DE2549809A1

DE2549809A1 - Schaltungsanordnung zur signalbehandlung in einem automatischen fokussiersystem fuer optische geraete

Info

Publication number: DE2549809A1
Application number: DE19752549809
Authority: DE
Inventors: Norman L Stauffer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-11-06
Publication date: 1976-06-10
Also published as: FR2293694A1; FR2293692A1; FR2293693B1; JPS5183524A; HK29779A; HK29679A; FR2293694B1; GB1521268A; FR2293692B1; CA1044055A; DE2549809C2; DE2549704A1; FR2293693A1; GB1521269A; HK29879A; DE2549760A1; GB1521100A; DE2549704C2

Description

04-3880 Ge 2 5. November 1975

. 25A9809

HONEYWELL INC.
Honeywell Plaza
Minneapolis, Minn., USA

Schaltungsanordnung zur Signalbehandlung in einem automatischen Fokussiersystem für optische Geräte.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Signalbehandlung in einem automatischen Fokussiersystem für optische Geräte, insbesondere Kameras, bei welcher die licht-elektrischen Signale zweier Hilfssysteme miteinander verglichen und die Vergleichssignale einer summierenden Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, die ihrerseits bis zum Vorliegen eines Minimumsignales verschiebend auf ein optisches Hauptsystem und eines der Hilfssysteme einwirkt.

Gemäß der DT-OS 2 432 067 ist ein automatisches Fokussiersystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden*, bei dem das Bild eines aufzunehmenden Objektes mittels zweier optischer Hilfssysteme auf zwei zugeordneten lichtempfindlichen Empfangsvorrichtungen abgebildet wird. Andererseits bildet ein optisches Hauptsystem das Bild des aufzunehmenden Objektes auf einem Film ab. Das eine optische Hilfssystem und das optische Hauptsystem sind jeweils verschiebbar ausgebildet. Die lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen bestehen aus einer Vielzahl lichtempfindlicher Elemente, z. B. Fotowiderständen oder Fotodioden, wobei die Elemente beider Empfangsexnrichtungen zwecks Bildung eines

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Vergleichssignales gegeneinander geschaltet sind. Die Vergleichssignale stellen somit Differenzsignale dar, die sich aus der unterschiedlichen Beleuchtung zweier einander zugeordneter lichtempfindlicher Elemente ergeben. Die Vergleichssignale werden sodann einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt/ die durch Gleichrichtung, Absolutwertbildung oder Quadratbildung der anstehenden Signale und anschließende Summierung der so behandelten Signale ein Ausgangssignal erzeugt, welches über eine Steuereinrichtung verschiebend auf das verschiebbare Hilfssystem und das verschiebbare Hauptsystem einwirkt. In dem Augenblick, in dem die beiden optischen Hilfssysteme annähernd gleiche Bilder auf den lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen abbilden, ergibt sich am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung ein Minimumsignal, welches über die Steuereinrichtung die Verschiebung des optischen Hilfs- und Hauptsystems beendet. Das Minimumsignal am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung zeigt an, daß sich das optische Hauptsystem in seiner fokussierenden Stellung befindet.

Im Zusammenhang mit diesem älteren Fokussiersystem hat es sich herausgestellt, daß das am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung auftretende, den Fokussierungsgrad anzeigende Signal sich nicht kontinuierlich seinem Minimalwert nähert, wenn das optische Hilfs-und Hauptsystem in Richtung auf seine Fokussierstellung verschoben wird. Es treten vielmehr Nebenminima auf, die durch eine überlagerte Bewegung der Kamera bzw. durch die Änderung der Helligkeitsverteilung und der Lage des Bildes auf der Empfangseinrichtung während des Fokussiervorganges hervorgerufen werden. Auf Grund dieser Nebenminima könnte es vorkommen, daß die Verschiebebewegung des optischen Haupt- und Hilfssystems bereits beendet wird, obwohl die fokussierende Stellung noch nicht erreicht ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schaltungsmaßnahmen anzugeben, die gewährleisten, daß die Verschiebung des optischen Hilfs- und Hauptsystems erst bei vorliegender Fokussierung beendet

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wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein automatisches Fokussiersystem gemäß dem älteren Vorschlag,

Figur 2 eine Signalverarbeitungseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahme und

Figur 3 ein Diagramm, welches den Verlauf des Ausgangssignales der Signalverarbeitungseinrichtung angibt, wobei der eine Kurvenzug den Signalverlauf gemäß dem älteren System und der andere Kurvenzug den Signalverlauf gemäß dem erfindungsgemäßen System angibt.

