Vorrichtung zur Scharfeinstellung eines optischen Gerätes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Scharf einstellung eines optischen Gerätes mit einer Bildebene, einer lichtempfindlichen Einrichtung und Mittel, um aus dem Bereich der Bildebene Licht zu entnehmen und der lichtempfindlichen Einrichtung zuzuführen, wobei diese ein die Güte der Scharfeinstellung kennzeichnen des Ausgangssignal liefert, welches dazu bestimmt ist, einer Anzeigeeinrichtung oder einer selbsttätigen Ver- stelleinrichtung für die Optik des Gerätes zum Zwecke der Scharfeinstellung des Gerätes zugeführt zu werden.
Es sind bereits Vorrichtungen für die Scharfein stellung optischer Geräte bekannt, die ein beobacht- bares Signal oder ein entsprechendes Kriterium, welches für die optimale Scharfeinstellung eines optischen Bil des charakteristisch ist, erzeugen können. Solche Vor richtungen sind für Photoapparate, Entfernungsmesser und andere optische Instrumente bestimmt, um anzu zeigen, wann das Instrument die richtige Scharfeinstel lung hat, oder um die Schärfe automatisch einzustellen. Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, bei der ein einzi ger Lichtweg, der von der Bildebene zu einer lichtemp findlichen Einrichtung führt, bekannt.
Indessen sind diese vorbekannten Vorrichtungen gewöhnlich verhält- nismässig kompliziert gebaut und empfindlich, und sie haben in manchen Fällen nur eine geringe Genauig keit.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vor richtung, die vom Grundgedanken Gebrauch macht, dass ein scharf eingestelltes Bild einen grösseren Intensitäts unterschied zwischen Licht- und Dunkelstellen aufweist als ein unscharfes Bild, wobei dieser Intensitätsunter schied dazu verwendet wird, ein Signal zu erzeugen, dessen Amplitude in Abhängigkeit von der Schärfe der Einstellung variiert.
Die Erfindung zeigt damit einen Weg, die vorer wähnten Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden. Insbesondere kann die er- findungsgemässe Vorrichtung so ausgebildet werden, dass sie eine einfache und dennoch genaue und eine sehr stabile Konstruktion aufweist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch ge kennzeichnet, dass die lichtempfindliche Einrichtung mindestens zwei lichtempfindliche Elemente enthält, dass die Mittel eine Vielzahl von Lichtwegen umfas sen, deren Lichteintrittsenden im Bereich der Bildebene angeordnet sind und wobei das Lichtaustrittsende eines jeden Lichtweges jeweils einem der lichtempfindlichen Elemente zugeordnet ist, und dass diese so geschaltet sind, dass das kombinierte Ausgangssignal der licht empfindlichen Elemente der Intensität des aus den Aus trittsenden der Lichtwege tretenden Lichtes entspricht und ein Mass für die Scharfeinstellung ist.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Lichtwege in Gruppen aufgeteilt werden, deren Aus gangssignale miteinander verglichen werden. Dies er gibt die Möglichkeit, ein Differenzsignal zu erhalten, aus dem die Schwankungen der Grundhelligkeit elimi niert sind. Durch ein beispielsweise oszillierendes Bewe gen des bildseitigen Endes des Lichtweges kann zudem ein maximales Ausgangssignal erhalten werden.
Gemäss einer weiteren Ausbildung der erfindungs- gemässen Vorrichtung liegen die Lichtwege an den Lichteintrittsenden beieinander, und zu jedem der licht empfindlichen Elemente führt eine Gruppe von Licht wegen. Vorteilhaft ist dabei auch vorgesehen, dass die Lichtaustrittsenden der Lichtwege in zwei Gruppen von vorzugsweise gleicher Anzahl aufgeteilt sind und jeder Gruppe ein lichtempfindliches Element zugeordnet ist, wobei die lichtempfindliche Einrichtung ein der Diffe renz der Lichtintensitäten an den Austrittsenden der beiden Gruppen entsprechendes Differenzsignal abgibt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erzeugung eines Signals, welches ein Mass für die Scharfeinstellung eines optischen Bildes ist; 2.
Eine Ansicht gemäss der Linie II-II der Fig. 1, die den Querschnitt eines Bündels optischer Fasern zeigt, wie es in der Ausführungsform der Fig. 1 Verwendung findet; Fig.3 ein Schaltschema einer lichtempfindlichen Einrichtung, die zur Erzeugung eines die Scharfein stellung kennzeichnenden Signals verwendet wird; Fig.4 eine graphische Darstellung der Signalinten sität in Abhängigkeit von der Einstellung der Optik der Vorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer modifi zierten Form der Vorrichtung; und Fig. 6 eine graphische Darstellung der Signalinten sität in Abhängigkeit von der Stellung der Optik einer Vorrichtung nach Fig. 5. <I>Wirkungsweise der in den Figuren</I> <I>dargestellten Ausführungsformen</I> Gemäss der Ausführungsform der Fig. 1 werden die Lichtwege 14 periodisch über verschiedene Bereiche eines in der Bildebene 11 befindlichen Bildes geführt, indem den bildseitigen Enden der Lichtwege eine z. B. vibrierende Bewegung relativ zum Bild erteilt wird.
