DE3237040C2 - Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines Objektivs - Google Patents

Abstract

Die Scharfeinstellung eines Aufnahmeobjektivs (1) wird auf der Basis einer seitlichen Verschiebung von zwei Bildern festgestellt, die von einem ersten und zweiten, durch die rechte bzw. linke Hälfte des Aufnahmeobjektivs hindurchgelassenen Lichtstrom gebildet sind. Um den ersten und zweiten Lichtstrom voneinander zu trennen, ist eine Reihe von dreieckigen Prismen (2) vorgesehen, die jeweils eine erste und zweite Fläche haben, welche zu der optischen Achse (O) des Aufnahmeobjektivs symmetrisch unter einem kritischen Winkel ( Θ) geneigt sind, so daß einer der Lichtströme von einer der Flächen durchgelassen aber von der anderen Fläche jedes Prismas vollkommen reflektiert wird. Die von den Prismen durchgelassenen ersten und zweiten Lichtströme werden von einer Reihe von Lichtempfangselementen so aufgenommen, daß der erste und zweite Lichtstrom wahlweise von gerad zahligen bzw. ungeradzahligen Lichtempfangselementen empfangen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines Aufnahmeobjektivs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Scharfstellvorrichtung ist aus der DE-OS 30 06 244 bekannt. Dort sind als Lichtteiler sogenannte Facetten-Linsen vorgesehen, bei denen das Meßergebnis durch die maximale Öffnung des Objektivs beeinflußt wird, so daß eine Korrektur Tür Objektive unterschiedlicher Öffnung vorzusehen ist.

Aus der DE-AS 22 60 474 ist eine Scharfstelleinrichtung bekannt, bei der die Lichtteilereinrichtung in der Schärfenebene des Objektivbildes angeordnet ist.

auf ca. 42° eingestellt. Dann fallen durch die im Verhältnis zu einer sich rechtwinklig zur Zeichnung erstrecken-

den und die optische Achse O enthaltenden Ebene rechte Hälfte des Aufnahmeobjektivs 1 Lichtstrahlen auf die geneigte Fläche 3 unter Winkeln, die größer sind als der kritische Winkel, so daß ein aus diesen Lichtstrahlen bestehendes Lichtstrahlbündel von der geneig-

ten Fläche 3 vollkommen reflektiert wird. Durch die linke Hälfte des Aufnahmeobjektivs 1 hindurchtretende Lichtstrahlen fallen hingegen auf die geneigte Fläche 3 unter Winkeln, die kleiner sind als der kritische

Winkel, so daß ein aus diesen Lichtstrahlen bestehendes Lichtstrahlbündel von der geneigten Fläche 3 gebrochen wird. Wenn das Prisma 2 um 180° um die optische Achse O gedreht wird, werden d>e vom rechten bzw. linken Teil des Aufhahmeobjektivs durchgelassepen Lichtstrahlen von der geneigten Räche 3 gebrochen bzw. reflektiert. Durch Nutzung des !kritischen Winkels ist es also möglich, die durch die rechte bzw. linke Hälfte des Aufnahmeobjektivs 1 in bezug auf die rechtwinklig zur Zeichnung verlaufende, die optische Achse O enthaltende Ebene hindurchgelassenen Lichtströme stabil zu trennen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich den vorstehend erwähnten kritischen Winkel zunutze macht, werden die durch den rechten Teil (den ersten Bereich) und den linken Teil (den zweiten Bereich) des Aufnahmeobjektivs 1 hindurchgelassenen Lichtströme jeweils mittels einer Reihe von Prismen getrennt, die jweils geneigte Oberflächen haben, welche so konstruiert sind, daß diese Lichtströme unter Winkein, die entweder größer oder kleiner sind als der kritische Winkel auf die geneigten Flächen auftreffen. Dann wird mindestens ein Teil des vom Prisma abgetrennten Lichtstroms von einem Paar von Lichtempfangselementen aufgenommen.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau von Prismen sowie eine Anordnung eines Paares von Lichtempfangselementen zum Feststellen der Scharfeinstellung schematisch dargestellt. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel sind Prismen 4-1,... 4-(N-I) und 4-N in einem einzigen Körper ausgebildet, undjedes Prisma hat zwei geneigte Flächen 5-1 und 5-2, auf die die durch den ersten und zweiten Bereich hindurchgelassenen Lichtströme auftreffen. Das bedeutet, daß der vom ersten Bereich hindurchgelassene Lichtstrom (die in durchgezogenen Linien gezeigten Lichtstrahlen) auf die Fläche 5-1 unter einem kleineren Winkel als dem kritischen Winkel aber auf die Fläche 5-2 unter einem größeren Winkel als dem kritischen Winkel auftrifft. Dies Verhältnis ist für den durch den rechten Bereich hindurchgelassenen Lichtstrom (die mit gestrichelten Linien angedeuteten Lichtstrahlen) genau umgekehrt. Wie anhand des auf einen Brennpunkt α oder b auftreffenden Lichtstroms deutlich erkennbar ist, werden bei dieser Konstruktion die durch den ersten und zweiten Bereich des Aufnahmeobjektivs 1 hindurchgelassenen Lichtströme von den geneigten Flächen 5-2 bzw. 5-1 reflektiert, so daß nur der Lichtstrom des ersten Bereichs von der geneigten Fläche 5-1 hindurchgelassen wird und auch nur der Lichtstrom des zweiten Bereichs von der geneigten Fläche 5-2 hindurchgelassen wird. Wenn also eine Vielzahl von Lichtempfangselementen 6-1, 7-1 ... 6-(/V-I), 1-(N-I), 6-N, Ί-Ν in einer Reihe so angeordnet sind, daß die Lichtempfangselemente 6-1, 7-1 ... 6-N, 7-/V zu Gratlinien entsprechender Prismen i> 4-1... 4-(/V-I), 4-/V symmetrisch sind, fallt nur der vom ersten Bereich des Aufnahmeobjektivs hindurchgelassene Lichtstrom auf die Lichtempfangselemente 6-1-6-JV (erste Reihe der Lichtempfaiigselemente), und auch nur der vom zweiten Bereich durchgelassene Lichtstrom fällt auf die Lichtempfangselemente 7-1 ~ 7-/V (zweite Reihe von Lichtempfangselementen).