Gemäß Figur 1 weist das automatische Fokussiersystem eine erste und eine zweite lichtempfindliche Empfangseinrichtung 1 und 3 auf, Jede der lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen besteht aus einer linearen Anordnung einer Vielzahl einzelner lichtempfindlicher Elemente. In dem vorliegenden Beispiel weist die erste und die zweite lichtempfindliche Empfangseinrichtung 1 und 3 jeweils 4 lichtempfindliche Elemente 5, 7, 9 und 11 bzw. 13, 15, 17 und 19 auf. Die lichtempfindlichen Elemente in der Anordnung gemäß Figur 1 sind Fotowiderstände. Die Elemente der ersten Empfangseinrichtung 1 weisen einen gemeinsamen Anschluß 21 auf, der mit einem ersten Bezugspotential + V verbunden ist. Die Elemente der zweiten Empfangseinrichtung 3 weisen ebenfalls einen gemeinsamen Anschluß 23 auf, welcher mit einem zweiten Referenzpotential - V verbunden ist. Jedes Foto-Widerstandselement ist gegenüber den anderen Elementen durch ein Isolationsmaterial 25 elektrisch isoliert. Es liegt auf der Hand, daß die Zahl 4 für die Anzahl der lichtempfindlichen Elemente lediglich als Beispiel

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aufzufassen ist und auch jede andere Anzahl von lichtempfindlichen Elementen Verwendung finden kann. Je größer die Anzahl der verwendeten Elemente ist, umso größer ist die Auflösung und Zuverlässigkeit des Systems. Eine erste Linse 27 und eine zweite Linse 29 bilden die beiden optischen Hilfssysteme und stellen die Mittel zur Aufnahme eines ersten und zweiten Bildes eines relativ entfernten Objektes dar. Die beiden Empfangseinrichtungen 1 und 3 sind in Bezug aufeinander in der gleichen Ebene angeordnet. Obwohl in der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 die Frontansichten der lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen 1 und 3 dargestellt sind, ist es selbstverständlich, daß diese Frontansichten, welche die lichtempfindlichen Elemente der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 aufweisen, in der tatsächlichen Konstruktion in Richtung auf die erste und zweite Linse 27 und 29 angeordnet sind, um die durch diese hindurchtretenden Lichtstrahlen zu empfangen. Ein erstes Bild wird demgemäß auf die Frontfläche der ersten Empfangseinrichtung 1 von den durch die erste Linse 27 hindurchtretenden Lichtstrahlen geworfen. Ein zweites Bild wird auf die Frontseite der Empfangseinrichtung 3 durch die durch die zweite Linse 29 hindurchtretenden Lichtstrahlen geworfen. Es ist nicht wesentlich, daß das erste und zweite Bild präzise fokussiert in der Ebene der Empfangseinrichtung erscheint. Es ist lediglich erforderlich, daß die Lichtverteilung der beiden Bilder im Hinblick auf die zugeordneten lichtempfindlichen Empfangseinrichtungen aneinander angepasst werden kann. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß die Ebene der Empfangseinrichtungen nicht mit der Brennebene zusammenfallen muß, sondern erheblich von dieser abweichen kann! Es genügt, wenn das Lichtmuster, welches in der ,Ebene der Empfangseinrichtung abgebildet wird, eine unterscheidbare Strahlenverteilung darstellt.

