DE3323384A1 - Vorrichtung in einem entfernungsmesssystem - Google Patents

Description

■Die -Vorliegende Erfindung' bezieht-"sich "äiif eine Vor-^ -"V-^r ■■ -richtung nach' dem Gattungsbegriff des -"Anspruches ^;1 J"'- -~ bzw. JIe £lei<tro-ik itr Vi^ci-aTrera rails:: kan:;. Ternär

'Bei= En tferniingsmeß systemen und insbesbndereP 'bei 'Auto- ^f okuskameras-iwird oftmals -die" von "einem· entfern ten·¹" ~ "^Objekt kommende ^:und *'d'urcli "die" 'Aufnahmelirise^ der^rTCamera" 'eXn-ere'tende-'Strahlung" -in '-zwei"·Teile" -aufges'palVenV^:l)er" rerste-Teil'-der"-Strahlung'· und g"ewöhn"licherwe^:i"se" der ^c-^r iHauptteir-'der Strahlung*-verlauft?--z"u dem FiTm-'^:oder"'^rzu "der.-Elektronik einer- Videokamera; während'-der andere "⁵^-- -Teil der Strahlung auf -einen Äutofokusschaltkreis "gerichtet wird, um ein Signal für die Scharfeinstellung der-Kameralinse -zu erzeugen. Ein" System ''dieser⁷-Art kann der -US-PS 4 185 '191 entnommen werden."·-- ^r--- 2^'"-'-Ti--

Bei den bekannten Systemen ist es üblich,"" einen" teilweise '■'■> versilberten Spiegel im optischen¹- Strahlungsweg zu verwenden, um ungefähr 20% der¹ Strahlung auf -'den Autofokusschaltkreis zu werfen, während ungefähr 80% der Strahlung der Bildebene der Kamera zugeführt werden^' Es ist er-' wünscht, einen maximalen Strahlungsbetrag"der Bildebene zuzuführen und es wurden daher"Anstrengungen unternommen, die Leistung der Detektoren des Autofokussystems "durch entsprechende Formgebung zu erhöhen, so daß so viel '''■" Strahlung wie möglich in der Detektorebene" erfaßt·'wird. Gemäß der US-PS 4 230 942 können die Ecken der Detektoren abgeschnitten werden, so daß sich ihre Fläche einem Halbkreis annähert und das Strahlungsbild kann verzerrt werden, so daß es ein ovales Muster bildet;- Die Formgebung der Detektoren zwecks Anpassung an das Strahlungsbild bzw. die Veränderung des-Strahlungsbildes zur Vergrößerung der Fläche erfordert jedoch zusätzliche Mittel und führt zu Problemen bei der·Positionierung und Einstellung, da das Strahlungsbild und die Detektorpaare extrem sorgfältig aufeinander ausgerichtet werden müssen, um eine maximale Ausnutzung der empfangenen Strahlung zu erhalten. Aufgrund dieser Schwierigkeit wird gewöhnlicher-

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weise ein Kompromiß geschlossen, indem die Fläche des Strahlungsbildes vergrößert wird, so daß die Detektorpaare leicht in den Bildgrenzen angeordnet werden können. Hierbei wird jedoch zusätzliche Strahlung vergeudet und diese" Maßnahme führt dazu, daß weniger Strahlung für die Belichtung des Kamerafilms bzw, für die Schaltkreise der Videokamera zur Verfügung steht.

Bei der Verwendung von Zoomlinsen, beispielsweise in Kameras für bewegliche Bilder oder Videokameras, ergibt sich schließlich ein Problem aufgrund der Tatsache, daß der teilweise versilberte Spiegel zwischen der afokalen Zoomlinse und der Hauptlinse untergebracht werden muß. Die Länge des teilweise versilberten Spiegels erhöht hierbei in unerwünschter Weise die Länge der gesamten Zoomlinse. -"--

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich ein kompaktes System ergibt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet einen im wesentlichen vollständig reflektierenden Streifenspiegel anstelle des bekannten teilweise reflektierenden Spiegels, so daß dem Autofokusschaltkreis ein relativ schmaler länglicher Streifen des Bildes der Austrittspupille anstelle des bislang benutzten kreisförmigen Bildes zugeführt wird. Dieses Streifenbild fällt auf gleiche Teile von Detektoren eines Paares, so daß die extrem sorgfältigen Einstellungen, wie sie im Stand der Technik erforderlich sind, entfallen können. Da ferner die auf den Autofokusschaltkreis fallende Strahlung die Form eines rechteckförmigen Streifens aufweist, ist

der Betrag der vergeudeten Strahlung beträchtlich geringer, so daß in gewünschter Weise mehr Strahlung auf den Film bzw. die Elektronik der Videokamera fallen kann. Ferner müssen die Detektoren nicht langer eine bestimmte auf das kreisförmige Bild abgestimmte Formgebung aufweisen, so daß sie leichter herstellbar sind. Durch die Verwendung eines vollständig reflektierenden Streifenspiegels kann schließlich die Entfernung zwischen der afokalen Zoomlinse und der Hauptlinse in einem Zoomlinsensystem beträchtlich verringert werden, so daß die Zoomlinse insgesamt kürzer ausgestaltet werden kann.

Anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnung sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Autofokussystems unter Verwendung einer herkömmlichen Zoomlinse;

Figur 2 die Anordnung der Detektoren innerhalb des Strahlungsbildes bei der Vorrichtung gemäß Figur 1;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Autofokussystems unter Verwendung einer Zoomlinse und eines Streifenspiegels gemäß der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 die Anordnung der Detektoren in bezug auf das streifenförmige Strahlungsbild gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Figur 5 das streifenförmige Strahlungsbild gemäß der vorliegenden Erfindung und die Verwendung von entsprechend ausgebildeten Detektoren.

Figur 1 zeigt ein Zoomlinsensystem 10, welches eine Fokuslinse 12, eine afokale Zoomlinse 14 und eine Hauptlinse 16 umfaßt, die Strahlung entlang eines Weges

empfangen, der durch Pfeile 18, 20 und 22 angedeutet ist. Ein Bild wird durch die durch einen Pfeil 24 angedeutete Strahlung in einer Bildebene 26 entworfen, die die Bildebene einer Kamera für stehende oder bewegte Bilder oder die Detektorebene einer Videokamera sein kann.

Um die Fokuslinse 12 im richtigen Abstand für eine Scharfabbildung in der Filmebene 26 zu positionieren, ist in bekannter Weise ein teilweise versilberter Spiegel 30 unter einem Winkel von 45° zwischen der afokalen Zoomlinse 14 und der Hauptlinse 16 angeordnet, wodurch Strahlung entlang eines durch einen Pfeil 32 angedeuteten Weges auf eine Linse 34 geworfen wird, um danach entlang eines durch einen Pfeil 36 angedeuteten Weges auf eine Detektoranordnung 38 eines Autofokusschaltkreises 40 zu fallen. Die Ausgangssignale der Detektoren der Anordnung 38 werden über eine Leitung 4 2 dem Autofokusschaltkreis 40 zugeführt und der Autofokusschaltkreis erzeugt ein Ausgangssignal, mit welchem über eine mechanische Verbindung 44 die Fokuslinse 12 des Zoomsystems 10 in eine geeignete Position geführt wird, um das Bild in der Bildebene zu fokussieren.

Der teilweise versilberte Spiegel 30 ist gewöhnlicherweise so ausgebildet, daß genügend Strahlung von der verfügbaren Strahlung auf den Autofokusdetektor 38 fällt, um diesen betreiben zu können, während der restliche Teil der Strahlung durch die Hauptlinse hindurchtritt. Es ist aus Figur 1 erkennbar, daß die Anordnung des Spiegels 30 unter einem Winkel von zwischen der afokalen Zoomlinse 14 und der Hauptlinse 16 einen Abstand D zwischen beiden Linsen erfordert. Es ist ebenfalls bekannt, daß der Abstand D ein Minimum betragen sollte^ damit die Gesamtlänge der Zoomlinse verhältnismäßig gering ist.

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Figur 2 zeigt ein Bild 50 entsprechend der durch den Spiegel 30 und die Linse 34 auf der Detektoranordnung 38 abgebildeten Strahlung. Die Detektoranordnung 38 umfaßt mehrere Detektorpaare, von denen eines in Figur 2 durch die Bezugsziffern 52 und 54 angedeutet ist, wobei dieses Detektorpaar die Detektoren A und B umfaßt. Wie in der eingangs erwähnten US-PS 4 230 942 erläutert ist, sind die Detektoren A und B entsprechend geformt, so daß sie in das kreisförmige Bild 50 passen und entsprechend große Ausgangssignale liefern. Die Detektoren besitzen gemäß Figur 2 zusammen die Form eines Achtecks, so daß sie das kreisförmige Bild 50 ziemlich gut ausfüllen. Um große Schwierigkeiten bei der Ausrichtung des Systems zu vermeiden, ist jedoch das Bild 50 etwas größer als die Fläche der Detektoren A und B und der schraffierte Bereich innerhalb der Kreisfläche 50 entspricht daher einer Strahlung, die vergeudet und durch die Detektoren A und B nicht verwendet wird. Es ist erwünscht, den Betrag der vergeudeten Strahlung auf ein Minimum zu begrenzen, da hierdurch der Betrag der Strahlung vergrößert wird, der gemäß Figur 1 von der afokalen Zoomlinse 14 zu der Hauptlinse 16 geführt werden kann.

