DE4343637C2 - Vorrichtung zur bildorientierten Scharfstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fokuseinstellung eines optischen Abbildungssystems, bestehend aus einem Objektiv, das durch einen Stellantrieb in Richtung der optischen Achse verstellbar ist, einem total reflektierenden Spiegel der um die optische Achse zentriert angeordnet ist, und der Licht auf einen Strahlungsdetektor lenkt, der sich außerhalb des Strahlenganges befindet und dessen Ausgang mit einer Auswerteelektronik verbunden ist, die Steuersignale an den Stellantrieb des Objektivs 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 nicht mittels der Hauptlinse auf die Bildebene abgebil­ det wird.

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 Wert 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.

Dies wird erfindungsgemäß für die gattungsgemäße Vorrichtung dadurch erreicht, daß die Fläche des total reflektierenden Spiegels etwa dem 10ten Teil der Fläche des Objektivs bemißt, daß der Strahlungsdetektor und der Spiegel kollinear angeordnet sind, daß der Spiegel im Bereich der Eintrittspupille des Objektivs drehbar angeordnet ist, und daß dessen Drehachse D-D um einen Winkel α und der Strahlungs­ detektor um einen Winkel β gegen die Horizontale H-H geneigt angeordnet sind. Dabei beträgt die Winkelsumme aus α und β 90° und die Abstände a_D des Spiegels zur ersten Ebene und a_S des Spiegels zum Strahlungsdetektor sind gleich groß be­ messen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen in dem sehr klein ausgebildeten Spiegel, was die Tiefenschärfe für die Bildauswertung erhöht und das zur Abbildung benötigte Licht nur wenig schwächt.

Hinzu kommt, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Lage des Spiegels nahe der Eintrittspupille des Objek­ tivs derselbe bei der Projektion nahezu keine sichtbare Ab­ bildung erfährt. Bei Bildaufnahme ist der Spiegel bequem aus dem Strahlengang zu entfernen, nachdem der für die Aufnahme richtige Fokus eingestellt ist.

In einer vorteilhaften Ausbildungsform kann der Strahlungs­ detektor mit einer Abschirmung gegen Streulicht versehen sein.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß eine einzelne 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, und

Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie B-B.

Die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform betrifft einen Projektionsapparat. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei Bildaufnahmevorrichtungen (Fotoapparate, Videokameras und dgl.) ist möglich. Auf die letztgenannte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird daher in der folgenden Beschreibung nicht näher 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 vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist. Ebenso kann der Spiegel 8 quadratisch oder rechteckig sein. Die Fläche des verwendeten Spiegels 8 ist möglichst klein gehalten und nahe an der Eintrittspupille des Objektivs 4 platziert. Der Spiegel 8 ist um eine Achse D-D (siehe Fig. 2) drehbar, die mit einer Symmetrieachse des verwendeten Spiegels zusammenfällt. In der Darstellung nach Fig. 1 ver­ läuft diese Achse senkrecht zur Zeichenebene.

