DE2437282C2 - Einrichtung zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage einer Schärfenebene eines Bildes - Google Patents

Description

a) das fotoelektrische Empfängersystem (5, 6, 31, 32) mindestens eine Zeile mehrerer Empfänger (11 — 15 ... n) umfaßt, die aufeinanderfolgend oder gkichzeitig von unterschiedliche Teilaperturbertiehe (9,10) des abbildenden Systems (1, la, Ii)J durchlaufenden, durch die Korrelationsstruktur (2, 29, 29a, 29ty gemeinsam modulierten und aufgespaltenen Lichtflüssen beaufschlagt werden und daß

b) elektrische Abfragemittel (16, 17, 26—28, 33—38) zur paarweisen Abfrage der an den einzelnen Empfängern {\\ — \5 ... n)anstehenden, aus den unterschiedlichen Teilaperturbe- jo reichen (9, 10) resultierenden Signalpaare enthalten sind.

2. Einrichiung nach Ansprur.'.i 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrolationsstruktur wirkendes Ortsfrequenzfilter ein schwinge.' ies Raster (29,29a, 2)b) verwendet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1—45) mindestens zwei fotoelektrische Empfängersysteme (5, 6, 31,32) aufweist, denen diametrale Partien (9,10) der abbildenden Optik durchlaufende, durch das Ortsfrequenzfilter (2, 29, 29a, 29b) gemeinsam modulierte und aufgespaltene Lichtflüsse zugeführt werden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Mittel (18—24) zur aufeinanderfolgenden Abfrage homologer Empfängerpaare (11 —15 ... n) aus beiden Empfängerzeilen (5, 6, 31, 32) und einen Differenzverstärker (26,33—35) sowie einen Gleichrichter (27,36—38), welche aus den aus der Abfrage der Empfängerzeilen (5, 6, 31, 32) resultierenden Signalpaaren ein der Summe der absoluten Beträge der Differenzen zwischen den Signalen je eines Signalpaares proportionales Anzeigesignal bilden.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abfragemittel mindestens ein von einem Generator (25) getaktetes Schieberegister (16,17) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ortsfrequenzfilter eine Fotodiodenzeile (5, 6) vorgesehen ist, bei welcher die geradzahligen (12, 14 ... n) und ungeradzahügen Dioden (11, 13 ... n) jeweils auf eine getrennte Signalleitung (44,45) geschaltet sind und bei welcher ein Schieberegister (16, 17) über Schalttransistorenpaare (18—24 ... n) mit paarweise gemeinsamer Basis einander benachbarte Dioden (11 —15 ... n)ah Paare nacheinander abfragt, und daß elektrische Bausteine (33—38) vorhanden sind, welche die Signale aus den beiden Signalleitungen (44, 45) zu einem Anzeigesignal verarbeiten, das der Summe der Beträge der Differenzen zwischen den Signalen je eines Signalpaares proportional ist,

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mindestens je eine Empfängerzeile (31a—31 ς 32a—32c) aufweisende Fotoempfängersysteme (5,6,31,32) virgesehen sind, daß diesen Fotoempfängersystemen (5, 6, 31,32) zwei Schieberegister (16,17) zugeordnet sind und daß ein beide Schieberegister (16,17) gleichzeitig steuernder Taktgenerator (25) vorhanden ist

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage der Schärfenebene eines Bildes innerhalb eines optischen Gerätes mit einem abbildenden System, einer in der Nähe der Bildebene oder in der Nähe der Bildebene des abbildenden Systems angeordneten, als Ortsfrequenzfilter wirkenden Korrelationsstruktur, einem die diese Korrelationsstruktur verlassenden Lichtflüsse in elektrische Signale wandelnden fotoelektrischen Empfängersystem und mit elektrischen Mitteln zur Abfrage der fotoelektrischen Empfänger sowie zur Auswertung der beim Abfragen entstehenden fotoelektrischen Signale.

Einrichtungen dieser Art werden zur Lagebestimmung der Schärfenebene eines von einem optischen Gerät entworfenen Bildes nicht mit visuellen Methoden, sondern mit lichtelektrischen Mitteln verwendet

Es sind dazu aus der DE-PS 19 03 867, der DE-AS 11 73 327 und der US-PS 24 44 235 Einrichtungen mit elektrischen Korrelatoren bekannt, bei denen die vom angemessenen Objekt aufgenommenen Teilstrahlenbündel entweder gleichzeitig je einem fotoelektrischen Empfänger oder mittels eines optischen Choppers abwechseln einem gemeinsamen fotoeiektrischen Empfänger zugeführt .'erden, der (die) in Streifen unterteilt und dem (denen) Mittel zum Vergleich der durch die Teilstrahlenbündel in den einzelnen Streifen erzeugten elektrischen Signale sowie ein Anzeigeinstrument zur Anzeige des Vergleichsergebnisses nachgeschaltet ist (sind).

