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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kamera nach dem
Gattungsbegriff des Anspruches 1.
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Eine solche Kamera ist aus der DE-A-3 004 703 bekannt. Bei
diesem System sind mehrere kleine Linsen (Elementarlinsen)
hinter der Aufnahmelinse einer SLR-Kamera positioniert, so daß
ein Bild eines entfernten Objektes auf den Elementarlinsen
gebildet wird. Jede Elementarlinse ihrerseits bildet ein Bild
der Austrittpupille der Aufnahmelinse auf einem Paar von
dahinter angeordneten Detektoren ab. Die Detektorpaare sind so
positioniert und in ihrer Größe bemessen, daß das Bild der
Aufnahmelinse vollständig beide Detektoren des Paares abdeckt.
Es ist vorzuziehen, daß die Detektoren möglichst viel von dem
Bild ausfüllen, so daß sie möglichst viel Energie für eine beste
Empfindlichkeit empfangen. Die Detektorpaare sind ferner im
Abstand voneinander angeordnet, so daß die durch eine
Elementarlinse hindurchtretende Energie nicht auf irgendwelche anderen
Detektoren außerhalb des direkt darunterliegenden Paares fällt.
Da sich der Kurvenverlauf zwischen den Elementarlinsen
verändert, ist ein blockierendes Blendenmaterial zwischen jeder
der gebogenen Oberflächen der einzelnen Elementarlinsen
angeordnet, um die Energie an diesen Stellen zu blockieren. Der
Abstand zwischen den Detektorpaaren ist jedoch durch die
gewünschte Gesamtgröße der Anordnung begrenzt sowie durch die
Tatsache, daß notwendige Einzelheiten verlorengehen und Fehler
auftreten, wenn der Abstand zu groß ist.
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Aus der JP-A-55-115006 (Patent Abstracts of Japan, Band 4, Nr.
168, 20. November 1980) ist es bereits bekannt,
lichtblockierende Einrichtungen zwischen benachbarten
Detektorlinsen/Detektorpaarkombinationen anzuordnen, so daß in dem Falle einer
irregulären Brechung das Auftreffen von Lichtstrahlen auf
benachbarte Detektorpaare verhindert wird.
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In SLR-Kameras ist es oftmals wünschenswert, austauschbare
Linsen oder Zoomlinsen mit unterschiedlichen f-Zahlen (Blenden)
zu verwenden, wobei es sich als schwierig herausgestellt hat,
eine Elementarlinsen/Detektorkombination vorzusehen, die über
einen großen Bereich von f-Zahlen wirksam ist und dabei noch die
geeignete Empfindlichkeit mit vernünftig groben
Detektoroberflächen beibehält, ohne daß ein Energieübersprechen auf
benachbarte Detektoren erzeugt wird. Wenn kleinere f-Zahlen
(größere Blenden) angetroffen werden, so bringen die großen
Blenden Strahlung zu jeder Elementarlinse unter einem größeren
Winkel in Bezug auf die senkrechte und dies erzeugt unter
Umständen einen Übergriff auf benachbarte Detektorpaare. Bei
größeren f-Zahlen formt die kleinere Blende ein kleineres Bild
der Aufnahmelinse, so daß die Detektorpaare nicht in das Bild
passen, wenn der Oberflächenbereich der Detektoren nicht
vermindert wird und somit die Empfindlichkeit vermindert wird.
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Bislang wurde keine befriedigende Lösung gefunden und die
vorliegenden Systeme sind auf einen kleinen Bereich von f-Zahlen
beschränkt, wodurch die Brauchbarkeit der Kamera begrenzt wird.
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Es ist daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Kamera anzugeben, die zufriedenstellend arbeitet, wenn sie
mit Aufnahmelinsen verwendet wird, die eine große Spanne
unterschiedlicher Blenden aufweisen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1.
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Fig. 1 zeigt eine erste Anordnung von Elementarlinsen und
Detektoren, wie sie im bekannten System angetroffen
werden;
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Fig. 2 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispieles
nach Fig. 1, die Aufnahmelinsen mit größerer f-Zahl
zu verwenden gestattet; und
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Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Elementarlinsen und
Detektoren, wie sie durch die vorliegende Erfindung
vorgegeben ist.
