DE3041098C2 - Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand - Google Patents
Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen GegenstandInfo
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- 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
- G02B7/346—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane using horizontal and vertical areas in the pupil plane, i.e. wide area autofocusing
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems
auf einen Gegenstand der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Eine solche Einrichtung kann beispielsweise dazu dienen, das Objektiv einer Kamera, insbesondere einer
Spiegelreflexkamera, auf den aufzunehmenden Gegenstand zu fokussieren.
Herkömmliche Einrichtungen zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen
Gegenstand arbeiten mit Triangulation, wobei z. B. zwei Abbildungen des Gegenstandes, die von zwei
Spiegeln erzeugt werden, einander überdecken. Einer der Spiegel wird so lange verstellt, bis sich die exakte
Koinzidenz der beiden Abbildungen einstellt; etwaige Abweichungen von dieser Koinzidenz-Lage können
beispielsweise aus Kontrastmessungen ermittelt werden.
Die Lage des beweglichen Spiegels stellt also ein Maß für den Abstand des Gegenstandes dar und kann deshalb
zur Bestimmung der Scharfeinstellung verwendet werden.
Weiterhin ist aus der DE-AS 23 64 603 eine automatische Scharfeinstellvorrichtung mit zwei im Abstand
voneinander angeordneten Meßobjektiven bekannt, die zwei Abbildungen des Gegenstandes auf Rastern
photoelektrischer Wandler erzeugen. Durch seitliche Verschiebung einer der beiden Abbildungen können
die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler zur Übereinstimmung gebracht und dadurch die Scharfeinstellung
festgestellt werden.
Weiterhin geht aus der DE-AS 27 22 804 eine Einrichtung zur Feststellung der korrekten Scharfeinstellung
einer Abbildung mit zwei entgegengesetzt zueinander geneigten Keilprismen hervor, die die Objektabbildung
in zwei Hälften teilen, deren relative seitliche Verschiebung über zwei Reihen von photoelektrischen Wandlern
und damit der Kontrastwert der beiden Hälften eine Funktion der korrekten Scharfeinstellung der
Abbildung sind. Dadurch kann aus den Ausgangssignalen der Wandler ein Maß für die Scharfeinstellung
gewonnen werden.
Aus der DE-OS 28 12 593 geht eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung der Optik eines
Mikroskops hervor, bei der die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler einer Analog/Digital-Umwandlung
unterzogen und anschließend digital verarbeitet werden.
Weiterhin geht aus der älteren Anmeldung gemäß DE-OS 30 11 054 ein optisches System zur
Entfernungsmessung mit mehreren Elementarlinsen und mit mehreren, paarweise angeordneten photoelektrischen
Wandlern hervor, die einzeln das von jeder Elementarlinse erzeugte Bild erfassen. Die von den einzelnen
Elementarlinsen gebeugten Strahlen werden durch eine weitere Linse gleichmäßig verteilt. Bei korrekter
Scharfeinstellung des optischen Systems empfangen die paarweise angeordneten, photoelektrischen Wandler
die gleiche Lichtmenge, wodurch die exakte Fokussierung festgestellt werden kann.
Eine Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand der
angegebenen Gattung geht schließlich aus der DE-AS 26 39 625 hervor und weist ein optisches Element für
die Aufteilung der an dem Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen in mindestens zwei Teilstrahlen, mindestens
zwei in der Bildebene des optischen Systems angeordnete Gruppen von photoelektrischen Wandlern
fur die Teilstrahlen, eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen den Ausgangssignalen
der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern sowie eine Auswertschaltung zur
Ermittlung des Einstellzustandes aus dem Korrelationsgrad auf.
Dieser Gedanke, nämlich die Scharfeinstellung aus dem Korrelationsgrad zwischen den Ausgangssignalen
der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern zu ermitteln, bietet die Möglichkeit einer exakten
Fokussierung, weil das entsprechende elektrische Signal sich durch steile Flanken und ein sehr schmales
Maximum auszeichnet. Dies bedeutet, daß sich der Wert dieses Signals bereits bei einer geringen unscharfen
Einstellung sehr stark ändert, so daß wirklich nur bei genauer Fokussierung das Signal seinen maximalen
Wert hat.