In Fig. 3A bis 3C ist das Verhältnis zwischen der Brennpunktlage und der Lichtstromablenkung schematisch dargestellt. Aus Gründen der Einfachheit sind in Fig. 3 A bis 3 C fünf Prismen 4-1 ~ 4-5 und fünf Lichtempfangselementpaare 6-1 ~ 6-5,7-1 ~ 7-5 gezeigt, und die durch den ersten Bereich des Aufnahmeobjektivs hindurchgelassenen Lichtströme sind mit A — E bezeichnet, während die durch den zweiten Bereich des Aufnahmeobjektivs hindurchgelassenen Lichtstrahlen mit A' ~ E' und die Brennpunkte mit a — e bezeichnet sind. Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel sind die Prismen 4-1 ~ 4-5 in der Nähe einer vorherbestimmten Brennfläche F angeordnet, die zu einer Brennebene konjugiert ist, auf der eine Abbildung eines Objektes geschaffen werden soll. Fig. 3A zeigt den Fall, daß die Brennpunkte α ~ e genau auf der Brennfläche F angeordnet sind, d. h. den Zustand der Scharfeinstellung, bei dem die Lichtstrahlen A und A',B und B'...EundE'auf die Lichtempfangselemente 6-1 bzw. 7-1,6-2 bzw. 7-2... 6-5 bzw. 7-5 auftreffen. Da in diesem Fall die Verteilung der Intensität des in die erste Reihe von Lichtempfangselementen 6-1 ~ 6-5 und die zweite Reihe von Lichtempfangselementen 7-1 ~ 7-5 einfallenden Lichts gleich ist, ist die Ausgangssignalverteilung gleich. Das bedeutet, daß die Lichtempfangselemente 6-1 und 7-1 Lichtstrahlen gleicher Stärke empfangen. Fig. 3B zeigt im Gegensatz dazu den Fall, bei dem die Brennpunkte α ~ e hinter der Reihe von Lichtempfangselementen liegen, d. h. einen vorwärtsdefokussierten Zustand, bei dem z. B. die Lichtstrahlen B und B' in die Lichtempfangselemente 6-1 bzw. 7-3 einfallen und die anderen Lichtströrre jeweils in ein gegenüber der Scharfeinstellung versetztes Lichtempfangselement einfallen. In diesem Fall ist also die Verteilung der Intensität, mit der Licht in die erste und zweite Reihe von Lichtempfangselementen einfallt, unterschiedlich, und auch die Ausgangssignalverteilung ist unterschiedlich, wie die Kurven I und II in Fig. 4 zeigen. Fig. 3C zeigt den Fall, bei dem die Brennpunkte α ~ e vor der Brennfläche F liegen, d. h. den Zustand einer Rückwärtsdefokussierung, bei dem die Lichtströme A-E und A' ~ E' in umgekehrter Richtung im Vergleich zu Fig. 3B verlagert sind. Folglich ist auch die Ausgangssignalverteilung der ersten und zweiten Reihe der Lichtempfangselemente im Vergleich zu den Kurven gemäß Fig. 4 in entgegengesetzter Richtunp versetzt. - Durch Wahrnehmung der Richtung und des Ausmaßes der relativen Verlagerung der beiden auf die Lichtempfangselemente auftreffenden geteilten Bilder läßt sich also die Richtung und das Ausmaß der Defokussierung feststellen. Ein Verfahren zum Feststellen der Scharfeinstellung soll nachfolgend näher erläutert werden. Zunächst werden die Ausgangssignaldifferenzen zwischen allen einander benachbarten Lichtempfangselementen gemessen, um Positionen M und M' für die erste und zweite Reihe der Lichtempfangselemente festzustellen, die die maximalen Ausgangssignaldifferenzen der gleichen Polarität zeigen. Dann werden die Positionen M und M', die die gleiche Polarität haben, miteinander verglichen. Die Scharfeinstellung wird danach wie folgt festgestellt: M> M' = rückwärtsdefokussierter Zustand, M<M' = vorwärtsdefokussierter Zustand und M = M'= Scharfeinstellung. Zusätzlich kann durch Berechnen von M-M' das Ausmaß der Abweichung von der Scharfeinstellung erhalten werden. Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei Feststellung von mehr als zwei maximalen Ausgangssignaldifferenzen des gleichen Wertes die kleinsten Zahlen der Positionen als Werte Tür die Portionen M und M' gewählt werden können.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Recheneinheit Tür die Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel wird die erste Reihe der Lichtempfangselemente 6, die die