Ausgehend von diesem Stand der Technik beschreibt die DE-PS 12 63 325 eine Einrichtung, in welcher die Ausgänge der einzelnen Streifen der fotoelektrischen Empfänger mit einer einzigen gemeinsamen Differenzschaltung verbunden sind, welcher ein Anzeigeinstrument dergestalt nachgeschaltet ist, daß die Summe der Absolutwerte der von einander entsprechenden Streifen erzeugten Differenzsignale angezeigt wird.

Die mit einer solchen Einrichtung erreichbaren Meßergebnisse sind beachtlich, reichen aber bei kleinen Beleuchtungsstärken und geringen Kontrasten nicht aus. Für deren befriedigende Auswertung zur Entfernungsfeststellung sind mindestens 50 Streifen (50 Bildpunkte) notwendig. Die Herstellung derartiger Diodenzeilen erfordert selbst beim heutigen Stand der Halbleitertechnologie einen erheblichen Aufwand, der die Verwendung einer derartigen Diodenanordnung in optischen Geräten, wie z. B. in einer fotografischen Kamera, wenig vorteilhaft erscheinen läßt.

Es sind auch Verfahren zur Scharfstellung von durch optische Systeme entworfenen Bildern bekannt, bei

denen in schneller Reihenfolge die Heil- und Dunkelflächen von rasterförmigen Testobjekten lichtelektrischen Wandlern zugeführt werden, an deren Ausgang aufgrund der wechselnden Lichtbeaufschlagung trapezförmige Stromimpulse entstehen, die ein Maß für die Scharfeinstellung darstellen (DE-PS 9 27 239 DE-PS 9 61 767).

Diese Verfahren sind aber insofern nachteilig, als nur speziell präparierte Testobjekte scharf eingestellt werden können, die mechanisch schnell bewegt werden und sich darüber hinaus am Ort des zu messenden Objektes befinden müssen.

Ein im DRP 7 42 220 beschriebenes Verfahren untersucht die Scharfstellung von abbildenden optischen Systemen mittels Autokollimation. Das von einer Lichtquelle ausgestrahlte Licht wird durch das einzustellende optische System auf eine lichtelektrische Zelle geleitet Bei Deckung zweier Testabbildungen auf der Zelle entsteht ein Maximum oder Minimum des Fotozellenstromes. Dieser dient als Kriterium der Einstellung.

Nachteilig ist auch bei diesem Verfahren die Notwendigkeit von vorpräparierten und voriostaliierten Testobjekten.

Ferner ist eine Einrichtung zum Scharfeinstellen optischer Systeme bekannt, bei der das ein optisches System durchsetzende Lichtbündel durch optische Mittel in zwei Teile zerlegt wird und eine relativ zum System verschiebbare Foucaultsche Schneide, fotoelektrisch gesteuert, diejenige Stelle aufsucht, in welcher die Schneide die Helligkeit der beiden Teile in gleichem Verhältnis beeinflußt (DE-PS 11 03 050).

Wegen inhomogener Helligkeitsverteilung kann dieses Verfahren bei Bildkorrelation beliebiger Objektstrukturen aber kaum Verwendung finden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage eines Bildes anzugeben, welche die Nachteile der bekannten Einrichtungen dadurch überwindet, daß sie auch bei schwächerem Licht und bei Meßobjekten mit geringerem Kontrast Fotoströme erzeugt, die für die Lagebestimmung auswertbar sind. Außerdem soll sie sich durch geringen Aufwand auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

a) das fotoelektrische Empfängersystem mindestens eine Zeile mehrerer Empfänger umfaßt, die aufeinanderfolgend oder gleichzeitig von unterschiedliche Teilapertiü-bereiche des abbildenden Systems durchlaufenden, durch die Korrelationsstruktur gemeinsam modulierten und aufgespaltenen Lichtflüssen beaufschlagt werden und daß

b) elektrische Abfragemittel zur paarweisen Abfrage der an den einzelnen Empfängern anstehenden, aus den unterschiedlichen Teilaperturbereichen resultierenden Signalpaare enthalten sind.

