DE3709709C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Projektion von Licht auf ein Objekt für die Ermittlung des Scharfeinstellzustandes eines optischen Systems mit einer gemusterten Fläche, die durch eine Projektionslinse auf das Objekt abgebildet wird.

Es gibt zwei Hauptmöglichkeiten für eine automatische Entfernungseinstellung zur Verwendung bei einer photographischen Vorrichtung der gegenwärtigen Generation. Solche automatischen Scharfeinstell-Vorrichtungen arbeiten aktiv oder passiv. Im aktiven System werden infrarote Lichtstrahlen oder Ultraschall auf die Szene oder das abzubildende Objekt projiziert. Die erhaltenen reflektierten Lichtstrahlen bzw. die reflektierten Ultraschall-Wellen werden empfangen und dazu verwendet, den Abstand zum Objekt zu berechnen. Ein Problem bei dieser Arbeitsweise besteht darin, daß der Bereich, in welchem Abstandsmessung erfolgen kann, im wesentlichen durch den maximalen Abstand begrenzt ist, der durch Infrarotlicht oder Ultraschallwellen erfaßt werden kann. Daher erfolgt eine automatische Entfernungseinstellung bei Spiegelreflexkameras mit einem einzigen Objektiv und bei anderen photographischen Vorrichtungen, die Linsen großer Brennweite oder Linsen kleiner Brennweite aufweisen, hauptsächlich mittels der passiven Systems, bei welchem verfügbares Umgebungslicht ausgenutzt wird, um eine direkte Bildfeststellung zu erzielen.

Eine passive automatische Entfernungsfeststellung bei Kameras erfolgt meisten mittels des Korrelationsverfahrens. Gemäß diesem Verfahren wird ein Paar von Lichtempfangseinrichtungen (beispielsweise CCD-Einrichtungen, d. h. ladungsgekoppelte Einrichtungen) verwendet, deren jede eine Mehrzahl von Lichtempfangsbereichen hat. Durch Vergleichen eines photoelektrischen Ausgangssignals eines Lichtempfangsbereiches in einer Einrichtung mit dem Ausgangssignal eines entsprechenden Lichtempfangsbereichs in der anderen Einrichtung wird der Punkt, an welchem die größte Übereinstimmung oder Anpassung zwischen den beiden Ausgangssignalen auftritt, festgestellt und als richtiger Scharfeinstellpunkt verwendet. Dieses Korrelationsverfahren ist jedoch für eine Entfernungsfeststellung bei dunklen Lichtverhältnissen nicht sehr geeignet, weil eine relativ kleine Lichtmenge von der Szene durch die Lichtaufnahmeeinrichtungen empfangen wird. Dieses Verfahren erfordert daher gute Lichtverhältnisse und gute Kontrastbedingungen. Dieses Verfahren versagt daher dann, wenn die Szene dunkel ist oder einen geringen Kontrast hat.

Dieses Problem könnte gelöst werden durch Bestrahlen des Objektes mit Hilfslicht aus der Richtung der Kamera. Wenn jedoch das Hilfslicht einfach von einer Stelle nahe der optischen Achse der Abbildungslinsen in der Kamera projiziert wird, fällt das Hilfslicht rechtwinklig auf das Objekt und wird vom Objekt reflektiert. Es erzeugt eine starke Spiegelreflexionskomponente oder Hautreflexionskomponente, die zur Kamera zurückkehrt und den Kontrast des Objektes verringert.

Das Hilfslicht sollte keine Überstrahlung bei der Person in der Szene hervorrufen. Daher hat es im allgemeinen eine relativ große Wellenlänge (beispielsweise 700 nm) für welches das menschliche Auge praktisch unempfindlich ist. Jedoch wird die Erscheinung geringen Kontrastes gemäß vorstehender Beschreibung ausgeprägt, wenn das Objekt mit Hilfslicht großer Wellenlänge beleuchtet wird. Um dieses Problem zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, ein Muster von alternierenden hellen und dunklen vertikalen Linien zu projizieren, um einen Kontrast für das Objekt zu schaffen. Daher sind hilfslichtprojizierende Vorrichtungen, die gegenwärtig im Gebrauch sind, derart gestaltet, daß sie bewußt einen Kontrast für das Objekt schaffen, indem ein gestreiftes Muster auf das Objekt projiziert wird.

Ein Beispiel eines Systems, welches nach diesem Prinzip arbeitet ist aus der US-PS 42 55 029 bekannt. Ein solches System ist zur Verdeutlichung der Problematik in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt. Das in diesen Figuren dargestellte System soll für eine Kamera verwendet werden, die mit einem TTL-Mechanismus für automatische Scharfeinstellung oder Entfernungseinstellung ausgerüstet ist sowie mit einer Abbildungslinse 10, die auch als Linse in der Vorrichtung zur Ermittlung des Scharfeinstellzustandes dient.

