Bedingung P^ 1 ist, kann man jedoch davon ausgehen,
daß sich eine äquivalente relative Verschiebung der Abbildungen ergibt. Das Feststellungs-Ausgangssignal £
erreicht deshalb einen Maximalwert.
In der Stellung S5 hat sich das Objektiv an der Lage für
die korrekte Scharfeinstellung vorbeibewegt, wodurch der Kontrast wieder abnimmt und eine gewisse relative Verschiebung
der Abbildungen beobachtet wird. Das Feststellungs-Ausgangssignal £ 2 ist etwas niedriger als
das in der Stellung S4.
In den Stellungen Sß und S- wird das Objektiv weiter
aus der Lage für die Einstellung bewegt, wodurch der Kontrast v/eiter abnimmt und die relative Verschiebung
der Abbildungen zunimmt. Das Feststellungs-Ausgangssignal £ 2 nimmt also weiter ab.
Wie sich aus den Gleichungen für £2 und £,' ablesen
läßt, sind die Kurven h. und h2 symmetrisch in bezug
auf die Lage S. für die korrekte Scharfeinstellung. Mit anderen Worten entsprechen die Lagen S. bis S7 der Kurve
h. jeweils den Lagen S7 bis S der Kurve h2·
Das zusammengesetzte Ausgangssignal des Feststellungs-Ausgangs signals £ 2 (Kurve h.) und des Feststellungs-Ausgangssignals
£-' (Kurve h2) ist durch die Kurve h,
in Figur 5 gezeigt. Dieses zusammengesetzte Feststellungs-Ausgangssignal £ j wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung als Ausgangssignal für die Feststellung
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des Brennpunktes verwendet. Mit anderen Worten erhält die Kurve in der Nähe der Lage S4 für den korrekten
Brennpunkt bei der Feststellung von
- £2+ e2' - J I v1«. I
einen scharfen Peak bzw. eine scharfe Spitze, so daß die Genauigkeit der Feststellung des Brennpunktes dementsprechend
sehr hoch ist. Diese Feststellung kann auch für ein Objekt mit sehr geringer Helligkeit durchgeführt
werden, wobei der Abstand zwischen den Lagen S- und Sg, in denen das Signal abfällt, bei Bedarf variiert
werden kann, indem der Wert für P in geeigneter Weise ausgewählt wird. Darüber hinaus ist die Bildklarheit
nur zwischen den Lagen S, und S_ erforderlich. Der optische Abstand von den beiden Keilprismen 11. und
II1 zu der Gruppe 14 von Viandlerelementen kann also
sehr kurz gemacht werden, wodurch sich die Einrichtung einfach miniaturisieren läßt.
Wenn P=I ist, wird die Differenz zwischen den Ausgangssignalen
der beiden Fotozellen erhalten, die in schräger oder diagonaler Richtung nebeneinander liegen. Deshalb
wird das Glied n-p der -2 auf der linken Seite der oben
angegebenen Gleichung für die Feststellung des Brennpunktes n-1, wodurch die schmalen Fotozellen maximal
genutzt werden. Zusätzlich wird für P=I der Bereich der erforderlichen Bildklarheit minimal, so daß der
Wert Eins für P bevorzugt wird. Wenn nur ein Teil der Fotozellen-Anordnung oder -Gruppe benutzt wird, beispielsweise
die Fotozellen g bis m, so gilt:
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mi ι m
I I
wobei m-g > ρ ist. In diesem Fall läßt sich die gleiche
Wirkung erhalten; die Genauigkeit der Feststellung wird jedoch durch die Größe der Licht empfangenden Oberflächen
und die Zahl der verwendeten Zellen beeinflußt.
