DE1279374B

DE1279374B - Method and device for the automatic focusing of optical systems

Info

Publication number: DE1279374B
Application number: DESCH38367A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Rudolf Genaehr
Original assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Current assignee: Jos Schneider Optische Werke GmbH
Priority date: 1966-01-22
Filing date: 1966-01-22
Publication date: 1968-10-03
Also published as: AT293865B; FR1508612A; AT286777B; GB1170438A; CH449295A

Description

Verfahren. und Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung optischer Systeme Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung optischer Systeme durch Kontrastmessung und Umwandlung der gemessenen Werte in elektrische Energie.Procedure. and device for automatic focusing optical Systems The invention relates to a method and a device for automatic Focussing optical systems by measuring the contrast and converting the measured values Values in electrical energy.

Es sind Vorrichtungen bekannt; bei denen eine Foucaultsche Scheibe entlang der optischen Achse eines Objektivs angeordnet ist, die auch quer zur optischen Achse in Schwingungen versetzt werden kann. Die Foucaultsche Scheibe zerlegt das Lichtbündel symmetrisch zur Scheibe in zwei von der Schneidenstellung beeinflußte Teilstrahlenbündel, die einem fotoelektrischen Empfänger zugeführt werden und dessen Signale zum Einstellen der Schärfenebene des Objektivs relativ zur Schneide dient. Die Differenz oder der Quotient der Fotoströme kann einem Verstärker zugeführt werden und eine automatische Einstellung des Objektivs herbeiführen.Devices are known; in which a Foucault disc is arranged along the optical axis of a lens, which is also transverse to the optical Axis can be made to vibrate. The Foucault disk breaks that apart Light beam symmetrical to the disc in two influenced by the cutting edge position Partial beams that are fed to a photoelectric receiver and its Signals for setting the focal plane of the lens relative to the cutting edge is used. The difference or the quotient of the photocurrents can be fed to an amplifier and bring about an automatic adjustment of the lens.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur vollautomatischen Scharfeinstellung optischer Geräte besteht darin, daß einem lichtelektrischen Organ durch eine bewegte Blende hindurch intermittierendes Licht zugeführt wird, wobei durch selbsttätiges Variieren und Vergleichen der in einem Fotostrom enthaltenen Frequenzen Meßwerte erhalten werden, die das Gerät selbsttätig optimal scharf einstellen. Dieses' Verfahren ist elektronisch sehr aufwendig und sehr kompliziert. Auch läßt sich bei diesem Verfahren nicht vermeiden, daß das gesamte Objekt für die Scharfeinstellung erfaßt wird.Another known method of fully automatic focusing Optical equipment consists in the fact that a photoelectric organ is moved by a Aperture through intermittent light is supplied, whereby by automatic Varying and comparing the frequencies contained in a photocurrent, measured values can be obtained that automatically adjust the device to optimal focus. This method is electronically very expensive and very complicated. You can also use this The method does not avoid the entire subject being captured for focus will.

Es wurde nun gefunden, daß man bei der automatischen Scharfeinstellung optischer Systeme durch Kontrastmessung und Umwandlung der gemessenen Werte in elektrische Energie auch einen sehr kleinen Ausschnitt des Objekts für die Kontrastmessung verwenden kann.It has now been found that the automatic focus adjustment optical systems by measuring contrast and converting the measured values into electrical ones Energy use even a very small section of the object for contrast measurement can.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätige objektive Scharfeinstellung optischer Systeme zu erreichen.The invention is based on the object of an automatic objective To achieve focusing of optical systems.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrast zweier unmittelbar benachbarter Bildpunkte der Bildebene gemessen wird, in deren Bereich bei Defokussierung in eindeutiger Weise eine Kontrastminderung auftritt. Hierdurch ist der Abstand der unmittelbar benachbarten Bildpunkte festgelegt. Wird nämlich der Abstand zu groß gewählt, dann besteht kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Kontrast und Lage der Bildebene, denn es kann in diesem Fall eine Kontrasterhöhung bei Defokussierung auftreten. Der Abstand der unmittelbar benachbarten Bildpunkte sollte so gewählt werden, daß die bei unscharfer Einstellung auftretende Kontrastminderung innerhalb des Schärfenbereichs noch gemessen werden kann. Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, .den Abstand der Bildpunkte. möglichst gering zueinander zu halten.The method according to the invention is characterized in that the The contrast of two immediately adjacent pixels of the image plane is measured, in their area when defocused, there is a clear reduction in contrast occurs. This defines the distance between the immediately adjacent image points. If the distance chosen is too large, there is no clear connection between contrast and position of the image plane, because in this case there can be an increase in contrast occur when defocused. The distance between the immediately adjacent pixels should be chosen so that the contrast reduction that occurs when the setting is unsharp can still be measured within the focus range. Generally it will be appropriate, .the distance between the pixels. to be kept as low as possible to each other.