Die Abbildungslinse 10 und eine Projektionslinse 11 sind derart angeordnet, daß die optische Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 10 parallel zur optischen Achse l₁-l₂ der Projektionslinse 11 verläuft. Eine gemusterte Fläche 12, die in einer Richtung rechtwinklig zur optischen Achse l₁-l₂ angeordnet ist, ist nach oben versetzt, und zwar um ein vorbestimmtes Ausmaß mit Bezug auf die Achse l₁-l₂.

Eine nicht dargestellte Lichtquelle ist hinter der gemusterten Fläche 12 angeordnet, und Licht, welches von dieser Quelle kommt, verläuft durch die gemusterte Fläche 12 und die Projektionslinse 11, um ein gemustertes Bild 13 an der Stelle C₁ auf der optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 10 zu bilden. In Fig. 1 ist eine Filmfläche 14 hinter der Abbildungslinse 10 angeordnet.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung erzeugt ein scharf eingestelltes gemustertes Bild 13, wenn das Objekt sich innerhalb eines sehr kleinen Entfernungsbereiches befindet, der die Stelle C₁ einschließt. Wenn jedoch das Objekt sich außerhalb dieses Bereiches befindet, wird lediglich ein verschwommenes gemustertes Bild 13 erzeugt. Der erforderliche Kontrast kann dem Objekt nicht erteilt werden. Im Hinblick darauf, den scharfen Bereich des gemusterten Bildes 13 auszudehnen, kann die Blendenzahl des Projektionsobjektivs 11 vergrößert werden derart, daß eine größere Schärfentiefe erhalten wird. Jedoch wird in diesem Fall die für das gemusterte Bild 13 verfügbare Lichtmenge sehr stark verringert, so daß sich Beschränkungen des Bereiches ergeben, in welchem eine richtige Scharfeinstellung erzielt werden kann.

Ein anderes Problem des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Systems besteht darin, daß der Abstand zwischen den optischen Achsen l₁-l₂ und L₁-L₂ eine Parallaxe erzeugt und zwar aufgrund der Entfernung von dem Objekt. Als Ergebnis ist der tatsächliche Scharfeinstellbereich dieses Systems begrenzt auf den kleineren der nachstehend angegebenen Bereiche, die durch den Bereich, der durch die Musterabmessungen begrenzt ist, und den Bereich gebildet sind, der durch die Schärfentiefe begrenzt ist.

Eine andere Vorrichtung mit der Projektion eines gestreiften Musters ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. In diese Vorrichtung sind die Projektionslinse 11 und die Abbildungslinse 10 derart angeordnet, daß die optische Achse l₁-l₂ der Projektionslinse 11 die optische Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse an einer Stelle C₁ auf der abbildenden optischen Achse L₁-L₂ kreuzt. Die gemusterte Fläche 12 ist derart angeordnet, daß sie die optische Achse l₁-l₂ im rechten Winkel kreuzt, so daß ein gemustertes Bild 13 schräg zur abbildenden optischen Achse L₁-L₂ an der Stelle C₁ gebildet wird. Diese Vorrichtung schafft einen etwas größeren Scharfeinstellbereich als das System gemäß den Fig. 1 und 2. Es hat jedoch noch den Nachteil, daß außerhalb dieses Scharfeinstellbereiches eine verschwommene Abbildung des gemusterten Bildes 13 erfolgt.

Daher werden bei einer gegenwärtigen im Handel verfügbaren aktuellen Vorrichtung zwei Einheiten des hilfslichtprojizierenden Systems gemäß Fig. 1 zusammen verwendet, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Bei dieser Ausführung geht Licht, welches von einer nicht dargestellten Lichtquelle ausgeht, durch die gemusterte Fläche 12 und die Projektionslinse 11 hindurch, um ein gemustertes Bild 13 an der Stelle C₁ auf der abbildenden optischen Achse L₁-L₂ zu bilden, während Licht, welches von einer anderen nicht dargestellten Lichtquelle kommt, durch eine andere gemusterte Fläche 12′ und eine Projektionslinse 11′ hindurchgeht, um ein zweites gemustertes Bild 13′ an einer anderen Stelle C₂ auf der abbildenden optischen Achse L₁-L₂ zu bilden.

Dieses handelsübliche System hat den Vorteil, daß der Scharfbereich in gewissem Ausmaß ausgedehnt werden kann, während eine wirksame Parallaxenkompensation stattfindet. Jedoch bietet sogar diese Vorrichtung keine vollständige Lösung für die obengenannten Probleme. Der mögliche Scharfbereich ist auf den Bereich innerhalb der Schärfentiefen von C₁ und C₂ liegt. begrenzt. Außerdem ist keine kompakte Vorrichtung möglich, da es erforderlich ist, zwei Projektoreinheiten in beispielsweise einer Blitzlicht-Zusatzvorrichtung einzubauen statt in das Kameragehäuse selbst.