Die Feststellungsschaltung 15 nach Figur 1 soll im folgenden unter Bezugnahme auf das in Figur 6 gezeigte
Blockdiagramm beschrieben werden. Die Schaltung 15 verarbeitet die Ausgangs signale i. bis i und i. · bis
i ' der Fotozellen in der Gruppe 14, die proportional zu den einfallenden Lichtbündeln sind. Die Differenz
zwischen den verschiedenen Ausgangssignalen der Fotozellen werden durch das Subtrahierglied 17 erhalten;
das Ausgangssignal für die Feststellung des Brennpunktes wird mit Hilfe der Absolutwertschaltung 18 und
der Integrationsschaltung 19 gewonnen. Der Zeitpunkt, bei dem korrekte Fokussierung vorliegt, wird über den
Komparator 21 durch die LED 22 angezeigt.
Die Steuereinheit 23 steuert die Schaltung der Fotozellen, um die Ausgangssignal-Differenzen zwischen
n-p |ti n-p
^ ■ J1 I VVp I und «*" - J1
zu liefern; außerdem steuert diese Einheit das Verknüpfungsglied 20, das die Integrationsschaltung 19
zurückstellt und das Ausgangs signal £_ für die Feststellung des Brennpunktes zu dem Komparator 21 führt.
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Das subtraktive Eingangssignal £ des Komparators 21 hat
einen Wert, wie er in Figur 5 dargestellt ist. Durch geeignete Auswahl dieses Wertes kann der Bereich der Anzeige
in bezug auf die korrekte Fokussierung gesteuert werden. Wenn die Bewegung des Objektivs 2 von Hand durchgeführt
wird, und wenn diese Bewegung durch eine Anzeigeeinheit, wie beispielsweise eine LED festgestellt wird, so kann
sie als Einrichtung zur Feststellung des Brennpunktes benutzt werden. Wenn das Objektiv 2 durch einen Elektromotor
angetrieben wird, so kann das Ausgangssignal des Komparators 21 als Stopsignal für die Antriebsschaltung
des Motors eingesetzt werden, so daß sich eine automatische Feststellung des Brennpunktes für eine einäugige
Spiegelreflexkamera und andere Kameras ergibt, da diese Einrichtung sehr klein ist und äußerst exakt
arbeitet.
Die Figuren 7 und 8 beziehen sich auf Ausführungsformen,
bei denen Gruppen von Fotodioden für die zu Paaren geschalteten Fotozellen in der Gruppe 14 von Wandlerelementen
verwendet werden; dabei werden Bildfühler, wie beispielsweise ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD)oder
Eimerketten-Schaltungen (BBD) eingesetzt, welche Abbildungen in elektrische Signale umwandeln und die
elektrische Signale in eine Impulsfolge umsetzen, die den Abbildungen entspricht.
Wie in Figur 7 dargestellt ist, sind die Anoden der zu Paaren geschalteten Dioden auf einer Seite der Gruppe
und die Kathoden der Fotodioden auf der anderen Seite mit einem gemeinsamen Anschluß C verbunden, während die
Kathoden der Fotodioden auf einer Seite und die Anoden
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der Fotodioden auf der anderen Seite durch eine Gruppe von
Schaltern SW so geschaltet sind, daß die Fotodioden, die durch die Feststellungsgleichung £ .. =£2 + ^ 2' =
n-p q=l
n-p
gekoppelt sind. Wenn die Schaltergruppe SW zwischen den gemeinsamen Anschluß C und die Anschlüsse P|__w Pk/ ^u+1 ··■
der Fotodioden geschaltet ist, wie durch die durchgezogenen Linien angedeutet ist, so werden Ausgangssignale
(i. .-I.') · (i, -i, ' ).,. erhalten, die den Differenzen
zwischen den einfallenden Lichtmengen entsprechen. Wenn andererseits die Schaltergruppe so geschaltet ist, wie
es durch die gestrichelten Linien angedeutet wird, so werden Ausgangssignale (i,-i. ' ,) * (i,,, -ii-1) ···
K K — 1 K+X K
erhalten.