Gemäß Figur 3 besitzt eine erfindungsgemäße Zoomlinse 60 ebenfalls eine Fokuslinse 62, eine afokale Zoomlinse 64 und eine Hauptlinse 66, wie dies auch in Figur 1 der Fall war, um Strahlung von einem entfernten Objekt entlang eines Weges,der durch Pfeile 68, 70, 72 und 74 veranschaulicht ist, zu einer Detektorebene 76 zu führen, die die Filmebene einer Kamera für stehende oder bewegliche Bilder oder die Detektorebene einer Videokamera sein kann.

In Figur 3 ist ein schmaler im wesentlichen vollständig reflektierender Streifenspiegel 80 anstelle des großen teilweise versilberten Spiegels 30 in Figur 1 angeordnet. Der Streifenspiegel 80 besitzt eine rechteckige

Form und seine Längsabmessung erstreckt sich in die Zeichenebene. Von dem Spiegel 80 wird Strahlung nach unten entlang eines durch einen Pfeil 82 veranschaulichten Weges auf eine Linse 84 geworfen und fällt entlang eines durch den Pfeil 86 veranschaulichten Weges auf eine Detektoranordnung 88, wie dies auch in Figur 1 der Fall war. Die Detektoranordnung 88 besteht wie die Anordnung 38 in Figur 1 aus mehreren Detektorpaaren, welche Ausgangssignale für einen Autofokusschaltkreis 90 erzeugen, die diesem über eine Leitung 92 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Autofokusschaltkreises 90 wirkt über eine mechanische Verbindung 94 auf die Fokuslinse 62 ein, um diese in der richtigen Stellung zu positionieren, so daß sie ein scharfes Bild in der Detektorebene 76 entwirft. Es sei darauf verwiesen, daß der Abstand D' zwischen der afokalen Zoomlinse 6 4 und der Hauptlinse 66 in Figur 3 beträchtlich kleiner als der Abstand D in Figur 1 ist. Dieser Vorteil ergibt sich, da der Spiegel nunmehr einen sehr viel geringeren Platz zwischen der afokalen Zoomlinse 64 und der Hauptlinse 66 beansprucht, so daß diese beiden Linsen naher aneinander liegen können.

Da der Spiegel im wesentlichen totalreflektierend ist, gelangt kein auf den Spiegel 80 fallendes Licht zu der Hauptlinse 66 aber das gesamte Licht um den Spiegel 80 wird der Hauptlinse 66 zugeführt. Es ist erkennbar, daß durch Vorgabe der Größe des totalreflektierenden Spiegels 80 der Prozentsatz des Lichtes einstellbar ist, der nach unten auf die Detektoren des Autofokussystems geworfen wird, wobei das restliche Licht der Hauptlinse 66 zugeführt wird. Wenn beispielsweise 20% des von dem entfernten Objekt kommenden Lichtes den Autofokusdetektoren zugeführt werden soll, so wird der Streifenspiegel 80 so ausgebildet, daß er 20% der Querschnittfläche zwischen der Zoomlinse 64 und der Hauptlinse 66 ausfüllt. Die Lageeinstellung der Detektoren in bezug auf das durch den Spiegel 80 übertragene Strahlungsbild

ist ferner weniger kritisch und es wird weniger Strahlung vergeudet. Dementsprechend kann der Autofokusschaltkreis gegenüber der Anordnung gemäß Figur 1 mit einem geringeren Betrag an Licht betrieben werden, so daß der Betrag des der Hauptlinse 66 zugeführten Lichtes erhöht wird.