Zur Kontrastmessung sehr kleiner Ausschnitte des Objekts werden Mmiaturbauelemente verwendet, z. B. elektronische Bausteine und/oder faseroptische Bauelemente zur Erfassung und/oder Weiterleitung -des vom Objekt kommenden Lichtes. Es können auf diese Weise Helligkeits-Unterschiede von Bildpunkten in der Größenordnung von 20 bis 100#t erfaßt werden, welches z. B. zum Herausheben einer Person aus einem gesamten Objekt von Vorteil ist.Mmiature components are used to measure the contrast of very small sections of the object used, e.g. B. electronic components and / or fiber optic components for Detection and / or transmission of the light coming from the object. It can on In this way, differences in brightness of pixels of the order of 20 to 100 # t are detected, which z. B. to lift one person out of a whole Object is advantageous.

Die untere Grenze für die Größe der abtastenden Bauelemente ist durch das Auflösungsvermögen des verwendeten optischen Systems bestimmt, wobei die obere Grenze dadurch gegeben ist, daß mit der Vergrößerung der abtastenden Bauelemente die Empfindlichkeit abnimmt.The lower limit for the size of the scanning components is through the resolving power of the optical system used is determined, with the upper The limit is given by the fact that with the enlargement of the scanning components the sensitivity decreases.

Zur Durchführung des Verfahrens verwendet man zwei oder mehrere nahe beieinander angeordnete faseroptische Bauelemente, deren eines Ende in der Bildebene je auf das scharf einzustellende Objekt gerichtet ist, während die anderen Enden auf fotoelektrische Wandler geführt sind.To carry out the process, one uses two or more near fiber optic components arranged next to one another, one end of which is in the image plane depending on the object to be focused, while the other ends are performed on photoelectric converters.

Von einem Verstärker, der den fotoelektrischen Wandlern nachgeschaltet ist, werden so lange Signale abgegeben, bis die Differenz der beiden von den fotoelektrischen Wandlern kommenden Ströme, Spannungen bzw. Leitwerte maximal ist. Diese Signale werden direkt oder über Verstärker zur Steuerung eines Motors, z. B. Servomotors verwendet, der die zur Scharfeinstellung des Bildes beweglich angeordneten Organe verschiebt.From an amplifier that follows the photoelectric converters signals are emitted until the difference between the two is the photoelectric Currents, voltages and conductance values coming from the transducers is maximum. These signals are used directly or via amplifier to control a motor, e.g. B. servo motor used, the organs that are movably arranged to focus the image shifts.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der F i g. 1 dargestellt. Die faseroptischen Bauelemente 1 und 2 sind in einer Bildebene 3 angeordnet. Sie Liegen dicht nebeneinander und -erfassen daher mit den einen Enden getrennt die Helligkeitswerte der benachbarten Bildpunkte 4 und 5. Die anderen Enden jedes der beiden faseroptischen Bauelemente führen getrennt auf die fotoelektrischen Wandler 6 und 7, die . entsprechend den -Helligkeitswerten - der .# Bildpunkte 4 und 5 einen analogen elektrischen Strom bzw. eine elektrische Spannung abgeben,. Statt der Wandler können z. B. auch Fotowiderstände verwendet werden, wobei sich die elektrische Leitfähigkeit entsprechend ändert.An embodiment of the invention is shown in FIG. 1 shown. The fiber optic components 1 and 2 are in an image plane 3 arranged. They lie close to each other and therefore grasp with one end separated the brightness values of the neighboring pixels 4 and 5. The other ends each of the two fiber optic components lead separately to the photoelectric Transducers 6 and 7, the. corresponding to the brightness values of the. # pixels 4 and 5 emit an analog electrical current or an electrical voltage. Instead of the converter, z. B. photoresistors can also be used, with the electrical conductivity changes accordingly.