Wie Figur 1 zu entnehmen ist, sind beide Linsen 27 und 29 so angeordnet, daß sie gleiche Bildauschnitte des entfernt angeordneten Objektes abbilden. Es sei hier vermerkt, daß beide optischen Hilfssysteme so angeordnet sind, daß sie einen relativ kleinen Blickwinkel bilden. Dieser Blickwinkel bewegt sich beispielsweise in

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der Größenordnung von 1 bis IO Winkelgraden. Das durch die erste Linse 27 projizierte Bild wird im Hinblick auf die Empfangseinrichtung 1 zentriert. Die erste Linse 27 und die Empfangseinrichtung 1 sind lagemäßig fixiert und einem Referenzpunkt in einem nicht dargestellten zugehörigen Bildsucher zugeordnet. Das projizierte Bild erzeugt in jedem der lichtempfindlichen Elemente der ersten Empfangseinrichtung 1 ein Signal. Jedes Signal besitzt eine Amlitude, deren Größe eine Funktion des Lichtpegels desjenigen Bildteiles ist, welches auf die zugeordneten Elemente projiziert wird. Wenn die zweite Linse 29 in eine Richtung parallel zu der linearen Anordnung der lichtempfindlichen Elemente der zweiten Empfangseinrichtung 3 bewegt wird, so verschiebt sich das Lichtverteilungsmuster, welches auf die zweite Empfangseinrichtung 3 fällt. Das auf die Empfangseinrichtung fallende Lichtverteilungsmuster ist im wesentlichen das gleiche wie das Lichtverteilungsmuster, welches auf die Empfangseinrichtung 1 fällt. Jedem lichtempfindlichen Element 5, 7, 9 und 11 der ersten Empfangseinrichtung 1 entspricht ein lichtempfindliches Element 13, 15, 17 und 19 in der zweiten Empfangseinrichtung 3. Wie zuvor bereits erwähnt, besitzt jedes lichtempfindliche Element in der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 einen gemeinsamen Anschluß der jeweils mit einem ersten und zweiten Bezugspotential verbunden ist. Die anderen Anschlüsse der einander zugeordneten lichtempfindlichen Elemente 5, 7, 9 und 11 bzw. 13, 15, 17 und 19 sind in gemeinsamen Verbindungspunkten 31, 33, 35 und 37 zusammengefasst, wodurch Differenzsignale A, B, C und D gebildet werden, die als Vergleichssignale einer Signalverarbeitungseinrichtung 39 zugeführt werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung 39 erzeugt ein Ausgangssignal F, welches einer Steuervorrichtung 41 zugeführt wird. Die Steuervorrichtung 41 ist vorgesehen, um die zuvor erwähnte Bewegung der zweiten Linse 29 und ebenfalls die Fokussierbewegung der Objektivlinse 43 zu steuern. Die Objektivlinse 43 hat die Aufgabe das,

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Bild eines aufzunehmenden Objektes auf einem lichtempfindlichen Film 45 zu fokussieren. Um das auf dem lichtempfindlichen Film 45 entworfene Bild von den ersten und zweiten Bildern auf der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 zu unterscheiden, soll dieses auf dem lichtempfindlichen Film 45 entworfene Bild nachfolgende als Hauptbild bezeichnet werden, während die ersten und zweiten Bilder auf der ersten und zweiten Empfangseinrichtung 1 und 3 nachstehend als erste und zweite Hilfsbilder bezeichnet werden. Die Steuervorrichtung 41 weist einen wahlweise betätigbaren Schalter 47 auf. Der Schalter 47 dient dazu, die Fokussierung in Gang zu setzen. Der Schalter 47 ist antriebsmäßig mit einem weiteren Schalter 49 verbunden, welcher als Kontakt zwischen eine Batterie 51 und eine Lichtquelle 53 geschaltet ist. Eine Linse wirft das von der Lichtquelle 53 ausgehende Licht auf das abzubildende Objekt. Auf diese Weise kann das Fokussiersystern auch in einer Umgebung mit ungenügender Außenbeleuchtung wirksam werden, indem das erwähnte lichterzeugende Netzwerk mit dem Fokussiersystem gekoppelt wird. -

