DE3041098C2

DE3041098C2 - Einrichtung zur Bestimmung der Scharfeinstellung eines optischen Systems auf einen Gegenstand

Info

Publication number: DE3041098C2
Application number: DE3041098A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Tokio/Tokyo Araki
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1980-10-31
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3041098A1; DE3050920C2; US4387975A

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 A_x bis A_n und auf eine Gruppe von photoelektrischen Wandlern ß, bis B_n. Die photoelektrischen Wandler A\ und

A₁, A₂ und B₂, ... A_n und B_n sind jeweils paarweise zusammengefaßt.

Die Abbildungsebene, auf die der aufzunehmende Gegenstand scharf eingestellt werden soll, entspricht der Ebene der photoelektrischen Wandler A _x bis A_n und B_x bis B_n.

Die Lichtstrahlen, die den Bereich UA der Austrittspupille 14 passieren, fallen auf die photoelektrischen Wandler A_x bis A_n 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 B_x 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 A_x bis A_n 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 B_n.

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 A_x bis A_n. 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 B_x bis B_n. 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 A_x bis A_n und B_x bis B_n 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 A_n der Gruppe A und ]

der photoelektrischen Wandler B_x 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 a_Jr 6, der photoelektrischen Wandler A_x bis A_n und A₁ bis B_n 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 j_x> undyy erkennt.

Um aus den Ausgangssignalen der photoelektrischen Wandler A_x bis A_n sowie B_x bis B_n einen Wert für die Phasenverschiebung zu erhalten, der ein eindeutiges Maß für die Scharfeinstellung bzw. eine Abweichung von der Scharfeinstellung darstellt, werden die Ausgangssignale a_x bis a„ und b_x bis b„ der photoelektrischen Wandler A_x bis A_n bzw. B_x bis B_n 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/ - b_My - (a_i+x - b,Y)
für dreidimensionale Objekte;

Dabei ist ρ = 1, 2, 3, ...; für ungerades ρ gilt:
für normale Entfernungen

für dreidimensionale Objekte;

Die Korrelationsgrade K₁ und K₂ zwischen den Ausgangssignalen der photoelektrischen Wandler A, bis A_n und B\ bis B_n (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 A_n und B_x bis B_n 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 A_n und B_x bis B_n 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 a_x bis a„ und b_x 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 a_x bis a„ der photoelektrischen Wandler A_x bis A_n der Gruppe A in dem Speicher30 und gleichzeitig die Signale b_t bis b„ der photoelektrischen Wandler B_x bis B_n 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 a_i+, 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 Y_iimin)-_h Y_min) und Y_J(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),

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 Y_n 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 Yf_x entspricht.

Wenn der Spitzenwert durch den Detektor 4β festgestellt wird, wird die Verschiebungsrichtung der durch die Schiebeschaltung 34 zu verschiebenden Signale b_x bis b„ durch die Steuerschaltung 26 entsprechend der Zu- oder Abnahme der Ausgangssignale Y_x des Integrators 3* festgelegt, was durch Verschieben der Signale b_x bis b„ um eine Stufe festgestellt wird. Bei einem dreidimensionalen Gegenstand ist jedoch der Spitzenwert Y_x 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 a_k bis a_x, also in dem Bereich, der durch Verschieben der Signale b_x 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 j_max 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 b_x 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 > F_x 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 F_x 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 F_x 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 B_n der Abstand zwischen der Linsengruppe 12 und der Ebene der photoelektrischen Wandler A_x bis A_n und B_x bis B_n 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 F₂IF_x 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 F_x 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

Patentansprüche:

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 (b_u b₂... b„) einer Gruppe (A₁, B₂ ... B_n) von photoelektrischen Wandlern um eine Folge von unterschiedlichen Werten (J) relativ zu den Ausgangssignalen (a\, a₂ ... a„) der anderen Gruppe (A ι, A₂ ■.. A_n) 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 (Y_u Y_s) 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 ... b_n) 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 (b_u b₂... b_n) 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.