Außerhalb des Strahlenganges ist ein Strahlungsdetektor 16 angebracht, der beim Ausführungsbeispiel eine Fotodiode 16 ist, die eine Abschirmung 18 gegen Streulicht aufweist. Dabei ist der Abstand a_D zwischen der ersten Ebene 2 und dem Spiegel 8 gleich dem Abstand a_S zwischen dem Spiegel 8 und der Fotodiode 16. Durch die Drehung des Spiegels 8 um die Achse D-D wird eine Zeile des in die zweite Ebene 12 proji­ zierten Bildes auf die punktförmige Fotodiode 16 abgebildet. Die Ausgangssignale der Fotodiode 16 werden über eine Lei­ tung 11 an 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 an­ schließend wird vom differenzierten Signal der Betrag gebil­ det. Die zeitliche Änderung der von der Fotodiode 16 abgege­ benen Spannung wird erfaßt und liefert eine Antriebsspannung für ein Stellmittel 6, das von der Auswerteelektronik 10 über eine Leitung 7 die Steuerimpulse erhält. Je nach er­ mittelten Fokuszustand wird das Objektiv 4 parallel zur optischen Achse A-A entlang des Pfeils S hin- bzw. herbewegt bis der Fokus erreicht ist, d. h. bis maximale Steilheit der Kontrastübergänge erreicht ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung 1 bei der die optische Achse A-A senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Die Lage des total reflektierenden Spiegels 8 in der Vorrichtung befindet sich in unmittelbarer Nähe der Eintrittspupille des Objektivs 4. Ferner ist der Spiegel 8 symmetrisch um die optische Achse A-A angeordnet. Der Spiegel 8 ist um einen Winkel α gegen die Horizontale H-H geneigt und über eine starre Verbindung 13 mit einem mechanischen Antriebsmittel 14 verbunden.

Das mechanische Antriebsmittel kann ein herkömmlicher Elek­ tromotor sein, der mit einer bestimmten Frequenz rotiert. Der Spiegel 8 ist um die Drehachse D-D drehbar, die unter dem gleichen Winkel α wie der Spiegel 8 gegen die Horizon­ tale H-H geneigt ist.

Der Strahldetektor 16 ist außerhalb des Strahlenganges des Objektivs 4 angeordnet. Seine Lage wird dadurch festgelegt, daß er sich auf einer Achse C-C befindet, die um den Winkel ß gegen die Horizontale H-H geneigt ist. Dabei sind sie Win­ kel α und β so gewählt, daß deren Winkelsumme 90° ergibt. Besonders vorteilhaft ist es wenn die beiden Winkel α und β gleich groß sind. Beträgt nämlich der Neigungswinkel α der Rotationsachse 45°, wird bei einem Diagonalscan über die zweite Ebene 12 der größte Bereich des Bildes durch den rotierenden Spiegel 8 abgetastet.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform wurde als mechanisches Mittel 14 ein Elektromotor verwendet, es sind jedoch auch andere mechanische Mittel denkbar, die den Spiegel 8 mit einer bestimmten Frequenz zwischen zwei Maxi­ malausschlägen hin- und herbewegen. Dabei sind die Maximal­ ausschläge so gewählt, daß zwischen Umkehrpunkten eine Linie des Bildes oder des Objekts gescant wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung (1) zur Fokuseinstellung eines optischen Abbildungssystems bestehend aus einem Objektiv (4), das durch einen Stellantrieb (6) in Richtung der optischen Achse (A-A) verstellbar ist, einem total reflektierenden Spiegel (8), der um die optische Achse (A-A) zentriert angeordnet ist, und der Licht auf einen Strahlungsdetektor (16) lenkt, der sich außerhalb des Strahlenganges befindet und dessen Ausgang mit einer Auswerteelektronik (10) verbunden ist, die Steuersignale an den Stellantrieb (6) des Objektivs liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des total reflektierenden Spiegels (8) etwa den 10ten 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) drehbar angeordnet ist, und daß dessen Drehachse (D-D) um den Winkel (α) gegen die Horizontale (H-H) und der Strahlungsdetektor (16) um einen Winkel (β) gegen die Horizontale (H-H) geneigt angeordnet sind.

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 dem ein Gegenstand in der zweiten Ebene (12) in die erste Ebene (2) abbildbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α und β) gleich groß sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Winkel (α und β) 90° beträgt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (16) eine Fotodiode ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale des Strahlungsdetektors (16) von der Auswerteelektronik (10) differenzierbar und das Objektiv (2) auf maximalen Kontrast einstellbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a_D) des Spiegels (8) zur ersten Ebene (2) und der Abstand (a_S) des Spiegels (8) zum Strahlungsdetektor (16) gleich groß bemessen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor (16) mit einer Abschirmung gegen Streulicht versehen ist.