Eine TTL-aktive Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung oder Entfernungseinstellung, welche an eine TV Zoomlinse angepaßt ist, ist auf Seite 457 (47) von Kogaku (Optics), 10, 6, dargestellt, veröffentlicht in "Meeting on Optics", Gesellschaft angewandter Physik von Japan, Dezember 1981. In dieser Vorrichtung wird Hilfslicht über eine Abbildungslinse projiziert und ein großer Scharfeinstellbereich geschaffen. Es erfordert jedoch, daß eine Abbildungs-Scharfeinstellinse, die auf die Abbildungslinse abgestimmt ist, vor der Lichtaussendeeinrichtung und der Lichtempfangseinrichtung angeordnet ist. Daher kann dieses System nicht bequem für eine Kamera mit einem einzigen Reflexobjektiv angepaßt werden, die bei ihrem Betrieb bequemes Auswechseln der Linse erfordert.

Die vorliegende Erfindung ist verwirklicht worden, um die vorgenannten Probleme des Standes der Technik zu lösen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung zur Projektion von Licht auf ein Objekt für die Ermittlung des Scharfeinstellzustandes eines optischen Systems mit einer gemusterten Fläche, die durch eine Projektionslinse auf das Objekt abgebildet wird, in einfacher Weise unter Einbeziehung der gemusterten Fläche bei kontrastarmen Objekten zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gemusterte Fläche zur optischen Achse der Projektionslinse so geneigt ist, daß die gemusterte Fläche innerhalb eines vorgegebenen sich entlang der optischen Achse des optischen Systems erstreckenden Entfernungsbereiches scharf abgebildet wird.

Durch diese Maßnahme ist der Vorteil gegeben, daß mit Hilfe einer einzigen gemusterten Fläche aufgrund ihrer vorgegebenen Neigung eine scharfe Abbildung dieser gemusterten Fläche hervorgerufen wird, welche innerhalb des vorgegebenen Entfernungsbereiches scharf abgebildet ist. Aufgrund dessen können kontrastarme Objekte mit entsprechendem Kontrast versehen werden, so, daß innerhalb des vorgebenen Entfernungsbereiches eine Scharfeinstellung des optischen Systems möglich ist.

Auch ist es vorteilhaft, daß diese Vorrichtung geringe Abmessungen aufweisen kann und daher in einfacher Weise in das Gehäuse einer photographischen Vorrichtung, beispielsweise einer photographischen Kamera eingebaut werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Im folgenden werden die Figuren beschrieben, von denen die Fig. 1 bis 5 Darstellungen von bekannten Vorrichtungen zur Ermittlung der Scharfeinstellung mit Hilfe von Hilfslicht sind, während die Fig. 6 bis 14 Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten bekannten optischen Systems,

Fig. 2 eine Ansicht des gleichen optischen Systems,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten bekannten optischen Systems,

Fig. 4 eine Ansicht des gleichen optischen Systems,

Fig. 5 eine Ansicht eines dritten bekannten optischen Systems, welches bei dem dritten Beispiel verwendet wird,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Konfiguration des optischen Systems, welches bei einer Ausführungsform einer hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für eine automatische Scharfeinstellzustands-Ermittlung gemäß der Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 eine Ansicht des gleichen optischen Systems,

Fig. 8 ein Blockdiagramm der wesentlichen Merkmale des Systems zur automatischen Ermittlung des Scharfeinstellzustandes

Fig. 9 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Ansicht des grundsätzlichen Musters, welches an der in Fig. 6 dargestellten gemusterten Fläche gebildet werden soll,

Fig. 10 eine Seitenansicht von verschiedenen Gestaltungsparametern des optischen Systems gemäß Fig. 6,

Fig. 11 eine schaubildliche Ansicht, die Abwandlungen der Auslegung des optischen Systems gemäß Fig. 6 zeigt,

Fig. 12 eine Seitenansicht der Konfiguration eines optischen Systems einer hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für die Ermittlung des Scharfeinstellzustandes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 13 eine schaubildliche Ansicht der in Fig. 12 dargestellten lichtaussendenden Einrichtung, und

Fig. 14 eine Draufsicht der Strahlungsfläche der gleichen lichtaussendenden Einrichtung.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Konfiguration eines optischen Systems in einer hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für die Feststellung des Scharfeinstellzustandes gemäß einer Ausführungsform des ersten Merkmales der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung soll bei einer Kamera angewendet werden, die mit einem TTL-System für eine automatische Scharfeinstellung ausgerüstet ist.

In diesen Figuren ist eine Abbildungslinse 1 in der Kamera vorgesehen. Damit das Abbild eines nicht dargestellten Objektes auf einer Filmfläche 2 scharf abgebildet wird, kann die Abbildungslinse 1 von der Position, die mit einer ausgezogenen Linie angegeben ist, in eine Position bewegt werden, die entweder durch die strichpunktierte Linie oder die gestrichelte Linie dargestellt ist, und zwar beim Ansprechen auf das Ergebnis der Entfernungsfeststellung.