Bei dieser bekannten Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung tritt jedoch das folgende Problem
auf: Bei dreidimensionalen Gegenständen ist die Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der
beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern nicht konstant, sondern ändert sich über die Abbildungsfläche, so daß sich keine eindeutige Korrelation zwi-
sehen den Ausgangssignalen der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern ergibt. Damit kann es
jedoch zu starken Schwankungen in der Genauigkeit der Scharfeinstellung kommen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung
eines optischen Systems auf einen Gegenstand der angegebenen Gattung zu schaffen, die auch bei dreidimensionalen
Objekten eine exakte Ermittlung der Scharfeinstellung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß eine »elektronische« Verschiebung
der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern durchgeführt und für verschiedene Werte dieser
»elektronischen« Verschiebung die Korrelationsgrade gemessen werden; aus der Verschiebung, bei der sich
der maximale Korrelationsgrad ergibt, wird schließlich die Scharfeinstellung ermittelt.
Damit kann auch bei dreidimensionalen Objekten die Fokussierung des optischen Systems sehr exakt festgestellt
werden, ohne daß die Lage des optischen Elementes für die Strahlenteilung und/oder der beiden Gruppen
von photoelektrischen Wandlern mechanisch geändert werden muß.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur
Bestimmung der Scharfeinstellung eines Objektivs auf einen Gegenstand, wie es bei einem sogenannten
»TTL« (Through The Lens)-System verwendet wird, wobei als Strahlenteiler eine Gruppe von kleinen Linsen
dient,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines
Objektivs auf einen Gegenstand nach dem TTL-Prinzip, wobei als Strahlenteiler ein halbdurchlässiger Spiegel
dient,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung
zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines Objektivs auf einen Gegenstand, die nach dem Triangulations-Prinzip
arbeitet,
Fig.4(a) und Fig.4(b) Kurvendarstellungen der Phasendifferenzen zwischen den Ausgangssignalen der
beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern,
Fig. 5{a) bis Fig. 5 (d) Kurvendarstellungen der berechneten Korrelationsgrade zwischen den Ausgangssignalen
der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern,
Fig. 6 ein Blockschaltbild der Auswertschaltung zur
Ermittlung des Einstellzustandes aus dem Korrelationsgrad bzw. der »elektronischen« Verschiebung der
photoelektrischen Wandler,
F i g. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der »elektronischen« Verschiebung der beiden Gruppen von photoelektrischen
Wandlern,
Fig. 8 ein Flußdiagramm der Funktionsweise der Auswertschaltung nach Fig. 6 für die Bestimmung des
Korrelationsgrades aus dem Nulldurchgang eines Signals,
Fig. 9 (a) und Fig. 9 (b) Darstellungen zur Erläuterung
der Änderung der Einstellstrecke bei einer Variation der Blende, und
Fig. 10(a) bis Fig. 10(c) Kurvendarstellungen der
Änderung der Phasenverschiebung bei einer Variation der Blende.
Fig. 1 zeigt schematisch eine TTL-Einrichtung zur selbsttätigen Scharfeinstellung eines optischen
Systems, nämlich eines Aufnahmeobjektivs 13 einer Kamera, auf einen aufzunehmenden Gegenstand. In
Fig. 1 ist die Austrittspupille 14 des Aufnahmeobjektivs
13 zu erkennen; die von diesem Objektiv 13 ausgehenden Strahlen werden durch ein optisches System,
das eine Gruppe von kleinen Linsen 12 sowie eine Kondensorlinse 11 aufweist, in viele Teilstrahlen unterteilt.
Die von dem Objektiv 13 kommenden, die Bereiche 14/4 bzw. 14B der Austrittspupille 14 passierenden
Lichtstrahlen fallen durch die kleinen Linsen 12 auf eine Gruppe A von photoelektrischen Wandlern Ax bis
An und auf eine Gruppe von photoelektrischen Wandlern
ß, bis Bn. Die photoelektrischen Wandler A\ und
A1, A2 und B2, ... An und Bn sind jeweils paarweise
zusammengefaßt.
Die Abbildungsebene, auf die der aufzunehmende Gegenstand scharf eingestellt werden soll, entspricht
der Ebene der photoelektrischen Wandler A x bis An und
Bx bis Bn.
Die Lichtstrahlen, die den Bereich UA der Austrittspupille 14 passieren, fallen auf die photoelektrischen
Wandler Ax bis An der oben erwähnten Paare, die sich
hinter den kleinen Linsen der Linsengruppe 12 befinden. In ähnlicher Weise treffen die Lichtstrahlen, die
den Bereich 145 der Austrittspupille 14 passieren, auf die photoelektrischen Wandler Bx bis Ä„n die sich hinter
den entsprechenden kleinen Linsen der Linsengruppe 12 befinden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Abbildungs-Lichtstrahlen,
die den Bereich UA der Austrittspupille 14 des Aufnahmeobjektivs 13 passieren, durch
einen halbdurchlässigen Spiegel 15, ein Prisma 16 und ein weiteres Abbildungsobjektiv 17 zu den photoelekfrischen
Wandlern Ax bis An gelangen. In ähnlicher
Weise fallen die Abbildungs-Lichtstrahlen, die den Bereich 145 der Austrittspupille 14 passieren, nach
einer Reflexion an dem halbdurchlässigen Spiegel 15 und der weiteren Fortpflanzung durch ein Prisma 18
und ein weiteres Abbildungsopjektiv 19 auf die photoelektrischen Wandler S1 bis Bn.