In Figur 7 ist das ρ in (n-p) der Σ 1; es kann jedoch
eine beliebige ganze Zahl sein, wenn ρ < η ist. Die spezifischen Merkmale dieses Verfahrens liegen darin,
daß der Feststellungsbereich breiter und die Lichtempfangsoberfläche größer v/erden, so daß die Feststellung des
Brennpunktes bei geringer Beleuchtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die Lichtempfangsoberflächen der Fotodiode^ sind so angeordnet,
wie es in Figur 2 dargestellt ist; die Schaltergruppe SW wird durch die in Figur 6 gezeigte Schaltung
23 gesteuert, um dem Subtrahierglied 17 ein vorher bestimmtes Ausgangssignal zuzuführen.
Figur 8 bezieht sin auf die Verwendung eines Paars von
Bildfühlern, wobei 8(a) die Taktimpulsfolge für ihren
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Antrieb und 8(b) einen Startimpuls für einen Bildfühler
zeigen, der eine zeitlich abgestimmte Abtastung ermöglicht. Das Videosignal ist in Figur 8(c) dargestellt; 8(d) zeigt
den Startimpuls zu den anderen Bildfühlern in dem Paar,
und sein Videosignal ist in Figur 8(e) dargestellt. Figur 8(f) zeigt die Ausgangswellenform, die das Videosignal
(e) minus Videosignal (c) dargestellt.
Die Wellenformen von Figur 8 beziehen sich auf das Feststellungs-Ausgangssignal
n-1 ι
wobei P=I und V1-V und V.' - V ' den Strom-Ausgangssignalen
i. - i bzw. i ' - i ' entsprechen.
Eine Schaltung zur Verarbeitung der Ausgangssignale der oben beschriebenen Bildfühler ist in Figur 9 dargestellt.
Die Taktimpulse zum Treiben der Fühler 14' und 14" werden durch eine Antriebsschaltung 24 erzeugt;
eine Auslöse- bzw. Triggerschaltung 25 legt Startimpulse an die jeweiligen Fühler zu geeigneten Zeitintervallen
an, um zeitlich abgestimmte Ausgangs-Wellenformen V. - V
und V ' - V · zu erhalten. Diese Ausgangssignale werden
an einen Differenzverstärker 26 angelegt, um eine Ausgangs-Differenzwellenform
νχ' - V3, V3 1 - V- ... Vn-1 - V
zu erhalten, wie in Figur 8(f) dargestellt ist.
n-1 f J
Um das Feststellungs-Ausgangssignal £ 3 = Σ Ι ^σ~^ 'χι 1
zu erhalten, werden in geeigneter Weise (umgekehrt) zeit lich abgestimmte Startimpulse durch die Triggerschaltung
25 angelegt, um Ausgangs-Differenzwellenformen V1 - V3 1,
- 20 -
709849/0940
V0 - V ' ... V - V · zu erhalten. In ähnlicher V7eise i 3 n—l η
wie im Fall von Figur 6 wird das Ausgangssignal für die Feststellung des Brennpunktes £ 3 = £ 2' + £ _ =
ν" Vi I+ |!) vq ■ v+i Ian aie
wertschaltung 18, den Integrator 19 usw. angelegt, um
schließlich das Ausgangssignal der Schaltung zu erhalten, wie es durch die LED 22 angedeutet wird.
Auch hier ist wieder die Anordnung der Licht empfangenden Oberflächen die gleiche vie in Figur 2 dargestellt, und
die Antriebsschaltung 24 und die Triggerschaltung 25 werden durch die Steuereinheit 23 gesteuert.
Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die Startimpulse für den Wert von P und die Feststellungs-Ausgangssignale £ - und t ~' leicht erzeugt
werden können; außerdem ist die Schaltungsanordnung relativ einfach, well die Schältergruppe SW nach Figur
7 nicht erforderlich ist ; und schließlich werden die Ausgangssignal-Differenzen der vorher bestimmten Paare
von Bildfühlern in einer zeitlich abgestimmten Folge erzeugt.