Lichtempfangselemente 6-1 ~ 6-N aufweist, und die zweite Reihe Lichtempfangselemente 7, die die Lichtempfangselemente 7-1 ~ 7-N aufweist, unter Steuerung durch eine Steuerschaltung 8 angetrieben. Photoelektrisch umgewandelte Ausgangssignale derselben werden von einer Abtast/Speicherschaltung 9 gespeichert und dann der Reihe nach mittels eines A/D-Umsetzers 10 in digitale Signale umgewandelt. Die digitalen Signale werden in eine Rechenschaltung 11 eingegeben, in der Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Lichtempfangselementen der entsprechenden Reihe berechnet werden, um die Positionen M und M' derjenigen Lichtempfangselemente zu bestimmen, die Ausgangssignale erzeugen, weiche die maximale Differenz und die gleiche Polarität zeigen. Dann werden die erhaltenen Werte für M und M' nach einem Vergleich an die Steuerschaltung 8 abgegeben. Die Steuerschaltung 8 stellt die Scharfeinstellung, z. B. Vorwärtsdefokussierung, Rückwärtsdefokussierung und Scharfeinstellung entsprechend dem von der Rechenschaltung 11 gelieferten Signal fest und zeigt die festgestellte Richtung der Abweichung von der Scharfeinstellung auf einer Anzeigeeinrichtung 12 an. Im Fall einer Defokussierung wird auf der Anzeigeeinrichtung 12 zusätzlich der Betrag der Abweichung von der Scharfeinstellung angezeigt. Entsprechend den von der Anzeigeeinrichtung 12 gelieferten Informationen kann also die Scharfeinstellung von Hand oder automatisch gesteuert werden.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die vom ersten und zweiten Bereich des Aufnahmeobjektivs hindurchgelassenen Lichtströme von einem Dreiecksprisma getrennt; aber diese Trennung kann auch mit Hilfe anderer polygonaler Prismen oder eines konischen optischen Gliedes erfolgen. In diesem Fall können die genannten Lichtteiler an der gleichen Stelle wie beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet sein. Das bedeutet, daß jedes Paar von Lichtempfangselementen symmetrisch zu einem Scheitel oder einer Gratlinie angeordnet sein kann. Außerdem kann eine parallele Platte aus Glas oder Kunststoff an der Bodenfläche des Prismas angeordnet sein. In diesem Fall ist es möglich, mit Lichtempfangselementen von schmalerer Breite nur den gewünschten Lichtstrom wirksam zu empfangen.

Ferner braucht die geneigte Fläche des Prismas nicht immer unbedingt aus einer Grenzfläche zwischen dem Prisma und Luft zu bestehen, sondern kann auch als Grenzfläche zwischen Stoffen von höherer und niedrigerer Brechzahl ausgebildet sein.

Die ganze Vorrichtung hat einen einfachen Aufbau und eine kleine Größe. Da die Lichtempfangselemente für die erste und zweite Serie einstückig in einer Reihe ausgebildet sein können, können Schwankungen in der Charakteristik zwischen der ersten und zweiten Serie der Lichtempfangselemente ausgeschaltet werden, so daß die Scharfeinstellung exakt festgestellt werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines Aufnahmeobjektivs, bei der Lichtteilereinrichtungen den vom Aufnahmeobjektiv ausgehenden Lichtstrom in erste und zweite Lichtströme teilen, die von ersten und zweiten Bereichen des Objektivs ausgehen, erste und zweite Lichtempfänger die ersten und zweiten Lichtströme photoelektrisch wandeln und eine Signalverarbeitungsschaltung die elektrischen Ausgangssignale der Lichtempfänger zum Feststellen der Scharfeinstellung verarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtteilereinrichtung aus ersten und zweiten Lichtteilern besteht, die erste und zweite optische Flächen (5-1, 5-2) aufweisen, von denen jede aus eiiier Grenzfläche zwischen einem Material miv höherem Brechungsindex und einem Material mit niedrigerem Brechungsindex betrachtet in Licht-Ausbreitungsrichtung derart besteht, daß der erste Lichtstrom durch die erste optische Fläche hindurchgeht, jedoch von der zweiten optischen Fläche totalreflektiert wird, und daß der zweite Lichtstrom durch die zweite optische Fläche hindurchgeht, jedoch von der ersten optischen Fläche totalreflektiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtteilereinrichtung ein Prismenglied ist, das eine Reihe optischer Flächen hat, die abwechselnd zu den ersten und zweiten Lichtteilern gehören.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten optischen Flächen gegenübei der optischen Achse (O) symmetrisch unter einem Winkel (Θ) geneigt sind, der im wesentlichen dem kritischen Winkel für Totalreflexion entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten optischen Flächen von einem Prisma (2) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung eines Aufnahmeobjektivs der eingangs genannten Art anzugeben, die unabhängig von der Öffnung des Aufs nahmeobjektivs arbeitet

Die erfindungsgemäße Lösung ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet Die erfindungsgemäß vorgesehenen optischen Flächen lassen sich durch einfache Prismenanordnungen ίο realisieren. Da Prismen keine mit Linsen vergleichbaren Brechungseigenschaften aufweisen, fallen auch diejenigen Lichtstrahlen, die an den Randbereichen der Prismen, also im Grenzgebiet zu einem benachbarten Prisma, hindurchgehen, ebenfalls auf die zugeordneten is Lichtempfänger. Somit wird eine hohe Strahlenausbeute erreicht

Der Prozentsatz der Fläche der Austrittspupille, der für die Scharfstellung verwendet wird, kann auf nahezu 100% erhöht werden, so daß sich ein relativ großes Signal sowie ein entsprechend günstiges Signal/Rausch-Verhältnis ergibt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

fig. 1 ein Schema zur Erläuterung des Teilens eines Lichtstroms auf der Basis eines kritischen Winkels;

Fig. 2 ein Schema eines Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Feststellen der Scharfeinstellung;

Fig. 3a bis 3C Darstellungen des Verhältnisses zwisehen der Brennpunktlage und der Lichtstromablenkung für den Zustand der Scharfeinstellung, Vorwärtsfokussierung und Rückwärtsfokussierung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Ausgangssignalverteilung einer ersten und zweiten Reihe von Lichtempfangselementen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels einer Recheneinheit zum Feststellen der Scharfeinstellung.

Fig. 1 soll die Trennung eines von einer Hälfte eines Aufnahmeobjektivs ausgehenden Lichtstroms von einem von der anderen Hälfte des Aufnahmeobjektivs ausgehenden Lichtstrom erläutern. Die beiden Hälften sind längs einer Ebene geteilt, die die optische Achse

zeichnet, daß eine Vielzahl von Prismen, die jeweils des Aufnahmeobjektivs enthält. In Fig. list erkennbar eine erste und zweite optische Fläche haben, in einer 45 daß in dem an der Bildseite liegenden Raum eines Ob-Reihe angeordnet sind. jektivs, beispielsweise eines Aufnahmeobjektivs 1, ein

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Prismen einstückig in einem Körper ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen jeweils einen dreieckigen Querschnitt aufweisen.

dreieckiges Prisma 2 angeordnet ist. Eine geneigte Fläche 3 dieses Prismas 2 ist so eingestellt, daß sie sich unter einem Winkel Θ zwischen der optischen Achse O und einer Senkrechten Z zur geneigten Fläche 3 erstreckt, der dem kritischen Winkel angenähert ist. Angenommen zum Beispiel das Prisma 2 bestünde aus einem Material mit einer Brechzahl η von 1,5 und sei umgeben von Luft, dann wird der Winkel Θ