Es erweist sich dabei als vorteilhait, daß als Ortsfrequenzfilter ein schwingendes Raster verwendet ist und daß die Einrichtung mindestens zwei fotoelektrische Empfängersysteme aufweist, denen diametrale Partien der abbildenden Optik durchlaufende, durch das Ortsfrequenzfilter gemeinsam modulierte und aufgespaltene Lichtflüsse zugeführt werden.

Ferner ist die Erfindung gekennzeichnet durch Mittel zur aufeinanderfolgenden Abfrage homologer Empfängerpaare aus beiden Empfängerzeilen und einen Differenzverstärker sowie einen nachgeschalteten Gleichrichter, welche aus den aus der Abfrage der Empfängerzeile resultierenden Signalpaaren ein der 5 Summe der Beträge der Differenzen zwischen den Signalen je eines Signalpaares proportionales Anzeigesignal bilden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Abfragemittel mindestens ein ίο von einem Generator getaktetes Schieberegister vorgesehen ist

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht als Ortsfrequenzfilter eine Fotodiodenzeile vor, bei welcher die geradzahligen und ungeradzahligen Dioden jeweils is auf eine getrennte Signalleitung geschaltet sind und bei welcher ein Schieberegister über Schalttransistorenpaare mit paarweise gemeinsamer Basis einander benachbarte Dioden als Paare nacheinander abfragt Ferner ist vorgesehen, daß elektrische Bausteine vorhanden sind, welche die Signale aus den beiden Signalleitungen zu einem Anzeigesignal verarbeiten, da- der Summe der Beträge der Differenzen zwischen den Signalen je eines Signalpaares proportional ist

Es wird ferner vorgeschlagen, daß zwei mindestens je eine Empfängerzeile aufweisende Fotoempfängersysteme vorgesehen sind, daß diesen Fotoempfängersystemen zwei Schieberegister zugeordnet sind und daß ein beide Schieberegister gleichzeitig steuernder Taktgenerator vorhanden ist.

Bei Verwendung einer selbstabtasteiden Fotodiodenzeile zur Fokussierung wird man aus Kostengründen solche Meßverfahren bevorzugen, die nur eine solche Zeile benötigen. Dabei kann von dem bekannten Prinzip ausgegangen werden, daß die beste Scharfstellung erreicht ist wenn dicht benachbarte Bildpunkte maximale Beleuchtungsstärkendifferenzen aufweisen.

Mit der erfindungsgemäß beschriebenen Kombination von optischem mit elektrischem Korrelationsprinzip wird eine Leistungsverbesserung bei Ein-ichtu^.gen zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage einer Schärfenebene eines Bildes vor allem bei schwächeren Beleuchtungsstärken und geringen Kontrasten ohne nennenswerten Mehraufwand erreicht. Außerdem erlaubt die Verwendung des schwingenden Rajters eine gröbere Unterteilung der Diodenzeilen. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß die Auslöschung von Teilströmen, wie sie in den bekannten optischen Anordnungen auftritt, wesentlich herabgesetzt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Spiegelreflexkamera,

Fig. 2 Prinzipschaltbild einer selbstabtastenden Fotodiüdeiizeile,

Fig.3 das Schema einer Auswerteschalturig gemäß Fig. 1,

Fig. 4 die schematische Darstellung der Einrichtung mit Schwinggitter für eine Spiegelreflexkamera, F i g. 5 eine äquivalente, schematische Darstellung der Einrichtung für eine Kamera mit Basisentfernungsmesser und

Fig. 6 die schematische Darstellung dci Einrichtung mit einem Schwarz-Weiß-Raster und einem fotoelektri- *" sehen Empfänger.

In Fig. i ist mit dem Bezugszeichen 1 um fotografisches Aufnahmeobjektiv einer nicht weiter dargestellten einäuigigen Spiegelreflexkamera bezeich-

net, welches das aufzunehmende Objekt auf eine zur Lage der Sucher- bzw. Bildebene konjugiert angeordnete Sucherscheibe 2 abbildet. Die den mittleren unmattierten Teil der Scheibe 2 verlassenden Lichtflüsse werden mit Hilfe von Linsen 3 und 4 Diodenzeilen 5 und 6 zugeführt, wobei zum Bildaufbau von Teilbildern 7 und 8 diametrale Teilaperturen 9 und 10 des Objektivs I herangezogen werden. Ist der aufzunehmende Gegenstand scharf auf die Sucherscheibe 2 bzw. auf den Film abgebildet, dann erhalten korrespondierende Einzeldioden beider Diodenzeilen 5 und 6 gleiches Licht aus den Teilbildern 7 und 8. Bei Defokussierung verschieben sich die Teilbilder 7 und 8. so daß die einzelnen korrespondierenden Zeilenelemente mit ungleichen Lichtanteilen beaufschlagt werden.