Dies kann mit Hilfe einer Antriebseinrichtung 18 bewerk stelligt werden, oder kann sich, wenn es sich um eine tragbare Vorrichtung handelt, aus den unwillkürlichen Bewegungen der von Hand gehaltenen Vorrichtung von selbst ergeben. Die Lichtwege bilden an dem Licht eintrittsende ein Bündel 15, dessen Einzelwege in einer statistischen Weise auf zwei Teilbündel 17, 1<B>7</B> am Lichtaustrittsende verteilt sind, um das vom Bild ent nommene Licht gleichmässig auf die Lichtaustrittsen- den 12, 12' zu verteilen und hierdurch den Einfluss ausgedehnter Hell- und Dunkelbereiche des Bildes auf die Scharfeinstellung zu eliminieren.
Das Licht von einem unscharfen Bild ist grau in den übergangszonen der Dunkel- und Hellbereiche, in denen keine scharfe Abgrenzung zwischen dunklen und hellen Bereichen vorhanden ist. Daher bestehen keine wesentlichen Unterschiede der Intensitäten der verschiedenen Bereiche des unscharfen Bildes, wenn es periodisch durch die einzelnen Lichtwege abgetastet wird, und demgemäss bestehen nur geringe Unterschie de in der Intensität des an die Lichtaustrittsenden über mittelten Lichtes.
Umgekehrt hat ein scharf eingestelltes Bild eine scharfe Abgrenzung zwischen seinen Hell- und Dunkel bereichen. Die Gesamtintensität des an den Lichtaus trittsenden austretenden Lichtes variiert dann zwischen verhältnismässig hohen und niedrigen Werten, weil die einzelnen Lichtwege mit ihren Lichteintrittsenden dauernd Grenzen zwischen Hell- und Dunkelbereichen passieren.
In einem Zeitpunkt des Abtastzyklus werden mehr Lichtwege auf dunkle Bereiche des Bildes gerichtet sein, wogegen in einem anderen Zeitpunkt des Zyklus mehr Lichtwege auf helle Bereiche des Bildes gerichtet sein werden. Dies bewirkt natürlich eine periodische Varia tion zwischen verhältnismässig niedrigen und hohen In- tensitäten des an den Lichtaustrittsenden austretenden Lichtes.
Die Differenz zwischen den niedrigen und ho- hen Intensitäten steigt darüber hinaus mit der Schärfe des Bildes derart, dass eine maximale Differenz bei Vorliegen der optimalen Schärfe des Bildes vorliegen wird.
Eine vorteilhafte einfache und stabile Ausbildung eines Lichtwegbündels wird gemäss Fig. 1 dadurch er halten, dass das Bündel gabelförmig aus optischen Fa sern aufgebaut wird, die am Lichteintrittsende zusam- mengefasst sind, um bei 11 ein optisches Bild aufzu nehmen, während die Lichtaustrittsenden 12, 12' auf zwei Bündel von im wesentlichen gleicher Faserzahl verteilt sind.
Eine solche gabelförmige Anordnung lie fert einen Unterschied der Intensitäten des an den bei den Enden der Gabel austretenden Lichtes als Scharf einstellungssignal, welches frei ist von Variationen der Intensität der Beleuchtungsquelle. Im allgemeinen sind nämlich die die Scharfeinstellung anzeigenden Intensi tätsvariationen des von den Enden eines Lichtwegbün- dels austretenden Lichtes, die durch die periodische Bildabtastung entstehen, überlagert von verhältnismäs- sig starken Variationen der Grundhelligkeit, beispiels weise bei Erzeugung des Lichtes durch netzfrequenten Strom.
Demgemäss ist es für ein brauchbares Scharf einstellungssignal wünschenswert, dass die Variation der Grundhelligkeit eliminiert wird. Diese Variation wird praktisch in einem Signal eliminiert, welches proportio nal der Differenz der Intensitäten des Lichts ist, das an den Enden der Gabel austritt, da die Grundintensität in den beiden zu den Enden führenden Teilbündeln sich im wesentlichen mit gleichem Betrage auswirkt; dage gen werden die die Scharfeinstellung anzeigenden Ände rungen der Intensität im Differenzsignal nicht eliminiert.
Die Lichtwege im Bünäel 15, die von der Bildebene ausgehen, führen statistisch gleich verteilt zu den Enden 12, 12' der Gabel . Es besteht also gleiche Wahr scheinlichkeit, dass eine bestimmte Gruppe an der Bildebene nebeneinander liegender Lichtwege gleich- mässig auf die beiden Gabelenden verteilt werden; bei einer statistischen Verteilung gleicher Wahrscheinlich keit kann jedoch eine Abweichung gegenüber einer exakten Gleichverteilung auftreten. Das Differenzsignal, welches sich aus den Enden der Gabel ableitet, ist da her ein Mass für die Scharfeinstellung des Bildes.
Hinsichtlich dieser Ausführungsform der Erfindung ist zu bemerken, dass im allgemeinen die Lichteintritts enden der Lichtwege nicht unbedingt relativ zum Bild bewegt werden müssen, um ein die Bildschärfe anzei gendes Signal zu erhalten. Diese Relativbewegung er gibt sich vielmehr aus der Abweichung einer Verteilung statistisch gleicher Wahrscheinlichkeit von einer exakten Gleichverteilung, wie dies im einzelnen noch erläutert werden wird.
Das bei Ausführungsform der Fig. 5 auftretende Differenzsignal wird gemäss Fig. 6 gleich Null, wenn das Bild scharf eingestellt ist, und wechselt von der einen Polarität über Null zu der entgegengesetzten Polarität (d. h. von positiv zu negativ), wenn die Optik 38, die das Bild erzeugt, von einer Stellung jenseits der Scharf einstellung zu einer Stellung diesseits der Scharfeinstel lung geführt wird. Die Polarität des Signals gibt daher an, auf welcher Seite des Scharfeinstellungspunktes die Optik sich befindet. Solch ein Signal ist besonders gut dazu geeignet, ein Servosystem zur automatischen Scharfeinstellung der Optik zu steuern.