Die Abbildung im Bereich der beiden Bildpunkte ist scharf, wenn diese maximale Helligkeitsunterschiede aufweisen, d. h. wenn die von den fotoelektrischen Wandlern 6 und 7 abgegebenen Ströme, Spannungen bzw. Leitwerte maximal differieren.The image in the area of the two pixels is sharp when these have maximum differences in brightness, d. H. if that of the photoelectric Currents, voltages and conductance values output by transducers 6 and 7 differ as much as possible.

Nach zweckmäßiger Verstärkung durch einen Verstärker 8 kann die Messung dieser Ströme bzw. der Differenz mit bekannten Mitteln vorgenommen werden. Der Verstärker 8 gibt ein der Differenz der von den Wandlern 6 und 7 kommenden Ströme proportionales Signal ab. Dieses wird direkt zur Steuerung eines Servomotors 9 verwendet, der das optische System 10 bzw: die zur Scharfeinstellung bestimmte Komponente des optischen Systems und/oder die Bildebene so lange verschiebt, bis die von den faseroptischen Bauelementen abzutastenden Bildpunkte maximale Helligkeitsunterschiede aufweisen.After appropriate amplification by an amplifier 8, the measurement these currents or the difference can be made by known means. The amplifier 8 is the difference between the currents coming from the transducers 6 and 7 proportional Signal off. This is used directly to control a servo motor 9, which the optical system 10 or: the component of the optical system intended for focusing System and / or the image plane shifts until that of the fiber optic Components to be scanned pixels have maximum brightness differences.

Das Ausführungsbeispiel hat den weiteren Vorteil, daß durch die Verwendung von faseroptischen Bauelementen jeder Bildpunkt des aufzunehmenden Objekts in kürzester Zeit abgetastet werden kann, da die faseroptischen Bauelemente sehr flexibel und deshalb leicht bewegbar sind.The embodiment has the further advantage that by using of fiber optic components every pixel of the object to be recorded in the shortest possible time Time can be sampled because the fiber optic components are very flexible and therefore are easy to move.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich vom Beispiel gemäß F i g. 1 dadurch, daß in der Bildebene 3 direkt ein elektronischer Baustein 11-verschiebbar angeordnet ist, der mindestens zwei dicht benachbarte strahlungsempfindliche Glieder, z. B. Fotozellen, mit nachgeschaltetem Verstärker aufweist.F i g. 2 shows a further embodiment. It makes a difference differs from the example according to FIG. 1 in that in the image level 3 directly an electronic Module 11 is arranged displaceably, the at least two closely adjacent radiation-sensitive Limbs, e.g. B. photocells with a downstream amplifier.

Claims

Claims:. -'- '- _ _ 1. Automatic focusing procedure optical systems by measuring contrast and converting the measured values into electrical ones Energy, characterized in that the contrast of two immediately adjacent Image points of the image plane is measured, in whose. Defocused area in clearly a decrease in contrast occurs.

2. Device for implementation of the method: according to claim 1, - characterized, -characterized that for measurement -des Contrasting, at least one electronic component, the at least two of which are immediately adjacent # Radiation-sensitive elements corresponding to the desired pixel size are provided is. . '- -

3. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized characterizedy that at least two close together. arranged fiber optic Components with one end in the image plane on the object to be focused directed and led with the other ends on photoelectric converters.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that photoelectric converters are connected via a differential amplifier to a servo motor for automatic focusing. Publications under consideration: German Patent Nos. 1103 050, 1087372.