Ein geringer Nachteil dieser Bildfühler liegt jedoch darin, daß ihr Signal/Rauschen-Verhältnis relativ gering
ist, so daß Ausgangssignale für einfallende Lichtbündel über einen weiten Bereich nicht unter Verwendung der
gleichen Antriebsfrequenz erhalten werden können. Deshalb sollte die Schwingungsfrequenz der Antriebsschaltung 24 in Figur 9 in Abhängigkeit von der Intensität
der Beleuchtung eines Objektes variiert werden; dies
- 21 -
709849/0940
kann unter Verwendung des Ausgangssignals eines Belichtungsmessers
durchgeführt werden, der in die Kammera eingebaut ist und dessen Signal zur Steuerung der Frequenzänderung
verwendet wird.
Wenn weiterhin die Ausgangssignale, die den einfallenden Lichtbüscheln entsprechen, durch die Gruppe 14 von fotoelektrischen
Wandlerelementen logarithmisch komprimiert werden, läßt sich die Feststellung des Brennpunktes über
einen weiten Bereich der Objekthelligkeit erreichen.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung soll im folgenden
unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 13 beschrieben werden.
Figur 10 zeigt den Aufbau des optischen Systems einer einäugigen Spiegelreflexkamera, das im allgemeinen äquivalent
zu dem in Figur 1 gezeigten System ist; der Unterschied liegt nur darin, daß die Gruppe 14 von Wandlerelementen
(statt der Prismen 11, II1) an einer Stelle angeordnet
ist, die optisch äquivalent der Lage des Films IO ist; die Projektion der Objektabbildung 1, I1 wird nur durch
das Objektiv 2 erreicht. Die Abbildungen 16" und 16"' des Objektes werden relativ zueinander in einander entgegengesetzten
Richtungen durch die beiden Keilprismen 11 und II1 verschoben, die zwischen dem Objektiv 2 und der Gruppe
14 angeordnet sind.
Die Figuren 11 (a) bis (f) zeigen die verschiedenen Zustände der Abbildungen 16" und 16"', die auf die Gruppe
14 projiziert werden; um die Darstellung übersichtlich zu gestalten, sind nur acht Paare von fotoelektrischen
- 22 -
709849/0940
- 1Λ -
Wandlerelementen dargestellt worden. Die Figuren 11(a) bis
(e) zeigen die Scharfeinstellzustände der Abbildungen an, die den in den Figuren 3(a) bis (e) dargestellten entsprechen,
wobei 11 (c) die Lage für die korrekte Fokussierung zeigt. Wie sich aus einem Vergleich mit Figur 3 ergibt,
ist jedoch ihre relative Verschiebung nicht Null und sie fallen auf die Fotozellen d. und d ' ,da die Abbildungen
des Objektes 1, I1 nicht auf die beiden Keilprismen 11 und
II1 fokussiert sind. Eine solche relative Verschiebung
in dem Zustand für die korrekte Scharfeinstellung wird durch den vertikalen Winkel der beiden Keilprismen und
dem optischen Abstand zwischen ihnen und der Gruppe 14 von Fotozellen bestimmt, wobei der Bildkontrast selbstverständlich
maximal ist. Wenn die Fotozellen elektrisch so zu Paaren geschaltet sind, daß die relative elektrische
Verschiebung der Abbildungen 16" und 16'" in der korrekten Fokussiersteilung (c) Null ist, so wird die Ausgangssignal-Differenz
dj^ - d2', ... d. - d ' , .... d^ - dg1
näherungsweise Null sein.
Wenn angenommen wird, daß die relative Verschiebung der Abbildungen in Figur 11 (c) Z ist, (Z = 1 in dem dargestellten
Beispiel), dann wird das oben unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschriebene Ausgangssignal
die Feststellung des Brennpunktes £ ^ = E0 + £9' =
i ' -i
q q+p-z
q q+p-z
n-p-z ι ι n-p-z
£ 1I£
Wenn die Fotozellenreihen um Z verschoben werden, wie in
Figur 11 (f) dargestellt ist, dann läßt sich die gleiche Wirkung erhalten, und die Ausgangsgleichung wird wieder:
- 23 -
709849/0ΉΠ
n-p I J n-p I
£3 2 + έ2 = 2 j V1V+P I + ^1 j V'S+P
Die Vorteile dieser Anordnung sind, daß man auf die proj!zierende Linse 13 verzichten kann, so daß die Einrichtung
noch viel kleiner wird. Die Größe kann noch weiter verringert werden, indem die Fotozellengruppe 14 im nahen
Kontakt mit den beiden Prismen angeordnet wird; in diesem Fall wird die optische Justierung viel einfacher.