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In Fig. 1 sind drei aus mehreren Elementarlinsen, wie sie in
einer Autofokus-Detektoranordnung in der in der DE-A-3 004 703
dargestellten Weise angetroffen werden, durch Bezugszeichen 9,
10 und 11 entsprechend beziffert. Ein lichtblockierendes
Blendenmaterial 13 ist zwischen jeder der gebogenen Oberflächen der
einzelnen Elementarlinsen so angeordnet, daß Energie blockiert
wird, die zwischen den Elementarlinsen auftreffen kann und an
einem weiteren Durchtritt gehindert wird. Die Elementarlinsen 9,
10 und 11 werden aus einem Block aus transparentem Material 15
gebildet, der in Fig. 1 mit einer Tiefe "E" dargestellt ist. An
der Seite des Materials 15 und von den Elementarlinsen entfernt
und hinter jeder Elementarlinse ist ein Paar von
strahlungsempfindlichen Detektoren positioniert, die durch die Buchstaben
"A" und "B" bezeichnet sind. In Fig. 1 sind die Detektoren A1
und B1 hinter der Elementarlinse 9 angeordnet, die Detektoren A2
und B2 sind hinter der Elementarlinse 10 angeordnet und die
Detektoren A3 und B3 sind hinter der Elementarlinse 11
angeordnet.
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In Fig. 1 überträgt die Aufnahmelinse (nicht dargestellt)
Strahlung, beispielsweise zu der Elementarlinse 10 entlang von
Wegstrecken, wie beispielsweise die ausgezogenen Linien 20 und
21 (von dem unteren Teil der Aufnahmelinse) und die
gestrichelten Linien 22 und 23 (von dem oberen Teil der Aufnahmelinse).
Diese Strahlen sind leicht konvergierend dargestellt, da sie
schließlich an der Kante der Aufnahmelinse auftreffen aber in
allen praktischen Fällen verlaufen die Linien 20 und 21 im
wesentlichen, ebenso wie die Linien 22 und 23 parallel, da in
der Praxis der Abstand zu der Aufnahmelinse sehr groß im
Vergleich zu der Größe der Elementarlinsen und der Detektoren
ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzen
beispielsweise die Elementarlinsen nur einen Durchmesser von
195 um, während der Abstand zu der Aufnahmelinse ungefähr
75.000 um beträgt. Der Einfachheit halber sind in der Zeichnung
nur die Strahlen zu der Elementarlinse 10 dargestellt, aber es
versteht sich, daß ähnliche Strahlen auf die Elementarlinsen 9
und 11 und auf alle anderen Elementarlinsen in der Anordnung
auftreffen.
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Die Strahlen 20 und 21, 22 und 23 treffen auf die Elementarlinse
10 unter einem Winkel "A", bezogen auf die Mittellinie 25 auf.
Für eine vorgegebene Entfernung zwischen der Aufnahmelinse und
den Elementarlinsen hängt der Winkel "A" von der Blende bzw. der
f-Zahl der Aufnahmelinse ab.
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Die Elementarlinse 10 bewirkt eine Fokussierung der Strahlen 20
und 21 in einem Punkt 30, welcher in Fig. 1 so dargestellt ist,
daß er gerade auf der oberen Kante des Detektors A2 liegt. Die
Elementarlinse 10 fokussiert ebenfalls die Strahlen 22 und 23 in
einem Punkt 32, der in Fig. 1 so dargestellt ist, daß er gerade
auf der unteren Kante des Detektors B2 liegt. Somit liegt in
Fig. 1 das Bild der Austrittspupille zwischen den Punkten 30 und
32, deren Abstand mit "C" bezeichnet ist und umfaßt somit den
gesamten Bereich der zwei Detektorpaare A2 und B2, wie es
gewünscht ist. Es sei vermerkt daß wenn eine Aufnahmelinse mit
größerer f-Zahl (kleinerer Blende) verwendet wird, der Winkel
"A" kleiner wird und dementsprechend der Punkt 30 in Fig. 1 sich
nach unten bewegt, während sich der Punkt 32 nach oben bewegt,
in welchem Fall die gesamte Oberfläche von A2 und B2 von dem
Bild einer Aufnahmelinse mit kleinerer Blende nicht umfaßt wird.