Die in F i g. 3 im Schema dargestellte Auswerteschaltung enthält Diodenzeilen 5 und 6. die in an sich bekannter Weise selbstabtastende Zeilen sind und die daher je eine Schaltmatrix sowie je ein Schieberegister

IU₁ I/ L/UJItt-t-ll, IVIIK.I 1.[1IVIl gt.1 riviirjuiiii." ! uM^!!.! u' tor 25. einen Differenzverstärker 26, einen Gleichrichter 27 und ein Anzeigeinstrument 28.

Die in die Diodenzeilen 5 und 6 integrierten Schieberegister 16, 17 schalten die nicht weiter dargestellten Dioden der Zeilen 5 und 6 nacheinander zu deren Ausgang durch. Bei Abfragung der η-ten Diode der Zeile 5 wird gleichzeitig die n-te Diode der Zeile 6 abgefragt. Die beiden Ausgänge der Zeilen 5 und 6 werden dem Differenzverstärker 26 derart zugeführt, daß eine Spannung entsteht, welche der Differenz der jeweiligen Fotoströme entspricht.

Solange die beiden Diodenzeilen 5 und 6 nicht in allen ihren Einzeldioden gleich beaufschlagt sind, also im Falle der Defokussierung, liefert während der Abtastung der Differenzverstärker 26 (Fig. 3) Differenzimpulse, die während des Abtastdurchlaufes beliebige Vorzeichen haben können. Durch den Doppelweggleichrichter 27 werden die Differenzen dem mittelwertbildenden Anzeigegerät 28 vorzeichenunabhängig, d.h. also nur mit ein und derselben Polarität zugeführt, so daß Auslöschungen von Differenzen verschiedenen Vorzeichens vermieden werden. Das Anzeigeinstrument zeigt also bei Fokussierung den Wert Null bzw. einen Minimalausschlag.

Im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 1 und 3 enthält die Anordnung nach F i g. 2 nur eine Diodenzeile, die in einer zum Sucher bzw. zur Filmebene konjugiert angeordneten Ebene liegt. Das Schieberegister 16' ist mit Dioden II. 12, 13, 14, 15 ... η und zugehörigen Schalttransistoren 18, 19, 20, 21, 22 ... so verschaltet, daß immer zwei benachbarte Dioden (Il und 12, 13 und ί ί·.... η) gleichzeitig abgefragt werden. Die entstehenden Fotostromimpulse werden durch einen Differenzverstärker 26' voneinander subtrahiert.

Durch einen Doppelweggleichrichter, bestehend aus Dioder. 51 und 52 in Verbindung mit einem Invertierer 53. werden die Differenzimpulse vorzeichenunabhängig einem Anzeigeteil 28 zugeführt Im Gegensatz zur Anordnung zur F i g. 1 bis 3 wird bei Scharfstellung ein Maximum des Ausschlages erreicht, da in diesem Falle > die benachbarten Dioden die größten Beleuchtungsunterschiede aufweisen, d. h. der Kontrast maximal wird.

Die Fig. 4 zeigt ein mit einem schwingenden Raster kombiniertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer einäugigen Spiegelreflexkame- ra.

in dieser wie in allen weiteren Darstellungen sind die Bauelemente, die denen der vorangegangenen Figuren entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In bekannter Weise wird das scharfzustellende Objekt durch das fotografische Objektiv 1 auf ein durch einen Antrieb 46 in den Pfeilrichtungen zum Schwingen gebrachtes Raster 29 abgebildet. Über eine Feldlinse 30 und die Linsen 3 und 4 werden unter Benutzung der Teilaperturbereiche 9 und 10 des Objektivs 1 zwei getrennte Bilder des zu fokussierenden Gegenstandes entworfen. Im Bereich der beiden Bilder befinden sich fotoelektrische Empfängersysteme 31 und 32, welche je mehrere Empfänger 31a bis 31c bzw. 32;/ bis 32c aufweisen.