Solange das Hauptbild nicht richtig fokussiert ist, wird aufgrund des anstehenden Signales F die Lage des zweiten Hilfsbildes in Bezug auf die zweite Empfangseinrichtung 3 verschoben. Die relative Verschiebung des zweiten Hilfsbildes in Bezug auf die zweite Empfangseinrichtung 3 ändert sich als eine Funktion der Entfernung zwischen der Kamera und dem zu fotografierenden Objekt. Das vorliegende System macht davon Gebrauch, diese Verschiebung festzustellen und das Lichtverteilungsrauster des zweiten Hilfsbildes auf der zweiten Empfangseinrichtung 3 mit dem Lichtverteilungsmuster auf der ersten Empfangseinrichtung 1 in Übereinstimmung zu bringen. Gekoppelt mit der Bewegung des Lichtverteilungsmusters des zweiten Hilfssystems ist eine Bewegung der Objektivlinse 43 des Hauptsystems, wodurch eine Fokussierung des Hauptsystems erzielt wird für den Fall, daß die Lichtverteilungsmuster der beiden Hilfssysteme auf den zugeordneten Empfangseinrichtungen 1 und 3

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eine korrespondierende Signalerzeugung bewirken. Die Fokussierung des Hauptsystems ist dann bewirkt, wenn die beiden Lichtverteilungsmuster auf den beiden Empfangseinrichtungen 1 und 3 einander entsprechen und das Signal F am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung 39 einen Minimalwert einnimmt.

Um den tatsächlichen der Fokussierstellung entsprechenden Minimalwert und nicht irgendeinen Neben-Minimalwert festzustellen, ist die Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Schaltungsmaßnahme besteht hierbei darin, das Ausgangssignal F über eine Diode 159 an eine feste Vorspannung von - V_ zu legen, wobei die Spannung V so gewählt ist, daß sie zwischen dem niedrigsten Nebenminimum und dem der Fokussierung entsprechenden Uauptminimum des Ausgangssignales F liegt. Diese erfindungsgemäße Schaltungsmaßnahme kann am Ausgang einer jeden Signalverarbeitungseinrichtung 39, wie sie in der älteren DT-OS 2 432 067 anhand der Figuren 5, 6,7 und 8 beschrieben sind, Anwendung finden. ;

Gemäß Figur 2 ist eine Signalverarbeitungseinrichtung 39 dargestellt, die im wesentlichen aus einem Gleichrichter- und einem Summier-Netzwerk besteht. Die resultierenden Vergleichssignale A, B, C und D werden zugeordneten Verstärkern 89, 91, 93 und 95 zugeführt, die mit ihren zweiten Eingängen jeweils alle an Masse angeschlossen sind. Die Ausgänge der Verstärker 89, 91, 93 und sind jeweils über die Anoden-Kathoden-Strecken zugeordneter Dioden 97, 99, 101 und 103 auf einen ersten gemeinsamen Verbindungspunkt 105 geschaltet. Ebenso sind die Ausgänge der Verstärker 89, 91, 93 und 95 über die Kathoden-Anoden-Strecken von Dioden 107, 109, 111 und 133 an einen zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt 115 angeschlossen. Der zweite gemeinsame Verbinduhgspunkt 115 ist mit der ersten Eingangsklemme eines invertierenden Verstärkers 117 verbunden. Eine zweite Eingangsklemme des Verstärkers 117 ist

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an Masse gelegt. Ein Widerstand 119 ist zwischen die erste Eingangsklemme des Verstärkers 117 und seine Ausgangsklemme geschaltet. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 117 ist über einen Widerstand 121 mit einer ersten Eingangsklemme eines Ausgangsverstärkers 123 verbunden. Die erste Eingangsklemme des Verstärkers 123 ist weiterhin mit dem ersten gemeinsamen Schaltungspunkt 105 verbunden. Der Verstärker 123 weist eine zweite Eingangsklemme auf, die an Masse gelegt ist. Ein Widerstand 125 verbindet die erste Eingangsklemme des Verstärkers 123 mit seiner Ausgangsklemme. An der Ausgangsklemme des Verstärkers 123 erscheint das Ausgangssignal F der SignalverarbeitungseinriGhtung 39. Dieses Signal ist über die Begrenzungsdiode 159 an die negative Vorspannung von -V gelegt. -