Die Vorrichtungen werden im nachfolgenden unter besonderer Bezugnahme auf sichtbare Bilder beschrie- ben, wie sie durch Kameras, Entfernungsmesser, Tele skope usw. erzeugt werden. Es muss indessen betont werden, dass die Vorrichtungen auch brauchbar sind in Anwendungsgebieten, die Strahlungen ausserhalb des sichtbaren Teiles des Spektrums der elektromagneti schen Wellen benutzen, z. B. Infrarotstrahlen.
Die Lichtwege sind vorteilhafterweise optische Fa sern 14 bzw. 34, 34', die im Bündel 15 bzw. 33 stati stisch verteilt angeordnet sind. Weiter ist eine Antriebs einrichtung 18 vorgesehen, um den Lichteintrittsseiten der Lichtwege eine oszillierende oder vibrierende Be wegung zu erteilen, beispielsweise längs eines ellipti schen Weges in der Bildebene, so dass periodisch ver schiedene Gruppen der Lichtwege über verschiedene Bereiche der Bildebene 11 geführt werden.
Die ver schiedenen Gruppen der Lichtwege können gemäss Fig. 2 durch eine perforierte undurchsichtige Maske 16 oder ein Gitter definiert werden, die an den die die Lichtwege bildenden Bauteilen am bildebenseitigen Ende be festigt ist und das auffallende Licht ausserhalb der durch die Perforation definierten Gruppen abdeckt. Als Antriebseinrichtung 18 können verschiedene mechani sche oder elektromechanische Vorrichtungen verwendet werden. Die lichtemplindliche Einrichtung (Fig. 1: 20, 20', 21, Fig. 5: 41) nimmt das von den Lichtwe gen austretende Licht auf und erzeugt ein Ausgangs signal, welches die Schärfe des Bildes anzeigt.
Das Ausgangssignal kann proportional sein dem Unterschied zwischen dem Maximum- und Minimumpegel der zy klischen Lichtintensitäts variation, die bei Bewegung der Lichtwege in der Bildebene relativ zum Bild erzeugt werden. Wenn das Bild unscharf oder aus dem Fokus ist, liegt nur ein geringer Unterschied zwischen Dunkel- und Hellbereichen des Bildes vor und es kann als grau bezeichnet werden.
Wenn verschiedene ausgewählte Gruppen der Lichtwege über verschiedene Bereiche des Bildes dahinstreichen, ist demgemäss nur eine geringe Intensitätsvariation vorhanden und ein dem Unterschied zwischen dem Maximum und Minimum der Variation des von den Endstellen austretenden Lichtes propor tionales Signal ist daher nur gering. Sobald natürlich das Bild scharf eingestellt wird, werden die Grenzen zwischen den Hell- und Dunkelstellen des Bildes zu nehmend schärfer. Wenn bestimmte Gruppen der Licht wege über die relativ,-n Licht- und Dunkelstellen des Bildes streichen, werden zu einem bestimmten Zeitpunkt sich mehr Lichtwege an hellen Stellen des Bildes be finden als an dunklen und zu einem anderen Zeitpunkt wird es umgekehrt sein.
Demzufolge werden die perio dischen Variationen der Intensität des von einer End- stelle der Lichtwege austretenden Lichtes, je mehr das Bild die Scharfeinstellung erreicht, zunehmend prägnan ter und ebenso steigt entsprechend die Differenz zwi schen dem Maximum- und Minimumpegel der Varia tion an. Die beste Schärfe ist demgemäss durch das maximale Differenzsignal angezeigt. Die Bauteile der lichtempfindlichen Elemente 20, 20', die in Abhängig keit von dem von den Enden 12, 12' bzw. 39, 39' der Lichtwege austretenden Lichtes ein fokusanzeigendes Si gnal herleiten, können beispielsweise Photozellen oder andere lichtelektrische Wandler zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches proportional zur Intensität des darauf fallenden Lichtes ist, sein.
Es kann dann z. B. ein Wechselstromvoltmeter Verwendung finden, um die Grösse der periodischen Variation des elektri- sehen Signals und demgemäss die Güte der Scharfein stellung des Bildes anzuzeigen. Wie vorstehend be merkt, ist das Anzeigesignal gewöhnlich überlagert durch ein Hintergrundsignal, welches aus dem Hintergrund licht entsteht, und in einigen Fällen kann das Hinter grundsignal verhältnismässig grossen Variationen, ver glichen mit jenen des Anzeigesignals, unterworfen sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Hinter grundlicht eine der Frequenz des Speisenetzes entspre chende (50 Hz) Periodizität vorliegt, wie dies bei nor malem Netzanschluss der Fall ist.
Unter diesen Um ständen ist die Variation des fokusanzeigenden Signals im wesentlichen nicht erkennbar infolge der viel grös- seren Variation der Hintergrundsignalintensität. Um dem abzuhelfen, ist im Rahmen der Erfindung die fo- kusanzeigende Vorrichtung vorzugsweise mit Bauteilen zur Eliminierung der Hintergrundsignalvariationen ver sehen.
