DE2722804A1

DE2722804A1 - Einrichtung zur feststellung des brennpunktes fuer eine einaeugige spiegelreflexkamera

Info

Publication number: DE2722804A1
Application number: DE19772722804
Authority: DE
Inventors: Omiya Katsuhiko; Kazuo Nakamura; Seijiro Tokutomi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1976-05-22
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-12-08
Also published as: JPS5914723B2; GB1571660A; JPS52142512A; US4180309A; DE2722804B2; DE2722804C3

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

MAXIMILIANSTRASSC 4S

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;

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:

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e(a) = M

¹IrT¹In I "·

e(b) = S ι V¹Q¹1⁼ 1¹J-I^-1J¹ -i I⁺1¹JtI^-1J^{1 +i1}

e(c) = Σ q=l

₁ i_q-y ι -1 Ij_-1-V -i I⁺1¹J₊I-¹J¹ +11

S.I W I= ⁺ I Vl-V -1 I ⁺ 1 ¹V-¹V

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.

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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:

¹Z^{7 1}V · 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 S_ß 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 S_g, 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

V " *q + 1 I ^sP^{ezifi2iert sind}<

gekoppelt sind. Wenn die Schaltergruppe SW zwischen den gemeinsamen Anschluß C und die Anschlüsse P|__w P_k/ ^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 ν_χ' - V₃, V₃ ¹ - V- ... V_n-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,

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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 I^{an 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

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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

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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

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:

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n-p I J n-p I

^£3 2 ^{+ έ}2 ⁼ 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

PAT E N YA N W Ä L Γ F. μ. GRUNECKER H. KINKELDEY DR-Hi W. STOCKMAIR OR-Ma ME tCALl BO« K. SCHUMANN OR PER NAT.- OVl-MVSl P. H. JAKOB G. BEZOLD 8 MÜNCHEN MAXIMIUANSTRASSe PH 11 664 Patentansprüche

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.

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