Wenn irgendeines der resultierende'n Vergleichssignale A/ B, C oder D s-u irgendeinem Zeitpunkt eine positive Größe auf v/eist, so wird dieses Signal durch den zugeordneten Verstärker 89, 91, 93 oder 95 verstärkt und beaufschlagt die Dioden 97, 99, 101 und 103 in Durchlaßrichtung. Die für die positiven Signale durchlässigen Dioden geben das Signal zu dem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt 105 weiter, in welchem die Signale aufsummiert werden. Ist das Ausgangssignal von irgendeinem der Verstärker 89, 91, 93 oder 95 negativ, so werden die zugeordneten Dioden 107, 109, 111 oder 113 in Durchlaßrichtung beaufschlagt und reichen das entsprechende Signal zu dem zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt 115 weiter, der mit der Eingaritfsklemme des invertierenden Verstärkers 117 verbunden ist. Das in dem Verbindungspunkt 115 aufsummierte Signal wird durch den Verstärker 117 in seinem Vorzeichen umgekehrt und zu dem in dem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt 105 auftretenden Signal hinzuaddiert. Auf diese Weise werden irgendwelche negativen resultierenden Signale im Vorzeichen umgekehrt und zu den positiven resultierenden Signalen inzuaddiert, um am Ausgang des Verstärkers 123 das Ausgangssi·-"-~1 F der Signalverarbeitungseinrichtung 39 zu bilden«

Gemäß Figur 3 ist über dem Verschiebebereich der Hauptlinse 43 der Wert des Ausgangssignales F der Signalverarbeitungseinrichtung 39 aufgetragen. Hierbei stellt.der schwach eingezeichnete gestrichelte Kurvenverlauf 157 das Ausgangssignal F der Signalverarbeitungseinrichtung 39 ohne die erfindungsgemäße Maßnahme dar und der stark ausgezogene Linienzug 163 verkörpert das Ausgangssignal F bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsmaßnahme. Wie man dem Diagramm entnehmen kann, ist die Vorspannung -V-, für die Diode 159 so gewählt, daß sie einen Wert zwischen dem niedrigsten Nebenminimum am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung 39 und dem der Fokussierstellung entsprechenden Hauptminimum aufweist. Auf diese Weise werden alle Nebenminima ausgeblendet und auf den Wert der Vorspannung -V„ heruntergezogen. Nur das Hauptminimum tritt in Erscheinung und zeigt der Steuereinrichtung 41 gemäß Figur 1 an, daß die Verschiebung des Haupt- und Hilfs-Linsensystems zu beenden ist.

Anstelle einer Diode kann beispielsweise auch ein als Diode betriebener Transistor oder ein sättigbarer Rückkopplungsverstärker Verwendung finden.

Es liegt auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Schaltungsmaßnahme in ihrer Anwendung nicht auf das Ausgangssignal F der Signalverarbeitungseinrichtung eines automatischen Fokussiersystems für optische Geräte beschränkt ist, sondern immer dann Anwendung finden kann, wenn aus einem verschiedene Nebenminima aufweisenden Signalverlauf ein Hauptminimum ausgeblendet werden soll.

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Claims

Patentansprüche

[IJ Schaltungsanordnung zur Signalbehandlung in einem automatischen Fokussiersystem für optische Geräte, insbesondere Kameras, bei welchem die licht-elektrischen Signale zweier
Hilfssysteme miteinander verglichen und die Vergleichssignale einer summierenden Signalverarbeitungseinrichtung
zugeführt werden, die ihrerseits bis zum Vorliegen eines
Minimumsignales verschiebend auf ein optisches Hauptsystem
und eines der Hilfssysteme einwirkt, gekennzeich-

net durch ein Signalbegrenzungselement (159) am
Ausgang der SignalVerarbeitungseinrichtung (39).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e lehne t , daß als Signalbegrenzungselement

* eine vorgespannte Diode (159) angeordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalbegrenzungselement ein sättigbarer Rückkopplungsverstärker angeordnet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspannung (-V_) der
Diode (159) so gewählt ist, daß sie zwischen der dem niedrigsten Nebenminimum entsprechenden und der dem Hauptminimum entsprechenden Spannung (F) am Ausgang der Signalverarbeitungseinrichtung (39) liegt. .
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die
licht-elektrischen Signale erzeugenden Elemente (5-19) , die Signalverarbeitung se inr ichtung (39) und das Begrenzungselement (159) auf einem monolithisch integrierten Haltleiter-

• chip angeordnet sind.

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