Die Abbildungslinse 1 dient weiterhin als Linse in dem Entfernungsfeststellungssystem derart, daß ein Teil des von dem Objekt ausgehenden Lichtes, welches durch die Linse 1 hindurchgeht, durch einen schwenkbaren Spiegel 20, der in Fig. 8 dargestellt ist, in eine Scharfeinstellvorrichtung 22 a reflektiert wird, die nach einer Vielzahl von Prinzipien zur Scharfeinstellung arbeiten kann, beispielsweise mittels der Feststellung des Kontrastes oder mittels der Feststellung einer Phasendifferenz. Ein Beispiel wurde im einleitenden Abschnitt der Beschreibung im einzelnen beschrieben. Der Ausgang der Scharfeinstellvorrichtung 22 a wird durch einen Linsenantriebsstromkreis 24 a benutzt, um die Abbildungslinse 1 entlang der abbildenden optischen Achse L₁-L₂ zu verschieben, um die Abbildungslinse 1 mit Bezug auf das Objekt in die Scharfeinstellung zu bringen.

Oberhalb der Abbildungslinse 1 ist gemäß Fig. 6 eine optische Projektionseinheit 3 dargestellt, die eine hilfslichtprojizierende Vorrichtung für Scharfeinstellung darstellt. Die optische Einheit 3 ist ein einheitliches Gebilde aus einer Projektionslinse 4, einer gemusterten Fläche 5 und einer nicht dargestellten Lichtquelle. Die Gestaltung und die Anordnung der einzelnen Komponenten der optischen Einheit 3 werden später beschrieben. Zunächst ist festzustellen, daß die Projektionslinse 4 derart angeordnet ist, daß ihre optische Achse l₁-l₂ zur optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 schräg verläuft, wobei die beiden optischen Achsen sich an einer Stelle C₁ schneiden. Die gemusterte Fläche 5, deren lichtübertragende Teile das Licht von der Lichtquelle diffus leiten, liegt zu einer Ebene 4 a geneigt, die durch die Projektionslinse 4 hindurchgeht und die deren optische Achse l₁-l₂ im rechten Winkel schneidet. Die optische Projektionseinheit 3 bildet allgemein ein optisches Kippsystem. Es ist allgemein bekannt, daß, wenn eine Objektebene mit Bezug auf eine Ebene durch eine Linse, die deren optische Achse schneidet, geneigt verläuft, die erhaltene Bildebene mit Bezug auf die Objektebene räumlich geneigt liegt. Daher ist auch in der lichtprojizierenden optischen Einheit 3 eine gemusterte Bildebene 5′, die eine konjugierte Fläche mit Bezug auf die gemusterte Fläche 5 ist, in räumlich schräggeneigter Weise gebildet (d. h. sie wird scharf eingestellt) mit Bezug auf die gemusterte Fläche 5, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Abbildungslinse 1 derart angeordnet, daß ihre optische Achse L₁-L₂ teilweise in der Ebene 5′ des gemusterten Bildes liegt. Demgemäß schneidet die Verlängerung der Ebene 4 a, welche die optische Achse l₁-l₂ der Projektionslinse in einem rechten Winkel kreuzt, die Verlängerung der gemusterten Fläche 5 an einer Stelle C₀, die auf der optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 liegt.

Die gemusterte Fläche 5 ist mit einem Muster von abwechselnd transparenten oder lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Linien ausgebildet, die sich mit Bezug auf die optischen Achsen über ihre Flächen in Längsrichtung erstrecken. Das Muster hat eine unregelmäßige oder nicht periodische Teilung. Ein Teil dieser gemusterten Fläche 5 ist in Fig. 9 in vergrößertem Maßstab dargestellt, zusammen mit den Abmessungen der verschiedenen transparenten (unschraffierten) und lichtundurchlässigen (schraffierten) Linien.

Licht, welches aus der Lichtquelle austritt, die hinter der gemusterten Fläche 5 angeordnet ist, geht durch die gemusterte Fläche 5 hindurch. Die Bilder von Punkten P₁ bis P₄ auf der gemusterten Fläche 5 werden an entsprchenden Punkten P₁′ bis P₄′ auf der Ebene 5′ des gemusterten Bildes derart gebildet, daß das Muster von abwechselnden klaren und dunklen oder undurchlässigen Linien in der Fläche 5 auf der Ebene 5′ in einer Richtung parallel zur abbildenden optischen Achse L₁-L₂ ausgerichtet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform projiziert die Lichtquelle beispielsweise Rotlicht, für welches das menschliche Auge praktisch unempfindlich ist.