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Dies ist unerwünscht, da die Detektoren dann nicht in geeigneter
Weise auf das empfangene Bild ansprechen und ihr Ausgangssignal
ein fehlerhaftes Signal für das Autofokussystem vorgeben kann.
Dementsprechend repräsentiert in Fig. 1 der Winkel "A" die
minimal statthafte Blende der Aufnahmelinse. Eine Verminderung
der Größe bzw. des Oberflächenbereiches ist ebenfalls
unerwünscht, da hierdurch die Empfindlichkeit herabgemindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wurde der Abstamd "C" mit
etwa 90 um gewählt.
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Aufnahmelinsen mit größerer Blende (kleinerer f-Zahl) können
innerhalb bestimmter Grenzen verwendet werden. Die dunklen
ausgezogenen Linien 40 und 41 repräsentieren Linien von
Strahlung, die vorliegen würde bei einer Aufnahmelinse mit
größerer Blende. Diese Strahlen treffen auf die Elementarlinse
10 auf und werden in einem Punkt 44 fokussiert, der in Fig. 1 so
dargestellt ist, daß er gerade auf der oberen Kante des
Detektors A3 (einem benachbarten Detektor in Bezug auf die
Elementarlinse 10) liegt. Der Winkel, den diese Strahlen mit der
Mittellinie 25 der Elementarlinse 10 bilden, ist in Fig. 1 als
Winkel "B" dargestellt und es ist erkennbar, daß, wenn
irgendwelche Aufnahmelinsen mit größerer Blende verwendet werden, der
Winkel "B" anwächst mit dem Ergebnis, daß etwas von der Energie,
die durch die Elementarlinse 10 hindurchtritt bei einer solchen
Aufnahmelinse mit größerer Blende auf den benachbarten Detektor
A3 fällt. Dies ist unerwünscht, da das Ausgangssignal des
Detektors A3 dann nicht den richtigen Strahlungsbetrag anzeigt,
den er von der Elementarlinse 11 empfangen soll, so daß das
Signal für das Autofokussystem fehlerhaft ist. Dementsprechend
repräsentiert in Fig. 1 der Winkel "B" die maximal statthafte
Blende für die Aufnahmelinse. Natürlich kann der Abstand "D"
zwischen der unteren Kante des Detektors B2 und der oberen Kante
des Detektors A3 vergrößert werden aber die Energieverteilung in
der Ebene der Detektoren würde an weiter entfernten Punkten
abgetastet, wodurch eine große Wahrscheinlichkeit für Fehler
entsteht und die Gesamtgröße der Anordnung müßte vergrößert
werden, um die gleiche Anzahl von Detektoren (was kostspielig
ist) beizubehalten oder die Anzahl der Detektoren müßte erhöht
werden, was die Genauigkeit vermindert. Dementsprechend wurde in
dem einen bevorzugten Ausführungsbeispiel die Entfernung "D" mit
ungefähr 90 um gewählt (oder im wesentlichen gleich groß, wie
der Abstand "C"). Unglücklicherweise ist der Bereich von
Aufnahmelinsen mit zulässigen Blenden, wie er durch die
Differenz zwischen den Winkeln "A" und "B" daßgestellt ist, für
viele Linsen, wie sie zur Verwendung in SLR-Kameras gefordert
werden, nicht ausreichend.
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Ein Weg der Gestattung von Aufnahmelinsen mit größerer f-Zahl
ohne Verminderung der Größe der Detektoren ist in Fig. 2
dargestellt. In Fig. 2 wurde der Block aus transparentem
Material 15 dicker gemacht, wie dies durch die Dimension "E'"
dargestellt ist und wie zu zeigen ist, gestattet dies die
Verwendung einer Linse mit kleinerer Blende bei Erzeugung eines
Bildes der Austrittspupille, das vollständig die Detektoren A2
und B2 umfaßt. In Fig. 2 sind die Strahlen von
gegenüberliegenden Seiten der Aufnahmelinse (nicht dargestellt) durch
Bezugsziffern 20' und 21' für die untere Kante der Aufnahmelinse
und durch Bezugsziffern 22' und 23' für die obere Kante der
Aufnahmelinse bezeichnet. Es sei vermerkt, daß der Winkel
zwischen den einfallenden Strahlen und der Mittellinie 25
nunmehr ein kleinerer Winkel "A'" ist, was anzeigt daß eine
Aufnahmelinse mit kleinerer Blende verwendet wird. Die
Elementarlinse 10 ist nunmehr mit einer geringfügig unterschiedlichen
Wölbung hergestellt, so daß sie die Strahlen 20' und 21' in
einem neuen Punkt 30' in Fig. 2 fokussiert, der gerade auf der
oberen Kante des Detektors A2 liegt. In gleicher Weise
fokussiert die Elementarlinse 10 die Strahlen 22' und 23' in
einem Punkt 32' in Fig. 2, der gerade auf der unteren Kante des
Detektors B2 liegt. Die Detektoren A2 und B2 und der Abstand "C"
besitzen noch die gleiche Größe wie in Fig. 1 aber die
Detektoren sind nunmehr weiter von der Elementarlinse 10
entfernt. Das Ergebnis der Vergrößerung der Dicke des Materials
15 liegt erkennbar darin, daß die Austrittspupulle der nunmehr
kleineren Aufnahmelinse die gesamte Oberfläche der Detektoren A2
und B2 in der gewünschten Weise umfaßt. Demgemäß kann mit der
Anordnung von Fig. 2 eine Linse mit größerer f-Zahl als im Fall
von Fig. 1 verwendet werden. Unglücklicherweise vermindert
jedoch die Vergrößerung des Abstandes zwischen den
Elementarlinsen und den Detektoren in Fig. 2 nicht nur die minimale
Blende der Aufnahmelinse, sondern auch die maximale Blende der
Aufnahmelinse. In Fig. 2 sind die Strahlen von einer
Aufnahmelinse mit größerer Blende als ausgezogene dunkle Linien 40' und
41' dargestellt, die durch die Elementarlinse 10 in einem Punkt
44' fokussiert werden, welcher in Fig. 2 gerade auf der oberen
Kante des Detektors A3 (dem benachbarten Detektor in Bezug auf
die Elementarlinse 10) liegt. Die Strahlen 40' und 41' bilden
einen Winkel B' in Bezug auf die Mittellinie 25 und es ist
erkennbar, daß der Winkel "B'" beträchtlich kleiner als der
Winkel "B" in Fig. 1 ist. Daher ist die maximale Blende, die bei
der Anordnung von Fig. 2 verwendet werden kann, unerwünscht
vermindert. Natürlich könnte, wie zuvor erwähnt, der Abstand "D"
zwischen den Kanten benachbarter Detektorpaare vergrößert
werden, um dieses Problem zu vermeiden, aber in diesem Fall
würde die Gesamtgröße der vollständigen Detektoranordnung
unerwünscht vergrößert und die durch das einzelne Detektorpaar
empfangene Strahlung würde einer Abtastung von immer weiter
entfernten Teilen des Verteilungsmusters in der Ebene der
Elementarlinsen sein, wodurch die Genauigkeit des Systems
nachteilig beeinflußt würde. Demgemäß ist es erwünscht, die
Detektoren so eng wie möglich beieinander zu halten, während
eine vernünftig große Anzahl von f-Zahlen für die Aufnahmelinse
gehandhabt werden kann.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems betrug der
Abstand E' ungefähr 600 um, während, wie zuvor erwähnt, die
Abstände C und D ungeführ 90 um betrugen. Mit einer solchen
Anordnung war das System in der Lage, mit Aufnahmelinsen
zusammenzuarbeiten, deren f-Zahlen sich zwischen f1.4 und f2.8
bewegten. Eine solche Anordnung ist befriedigend für einige SLR-
Kameras aber für andere wiederum nicht befriedigend. Demgemäß
ist es erwünscht, die f-Zahl der Aufnahmelinse vermindern zu
können, um einen nützlicheren Bereich von austauschbaren Linsen
bzw. Zoomlinsen zu umfassen, ohne daß das
Strahlungs-Übersprechproblem auftritt.
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In Fig. 3 besitzt das dargestellte Material 15 die gleiche Tiefe
"E'" wie im Falle der Fig. 2 und die Abmessungen "C" und "D"
sind ebenfalls die gleichen. In Fig. 3 ist jedoch anstelle der
lichtblockierenden Blende 13 (oder, falls gewünscht, zusätzlich
zu der Blende 13) eine lichtundurchlässige Trennwand
dargestellt, die sich zwischen den Elementarlinsen und dem Detektor
für jede Elementarlinsen/Detektorpaarkombination erstreckt. Wenn
nun die Lichtstrahlen 20' und 21' im Punkt 30 fokussiert werden
und die Lichtstrahlen 22' und 23' im Punkt 32' fokussiert
werden, wie dies im Falle von Fig. 2 der Fall war, so werden die
Detektoren A2 und B2 noch vollständig durch das Bild der
Aufnahmelinse umgeben, welche die kleinere Blende aufweist, was
durch den Winkel "A'" daßgestellt ist. Die Lichtstrahlen 40 und
41 von einer Aufnahmelinse mit größerer Blende sind in Fig. 3
unter dem Winkel "B" daßgestellt, wie dies in Fig. 1 der Fall
war, welche, wenn das Blockiermaterial 50 nicht vorhanden wäre,
übertreten würden und fehlerhafte Signale auf den Detektoren A3
und B3 erzeugen würden. Mit dem Blockiermaterial 50 nunmehr
zwischen den Elementarlinsen kann jedoch keine unerwünschte
Strahlung von der Elementarlinse 10 auf benachbarte Detektoren
fallen und das Übersprechproblem ist eliminiert. Es ist
erkennbar, daß mit dem System in Fig. 3 nahezu jede große Blende
verwendet werden kann, während die kleineren Blenden nur durch
den Abstand zwischen den Abgrenzungen 50 beschränkt sind. Mit
anderen Worten können nunmehr die Detektoren A2 und B2 sogar
größer gemacht werden, so daß der Abstand C bis zu den Kanten
der Abgrenzungen vergrößert wird, wodurch sogar eine größere
Empfindlichkeit ermöglicht wird, während die Ausrichttoleranzen
bei der Produktion beibehalten werden. Wenn das Bild der
Austrittspupille der Aufnahmelinse kleiner als der Abstand "C"
wird, dann kann der Abstand "E" erneut erhöht werden. Es ist
ferner erwünscht, daß die Abgrenzungen nicht reflektierend bzw.
lichtabsorbierend sind, so daß keine unerwünschte Strahlung
zurück auf die Detektoren A2 und B2 reflektiert wird.
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Ein Verfahren zur Herstellung der lichtblockierenden
Abgrenzungen 50 ist durch eine Dow Corning-Technik vorgeschlagen
worden, wie sie in der US-A-4 572 611 beschrieben ist. Bei
diesem Verfahren wird das Blockmaterial 15 einem
photolithographischen Prozeß unterworfen, bei dem jene Bereiche, in denen
die lichtundurchlässige Unterteilung 50 gewünscht ist, der
Strahlung ausgesetzt werden und sodann einem thermischen Zyklus
unterworfen werden, welcher das belichtete Material zur
Schrumpfung veranlaßt, so daß es lichtundurchlässig wird. Die
Schrumpfung hat ferner den Effekt, daß die Elementarlinsen
zwischen den Unterteilungen gebildet werden und demgemäß wird
die Elementarlinsenanordnung in einer einfachen Weise gebildet.
Natürlich sind andere Wege für die Anordnung der
lichtabsorbierenden Unterteilungen 50 zwischen den Elementarlinsen dem
Fachmann geläufig.
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Es ist erkennbar, daß ein verbessertes System für
Elementarlinsen und Detektoren vorgesehen worden ist, das in
Autofokussystemen nützlich ist. Viele Modifikationen des Aufbaues
des bevorzugten Ausführungsbeispieles liegen dem Fachmann auf
der Hand. Beispielsweise müssen sich die Abgrenzungen 50 nicht
notwendigerweise über die gesamte Dicke des Materials 15
erstrecken, sondern nur soweit, wie es erforderlich ist, Energie
zu blockieren, die andernfalls benachbarte Detektoren erreichen
würde.