Beispielsweise kann ein 50-Hz-Filternetzwerk Verwendung finden, um eine unerwünschte 50-Hz-Hin- tergrundkomponente aus dem dem Voltmeter angeleg ten elektrischen Signal zu eliminieren. Vorzugsweise ist aber vorgesehen, die Lichtwege der Vorrichtung auf zumindest ein Paar von Endpunkten bzw. -stellen auf zuteilen und ein Signal, welches proportional der Diffe renz zwischen den Intensitäten des an den jeweiligen Endpunkten bzw. -stellen austretenden Lichtes ist, als fokusanzeigendes Signal herzuleiten. Die Hinterg-und- variationen der Lichtintensität werden hierdurch eli miniert.
<I>Detailbeschreibung der in den Figuren</I> <I>dargestellten</I> Vorrichtungen Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist eine Mehrzahl von optischen Lichtwegen vorgesehen, die sich von einer gemeinsamen Bildebene, die allgemein mit 11 bezeich net ist, zu einer Mehrzahl von Endstellen 12 erstrek- ken. Die Ebene 11 kann beispielsweise die Bildebene einer einstellbaren Optik 13 einer Kamera oder eines anderen optischen Instrumentes sein. Die Lichtwege sind im wesentlichen auf die Endstellen mit statistisch gleicher Wahrscheinlichkeitsverteilung aufgeteilt. In dem dargestellten Fall sind die Lichtwege auf ein Paar von Endstellen . 12 und 12' aufgeteilt.
Es kann indessen auch eine grössere Anzahl, wie beispielsweise vier End- stellen, vorgesehen sein. Die Lichtwege sind vorzugs weise jeweils durch optische Fasern 14 definiert. Das Faserbündel 15 ist an dem einen Ende, welches an der Bildebene 11 liegt, eng gebündelt. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, ist eine perforierte Maske 16 über dieses Bündelende gelegt. Die Maskenperforatio nen wählen eine Anzahl von Fasern aus, zu denen durch diese Maske ein Lichtzutritt vom Bild in der Bildebene 11 erfolgen kann. Das äussere Ende des Faserbündels ist in zwei Gruppen bzw. Teilbündel 17 und 17' von im wesentlichen gleicher Zahl an Fasern 14 gegabelt, die sich zu den Endstellen 12 und 12' erstrecken.
Vor zugsweise sind zusätzlich weiter Bauteile vorgesehen, um das Bündel 15 in Oszillation oder Vibration längs beispielsweise eines elliptischen Weges in der Bildebene 11 zu versetzen, um die Fasern, die durch die Masken perforation festgelegt sind, über verschiedene Bereiche eines Bildes in der Bildebene periodisch zu bewegen. Die Vibrationseinrichtung ist dabei allgemein mit 18 bezeichnet und die strichlierte Linie 19 deutet die wir kungsmässige Verbindung mit dem Bündel 15 an.
Es ist klar, dass auf Grund der statistischen Ver teilung der Faser 14 im Bündel 15 eine statistisch gleiche Wahrscheinlichkeit dafür vorhanden ist, dass von einer ausgewählten Anzahl von Fasern, die an der Bildebene aneinander angrenzen, gleich viele an den bei den Endstellen 12 bzw. 12' enden.
Im allgemeinen be steht bei einer solchen statistischen Verteilung aber eine Abweichung gegenüber einer exakt gleichen Aufteilung auf die Endstellen, und dann führen von einer beliebigen gegebenen Anzahl von Fasern eine grössere Anzahl an nie eine Endstelle als an die andere Endstelle; dann be steht für irgendeine Gruppe ausgewählter Fasern bei ei nem scharf eingestellten Bild in der Ebene 11 eine we s Lntliche Differenz der Lichtintensitäten an den End punkten 12 und 12.
Natürlich variiert die Grösse der Differenz zwischen den Lichtintensitäten an den End punkten 12 und 12' periodisch auf Grund der von der Vibrationseinrichtung 1$ herbeigeführten Bewegung der Gruppen ausgewählter Fasern in bezug auf das Bild. Jede vorliegende scharfe Linie oder Hell-Dunkel-Grenze in einem Bild wird periodisch von einer Anzahl von Fasern überstrichen, so dass zu einem gewissen Zeit punkt im Zyklus mehr Fasern sich an hellen Bereichen befinden als an dunklen, und zu einem anderen Zeit punkt zufolge der geänderten Lage mehr Fasern sich an dunklen Bereichen befinden als an hellen.
Dadurch entsteht eine periodisch variierende Differenz zwischen den Intensitäten des an den Endstellen austretenden Lichtes. Die Variationen sind verhältnismässig gross, wenn eine scharfe Abgrenzung zwischen Hell- und Dun kelbereichen des Bildes vorliegt, wenn dieses sich in der Scharfeinstellung befindet, hingegen verhältnismässig ge ring, wenn das Bild unscharf und im wesentlichen über die Gesamtfläche gesehen grau ist.
Darüber hinaus ist einzusehen, dass die Hintergrundkomponenten in der Differenz zwischen den von den jeweiligen Endstellen übermittelten Lichtintensitäten eliminiert sind. Es ist weiter von Bedeutung zu bemerken, dass infolge der Fehlerabweichung gegenüber einer exakt gleichen Auf teilung der Fasern auf die Endstellen 12 und 12' die vor liegende Ausführungsform der Vorrichtung auch funk tioniert, ohne dass eine Bewegung des Bündels in bezug zum Bild erforderlich ist.
Die Differenz zwischen den Intensitäten des von den jeweiligen Endpunkten 12 und 12' übermittelten Lichtes variiert in Übereinstimmung mit der Schärfe eines Bildes in der Bildebene 11 auch dann, wenn das Bündel sich in bezug zum Bild in fixer Lage befindet.