Drei Gestaltungsabmessungen S₁, S₂ und S₃ und zwei Winkel R₁ und R₂ für die Komponenten der projizierenden optischen Einheit 3 sind in Fig. 10 angegeben.

Der Winkel R₁ ist die relative Neigung der beiden optischen Achsen l₁-l₂ und L₁-L₂, und der Winkel R₂ ist die Neigung der gemusterten Fläche 5 mit Bezug auf die Projektionslinse 4. Die Abmessung S₁ ist die Stelle des Schnittpunktes der beiden optischen Achsen l₁-l₂ und L₁-L₂, und die Abmessungen S₂ und S₃ bestimmen die Längsgrenzen der Ebene des gemusterten Bildes 5 und stellen demgemäß die Grenzen des automatischen Scharfeinstellmechanismus der Erfindung dar. Die Gestaltungsabmessungen und die Winkel können die nachstehend angegebenen Werte haben unter der Annahme eines Wertes von 8 mm für die Brennweite (f) der Projektionslinse 4.

S₁|= 1,668 m
S₂	= 1 m
S₃	= 5 m
R₁	= 2,2°
R₁	= 7,3°

Wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Objekt in der Ebene 5′ des gemusterten Bildes liegt, kann immer ein scharfes gemustertes Bild guten Kontrastes projiziert werden, unabhängig von der Entfernung des Objektes.

Die Ebene 5′ des gemusterten Bildes kann vergrößert werden durch Vergrößern der Größe der gemusterten Fläche 5. Wenn ihre Größe vergrößert wird und hellere Beleuchtung durch die Lichtquelle geschaffen ist, kann der Bereich der Scharfeinstellung ausgedehnt werden auf den weitest entfernt liegenden Punkt, der von der Feststellkapazität der optischen Einheit 3 aus zulässig ist.

Die Scharfeinstellung ist, unabhängig davon, ob sie durch das aktive oder das passive Verfahren erzielt wird, nur auf einen Teil des Bildbereiches gerichtet, der allgemein als Entfernungsmeß- oder Scharfeinstellzone bezeichnet wird. Bei der betrachteten Ausführungsform ist diese Entfernungsmeßzone so eingestellt, daß sie nahe der optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse liegt. Daher befindet sich bei der oben beschriebenen Ausführungsform die optische Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 auf der Ebene 5′ des gemusterten Bildes, um eine genaue Scharffeststellung und Scharfeinstellung zu ermöglichen.

Die Vorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann kompakt hergestellt werden, weil die einzige lichtprojizierende optische Einheit 3 in der Lage ist, jedes Objekt zu überdecken, welches innerhalb der Entfernungsmeßzone liegt, die vergleichsweise groß ist. Als ein weiterer Vorteil kann diese Einheit, die eine integrale oder einheitliche Kombination aus Projektionslinse 4, gemusterter Fläche 5 und der Lichtquelle ist, bequem in das Kameragehäuse eingebaut werden, so daß die Anforderungen für die Auslegung oder Gestaltung erfüllt sind, die bei der vorliegenden Erfindung vorgegeben sind.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die projizierende optische Einheit 3 oberhalb der Abbildungslinse 1 angeordnet, jedoch ist dies nicht die einzige Ausführung, die verwendet werden kann, um zu ermöglichen, daß die optische Achse L₁-L₂ in der Ebene 5′ des gemusterten Bildes liegt. Gleich gute Ergebnisse werden sogar dann erhalten, wenn diese Einheit genau auf der Seite der Abbildungslinse 1 angeordnet ist, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. In anderen Worten ausgedrückt, kann die optische Einheit 3 an irgendeiner Stelle rund um die Abbildungslinse 1 angeordnet werden.

Wie im vorhergehenden Absatz gerade erwähnt, muß die optische Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 nicht notwendigerweise in der Ebene 5′ des gemusterten Bildes liegen. Wenn das Objekt innerhalb des vorgegebenen Entfernungsbereichs mit einem feststellbaren Kontrast versehen werden kann, kann die Ebene 5′ des gemusterten Bildes in anderer Weise oder an anderer Stelle derart angeordnet werden, daß sie die abbildende optische Achse L₁-L₂ an einer einzigen Stelle kreuzt, oder derart, daß sie parallel zu dieser Achse liegt. Selbst in diesen Fällen können Ergebnisse erhalten werden, die mit den Ergebnissen vergleichbar sind, die mit der oben beschriebenen Ausführungsform erhalten werden. Die Position der Ebene 5′ des gemusterten Bildes kann durch irgendein zweckentsprechendes Verfahren geändert werden, beispielsweise durch Änderung der Position, an welcher die lichtprojizierende optische Einheit 3 angeordnet ist, oder durch Änderung des Winkels, in welchem die Projektionslinse 4 mit Bezug auf die gemusterte Fläche 5 geneigt ist, solange wie die Ebene 5′ des gemusterten Bildes innerhalb des Betrachtungsfeldes der Abbildungslinse 1 liegt.