Bei der Einrichtung nach Fig. 3 werden schließlich die von dem aufzunehmenden Gegenstand kommenden
Lichtstrahlen an einem Spiegel 20 reflektiert und gelangen über eine Linse 21 und ein Prisma 22 auf die
photoelektrischen Wandler Ax bis An. Außerdem werden
die von dem Gegenstand kommenden Lichtstrahlen an einem Spiegel 23 reflektiert und treffen über eine
Linse 24 und ein Prisma 22 auf die photoelektrischen Wandler Bx bis Bn. In Fig. 3 ist die Länge der Grundlinie
des aufzunehmenden Gegenstandes durch die Strecke L angedeutet.
Bei den Einrichtungen nach Fig. 2 und 3 können die photoelektrischen Wandler Ax bis An und Bx bis Bn
durch Gruppen von Photodioden, CCD-Elemente, BBD-Elemente und ähnliche photoelektrische Wandler
gebildet werden.
Bei den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Einrichtungen werden also zwei Doppelbilder des aufzunehmenden
Gegenstandes auf den photoelektrischen Wandlern erzeugt; die Scharfeinstellung des Aufnahmeobjektivs oder allgemeiner des optischen
Systems auf diesen Gegenstand läßt sich daraus bestimmen, ob sich die beiden Doppelbilder vollständig überdecken
oder nicht. Dies wird wiederum aus der Phasen- oder verschiebung / zwischen den Ausgangssignalen der
photoelektrischen Wandler A, bis An der Gruppe A und ]
der photoelektrischen Wandler Bx bis 5_ der Gruppe B
ermittelt, die jeweils Phasenmuster (A) und (S) darstellen.
Typische Beispiele für solche Phasenverschiebungen zwischen den Phasenmustern (A) und (B) sind in F ig. 4
dargestellt; dabei befindet sich die Ebene, auf die das optische System scharf eingestellt werden soll, in einem
bestimmten Abstand von dem aufzunehmenden Gegenstand. Aus einer eventuellen Phasenverschiebung
zwischen den Phasenmustern (A) und (§) kann eine Abweichung von der Scharfeinstellung, beispielsweise
ausgedrückt durch eine entsprechende Verstellstrecke des Objektivs, abgeleitet werden.
Bei einem zweidimensional, ebenen Gegenstand
hai eine Phasenverschiebung / die aus Fig.4(a) ersichtliche Form, d. h., die Phasenverschiebung/ zwischen
den Ausgangssignalen zweier einander zugeordneter photoelektrischer Wandler ist immer konstant.
Damit sind also beide Kurvenverläufe A, B in Fig. 4(a) für die Bestimmung der Scharfeinstellung geeignet.
In Fig. 4(b) sind jedoch die Ausgangssignale aJr 6, der
photoelektrischen Wandler Ax bis An und A1 bis Bn für
dreidimensionale Objekte dargestellt. Es läßt sich erkennen, daß sich keine konstante Phasenverschiebung
zwischen den Ausgangssignalen von zwei einander zugeordneten photoelektrischen Wandlern ergibt,
sondern daß sich die Phasenverschiebung über den Verlauf der beiden Kurven α und b ständig ändert, wie man
in Fig. 4(b) an den Phasenverschiebungen jx>
undyy erkennt.
Um aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Wandler Ax bis An sowie Bx bis Bn einen Wert für die
Phasenverschiebung zu erhalten, der ein eindeutiges Maß für die Scharfeinstellung bzw. eine Abweichung
von der Scharfeinstellung darstellt, werden die Ausgangssignale ax bis a„ und bx bis b„ der photoelektrischen
Wandler Ax bis An bzw. Bx bis Bn jeweils in Form
einer Zahlenfolge in einem Speicher gespeichert; die einer Gruppe von photoelektrischen Wandlern
zugeordnete Folge von Zahlen wird dann in Bezug auf die Folge der anderen Wandler verschoben, so daß der
Korrelationsgrad zwischen den beiden folgenden bzw. den beiden verschobenen Folgen überprüft werden
kann.
Für diese Überprüfung des Korrelationsgrades können die beiden folgenden Gleichungen verwendet werden.
für normale Entfernungen
^ = Σ Κβ/ - bMy - (ai+x - b,Y)
für dreidimensionale Objekte;
für dreidimensionale Objekte;
Dabei ist ρ = 1, 2, 3, ...; für ungerades ρ gilt:
für normale Entfernungen
für normale Entfernungen
für dreidimensionale Objekte;
Die Korrelationsgrade K1 und K2 zwischen den Ausgangssignalen
der photoelektrischen Wandler A, bis An
und B\ bis Bn (siehe Fig. 4), die mit Hilfe der obigen
Gleichungen erhalten werden, sind in Fig. 5(a)bis5(b)
dargestellt. Fig. 5(a) und (b) zeigen die Ergebnisse für einen zweidimensionalen Gegenstand, entsprechen
also den Verlaufen nach Fig. 4(a), während Fig. 5(c)
und 5(d) die Ergebnisse für einen dreidimensionalen Gegenstand zeigen; hierbei werden mehrere Verschiebungswerte,/"
gebildet; anschließend werden alle erhaltenen Verschiebungswerte / anhand der Gleichungen
für Ki überprüft.
Außerdem kann aus den Ergebnissen der Gleichungen für Y2 der Verschiebungswert/ in einer Zwischenlage
des dreidimensionalen Gegenstandes zwischen der Ferneinstellung und der Naheinstellung im Bezug auf
das Aufnahmeobjektiv erhalten werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausfuhrungsform einer Schaltungsanordnung
zur Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen den Ausgangssignalen der beiden Gruppen
von photoelektrischen Wandlern. Bei dieser Ausfuhrungsform wird das aus F ig. 1 ersichtliche optische EIement
für die Aufteilung der an dem Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen in Teilstrahlen verwendet; als photoelektrische
Wandler A x bis An und Bx bis Bn dient eine
ladungsgekoppelte (CCD-) Einrichtung 25. Diese CCD-Einrichtung 25 wird durch eine Steuerschaltung 26
erregt; jeder Lichtstrahl, der auf die ladungsgekoppelte Einrichtung 25 trifft, wird durch eine Wandlergruppe 27,
die den Gruppen von photoelektrischen Wandlern A\ bis An und Bx bis Bn äquivalent ist, in ein entsprechendes
elektrisches Signal umgewandelt und integriert. Diese photoelektrisch umgewandelten und integrierten
Werte werden parallel auf ein Schiebregister 28 gegeben und dann seriell von diesem ausgegeben.
Die Ausgangssignale ax bis a„ und bx bis b„ der
ladungsgekoppelten Einrichtung 25 werden von einem A/D-Umsetzer 29 in digitale Signale umgesetzt und
dann in Speichern 30 und 31 gespeichert. In diesem Fall werden die Signale ax bis a„ der photoelektrischen
Wandler Ax bis An der Gruppe A in dem Speicher30 und
gleichzeitig die Signale bt bis b„ der photoelektrischen
Wandler Bx bis Bn der Gruppe B in dem Speicher 31
gespeichert. Die Ausgangssignale des Speichers 30 werden an einen Speicher 32 und dann an einen Speicher 33
übertragen. Die Ausgangssignale des Speichers 31 werden an eine Schiebeschaltung 34 übertragen, durch die
die Ausgangssignale des Speichers 31 bezüglich der Ausgangssignale des Speichers 30 verschoben werden,
und dann an Speicher 35 und 36 übertragen. Die Speicher 30 bis 33,35 und 36 sind so ausgelegt, daß in ihnen
ein Wort gespeichert werden kann.
Wenn in dem Speicher 33 das Signal α, gespeichert
wird, ist in dem Speicher 32 das Signal ai+, gespeichert,
und die Inhalte der Speicher 35 und 36 sind 6/+i-y bzw.
b,-j, wobei j eine durch die Schiebeschaltung 34 vorgenommene
Verschiebung darstellt. Der Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Speichers 33 und
dem des Speichers 36 wird durch ein Differenzglied 37 festgelegt; das Ausgangssignal des Differenzgliedes 37
wird auf ein Multiplizierglied 38 gegeben, in dem das Ausgangssignal des Differenzgliedes 37 in die q-it
Potenz erhoben wird. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 38 wird auf einen Integrator 39 gegeben und
dort integriert, wodurch
K, = Σ (a, - b,-jY
gebildet wird. Diese Operation wird bezüglich jedes Verschiebungswertes./ durchgeführt, so daß die Steuerschaltung
26 nacheinander den Verschiebungswert j ändert.
Ein Detektor 40 für den Spitzenwert bestimmt Werte, wie Yiimin)-h Ymin) und YJ(mi„)+x nahe bei den Scheitelwerten der Ausgangssignale des Integrators 39, wie in
Fig. 5(a) dargestellt, sowie die entsprechenden Verschiebungswerte j(min) -1, j(min) und j(min) +1.
Andererseits wird die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Speichers 33 und dem des Speichers 35
durch ein Differenzglied 41 festgestellt; der Ausgang des Differenzgliedes 41 ist mit einem MultipHzierglied
42 verbunden, welches das Ausgangssignal des Differenzgliedes 41 in die/Ke Potenz erhebt. Ferner wird der
Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Speichers 32 und dem des Speichers 36 durch ein Differenzglied
43 festgestellt. Der Ausgang des Differenzgliedes
43 ist mit einem Multiplizierglied 44 verbunden, in welcher dieses Ausgangssignal in die p-tc Potenz erhoben
wird.
Der Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Multipliziergliedes 44 und dem des Multipliziergliedes
42 wird durch ein Differenzglied 45 ermittelt. Das Ausgangssignal des Differenzgliedes 45 wird durch einen
Integrator 46 integriert, wodurch erhalten wird:
Diese Operation wird für jeden Verschiebungswert j durchgeführt. Ein den Nulldurchgang überwachender
Detektor 47 stellt derartige Werte, wie ^(SO) und
Ky(SO) in der Nähe von Null, des Ausgangssignals des
Integrators 46 (Fig. 5(b)) und die entsprechenden Verschiebungswerte
y(2:0) und ./(SO) fest.
Durch eine /-Operations-Schaltung 48 werden der Wert/ und der Wert Κ,(/Ί, Yf \) in der Scheitelstellung
sowie der Wert/ des Wertes/ beim Nulldurchgang aus den Ausgangssignalen der Detektoren 40 und 47 erhalten.
Oder anders ausgedrückt, bezüglich der Ausgangssignale der Detektors-Schaltung 40, nämlich
(J{min) - 1, Yßjniri) - 1),
(J(min), Yj(min)\ (Jimin) + 1, Y/min) + 1),
(J(min), Yj(min)\ (Jimin) + 1, Y/min) + 1),
wird eine durch eine quadratische Näherungskurve dargestellte quadratische Kurve
Y = Cf + DJ+ E
aus den vorerwähnten Werten durch die/-Operations-Schaltung
48 erhalten; der Wert/ und der Wert/1 von
bei seinem Spitzenwert und Yf1 werden berechnet;
bezüglich der Ausgangssignale des Detektors 47, nämlich (/(2:0), Yj(ZO) und 0'(SO), K7(SO) werden sie linear
angenähert, so daß
berechnet wird.
Für dreidimensionale Gegenstände ergibt sich eine Vielzahl von/-Werten. Je weiter der Gegenstand entfernt
wird, um so kleiner wird der Wert/, nämlich/-,, /_2 ...j\-„; wird ein kleiner/Wert gewählt, kann die
Scharfeinstellung eines fernen Gegenstandes bestimmt werden, während bei Auswahl eines großen Wertes /
die Scharfeinstellung eines nahen Gegenstandes möglich ist. Ferner kann durch Auswählen des Minimums
Yn mittels der Steuerschaltung 26 der Wert/ mit dem
maximalen Korrelationsgrad festgelegt werden.
Der Wert/ stellt die Durchschnittsstellung der Verteilung
von fernen und nahen dreidimensionalen Gegenständen dar. Wenn drei Betriebsarten oder Ver-
fahren, nämlich ein Fern-, ein Nah- und ein Durchschnittsverfahren
als Entfernungsmeßverfahren vorgesehen sind, um die Scharfeinstellung zu erhalten,
kann der Wert/ durch die Steuerschaltung 26 entsprechend jedem Betriebsart-Einstellsignal von einem Entfernungsmeßverfahren-Einstellglied
49 ermittelt werden, so daß die automatische Scharfeinstellung bei jedem Gegenstand angewendet werden kann. Beim
sogenannten »Fernverfahren« wählt die Steuerschaltung 26 einen kleineren/,-Wert aus, während sie beim
sogenannten »Nahverfahren« einen größeren /rWert auswählt. Beim Durchschnittsverfahren wählt die
Steuerschaltung 26 den WertyJ aus. Normalerweise wird
ein Wert/, gewählt, welcher dem Minimum Yfx entspricht.
Wenn der Spitzenwert durch den Detektor 4β festgestellt wird, wird die Verschiebungsrichtung der durch
die Schiebeschaltung 34 zu verschiebenden Signale bx
bis b„ durch die Steuerschaltung 26 entsprechend der Zu- oder Abnahme der Ausgangssignale Yx des Integrators
3* festgelegt, was durch Verschieben der Signale bx
bis b„ um eine Stufe festgestellt wird. Bei einem dreidimensionalen
Gegenstand ist jedoch der Spitzenwert Yx nicht auf einen Wert begrenzt, wie in Fig. 5(c) dargestellt
ist. Folglich muß eine große Verschiebung vorgenommen werden. Wenn der Nulldurchgang mittels
des Detektors 47 festgestellt wird, kann die Verschiebungsrichtung festgesetzt werden, um so die Verschiebungsstrecke
mittels der Steuerschaltung 26 zu verringern, indem die Polarität (positiv oder negativ) des Wertes
Y2 beurteilt wird, ohne die Signale *, bis b„ zu verschieben
(selbst wenn j = 0 ist).
Bei der zweiten Entfernungsmessung und bei folgenden Entfernungsmessungen, bei denen sich die Stellung
des Aufnahmeobjektivs von der bei der ersten Entfernungsmessung unterscheidet, da der Verschiebungswert/ nicht größer als der vorherige Verschiebungswert
wird, solange das Aufnahmeobjektiv in der Richtung der Scharfeinstellung bei der ersten Entfernungsmessung
verschoben wird, kann der maximale Verschiebungswert mittels der Steuerschaltung 26 bestimmt
werden. Folglich kann durch Festlegen der Verschiebungsrichtung und der Verschiebungsstrecke die Bedienungsgeschwindigkeit
erhöht werden.
Diese Funktionsweise liegt im Bereich von ak bis ax,
also in dem Bereich, der durch Verschieben der Signale bx bis b„ im Bereich 1 - η Sj S k - 1 erhalten wird, wie
in Fig. 7 dargestellt ist. Der maximale Verschiebungswert./ wird entsprechend dem maximalen Abbildungsabstand
des verwendeten Aufnahmeobjektivs bestimmt und ist normalerweise \\ - n\ = \k- \\.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm der Bestimmung eines Nulldurchgangs. Da der maximale Verschiebungswert
jmax proportional zu der maximalen Abbildungsstrecke
des Aufnahmeobjektivs, der Arbeitsbereich in Fig. 7 dargestellt ist und die Beziehung zwischen,/
und Y2 in Fig. 5(b) dargestellt ist, wird die Verschiebung der Signale bx bis b„ so festgelegt, daß sie entsprechend
einem binären KJassifikations verfahren (d. h. einem sukzessiven Vergleichsverfahren) {\-n) + k-\=J =)„JlS2"
ist. Wenn das Ausgangssignal Yj des Integrators 460 (Null) wird, ist/ = 0,
da das Aufnahmeobjektiv scharf eingestellt ist. Wenn Y}
nicht 0 (Null) ist, wird ein Parameter / vorgegeben, und die Richtung und Strecke der Verschiebung werden in
Abhängigkeit von der Polarität (positiv oder negativ) von Yj bestimmt. Wenn Yj = O ist, ist j =/, so daß die
Verschiebung beendet ist. Wenn Y1 = O ist, wird der Verschiebungswert
erhöht, und das vorerwähnte Verfahren wieder durchgeführt. Wenn der Verschiebungswert ein
Maximum wird, wird/ durch den Wert X7GSO) oder
Yj (£ 0) des Ausgangssignals des Integrators 46 in der
Nähe von Null, nämlich den Verschiebungswert,/ (ä 0)
oder y'CSO) und durch die folgende Gleichung
bestimmt:
J(^O)-J(ZO)
wobei K/ä0)und K/20) in der Nähe von Null am nächsten
beieinanderliegen und y(^0) und j (SO) den
jeweiligen vorerwähnten Verschiebungswerten entsprechen.
Die Steuerschaltung 26 dient dazu, die Abweichung e von der Scharfeinstellung aus dem auf diese Weise ausgewählten
Wert / und einem Blendenwertsignal zu bestimmen, welches von einem Blendenwert-Einstellglied
50 abgegeben wird, und um die festgestellte Abweichung e auf einer Anzeigeeinrichtung 51 darzustellen;
dabei wird die Abweichung e in einem Dekrementzähler 52 eingestellt, ein Drehrichtungssignal und
ein Geschwindigkeitssignal auf eine Motor-Ansteuerschaltung 53 gegeben und ein Motor 54 angetrieben,
wodurch das Aufnahmeobjektiv 13 verschoben wird. Ein Impulsgenerator 55 gibt Impulse ab, deren Zahl
proportional zu der Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjektivs 13 ist; der Dekrementzähler wird durch die
abgegebenen Impulse dekrementiert. Wenn der Dekrementzähler 52 Null anzeigt, gibt er ein Stoppsignal an
die Motoransteuerschaltung 53 ab, die den Motor 54 anhält, so daß das Aufnahmeobjektiv 13 in der Fokussierstellung
angehalten wird.
Entsprechend dem von dem Blendenwert-Einstellglied 50 erzeugten Signal korrigiert die Steuerschaltung
26 das Signal für die Abweichung e, d. h., die Zahl der von dem Impulsgenerator 55 zu erzeugenden Impulse,
welche der Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjektivs 13 entspricht, wird so gesteuert, daß die Beziehung
zwischen / und e unabhängig von der Einstellung der Blende konstant wird. Während der Scharfeinstellung
bewirkt die Steuerschaltung 26, daß eine Warneinrichtung 56 ein Warnsignal anzeigt.
Die Ausgangssignale des Speichers 36 werden durch den Integrator 57 integriert; der integrierte Wert wird
von einem Teilungsglied 58 durch die Zahl / der Signale geteilt, d. h. es wird die Operation χ bi/i durchgeführt,
so daß die Helligkeit des Gegenstandes gemessen wird.
Die Steuerschaltung 26 steuert die Integrationszeit der ladungsgekoppelten (CCD-)Einrichtung 25 entsprechend
dem Ausgangssignal von dem Teilungsglied 58, und berechnet gleichzeitig die Belichtung, indem eine
photometrische Belichtungsregelung entsprechend dem Ausgangssignal der automatischen Belichtungsschaltung 59 durchgeführt wird.
Bei einer TTL-Einrichtung für die Bestimmung der Scharfeinstellung wird die folgende Beziehung zwischen/
und e erhalten:
wobei
D = J ω 2 Φ Xf,
11
Fder Blendenwert bei der Messung der Entfernung, D
der effektive Durchmesser der Austrittspupille bei der Entfernungsmessung,/die Brennweite des Aufnahmeobjektivs
13 und IF der Winkel sind, der zwischen der Linie, die die Austrittspupille 14,4 und die Fokussierstellung
verbindet, und der Linie liegt, die die Austrittspupille 145 und die Fokussierstellung verbindet, wie in
Fig. 9(a) und 9(b) dargestellt ist. Die Abweichung eist die Strecke von der Scharfeinstellebene P zu der
Bestimmungsebene PD für die Fokussierung.
Wenn die Scharfeinstellung nicht, jedoch die Blende F
von F) auf F2 entsprechend einer Verstellung des Blendenwertes
geändert wird, wird auch der Wert / geändert. Wenn bspw. F2
> Fx ist, nimmt der Wert/ von dem in Fig. 10(a) dargestellten Wert auf den in Fig. 10(b)
dargestellten Wert ab. Wenn andererseits die Scharfeinstellung bei der Blende Fx sich von der bei der Blende F2
unterscheidet und wenn der Wert/ konstant ist, wie in Fig. 10(c) dargestellt ist, wird die Abweichung e von
?i =/ x Fx zu e2 =/ X F2.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen kann gesagt werden, daß das Signal für die Abweichung
e aus dem Wert/ erhalten wird und sich folglich ändert, wenn sein Wert infolge einer Blendenwertähderung
variiert wird. Das Verstellen der Blende ist eine der Funktionen der automatischen Bestimmung der Scharfeinstellung,
damit bei der Messung der Entfernung auch die Abhängigkeit von der Blende des Aufnahmeobjektivs
13 berücksichtigt oder die Einstellgenauigkeit bspw. entsprechend dem Blendenwert zum Zeitpunkt
der Aufnahme geändert wird, weicher wiederum entsprechend der automatischen Belichtung eingestellt ist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten optischen System wird der Blendenwert dadurch berücksichtigt, daß der
Abstand zwischen den paarweise verwendeten photoelektrischen Wandlern A1 und Bn der Abstand zwischen
der Linsengruppe 12 und der Ebene der photoelektrischen Wandler Ax bis An und Bx bis Bn oder die Brennweite
der Linsengruppe 12 geändert wird. Bei dem in Fig. 2 dargestejjten optischen System wird der Blendenwert
durch Ändern der vertikalen Winkel der Prismen 16 und 18 berücksichtigt.
Die Beziehung zwischen dem Signal für die Abweichung e und dem Abbildungsabstand des Aufnahmeobjektivs
12 kann dadurch konstant gemacht werden, daß dieses Signal mit F2IFx bei der Einstellung der
Blende F2- multipliziert wird, wodurch dieselbe Beziehung
zwischen diesem Signal und dem Abbildungsabstand des Aufnahmeobjektivs 13 wie bei der Einstellung
der Blende Fx erhalten werden kann. Dasselbe so kann auch dadurch erreicht werden, daß die Zähl der
von dem Impulsgenerator zu erzeugenden Impulse relativ zu der Verschiebungsstrecke des Aufnahmeobjektivs
13 oder die Verstärkung der Motorsteuerschaltung 53 relativ zu dem Signal für die Abweichung geändert
wird. Bei dem in Fig. 3 dargestellten, optischen Basis-Meßsystem wird die folgende Beziehung zwischen der
Länge L der Basislinie und dem Wert e erhalten:
e<* J1ZL.
Hierzu 6 Abbildungen
65
Claims (10)
1. Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand
a) mit einem optischen Element für die Aufteilung der an dem Gegenstand reflektierten
Lichtstrahlen in mindestens zwei Teilstrahlen,
b) mit mindestens zwei in der Bildebene des optisehen
Systems angeordneten Gruppen von photoelektrischen Wandlern für die Teilstrahlen,
c) mit einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Korrelationsgrades zwischen den
Ausgangssignalen der beiden Gruppen von photoelektrischen Wandlern, und
d) mit einer Auswertschaltung zur Ermittlung des Einstellzustandes aus dem Korrelationsgrad,
gekennzeichnet durch
e) eine erste Schaltungsanordnung (30—36) zur Verschiebung der Ausgangssignale (bu b2... b„)
einer Gruppe (A1, B2 ... Bn) von photoelektrischen
Wandlern um eine Folge von unterschiedlichen Werten (J) relativ zu den Ausgangssignalen
(a\, a2 ... a„) der anderen Gruppe (A ι, A2 ■.. An) von photoelektrischen Wandlern,
durch
0 eine zweite Schaltungsanordnung (40, 47, 48) zur Bestimmung der Verschiebung (J'), bei der
der Korrelationsgrad (Y\, Y2) maximal ist, und
durch
g) die Verstellung des optischen Systems (13) in Abhängigkeit von der Verschiebung (J'), bei der
der Korrelationsgrad (Yu Ys) maximal ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnungjeweils
einen Speicher (30,31) für alle Ausgangssignale (α,, a2... a„; b], b2 ... bn) von photoelektrischen Wandlern
der Gruppe aufweist, daß mit dem Ausgang eines Speichers (30) zwei Signalspeicher (32,33) für
die Ausgangssignale (a„ a,+1) von benachbarten
photoelektrischen Wandlern einer Gruppe verbunden sind, und daß der Ausgang des anderen Speichers
(31) über eine Schiebe-Schaltung (34), die eine Folge von unterschiedlichen Verschiebungen (J)
durchführt, an zwei Signalspeicher (35, 36) für die verschobenen Ausgangssignale (£,-;,· ί>,·+ι-/) von
benachbarten photoelektrischen Wandlern (bu b2...
bn) der anderen Gruppe angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Signalspeicher
(32,33,35,36) für die benachbarten photoelektrischen
Wandler der beiden Gruppen über Differenzglieder (37, 41, 43) auf Multiplizierglieder (38,
42, 44) gegeben werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale eines Multipliziergliedes
(38) einem ersten Integrator (39) zugeführt werden.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale von zwei Multipliziergliedern (42, 44) über
ein Differcnzglied (45) einem zweiten Integrator
(46) zugeführt werden.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Detektor
(47) für den Nulldurchgang des Ausgangssignals des
zweiten Integrators (46) vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Detektor
(40) für den Spitzenwert des Ausgangssignals des ersten Integrators (39) vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Schaltung (48) für die
Bestimmung der zur Scharfeinstellung zurückzulegenden Strecke (e) des optischen Systems (13) aus
den Ausgangssignalen der beiden Detektoren (40, 47).
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung (J)
für die Scharfeinstellung auf den Fernbereich oder für die Scharfeinstellung auf den Nahbereich auswählbar
ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen
der Verschiebung (J) und der für die Scharfeinstellung des optischen Systems zurückzulegenden
Strecke (e) bei einer Änderung des Blendenwertes konstant gehalten wird.
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