Obwohl die statistisch verteilt angeordneten Licht wege vorzugsweise durch ein Bündel 15 aus optischen Fasern verkörpert werden, ist einzusehen, dass verschie dene Alternativen zur Bildung der Lichtwege möglich sind. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Prismen in Verbindung mit einem Plastiklichtleiter (das ist ein stab- förmiger Lichtleiter, der bei Erwärmung gebogen wer den kann), um das Licht längs einer Mehrzahl von We gen zu führen, die an zwei oder mehr Stellen in stati stisch verteilter Weise enden. Ebenso kann eine Anord nung von Spiegeln Verwendung finden, um das Licht längs einer Mehrzahl von Wegen in dieser Weise zu re flektieren.
Unabhängig von der Art der als Lichtwege verwendeten Bauteile ist eine statistische Verteilung der selben, die der binomialen Verteilung der Wahrschein- lichkeiten entspricht, die beste. Es ergibt sich dabei b:i einer Aufteilung der Lichtwege auf zwei Endstellen, wie dies z. B. bei der Aufteilung gemäss Fig. 1 auf zwei Endstellen 12 und 12' der Fall ist, für jede ausgewählte Gruppe von n Lichtwegen, dass
EMI0004.0035
Lichtwege dieser Gruppe an der einen Endstelle enden, wogegen
EMI0004.0036
Lichtwege an der anderen Endstelle enden.
Da her besteht in der Differenz zwischen den Intensitäten des Lichtes an den beiden Stellen ein zusätzlicher Effekt, der zwischen den Fehlerabweichungen
EMI0004.0038
liegt, wenn eine Grenzlinie zwischen Hell und Dunkel im Bereich der ausgewählten Gruppe von Lichtwegen vorliegt. Mit anderen Worten, es ist die Differenz zwischen den Lichtintensitäten an den Endstellen proportional v n, wenn Licht- und Dunkelzonen im Bereich der ausge wählten Gruppe von Lichtwegen vorliegen.
Dieser zwi schen den Fehlerabweichungen liegende additive Effekt ist auch die Ursache, dass ein schärfer anzeigendes Dif ferenzsignal selbst dann erzeugt wird, wenn die Licht wege relativ zu dem Bild nicht bewegt werden. In Fäl len, wo die Lichtwege zu mehr als zwei Endstellen führen, an denen die Lichtintensität bestimmt wird, kön nen durch geeignete algebraische Zusammenfassung der Einzelsignale die Abweichungen von der Gleichver teilung der Lichtwege zu den vergleichenden Endstellen berücksichtigt werden.
Hinsichtlich der Bauteile zur Feststellung der Diffe renzen zwischen den Intensitäten des an den Endstel- len 12 und 12' austretenden Lichtes, die ein Mass für die Schärfe eines Bildes in der Bildebene 11 sind, ist festzustellen, dass diese vorzugsweise ein Photozellen paar 20 und 20' oder äquivalente Bauteile umfassen, die jeweils an den Endstellen 12 bzw. 12' in Aufnahme stellung für das jeweils von den Endstellen austretende Licht stehen. Mit dem Ausdruck Photozelle , wie er hier verwendet wird, soll dabei ganz allgemein ein licht empfindliches Bauelement bezeichnet werden, wie es beispielsweise durch Festkörperphotodioden und Photo transistoren verkörpert ist.
Die entsprechenden Photo zellen erzeugen elektrische Signale, die proportional sind den Intensitäten des von den Endstellen 12 und 12' aus tretenden Lichtes. Es ist klar, dass als Alternativanord nung auch eine einzige Photozelle genügen kann, wenn dieser mit einem geeigneten Lichtstrahlunterbrecher ab wechselnd das aus den jeweiligen Endstellen austretende Licht zugeführt wird. Das elektrische Ausgangssignal aus der einzelnen Photozelle ist dabei impulsförmig, und die aufeinanderfolgenden Impulse sind abwechselnd proportional den Intensitäten des Lichtes von der jewei ligen Endstelle.
Die Anordnung mit einer einzigen Pho tozelle ist vom Gleichgewichtsstandpunkt vorteilhaft, da die elektrischen Anzeigesignale der Intensität für beide Endstellen von der gleichen Vorrichtung erzeugt wer den. Die elektrischen Ausgangssignale der Photozellen oder der Photozelle können einer Vergleichseinrichtung 21 zugeführt werden, um ein Signal zu schaffen, welches proportional der Differenz zwischen den erzeugten elek trischen Signalen ist, oder es kann in anderer Weise die Differenz angezeigt werden.
Die Vergleichseinrichtung 21 kann verschiedenartig ausgebildet sein; im Falle der Verwendung von zwei Photozellen kommt vorzugsweise eine Ausbildung ge- mäss Fig. 3 in Betracht. In dieser Schaltungsanordnung ist der negative Anschluss der einen Photozelle, bei spielsweise der Photozelle 20, mit dem positiven An- schluss der anderen Photozelle, z. ts. der rnotozeile 2U", verbunden und weiter der positive Anschluss der Photo zelle 20 mit dem negativen Anschluss der Photozelle 20' über einen Symmetriewiderstand 22 verbunden.