Die vorbeschriebene Ausführungsform betrifft den Fall, in welchem die Entfernungsmeßzone nahe der optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 angeordnet ist. Selbst wenn die Meßzone in anderen Bereichen liegt, können gleich gute Ergebnisse erhalten werden durch Positionieren der Ebene 5′ des gemusterten Bildes derart, daß sie sich in wesentlicher Übereinstimmung mit dieser Zone befindet.

Bei der ersten Ausführungsform schneiden sich die Verlängerungen der gemusterten Fläche 5 und der Ebene 4 a durch die Projektionslinse 4, welche deren optische Achse l₁-l₂ in einem rechten Winkel kreuzt, an der Stelle C₀ auf der abbildenden optischen Achse L₁-L₂. Jedoch werden im wesentlichen gleiche Ergebnisse erhalten, wenn der Kreuzungspunkt C₀ in geringem Abstand von der optischen Achse L₁-L₂ liegt, weil dasjenige, was in diesem Fall auftritt, einfach darin besteht, daß das gemusterte Bild sich geringfügig um den Punkt C₁ dreht.

Die vorstehende Ausführungsform betrifft den Fall, in welchem die vorliegende Erfindung an einer Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung angewendet wird, die in einer Bildkamera verwendet werden soll, die mit einem TTL-System zur automatischen Fokussierung (AF) ausgerüstet ist. Es ist jedoch zu bemerken, daß das Konzept der vorliegenden Erfindung auch bei einer Filmkamera (Fernsehkamera) und bei einer Kamera anwendbar ist, die ein optisches System zur Scharfeinstellung verwendet, welches von dem optischen Abbildungssystem unabhängig ist.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die gemusterte Fläche 5 von der Lichtquelle getrennt angeordnet, jedoch kann selbstverständlich die gemusterte Fläche als ein einheitlicher oder integraler Teil der Strahlungsfläche der Lichtquelle gebildet sein.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Fig. 12 bis 14 beschrieben, in denen die Bauteile, welche die gleichen wie diejenigen sind, die gemäß dem ersten Aspekt oder ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung verwendet sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Diese Bauteile werden nachstehend nicht im einzelnen erläutert.

Bei dem optischen System gemäß Fig. 12 ist eine lichtprojizierende optische Einheit 3, die aus einer Projektionslinse 4 und einer lichtaussendenden Einrichtung 6 besteht, oberhalb einer Abbildungslinse 1 angeordnet. Die optische Achse l₁-l₂ der Projektionslinse 4 ist zur optischen Achse L₁-L₂ der Abbildungslinse 1 derart geneigt, daß die beiden optischen Achsen sich an dem Punkt C₁ schneiden.

Die lichtaussendende Einrichtung 6 ist eine Leucht- Diode, deren Strahlungsfläche 6 a als ein einheitlicher oder integraler Teil von ihr eine gemusterte Fläche zum Bilden eines gemusterten Bildes hat . Wie in den Fig. 13 und 14 dargestellt, besteht die Leucht- Diode 6 aus einem Halbleiterchip 21, der Elektrodenplatten 22 und 23 hat, die an gegenüberliegenden Seiten angebracht sind und parallel zu dem pn-Übergang des Halbleiters liegen. Die obere Elektrodenplatte 22 dient als die Strahlungsfläche.

Die Strahlungsfläche 6 a der Leucht-Diode 6 ist mit Bezug auf eine Ebene 4 a geneigt, die sich durch die Projektionslinse 4 im rechten Winkel zu deren optischer Achse l₁-l₂ erstreckt, so daß eine Ebene 6′ des gemusterten Bildes, die zur Strahlungsfläche 6 a konjugiert ist, in räumlich schräger oder geneigter Weise mit Bezug auf die Strahlungsfläche 6 a gebildet wird. Die Bildstruktur oder Abbildungsstruktur ist die gleiche wie im Fall des bereits beschriebenen ersten Aspektes oder Merkmales der vorliegenden Erfindung.

Bekanntlich nimmt die Lichtmenge, die von dem Objekt reflektiert wird, proportional zum Quadrat der Entfernung von dem Objekt ab. Wenn daher die Leucht- Diode 6 gleichmäßige Strahlungsintensität über die gesamte Fläche hat, verringert sich ihre Scharfeinstellkapazität, wenn die Entfernung zu dem Objekt zunimmt. Um dies zu verhindern, muß das Ausgangssignal der lichtaussendenden Einrichtung 6 auf einen solchen Wert eingestellt werden, daß das Objekt mit einem Kontrast versehen werden kann, der eine Entfernungsfeststellung ermöglicht, selbst wenn das Objekt am am weitesten entfernt liegenden Ende S₃ des beabsichtigten Fokussierbereiches liegt. Wenn jedoch das Ausgangssignal der lichtaussendenden Einrichtung 6 auf diese Weise eingestellt wird, wird ein beträchtlicher Teil des Lichtes, welches ausgesendet wird, um auf ein in geringer Entfernung befindliches Objekt projiziert zu werden, einfach vergeudet.