Figur 4 zeigt die Detektoren A und B, wie sie in Figur verwendet werden und die mit den Bezugszeichen 102 und 104 versehen sind. Das Bild der durch den Spiegel 80 reflektierten Strahlung ist gemäß Figur 4 durch einen rechteckigen Streifen 106 vorgegeben, der sich über den zentralen Teil der Detektoren A und B erstreckt. Es ist erkennbar, daß das Bild des rechteckförmigen Streifens 106 zwischen die abgeschnittenen Ecken der Detektoren A und B fällt, wobei in Figur 4 der Eckenabstand mit L bezeichnet ist. Die einzige Forderung, die daher zu erfüllen ist, damit die Detektoren A und B den geeigneten

Strahlungsbetrag zugeführt erhalten, ist die,daß das Bild des rechteckförmigen Streifens 106 innerhalb des Abstandes L liegt. Die Einstellschwierigkeiten werden hierbei ersichtlich verringert. Während in Figur 4 die Strahlungsfläche, der die Detektoren A und B ausgesetzt sind, geringer ist als in Figur 2, ist der Betrag der empfangenen Strahlung ebensogroß oder größer, da der Spiegel 80 in Figur 3 totalreflektierend ist, während der Spiegel 30 in Figur 1 nur etwa 20% der Strahlung reflektiert. Ferner ist aus Figur 4 erkennbar, daß der schraffierte Bereich, der die vergeudete Strahlung veranschaulicht, nunmehr beträchtlich gegenüber Figur 2 vermindert wurde und daß daher mehr Strahlung gegenüber Figur 1 auf die Hauptlinse 66 in Figur 3 fallen kann.

Figur 5 zeigt die gleiche Anordnung wie in Figur 4 mit der Ausnahme, daß die Detektoren A und B nunmehr selbst eine quadratische bzw. rechteckförmige Form aufweisen, wobei diese Form leichter als die Achteckform gemäß

Figur 4 herzustellen ist. Bei der Ausgestaltung gemäß Figur 5 empfangen die Detektoren weiterhin den gleichen Strahlungsbetrag wie die Detektoren in Figur 4 und der Betrag der verlorenen Strahlung ist der gleiche, wobei jedoch die gesamte Anordnung leichter herzustellen ist.

Claims (7)

HONEYWELL INC. 27. Juni 1983 Honeywell Plaza, " M6009970 DE Minneapolis, Minn. USA Hz/ep Vorrichtung in einem Entfernungsmeßsystem ·■ Patentansprüche:

1. Vorrichtung in einem Entfernungsmeßsystem mit einer beweglichen Linse zum Richten von Strahlung von einem entfernten Objekt entlang eines ersten optischen Weges zu einer Bildebene, wobei die Strahlung an einem vorbestimmten Ort entlang des ersten optischen Weges einen bestimmten Querschnitt aufweist, gekennzeichnet durch eine Reflektoreinrichtung (80) an dem vorbestimmten Ort zur im wesentlichen Totalreflektion eines vorbestimmten Teiles der Strahlung entlang eines zweiten optischen Weges (82, 86) und durch eine Strahlungsdetektoreinrichtung (88) in dem zweiten optischen Weg zur Bildung eines Ausgangssignales entsprechend der Entfernung des Objektes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durch eine an die Strahlungsdetek'toreinrichtung (88) angeschlossene Autofokussiereinrichtung (90) zum Antrieb der beweglichen Linse (62).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdetektoreinrichtung ein Paar Strahlungsdetektoren (102, 104) mit einer ersten Fläche aufweist und daß die Reflektoreinrichtung (80) ein Strahlungsband erzeugt, das auf beide Detektoren fällt und eine zweite Fläche abdeckt, die kleiner als die erste Fläche ist.

... — - - ·^ν" ·■' - 33233Ö4

4. Vorrichtung., nach Anspruch 3, dadurch g e _;k e η η ζ e i c h η e t , daß die Reflektoreinrichtung aus einem Streifenspiegel (80) besteht, dessen Länge größer als seine Breite ist, wodurch das Strahlungsband

• · im wesentlichen ein Rechteck bildet, dessen Länge groß ^ -.•rtr.v.ie'i, V¹Sa aVss-z Ai\M.v-'jx:z& ^v"C;i":·-. ''aZ'^- ^::'.~?,d v-jjn-gat

genug ist, um sich über beide Detektoren zu erstrecken, ,-ur^a-L^ucr für αν* K-zixoh-ryx.u -..-^s- .^.•.'a^ra:.■:·:.in;-s ^^"c. .--ir und dessen.Breite geringer,als die Breite der Detektoren

5. Vorrichtung nach Anspruch J, d a d u r c h g e -

k e η η ζ e .1 .c,h η et , daß die bewegliche linse (62) Teil einer ,Zoomlinse (64, 66) bildet." _<

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 'dadurch gekennzeichnet , daß sich der vorbestimmte.Ort zwischen der afokalen Linse (64) und der Hauptlinse (66) der Zoomlinse befindet.

7. Vorrichtuiig nach Anspruch 6, dadurch -jekennzeichnet, daß die Zoomlinse (62-66) Teil

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