Bei dieser Ausführungform können selbstverständlich
die Fotozellen durch Fotodioden oder Bildfühler ersetzt werden, wie oben beschrieben wurde.
Das Konzept der vorliegenden Erfindung kann auch durch eine Anordnung ausgenutzt werden, wie sie in Figur 12
dargestellt ist; dabei sind die beiden Prismen getrennt angeordnet, und d\e Objektabbildung wird durch einen
Halbspiegel 27 in zwei Teile aufgeteilt.
Figur 13 zeigt die Objektabbildung auf einer eindimensionalen Fotozellengruppe 28 und 28', wenn das Objektiv korrekt
scharf eingestellt ist; es läßt sich erkennen, daß die Abbildung zwischen den Fotozellen d. und d ' einen maximalen
Kontrast und eine relative Verschiebung Null hat.
Die spezifischen Einzelheiten der Steuerschaltungen 23 in den Figuren 6 und 9 sind nicht erläutert worden, um die
Beschreibung möglichst kurz zu halten; außerdem bilden diese Einzelheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung
und sind nicht notwendig, um das Konzept der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zu verstehen; der Aufbau
dieser Schaltung kann je nach Bedarf ausgewählt werden.
- Patentansprüche -
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Leerseite
Claims (8)
1. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung
einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera mit zwei entgegengesetzt zueinander geneigten
Keilprismen, mit einer zweireihigen Anordnung von fotoelektrischen Wandlerelementen, die optisch jenseits der Prismen angeordnet sind, und mit einer Einrichtung,
welche die Lichtstrahlen von einem fotografischen Objekt auf die Prismen richtet, wobei die Prismen die
Objektabbildung in zwei Hälften aufteilen, deren relative seitliche Verschiebung auf den Elementreihen der Gruppe
und deren Kontrastwert eine Funktion der korrekten Scharfeinstellung der Abbildung sind, gekennzeichnet
durch eine Einrichtung für den differenziellen Vergleich der Ausgangssignale von paarweise zueinander
geschalteten, seitlich versetzten Elementen in den beiden Gruppenreihen, wobei die paarweise geschalteten Elemente
seitlich in zwei entgegengesetzten Richtungen
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TELEFOlM (OaOt 23I=CI TELEX
ORIGINAL INSPECTED
2722304
parallel zu den Gruppenreihen um gleiche Strecken versetzt
sind, durch eine Einrichtung zur Summierung der Resultate der differenziellen Vergleiche und durch eine Einrichtung,
die feststellt, wenn die summierten Resultate einen vorher bestimmten Schwellenwert übersteigen, der die korrekte
Scharfeinstellung der Abbildung anzeigt.
2. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11') an einer Stelle angeordnet sind, die
optisch äquivalent zu der Oberfläche des Films (10) ist.
3. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe (14) an einer Stelle angeordnet ist,
die optisch äquivalent zu der Lage der Filmoberfläche ist.
4. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlerelemente
Fotodioden sind.
5. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlerelemente
selbstabtastende Bildfühler sind.
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6. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die differenziell vergleichende Einrichtung
eine Einrichtung zur Erzeugung von Abtaststartimpulsen für die jeweiligen Gruppenreihen enthält, die zeitlich
um eine Strecke verschoben sind, die äquivalent zu der seitlichen Versetzung der zu Paaren geschalteten Elemente
ist.
7. Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung einer Abbildung für eine einäugige Spiegelreflexkamera
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (11, 11') im Kontakt mit
der Gruppe (14) angeordnet sind.
709849/0940
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