Um dieses Problem zu lösen, hat die lichtaussendende Einrichtung 6, die bei der hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für Scharfeinstellung gemäß der Erfindung verwendet wird, einen Strahlungsintensitätsgradienten über die Strahlungsfläche 6 a. Sie ist so angeordnet, daß ein Bereich hoher Intensität der Einrichtung 6 ein in großer Entfernung befindliches Objekt beleuchtet, während ein Bereich geringer Intensität von ihr ein in geringer Entfernung befindliches Objekt beleuchtet.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die lichtaussendende Einrichtung 6 mit einem Strahlungsintensitätsgradienten versehen dadurch, daß bewirkt wird, daß Strom zwischen den Elektrodenplatten 22 und 23 an verschiedenen Bereichen der Strahlungsfläche 6 a mit verschiedenen Dichten fließt. Insbesondere ist die Elektrodenplatte 22, die an einer Seite des Halbleiterchips 21 angebracht ist, mit ineinandergreifender (interdigital) Form gestaltet, wie es in Fig. 13 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Das ineinandergreifende Muster der lichtundurchlässigen Elektrodenplatte 22 bildet die gemusterte Fläche. Ein Leiterdraht 25, der von einem Anschluß 24 ausgeht, ist an ein Längsende dieser Elektrodenplatte 22 angeschlossen. Das geschlossene Ende der Elektrodenplatte 22 ist an dem Ende angeordnet, welches der abbildenden optischen Achse L₁-L₂ am nächsten liegt. Es entspricht der weitesten Entfernung S₃ der Meßzone. Der Widerstand der Arme der Elektrodenplatte 22 ist mit dem Widerstand des pn-Überganges vergleichbar. Daher fließt mehr Strom durch den pn-Übergang und erzeugt demgemäß intensiveres Licht an dem Ende, welches dem Leiterdraht 25 näher liegt. Die andere Elektrodenplatte 23 ist derart gestaltet, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, so daß sie die gesamte Fläche der anderen Seite des Halbleiterchips 21 wirksam berührt und mit einem Anschluß 26 auf der Seite einheitlich ausgebildet ist. Ein Beispiel der Abmessungen der oberen Fläche der Elektrodenplatte 22 ist ebenfalls in Fig. 13 gegeben.

Die Bauteile der lichtaussendenden Einrichtung 6 sind aus transparentem Harz (beispielsweise einem Acryl-Harz) gebildet, wie es durch die strichpunktierte Linie in Fig. 14 dargestellt ist, wobei nur ein Teil der Anschlüsse 24 und 26 aus dem Kunststoffgehäuse vorragt. Ein Kondensorlinsenteil 30 ist auf der Seite des Harzgehäuses gebildet, aus der das ausgesendete Licht austritt.

Wenn eine Spannung zwischen den Anschlüssen 24 und 26 an die lichtaussendende Diode 6 angelegt wird, welche die oben beschriebene Ausführung hat, wird Licht von dem pn- Übergang des Halbleiterchips 21 ausgesendet und tritt aus der Seite aus, an der die Elektrodenplatte 22 vorgesehen ist. Da diese Elektrodenplatte 22 als eine gemusterte Fläche wirkt, ist das aus der Einrichtung 6 austretende Licht bereits gemustert.

Die Dichte des zwischen den Elektrodenplatten 22 und 23 fließenden Stromes hängt ab von der Änderung aufgrund von Faktoren wird der Position, an welcher der Leiterdraht 25 mit der Elektrodenplatte 22 verbunden ist, und einer speziellen Konfiguration der Elektrodenplatte. Dies ist auch der Grund für die Erzeugung eines Strahlungsintensitätsgradienten der Strahlungsfläche 6 a.

In Übereinstimmung mit Untersuchungsdaten, die bei Versuchen erhalten worden sind, beträgt die Intensität der Lichtstrahlung von dem hellsten Bereich der Strahlungsfläche 6 a (definiert durch die gestrichelte Linie A in Fig. 13) ungefähr das Zweifache der Intensität der Lichtstrahlung von dem dunkelsten Bereich (definiert durch die unterbrochene Linie B). Ein spezifischer Wert der relativen Strahlungsintensität kann zweckentsprechend bestimmt werden durch Modifizieren der Konfiguration der Elektrodenplatte 22 oder durch Ändern der Position, an welcher der Leiterdraht 25 mit der Elektrodenplatte 22 verbunden wird.

Wenn die oben beschriebene Leucht-Diode als lichtaussendende Einrichtung 6 in der hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für Scharfeinstellungs-Bestimmung gemäß dem zweiten Aspekt oder zweiten Merkmal der Erfindung verwendet wird, wird die Helligkeit der Ebene 6′ des gemusterten Bildes (d. h. die Helligkeit des auf das Objekt projizierten gemusterten Bildes) wirksam verringert, wenn das Objekt sich in geringer Entfernung befindet, und erhöht, wenn das Objekt sich in großer Entfernung befindet. Dies führt zu wirksamer Ausnutzung der Lichtenergie, die von der lichtaussendenden Einrichtung 6 abgestrahlt wird, ohne die Fähigkeit des Systems zur Scharfeinstellungs-Feststellung zu beeinträchtigen. Zusätzlich kann, da die gemusterte Fläche als ein einheitlicher Teil der Lichtquelle gebildet ist, die Gesamtgröße der lichtprojizierenden optischen Einheit 3 verringert werden.

Durch richtige Einstellung des Gradienten der Intensität der Lichtstrahlung von der lichtaussendenden Einrichtung 6 oder der Gestaltung der lichtprojizierenden optischen Einheit 3 kann eine Scharfeinstell-Vorrichtung, welche das gemusterte Bild auf dem Objekt mittels der Abbildungslinse 1 erfaßt, einen im wesentlichen konstanten Kontrast für das gemusterte Bild schaffen, und zwar unabhängig von der Entfernung zu dem Objekt. In diesem Fall arbeitet die Scharfeinstell-Vorrichtung mit großer Genauigkeit bei der Feststellung. Die Energieeinsparung, die durch eine hilfslichtprojizierende Vorrichtung gemäß der Erfindung geboten wird, kann in idealer Weise realisiert werden.

Die Intensität des Lichtes kann proportional zu einer Entfernung von der Lichtquelle zu dem zu projizierenden Objekt, oder vorzugsweise proportional zu dem Quadrat der Entfernung sein.

Die anderen Wirkungsweisen und Vorteile der hilfslichtprojizierenden Vorrichtung für die Scharfeinstellung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung und mögliche Modifizierungen der Gestaltung der lichtprojizierenden optischen Einheit 3 können vom zuständigen Fachmann ohne weiteres vorgenommen werden unter Berücksichtigung der Beschreibung des ersten Aspektes oder ersten Merkmales der Erfindung, so daß sie nicht im einzelnen erläutert zu werden brauchen.

Mit einer hilfslichtprojizierenden Vorrichtung zur Scharfeinstellung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein scharf gemustertes Bild zu dem Objekt projiziert werden, und zwar über einen weiten Entfernungsbereich. Die Vorrichtung ist kompakt und kann bequem in dem Gehäuse einer Kamera angeordnet werden.

Zusätzlich zu diesem Vorteil ermöglicht es eine hilfslichtprojizierende Vorrichtung zur Scharfeinstellung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Energie der Lichtstrahlung von der lichtaussendenden Einrichtung wirksam auszunutzen, um dadurch eine Energieeinsparung zu erzielen. Als ein weiterer Vorteil trägt die einheitliche Kombination der Lichtquelle und der gemusterten Fläche zu einer weiteren Verringerung der Gesamtgröße der Vorrichtung bei.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Projektion von Licht auf ein Objekt für die Ermittlung des Scharfeinstellzustandes eines optischen Systems mit einer gemusterten Fläche (5), die durch eine Projektionslinse (4) auf das Objekt abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Fläche (5) zur optischen Achse (L₁, L₂) der Projektionslinse (4) so geneigt ist, daß die gemusterte Fläche (5) innerhalb eines vorgegebenen, sich entlang der optischen Achse (L₁, L₂) des optischen Systems erstreckenden Entfernungsbereiches scharf abgebildet (5′) wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Entfernungsbereich mit dem Scharfeinstellbereich (5′) des optischen Systems übereinstimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (l₁, l₂) der Projektionslinse (4) die optische Achse (L₁, L₂) des optischen Systems schneidet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Fläche (5) abwechselnd transparente und nicht transparente Linien aufweist und daß das Projektionslicht Wellenlängen aufweist, die in einem für das menschliche Auge unempfindlichen Wellenlängenbereich liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Fläche (5) die Strahlungsfläche (5 a) einer Lichtquelle (6) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensität der gemusterten Fläche (5) einen Gradienten aufweist, derart, daß die Beleuchtungsstärke innerhalb des vorgegebenen Entfernungsbereiches annähernd gleich ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gemusterte Fläche eine Elektrode einer Leuchtdiode ist, mit auf gegenüberliegenden Seiten eines Halbleiter-Chips (21) angeordneten Elektroden-Platten (22, 23), die parallel zum p-n-Übergang des Halbleiter-Chips angeordnet sind, und daß zwischen den Elektroden-Platten ein Strom fließt, wobei die Flächenverteilung der Stromdichte unterschiedlich ist.