Daher sind die Photozellen über den Symmetriewiderstand 22 gegeneinander geschaitet. Der verschiebbare Abgritt 23 des Widerstandes 22 ist seinerseits über ein Voitmeter 24 oder dergleichen an den Verbindungspunkt zwischen dem negativen Anschluss der Photozelle 20 und dem positiven Anschluss der Photozelle 20 bzw. 20' an gelegt. Zusätzlich kann ein Kompensationswiderstand 26 einer Photozelle parallelgeschaltet werden, im dar gestellten Fall zur Photozelle 20', um Unterschiede im Frequenzgang des jeweiligen Paares von Photozellen 20 und 20', die in dieser Anordnung vorgesehen sind, zu kompensieren.
Bei Anordnung einer Vergleichseinrich tung 21 in der eben beschriebenen Art ergibt sich, dass Licht, welches aus den Endstellen 12 und 12' austritt und auf die Photozellen 20 und 20' fällt, die Erzeugung von dem auffallenden Licht proportionalen Ausgangs signalen der Photozellen bewirkt und die Difterenz zwi schen den von den Photozellen erzeugten Ausgangs signalen am Voltmeter 24 auftritt. Die Regulierbarkeit des Symmetriewiderstandes 22 erleichtert die Ein stellung der Photozellensignale, so dass jede Ungleich heit zwischen den jeweiligen Zweigen des Systems kom pensiert werden kann, wenn die Bildebene 11 Licht gleichförmiger Intensität, das heisst graues Licht, erhält.
Mit anderen Worten: der Symmetriewiderstand 22 schafft die Möglichkeit eines Nullabgleiches des Sy stems bei vollständig defokussiertem Bild in der Bild ebene 11, wobei der Widerstand vorerst so einjustiert wird, dass am Voltmeter 24 keine Gleichspannung auf tritt, wenn graues Licht gleichförmig über die Bildebene 11 verteilt ist. Sobald die Vergleichseinrichtung so ein justiert ist, entspricht die Anzeige des Voltmeters 24 direkt der Schärfe eines Bildes in der Bildebene 11.
Es kann nun die Einstellung der einstellbaren Optik 13 verändert werden, bis das Voltmeter 24 Maximalspan nung anzeigt, d. h. bis der Unterschied zwischen den In- tensitäten des von den Endstellen 12 und 12' austreten den Lichtes ein Maximum ist; in diesem Fall weist das Bild in der Bildebene 11 die maximale Schärfe auf, bzw. es liegt optimale Trennung zwischen den Hell- und Dunkelzonen in dem von einer jeweils ausgewählten Anzahl von in der Bildebene aneinanderliegenden Licht wegen vor, was für das Vorhandensein optimaler Fo- kussierung charakteristisch ist.
Die Variation in der Si gnalintensität, wie sie durch das Voltmeter 24 in bezug auf die Stellung der einstellba.en Optik 13 wiedergege ben wird, ist in Fig. 4 dargestellt, worin die Signalinten- sitätskurve ein verhältnismässig scharfes Maximum zeigt, das an der der Scharfeinstellung der Optik entsprechen den strichlierten Linie 27 liegt.
Wird die Einstellung der einstellbaren Optik 13 nach der einen oder anderen Richtung von der Einstellung 27 weg verändert, sinkt die Intensität des vom Voltmeter 24 angezeigten Signals schnell zu einem vernachlässigbaren Wert ab, wie Fig. 4 entnehmbar ist. Bei der Scharfeinstellung der einstell baren Optik 13 hat das Signal die maximale Amplitude.
Obwohl das Voltmeter 24 in dem Vergleichskreis der Fig. 3 dazu verwendet wird, eine Anzeige der Schärfe eines in der Bildebene 11 durch die einstellbare Optik 13 erzeugten Bildes zu liefern, kann das am Volt- meter auftretende Signal ebenso gut auch dazu verwen det werden, um die Einstellung der Optik selbsttätig zu steuern, so dass die Einstellung automatisch auf opti male Schärfe angebracht wird.
Das Differenzsignal, wel ches durch die Vergleichseinrichtung 21 erzeugt wird, kann beispielsweise, wie in Fig. 1 angedeutet ist, dazu verwendet werden, um eine Einstellvorrichtung 28 für die Optik 13, die mit der einstellbaren Optik 13 ge koppelt ist, derart zu steuern, dass die Einstellung der Optik in übereinstimmung mit dem Signal verändert wird.
Die Einstellbauvorrichtung 28 kann beispielsweise ein Servostellsystem eines Typs sein, der geeignet ist, auf das Maximum bzw. auf die Spitze der Signalintensitäts- kurve der Fig. 4 anzusprechen. Daher wird bei Vor handensein eines schwachen Differenzsignals die Ein stellvorrichtung 28 die Einstellung der einstellbaren Op tik 13 in Richtung auf die der Linie 27 in Fig. 4 ent sprechende Stellung verschieben. Bei Vorliegen der ma ximalen Intensität des Signals wird die Veränderung der Einstellung der Optik beendet und die Optik in dieser einer optimalen Fokussierung entsprechenden Lage belassen.
So kann die vorliegende Erfindung Ver wendung finden für das automatische Scharleinstellen von Optiken.
Bezüglich einer weiteren Verwendung der erfin- dungsgemässen Vorrichtungen zur Anzeige der Güte der Fokussierung und zum selbsttätigen Einstellen optima ler Fokussierung sei auf Schnittbildentfernungsmesser oder andere Schnittbildeinrichtungen verwiesen, wobei die erfindungsgemässen Vorrichtungen dazu benutzt werden können, um ein Anzeige- oder Steuersignal da für zu erhalten, ob die Spaltbilder übereinstimmen oder nicht.
Im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 kann dabei die Bildebene 11, von der die in statistisch ver teilter Lage angeordneten Lichtwege der Vorrichtung ausgehen, die Bildebene einer Spaltbildeinrichtung sein. So lang die Bilder gespalten sind, ist der Kontrast zwi schen den Spaltbildern und dem Hintergrund etwa halb so gross wie er ist, wenn die Bilder übereinstimmen. Zusätzlich ist der Bereich der Lichtwege über welchen sich die Intensitäten der Spaltbilder verteilen etwa zwei mal so gross, wie der Bereich über den sich die Inten sität des übereinstimmenden Bildes verteilt.
Daraus er gibt sich, dass die Differenz zwischen den Intensitäten des von den Endstellen 12 und 12' austretenden Lich tes viel grösser ist, wenn die Bilder übereinstimmen, als wenn sie aufgespalten sind. Daher ist das Differenz signal, welches von der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugt wird in diesem Falle ein Merkmal dafür, ob die Spaltbilder übereinstimmen oder nicht.
In Fig. 5 ist eine modifizierte Form der Vorrichtung gemäss der Erfindung gezeigt, welche so ausgebildet ist, dass das Ausgangsmaterial in Abhängigkeit von der Einstellung der Optik einen Verlauf, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, besitzt. Es ist dabei wesentlich, dass die Signalintensität für die einer optimalen Scharfeinstellung der Optik entsprechende Einstellage derselben, wei durch die strichlierte Linie 29 angedeutet, null ist. Weiter geht die Signalintensitätskurve durch null symmetrisch von der einen Polarität zur entgegengesetzten Polarität (d. h.
von positiv nach negativ), wenn die Einstellung der ein stellbaren Optik von einer Stellung 31 auf der einen Seite der besten Scharfeinstellung 29 zu einer Stellung 32 an deren entgegengesetzten Seite verändert wird. Es ist einzusehen, dass ein Verhalten des Ausgangssignals gemäss der Kurve in Fig. 6 besonders gut geeignet ist, ein Servosystem zu steuern, welches analog wie die Ein stellvorrichtung 28 zur Veränderung der Einstellung der einstellbaren Optik 13 verwendet werden kann. In die sem Falle gibt die Polarität des Signals einen Hinweis auf die Richtung, in welcher die Einstellung der Optik verändert werden muss, um optimale Scharfeinstellung bzw. Fokussierung zu erzielen.
Im dargestellten Fall zeigt die positive Polarität an, dass eine Einstellung vor liegt, die rechts von der optimalen Scharfeinstellung liegt, wogegen negative Polarität anzeigt, dass die Ein stellung der Optik links der optimalen Einstellung steht. Das Servosystem zur Einstellung der Optik kann daher so angeordnet sein, dass es die Einstellung nach links verändert bei einem positiven Signal und nach rechts bei Vorliegen eines negativen Signals, wogegen die Op tik, sobald das Signal null wird, in ihrer Einstellung belassen wird.
Solche Bewegungen können leicht und einfach bewerkstelligt werden durch einen polaritäts empfindlichen Servomotor, welcher je nach Vorliegen eines positiven oder negativen Signals in entgegenge setzten Richtungen rotiert, beispielsweise im Uhrzeiger sinn oder Gegenuhrzeigersinn. Die Drehung im Uhrzeiger- sinn kann verwendet werden, um eine Einstellbewegung der Optik nach links zu erzeugen, wogegen eine Dre hung im Gegenuhrzeigersinn dazu dienen kann, eine Einstellbewegung der Optik nach rechts berbeizufüh- ren. Daher bewegt der Motor, wenn die ihm zugeführte Speiseenergie proportional zum Intensitätssignal ist,
die Optik in Richtung auf die optimale Scharfstellung und beendet diese Bewegung, sobald die Speisespannung null wird, d. h. wenn die Einstellung der Optik optimal ist.
Zur Erzielung einer Signalintensitätskurve der in Fig. 6 dargestellten Form sind bei der Ausführungs form nach Fig. 5 Lichtwege vorgesehen, die in statisti scher Verteilung angeordnet sind und die in im wesent lichen gleicher Anzahl in zwei Ebenen oder Flächen en den, die in gleichem Abstand an entgegengesetzten Sei ten der Bildebene einer Optik liegen.
Die Lichtwege können dabei durch ein verhältnismässig wenig dichtes bzw. lose gepacktes Bündel 33 optische Fasern oder äquivalenter Bauelemente gebildet sein, wobei die ein zelnen Fasern im Bündel statistisch verteilt angeordnet sind und im wesentlichen die Hälfte der Fasern 34 von einer Ebene 36 und die andere Hälfte der Fasern 34' von einer Ebene 36' ausgehen, die sich, in Längsrich tung gesehen, im Abstand von der Ebene 36 befindet. Eine geringe Dichte des Bündels ist wünschenswert, damit benachbarte Fasern verhältnismässig weit von einander liegen und so das von einem Bild herrühren de Licht zu den Enden der Fasern an der inneren Ebene 36' ungehindert Zutritt hat.
Das Bündel ist so angeordnet, dass die Bildebene 37, in der von einer ein stellbaren Optik 38 ein optimal eingestelltes Bild er zeugt werden soll, in der Mitte zwischen den Ebenen 36 und 36' liegt. Die von der Ebene 36 ausgehenden Fasern 34 erstrecken sich in einer vorzugsweise statisti schen Verteilung zu einer ersten Endstelle 39, wogegen die Fasern 34,' die von der Ebene 36' ausgehen, in gleicher Weise vorzugsweise in statistischer Verteilung gebündelt zu einer zweiten Endstelle 39' führen. Es ist weiter vorgesehen, dass das Bündel 33 in bezug auf das Bild eine vibrierende Bewegung ausführt, und diesbe züglich kann eine geeignete mechanische Vibrationsein- richtung vorgesehen sein oder es kann das Bündel von Hand in vibrierende Bewegung versetzt werden.
ES ist klar, dass während einer solchen Vibration oder Bewe gung die periodische Variation der Intensität des von der Endstelle 39 übermittelten Lichtes grösser ist, als die des Lichtes, das von der Endstelle 39' übermittelt wird, wenn ein Bild in der Ebene 36 schärfer abgebildet ist als in der Ebene 36' und umgekehrt. Wenn die Schärfe eines Bildes in bezug auf die beiden Ebenen 36 und 36' gleich ist, sind die periodischen Variationen der von den beiden Endstellen 39 und 39' übermittelten Intensitä- ten im wesentlichen gleich. Wenn die Einstellung der einstellbaren Optik 38 verändert wird, wird die Stellung einer Abbildung in bezug auf die Ebenen 36 und 36' in Längsrichtung verschoben.
Wenn die Lage des scharf eingestellten Bildes sich zwischen den Ebenen 36 und 36' in einander entgegengesetzten longitudinalen Rich tungen bewegt, wird die Bildlage jeweils von einer Ebe ne gegen die andere oder umgekehrt bewegt. Daher wird das Bild, gesehen von der einen Ebene, progressiv we niger scharf, während die Schärfe des Bildes, gesehen von der anderen Ebene, zunehmend grösser wird. Die periodische Variation der Intensität des von einer End- stelle austretenden Lichtes nimmt demgemäss progres siv ab, wogegen jene des von der anderen Endstelle austretenden Lichtes progressiv zunimmt, wenn die Lage des fokussierten Bildes zwischen den Ebenen 36 und 36' verschoben wird.
Wenn die Lage des scharf eingestellten Bildes in der Mitte zwischen den Ebenen 36 und 36' liegt, d. h. in der Bildebene 37, zeigen beide Ebenen gleiche Schärfe des Bildes, und die Varia tionen der Lichtintensitäten, die von den beiden End- stellen 39 und 39' übermittelt werden, sind daher gleich.
Das Vorstehende kann noch besser verstanden wer den, wenn angenommen wird, dass ein scharf eingestell tes Bild sich links von der Bildebene 37 befindet und demgemäss näher der Ebene 36 als der Ebene 36'. Das Bild wird daher in der Ebene 36 relativ scharf und in der Ebene 36 relativ unscharf erscheinen. Da verschie dene ausgewählte Gruppen von Lichtwegen, die an den jeweiligen Bildebenen 36 und 36' enden, über verschie dene Bereiche des Bildes durch Vibration des Bündels 33 hinwegschwingen, ist die periodische Variation der Intensität des von der Endstelle 39 austretenden Lichtes grösser als die des von der Endstelle 39' aus tretenden Lichtes.
Wenn nun das scharf eingestellte Bild auf der rechten Seite der Bildebene 37 liegt und demgemäss näher der Ebene 36' als-der Ebene 36, zeigt die Ebene 36' ein schärferes Bild als die Ebene 36. Als Ergebnis ist die periodische Variation des von der End- stelle 39' austretenden Lichtes grösser als jene des von der Endstelle 39 austretenden Lichtes. Wie vorstehend bemerkt, ist die Schärfe gesehen von den beiden Ebe nen 36 und 36', gleich, wenn das Bild sich in der Bildebene 37 befindet, da dann die periodischen In tensitätsvariationen des von den beiden Endstellen 39 und 39' austretenden Lichtes gleich sind.
Daher va riiert die algebraische Differenz zwischen den gleichge richteten Gleichspannungskomponenten der periodischen Intensitätsvariationen des Signals, das von dem von den jeweiligen Endstellen austretenden Lichtes hergeleitet wird, von einer Polarität zur entgegengesetzten Polari tät, wenn die Lage des scharf eingestellten Bildes sich durch die Variation der Einstellung der einstellbaren Optik 38 verändert. Die Differenz verschwindet, wenn das scharfe Bild in der Bildebene 37 liegt und die Optik sich in der optimalen Scharfeinstellung befindet.
Daher ergibt sich ein Verlauf der Gleichspannung sdifferenz zwischen den Intensitäten des von den Endstellen 39 und 39' austretenden Lichtes in Abhängigkeit von der Einstellung der Optik 38 entsprechend der in Fig. 6 dargestellten Kurve.
Um ein elektrisches Signal zu erzielen, welches pro portional dem Unterschied zwischen den gleichgerichte ten Gleichstromkomponenten der den Lichtintensitäten bei 39 und 39' entsprechenden Signale ist und wel ches demgemäss ein Mass für die Schärfe eines Bildes ist, sind geeignete photoelektrische Wandler und gleich- spannungsdifferenzbildende Einrichtungen vorgesehen, die in Fig. 5 mit 41 bezeichnet sind und die das von den Endstellen 39 und 39' austretende Licht erfassen. Die Bauteile der Einrichtung 41 können von herkömmlicher Art sein.
Das Signal kann in der vorher beschriebenen Weise verwendet werden, um eine Vorrichtung zur Ein stellung einer Optik, die mit der Optik 38 gekoppelt ist, zu steuern, um die Optik in die optimale Scharfeinstel lung zu bringen.