Den Systemen 1} und 32 nachgeschaltete Verstärker 33 bis 35 bilden die Differenz aus den Fotoströmen der Empfänger 31a und 32a sowie entsprechend aus den korrespondierenden Empfängern 31/λ 32b und 31c und 32c.

Auf die Verstärker 33 bis 35 folgende Gleichrichter 36 bis 38 erzielen eine einheitliche Polarität der Differenzsirc.'Tie, die in einem Surnrni^r^licd 29 narh Hpr Formel

/= μ/, ι + μ/₂| + \Ah\ + ...\Δΐ_η\

summiert und dann dem Anzeigeinstrument 28 zugeführt werden.

Eine exakte Fokussierung des anzumessenden Gegenstandes ist dann erreicht, wenn das Anzeigeinstrument 28 eine Null- oder Minimumanzeige ausweist.

Die Fig. 5 stellt schematisch eine der Fig. 4 äquivi'?nte Einrichtung für eine fotografische Kamera ι mit Basisentfernungsmesser dar. Hierbei wird der anzumessende Gegenstand vom Sucherstrahlengang 40 und vom durch Spiegel 42 und 4^ ab- bzw. umlenkbaren Meßstrahlengang 41 über die Objektive la und \b auf Raster 29a und 29/? abgebildet. Feldlinsen 30a und 30b sowie die Linsen 3 und 4 entwerfen von den Rastermitten Bilder, in deren Bereichen die Empfängersysteme 31 und 32 liegen. Der weitere Ablauf des Meßvorganges erfolgt dann, wie unter F i g. 4 beschrieben.

Es versteht sich, daß die Anordnung nach F i g. 4 auch erweitert werden kann, in der Weise daß anstelle des Amplitudenrasters 29 ein Prismenfurchenraster verwendet wird, wobei statt zweier Fotodiodenzeilen 31 und 32 zwei weitere Diodenzeilen angeordnet werden und so eine optische Gegentakteinrichtung verwendet wird, wie dies bereits vorgeschlagen wurde.

Im Gegensatz zur Fig. 4 zeigt die Fig. 6 eine im optischen Teil vereinfachte Anordnung. Sie entspricht im Prinzip dem einfachsten Gitterkorrelator mit einem Schwarz-Weiß-Raster und einem fotoelektrischen Empfänger. Das fotografische Objektiv 1 bildet in bekannter Weise das scharfzustellende Objekt auf ein du. .h den Antrieb 46 zum Schwingen gebrachtes Schwarz-Weiß-Raster 29 ab. Über die Feldlinse 30 und eine Linse 3' werden unter Ausnutzung der Teilaperturbereiche des Objektivs 1 auf einen einzigen in Kanäle a, b und c unterteilten Fotoempfänger 31' Bilder des zu fokussierenden Gegenstandes entworfen. Infolge der Unterteilung des Bildbereiches durch entsprechende Unterteilung des Fotoempfängers 3Γ und nebst den dazugehörigen Informationskanälen a, b, c wird ein bedeutend größeres und sicheres Fehlersignal geliefert Entsprechend der Unterteilung wird die Bandbreite des Ortsfrequenzfilters vergrößert und die Gefahr von Ausiöschungen der Signalanteile der einzelnen Bildbereiche verringert Den Verstärkern 33,34,35 sind je ein Filter 63, 64, 65 nachgeschaltet, die beispielsweise die Schwingfrequenzen des Oszillators 46 und gegebenen-

falls Oberwellen davon durchlassen. Die Gleichrichter 36, 37, 38 liefern wiederum phasen- bzw. vorzeichenunabhängige Signale, die durch den Summator 39 der Anzeigeeinheit 28 zugeführt werden. Bei erfolgter Fokussierung liefert dies ein Maximum.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur fotoelektrischen Bestimmung der Lage der Schärfenebene eines Bildes innerhalb eines optischen Gerätes mit einem abbildenden System, einer in der Bildebene oder in der Nähe der Bildebene des abbildenden Systems angeordneten, als Ortsfrequenzfilter wirkenden Korrelationsstruktur, einem die diese Korrelationsstruktur verlassenden Lichtflüsse in elektrische Signale wandelnden fotoelektrischen Empfängersystem mit wenigstens zwei fotoelektrischen Empfängern und mit elektrischen Mitteln zur Abfrage der fotoelektrischen Empfänger sowie zur Auswertung der beim Abfragen entstehenden fotoelektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß