DE4343636C2 - Vorrichtung zur bildorientierten Scharfstellung - Google Patents
Vorrichtung zur bildorientierten ScharfstellungInfo
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fokuseinstellung
eines optischen Abbildungssystems, bestehend aus einem in Richtung der
optischen Achse verstellbaren Objektiv,
einem total reflektierenden Spiegel, der Licht auf
einen außerhalb des Strahlenganges befindlichen Strahlungs
detektor lenkt, dessen Ausgang mit einer Auswerteelektronik
verbunden ist, die Steuersignale an einen Stellantrieb für das Ob
jektiv liefert.
Die Patentschrift DE 33 23 384 offenbart eine Autofokusvor
richtung, die eine bewegliche Zoomlinse umfaßt. Hinter der
Zoomlinse und vor der afokalen Linse befindet sich ein total
reflektierender Streifenspiegel oder, wie im zweiten Aus
führungsbeispiel dargestellt, ein im wesentlichen total
reflektierender Rundspiegel. In beiden Ausführungsbeispielen
ist es die Aufgabe des verwendeten Spiegels, Licht auf eine
Detektoranordnung zu lenken, die sich außerhalb des
Strahlenganges befindet. Die Detektoranordnung besteht aus
zwei Detektoren A und B, aus deren photoelektrischem Signal
der Fokuszustand des Objektivs ermittelt wird. Ein Nachteil
dieser Anordnung ist, daß auf Grund der Abmessungen der ver
wendeten Spiegel relativ viel Strahlung ausgeblendet wird,
die somit der Abbildung mittels der Hauptlinse auf die Bild
ebene verloren geht.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Fein
fokusierung von optischen Instrumenten ist in der Offen
legungsschrift 34 39 304 offenbart Mittels eines Strahl
teilers wird Strahlung in Richtung eines Okulars projiziert,
derart, daß eine vorläufige Scharfeinstellung erzielt werden
soll. Nach dieser ersten manuellen Scharfstellung wird
mittels einer weiteren Abtastvorrichtung ein schmaler,
durchsichtiger Schlitz über das Objekt geführt. Das durch
den Schlitz hindurchtretende Licht wird von einem Photo
detektor abgefühlt. Die von dem Photodetektor abgegebenen
elektrischen Signale werden ausgewertet, indem der Kanten
wert (K=1/(dp/dx)) des abgetasteten Signals bestimmt wird.
Der Weft dp/dx ist die Änderungsrate der Helligkeit, die
groß ist, wenn optimal scharf gestellt ist. Eine elektrische
Antriebsvorrichtung stellt dann auf den Punkt des optimalen
Schärfezustandes ein. Der Detektor befindet sich im
Strahlengang und wird zur Bestimmung des Schärfezustandes in
der Bildebene verfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, die ein Objektiv eines optischen Abbildungssystems auto
matisch in den Fokuszustand bringt. Hinzu kommt, daß der für
die Abtastung des Bildes verwendete Spiegel die Projektion
oder Abbildung nicht stören soll.
Dies wird erfindungsgemäß für die gattungsgemäße Vorrichtung
dadurch erreicht, daß die Fläche des total reflektierenden
Spiegels etwa den 10ten Teil der Fläche des Objektivs bemißt,
daß der Strahlungsdetektor und der Spiegel kollinear
angeordnet sind, daß der Spiegel im Bereich der Eintritts
pupille des Objektivs periodisch durch den Strahlengang des Objektivs be
wegbar ist, und daß der Spiegel die Form eines Segments
eines Kreisringes besitzt, dessen Fläche um einen Winkel dα
verwunden ist. Der Abstand aD des Spiegels zur ersten Ebene
und der Abstand aS des Spiegels zum Strahlungsdetektor sind
dabei gleich bemessen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen darin,
daß der verwendete Spiegel klein gehalten ist, was zudem die
Tiefenschärfe für die Bildauswertung bzw. für die Schärfe
ermittlung erhöht. Ferner wird durch den kleinen Spiegel,
der mit einer bestimmten Frequenz durch den Strahlengang
bewegt wird, das zur Abbildung benötigte Licht kaum ge
schwächt.
Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowohl die Lage des Spiegels, im Bereich nahe der Eintritts
pupille des Objektivs als auch die Bewegungsfrequenz des
Spiegels durch den Strahlengang in geeigneter Weise derart
zusammenwirken, daß der Spiegel bei der Projektion für das
menschliche Auge unsichtbar ist. Bei der Bildaufnahme können
die mechanischen Mittel bequem angehalten werden, so daß der
Spiegel während der Belichtung außerhalb des Strahlenganges
verbleibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Strahlungs
detektor mit einer Abschirmung gegen Streulicht versehen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt
darin, daß eine einzige Fotodiode genügt, um die für die
differenzielle Flankenauswertung erforderlichen Spannungs
signale zu liefern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können
den Unteransprüchen entnommen werden.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiels wird der Gegenstand der Erfindung beschrieben. Die
Zeichnung zeigt in der
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum
bildorientierten Scharfstellen,
Fig. 2 eine Detaildarstellung der Anordnung des Spiegels
der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung des Scan-Winkels α als
Funktion des Segmentwinkels Φ, und
Fig. 4 eine Ansicht des für die Strahlausblendung verwen
deten Spiegels aus drei verschiedenen Blickwinkeln.
Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum bildorientier
ten Scharfstellen gibt eine Ausführungsform eines Projek
tionsapparates wieder. Die mögliche Verwendung der Vorrich
tung 1 bei Bildaufnahmevorrichtungen (Fotoapparate, Video
kameras und dgl.) ist gegeben, deshalb wird in der folgenden
Beschreibung nicht näher darauf eingegangen.
Zum automatischen Scharfstellen eines Objekts ist ein ver
stellbares Objektiv 4 vorgesehen, das in Richtung des Pfeils
S bewegt werden kann. Das Objekt, das sich in
einer ersten Ebene 2 befindet, wird mittels des Objektivs in
eine zweite Ebene 12 abgebildet. Zur Ermittlung des Fokuszu
standes des Bildes in der zweiten Ebene 12 befindet sich un
mittelbar hinter dem Objektiv 4 ein total reflektierender
Spiegel 8. Der Spiegel 8 hat die Form eines Kreissegmentrin
ges, dessen Segmentfläche um den Winkel dα verwunden ist.
Die räumliche Form des Spiegels wird weiter unten genauer
beschrieben.
Der Spiegel 8 ist an einem Ausleger 13 angebracht, der an
der Drehachse eines Motors 14 befestigt ist. Bei Betrieb des
Elektromotors 14 wird der Spiegel mit einer bestimmten
Frequenz durch den Strahlengang bewegt, die der Umlauf
frequenz des Motors 14 entspricht.
Außerhalb des Strahlenganges ist ein Strahlungsdetektor 16
angebracht, der mit einer Abschirmung 18 gegen Streulicht
versehen ist. Vorzugsweise ist der Strahlungsdetektor 16
eine Fotodiode. Während sich der Spiegel 8 an der Eintritts
pupille des Objektivs 4 vorbeibewegt, wird der gescante
Bildanteil auf die punktförmige Fotodiode 16 abgebildet. Der
Abstand aD zwischen der ersten Ebene 2 und dem Spiegel 8 ist
gleich dem Abstand aS zwischen dem Spiegel 8 und der Foto
diode 16. Die Ausgangssignale der Fotodiode 16 werden über
eine Leitung 11 und die Auswerteelektronik 10 gesandt.
Mit der Auswerteelektronik 10 wird die Stellung des Objek
tivs 4 auf maximale Steilheit der Kontrastübergänge einge
regelt. Das von der Fotodiode 16 abgegebene Signal wird
mittels der Auswerteelektronik 10 differenziert und
anschließend wird vom differenzierten Signal der Betrag
gebildet. Die zeitliche Änderung der von der Fotodiode 16
abgegebenen Spannung wird erfaßt und liefert eine Antriebs
spannung für ein Stellmittel 6, das von der Auswerteelek
tronik 10 über eine Leitung 7 die Steuerimpulse erhält. Je
nach ermitteltem Fokuszustand wird das Objektiv 4 parallel
zur optischen Achse A-A im Richtung des Pfeils S hin- und
herbewegt bis der Fokus erreicht ist, d. h. bis die maximale
Steilheit der Kontrastübergänge erreicht ist.
Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der in Fig. 1 dargestell
ten Vorrichtung 1. Wie bereits oben erwähnt, wird der total
reflektierende Spiegel 8 mittels eines Auslegers 13, der mit
der Drehachse des Motors 14 verbunden ist, periodisch durch
den Strahlengang des Objektivs 4 bewegt. Bei Beginn der Ab
bildung einer Linie aus der zweiten Ebene 12, ist eine erste
Kante 20 des Spiegels 8 um den Winkel αf im Uhrzeigersinn
gegen die Verbindungslinie B-B zwischen der Fotodiode und
der Mittellinie des Kreissegmentringes des Spiegels 8 ge
neigt. Aufgrund der Verwindung des Kreissegmentringes ändert
sich dieser Winkel während der Bewegung des Spiegels 8 kon
tinuierlich bis eine zweite Kante des Spiegels 8 einen Win
kel αS mit der Verbindungslinie B-B einschließt. In Fig. 3
ist dieser funktionelle Zusammenhang graphisch dargestellt.
Auf der Abszisse ist der Segmentwinkel Φ aufgetragen, der
die Abmessung des Spiegels 8 angibt. Die Drehzahl des Motors
14 und der Segmentwinkel Φ des Kreissegmentringes legen die
Zeit fest, die sich der Spiegel 8 im Strahlengang des Objek
tivs befindet. Während dieser Zeit wird eine Linie der zwei
ten Ebene 12 auf die Fotodiode 16 abgebildet.
Die Fig. 3 zeigt den funktionellen Zusammenhang zwischen dem
Segmentwinkel Φ und dem auf der Ordinate aufgetragenen
Scan-Winkel α. In der graphischen Darstellung in Fig. 3 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel gewählt, wobei der Spie
gel derart symmetrisch verwunden ist, daß bei halbem Seg
mentwinkel Φ/2 der Spiegel einen Neigungswinkel zur Verbin
dungslinie B-B von 45° besitzt.
Zur besseren Veranschaulichung der Raumform des Spiegels 8
ist dieser in Fig. 4 in drei verschiedenen räumlichen Ansich
ten dargestellt. Die auf dem Spiegel 8 eingezeichneten
Gitterlinien sind hier nur zur Verdeutlichung der Verwindung
des Kreissegmentringes eingefügt. Ein Teil des Auslegers 13
ist dargestellt, an dem der Spiegel 8 befestigt ist. Beson
ders deutlich ist die Verwindung der ersten und der zweiten
Kante 20 bzw. 21 in beiden Darstellungen zu erkennen, in
denen die x-Achse und die y-Achse oder die x-Achse und die
z-Achse parallel zur Zeichenebene liegen.
Claims (11)
1. Vorrichtung (1) zur Fokuseinstellung eines
optischen Abbildungssystems, bestehend aus einem in Richtung
der optischen Achse (A-A) verstellbaren Objektiv (4), einem
total reflektierenden Spiegel (8), der Licht auf einen
außerhalb des Strahlenganges befindlichen Strahlungsdetektor
(16) lenkt, dessen Ausgang mit einer Auswerteelektronik (10)
verbunden ist, die Steuersignale an einen Stellantrieb (6)
für das Objektiv (4) liefert, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fläche des total reflektierenden Spiegels (8) etwa den
loten Teil der Fläche des Objektivs (4) bemißt, daß der
Strahlungsdetektor (16) und der Spiegel (8) kollinear
angeordnet sind, daß der Spiegel (8) im Bereich der
Eintrittspupille des Objektivs (4) periodisch durch den
Strahlengang des Objektivs (4) bewegbar ist, und daß der
Spiegel (8) die Form eines Segments eines Kreisringes
besitzt, dessen Fläche um einen Winkel (dα) verwunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das optische Abbildungssystem ein
Projektionsapparat ist, mit dem ein Objekt in der ersten
Ebene (2) in eine zweite Ebene (12) abbildbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das optische Abbildungssystem eine
Bildaufnahmevorrichtung ist, mit der ein Gegenstand in der
zweiten Ebene (12) in die erste Ebene (2) abbildbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verwindung der ersten und der
zweiten Kante (20 und 21) in Bezug auf eine
Winkelhalbierende des Kreissegmentringes gleich groß
bemessen ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der in den Strahlengang eingeführte
Spiegel (8) einen ersten Winkel (αf) mit einer Achse (B-B)
bildet, auf der der Strahlungsdetektor (16) sitzt, und daß
nach einer Bewegung des Spiegels (8) um den Segmentwinkel
(Φ), dieser mit der Achse (B-B) einen Winkel (αs)
einschließt, der größer als der Winkel (αf) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spiegel (8) im Strahlengang nach
einer Bewegung um den Segmentwinkel (Φ/2) mit der Achse B-B
einen Winkel von (45°) einschließt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spiegel (8) an einem Ausleger (13)
befestigt ist, der mit der Welle eines Motors (14) verbunden
ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (16) eine
Fotodiode ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (16) mit einer
Abschirmung (18) gegen Streulicht versehen ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (10) die
elektrischen Signale des Strahlungsdetektors (16)
differenziert und das Objektiv (2) auf maximalen Kontrast
einstellt.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (aD) des Spiegels
(8) zur ersten Ebene (2) und der Abstand (aS) des Spiegels
(8) zum Strahlungsdetektor (16) gleich groß bemessen ist.
Priority Applications (1)
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DE19934343636 DE4343636C2 (de) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | Vorrichtung zur bildorientierten Scharfstellung |
Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (1)
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- 1993-12-21 DE DE19934343636 patent/DE4343636C2/de not_active Expired - Fee Related
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